1. A légkör felépítése
A légkör fizikai és kémiai tulajdonságai a magassággal változnak. Hőmérsékleti sajátságai alapján öt rétegre osztható. A légkör nemcsak fizikai, hanem kémiai szempontból is felosztható. A homoszférában, amely kb. a mezoszféra felső határáig tart, az összetevők kémiai aránya nagyjából azonos. A mezoszféra felső határától kezdődő heteroszférában egyre inkább az atomos oxigén és az atomos nitrogén kerül túlsúlyba, majd a hélium és az atomos hidrogén. A következőkben mi a homoszféra kémiai összetételével foglalkozunk. A légkör alsó rétegeit alkotó gázokat három csoportra osztjuk. Az állandó gázok mennyisége hosszú időn át változatlan, a földtörténeti időskálán azonban ezek sem állandók. Pl.: nitrogén, oxigén, nemesgázok. A változó gázok mennyisége néhány évtizeden belül észrevehetően változik. Pl.: szén-dioxid, metán, hidrogén, ózon. Az erősen változó gázok mennyisége néhány nap vagy hét alatt jól érzékelhetően megváltozik. Pl.: vízgőz, szén-monoxid, ammónia, kén-dioxid. A légkör rétegeinek légnyomás és hőmérsékleti viszonyait az ábrák foglalják össze.
A kép nagyítható
A
másik ábra itt.
A légkört alkotó gázok arányát térfogatszázalékban adjuk meg. A térfogatszázalék megmutatja, hogy 100 térfogatnyi (cm3, m3) gázelegyben hány térfogatnyi vizsgált gáz van.
| Gáz
|
Vegyjele, összegképlete |
Térfogatszázalék
|
| vízgőz |
|
0-4 |
| neon |
|
0,001818 |
| hélium |
|
0,000524 |
| metán |
|
0,0002 |
| kripton |
|
0,000114 |
| hidrogén |
|
0,00005 |
| dinitrogén-oxid
|
|
0,000025 |
| szén-monoxid
|
|
0,00002 |
| xenon |
|
0,0000087 |
| ammónia |
|
0,000002 |
| nitrogén-dioxid
|
|
0,0000003 |
|
kén-dioxid |
|
0,0000002 |
1.1.
Készíts grafikont, melyen a légkört alkotó gázok arányait ábrázolod!
1.2. Egészítsd ki a táblázatot a vegyjelekkel a később tanultak után!
Az oxigén és az ózon
Az oxigén eredete, előfordulása
Sem az elsődleges, sem a másodlagos légkörben nem fordult elő oxigén, hisz rendkívül reakcióképes, így könnyen és gyorsan reagál számtalan vegyülettel. A különböző molekulák oxigénnel történő egyesülését tudományosan oxidációnak nevezzük. Az óceánokban megjelenő ősi fotoszintetizáló moszatok által termelt oxigén, már a vízben reakcióba lépett különböző ásványokkal, így a légkörbe sokáig ki sem jutott. Miután a tengerek és óceánok ásványai minden lehetséges oxigént megkötöttek, csupán ezután nyílt meg az oxigén lehetősége a légkör meghódítására. Jelen ismereteink szerint 2,5 milliárd éve kezdett el emelkedni a légköri oxigénszint, de 1 milliárd év leforgása alatt (azaz 1,5 milliárd éve) is mindössze a mai szint 1%-át érte el. Feltételezéseink szerint a mai, 21%-os arányt kb. 300 millió éve érhette el.
Élőlények és az oxigénszint kapcsolatának alakulása
növények, állatok, tengervíz, kőzetek, tábortűz
Az ózon eredete és előfordulása
Az oxigénmolekulákból ultraibolya sugárzás hatására ózonmolekulák képződnek. Ez a folyamat természetes körülmények között a légkör felsőbb rétegeiben játszódik le, így a keletkező ózon 15-35 km magasságban alkotja az ózonréteget. Az ember környezetszennyezése következtében a levegőbe került gázok elősegítik az ózon talajközeli rétegekben történő keletkezését is, amely rendkívül veszélyes az élőlényekre, elsősorban a rákos daganatok kialakulását segíti elő.
Az ózonréteg megjelenése nyílván összefüggésbe hozható az őt létrehozó oxigénmolekulák kialakulásával. Amikor 1,5 milliárd éve a légkör oxigénszintje elérte a mai szint 1%-át, az ózonszint mai koncentrációjának 10%-át súrolta.
- a bőrben lévő festéktartalmú sejtek, a pigmentsejtek képződéséhez szükséges;- veszélyes;
- a légkör a 3/4-ét elnyeli;
- igen fontos a D-vitamin képzésében;
- az ózonréteg vékonyodása miatt mennyisége nő;
- elősegíti a bőrdaganatok kialakulását;
- minden élő szervezetre halálos;
- a légkör teljes egészében kiszűri;
Az ózonréteg vastagságát Dobson-egységben mérik. 100 Dobson-egységnyi ózonréteg légköri nyomáson 1 mm. A sértetlen ózonpajzs 300-400 Dobson-egység vastagságú.
Az "ózonpajzs" jelentősége
Az ózonréteg nélkülözhetetlen a szárazföldi élet szempontjából, mivel kíszűri a Napból érkező káros sugarakat. Az ibolyántúli sugarak megszűréséhez szükséges erősségű és nagyságú ózonernyő feltehetően 400-500 millió éve alakulhatott ki. A természet egyik csodája, hogy az óceánban megjelenő azon fajok, amelyek készen álltak a szárazföld meghódítására kb. 500 millió éve jelentek meg, vagyis pont akkor, amikor a védelmező ózonpajzs már kialakult.
1.5. Az ábra segítségével nevezd meg, mely területeken a legvékonyabb az ózonréteg? Mivel magyarázható, hogy a lakott területektől távol, a sarkvidékek légköre a legveszélyeztetettebb? Az ábra nagyítható!
Az ózon réteg változása 1992 és 93 között az Északi-félgömbön
Az ózon réteg változása 1992 és 93 között a Déli-félgömbön
A nitrogén és vegyületei, a szmog
A nitrogén légkörünk leggyakoribb alkotója, eredetét nagy titok övezi. A kutatók egyetértenek abban, hogy a légköri nitrogén biogén eredetű, azaz élőlényeknek köszönhető, de az, hogy hogyan és mikor alakult ki még nem tisztázott. Egyes elméletek szerint bizonyos mikroorganizmusok (apró élőlények) a tengerben lévő nitrogén-oxidokat redukálták (redukció az oxidációval ellentétes folyamat, "oxigénmentesítés"), a keletkező oxigén és nitrogén a légkörbe került. Az elmélet egyetlen gyenge pontja, hogy még nem találtunk ilyen élőlényt.
A nitrogén élettani jelentősége
A nitrogén az élőlények számára nélkülözhetetlen, hisz az örökítőanyagul szolgáló DNS-nek, de a fehérjéknek is fő alkotója. (Fehérjék közé tartoznak egyes vitaminok, hormonok, a hajunk, az izmaink stb.) Az élőlények döntő többsége azonban nem képes a légköri nitrogént felvenni, így azt más forrásból kell biztosítaniuk.
A
légköri nitrogént egyes, ún. nitrifikáló baktériumok képesek megkötni –
a növények számára felhasználható vegyületté alakítani. „Ők” a pillangósvirágú
növények (pl.: zab, lucerna, borsó, bab, lóhere) gyökerein élnek. A nitrogén,
akárcsak az oxigén körforgásban van a bioszféra élő és élettelen alkotói
között. A nitrifikáló baktériumokkal ellentétes irányú átalakítást végzik
a denitrifikáló baktériumok.
1.6.
Milyen átalakítást végeznek vajon a denitrifikálók?
A nitrogén-oxidok, mint légszennyezők
A
talajban élő baktériumok jelentős mennyiségű nitrogén-oxidot juttanak a
légkörbe, ez a mennyiség az emberi hatásoknak köszönhetően azonban az utóbbi
évszázadban jelentősen emelkedett. A közlekedésből, kisebb mennyiségben
az ipari létesítményekből kiszabaduló nitrogén-oxidok a légköri vízgőzzel
reakcióba lépnek, így hozzájárulnak a savas esők kialakulásához.
A szmog
A
szmog az angol smoke (=füst) és fog (=köd)
szavakból származik. Magyarul füstködnek nevezzük. Abba az esteben, ha a
légkör alsóbb rétegei alacsonyabb hőmérsékletűek, mint a felsőbb rétegek
(pl.: talajmenti fagy) a normális légcsere akadályozva van, így az alsóbb
rétegekben a légszennyező gázok felhalmozódnak és szmog alakul ki. A füstködnek
két típusát különböztetjük meg a London-típusút (téli szmog) és a Los Angeles-típusút
(fotokémiai szmog).
1.7.
Az internet segítségével hasonlítsd össze a két szmogtípus!
1.8. Mit jelent a szmogriadó?
1.9. Mikor rendelnek el Budapesten szmogriadót?
1.10. Milyen fokozatai vannak a szmogriadónak?
London-típusú |
Los Angeles-típusú |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
A szén-oxidjai
A szén-dioxid a másodlagos légkörben jelenik meg, 3 milliárd évvel ezelőtt mennyisége feltehetően meghaladta a mai szintet. Nem szabad elfelednünk, hogy a szén-dioxid - kötött formában - nem az atmoszférában, hanem a litoszférában fordul elő a legnagyobb mennyiségben, karbonát formájában. A légköri szén-dioxid - a vízgőzzel együtt - elnyeli a felszín által kibocsátott hosszúhullámú sugarakat, ezáltal növelve a légkör átlaghőmérsékletét. A jelenséget, amelyet az ábra mellett részletesebben kifejtünk üvegházhatásnak nevezzük.
 |
A Napból érkező hősugarak egy részét az atmoszféra,
elsősorban a felhők visszaverik. A hősugarak másik részét a talaj
veri vissza, míg egy fennmaradó, még mindig jelentős mennyiségét elnyeli
a litoszféra. Az elnyelt sugarakat a talaj hősugárzás formájában visszajuttaja
a légkörbe, onnan azonban nem távozik a világűrbe, mivel egyes légköri
gázok (elsősorban a szén-dioxid, emellett a vízgőz, a metán és sok
más gáz) "fogságba" ejtik. A jelenséget üvegházhatásnak
nevezzük. Az üvegházhatás igen jelentős jelenség, nélküle a Föld átlaghőmérséklete
becslések szerint 13 Celsius-fokkal alacsonyabb lenne. |
A szén-dioxid koncentrációja jelentős változásokon ment keresztül a földtörténeti korok során, amely számtalan tényezőre vezethető vissza. Az utóbbi száz évben feltehetően antropogén (emberi beavatkozás) hatásnak köszönhetően kezdett el emelkedni, ezzel hozzájárulva a globális felmelegedésnek nevezett környezeti problémához.
Az ún. üvegházhatású gázok felhalmozódása a légkörben hozzájárul a globális felmelegedéshez, más néven az üvegházhatás fokozódásához, mivel minél több üvegházhatású gáz van a légkörben annál több hősugarat ejtenek "fogságba". Az üvegházhatású gázok közül a legjelentősebb mértékben a szén-dioxid, a metán, a freonok és a dinitrogén-oxid halmozódott fel. A tüzelőanyagok nagymértékű égetése miatt az elmúlt évszázadban a szén-dioxid koncentrációja közel kétszeresére emelkedett.
1.11.
A bal oldali oszlopban a légköri szén-dioxid forrásait láthatod, a jobb
oldaliban a globális felmelegedés következményeire utaló képeket. A képek
segítségével nevezd meg a forrásokat és a veszélyeket!
 |
 |
||
 |
 |
||
 |
 |
||
 |
 |
A szén-monoxid eredete, előfordulása
Sokáig
úgy gondolták, hogy a szén-monoxid kizárólag antropogén eredetű, az utóbbi
évtizedekben azonban kimutatták, hogy már korábbi földtörténeti időszakokban
is előfordult. Feltehetően a növényzet természetes égése, illetve szénhidrogének
oxidációja során került a levegőbe. Napjainkban az emberi légszennyezésnek
köszönhetően nő a koncentrációja, főleg a gépjárművek kipufogó gázai járulnak
hozzá. Szén-monoxid nyelőként jelen ismereteink szerint elsősorban a talaj
tekinthető.
A szén-monoxid élettani tulajdonságai
 |
 |
 |
A szén-monoxid súlyosan mérgező
gáz! Kis koncentrációban is lehet halálos! A mérgezést elsősorban
rosszúl üzemelő tüzelőberendezések, csukott garázsban beindított gépjárművek
kipufogó gáza okozza. Az eleinte fejfájás, hányinger és hányás tünettel
jelentkező szén-monoxid mérgezés hamar eszméletvesztéshez vezet. A
sérültet mielőbb vigyük szabad levegőre, saját testi épségünket azonban
ne kockáztassuk! Szükség esetén hívjunk mentőt, tűzoltót! Ne feledjük!
A szén-monoxid 400-szor jobban kötődik a hemoglobinhoz, mint az oxigén!
A tüzelőberendezéssel ellátott helyiségekben, rosszúl szellőző pincékben
célszerű szén-monoxid koncentrációt mérő műszert felszerelni. |
||
A kén-oxidjai
A kén-dioxid, kén-trioxid és a savas eső
A természetes körülmények között a vulkáni gázokból, élőlények bomlásával kerülnek a légkörbe, az utóbbi évtizedekben azonban mennyiségük az antropogén hatások miatt lényegesen emelkedett. Az emberi behatások közül elsősorban a tüzelőanyagok égetése a legjelentősebb.
A savas eső
Az
antropogén hatások miatt növekvő koncentrációjú
légszennyező gázok közül, természetes
körülmények között a szén-dioxid fordult
elő a legnagyobb mennyiségben. A szén-dioxid a légköri
vízgőzzel szénsavat képez, ennek köszönhetően
a csapadékok természetes körülmények között
is enyhén savas kémhatásúak. A problémát
az jelenti, hogy egyre több olyan légszennyező gáz
kerül a levegőbe, amely a vízgőzzel szintén
savat képez.
A nitrogén-oxidok is reagálnak a vízgőzzel, de reakciójuk kissé bonyolultabbak a korábbiaknál ezért a reakcióegyenlettől eltekintünk. A végtermékek ez esetben salátromsav (HNO3), illetve salétromossav (HNO2).
 |
A tűlevelűek és a zuzmók különösen érzékenyek a kén-oxidokra. Az olyan élőlényeket, amelyek jelenlétükkel vagy hiányukkal a környezet egyes tulajdonságait jelzik bioindikátor fajoknak nevezzük. Képen: sárga falizúzmó |
 |
 |
 |
A savas eső nemcsak az élővizeket
veszélyezteti. Különösen érzékenyek
a nyitvatermők (pl.: fenyők), de a köztéri szobrok
és az épületek is áldozatául esnek.
|
Európai
esők savassága, hatása az erdőkre
Most, hogy légkörünk anyagai kapcsán leginkább általunk okozott gondokat soroltunk, vessünk egy pillantást a Földünkre: milyen vékony is az a réteg, amely életben tart bennünket!
homoszféra,
heteroszféra, mezoszféra, állandó gáz, változó gáz, erősen változó gáz,
mikroorganizmus, nitrifikáló baktérium, nitrifikáció, denitrifikáció, szmog,
üvegházhatás, globális felmelegedés, kénsav, kénessav, salétromsav,
salétromossav,