RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz Ivan Holoubek Chemie životního prostředí II – Znečištění složek prostředí Atmosféra (10) Smogy 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 Rozptyl škodlivin v atmosféře 3Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Emise a depozice za různých meteorologických podmínek 4Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Smogy – meteorologické podmínky vzniku 5Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Smogy CHARAKTERISTIKY KLASICKÝ FOTOCHEMICKÝ Místo prvního výskytu Londýn Los Angeles Základní komponenty SOx, tuhé částice O3, NOx, HCs, CO, volné radikály Základní zdroje Průmyslové a domácí spalování fosilních paliv (uhlí, nafta) Automobilová doprava (benzín, nafta) Vlivy na člověka Dráždění horních a dolních cest dýchacích Oční iritant Vlivy na chemické látky Redukční Oxidační Čas výskytu nejhorších epizod Zimní měsíce, zvláště časné ráno (0 - 5 °C) Okolo poledne v letních měsících (25 - 30 °C) 6Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fotochemický smog – Los Angeles 7Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fotochemický smog – Los Angeles 8Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Views of: a) intrusion of Los Angeles smog at the inversion layer into the Orange County air space near El Toro airport and Santiago Peak; b) Ocean fog entering the Aliso/Wood Canyons near El Toro air space; c) Representative volume of air space affected by fuel combustion of aircraft in landing and take off, LTO. 9Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Oxidační smog  (fotochemický, los Angelský smog) – vytváří se v městských oblastech vlivem dopravy a slunečního záření, hlavní složkou je fotochemicky vzniklý ozón, reakce je katalyzovaná NOx  poškozuje sliznici, ztěžuje dýchání, způsobuje alergická onemocnění 10Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma vzniku fotochemického smogu 11Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fotochemický smog 12Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vznik přízemního ozonu 13Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vznik fotochemického smogu  Při spalování, např. v motorech, vzniká NO: N2(g) + O2(g)  2 NO(g)  Ve vzduchu se NO rychle oxiduje: 2 NO + O2(g)  2 NO2(g)  Slunečním zářením se NO2 rozkládá: NO2(g) + h  NO(g) + O(g)  Radikál kyslíku vzniklý fotodisociací NO2 může reagovat s O2 na O3, klíčovou složku smogu: O(g) + O2(g) + M(g)  O3(g) + M*(g)  V troposféře je ozón nežádoucí příměs, protože O3 je toxický a reaktivní.  Ozónu ubývá ve stratosféře, a jeho koncentrace narůstá v troposféře, kde vytváří nežádoucí smog. 14Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vznik přízemního ozonu 15Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fotochemický smog 16Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fotochemický smog – denní variace 17Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fotochemický smog 18Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fotochemický smog – reakce 19Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz R – C(=O) - O - O - NO2 R = CH3-, CH3CH2-, CH3CH2CH2-, PhPeroxyacylnitráty (PANs) Dráždí sliznice, fytotoxicita, inaktivace enzymů oxidací SH- skupin, negativní ovlivnění syntézy mastných kyselin, inhibice fixace CO2, redukce N nukleotidů a fotosyntetické fosforylace Fytotoxicita = 10 ppb / 5 hod. Místo výskytu Doba sledování Maximální koncentrace PAN [ppb] Los Angeles, CA 1965 210 Riverside, CA 1968 58 Padasena, CA 1972 53 Salt Lake City, UT 1966 57 Calgery, CAN 1982 7 Essen, FRG 1973 20 Londýn, UK 1974-5 16 Tokyo, JPN 1973 32 Litvínov, ČSSR 1979 40 Výskyt PAN v atmosféře: 20Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fotochemické oxidační reakce organických látek 21Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Redukční (průmyslový, londynský) smog  Vhodná atmosférická situace - dlouhodobá teplotní inverze  Hlavní složkou je SO2, PM (popílek saze) a kyseliny (sírová, dusičná, chlorovodíková).  Vzniká interakcí městského a průmyslového kouře s mlhou, vyskytující se zimních podmínkách s výraznými přízemními inverzemi teploty - nedochází k pohybu vzdušných mas  prudký nárůst koncentrace SO2 a tuhých částic a pokles koncentrace kyslíku. SO2 je oxidován na H2SO4 mechanismy viz SO2  Mlha je nezbytnou podmínkou vzniku - dominantní typ v nočních hodinách  Ztěžuje dýchání, dráždí sliznice, dušení  V roce 1952 zemřelo v Londýně během dnů 4 000 lidí 22Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Londýnský smog 23Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Londýnský smog 24Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Londýnský smog 25Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Londýnský smog a problémy obyvatel  Zastaven provoz autobusů, zrušeny fotbalové zápasy  Problémy hospodářských zvířat  Nemožnost najít cestu domů 26Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Struktura přijatého zákona Many clauses • PHA (1936) 6 • CAA (1956) > 40 Detail in memoranda • chimney heights • smoke control areas • industrial premises Compare with EC/96/62 Air Quality Monitoring and Management Directive 27Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Problémy Nedostatek vhodného paliva 28Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz CAA(1956) affects our concept of environment Personal freedom and the automobile Doubts - public transport will never cope Dnes 29Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Smogy – Ostravsko, únor, 2011 30Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Smogy - Česká kotlina 31Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Důsledky působení imisí - souhrn  ohrožení života lidí - dráždí oční sliznici, poškozování horních cest dýchacích, alergická onemocnění  okyselení půdy a vodních toků - projevuje se hlavně tam kde je nedostatek vápníku, který by kyseliny neutralizoval. Škody na rybách se projevují pod hodnoty 6,5 pH, pod 5 pH je voda „mrtvá“  škody na lesních porostech – od pol. 70 let rozsah škod daleko nad přirozenou úroveň – hlavně střední Evropa, Sev. Amerika. V současné době je ve střední Evropě poškozena více než ½ lesních porostů – příčiny jsou různé, často se vzájemně (synergicky) posilují.  škody na majetku a uměleckých dílech – zejména oxid siřičitý rozrušuje strukturu staveb a uměleckých památek, způsobuje korozi skla, kovů 32Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Poškozování lesů imisemi a) zachytávání škodlivin na listech a jehličí – vede k poškozování chlorofylu a xantofylu (zelené a žluté barvivo), porušování buněčných membrán, odumírání buněk a tkání, k poruchám dýchání, u živočichů leptá sliznici b) klimatické příčiny – v některých případech jsou stromy ne zcela zničeny, ale pouze oslabeny a potom jsou velmi náchylné ke klimatickým podmínkám – zejména suchá léta, mrazivé zimy a silný vítr (normálně se les zotaví, pokud není oslaben imisemi) c) nákazy a hmyz – např. kůrovec. Působí podobně jako klimatické škody synergicky s poškozením imisemi a nevhodným hospodařením v lesích d) odumírání symbiotických hub 33Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz e) okyselení půdy – při nízkém pH dochází k vyplavování minerálních živin z půdy (Ca, Mg, Na, K) – jsou uvolněny a vyplaveny a místo nich nastupují toxické ionty, zejména Al3+ – dochází k postupné otravě f) disproporce ve výživě stromu – kyselé deště jsou dobrým hnojivem, protože obsahují množství NOx – v půdě se však nedostává hořčíku, který je nezbytnou součástí chlorofylu – strom rychle dorůstá, ale do nových jehlic si musí půjčovat živiny ze starších – ty žloutnou a opadávají. Přírůstky dřeva jsou proto mnohdy vysoké, dřevo je však řidší, méně pevné a náchylné ke zlomům Poškozování lesů imisemi 34Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky