CHEMIA ŚRODOWISKA – dziedzina chemii zajmująca się opisem zjawisk chemicznych zachodzących w środowisku przyrodniczym, związana głównie z 4 podstawowymi matrycami środowiska: atmosfera, hydrosferą, litosferą i biosferą oraz relacjami pomiędzy nimi. Chemia środowiska staje się obecnie nauką interdyscyplinarną blisko związaną z biologią, geografią i fizyką. Znajomość składu chemicznego określonego EKOSTYSTEMU (podstawowej funkcjonalnej jednostki ekologicznej obejmującej wszystkie organizmy zasiedlające dany obszar) w środowisku przyrodniczym jest punktem wyjściowym do jego opisu w chemii środowiska. Zaznajomienie się z reakcjami chemicznymi, które są częścią procesów zachodzących w środowisku stanowi podstawę zrozumienia chemii środowiska. Niezwykle istotna jest również obserwacja zaburzeń wynikających z aktywności naturalnej i antropogenicznej. SKUTKI ANTROPOGENICZNE – wpływ człowieka na naturalne procesy przebiegające w środowisku: ekologiczne klęski żywiołowe (trwałe, nieodwracalne uszkodzenie lub zniszczenie środowiska, mające wpływ na życie i zdrowie człowieka). Stopniowy przebieg: ♦uwalnianie gazów cieplarnianych przyczyną globalnego ocieplenia ♦użycie osadów ściekowych jako nawozów dla rolnictwa ♦nadmierne zaludnienie na względnie małym obszarze. Jak zapobiegać? – każdy może i powinien zacząć od ciebie, starając się nie zanieczyszczać środowiska – świadomość wspólnoty z przyszłymi pokoleniami – żadna akcja nie jest błaha, zarówno indywidualna jak i zbiorowa
WNĘTRZE ZIEMI – bada się metodami pośrednimi, głównie metodą sejsmiczną (śledzono rozchodzenie się fal sejsmicznych). Fale sejsmiczne zmieniają szybkość i kierunek rozchodzenia się w zależności od temperatury, ciśnienia, stanu skupienia i gęstości materii. Na tej podstawie wydzielono we wnętrzu ziemi 3 koncentryczne warstwy zwane geosferami: ♦skorupę ziemską ♦płaszcz ziemi ♦jądro ziemi. Geosfery są od siebie oddzielone wąskimi sferami przejściowymi – powierzchniami nieciągłości, w których fale sejsmiczne ulegają częściowemu załamaniu lub odbiciu i gwałtownej zmianie prędkości. SKŁAD ZIEMI REGION PROMIEŃ PODSTAWOWE SKŁADNIKI Atmosfera Skorupa Płaszcz Jądro zew. Jądro wew. 2,5% 0,5% 44,5% 35% 20% 78% N2, 21% O2, 1% Ar, 0,03% CO2, 0,01% H2O skalisty Si, metale głównie Si, tlen płynne Fe, Ni stałe Fe, Ni SKORUPA ZIEMSKA – sztywna powłoka Ziemi, zbudowana głównie z lekkich pierwiastków. Składa się z 2 warstw: zewnętrznej granitowej (skorupa kontynentalna) i zalegającej pod nią warstwy bazaltowej (skorupa oceaniczna) ♦SKORUPA KONTYNETALNA tworzy tylko lądy i ma grubość 30-40 km, a pod obszarami górskimi 80 km. Jej wiek określa się na 3,8 mld lat. Skorupa kontynentalna zbudowania jest głównie ze skał zasobnych w Si i Al, stąd jej nazwa SIAL, który posada gęstość około 2,7 g/cm^3. Dolną granicę warstwy stanowi powierzchnia nieciągłości Conrada, poniżej której znajduje się warstwa bazaltowa ♦WARSTWA BALAZTOWA o grubości 6-11 km obejmuj całą kulę ziemską. Budują ją głównie Si i Mg – SIMA. Gęstość skał w warstwie bazaltowej jest większa i wynosi 3-3,4 g/cm^3. Dolną granicę warstwy bazaltowej stanowi powierzchnia nieciągłości Moho, przebiegająca pod oceanami na głębokości 5-8 km, a pod kontynentami na głębokości 30-80 km. Cała skorupa ziemska wraz z nieciągłością Moho i cienką, górną warstwą płaszcza ziemi nazywana jest litosferą, ponieważ jest sztywna (lita) PŁASZCZ ZIEMI – ze względu na różnice w składzie chemicznym, został podzielony na górny i dolny. ♦GÓRNY (ASTENOSFERA) sięga do powierzchni nieciągłości Glicyna. Cechą charakterystyczną atmosfery jest plastyczność – ugina się pod ciężarem skorupy ziemskiej. Zbudowana jest głównie z Cr, Fe, Si, Mg. Gęstość CROFESIMY wynosi 4,5 g/cm^3 ♦DOLNY (MEZOSFERA) zbudowany jest głównie z krzemianów manganu, wapnia i żelaza. Gęstość materii płaszcza dolnego wzrasta do 6,6 g/cm^3. Pod płaszczem dolnym rozciąga się powierzchnia nieciągłości Wiecherta-Gutenberga. JĄDRO ZIEMI – leży poniżej nieciągłości Wiecherta-Gutenberga i najprawdopodobniej składa się z dwóch części: jądra zewnętrznego dochodzącego do głębokości ok. 5200 km oraz jądra wewnętrznego leżącego poniżej tej głębokości. Jądro zew. I wew. Rozdziela powierzchnia nieciągłości Lehmana. Jądro zbudowane jest ze stopu Fe i Ni (NIFESIMY). Gęstość materii wynosi ok. 12g/cm^3 w części zewnętrznej i ok. 17 g/cm^3 w części wewnętrznej. Jądro wewnętrzne jest prawdopodobnie ciałem stałym a zewnętrzne jest w stanie płynnym.
TEMPERATURA ZIEMI – przesuwając się od pow. Ziemi w kierunku jej jądra, notowane są następujące zmiany temperatury: ♦do 1,5 m zaznaczają się dobowe zmiany temperatury ♦do 25 m notuje się roczne zmiany temp. ♦strefa neutralna o temp. równiej średniej rocznej temp. pow. Ziemi ♦poniżej strefy neutralnej temp. systematycznie rośnie średnio dla całej Ziemi o 1^oC na każde 33,3 m. Przyrost głębokości, jakiemu towarzyszy wzrost temp. o 1^oC nazywamy stopniem geotermicznym. Wielkość stopnia geotermicznego zależy od budowy geologicznej – na terenach wulkanicznych jest niewielki (np. w Nowej Zelandii wynosi 1,5-20 m), na obszarach starych tarcz i platform kontynentalnych wzrasta (np. w Nigerze – 200 m, na Półwyspie Kola – 170 m)
UKŁAD SŁONECZNY ♦tylko Merkury nie ma atmosfery ♦Wenus, Ziemia i Mars mają atmosfery z gazów swoich wnętrz lub produktów reakcji tych gazów ♦planety zewnętrzne atmosfery mają złożone z wodoru i helu
ATMOSFERA ZIEMSKA – skład: atmosfera jest niejednorodną powłoką złożoną z mieszaniny gazów zwaną powietrzem. Oprócz gazów takich jak: azot (78%), tlen (21%), argon (0,93%), dwutlenek węgla (0,0333%), para wodna oraz śladowych ilości gazów szlachetnych (hel, neon, krypton, ksenon), zawiera także metan, wodór, tlenek i podtlenek azotu, ozon i związki siarki oraz (w znacznie mniejszych ilościach) m.in. radon i jego izotopy, jod, amoniak, a także przedostające się do atmosfery tzw. aerozole atmosferyczne, tj. pyły gleb, mikroorganizmy oraz substancje powstające w wyniku działalności gospodarczej człowieka. PORÓWNANIE SKŁADU ATMOSFERY W TROPOSFERZE W ZALEŻNOŚĆI OD REGIONU REGION WŁAŚĆ. ATMOSFERY Oceany Aerozole morskiej soli (Na, Mg, siarczany, mikroelementy) Ląd (suchy) Pył przenoszony w powietrzu (pochodzący z gleby, pyłki kwiatowe itp.) Miasta Duże prawdopod. występowania dużego stężenia zanieczyszczeń (dym, pyły, produkty pierwotnego i wtórnego smogu) Suchy tropik Mała wilgotność, intensywne promieniowanie słoneczne Wilgotny tropik Duża wilgotność, naturalnego pochodzenia lotne związki organiczne, intensywne promieniowanie słoneczne antarktyda Światło słoneczne zmienne w cyklu rocznym, arktyczne mgły zawierające aerozole siarczanów, sadzy i metali KLASYFIKACJA JUNGA – średni czas przebywania danego gazu w atmosferze ziemskiej ♦GAZY WYSOKOZMIENNE – mniej niż jeden rok (H2O, CO, NO, NH3, SO2, H2S, węglowodory bez metanu, i chlorwęglowodorów) ♦GAZY ZMIENNE – kilka lat (CO2, CH4, H2, N2O, O3) ♦GAZY STAŁE – dłużej niż 1000 lat (O2, N2, gazy szlachetne)
ŹRÓDŁA SKŁADNIKÓW ATMOSFERY ♦GEOCHEMICZNE – pyły (gleba z suchych obszarów Ziemi) – rozpylona woda morska z NaCl: H2SO4 + NaCl -> HCl + NaHSO4 – wulkany (poza pyłami H2O, SO2, CO2, HCl, HF, CO, CH4, H2, S) – meteory – skały (emanacja promieniotwórcza) [^40K -> ^40Ar + γ] [^226Ra -> ^222Rn + α] [^238U -> ^234Th + α] ♦BIOLOGICZNE – lasy (fotosynteza: [2H2O + CO2 + h -> CH2O + H2O + O2], związki organiczne: terpeny (pienen, limonen), kwasy organiczne, aldehydy – mikroorganizmy (gleby mokre, układy pokarmowe przeżuwaczy), związki azotu: N2, NO, mocznik: [NH2CONH2 + H2O -> NH3 + CO2] [2NH3 + 2O2 -> N2O + 3H2O], utlenianie aminokwasów: [NH2CH2COOH + ^3/2O2 -> 2CO2 + H2O + NH3] – mikroorganizmy (oceany) woda morska bogata w rozpuszczalne SO4^2-, Cl^-, F^-, Br^-, I^-; hydroliza β-dimetylosulfonitropionianu [(CH3)2S^+(CH2)2COO^- -> (CH3)2S + CH2CHCOOH] [CS2 + H2O -> COS + H2S] ♦ANTROPOGENICZNE – pożary lasów, produkcja energii z paliw kopalnianych, zakłady przemysłowe (elektrownie, ciepłownie, huty), transport, przemysł rafineryjny, materiałów budowlanych, chemiczny, środki ochrony roślin
DYNAMIKA ATMOSFERY – troposfera stanowi układ podlegający nieustannym zmianom. Konwekcyjny ruch atmosfery, czyni wznoszenie lub opadanie mas powietrze go cyrkulacja atmosfery. WIATR – cyrkulacja pozioma w danej troposferze powodująca przemieszczanie się mas powietrze o setki a nawet tysiące kilometrów, wywołana zazwyczaj różnicą ciśnienia atmosferycznego. POGODA – zespół zjawisk (prędkość i kierunek wiatrów, zachmurzenie, opady, temperatura, ciśnienie, nasłonecznienie) występujących w danej części troposfery w określonej chwili. MIARY STĘŻENIE GAZÓW W ATMOSFERZE ♦ułamek molowy (azot – 0,7808) ♦procent molowy (azot – 78,08%, co oznacza, że w każdych 100 molach cząsteczek gazów jest 78,08 moli cząsteczek azotu)
RODNIK – cząsteczka posiadając jeden lub więcej wolnych, niesparowanych elektronów o czasie życia rzędu 10^-8s WOLNE RODNIKI – do reaktywnych form tlenu (RFT) zaliczamy: ♦tlen singletowy (wzbudzona forma tlenu atmosferycznego ^1O2) ♦nadtlenek wodoru H2O2 ♦anionorodnik ponadtlenkowy (cząsteczka tlenu z dodatkowym elektronem O2^-• ♦rodnik hydroksylowy cząsteczka wody, która utraciła atom wodoru OH• ♦ozon O3 ♦tlenek azotu NO• ♦ditlenek azotu NO2• ♦kwas nadtlenoazotowy (III) HONO2 ♦kwas chlorowy (I) HClO ♦rodniki organiczne powstałe w wyniku reakcji RFT z lipidami błon komórkowych, białkami (z duża ilością aminokwasów siarkowych), kwasami nukleinowymi czy węglowodanami

PROMIENIOWANIE ULTRAFIOLETOWE ♦UV-A 315-400 nm (7%) nie jest bardzo niebezpieczne dla organizmów żywych, uszkadza włókna kolagenowe w skórze ♦UV-B 280-315 nm (1,5%) może być szkodliwe przez dłuższy czas ekspozycji ♦UV-C <280 nm (0,5%) szybko niszczy każdą materię (ozon je całkowice absorbuje) UV-B –jest niebezpieczne dla oka i może powodować zaćmę –długa ekspozycja na działanie UV-B ma związek ze zwiększoną częstotliwością występowania nowotworu złośliwego skóry (czerniaka) –promieniowanie o prowadzi do uszkodzenia łańcuchów DNA. Odpowiedzią organizmu jest wytwarzanie melaniny – tri amidu kwasu cyjanurowego, czego dowodem jest pojawienie się opalenizny. ♦filtry przeciwsłoneczne (ekrany, faktory ochronne) – preparaty farmaceutyczne zawierające salicylan benzylu lub cynamonian benzylu oraz akceptory rodników (zamiatacze), których skuteczność miedzy się za pomocą SPF (współczynnik ochrony przed działaniem promieniowania słonecznego) ♦filtry zaporowe (blok ery) zawierają ZnO , TiO2 ♦SPF 15 oznacza, że wykazuje zdolność 93% absorpcji promieniowania UV-B (100/100-93=15)
CYKL CHAMPANA O2 + hν(<242nm) -> O• + O• O2 + O• + X -> O3 + X (szybko) O3 + hν(230-320nm) -> O2• + O• O3 + O• -> O2 + O2 (wolno)
ZABÓJCZY OCHRONIACH – OZON –jako granatowoczarna ciecz wybucha niczym trotyl –koroduje wszystko oprócz Au i Pt –nie oprze mu się żadna bakteria. Ale bez niego nie byłoby życia na Ziemi ♦najlepiej znany pod postacią bezbarwnego gazu o intensywnym, charakterystycznym zapachu. W stanie ciekłym ma granatowoczarną barwę. Jest substancją silnie wybuchową ♦gazowy ozon jest 15 razy lepiej rozpuszczalny w wodzie niż „zwykły” tlen, dzięki czemu łatwiej dyfunduje do tkanek ♦łatwo reaguje z białkami, tłuszczami, witaminą C i A ♦szybko się rozpada w obecności związków organicznych, platyny czy tlenku azotu tworząc nadtlenek wodoru lub rodnik hydroksylowy, czyli twz. reaktywne formy tlenu Gdzie jest ozon na Ziemi? ♦Największe stężenie ozonu w atmosferze 20-25km czyli w stratosferze gdzie powstaje w wyniku działania promieniowania UV na tlen dwuatomowy. DOBRY OZON – ozon stratosferyczny absorbujący wysokoenergetyczne promieniowanie słoneczne docierające do Ziemi ♦W troposferze (7-18km) głównym źródłem są wyładowania atmosferyczne (dlatego po burzy czuć charakterystyczną, świeżą woń powietrza) ZŁY OZON – ozon troposfery ma bardzo sile właściwości utleniające powodujące podrażnienia oraz uszkodzenia u roślin i zwierząt. REAKCJE Z UDZIAŁEM OZONU ♦ogólny mechanizm [X + O3 -> XO + O2] [XO + O -> X + O2] ♦najważniejsze indywidua chemiczne pełniące funkcję katalizatora to – HOx (H•, OH•, HOO•) –NOx (NO•, NO2•) –ClOx (Cl•, ClO•) ♦[ O + H2O -> 2 OH•] [2H2O + hν -> H• + OH•] [O3 + OH• -> O2 + HOO•] [HOO• + O -> 2 OH• + O2] ♦rodniki wodorowe [H• + O3 -> OH• + O2] [OH• + O -> H• + O2] ♦NO z fotochemicznego rozkładu azotu w stratosferze [N2 + hν -> N + N•] [N + O2 -> NO + O] ♦tlenek azotu ze spalin samolotów naddźwiękowych procesów spalania w ciepłowniach, elektrowniach, pojazdach mechanicznych [NO + O3 -> O2 + NO2] [NO2 + O -> NO + O2] ♦podltenek azotu wytwarzany w procesach biologicznych zachodzących w nawożonych glebach (denitryfikacja) oraz w silnikach samochodowych [N2O + O• -> 2NO] Tlenek di azotu nie jest rodnikiem, nie absorbuje światła widzialnego, nie rozpuszcza się w wodzie, w troposferze przebywa do 120 lat. ♦chlorek metylu z oceanów, z procesów spalania roślinności, z erupcji wulkanicznych w stratosferze ulega fotolizie: [CH3Cl + hν -> CH3• + Cl•] w troposferze przebywa około 1,5 roku. [CH3Cl + OH• -> CH2Cl• + H2O] [O3 + Cl• -> O2 + ClO•] [ClO• + O -> O2 + Cl] ♦inne cykle katalityczne związane z chlorem [HOO• + ClO• -> HOCl + O2] [HOCl + hν -> OH• + Cl•] [O3 + Cl• -> ClO• + O2] [O3 + OH• -> HOO• + O2] ♦inne cykle katalityczne związane z chlorem i bromem [BrO• + ClO• -> Br• + Cl•+ O2] [Br• + O3 -> BrO• + O2] [Cl• + O3 -> ClO• + O2] Rozkład ozonu powoduje odtworzenie OH, NO i Cl w wyniku działania atomowego tlenu. CYKLE ZEROWE (niczego nie zmieniające) ♦konwersja między X i XO, ale nie ma to wpływu na usuwanie nieparzystego telnu [NO + O3 -> NO2 + O2] [NO2 + hν -> NO + O] (w czasie dnia) [NO2 + O3 -> NO3 + O2] [NO3 + hν -> NO2 + O] (nocą) CYKLE PODTRZYMUJĄCE ♦z indywiduów chemicznych powstają niereaktywne postaci tzw. zbiorniki, które mogą brać udział w reakcjach niszczenia ozonu 1) [NO3 + NO2 + X <-> N2O5 + X] 2) [NO2• + OH• + X <-> HNO3 + X] 3) [Cl• + CH4 <-> HCl + CH3•] [HCl + OH• <-> Cl • + H2O] ♦inne zbiorniki chloru i NOx w stratosferze: [Cl• + HOO• -> HOCl + O2] [HOO• + NO2• + X <-> HO2NO2 + X] [ClO• + NO2• + X <-> ClONO2 + X]

CHLOROFLUOROWĘGLOWODORY –mała lepkość –małe napięcie powierzchniowe –niska temp. wrzenia –bierność chemiczna i biologiczna –nietoksyczne –niepalne –tanie Zastosowanie: -czynniki chodzące –środki porotwórcze w polimerach piankowych –rozpuszczalniki do oczyszczania urządzeń elektronicznych –rozpylacze aerozolowe –gaśnice pianowe ODP (POTENCJAŁ ROZPADU OZOZNU) – stosunek długoterminowego wpływu danego połączenia CFC na zawartość ozonu do wpływu równoważnej masy CFC-11 (wzorca). Wpływ na ODP ma ilość atomów chloru (im więcej Cl tym ODP większe) ♦w 1974 odkryto, że CFC niszczą ozon stratosferyczny ♦w 1985 podpisano Konwencję Wiedeńską o Ochronie Warstwy Ozonowej określającą odpowiedzialność państw za ochronę zdrowia ludzkiego oraz środowiska przed szkodliwymi skutkami ubytku ozonu ♦Protokół Montrealski dotyczy Substancji Zubożających Warstwę Ozonową podpisano we wrześniu 1987 przez 27 krajów. W 1990 w Londynie podpisało 80 państw. ZAMIENNIKI CFC ♦modyfikowanie względnej zawartości F, Cl i H ♦zwiększenie zawartości wodoru w cząsteczce związku powoduje: -zmniejszenie jego bierności chemicznej –mniejszą trwałość –większą palność –krótszy czas przebywania w troposferze ♦zwiększenie zawartości F kosztem Cl w celu uzyskania związków o dużej trwałości, ale niestety mają za długi czas życia i kumulują się w atmosferze ♦najbardziej obiecujące: HCF-134a [CF3CH2F] i HCFC-123 [CF3CHCl2]

DZIURA OZONOWA – spadek zawartości ozonu na wysokości 15-20 km głównie w obszarze bieguna południowego, obserwowany od końca lat 80. Tempo spadku wynosi ok. 3% na rok. POWSTAWANIE: Największe znaczenie mają w tym procesie związki chorofluorowęglowe (freony), z których uwolniony chlor (pod wpływem promieniowania ultrafioletowego) atakuje cząsteczki ozonu, prowadząc do wyzwolenia tlenu oraz tlenku chloru ClO. Nad Antarktyką w czasie arktycznej zimy tworzy się wir, niezależny reaktor, wewnątrz którego tworzą się stratosferyczne chmury w wyniku panujących tam niskich temperatur (brak promieniowania słonecznego). W czasie antarktycznej zimy nad Antarktydą istnieje sezonowe ubożenie warstwy ozonowej, będące wynikiem kombinacji czynników klimatycznych i gromadzenia się związków – zbiorników, które pod wpływem światła dziennego gwałtownie reagują. POLARNE CHMURY STRASOSFERYCZNE (PSC) ♦I TYP – tworzą się w temp. ok. 193K – składają się z HNO3 + 3H2O♦II TYP – tworzą się w temp. ok. 187K – składają się z czystego lodu i zbiorników (chlorowodór, azotan chloru) Reakcje w czasie polarnej zimy na powierzchni PSC [HCl + ClONO2 -> Cl2 + HNO3][H2O + ClONO2 -> HOCl + HNO3] Reakcje w czasie pojawienia się cłońca [Cl2 + hν -> 2Cl•] [HOCl + hν -> Cl• + OH•] NISZCZYCIELSKIE RODNIKI CHLORU 2Cl• + 2O3 -> 2ClO• + 2O2 ClO• + ClO• -> ClOOCl ClOOCl + hν -> ClOO• + Cl• ClOO• -> Cl• + O2 Zubożenie warstwy ozonowej i zjawisko dziury ozonowej wynikają z działalności człowieka (CFC, NOx).

SMOG – zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego, w którym widoczność została częściowo ograniczona przez mgłę (znaczna wilgotność powietrza) składającą się ze stałych cząsteczek aerozoli i/lub ciekłych aerozoli. Niekorzystny jest też brak wiatru. Smog utrudnia oddychanie. SMOG KLASYCZNY (LONDYŃSKI) – charakteryzuje się obecnością w powietrz dużej ilości niespalonych cząsteczek sadzy oraz zawiera zwiększoną zawartość SO2, dlatego ma właściwości redukujące i kwasowe. Występuje przy inwersji temperatur głównie od listopada do stycznia, w obszarach obciążeń powietrze, w umiarkowanych strefach klimatycznych (Londym, Kraków, Górny Śląsk). Związany jest ze stosowaniem tradycyjnego paliwa. Skutki: Może powodować ostrą niewydolność układu oddechowego. SOx – zamieniają kamień wapienny w gips rozpuszczalny w wodzie, ponadto gips ma większą objętość i „eksploduje” od wewnątrz. Powstawanie: ♦spalanie drewna (Starożytny Rzym) ♦używanie paliw kopalnych [>4CH< + 5O2 -> 4CO2 + 2H2O] gdy jest niedobór tlenu (wewnątrz silników, paleniska kotłów: [>4CH< + 3O2 -> 4CO + 2H2O] [>4CH< + O2 -> 4C + 2H2O] ♦reakcje pirolizy (destylacji rozkładowej) – wielopierścieniowe węglowodory (benzenoαpiren) ♦Siarka – w pirycie [4FeS2 + 11O2 -> 8SO2 + 2Fe2O3] – w węglach i olejach opałowych źródeł stacjonarnych (paleniska domowe, turbiny parowe, elektrownie, parostatki, lokomotywy parowe) Rozpuszczalność SO2 w wodzie: [SO2 + H2O -> H^+ + HSO3^-] śladowe zanieczyszczenie metaliczne (Fe, Mn) katalizują: [2HSO3^- + O^2 -> 2H^+ + 2SO4^2-] SMOG FOTOCHEMICZNY (TYPU LOS ANGELES) – smog zanieczyszczeń wtórnych – zjawisko XX i XXI wieku – powstaje z emisji gazów pochodzących ze spalania paliw ciekłych (benzyny, oleju napędowego) w pojazdach mechanicznych – charakteryzuje się podwyższonym poziomem zawartości utleniaczy i produktów reakcji zawierających węgiel. Warunki powstawania: – jednoczesna obecność niespalonych węglowodorów oraz tlenków azotu ( z silników spalinowych) – ciepły klimat (reakcje termiczne) – światło słoneczne (reakcje fotochemiczne) – nieruchoma atmosfera (inwersja temperaturowa w troposferze) Skutki: O3 – niszczy gumę, atakuje pigmenty i barwniki, uszkadza rośliny, powoduje zaburzenia czynności płuc, NOx – niszczą barwniki, umożliwiają wzrost mikroorganizmów na powierzchni materiałów budowlanych, powodują problemy astmatyczne, aldehydy – podrażnienie oczu, nosa i gardła, bole głowy, PAN – podrażnienie oczu, Pb – obniżenie poziomu intelektualnego u dzieci, benzen – działanie rakotwórcze

ODPAD ATMOSFERYCZNY – ogół ciekłych lub stałych produktów kondensacji pary wodnej spadających na powierzchnię ziemi. Do opadów atmosferycznych zalicza się: deszcz, mżawkę, śnieg, grad. Do pomiaru wielkości opadów stosuje się pluwiometr. Wielkość opadów podaje się w mm słupa wody lub w litrach na m^2 powierzchni. KWAŚNY OPAD ATMOSFERYCZNY ♦zakwaszenie jezior i cieków wodnych ♦negatywny wpływ na wzrost drzew w lasach ♦uszkodzenie budynków z kamienia ♦niszczenie konstrukcji stalowych SKŁAD CHEMICZNY DESZCZU ♦zależy od położenia geograficznego i wpływu naturalnych i antropogenicznych procesów chemicznych w atmosferze ♦H2O ♦CO2 ♦Wolny od zanieczyszczeń deszcz ma pH=5,7. ♦Kwasy organiczne, związki siarki, azotu CaCO3, Na^+, Cl^-, K^+, Mg^2+, Fe^3+, Al^3+ MGŁA – krople wody (lub kryształy lodu) zawieszone w powietrzu, których dolna warstwa styka się z powierzchnią ziemi. Mgła powoduje ograniczenie widoczności. Najsilniej zamglona na świecie jest Zatoka Fundy. ŚNIEG – opad śnieżny – warstwa leżącego śniegu. W czasie sezonu zimowego śnieg ulega metamorfozie – cząstki ulegają koalescencji (łączenie małych cząstek w większe) i rekrystalizują w większe ziarna. ANIONY ŚNIEGU – kolejność wymywania anionów w okresie wiosennego spływu powierzchniowego:nsiarczany (VI), azotany (V), chlorki

ŹRÓDŁA TLENKÓW AZOTU ♦silniki spalinowe ♦wielkoprzemysłowe piece podczas spalania paliw kopalnych HNO3 W ATMOSFERZE W DZIEŃ – NO jest utleniany przez O2, O3 lub rodniki alkilowe (ROO•) do NO2 NO• + O3 -> NO2• + O2 Główny mechanizm usuwania tlenków z atmosfery: OH• + NO2• + X -> HNO3 + X HNO3 W ATMOSFERZE W NOCY NO2• + O3 -> NO3• + O2 NO3• + NO• -> 2NO2 NO3• + NO2• -> NO• + NO2• + O2 NO3• + NO2• -> N2O5 N2O5 + H2O -> 2 HNO3 NO2 + O3 -> NO3 + O2 NO3 + NO -> 2NO2 NO3 + NO2 -> N2O5 NO3 –( hν)-> NO2• + O2 USUWANIE KWASU AZOTOWEGO Z ATMOSFERY HNO3 + NH3 -> NH4NO3 zarodek kondensacji dla kropel wody lub jako składnik stałego aerozolu ŹRÓDŁA ATROPOGENICZNE SO2 ♦huty przerabiające rudy siarczkowe (produkujące Cu, Ni, Pb, Zn)♦spalanie paliw kopalnych (węgiel zawiera do 10% siarki), paliwa ciekłe – benzyna, gaz ziemny H2SO4 W ATMOSFERZE ♦utlenianie zredukowanych związków siarki do rodnika sulfonylowego SH• H2S + OH• -> H2O + SH• CS2 + OH• -> COS + SH• COS + OH• -> CO2 + SH• ♦reakcje homogenicznego utleniania SO2 SO2 + OH• + X -> HOSO2 + X HOSO2 + O2 + X -> HOO• + SO3 + X SO3 + H2O -> H2SO4 ♦reakcje heterogenicznego utleniania SO2 w kroplach wody SO2 + 2H2O <-> HSO3^- + H3O^+ HSO3^- + H2O <-> SO3^2- + H3O^+ Im większe pH tym większa rozpuszczalność ditlenku siarki HNO3 i H2SO4 pochodzące ze źródeł spalania na terenach uprzemysłowionych stanowią przyczynę nienaturalnie niskiego pH opadów atmosferycznych w różnych miejscach Ziemi. OGRANICZENIE EMISJI AZOTU I SIARKI ZE ŹRÓDEŁ ANTROPOGENICZNYCH ♦zmniejszenie zużycia energii poprzez jej lepsze wykorzystanie – piece komorowe do spalania węgla w złożu fluidalnym ♦produkcja energii w procesach niewymagających spalania ♦zapobieganie uwalniania szkodliwych gazów ♦usuwanie szkodliwych gazów bezpośrednio po ich powstawaniu ♦wprowadzenie kamienia wapiennego do złoża [CaCO3 -> CaO + CO2] [CaO + SO2 + ^1/2O2 -> CaSO4] ♦modernizacja procesu odsiarczania gazów kominowych ♦skrubery – płuczki wiatrowe a) zawiesina wodna [Ca(OH)2 + SO2 -> CaSO3] b) zawiesina kamienia wapiennego [CaCO3 + SO2 -> CaSO3 + CO2] [CaSO3 + ^1/2O2 + 2H2O -> CaSO4*2H2O] ♦proces SONOX – wdmuchiwanie do pieca wodnej zawiesiny z sorbentami wapniowymi (T=1150^oC) [CaCO3 -> CaO + CO2] [CaO + SO2 + ^1/2O2 -> CaSO4 ] [NH2CONH2 + 2NO + ^1/2O2 -> 2N2 + CO2 + 2H2O]

AREOZOL ATMOSFERYCZNY – zawiesina cząstek (stałych i ciekłych) w powietrzu. Cząstki te mogą rozpraszać światło widzialne, czyli mają rozmiar porównywalny lub większy niż długość fali światła. Aerozole atmosferyczne można sklasyfikować ze względu na pochodzenie, fazę, własność fizyczne i chemiczne na 4 grupy: ♦aerozol soli morskiej ♦pyły pochodzenia mineralnego ♦organiczne i nieorganiczne związki węglowo-grafitowe, popioły i cząstki sadzy ♦mgły ŹRÓDŁA AEROZOLI ATMOSFERYCZNYCH: ♦rozpylanie w powierzchni morza – rozpryskiwanie się fal pod wpływem wiatru i tworzenie pęcherzyków z matrycą chemiczną z soli morskiej (Na^+Cl^-) ♦pyły z minerałów ilastych przenoszone przez wiatr (Si), pył wielkomiejski (kurz) – fragmenty roślin, cząstek cementu, opon i okładzin hamulcowych, pyłki kwiatowe ♦produkty spalania – pożary lasów, produkcja energii elektrycznej z paliw kopalnych (CO2, C-sadza, skroplona para wodna, lotny popiół o zasadowym odczynie) ♦wielkopierścieniowe węglowodory aromatyczne (2-8 pierścieni) o właściwościach rakotwórczych, które powstają gdy przy spalaniu jest ograniczony dostęp tlenu oraz w hutach aluminium. WWA obejmują połączenia angularne (chryzen), peri – skondensowane (piren), liniowe (antracen) ♦aerozole kondensacyjne a) siarczan (VI) amonu b) wodorosiarczan (VI) amonu 2 SO + O2 -> 2 SO2 SO + O3 -> SO2 + O2 -> SO3 SO3 + H2O -> H2SO4 H2SO4 + NH3 -> NH4HSO4 NH4HSO4 + NH3 -> (NH4)2SO4 c) azoran (V) amonu ♦zamglenie arktyczne – zanieczyszczenie atmosfery na obszarach uznawanych za środowisko pierwotne. Jest wynikiem nawianego pyłu i emitowanych gazów przemysłowych (SO2, węglowodorów, sadzy, metali) z Euroazji, Ameryki Pn. Maksimum osiąga od grudnia do kwietnia ♦organiczne zarodki kondensacyjne, czyli terpeny i ich pochodnie uwalniają do atmosfery lasy iglaste w czasie ciepłych dni ♦organiczne zarodki kondensacji czyli izopren (2-metylkobuta-1,3-dien) uwalniają się do atmosfery nad lasami liściastymi w czasie ciepłych dni
KLIMAT GLOBALNY – KLIMAT to charakterystyczny przebieg zjawisk pogodowych na danym terenie w okresie wieloletnim (30-50 lat). Ustalany jest na podstawie wieloletnich obserwacji przebiegu pogody, zarówno jej stanów jak i poszczególnych jej składników. Klima na Ziemi kształtują podstawowe procesy klimatotwórcze: obieg ciepła, wody, krążenie powietrza oraz czynniki geograficzne: układ lądów i oceanów, wysokość n.p.m. Klimat jest jednym z czynników ekologicznych wpływających na występowanie i życie organizmów. Klimat globalny to średnia przestrzenna wszystkich lokalnych klimatów na całym świecie.
Podstawowym źródłem energii dostępnej na Ziemi jest energia Słońca. Duża część promieniowania słonecznego (wysokoenergetycznego) jest absorbowana w wyższych warstwach atmosfery. Energia całkowita to strumień promieniowania słonecznego o średniej mocy 1368 W/m^2 ENERGIA SŁONECZNA ♦23% energii słonecznej absorbuje atmosfera ♦46% lądy i woda ♦magazynowanie energii: - wzrost biomasy – ogrzenie powierzchni ziemii (17^oC) – przejścia fazowe wody

EFEKT CIEPLARNIANY – zjawisko wywoływane przez atmosferę, w wyniku którego temp. planety jest wyższa niż gdyby nie posiadała atmosfery. Spowodowane jest ograniczeniem wypromieniowywania ciepła z powierzchni planety i dolnych warstw atmosfery w kosmos. Czynnikiem ograniczającym wypromieniowywanie ciepła są gaz cieplarniane lub aerozole atmosferyczne. Efekt cieplarniany zachodzi na planetach i księżycach posiadających atmosferę i ogrzewanych przez gwiazdy. W Układzie Słonecznym zachodzi on na Ziemi, Marsie, Wenus oraz na Księżycu Saturna-Tytanie. GAZY CIEPLARNIANE ♦PARA WODNA – najefektywniejszy gaz cieplarniany – 65% udziału w efekcie cieplarnianym – kondensuje się w wodę lub kryształy lodu, w obu stanach odbija lub rozprasza promieniowanie padające. ♦CO2 – absorbuje promieniowanie w zakresie 14-19 µm – całkowicie zatrzymuje strumień promieniowania 15-16 µm – absorbuje bardzo silne promieniowanie 4,0-4,3 µm Źródła CO2: - spalanie paliw kopalnych i inna działalność przemysłowa – procesy oddychania zwierząt, roślin, mikroorganizmów i ich rozkład – spalanie biomasy podczas pożarów lasów i łąk w czasie burz [CH2O] + O2 ->CO2+ H2O ♦CH4 – tereny bagienne, pola ryżowe – eksploatacja złóż paliw kopalnych, ich transport i niepełne spalanie – układy trawienne przeżuwaczy i termitów – hydraty klatratowi [CH4*6H2O] w osadach arktycznych i glebach poniżej wiecznej zmarzliny ♦O3 – produkcja NOx – wypalanie lasów i pastwisk – reakcje fotochemiczne tlenków azotu z węglowodorami ♦N2O – proces denitryfikacji pod wpływem mikroorganizmów w glebach i wodach – N2O uwalnia się przy produkcji kwasu adypinowego i azotowego (V) – wysypiska śmieci i zrzuty ścieków do zbiorników wodnych ♦GAZY ZAWIERAJĄCE HALOGENY – tetrafluorometan (CF4), heksafluoroetan (C2F6) powstające w trakcie elektrolizy Al2O3 w kriolicie Na2AlF6 na elektrodach węglowych – heksafluorek siarki (SF6) tworzący się podczas produkcji magnezu ♦AEROZOLE – chmury – czarny węgiel z biomasy – (NH4)2SO4 z naturalnych oceanicznych sulfidów i antropogenicznego SO2 ZMIANY NA ZIEMI ♦topnienie lodowców i podniesienie się poziomów oceanu światowego o 0,5-1,5m, gdy temp. wzrośnie o 1,5-3^oC, a przez to zalewanie rozległych połaci lądu – nizin nadbrzeżnych ♦wzrost częstotliwości ekstremalnych warunków pogodowych ♦zmiany warunków produkcji rolnej (klęski głodu, migracje ludności) ♦przesunięcie się strefy opadów (i zasięgu stref klimatycznych) o 100-150km na północ, strefa umiarkowana stanie się jałowa ♦zintensyfikowanie procesów pustynnienia (wzrost temp. o 3^oC, spadek opadów o 10%) ♦zmiany składu ekosystemów oraz ich funkcjonowania prowadzące do wyginięcia wielu gatunków

PIERWOTNE ŹRÓDŁA ENERGII – en. słoneczna – en. księżycowa (przyczyna przypływów) – en. geotermiczna i jądrowa POCHODNE ŹRÓDŁA ENERGII – paliwa kopalne (węgiel, ropa, gaz) – biomasa (drzewa, słoma, nawozy zwierzęcy, palne produkty odpadowe, zboża) – energia wodna, wiatrów, fal – energia przypływów – elektryczność

UDZIAŁ WĘGLA W GLOBALNYM UWANIANIU GAZÓW CIEPLARNIANYCH – wyróżnia się kilka gatunków węgli kopalnych w zależności od zawartości pierwiastka węgla ♦lignit (40%) ♦węgiel brunatny (50%) ♦węgiel kamienny (65%) ♦antracyt (80%) ♦szungit (98%) Gazyfikacja węgla: Węgiel -> 2C + CH4 + H2 C + O2 -> 2CO2 | 2C + O2 -> 2CO C + H2O -> CO + H2 Katalityczna metanizacja [NiO]: 3H2 + CO -> CH4 + H2O PROTOKÓŁ Z KIOTO – międzynarodowe porozumienie dotyczące globalnego ocieplenia. Został on wynegocjowany na konferencji w Kioto w grudniu 1997, Traktat wszedł w życie 16 lutego 2005 SPOSOBY NA OBNIŻENIE EMISJI CO2: ♦zmniejszenie zużycia paliwa samochodów z 7,8 do 3,9 l na 100 km ♦zmniejszenie rocznego przebiegu samochodów z 16000 km do 8000 ♦ograniczenie o 25% zużycia prądu elektrycznego w domach i biurach ♦produkcja energii: - zwiększenie sprawności elektrowni węglowych z 40 do 60% - zastąpienie 1400 dużych elektrowni węglowych elektrowniami opalanymi gazem ♦wychwytywanie i magazynowanie CO2: - instalacja urządzeń do wychwytywania i magazynowania CO2 w dużych elektrowniach węglowych – w zasilanych węglem wytwórniach wodoru – w zakładach przeróbki węgla na paliwo syntetyczne ♦alternatywne źródła energii: - podwojenie obecnej mocy elektrowni atomowych – 40krotne zwiększenie mocy generowania przez wiatrownie – 700krotne zwiększenie mocy generowanej przez elektrownie słoneczne – 80krotne zwiększenie mocy wiatrowni zasilających wytwórnie wodoru – napędzanie samochodów etanolem wytwarzanym z roślin wyhodowanych na 1/6 światowego areału uprawnego ♦rolnictwo i leśnictwo: - całkowite wstrzymanie wylesiania – zwiększenie areału upraw bez orki z 10 do 100% UDZIAŁ ROPY NAFTOWEJ W GLOBALNYM UWANIANIU GAZÓW CIEPLARNIANYCH – czasy gdy ropa naftowa niema sama tryskała z ziemi, powoli się kończą. Do tej pory wydobyto z ziemi około 850 mld baryłek ropy, do wydobycia pozostało jeszcze około 1100 mld baryłek, z czego połowa znajduje się nad Zatoką Perską. CxH2y + (x+^y/2) O2 -> x CO2 + y H2O SO2, NOx, lotne związki organiczne UDZIAŁ GAZU ZIEMNEGO W GLOBALNYM UWANIANIU GAZÓW CIEPLARNIANYCH – metan (sprężony gaz ziemny), etan, propan i butan (skroplone), pentan i cięższe węglowodory, azot, CO2, H2S, He UDZIAŁ BIOMASY W GLOBALNYM UWANIANIU GAZÓW CIEPLARNIANYCH – bezpośrednie spalanie – odwrotność fotosyntezy: [CH2O] + O2 -> CO2 + H2O Procesy przekształcania biomasy: - zagazowanie (CH3, OH, H2, NH3) – piroliza (węgiel drzewny) – fermentowanie i destylacja (C2H5OH) – trawienie beztlenowe (CH4)

MODA NA ŹRÓDŁA ODNAWIALNE – ogniwa słoneczne przekształcające światło słoneczne na prąd elektryczny za pomocą półprzewodników (płytki z polikrystalicznego krzemu) – energetyka wiatrowa – zielone paliwa Źródła odnawialne: ♦minimalny wpływ na środowisko ♦oszczędność paliwa ♦stale odnawiające się zasoby energii ♦stały koszt jednostkowy uzyskiwanej energii elektrycznej ♦możliwość pracy na sieć wydzieloną ♦stanowią energetykę b. elastyczną (wykorzystywanie lokalnych źródeł energii) ♦rozproszenie na całym obszarze kraju, co pozwala uniknąć transportu, strat związanych z dystrybucją, budowy linii przesyłowych Najbardziej perspektywiczne źródła energii odnawialnej w Polsce: ♦energia słoneczna (potencjał stanowi 33% obecnego całkowitego zużycia energii) ♦biomasa (całkowity potencjał techniczny biomasy stanowi ok. 22% zużycia energii elektrycznej) ♦zasoby geotermalne ♦zasoby wodno-energetyczne ♦wiatr