RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz Ivan Holoubek Chemie životního prostředí II – Znečištění složek prostředí Atmosféra (06) Uhlík v atmosféře Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 2Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Uhlík v atmosféře Oxid uhelnatý (CO) Prudce jedovatý, zadušení, afinita k hemoglobinu t1/2 = 120 dnů Produkt nedokonalého spalování Cigaretový kouř - 2 % Oxid uhličitý (CO2) Bez toxických účinků, dusivý, skleníkový plyn t1/2 = 2 - 4 roky Přirozený atmosférický propad:  fotosyntéza  absorpce v oceánech 3Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výskyt CO v atmosféře 4Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Organické sloučeniny uhlíku Uhlovodíky a jejich deriváty (RH, HCs) Nižší n-alkány C1 - C11 (g), vyšší (l, s), isoalkány, cyklo-alkány, arény, PAHs Celosvětové emise - 1,86 * 109 t.r-1 (5 % antropogenní emise), z toho 86 % CH4 (90 % bakteriální produkce), 9 % terpeny (rostlinná produkce) CH4 - severní pól - 1,08 mg.m-3 jižní pól - 0,85 mg.m-3 t1/2 = 4 - 7 roků Reakce s ozónem Uhlík v atmosféře 5Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhličitý  Koncentrace atmosférického CO2 v ppmv (jedna částice ku milionu objemových) na Mauna Loa, Hawai.  Tato měření dobře souhlasí s měřeními na ostatních stanicích.  Periodický cyklus je způsoben sezónními výkyvy CO2 v důsledku jeho spotřeby rostlinami.  Přibližné globální úrovně CO2 v roce 1900 a 1940 jsou vyznačeny liniemi. Environmental Effects of Increased Atmospheric Carbon Dioxide ARTHUR B. ROBINSON ‡ , SALLIE L. BALIUNAS † , WILLIE SOON † , AND ZACHARY W. ROBINSON ‡ ‡Oregon Institute of Science and Medicine, 2251 Dick George Rd., Cave Junction, Oregon 97523 [info@oism.org] †George C. Marshall Institute, 1730 K St., NW, Ste 905, Washington, DC 20006 [info@marshall.org] 6Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhličitý – produkce a producenti 7Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Skleníkový efekt 8Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Globální oteplování 9Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 1971 – Ehrlich a Holdern – globální oteplení, zapomenuto 1992 – celosvětová vládní konference, skončila pouze doporučeními, která nebyla naplněna 1995 – IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, UN) – globální oteplení 1997 – Kyoto (Kyoto Protocol), dohoda o snížení CO2 a dalších pěti skleníkových plynů na úroveň 5,2 % pod úroveň 1990, USA 7 %. Do roku 1999 měly země podepsat dohody. Dosud malý pokrok. Oxid uhličitý 10Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Význam oxidu uhličitého 11Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Skleníkové plyny CO2, CH4, N2O, CFC, O3, vodní pára Od roku 1800 u CO2 zvýšení o cca 60 %, u ostatních o zhruba 10 % Globální oteplování ovlivňování radiační bilance planety 12Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz CO2 Mauna Loa 13Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Data pro získání informací o složení atmosféry Geologie Paleontologie Sedimentologie Stratigrafie Z geologických záznamů víme, že se atmosféra změní. Nevíme jak a jakou rychlostí. Změny atmosféry jako přirozený proces 14Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Historický vývoj obsahu CO2 v atmosféře 15Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Podnebí mnohem teplejší, hladina oceánů o 100–200 m výše; W – fosilie teplých vod, E – evapority, C – ložiska uhlí Střední křída 16Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Minulých několik milionů let – početné cykly ochlazení a teplení superponovány na celkové chladnutí Glaciace – pokles teploty o několik stupňů na dlouhou dobu – rozšíření ledovců – doby ledové Teplejší období – doby meziledové – interglaciály Pleistocén (1,6 mil. let)– více než 20 cyklů s opakováním 20 000 až 40 000 let s extrémními minimy každých 100 000 let Ledové doby se odehrávaly už před 2,3 miliardami let. Dnes zabírají ledovce kolem 10 % povrchu (z toho 84 % v Antarktidě). V minulosti až 29 % povrchu. Ledové doby 17Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Poslední zalednění – začalo před 30 000 let, před 10 000 konec, nyní procházíme maximem interglaciálu 18Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Variace atmosférických koncentrací CO2 a CH4 a teploty 19Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Malá doba ledová: 1300–1900 Rhonský ledovec (Švýcarské Alpy) 1960 1850 Krátkodobé fluktuace 20Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhličitý - produkce 21Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Světová produkce energie a CO2 22Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Zásoby fosilních paliv 23Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhličitý – rekonstrukce historického vývoje 24Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Povrchové teploty Sargasového moře, končící v roce 1975, jak byly určeny z izotopického složení zbytků mořských organismů na dně moře. Horizontální linie je průměrná globální teplota pro toto období dlouhé 3 000 let. Malá doba ledová a středověké klimatické optimum se vyskytovaly naprosto přirozeně a představovaly odchylku klimatu po dlouhou dobu. Klouzavý 11-letý průměr teplot severní hemisféry vyjádřený jako odchylka od průměru teplot v letech 1951-1970 (silnější linie). Sluneční magnetický cyklus je vyznačen slabší linií. Oxid uhličitý 25Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Lokální vlivy – tepelné ostrovy 26Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Válka v Perském zálivu (1991) Vápence, Guanxi, Čína Lokální vlivy 27Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxid uhličitý 28Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Organické látky emitované vegetací 29Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz VOCs strom – ilustrace metabolického potenciálu vegetace emitovat VOCs 30Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků 31Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Atmospheric chemistry exemplified by the oxidation of methane from a ruminant animal. Despite the cow’s protestations to the contrary, it has released significant quantities of methane to the atmosphere. The methane was generated by enteric fermentation of grass in the cow’s stomachs. Once in the atmosphere, the methane is oxidized in a sequence of steps in which free radicals figure as important intermediates, and the end products are CO2 and H2O. The H2O becomes rain, and it and the CO2 are converted by photosynthesis in the grass to carbohydrate. The cow eats the grass, the carbohydrate ferments, and so the cycle begins again. Oxidace methanu v atmosféře 32Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků – příklad CH4 33Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků – C3 alkany, alkeny 34Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků – n-butan 35Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků – toluen 36Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma oxidace uhlovodíků – toluen 37Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Možné dopady skleníkového efektu 38Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Možné dopady skleníkového efektu 39Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Možné dopady skleníkového efektu 40Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Klimatické změny – hlavní složky klimatického systému 41Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Možné dopady klimatických změn 42Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Global average radiative forcing (RF) in 2005 (best estimates and 5–95 per cent uncertainty ranges) with respect to 1750 for CO2, CH4, N2O and other important agents and mechanisms, together with the typical geographical extent (spatial scale) of the forcing and the assessed level of scientific understanding (LOSU). Aerosols from explosive volcanic eruptions contribute an additional episodic cooling term for a few years following an eruption. The range for linear contrails does not include other possible effects of aviation on cloudiness. Global average radiative forcing (RF) 43Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky