 |
|
|
|
Kysymyksiä ja vastauksia | Ilmanlaatu
Ilmanlaatu
Otsoni (O3, kolmiatominen happi) ei kuulu ilmakehän pysyviin kaasuihin, vaan se muodostuu ilmakehässä - sekä troposfäärissä (ilmakehän alin 10-17 km), että stratosfäärissä (seuraavat 30-40 km). Otsonia muodostava reaktio on molemmissa tapauksissa sama (O2 + O -> O3), mutta reaktiolle välttämättömiä happiatomeja tuottavat mekanismit ovat erilaiset ilmakehän eri kerroksissa.
Stratosfäärissä happiatomi syntyy kaksiatomisten happimolekyylien hajotessa auringon ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Troposfäärissä happiatomeja muodostuu etenkin typen oksidien ja hiilivetyjen valokemiallisissa reaktioketjuissa. Eniten otsonia syntyy stratosfäärissä, ja suurin osa (noin 90%) ilmakehän otsonista sijaitseekin stratosfäärin otsonikerroksessa ja vain noin 10% on troposfäärissä, missä sitä pidetään myös ilmansaasteena alueilla, joilla pitoisuudet ovat "liian" korkeita. Otsoni on kuitenkin myös troposfäärissä välttämätön kaasu, koska ilman otsonia ei ilmakehään syntyisi sen kemialliselle itsepuhdistuskyvylle välttämättömiä muita hapettimia (esim. OH-radikaali).
Ilmakehän kaasut (esim. typpi ja happi sekä argon ja muut jalokaasut, joita sanotaan ilmakehän pysyviksi kaasuiksi) ovat molekyylipainoista riippumatta sekoittuneet tasaisesti ilmaan maan pinnalta noin 100 km korkeudelle saakka. Tähän ovat syynä ilmakehän suuren mittakaavan liikkeet, jotka voivat olla esimerkiksi konvektiivisia (kuten auringon lämmittämän ilman voimakas kohoaminen maan pinnalta suoraan ylöspäin) tai turbulenttisia (maanpinnan kitkan aiheuttama ilman pyörteily ilmavirtauksen kulkiessa rosoisen pinnan yli sekä lämpötilaerojen tasoittumisesta syntyvä ilman pyörteily). Nämä ilmavirtaukset ovat niin voimakkaita, että kaikenkokoiset kaasumolekyylit kyllä seuraavat niitä samalla tavoin. Molekyylitason diffuusio, joka pyrkisi erottamaan painavammat molekyylit kevyemmistä, pääsee Maan ilmakehässä voitolle noin 100 km korkeudessa, missä suuren mittakaavan liikkeiden vaikutus on jo hyvin heikko. Vasta tämän yläpuolella tapahtuu massan erottumista niin, että aivan uloimmissa ilmakehän kerroksissa on enää vain kaikkien kevyimpiä kaasuja (kuten yksi- ja kaksiatomista vetyä ja heliumia).
Myös otsoni pyrkii sekoittumaan tasaisesti ilmakehän suuren mittakaavan liikkeiden mukana, mutta se ei onnistu, koska kaasujen siirtyminen stratosfääristä troposfääriin on hidasta verrattuna otsonin kemialliseen elinikään troposfäärissä. Jonkin verran stratosfäärin otsonia kuitenkin siirtyy jatkuvasti troposfäärin puolelle, mutta se ei siis suinkaan johdu molekyylitason diffuusiosta (ts. otsonimolekyylien suuremmasta massasta), vaan ilmakehän yleisistä kaasujenvaihtomekanismeista eri kerrosten välillä. Ylöspäin otsonin tasaista sekoittumista rajoittaa auringon säteily, joka tietyn korkeuden jälkeen on niin voimakasta, että se hajottaa kaikki otsonimolekyylit. Otsonikerros ja sen asettuminen ilmakehässä tietylle korkeudelle on tulosta ilmakehän ominaisuuksista ja otsonin luontaisten valokemiallisten synty- ja hajoamismekanismien herkästä tasapainosta.
Maan pinnalta pääsee ilmakehään monenlaisia kaasuja, sekä ihmisen toiminnan tuloksena, että luonnollisista lähteistä. Jos nämä kaasut eivät nopeasti reagoi kemiallisesti muiden ilmakehän osasten (esim. troposfäärin otsonin tai OH-radikaalien) kanssa ja poistu sitä tietä ilmasta (näin käy mm. rikkidioksidille), suuren mittakaavan liikkeet sekoittavat nekin ennen pitkää tasaisesti kaikkialle ilmakehään, myös stratosfääriin, olivatpa niiden molekyylit kevyitä tai raskaita. Sekoittumista rajoittaa tällöin vain ilmakehän oma rakenne. Freonit (kloori-fluori-hiilivedyt eli CFC-yhdisteet) ovat hyvä esimerkki (hyvin raskasmolekyylisistä!) kaasuista, jotka ovat täysin reagoimattomia troposfäärissä ja hajoavat auringonsäteilyn vaikutuksesta vasta
stratosfäärissä. Sattuman oikusta esim. CFC-11 ja CFC-12 -yhdisteitä hajottavaa lyhytaaltoista UV-säteilyä alkaa olla saatavilla ilmakehässä noin 20-30 km korkeudella, eli juuri otsonikerroksen vaiheilla. Hajoamisessa vapautuu klooria, joka on syynä freonien aiheuttamaan voimakkaaseen otsonin tuhoutumiseen.
Teoria otsonin painumisesta alas ei siis selitä stratosfäärin otsonikatoa. Toisaalta TROPOSFÄÄRIN otsonin lopullinen kohtalo on tuhoutuminen maan pinnassa - pinnaksi ajatellaan tässä myös esimerkiksi kasvit, joiden ilma-aukot ovat tehokas otsonin nielu. Pintojen läheisyyteen troposfäärin otsoni joutuu
ilmakehän virtauksien kuljettamana, eikä molekyylin paino vaikuta niihin. Otsoni osallistuu myös troposfäärin ilmakemiallisiin reaktioihin, mutta niissä se ei häviä lopullisesti, vaan sitä syntyy aina uudelleen esimerkiksi typpidioksidin hajotessa auringon säteilyssä.
Sivun alkuun Takaisin etusivulle
|
|
|
|