Ατμοσφαιρική Χημεία και Θερμοκηπικά Αέρια Ατμοσφαιρική Χημεία και Θερμοκηπικά Αέρια Κολιός Σταύρος ΠΜΣ Φυσικής Περιβάλλοντος

Το φαινόμενο του Θερμοκηπίου Εισερχόμενη Ηλιακή ακτινοβολία Ανακλόμενη Ηλιακή Εξερχόμενη Υπέρυθρη Ακτινοβολία Ακτινοβολία Ατμόσφαιρα Επιφάνεια Γης

Οι κυριότερες ενώσεις που συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου Οι κυριότερες ενώσεις που συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου • Οι ανθρωπογενείς πηγές παίζουν κύριο ρόλο στην εκπομπή σημαντικών θερμοκηπικών αερίων • Η ηλιακή ακτινοβολία και η υδροξυλική ρίζα είναι βασικοί συντελεστές καταστροφής των αερίων αυτών

N2O (Υποξείδιο του αζώτου) • ΄Εχει μεγάλη διάρκεια ζωής και κατορθώνει να φθάσει στη στρατόσφαιρα.Εκεί φωτοδιασπάται σε ΝΟ και κατόπιν μέσω των παρακάτω αντιδράσεων καταστρέφει το όζον: ΝΟ + Ο3 → ΝΟ2 + Ο2 ΝΟ2 + Ο → ΝΟ + Ο2 • Στην τροπόσφαιρα παραμένει αδρανές και δεν περιλαμβάνεται στους ατμοσφαιρικούς ρύπους.

CH4 (Μεθάνιο) • Χρόνος παραμονής στην ατμόσφαιρα περίπου 8,4 χρόνια. • Χρόνος παραμονής στην ατμόσφαιρα περίπου 8,4 χρόνια. • Ο κυριότερος τρόπος καταστροφής του στην τροπόσφαιρα είναι μέσω της αντίδρασης: ΟΗ + CH4 → CH3 + Η2Ο • Καταστρέφεται επίσης σε μικρότερο ποσοστό στην στρατόσφαιρα κατά την αντίδρασή του με ΟΗ, Cl και Ο(1D)

Η συγκέντρωση του CH4 και του N2O στην ατμόσφαιρα τις τελευταίες δύο δεκαετίες:

CFC’s και PFC’s και HFC’s Kωδικός Xημικός Τύπος ODP Xρόνος ζωής (έτη) CFC-11 CFCl3 1 50±5 CFC-12 CF2Cl2 102 Halon 1301 CF3Br 10 65 Halon 2402 CF3CFBr2 6 - HCFC-22 CF2HCl 0.05 13.3 HCFC-123 C2F3HCl2 0.02 1.4 HCFC-124 C2F4HCl 5.9 HCFC-141b C2FH3Cl2 0.1 9.4 HCFC-142b C2F2H3Cl 0.06 19.5 • Διασπώνται από την ηλιακή ακτινοβολία στην στρατόσφαιρα (λ<240nm) εκτός από τα HFCs που διασπώνται και στην τροπόσφαιρα • Ο χρόνος παραμονής αυτών των ενώσεων στην ατμόσφαιρα είναι πολύ μεγάλος • Παρουσιάζουν αυξητικές τάσεις και ιδίως κάποιοι HFC’s όπως ( HFC-23 και HFC -134a)

Συγκέντρωση CF4, CFC-11, CFC-12, SF4 για μία σειρά ετών

Συγκεντρώσεις HFC’s για μία σειρά ετών

Έμμεσος ρόλος κάποιων αερίων στο φαινόμενο του θερμοκηπίου • CO: Επηρεάζει σημαντικά την χημική αλληλεπίδραση ΟΗ – CH4 – O3. Αντιδρά με τις ρίζες ΟΗ σχηματίζοντας CΟ2 • Η2: Μειώνει τις ποσότητες ΟΗ αυξάνοντας εμμέσως τις συγκεντρώσεις CH4 και HFC’s. • ΝΜVOC’s: Επηρεάζουν μέσω φωτοχημικών αντιδράσεων την συγκέντρωση Ο3 • CFC’s και ΗCFC’s : Αποτελούν θερμοκηπικά αέρια ενώ ευθύνονται και για την καταστροφή του στρατοσφαιρικού όζοντος • ΝΟχ: Δρώντας καταλυτικά μέσω μίας σειράς φωτοχημικών αντιδράσεων συντελούν στην παραγωγή όζοντος

Αλληλεπίδραση CO – NOx στην παραγωγή Ο3 ΟΗ + CO + O2 → CO2 + HO2 HO2 + NO → NO2 + OH NO2 + hv → NO + O(3P) O(3P) + O2 + M → O3 + M • Η μετατροπή του HO2 σε ΟΗ αυξάνει την ποσότητα του ΟΗ στην τροπόσφαιρα με συνέπεια εμμέσως να μειώνονται οι συγκεντρώσεις CO, CH4 και HFC’s. • Όταν δεν υπάρχουν σημαντικές ποσότητες ΝΟ σε μία ατμοσφαιρική περιοχή το CO διασπά το όζον σύμφωνα με την εξής γενική χημική αντίδραση: CO + O3 → CO2 + O2

Τροποσφαιρικό όζον (Ο3) • Το Ο3 παράγεται μέσω φωτοχημικών αντιδράσεων. Σημαντική θεωρείται και η εισροή ποσοτήτων Ο3 από την στρατόσφαιρα. • Το Ο3 είναι σημαντικός ρυθμιστής της οξειδωτικής ικανότητας της τροπόσφαιρας

Το όζον (Ο3) στη στρατόσφαιρα – Ο ρόλος των CFC’s • Aντιδράσεις παραγωγής: Ο2 + hv → O + O, λ< 242nm O + O2 + M → O3 + M, όπου Μ ένα οποιοδήποτε ατμοσφαιρικό μόριο (π.χ Ν2, Ο2 ή άλλο) • Αντιδράσεις καταστροφής: Ο3 + hv → O + Ο2, λ< 1175nm Και: Χ + Ο3 → ΧO + Ο2 ΧΟ + Ο → Χ + Ο2 Ο + Ο3 → 2Ο2 Όπου Χ μπορεί να είναι Η, ΟΗ, Cl, Br

Σενάρια μελλοντικής κατανομής κύριων θερμοκηπικών αερίων

Εκτιμήσεις για το μέλλον • Άνοδος της θερμοκασίας κατά 1,5 – 4,5 ºC. • Άνοδος της μέσης στάθμης της θάλασσας κατά 0,4 – 1m. • Τα μέσα γεωγραφικά πλάτη πιθανόν να καταστούν πιο ξηρά. • Αύξηση της συχνότητας ακραίων καιρικών φαινομένων όπως τυφώνες, πλημμύρες κ.α.

Συμπεράσματα • Παρατηρείται αύξηση των περισσότερων θερμοκηπικών αερίων • Ο ρυθμός αύξησης ή μείωσης των αερίων αυτών εξαρτάται σημαντικά από το ΟΗ και την ηλιακή ακτινοβολία • Υπάρχουν αέρια που διαδραματίζουν έμμεσο αλλά παράλληλα σημαντικό ρόλο στο φαινόμενο του θερμοκηπίου • Οι κλιματολογικές αλλαγές προβλέπονται ποικίλες και σημαντικές αν συνεχιστούν οι αυξητικές τάσεις των συγκεντρώσεων των θερμοκηπικών αερίων