college atmosferische fysica 8 4 mei 2007 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
College Atmosferische fysica 8 4 mei 2007 PowerPoint Presentation
Download Presentation
College Atmosferische fysica 8 4 mei 2007

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 44

College Atmosferische fysica 8 4 mei 2007 - PowerPoint PPT Presentation


  • 180 Views
  • Uploaded on

College Atmosferische fysica 8 4 mei 2007. Chemie atmosfeer Behandelde stof. Chemie troposfeer. Achtergrond troposfeer, chemie Ozon en stikstofdioxide NO 2 NO 2 + h   NO + O, j fotodissociatie O + O 2 + M  O 3 + M, recombinatie NO + O 3  NO 2 + O 2 , k bimoleculaire reactie

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'College Atmosferische fysica 8 4 mei 2007' - ronna


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide2

Chemie atmosfeer

Behandelde stof

slide4

Achtergrond troposfeer, chemie

Ozon en stikstofdioxide NO2

NO2 + h NO + O, j fotodissociatie

O + O2 + M  O3 + M, recombinatie

NO + O3 NO2 + O2, k bimoleculaire reactie

NO2/t = - jNO2 + kNO.O3

O3/t = + O.O2.M - NO.O3

NO/t = + jNO2 - kNO.O3

(NO + NO2)/t = 0

Evenwicht, fotostationaire toestand

ΧNO2 / ΧNO= jΧO3 /kNd

Χ = mengverhouding

Nd= aantal luchtmoleculen per cm3

slide5

Troposfeer

Ozon

Evenwicht, fotostationaire toestand

ΧNO2 / ΧNO= j ΧO3 /kNd

Voorbeeld midden van de dag

P = 1013 mbar

T= 298 K

j= 0.01 s-1

k= 1.8x10-14cm3molecule-1s-1

ΧNO = 5 pptv

χNO2= 10 pptv

Nd= 2.46x1019moleculencm-3

ΧO3= 44.7 ppbv

Tyoische vrije troposfeer ozon mengverhouding

slide6

Chemie troposfeer

Toename troposferisch ozon in laatste 150 jaar

klassiek beeld

ozon uit stratosfeer naar troposfeer

vernietiging aan het aardoppervlak

Ozon en NOx emissies

slide7

Chemie troposfeer hedendaagse visie

Ozon productie in vervuilde gebieden door oxidatie van niet-methaan koolwaterstoffen (NMHC) in aanwezigheid van stikstofoxiden

(NOx)

Niet vervuilde gebieden ozonproductie vooral door oxidatie van koolmonoxide en methaan in aanwezigheid NOx

Ozonafbraak in NOx - arme gebieden

Destructie aan aardoppervlak

slide8

Ozonproductie in vervuilde grenslaag

Oxidatie van NMHC. Non-methaan hogere koolwaterstoffen, voorbeeld ethyleen, butaan en tolueen(C7H8)

NMHC = RH

R = RH

OH + RH  R + H2O

R + O2 + M  RO2 + M

RO2 + NO  RO + NO2

RO + O2  HO2 + RO

HO2 + NO  OH + NO2

2(NO2 + h NO + O)

2(O + O2 + M  O3 + M)

netto ozonproductie

RH + 4 O2 + h RO + H2O + 2O3

slide9

Ozonproductie in vrije troposfeer en grenslaag boven oceanen ver van vervuilde gebieden

Oxidatie koolmonoxide, CO langlevend

OH + CO  CO2 + H

H + O2 + M  HO2 + M

HO2 + NO  OH + NO2

NO2 + h NO + O

O + O2 + M  O3 + M

netto

CO + O2 + h CO2 + O3

slide10

Ozonproductie in vrije troposfeer en grenslaag boven oceanen ver van vervuilde gebieden

Methaan oxidatie, CH4 lang levend

OH + CH4 CH3 + H2O

CH3 + O2 + M  CH3O2 + M

CH3 O2 + NO  CH3 O + NO2

CH3 O + O2  HO2 + CH2 O

HO2 + NO  OH + NO2

2(NO2 + h NO + O)

2(O + O2 + M  O3 + M)

netto

CH4 + 4 O2 + h CH2 O + H2O + 2O3

slide11

Ozondestructie bij lage NOx waarden

OH + CO  CO2 + H

H + O2 + M  HO2 + M

HO2 + O3  HO + 2 O2,

sleutelreactie in competitie met

HO2 + NO HO + NO2

Welke reactie bepaald door verhouding reactie snelheden en daaruit volgt ozondestructie als NO/O3 kleiner dan 1:4000

netto

CO + O3 CO2 + 2O2

slide12

Chemie troposfeer, rol OH

O3 + h O(1D) + O2 ,  315 nm

O( 1D) + H2 O  2OH

OH radicaal, “wasmiddel van troposfeer”

Ozon belangrijk voor chemie via OH formatie

slide15

Vergelijking van SCIAMACHY NO2,

Chimere lucht-kwaliteit model en

oppervlakte waarnemingen

slide16

Chimère en oppervlakte waarnemingen (RIVM, NL)

  • oppervlakte metingen
  • - Chimère
  • Nederland:
  • (rurale stations)
  • Bias 0.1 ppb
  • RMS 7.2 ppb
  • Correl. 0.66
slide17

Troposferisch ozonbudget Tg/jaar

Productie 3500 - 4000

(antropogeen en natuurlijk)

Destructie 3000 - 4000

Destructie en productie groot maar bijna in evenwicht

Transport vanuit stratosfeer 400 - 850

Destructie aardoppervlak 500 - 1200

Ozon in troposfeer  30 Dobson eenheden, 10 % totale hoeveelheid ozon in atmosfeer

slide19

Smog, wetenschappelijk interessant en politiek relevant,

Europese politiek over ozon, NO2 en PM10

O3

65 g/m3 in dagelijks gemiddelde ;

240 g/m3 in uurlijkse gemiddelde

NO2

200 uurgemiddelde(18 uur/jaar)

40 jaargemiddelde

PM10

Dag gemiddelde 50 (35 dagen/jaar)

Jaargemiddelde 40

Acties moeten worden genomen als risico’s aanwezig zijn

Lucht kwaliteit netwerken

EU richtlijnen lucht kwaliteit 2002

Smog

SO2 uurgemiddelde

Matig 350, ernstig 500

NO2 200, 400

O3 180, 240

PM10 24-uurgemiddelde

50, 200

slide20

SO2

NOx

Historie, luchtvervuiling :

(1) « London smog » : SO2, deeltjes

Extra doden door Londen-achtige smog

Extra doden

jaar

locatie

Deeltjes

63

20

4000

700

1930

1948

1952

1962

Maas Vallei

Donora, Pennsylvania

London

London

Voor ieder smog event : Hoge SO2 en deeltjes concentraties,

zeer dichte mist

SO2, deeltjes concentraties 1952 Londen smog periode(from Wilkins, 1954) en extra doden.

slide21

O3

(2) Los Angeles smog :

Ozon en photo-oxidanten

  • In de 40s : waanemingen in
  • Los Angeles

Zeer hoge niveaus oxidanten gedurende zonnige warme dagen

- In de 50s:

Onderzoek suggereert de volgende

chemische mechanismes:

VOC + NOx + hn O3 + « producten »

VOC Volatile Organic Components, verbranding etc.

- 1970 à 2006 :

Zeer hoge ozon niveaus in pluimen van de belangrijkste steden

slide22

Vergelijking tussen « zwavelachtige » (London) en « photochemische » (Los Angeles) smog

Zwavel

Photo-chemisch

Meer dan 300 jr

SO2, roet

H2SO4, sulfaten

laag(< 10°C)

hoog

ochtend

Midden van de 40s

VOC, NOx

O3, PAN, HNO3, …

hoog (> 25 °C)

laag

middag

Eerste observaties

Primaire vervuilers

Secondaire vervuilers

Temperatuur

Relatieve Humiditeit

Hoogste vervuiling

Peroxyacetyl nitrate(PAN)

slide23

De ozonlaag in de stratosfeer

Leven is er dank zij de ozonlaag, en

de ozonlaag dank zij het leven

slide25

Stratosferisch ozon

Theoretische verklaring Chapman(1930)

Productie

O2 + h 2O (j2) fotodissociatie,   242 nm

O + O2 + M  O3 + M k2, M(O2,N2)

Netto

3O2 + M  2 O3 + M

Verlies

O3 + h O2 + O (j3) ,  1140 nm

Langzaam verlies via

O3 + O + M  2 O2 + M (k3)

netto

2O3 + h + M  3O2 + M

slide26

Ozonverdeling met dit model

O3/t = k2OO2M –j3O3- k3OO3

O/t = 2j2O2 + j3O3 - k2OO2M –k3OO3

Ox/t = (O + O3)/t = 2j2O2 – 2k3OO3

stationair

k2OO2M =j3O3 + k3OO3

j2O2 = k3OO3

j3 k3O3

[O3] =[O2 ](j2k2 [M]/j3k3)1/2

Verticale ozonverdeling juist, maar te veel ozon in stratosfeer

slide28

Chapman’s theorie niet adequaat, nieuwe inzichten, katalytische afbraak

destructie

X katalysator

X + O3  XO + O2

XO + O X + O2

netto O3 + O 2 O2

X= NOx, HOx, Clx, Brx

slide29

X = HOx

OH radicaal

productie OH door

H2O + O ( 1D)  2OH

CH4 + O ( 1D)  CH3 + OH

H2 + O ( 1D)  H + OH

HOx chemie beneden de 30 km hoogte

HO + O3  HO2 + O2

HO2 + O  HO + O2

netto O3 + O 2 O2

slide30

NOx chemie

Productie NO door

N2O + O ( 1D)  2NO

N2O + h N2 + O

NO + O3  NO2 + O2

NO2 + O  NO + O2

netto O3 + O  2 O2

ozonafbraak

slide32

Ozon afbraak

Polaire stratosfeer wolken PSCs gevormd gedurende winter in extreem koude stratosfeer boven Noord en Zuidpool.

Ozonafbraak op wolkendeeltjes

Chloor en Broom uit Cfk‘s essentieel

slide33

Polaire ozongat

  • ozonafbraak door Cl
  • Cl natuurlijk via CH3Cl maar vooral antropogeen via CFK’s
  • CF2Cl2 + h Cl + CF2Cl
  • normaal Cl in reservoir verbinding zoals ClONO2
  • In polaire winter zeer lage temperaturen
  • polaire stratosfeer wolken T 196 K
  • Cl uit reservoirverbinding in actieve vorm via
  • heterogene reacties op oppervlak
  • wolkendeeltjes in vorm van Cl2, HOCl
  • denitrificatie: HNO3 condensatie op
  • ijskristallen, uitzakking en verwijdering NO2,
  • nodig voor reservoir verbinding ClONO2
slide34

Cl2, HOCl gevormd op oppervlak parelmoer wolken ijskristallen

Zon terug in voorjaar

Cl2 + h 2 Cl

HOCl + h OH + Cl

Vervolgens ozonafbraak door

2( Cl + O3  ClO + O2)

ClO + ClO + M  Cl2O2 + M

Cl2O2 + h Cl + ClOO

ClOO + M  Cl + O2 + M

netto 2O3 3O2

Br in plaats van Cl: meer afbraak

slide39

Paul Crutzen, Mario Molina, and Sherry Rowland

1995 Nobelprijs Chemie atmosfeer

slide40

Koppeling tussen chemie, dynamica en klimaat

  • Stratosferisch ozonverlies sinds 1980 compenseert opwarming door toename van broeikasgassen voor ongeveer 30%
  • Afkoeling stratosfeer door
  • afscherming infrarode straling door toename CO2 in troposfeer
  • meer CO2 en H2O in stratosfeer afkoeling
  • afname ozon, minder UV absorptie en koeling
  • stratosfeer
  • Afkoeling leidt tot andere stratosfeercirculatie en tot gewijzigde troposfeercirculatie
slide41

Samenvatting

  •  toename ozon in troposfeer door
  • toename luchtvervuiling
  • afname ozon in stratosfeer door

toename chloor belasting

  • ozon in stratosfeer op middelbare

breedtes neemt af maar groei in

afname minder sterk dan 5 jaar terug

  •  Boven tropen geen af- of toe-name
  •  Atmosfeersamenstelling bepaald door emissies, straling, chemie en dynamica.
slide42

Behandelde stof

Andrews,

Hoofdstukken en onderwerpen

Hfdst 1

hfdst 2: 2.1, 2.2, 2.3,2.5

Hfdst 4

Hdfst 5: 1,5.3,5.4,5.5,

Hfdst 6: 6.5, 6.6, 6.7

Hand-outs

Sommen

Tentamen, mondeling op afspraak

h.kelder@tue.nl

slide43

Stage mogelijkheden bij het KNMI

1) Onderzoek naar luchtvervuiling in China

Werkprogramma: analyse van data set van 10 jaar satellietwaarnemingen van luchtvervuiling boven Azie. Vergelijking met grondwaarnemingen en modellen.

Studie verblijf aan Chinees onderzoeks instituut maakt deel uit van stage.

Werkplek voornamelijk KNMI

2)Validatie van satellietwaarnemingen met behulp van grondwaarnemingen in Nederland.

Werkprogramma: verrichten van waarnemingen vanaf de grond met deels nieuwe apparatuur, vergelijken met satellietwaarnemingen, analyse en interpretatie van verschillen

KNMI biedt stage vergoeding

h.kelder@tue.nl

slide44

NO primaire vervuiler

NO2 verdwijnt in nacht via HNO3

NO2 niet gevormd in nacht door geringe ozon

overdag vervuiling en ozonvorming