Aerojonu un atmosfēras antropogēnā piesārņojuma savstarpējā ietekme

Andris Skromulis

Rēzeknes AugstskolaAtbrīvošanas aleja 90, Rēzekne, LV 4601

e-mail: andris.skromulis@inbox.lv

Pamatjēdzieni Atmosfēras fizikā termins „aerojons” nozīmē visas gaisā esošās daļiņas, kurām

piemīt elektriskais lādiņš un kuras nodrošina gaisa elektrovadītspēju. (Dolezalek et al., 1985; Tammet, 1998 .)

Jēdziens „aerojons” nozīmē visas gaisā esošās lādētās daļiņas, kuru izmēri ir no 0,36 līdz 79 nm un mobilitāte no 1,3 līdz 0,0042 cm2V-1s-1. Būtībā no gaisā migrējoša brīva elektrona līdz aerosolu daļiņām, kuru izmēru augšējā robeža nav skaidri definēta.

Aerojonu iedalījums

2dnq n nZ

dt

Aerojonu līdzsvars atmosfērā

q ir jonizācijas pakāpe α ir rekombinācijas koeficients n ir jonu koncentrācija gaisā β ir jonu – aerosolu efektīvās saskares koeficients Z ir kopējā daļiņu koncentrācija neatkarīgi no konkrētās daļiņas lādiņa

Jonizācijas pakāpe ir izveidojušos jonu pāru skaits 1 cm3 gaisa,1 s.

Rekombinācijas koeficients ir pozitīva un negatīva jona rekombinācijā izzudušo jonu pāru skaits 1 cm3 gaisa, 1 s.

Aerojonu izcelsme dabā

Hoppel, W.A., Anderson, R.V. and Willett, J.C. (1986)

Pozitīvo un negatīvo aerojonu ietekme uz cilvēka

veselību Unipolaritātes koeficients

nK

n

Negatīvie aerojoni Pozitīvie aerojoni

- Seratonīna līmeņa asinīs samazināšana- Glikokortikoīdu līmeņa paaugstināšana

virsnieru dziedzeros- Vairogdziedzera darbības stimulēšana

- Olnīcu funkciju stimulēšana- Sēklinieku funkciju aktivizēšana- Dziļš, noturīgs miega veicināšana

- Agresivitātes un satraukuma mazināšana- Atmiņas uzlabošana

- Arteriālā asinsspiediena regulēšana- Tolerances pret sāpēm paaugstināšana

- Smadzeņu darbības uzlabošana kopumā

- Seratonīna līmeņa asinīs palielināšana - Kortikoīdu mineralizēšanās

veicināšana virsnierēs - Vairogdziedzera darbības pavājināšana- Olnīcu funkciju pavājināšana - Modrības un koncentrēšanās spēju

pavājināšana - Miega traucējumu izraisīšana - Agresivitātes un nervozitātes

pieaugums - Atmiņas pavājināšanās - Pārlieka jūtība pret sāpēm

Cilvēkiem ir vajadzīgi abu polaritāšu joni (500 – 1500 cm3-1 San Pin). Sevišķi bīstams ir negatīvo jonu “bads” kombinācijā ar paaugstinātu pozitīvo jonu koncentrāciju!

Eksperimentālie pētījumi

Eksperimentālo pētījumu mērķis – noteikt likumsakarības starp jonizācijas parametriem gaisā un antropogēniem faktoriem.

Eksperimentālo pētījumu uzdevumi:

1.Noteikt aerojonu koncentrācijas fona līmeni dabā.

2.Noteikt aerojonu koncentrācijas diennakts un sezonālās svārstības dabā, analizēt tās ietekmējošos faktorus.

3.Noteikt aerojonu vidējās koncentrācijas dažādās ekosistēmās.

4.Noteikt aerojonu vidējās koncentrācijas dažādos pilsētas mikrorajonos ar dažāda veida un intensitātes antropogēno piesārņojumu.

5.Veikt atsevišķu tehnogēno procesu ietekmes uz aerojonu koncentrāciju analīzi.

6.Veikt aerojonu koncentrācijas un antropogēnā piesārņojuma intensitātes savstarpējo korelāciju analīzi un atrast matemātiskās sakarības starp parametriem.

Mērījumi Rēzeknē

8 mērījumu punkti

3 reizes dienā:

no 7:00 līdz 10:00, 12:00 līdz 14:00, 16:30 līdz 18:00.

4 gadalaiki: Pavasaris,

Vasara, Rudens,

Ziema.

Katrā punktā 10 mērījumi 16s režīmā

Augstums ≈ 1,6 m

Aerojonu koncentrācijas izmaiņu diennakts dinamika (2010.g. vasara)

0100200300400500600700800

Mērījumu punkti

Aer

ojo

nu

ko

nce

ntr

ācij

a

Neg. Rītā Neg. Pusdienās Neg. Vakarā Poz. Rītā Poz. Pusdienās Poz. Vakarā

Gaisa piesārņojuma diennakts dinamika pilsētā

Mērījumi Rēzeknēn

Kn

Aerojonu vidējo koncentrāciju apkopojums 2009 – 2010 g.

Aerojonu koncentrācijas un transporta plūsmu mērījumi Rēzeknē 19.04.2011.

  Negatīvie Pozitīvie KNo rīta 202 150 0.74Pusdienlaikā 196 343 1.75Vakarā 117 206 1.77

Tr. vienību skaits114511271265

Atbrīvošanas alejas un Latgales ielas krustojums

Aerojonu mērījumi automobiļa atgāzēs

Arithm. mean values

Motor off Motor on Motor off

Eksp.1 Neg 626 201 587

Pos 961 639 990

Eksp.2 Neg 348 406 390

  Pos 633 701 593

Eksp.1

Eksp.2

Eksp.1 – atgāzes nozīmīgi ietekmē aerojonu koncentrāciju.Eksp.2 - atšķirības sērijās ir nozīmīgas, izņemot negatīvajiem joniem motora darbības laikā un pēc tā izslēgšanas. Fona konc. pirms un pēc eksperimenta atšķiras nenozīmīgi.

Aerojonu koncentrācijas mērījumi dažādās ekosistēmās

30 min. , diennakts laikā no 11:00 līdz 17:00.

Aerojonu koncentrācijas mērījumi dažādās ekosistēmās

Aerojonu, piesārņojošo gāzu un meteoroloģisko apstākļu korelācijas

Gaisa monitoringa stacijā Karlova mikrorajonā Tartu, 14.10.2011 

X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 YNO NO2 NOx CO SO2 O3 t° φ vēja

virz.vāja ātr.

P PM 10 PM 2.5 Klasterjoni

Spēcīgākās aerojonu koncentrācijas korelācijas ar NO2, NOX, CO, O3

Aerojonu koncentrācijas mērījumi apputināšanas procesā ar vakuumkameru

Aerojonu spektrometrs SIGMA

Aerojonu koncentrācijas mērījumi apputināšanas procesā ar vakuumkameru

Aerojonu skaitītājs Sapfir

Secinājumi Vieglo aerojonu koncentrācijām praktiski vienmēr raksturīgas spēcīgas

fluktuācijas pat 10 mērījumu sērijas ietvaros. Antropogēnais atmosfēras piesārņojums ietekmē aerojonu koncentrāciju

un sastāvu, pieaugot piesārņojumam, visvairāk samazinās negatīvo aerojonu koncentrācija, tādā veidā negatīvi ietekmējot iedzīvotāju veselību un labsajūtu.

Atmosfēras gaisa jonizācijas līmenis Rēzeknē vērtējams kā vidēji liels (urbanizētām teritorijām raksturīgais līmenis 100 – 500 joni/cm3). Dažādos gadalaikos veiktajos mērījumos negatīvo aerojonu koncentrācija svārstās no 135 joni/cm3 Latgales ielā pavasara periodā līdz 554 joni/cm3 pie 5. vsk. rudenī. Pozitīvo jonu koncentrācija savukārt svārstās no 188 joni/cm3 Latgales ielā pavasarī līdz 453 joni/cm3 pie 5. vsk. rudenī. Tomēr iezīmējas atsevišķas teritorijas, kurās ir palielināta pozitīvo jonu koncentrācija, un tās saistās galvenokārt ar transporta radīto piesārņojumu.

Aerojonu mērījumi sniedz papildus informāciju par gaisa kvalitāti apdzīvotās vietās, tāpēc tie būtu iekļaujami monitoringa staciju nērāmo parametru klāstā.

Aerojonu koncentrācija ir atkarīga no daudziem meteoroloģiskiem un pat ģeoloģiskiem faktorim, tomēr korelāciju dēļ ar antropogēnā piesārņojuma sastāvdaļām, tā ir pielietojama kā integrāls gaisa kvalitātes parametrs.

Aerojonu pētījumi ir viens no veidiem dabisko un antropogēno sistēmu mijiedarbības izzināšanā.