View
52
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
Bu bölümde:. Hava Kirliliği Biyogeokimyasal Döngüler Kuru Birikme Yaş Birikme Atmosferde Kalma Süresi Karakteristik Karışma Zamanı. Atmosferde Biyogeokimyasal Döngüler, Taşınma Süreçleri ve Atmosferde Kalma Süreleri. Geçen Yüzyılda Yaşanan Önemli Hava Kirliliği Olayları. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Bu bölümde:
• Hava Kirliliği
• Biyogeokimyasal Döngüler
• Kuru Birikme
• Yaş Birikme
• Atmosferde Kalma Süresi
• Karakteristik Karışma Zamanı
Atmosferde Biyogeokimyasal Döngüler, Taşınma Süreçleri ve
Atmosferde Kalma Süreleri
Geçen Yüzyılda Yaşanan Önemli Hava Kirliliği Olayları
1960-70ler - Los Angeles – araba kullanımındaki artış ve sanayinin neden olduğu bir çok kirlilik olayları
Hava Kirliliği
• “İnsan faaliyetlerinden kaynaklanan maddelerin normalden yeterince fazla miktarlarda bulunması sonucu insan hayvan bitki ve diğer malzemede ölçülebilir bir etkiye neden olan durum”
Biyogeo-kimyasal Döngü
Atmosfer
ToprakOkyanuslar
Volkanlar
Tatlı ve yer altı suları, göller,
ırmaklar
Kayalar
Atmosfer
ToprakOkyanuslar
Volkanlar
Tatlı ve yer altı suları, göller,
ırmaklar
Kayalar
atmosfer
Döngü Modellemesi: Döngü yaklaşımı kimyasal bütçeleri ve atmosferde kalış sürelerini hesaplamada büyük kolaylık sağlar.
Döngü Terimleri:
AKI: Birim zamanda, birim alanda taşınan madde miktarı
Kaynak: Rezervuara giren akı
Rezervuar: Homojen sayılabilecek
herhangi bir medyum
Alıcı (Havuz) Rezervuardan çıkan akı
Terimler (Devam)• Bütçe: kaynaklar-alıcılar = 0 (Eğer birikme olmuyorsa)• Devir Zamanı: Rezervuar içeriğinin (M) toplam alıcılara
bölünmesi, veya, M’in toplam kaynaklara oranı. Her bir molekülün rezervuarda geçirdikleri ortalama zamanın bir ölçütü.
• Döngü: İki ya da daha fazla rezervuardan oluşan sistem• Biyogeokimyasal Döngü: Yaşamsal Elementlerin
(C,N,P,O,S) atmosfer, okyanus, sedimentler ve yaşayan canlılar gibi rezervuarlardaki döngüsü
• Uzamsal Ölçekler: Çeşitli uzamsal ölçekler seçilebilmekle birlikte daha çok bölgesel ve küresel ölçekler göz önüne alınır
• Zaman Ölçekleri: Bir sezondan daha uzun zaman ölçekleri dikkate alınır, kullanılan nicelikler seçilen dönem için ortalama değerlerdir.
Döngüler
• Modelleme yapılırken atmosferdeki önemli eser elementlerin yaklaşık kararlı halde olduğu varsayılır
• Atmosferdeki konsantrasyonlar kimyasal bütçe ya da döngülerle hesaplanır.
• Döngü modellemesiyle– Akıların büyüklüğü– Rezervuarların büyüklüğü– Atmosferde kalma süreleri elde edilir. Dezavantaj: Rezervuarda ne olduğu, nasıl olduğu,
konumsal dağılım gibi diğer detaylar bilinmez.
Kaynak Çeşitleri
Yüzey Emisyonları
Rezervuar içinde, yerinde oluşma
Stratosferden Giriş
Kaynaklar
Alıcı Havuzlar
• 1. Yaş Birikme (partikül madde* ve gazların yağmur ve karla dönem dönem atmosferden atılması)
• 2.Kuru Birikme (partikül ve gazların karaların ve denizlerin yüzeyine ulaşarak atılması)
• 3.Yerinde Çıkarılma (Atmosferdeki tepkimelerle dönüşümlere uğrayıp çıkarılma)
* Sıvı ya da katı saf su dışındaki herhangi bir madde
Yaş Çıkarılma Süreçleri
• Yaş birikme süreçlerinde havadaki partikül ve gaz maddelerin atmosferden çıkışı farklı şekillerde olabilir. – Yağmur Yağışı– Kar Yağışı– Sis yığılması – Bulut Kesişimi (Bulutun dağın zirvesiyle
temasta olması)
Çözünebilir ve tepkisellik çıkarılma hızını etkiler.
• Yaş Çıkarılma Hızı(vyç) : yıkanma oranıyla (yo) tanımlanır.
• Yıkanma Oranı: türlerin yüzey tabakasındaki yağıştaki derişimlerinin yüzey-tabakasında bulunan havadaki derişimlerine oranıdır.
Yaş Çıkarılma Süreçleri
ooyç yv = yağış şiddeti:
0.5 mm/sa (çiseleyen yağmur için)
25 mm/sa (sağnak yağmur için)
Çözünebilen gazların yaş birikme hızları daha az çözünen gazlara göre daha büyük olur.
Kuru Birikme Süreçleri• Atmosferik türbülans, maddenin kimyasal
özellikleri ve yüzeyin yapısına bağlıdır• Birikme bitki, toprak, okyanus vd.
yüzeylerine olabilir• Gazlar için türün çözünürlüğü ve kimyasal
olarak tepkiselliği (reactivity) yüzeyde kalmayı etkiler.
• Partiküller içinse partikülün boyutu, şekli ve yoğunluğu önemlidir.
R <= 2 m
Difüzyon
R >= 20 m
Yerçekimi
2 < R < 20
Etkili bir mekanizma yok.
F = - vkCa
vk = F/Ca
1)( yltak rrrv
Kuru Birikme SüreçleriKuru Birikme
Hızı
Yüzeydeki konsantrasyon
Aerodinamik tabaka (türbülent difüzyon, rüzgar hızı, atmosfer
kararlılığı vd.)
Yüzey
Laminar ara tabaka
1
32
ççltaltapk vvrrrrv 1)(Partikül maddeler için kuru birikme hızına
yerçekimi etkisinde yere çökelme hızı (vç) da
dahil edilir.
Paralel bağlanmış elektrik devrelerindeki gibi her tabakadaki direncin toplamının tersi birikme hızını verir.
Küresel Troposfer Kimyasal Modelde Kullanılan Birikme Hızları
Tür Kuru Birikme Hızı (cm/s)
Yaş Birikme Hızı(cm/sa)
O3 0.6 (kara)
0.06 (okyanus)
0.0
NO 0.1 0.0
NO2 0.5 (kara)
0.1 (okyanus)
0.0
HNO3 1.0 2.4
SO2 0.8 0.8
SO4 1.0 5.0
Atmosferde Kalma Süresi
Fgiren Fdışarı giden
EmisyonlarE
ÇıkanlarÇ
M = toplam kütle
ÇEFFdt
dMdıışgidegir
Atmosferde kalma süresi () belli bir molekül ya da atomun bir rezervuarda geçirdiği zaman demektir. Kalma sürelerinin olasılık yoğunluk fonkisyonu (), ()d da kalma süresi ile +d arasında olan moleküllerin oranı olsun, ortalama kalma süresi:
0
)( dkKararlı haldeki bir
rezervuar için devir süresi kalma süresine
eşit olur.
Atmosferde Kalma Süresi
girdıışgide
dıışgidegir
FE
M
FÇ
M
ÇFEFdt
dM
0Fgiren Fdışarı giden
EmisyonlarE
ÇıkanlarÇ
M = toplam kütle
Tüm atmosferi göz önüne aldığımızda ise,
E
M
Ç
M
FF dıışgidegir
0
Örnek• Dünyadaki sülfür içerikli bileşiklerin
konsantrasyonu 1 ppb’dir. (kütlece) . Toplam sülfür kaynaklarının yılda 200x1012 g/yıl olduğu bilindiğine göre sülfür bileşiklerinin atmosferde ortalama kalış süresi ne kadardır?
• Çözüm: Troposferin kütlesi: 4x1021 g
haftax
xx
E
M1
10200
)104)(101(12
219
II. Örnek
M1 T
E1 Ç1
M2
Ç2
1 2
1 nolu Rezervuarda Kalma Süresi:
1
1
1
11 E
M
TÇ
M
T
M
Ç
M 2
2
22
2 nolu Rezervuarda Kalma Süresi:
II. Örnek
M1 T
E1 Ç1
M2
Ç2
1 2
1 nolu Rezervuarda Kalma Süresi:
1
1
1
11 E
M
TÇ
M
T
M
Ç
M 2
2
22
Toplamda Kalma Süresi
121
1
21
21
21
E
T
E
MM
ÇÇ
MM
II. Örnek
M1 T
E1 Ç1
M2
Ç2
1 2
= 1 tüm maddeler 2 nolu rezervuara transfer edilmiş olur.
121
1
21
21
21
E
T
E
MM
ÇÇ
MM
= 0 = 1
Bu tip modeller atmosferik S (kükürt) sistemine uygulanmıştır. (Kitapta, sayfa 655-657). 1 nolu rezervuar SO2, 2 nolu rezervuar ise troposferdeki SO4’u temsil eder.
Atmosferde kalma sürelerinin bilinmesi, belli bir maddenin kaynaktan ne kadar uzağa taşınacağının ölçüsünü verir.
Karakteristik Karışma Süresi (k)
• Belli bir bölgeyi ele aldığımız takdirde (örneğin Kuzey yarımküre), k o maddenin verilen bölgede ne kadar sürede karışacağını verir.
k>İyi karışmamış
k<İyi karışmış
• Karışma süresi yöne göre değişir. Dikey doğrultuda (dikey eddy karışımı ve difüzyon) troposferde hızlı bir karışım (≈1 hafta-1ay )söz konusuyken, yatayda bir türün homojen karışması için gereken süre 1 yıl olabilir.
Dikey Karışım İçin Tipik Karışma Süreleri
0 km
2 km
1 gün“Gezegen Sınır Tabakası”
tropopoz
5 km
(10 km)
1 hafta
1 ay
10 yıl
z
k K
z
2
2 Kz = 105 cm2 s-1
k• SORU: 85Kr için atmosferde kalma süresi:10
yıl Troposferde 85Kr homojen bir şekilde dağılmış mıdır?
SORU: sülfür = birkaç hafta. Troposferde sülfürlü bileşikler iyi karışmış mıdır?
k• SORU: 85Kr için atmosferde kalma süresi:10 yıl
Troposferde 85Kr homojen bir şekilde dağılmış mıdır?
k<İyi karışmış
SORU: sülfür = birkaç hafta. Troposferde sülfürlü bileşikler iyi karışmış mıdır?
k>İyi karışmamış
Notlar• Genellikle bir türün atmosferden çıkma hızı türün
atmosferdeki konsantrasyonuyla doğru orantılıdır. • Kuru ve bulut damlasıyla olan yaş yığılma hızı için bu
durum geçerlidir. (Ne kadar çok bulunuyor, o kadar hızlı çıkarılma hızı)
• 85Kr için atmosferden en önemli çıkış mekanizması radyoaktif bozunmadır.
kkM
M
Ç
M 1 k=radyoaktif
bozunma sabiti.
Kalma süresi madde konsantrasyonunu bilmeyi gerektirmez, sadece bozunma sabitinin bilinmesi
yeterli olur.
Eğer bir madde iki ayrı çıkarılma mekanizmasına sahipse:
21
2121
1
1
)(
kk
kkMkk
M
22
11
1
1
k
k
k1
k2
21
21
21
111
Eğer tek çıkarma süreci k1’li tepkime ise gereken zaman
Eğer tek çıkarma süreci k2’li tepkime ise gereken zaman
Toplam Süre
1>>2 ise, k2 daha etkili bir mekanizma.
=2
ÖZET• i maddesini ele alalım.
iii ÇE
dt
dM
Eiik İnsan kökenli emisyonlar
Eid Doğal emisyonlar
Eik Kimyasal Tepkimeler
Çiky Kuru yığılma
Çiyy Yaş yığılma
Çik Kimyasal Tepkimeler
Çit Stratosfere Taşınma
itkyykykdiki MkkkkEEE
dt
dMiiiiiii)(
0dt
dM i
ki
di
iki
i
ti
yi
yyi
kyi
i
EEE
kkkk
1.2
1.1
Hangisini kullanmalı?
Recommended