Embed Size (px)
Citation preview
NANOMÉTER MÉRETŰ AEROSZOL RÉSZECSKÉKKELETKEZÉSE ÉS NÖVEKEDÉSE A LÉGKÖRBEN
Salma ImreELTE Kémiai Intézet, Analitikai Kémiai Tsz.
URL: www.salma.elte.hu
Az ELTE TTK Anyagfizikai Tsz. és a TTK Nagyműszeres Kari Kutató és Műszer Centrumközös szemináriuma, 2012. április 24.
A LÉGKÖRIAEROSZOL
RÉSZECSKÉKMÉTETELOSZLÁSAI
BUDAPESTEN
AZ ÉGHAJLATI KÉNYSZER
AEROSZOL RÉSZECSKÉK ÉS AZ ÉGHAJLAT
• légzőszervek (150 m2), bőr• „tiszta” levegő: a részecskék
száma és mérete• közepes fizikai aktivitás,
1 nap alatt kb. 20 000 liter levegőt lélegzünk be ⇒100 milliárd aeroszol részecske
• lerakódás a légutak és a léghólyagok felületén,tisztulási mechanizmusok
• a nanorészecskék átjutnaka sejtfalon
• többlet egészségügyi kockázat
EMBER ÉS A LEVEGŐKÖRNYEZET
KOROM AEROSZOL RÉSZECSKÉKA TÜDŐBEN
AZ ULTRAFINOM AEROSZOL RÉSZECSKÉK KELETKEZÉSE
• közvetlen emisszió magashőmérsékletű folyamatokból: gépjármű emisszió, fűtés és égetés, ipari tevékenység
• légköri nukleáció• nanotechnológia és termékei
A LÉGKÖRI NUKLEÁCIÓ
• elsőrendű fázisátalakulás, itt: gázhalmazállapotból →folyadék vagy szilárd (aeroszol) fázis
• túltelítettség, gőzök a levegőben: H2O, egyéb• elővegyületek: SO2, NH3, szerves gázok (VOC)• mechanizmus: levegőkémiai reakció főleg OH-gyökkel
(fotokémia) ⇒ termékek kevésbe illékonyak ⇒ együttes gócképződés ⇒ növekedés ⇒ cloud condensation nuclei, CCN
• banángörbe
NUKLEÁCIÓS ELMÉLETEK
104ln34 23 >⇔<+−=Δ SRS
vkTRG p
Lp σππ
• homogén homomolekuláris nukleáció
• homogén bináris nukleáció
• homogén ternális nukleáció: H2SO4-H2O-NH3• ion indukált nukleáció (kozmikus sugárzás hatása)• kinetikai (semleges) nukleáció
CERN: CLOUD KÍSÉRLET
Aminok (NHR1R2) és VOC-k szerepe, J : 10-1000× ↑
• differenciális mobilitás részecske szeparátor (DMPS):• neutralizáló (241Am)• mobilitás analizátor (DMA)• kondenzációs részecskeszámláló
(CPC)
• mérési tartomány: 6–1 000 nm
• átmérőfelbontás: 30 csatorna
• időfelbontás: ca. 10 min(⇒ naponta kb. 139 spektrum)
AZ ULTRAFINOM RÉSZECSKÉK MÉRÉSI MÓDSZEREI
MŰKÖDÉSI ELVEK
• DMA • CPC
Belváros
Utcakanyon
AlagútVárosi háttér
A VÁROSI KÖRNYEZET TíPUSAI
ULTRAFINOM RÉSZECSKÉKNAPI KONCENTRÁCIÓJA (×103 cm-3)
Városi háttér Belváros Utcakanyon Alagút
Minimum 1,25 2,7 4,9 3,7
Maximum 10,1 20 41 392
Medián 3,6 9,3 22 134
Legnagyobb mért érték 80 244 353 465
UF járulék 76% 79% 86% 85%
1 Nov 1 Dec 1 Jan 1 Feb1 Mar 1 Apr 1 May 1 Jun 1 Jul 1 Aug 1 Sep 1 Oct 1 Nov
5
10
15
20
25
30
Daily median, 6-1000 nm Yearly median, 6-1000 nm Daily median, 6-100 nm Yearly median, 6-100 nm
Con
cent
ratio
n x
10-3
[cm
-3 ]
Date [d MMM]
TOTAL AND ULTRAFINE PARTICLE CONCENTRATIONS
00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 24:000
2
4
6
8
10
12
14
N6-100 for non-event days N100-1000 for non-event days N6-100 for event days N100-1000 for event days
Con
cent
ratio
n ×1
0-3
[cm
-3 ]
Time [hh:mm]
DIURNAL VARIATION OFPARTICLE NUMBER CONCENTRATIONS
2009. január 22.
1 10 100 10000
1
2
3
4
5
6
7
Aitken m ode Accum ulation m ode Sum of m odes
dN/d
log(
Dp)
[100
0 cm
-3]
Mobility diam eter [nm ]
Inverted data
D=30.1 nmσ=2.06
N=1574 cm–3
D=116 nmσ=1.81N=3789 cm–3
4:28
1 10 100 10000
2
4
6
8
10
12
14
Inverted data Aitken mode Accumulation mode Sum of modes
dN/d
log(
Dp)
[100
0 cm
3 ]
Mobility diameter [nm]
Inverted data
D=26.0 nmσ=1.85
N=6786 cm–3
D=96.9 nmσ=1.89N=6231 cm–3
15:55
AITKEN AND ACCUMULATON MODESAITKEN AND ACCUMULATON MODES
DIRECT EMISSIONS
Friday, 27 Feb 2009
DIRECT EMISSIONSWITH PHOTOCHEMICAL GROWTH
Wednesday, 3 Jun 2009
DIRECT EMISSIONS ANDNEW PARTICLE FORMATION AND GROWTH
Tuesday, 28 Apr 2009
1 10 100 10000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
N=8487 cm-3
NMMD=7.3 nmGSD=1.60
N=947 cm-3
NMMD=154 nmGSD=1.60
dN/d
logd
x 1
0-3
[cm
-3 n
m-1
]
Diameter [nm]
Inverted data Nucleation mode Aitken mode Accumulation mode Sum of the modes
N=5760 cm-3
NMMD=45 nmGSD=1.68
NUMBER SIZE DISTRIBUTIONFOR 10:00 ON 8 MAY 2009
Nucleation/Nprev=2.3±1.1
NEW PARTICLE FORMATION AND GROWTH
Saturday, 8 Nov 2008
BANANA CURVES IN NEAR CITY BACKGROUND
2012. 04. 09−10., hétfő−kedd
KÜLÖNLEGES BANÁNGÖRBÉK
városi háttér,
utcakanyon, utcakanyon,
Winter Spring Summer Autumn Year
Total days 90 92 92 91 365
Days with missing data
3 2 10 4 19
Undefined days
5 12 7 10 34
Days with nucleation
6 34 21 22 83
Days with no nucleation
76 44 54 55 229
EVENT STATISTICS
27%fnucl=7% 44%
Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov0
10
20
30
40
50
60
Month of year
Nuc
leat
ion
frequ
ency
[%
]
NEW PARTICLE FORMATION FREQUENCY
SO2 Radiation CS ×103 Proxy ×10–3 Season Period [μg m–3] [W m–2] [s–1] [μg m–5 Ws]
Winter Event days 6.7 60 6.8 50 Non-event days 8.6 37 18.7 17.8 Spring Event days 6.1 228 12.6 93 Non-event days 6.1 182 14.4 63 Summer Event days 5.8 239 9.4 150 Non-event days 5.8 244 13.7 114 Autumn Event days 7.5 183 15.4 90 Non-event days 7.1 78 17.5 43 Year Event days 6.6 215 12.3 96 Non-event days 6.8 104 15.6 47
MAJOR SOURCE AND SINK TERMS FOR H2SO4AND ITS POXY
Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov0
2
4
6
8
10
12 Individual data Monthly mean Yearly mean
Form
atio
n ra
te
[cm
-3 s
-1 ]
Month of year
FORMATION RATE FOR 6-nm-PARTICLES
Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov
2
4
6
8
10
12
14 Individual data Monthly mean Yearly mean
Gro
wth
rate
[n
m h
-1 ]
Month of year
PARTICLE GROWTH RATE AT 6 nm
CONCLUSIONS
• nucleation frequency in central Budapest:
• 27% on a yearly scale
• seasonal dependency: winter 7.3% vs. spring 44%
• controlled by H2SO4 production from SO2 andits sinks mainly by condensation
• affected by condensation sink and solar radiation
• not sensitive to SO2, the precursor gas is in excess(yearly mean 6.7 μg m–3)
• formation and growth rates
• in more closed spaces (street canyons): role of micrometeorology
MEGHÍVÓ
az ELTE Természettudományi Kara,az MTA Környezeti Kémiai Munkabizottsága és
a MKE Magyar Aeroszol Társaságszakmai előadói ülésére az ELTE tiszteletbeli doktor és professzor
címének adományozása alkalmából, amelyet
Markku KULMALA tartAtmospheric aerosol particles: from molecular clustering
to global climatecímmel.
Ortvay- (0.81 számú) terem,2012. május 10-én, csütörtökön 15:00
