... konulu sunumlar: "Bu bölümde: Hava Kirliliği Biyogeokimyasal Döngüler Kuru Birikme"— Sunum transkripti:
1Bu bölümde: Hava Kirliliği Biyogeokimyasal Döngüler Kuru Birikme Yaş BirikmeAtmosferde Kalma SüresiKarakteristik Karışma Zamanı
2Atmosferde Biyogeokimyasal Döngüler, Taşınma Süreçleri ve Atmosferde Kalma Süreleri
3Geçen Yüzyılda Yaşanan Önemli Hava Kirliliği Olayları ler - Los Angeles – araba kullanımındaki artış ve sanayinin neden olduğu bir çok kirlilik olayları
4Hava Kirliliği“İnsan faaliyetlerinden kaynaklanan maddelerin normalden yeterince fazla miktarlarda bulunması sonucu insan hayvan bitki ve diğer malzemede ölçülebilir bir etkiye neden olan durum”
5Biyogeo-kimyasal Döngü AtmosferToprakOkyanuslarVolkanlarTatlı ve yer altı suları, göller, ırmaklarKayalarBiyogeo-kimyasal Döngü
6AtmosferToprakOkyanuslarVolkanlarTatlı ve yer altı suları, göller, ırmaklarKayalarDöngü Modellemesi: Döngü yaklaşımı kimyasal bütçeleri ve atmosferde kalış sürelerini hesaplamada büyük kolaylık sağlar.Döngü Terimleri:atmosferRezervuar: Homojen sayılabilecek herhangi bir medyumKaynak: Rezervuara giren akıAKI: Birim zamanda, birim alanda taşınan madde miktarıAlıcı (Havuz) Rezervuardan çıkan akı
7Terimler (Devam)Bütçe: Skaynaklar-Salıcılar = 0 (Eğer birikme olmuyorsa)Devir Zamanı: Rezervuar içeriğinin (M) toplam alıcılara bölünmesi, veya, M’in toplam kaynaklara oranı. Her bir molekülün rezervuarda geçirdikleri ortalama zamanın bir ölçütü.Döngü: İki ya da daha fazla rezervuardan oluşan sistemBiyogeokimyasal Döngü: Yaşamsal Elementlerin (C,N,P,O,S) atmosfer, okyanus, sedimentler ve yaşayan canlılar gibi rezervuarlardaki döngüsüUzamsal Ölçekler: Çeşitli uzamsal ölçekler seçilebilmekle birlikte daha çok bölgesel ve küresel ölçekler göz önüne alınırZaman Ölçekleri: Bir sezondan daha uzun zaman ölçekleri dikkate alınır, kullanılan nicelikler seçilen dönem için ortalama değerlerdir.
8DöngülerModelleme yapılırken atmosferdeki önemli eser elementlerin yaklaşık kararlı halde olduğu varsayılırAtmosferdeki konsantrasyonlar kimyasal bütçe ya da döngülerle hesaplanır.Döngü modellemesiyleAkıların büyüklüğüRezervuarların büyüklüğüAtmosferde kalma süreleri elde edilir.Dezavantaj: Rezervuarda ne olduğu, nasıl olduğu, konumsal dağılım gibi diğer detaylar bilinmez.
9Rezervuar içinde, yerinde oluşma Kaynak ÇeşitleriYüzey EmisyonlarıRezervuar içinde, yerinde oluşmaStratosferden Giriş
11Alıcı Havuzlar1. Yaş Birikme (partikül madde* ve gazların yağmur ve karla dönem dönem atmosferden atılması)2.Kuru Birikme (partikül ve gazların karaların ve denizlerin yüzeyine ulaşarak atılması)3.Yerinde Çıkarılma (Atmosferdeki tepkimelerle dönüşümlere uğrayıp çıkarılma)* Sıvı ya da katı saf su dışındaki herhangi bir madde
12Yaş Çıkarılma Süreçleri Yaş birikme süreçlerinde havadaki partikül ve gaz maddelerin atmosferden çıkışı farklı şekillerde olabilir.Yağmur YağışıKar YağışıSis yığılmasıBulut Kesişimi (Bulutun dağın zirvesiyle temasta olması)Çözünebilir ve tepkisellik çıkarılma hızını etkiler.
13Yaş Çıkarılma Süreçleri Yaş Çıkarılma Hızı(vyç) : yıkanma oranıyla (yo) tanımlanır.Yıkanma Oranı: türlerin yüzey tabakasındaki yağıştaki derişimlerinin yüzey-tabakasında bulunan havadaki derişimlerine oranıdır.= yağış şiddeti:0.5 mm/sa (çiseleyen yağmur için)25 mm/sa (sağnak yağmur için)Çözünebilen gazların yaş birikme hızları daha az çözünen gazlara göre daha büyük olur.
14Kuru Birikme Süreçleri Atmosferik türbülans, maddenin kimyasal özellikleri ve yüzeyin yapısına bağlıdırBirikme bitki, toprak, okyanus vd. yüzeylerine olabilirGazlar için türün çözünürlüğü ve kimyasal olarak tepkiselliği (reactivity) yüzeyde kalmayı etkiler.Partiküller içinse partikülün boyutu, şekli ve yoğunluğu önemlidir.R >= 20 mm2 < R < 20Etkili bir mekanizma yok.R <= 2 mmDifüzyonYerçekimi
15Kuru Birikme Süreçleri F = - vkCa vk = F/CaYüzeydeki konsantrasyonKuru Birikme HızıAerodinamik tabaka (türbülent difüzyon, rüzgar hızı, atmosfer kararlılığı vd.)YüzeyLaminar ara tabaka132Paralel bağlanmış elektrik devrelerindeki gibi her tabakadaki direncin toplamının tersi birikme hızını verir.Partikül maddeler için kuru birikme hızına yerçekimi etkisinde yere çökelme hızı (vç) da dahil edilir.
16Küresel Troposfer Kimyasal Modelde Kullanılan Birikme Hızları Kuru Birikme Hızı (cm/s)Yaş Birikme Hızı(cm/sa)O30.6 (kara)0.06 (okyanus)0.0NO0.1NO20.5 (kara)0.1 (okyanus)HNO31.02.4SO20.8SO45.0
17Atmosferde Kalma Süresi Atmosferde kalma süresi (t) belli bir molekül ya da atomun bir rezervuarda geçirdiği zaman demektir. Kalma sürelerinin olasılık yoğunluk fonkisyonu f(t), f(t)dt da kalma süresi t ile t+dt arasında olan moleküllerin oranı olsun, ortalama kalma süresi:Kararlı haldeki bir rezervuar için devir süresi kalma süresine eşit olur.M = toplam kütleFgirenFdışarı gidenEmisyonlarEÇıkanlarÇ
18Atmosferde Kalma Süresi FgirenFdışarı gidenEmisyonlarEÇıkanlarÇM = toplam kütleTüm atmosferi göz önüne aldığımızda ise,
19ÖrnekDünyadaki sülfür içerikli bileşiklerin konsantrasyonu 1 ppb’dir. (kütlece) . Toplam sülfür kaynaklarının yılda 200x1012 g/yıl olduğu bilindiğine göre sülfür bileşiklerinin atmosferde ortalama kalış süresi ne kadardır?Çözüm: Troposferin kütlesi: 4x1021 g
20II. Örnek M1 T E1 Ç1 M2 Ç2 1 2 1 nolu Rezervuarda Kalma Süresi:
21II. Örnek 2 M2 1 M1 T Ç2 Ç1 E1 1 nolu Rezervuarda Kalma Süresi: Toplamda Kalma Süresi
22II. Örnek a = 1 tüm maddeler 2 nolu rezervuara transfer edilmiş olur. Ç1M2Ç212a = 1 tüm maddeler 2 nolu rezervuara transfer edilmiş olur.a = 0 t = t1Bu tip modeller atmosferik S (kükürt) sistemine uygulanmıştır. (Kitapta, sayfa ). 1 nolu rezervuar SO2, 2 nolu rezervuar ise troposferdeki SO4’u temsil eder.Atmosferde kalma sürelerinin bilinmesi, belli bir maddenin kaynaktan ne kadar uzağa taşınacağının ölçüsünü verir.
23Karakteristik Karışma Süresi (tk) Belli bir bölgeyi ele aldığımız takdirde (örneğin Kuzey yarımküre), tk o maddenin verilen bölgede ne kadar sürede karışacağını verir.tk>t İyi karışmamıştk<t İyi karışmışKarışma süresi yöne göre değişir. Dikey doğrultuda (dikey eddy karışımı ve difüzyon) troposferde hızlı bir karışım (≈1 hafta-1ay )söz konusuyken, yatayda bir türün homojen karışması için gereken süre 1 yıl olabilir.
24Dikey Karışım İçin Tipik Karışma Süreleri Kz = 105 cm2 s-1tropopoz(10 km)10 yıl5 km1 ay1 hafta2 km“Gezegen SınırTabakası”1 gün0 km
25tkSORU: 85Kr için atmosferde kalma süresi:10 yıl Troposferde 85Kr homojen bir şekilde dağılmış mıdır?SORU: t sülfür = birkaç hafta. Troposferde sülfürlü bileşikler iyi karışmış mıdır?
26tk tk<t İyi karışmış tk>t İyi karışmamış SORU: 85Kr için atmosferde kalma süresi:10 yıl Troposferde 85Kr homojen bir şekilde dağılmış mıdır?tk<t İyi karışmışSORU: t sülfür = birkaç hafta. Troposferde sülfürlü bileşikler iyi karışmış mıdır?tk>t İyi karışmamış
27NotlarGenellikle bir türün atmosferden çıkma hızı türün atmosferdeki konsantrasyonuyla doğru orantılıdır.Kuru ve bulut damlasıyla olan yaş yığılma hızı için bu durum geçerlidir. (Ne kadar çok bulunuyor, o kadar hızlı çıkarılma hızı)85Kr için atmosferden en önemli çıkış mekanizması radyoaktif bozunmadır.k=radyoaktif bozunma sabiti.Kalma süresi madde konsantrasyonunu bilmeyi gerektirmez, sadece bozunma sabitinin bilinmesi yeterli olur.
28Eğer bir madde iki ayrı çıkarılma mekanizmasına sahipse: Eğer tek çıkarma süreci k1’li tepkime ise gereken zamant1>>t2 ise, k2 daha etkili bir mekanizma. t=t2Toplam SüreEğer tek çıkarma süreci k2’li tepkime ise gereken zaman
29ÖZET Hangisini kullanmalı? i maddesini ele alalım. Çiky Kuru yığılma Çiyy Yaş yığılmaÇik Kimyasal TepkimelerÇit Stratosfere TaşınmaEiik İnsan kökenli emisyonlarEid Doğal emisyonlarEik Kimyasal TepkimelerHangisini kullanmalı?