De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

College Atmosferische fysica 8 4 mei 2007. Chemie atmosfeer Behandelde stof.

Verwante presentaties


Presentatie over: "College Atmosferische fysica 8 4 mei 2007. Chemie atmosfeer Behandelde stof."— Transcript van de presentatie:

1 College Atmosferische fysica 8 4 mei 2007

2 Chemie atmosfeer Behandelde stof

3 Chemie troposfeer

4 Achtergrond troposfeer, chemie Ozon en stikstofdioxide NO 2 NO 2 + h  NO + O, j fotodissociatie O + O 2 + M  O 3 + M, recombinatie NO + O 3  NO 2 + O 2, k bimoleculaire reactie  NO 2 /  t = - jNO 2 + kNO.O 3  O 3 /  t = + O.O 2.M - NO.O 3  NO/  t = + jNO 2 - kNO.O 3  (NO + NO 2 )/  t = 0 Evenwicht, fotostationaire toestand Χ NO2 / Χ NO = j Χ O3 /kN d Χ = mengverhouding N d = aantal luchtmoleculen per cm 3

5 Troposfeer Ozon Evenwicht, fotostationaire toestand Χ NO2 / Χ NO = j Χ O3 /kN d Voorbeeld midden van de dag P = 1013 mbar T= 298 K j= 0.01 s -1 k= 1.8x cm 3 molecule -1 s -1 Χ NO = 5 pptv χ NO2 = 10 pptv N d = 2.46x10 19 moleculencm -3 Χ O3 = 44.7 ppbv Tyoische vrije troposfeer ozon mengverhouding

6 Chemie troposfeer Toename troposferisch ozon in laatste 150 jaar klassiek beeld ozon uit stratosfeer naar troposfeer vernietiging aan het aardoppervlak Ozon en NO x emissies

7 Chemie troposfeer hedendaagse visie Ozon productie in vervuilde gebieden door oxidatie van niet-methaan koolwaterstoffen (NMHC) in aanwezigheid van stikstofoxiden (NO x ) Niet vervuilde gebieden ozonproductie vooral door oxidatie van koolmonoxide en methaan in aanwezigheid NO x Ozonafbraak in NO x - arme gebieden Destructie aan aardoppervlak

8 Ozonproductie in vervuilde grenslaag Oxidatie van NMHC. Non-methaan hogere koolwaterstoffen, voorbeeld ethyleen, butaan en tolueen(C 7 H 8 ) NMHC = RH R = RH OH + RH  R + H 2 O R + O 2 + M  RO 2 + M RO 2 + NO  RO + NO 2 RO + O 2  HO 2 + RO HO 2 + NO  OH + NO 2 2(NO 2 + h  NO + O) 2(O + O 2 + M  O 3 + M) netto ozonproductie RH + 4 O 2 + h  RO + H 2 O + 2O 3

9 Ozonproductie in vrije troposfeer en grenslaag boven oceanen ver van vervuilde gebieden Oxidatie koolmonoxide, CO langlevend OH + CO  CO 2 + H H + O 2 + M  HO 2 + M HO 2 + NO  OH + NO 2 NO 2 + h  NO + O O + O 2 + M  O 3 + M netto CO + O 2 + h  CO 2 + O 3

10 Ozonproductie in vrije troposfeer en grenslaag boven oceanen ver van vervuilde gebieden Methaan oxidatie, CH 4 lang levend OH + CH 4  CH 3 + H 2 O CH 3 + O 2 + M  CH 3 O 2 + M CH 3 O 2 + NO  CH 3 O + NO 2 CH 3 O + O 2  HO 2 + CH 2 O HO 2 + NO  OH + NO 2 2(NO 2 + h  NO + O) 2(O + O 2 + M  O 3 + M) netto CH O 2 + h  CH 2 O + H 2 O + 2O 3

11 Ozondestructie bij lage NO x waarden OH + CO  CO 2 + H H + O 2 + M  HO 2 + M HO 2 + O 3  HO + 2 O 2, sleutelreactie in competitie met HO 2 + NO  HO + NO 2 Welke reactie bepaald door verhouding reactie snelheden en daaruit volgt ozondestructie als NO/O 3 kleiner dan 1:4000 netto CO + O 3  CO 2 + 2O 2

12 Chemie troposfeer, rol OH O 3 + h  O( 1 D) + O 2,  315 nm O( 1 D) + H 2 O  2OH OH radicaal, “wasmiddel van troposfeer” Ozon belangrijk voor chemie via OH formatie

13 luchtvervuiling in de tropen

14 Luchtvervuiling boven Europa

15 Vergelijking van SCIAMACHY NO 2, Chimere lucht-kwaliteit model en oppervlakte waarnemingen

16 Chimère en oppervlakte waarnemingen (RIVM, NL) - oppervlakte metingen - Chimère Nederland: (rurale stations) Bias 0.1 ppb RMS 7.2 ppb Correl. 0.66

17 Troposferisch ozonbudgetTg/jaar Productie (antropogeen en natuurlijk) Destructie Destructie en productie groot maar bijna in evenwicht Transport vanuit stratosfeer Destructie aardoppervlak Ozon in troposfeer  30 Dobson eenheden, 10 % totale hoeveelheid ozon in atmosfeer

18 Transport zeer belangrijk voor regionale luchtvervuiling Gemiddelde 35 ppbv

19 O 3 65  g/m 3 in dagelijks gemiddelde ; 240  g/m 3 in uurlijkse gemiddelde NO uurgemiddelde(18 uur/jaar) 40 jaargemiddelde PM10 Dag gemiddelde 50 (35 dagen/jaar) Jaargemiddelde 40 Lucht kwaliteit netwerken Smog SO 2 uurgemiddelde Matig 350, ernstig 500 NO 2 200, 400 O3 180, 240 PM10 24-uurgemiddelde 50, 200 Acties moeten worden genomen als risico’s aanwezig zijn EU richtlijnen lucht kwaliteit 2002 Smog, wetenschappelijk interessant en politiek relevant, Europese politiek over ozon, NO 2 en PM10

20 Historie, luchtvervuiling : (1) « London smog » : SO 2, deeltjes jaarlocatie Extra doden Maas Vallei Donora, Pennsylvania London Extra doden door Londen-achtige smog Voor ieder smog event : Hoge SO 2 en deeltjes concentraties, zeer dichte mist SO 2, deeltjes concentraties 1952 Londen smog periode(from Wilkins, 1954) en extra doden. SO 2 NO x Deeltjes

21 (2) Los Angeles smog : Ozon en photo-oxidanten Ozon en photo-oxidanten -In de 40s : waanemingen in -Los Angeles Zeer hoge niveaus oxidanten gedurende zonnige warme dagen Onderzoek suggereert de volgende chemische mechanismes: VOC + NOx + h  O 3 + « producten » VOC Volatile Organic Components, verbranding etc. - In de 50s: à 2006 : Zeer hoge ozon niveaus in pluimen van de belangrijkste steden O 3

22 Vergelijking tussen « zwavelachtige » (London) en « photochemische » (Los Angeles) smog Zwavel Photo-chemisch Eerste observaties Primaire vervuilers Secondaire vervuilers Temperatuur Relatieve Humiditeit Hoogste vervuiling Meer dan 300 jr SO 2, roet H 2 SO 4, sulfaten laag(< 10°C) hoog ochtend Midden van de 40s VOC, NOx O 3, PAN, HNO 3, … hoog (> 25 °C) laag middag Peroxyacetyl nitrate(PAN )

23 De ozonlaag in de stratosfeer Leven is er dank zij de ozonlaag, en de ozonlaag dank zij het leven

24 Hoe wordt ozon gevormd ?

25 Stratosferisch ozon Theoretische verklaring Chapman(1930) Productie O 2 + h  2O (j 2 ) fotodissociatie,  242 nm O + O 2 + M  O 3 + M k 2, M(O 2,N 2 ) Netto 3O 2 + M  2 O 3 + M Verlies O 3 + h  O 2 + O (j 3 ),  1140 nm Langzaam verlies via O 3 + O + M  2 O 2 + M (k 3 ) netto 2O 3 + h + M  3O 2 + M

26 Ozonverdeling met dit model  O 3 /  t = k 2 OO 2 M –j 3 O 3 - k 3 OO 3  O/  t = 2j 2 O 2 + j 3 O 3 - k 2 OO 2 M –k 3 OO 3  O x /  t =  (O + O 3 )/  t = 2j 2 O 2 – 2k 3 OO 3 stationair k 2 OO 2 M =j 3 O 3 + k 3 OO 3 j 2 O 2 = k 3 OO 3 j 3  k 3 O 3 [O 3 ] =[O 2 ](j 2 k 2 [M]/j 3 k 3 ) 1/2 Verticale ozonverdeling juist, maar te veel ozon in stratosfeer

27

28 Chapman’s theorie niet adequaat, nieuwe inzichten, katalytische afbraak destructie X katalysator X + O 3  XO + O 2 XO + O  X + O 2 netto O 3 + O  2 O 2 X= NO x, HO x, Cl x, Br x

29 X = HO x OH radicaal productie OH door H 2 O + O ( 1 D)  2OH CH 4 + O ( 1 D)  CH 3 + OH H 2 + O ( 1 D)  H + OH HO x chemie beneden de 30 km hoogte HO + O 3  HO 2 + O 2 HO 2 + O  HO + O 2 netto O 3 + O  2 O 2

30 NO x chemie Productie NO door N 2 O + O ( 1 D)  2NO N 2 O + h  N 2 + O NO + O 3  NO 2 + O 2 NO 2 + O  NO + O 2 netto O 3 + O  2 O 2 ozonafbraak

31 Het ozongat, ontdekt in 1984

32 Ozon afbraak Polaire stratosfeer wolken PSCs gevormd gedurende winter in extreem koude stratosfeer boven Noord en Zuidpool. Ozonafbraak op wolkendeeltjes Chloor en Broom uit Cfk‘s essentieel

33 Polaire ozongat ozonafbraak door Cl Cl natuurlijk via CH 3 Cl maar vooral antropogeen via CFK’s CF 2 Cl 2 + h  Cl + CF 2 Cl normaal Cl in reservoir verbinding zoals ClONO 2 In polaire winter zeer lage temperaturen polaire stratosfeer wolken T  196 K - Cl uit reservoirverbinding in actieve vorm via heterogene reacties op oppervlak wolkendeeltjes in vorm van Cl 2, HOCl -denitrificatie: HNO 3 condensatie op ijskristallen, uitzakking en verwijdering NO 2, nodig voor reservoir verbinding ClONO 2

34 Cl 2, HOCl gevormd op oppervlak parelmoer wolken ijskristallen Zon terug in voorjaar Cl 2 + h  2 Cl HOCl + h  OH + Cl Vervolgens ozonafbraak door 2( Cl + O 3  ClO + O 2 ) ClO + ClO + M  Cl 2 O 2 + M Cl 2 O 2 + h  Cl + ClOO ClOO + M  Cl + O 2 + M netto 2O 3  3O 2 Br in plaats van Cl: meer afbraak

35 Ozonafbraak in poolgebieden sinds 1970

36 Ozonafbraak wereldwijd

37 De toekomst van de ozonlaag: CFK’s

38 Toekomst van ozonlaag

39 Paul Crutzen, Mario Molina, and Sherry Rowland 1995 Nobelprijs Chemie atmosfeer

40 Koppeling tussen chemie, dynamica en klimaat Stratosferisch ozonverlies sinds 1980 compenseert opwarming door toename van broeikasgassen voor ongeveer 30% Afkoeling stratosfeer door afscherming infrarode straling door toename CO 2 in troposfeer meer CO 2 en H2O in stratosfeer afkoeling afname ozon, minder UV absorptie en koeling stratosfeer Afkoeling leidt tot andere stratosfeercirculatie en tot gewijzigde troposfeercirculatie

41 Samenvatting  toename ozon in troposfeer door toename luchtvervuiling  afname ozon in stratosfeer door toename chloor belasting  ozon in stratosfeer op middelbare breedtes neemt af maar groei in afname minder sterk dan 5 jaar terug  Boven tropen geen af- of toe-name  Atmosfeersamenstelling bepaald door emissies, straling, chemie en dynamica.

42 Behandelde stof Andrews, Hoofdstukken en onderwerpen Hfdst 1 hfdst 2: 2.1, 2.2, 2.3,2.5 Hfdst 4 Hdfst 5: 1,5.3,5.4,5.5, Hfdst 6: 6.5, 6.6, 6.7 Hand-outs Sommen Tentamen, mondeling op afspraak

43 Stage mogelijkheden bij het KNMI 1) Onderzoek naar luchtvervuiling in China Werkprogramma: analyse van data set van 10 jaar satellietwaarnemingen van luchtvervuiling boven Azie. Vergelijking met grondwaarnemingen en modellen. Studie verblijf aan Chinees onderzoeks instituut maakt deel uit van stage. Werkplek voornamelijk KNMI 2)Validatie van satellietwaarnemingen met behulp van grondwaarnemingen in Nederland. Werkprogramma: verrichten van waarnemingen vanaf de grond met deels nieuwe apparatuur, vergelijken met satellietwaarnemingen, analyse en interpretatie van verschillen KNMI biedt stage vergoeding

44 NO primaire vervuiler NO 2 verdwijnt in nacht via HNO 3 NO 2 niet gevormd in nacht door geringe ozon overdag vervuiling en ozonvorming


Download ppt "College Atmosferische fysica 8 4 mei 2007. Chemie atmosfeer Behandelde stof."

Verwante presentaties


Ads door Google