ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΘΕΜΑ: ΄΄Ατμοσφαιρικά αιωρήματα: Άμεσες και έμμεσες επιδράσεις΄΄ Επώνυμο: ΚΟΛΙΟΣ Όνομα: ΑΝΔΡΕΑΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ατμοσφαιρικά αιωρήματα Ορισμός: Στερεά ή υγρά σωματίδια σε διασπορά στον αέρα Πρωτογενή: Εκπέμπονται απ’ ευθείας ως σωματίδια Δευτερογενή: Δημιουργούνται στην ατμόσφαιρα με διαδικασίες μετατροπής αερίων (προδρόμων) σε σωματίδια Μέγεθος: Λίγα nm έως δεκάδες μm Είναι απαραίτητα για τη συμπύκνωση των υδρατμών Συμμετέχουν σε χημικά και ηλεκτρικά φαινόμενα Επηρεάζουν την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας Ορισμένα από αυτά είναι επικίνδυνα για την υγεία των οργανισμών Επιπτώσεις στην ακτινοβολία: Επηρεάζουν τόσο άμεσα όσο και έμμεσα το ισοζύγιο της ηλιακής ακτινοβολίας άρα και το κλίμα Άμεση επίδραση: Σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας πίσω στο διάστημα Έμμεση επίδραση: Στη φυσική των νεφών, δηλαδή στην ανακλαστικότητα και την απορροφητικότητα των νεφών

ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΑΙΩΡΗΜΑΤΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 1 ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΑΙΩΡΗΜΑΤΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 1

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 1

ΠΗΓΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΑΙΩΡΗΜΑΤΩΝ ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΠΡΩΤΟΓΕΝΕΙΣ Σκόνη από το έδαφος Θαλάσσια άλατα (π.χ. NaCl) Ηφαιστειακή σκόνη Βιολογική προέλευση ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ Θει΄ι΄κά άλατα από βιογενή αέρια Θει΄ι΄κά άλατα από ΄΄ηφαιστειακό΄΄ SO2 Οργανική ύλη από βιογενή VOC Νιτρικά άλατα από NOX ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ ΠΡΩΤΟΓΕΝΕΙΣ Βιομηχανική σκόνη (SO2, NOX, …) Αιθάλη ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ Θει΄ι΄κά άλατα από SO2 Καύση βιομάζας Νιτρικά άλατα από ΝΟΧ Οργανικές ενώσεις από βιογενή VOC

Το μέγεθος και η σύσταση των αιωρημάτων στον αέρα μπορεί να μετατραπεί λόγω: Συμπύκνωσης ατμών διαφόρων ουσιών Συσσωμάτωσης με άλλα σωματίδια Χημικές αντιδράσεις Δημιουργίας ομίχλης ή νεφοσταγονιδίων Μηχανισμοί απομάκρυνσης: Ξηρή εναπόθεση, βαρυτική εναπόθεση στην επιφάνεια της γης Υγρή εναπόθεση, ενσωμάτωσή τους στα υδροσταγονίδια και απόπλυση με τη βροχή Χρόνος παραμονής: Από λίγες ημέρες έως λίγες εβδομάδες (στην τροπόσφαιρα)

ΠΡΩΤΟΓΕΝΕΙΣ ΚΑΙ ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΑΙΩΡΗΜΑΤΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 2 ΠΡΩΤΟΓΕΝΕΙΣ ΚΑΙ ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΑΙΩΡΗΜΑΤΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 2

ΠΙΝΑΚΑΣ 3

Ι) Σκόνη από το έδαφος Πηγές: Έρημοι Ημιάγονα περιθώρια ερήμων Ξηρές περιοχές με λίγη βλάστηση Περιοχές ΄΄διαταραγμένες΄΄ από ανθρώπινη δραστηριότητα κ.τ.λ. Χρόνος παραμονής: Μερικές εβδομάδες (για τα μικρότερα σωματίδια) Μέγεθος: Από 2μm έως 4μm σε διάμετρο Επίδραση στο ισοζύγιο ακτινοβολίας: Άμεση (σκέδαση, απορρόφηση)

ΙΙ) Θαλάσσια άλατα Πηγές: Φυσικές πηγές (θάλασσες, ωκεανοί κ.τ.λ.) Χρόνος παραμονής: Παρουσιάζει μεγάλη διακύμανση Μέγεθος: Από 0.05μm έως 10μm σε διάμετρο Επίδραση στο ισοζύγιο ακτινοβολίας: Σημαντική έμμεση επίδραση (στην ανακλαστικότητα των νεφών, πολύ αποτελεσματικά CCN- Cloud Condensation Nuclei) Άμεση επίδραση (σκέδαση του φωτός)

ΙΙΙ) Βιομηχανική σκόνη Πηγές: Μεταφορές Καύση άνθρακα Τσιμεντοβιομηχανίες Μεταλλουργία Αποτέφρωση αποβλήτων κ.τ.λ. Μέγεθος: Διάμετρος μεγαλύτερη από 1μm Επίδραση στο ισοζύγιο ακτινοβολίας: Δεν επιδρά στο ισοζύγιο ακτινοβολίας, επιδρά όμως στην ποιότητα του περιβάλλοντος

IV) Ανθρακούχες οργανικές ενώσεις Πηγές: Καύση καυσίμων Καύση βιομάζας Οξείδωση υδρογονανθράκων κ.τ.λ. Μέγεθος: Διάμετρος μικρότερη από 1μm Επίδραση στο ισοζύγιο ακτινοβολίας: Σημαντική έμμεση επίδραση (πολλές οργανικές ουσίες είναι υδροδιαλυτές και συμμετέχουν έτσι στο σχηματισμό υδροσταγονιδίων στα νέφη) Άμεση επίδραση (σκέδαση του φωτός, απορρόφηση του φωτός από αιθάλη και άλλες πισσώδεις ουσίες)

V) Πρωτογενή βιογενή σωματίδια Σύσταση: Υπολείμματα φυτών (τεμάχια φύλλων κ.τ.λ.) Μικροβιακά μόρια (βακτήρια, μύκητες, ιοί, άλγη, γύρη, σπόροι,…) Επίδραση στο ισοζύγιο ακτινοβολίας: Άμεση επίδραση (απορρόφηση στη UV-B περιοχή) Έμμεση επίδραση (δρουν στο σχηματισμό νεφικών σταγονιδίων και πυρήνων πάγου)

VI) Θει΄ι΄κά άλατα (sulphates) (κυρίως H2SO4, NH4HSO4,…) Πηγές: Χημικές αντιδράσεις στην ατμόσφαιρα από αέρια προδρόμους (SO2 από ανθρωπογενείς πηγές και ηφαίστεια, DMS-dimethylsulphide από βιογενείς πηγές κ.τ.λ.) Χρόνος παραμονής: 4 έως 7 ημέρες (υγρή απομάκρυνση) Μέγεθος: Διάμετρος μικρότερη από 1μm Επίδραση στο ισοζύγιο ακτινοβολίας: Σημαντική άμεση επίδραση (σκέδαση του φωτός)

VII) Νιτρικά άλατα (Nitrates) (κυρίως NH4NO3,…) Πηγές: Χημικές αντιδράσεις στην ατμόσφαιρα από αέρια προδρόμους (NH3, NOX,…) Επίδραση στο ισοζύγιο ακτινοβολίας: Άμεση επίδραση (σκέδαση του φωτός), (σημαντική σε περιοχές με αυξημένες ποσότητες NOX, NH3)

VIII) Αιωρήματα από ηφαιστειακή δραστηριότητα (σκόνη και θειούχες ενώσεις) Τροπόσφαιρα Οι θει΄ι΄κές ενώσεις που σχηματίζονται συνεισφέρουν στο σχηματισμό σωματιδίων από πάγο τα οποία επηρεάζουν έμμεσα το ισοζύγιο ακτινοβολίας Σχηματισμός νεφών cirrus από ηφαιστειακά αιωρήματα Στρατόσφαιρα Σπανίως ηφαιστειακή ύλη εισέρχεται στη στρατόσφαιρα (Pinatubo 1991,…) Χρόνος παραμονής: Έως και 4 χρόνια Επίδραση στο ισοζύγιο ακτινοβολίας: Άμεση επίδραση (σκέδαση του φωτός)

ΠΑΓΚΟΣΜΙΕΣ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ FIELD CAMPAIGNS Το οπτικό βάθος των αιωρημάτων μπορεί να υπολογιστεί από δορυφορικές μετρήσεις της φασματικής πυκνότητας ροής ακτινοβολίας (irradiance) σε συνδυασμό με ένα μοντέλο των ιδιοτήτων των αιωρημάτων Ο εκθέτης Angstrom (που σχετίζεται με το μέγεθος των αιωρημάτων) μπορεί επίσης να υπολογιστεί σε συνδυασμό με δεδομένα από το έδαφος Η ανακλαστικότητα μεμονωμένης σκέδασης (σημαντική στον προσδιορισμό της άμεσης επίδρασης) είναι δύσκολο να υπολογιστεί από τους δορυφόρους ειδικά πάνω από ωκεανούς. Μόνο σε ειδικές περιπτώσεις και σε συνδυασμό με δεδομένα από το έδαφος Δεν υπάρχει αξιόπιστη μέθοδος προσδιορισμού του μέρους εκείνου των αιωρημάτων τα οποία είναι ανθρωπογενή Field campaigns και δίκτυα παρακολούθησης δίνουν σημαντικές πληροφορίες όσον αφορά και χημικές και φυσικές ιδιότητες των αιωρημάτων

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 2

ΤΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΙΩΡΗΜΑΤΩΝ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3

ΕΜΜΕΣΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΑΙΩΡΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΠΥΡΗΝΩΝ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗΣ ΝΕΦΩΝ Η αποτελεσματικότητα ενός αιωρήματος όσον αφορά τη δράση του ως CCN εξαρτάται από: Το μέγεθός του Την ΄΄αντίδρασή΄΄ του στο νερό Σωματίδια που μπορούν να δράσουν ως CCN είναι: Θει΄ι΄κά άλατα NaCl και διάφορα άλλα υδροδιαλυτά άλατα Ανόργανα οξέα Οργανικές ενώσεις

ΣΧΟΛΙΑ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα ατμοσφαιρικά αιωρήματα: Διαχωρίζονται σε πρωτογενή και δευτερογενή Προέρχονται τόσο από ανθρωπογενείς όσο και από φυσικές πηγές Αποτελούνται κυρίως από (τροποσφαιρικά): Θείο Αμμωνία Αζωτούχες ενώσεις Χλωριούχες ενώσεις Νάτριο Άνθρακα (ανόργανα, οργανικά) Μέταλλα Έχουν μικρό χρόνο ζωής (έως λίγες εβδομάδες) Είναι ανομοιογενώς κατανεμημένα στο χώρο και στο χρόνο Επηρεάζουν τόσο άμεσα όσο και έμμεσα το ισοζύγιο ακτινοβολίας και προς τις δύο κατευθύνσεις (εισερχόμενη από τον ήλιο και εξερχόμενη από τη γη-ατμόσφαιρα) Αιωρήματα με διάμετρο μικρότερη από 1μm σκεδάζουν έντονα την ηλιακή ακτινοβολία ψύχοντας τη γη (π.χ. θειούχα, καπνός, οργανικά) Η σκόνη σκεδάζει και απορροφά. Ψύxει στο VIS και θερμαίνει στο IR Τα θερμοκηπικά αέρια απορροφούν στο IR θερμαίνοντας την ατμόσφαιρα