Atmosferde Partikül Madde İçerik ve Boyut Dağılımı.

... konulu sunumlar: "Atmosferde Partikül Madde İçerik ve Boyut Dağılımı."— Sunum transkripti:

1 Atmosferde Partikül Madde İçerik ve Boyut Dağılımı

2 AsıltıTanecik Bir gaz içinde bulunan askıda katı ya da sıvı madde (boyutları nm ile birkaç 10  m arasında) Kaynağına göre 1.Birincil (Dolaysız kaynaktan atmosfere verilen) 2.İkincil (Atmosferde oluşan)

3 Asıltı Tanecik Tanecik konsantrasyonu ve içeriği yerden yere büyük farklılık gösterir Alıcı Havuzlar: –Kuru birikme –Yaş birikme –Stratosfere taşınma (çok az) Atmosferde kalış süresi: Birkaç gün-birkaç hafta

4 Asıltı Tanecik Atmosferde bir kez yer aldıktan sonra çeşitli mekanizmalarla konsantrasyon ve boyutları değişir. A.Tanecik üstüne yoğunlaşma I II. B.Tanecik üstünden buharlaşma I II. H2O C. Su süper doygunlaşması ile bulut veya sis damlası haline gelmesi

5 Asıltı Tanecik Atmosferde bir kez yer aldıktan sonra çeşitli mekanizmalarla konsantrasyon ve boyutları değişir. NH4 D. Diğer taneciklerle koagülasyon SO4 ( NH4)2SO4 I II. E.Kimyasal Tepkime

6 Ortam Havasındaki Asılı Taneciklerin Üç-modlu Boyut Dağılımı Ufak Taneciklerİri Tanecikler Genellikle birincil tanecikler, Fe,Ca,Si,AL,Na,C l

7 Ortam Havasındaki Asılı Taneciklerin Üç-modlu Boyut Dağılımı Atmosferde kalma süresi boyuta ve nemseverlik (hygroscopic) özelliklerine bağlı olarak değişir 0.1-10  m arasındakiler için 1 gün ile birkaç hafta kalma süresi Ufak tanecikler ise PAH, metaller ve iyonik maddeler (SO 4,NO 3,NH 4 ) dür. Çözünebilir tuzların nemsever özellikleri yüzünden nemli ortamda su alarak büyürler ve çözelti damlacıkları oluştururlar.

8 NemSever AsıltıTanecikler

9 Karışma İçsel Karışma Dışsal Karışma

10 Kiehl ve Rodhe,1995

11 Boyut Bazında Doğal ve İnsan Kökenli Tanecikler Toplam ince partiküllerin yaklaşık %60’ı insan yapımı

12 Asıltı Tanecikler Önemi: Uçucu olmayan maddelerin atmosferde taşınımı (Yer kabuğu mineralleri, demir gibi) Bulut ve sis damlacıklarının oluşmasında çekirdek görevi görürler. (Yapay Yağmurlar) Atmosferde olan kimyasal tepkimeleri etkilerler. (Heterojen kimya) Atmosferin optik özelliklerini etkilerler –Muhteşem gün batımları –İklim değişimi –Görüş mesafesi/netliği

13 Stratosferdeki Asıltı Tanecikler Sulu sülfürik asit çözeltisinden (%60-%80, T = -80 ile -40 0 C) Kaynağı OCS’in oksidasyonu + Volkan patlamalarından gelen SO 2 (1991 Pinotubo patlaması stratosfere 30 Tg sülfür yükledi) Etkili bir çıkarılma mekanizması olmadığından yaşam süreleri uzun

14 Stratosferdeki Asıltı Tanecikler 20 km seviyesinde bir tabaka halinde bulunurlar. (Junge Tabakası, 1961) Stratosfer kuru olmasına karşın özel koşullarda oluşan Kutupsal Stratosfer Bulutlarında bulut yoğunlaşma çekirdeği olarak görev yaparlar. I.Tip (Nitrik asit ve su) ve II. Tip (sülfürik asit/su)

15 Troposferdeki Asıltı Tanecikler Sülfat, amonyum,nitrat, sodyum klorit, eser metaller, karbonlu yerkabuğu elementleri ve su içerir. Boyut ve içerikleri deniz, karasal, çöl tozları, kırsal karasal ve ücra yerlere göre farklılık gösterir.

16 TROPOSFERDEKİ PARTİKÜL MADDE 1. Bulut Yoğunlaşma Çekirdeği <10  m Su buharının üzerinde yoğunlaşabileceği mikroskobik partiküller Atmosferde yaklaşık kalma süresi 1 hafta Tipik yoğunlaşma çekirdeği: 0.0002 mm Tipik bulut damlası: 0.02 mm Tipik yağmur damlası:2 mm

17 2. Serbest Troposfer Asıltı Tanecikleri Ultra ufak (<0.01  m)~40,000/cm 3 Sülfür oranı yüksek asidik Atmosferde kalma süresi küçük boyutlu olmasından dolayı uzun

18 3. Deniz Asıltı Tanecikleri Genellikle arka plan asılı taneciklerini tanımlar, çoğunlukla insan kökenli etkilerden uzak Karasal kaynakların etkisi varsa ~600/cm 3 Pasifik okyanusunda 100-200/cm 3 İçeriğinin çoğu deniz tuzlarından oluşur. (D>1  m) Sayıca ise %95’i için D<0.6  m. Bu ufak taneciklerin kaynağı çoğunlukla DMS oksidasyonudur.

19 4. Çöl Tozları Rüzgarların etkisiyle karasal alanlardan kaynaklanan ve uzun mesafede taşınan asılı tanecikler Örneğin Sahra Tozları Atlantik okyanusunda görülür. 5000 km taşınabilen bu tozlar okyanuslara mineral ve besin maddesi taşır.

20 Bulunduğu Yere Göre Troposferdeki Asıltı Tanecikler

21 BOYUT DAĞILIMI

22 Boyut Dağılım Nasıl Gösterilir? 0.02 0.20

23 0.02 0.20 Bu şekilde gösterildiğinde çapları 0.01 ile 0.03 um arasında olan tanecik sayısı ile 0.1 ile 0.3 um arasında olanların sayısı aynı olmasına rağmen, birinde aralık sadece 0.02  m diğerinde ise çok daha geniş, 0.20  m.

24 Taralı alan boyut aralığında bulunan tanecik sayısını verir. (N i ) ΔDp = Dp 2 -Dp 1 (μm) N i = n i ΔDp ni = tanecik boyut dağılım fonksiyonunun değeri (#/μm/cm 3 )

25

26 Sonsuz küçüldükçe ΔDp  dDp’ye gider n(Dp) sürekli boyut dağılım fonksiyonunu gösteriyor olsun n(Dp) dDp = Çapları Dp ile Dp + dDp arasında olan tanecik konsantrasyonu (#/cm 3 ) n(Dp) (/um/cm3) Dp, um dDp Dağılımları tipik gösterme şekli

27 Normalleştirilmiş Boyut Dağılımları Normalleştirilmiş boyut dağılımları ( ) şu şekilde elde edilir : 1 cm 3 havada çapları Dp ile Dp + dDp arasında olan taneciklerin toplam tanecik sayısına oranı Normalize edilmiş dağılımın birimi: μm -1

28 Yüzey Alanı, Hacim ve Kütle Dağılımları Bazı durumlarda tanecik sayısı yerine yüzey alanı veya hacim/kütle dağılımını bilmek önemli olabilir.. Yüzey alanı dağılımı n s (D p ) Kütle Dağılımı m(D p ) Y: Karakteristik Fonksiyon

29 *Bu tablo küresel tanecikler için geçerlidir. YY(Dp) Tane Sayısı (Np)1 Uzunluk (Lp)DpDp Yüzey Alanı (Sp)πDp2πDp2 Hacim(Vp)1/6πD p 3 Kütle (mp)1/6πD p 3 ρ p Tanecik Boyut Dağılımları İçin Karakteristik Fonksiyonlar (Y(Dp))*

30 Logaritmik Ölçekte Boyut Dağılımı Asılı taneciklerin boyutları oldukça geniş bir aralıkta değişim gösterdiğinden, Dp için logaritmik ölçek kullanımı daha uygundur.

31 Logaritmik Ölçekli Boyut Dağılımları logDp ile logDp + dlogDp arasında olan taneciklerin sayısı

32 Seinfeld ve Pandis Sayı Alan Hacim

33 Asılı Tanecik Boyut Dağılımının Özellikleri Tanecik dağılımlarını tane sayısı, alanı,hacmi veya kütlesine göre belirlenmiş parametreler ile tanımlayabiliriz. (Tane sayısına göre) N= Toplam tane sayısı (Kütleye göre) m T = Toplam tanecik kütlesi 1.Ortalama: Örneklenme si yapılan tanecik numunesinin ortalama çapı

34 2. Medyan: taneciklerin %50’sinin büyük, %50’sinin küçük olduğu çap değeri 3.Mod: En çok rastlanan çap değeri

35 Fakat ortalamaların yanı sıra dağılımın bu ortalama boyuttan nasıl farklılaştığını da bilmek önemlidir. Yukarıda gösterilen tüm dağılımların ortalama çap değeri aynıyken hepsinin dağılım genişliği farklılık göstermektedir.

36 Varyans Standard Sapma = Standard Sapma: dağılımın genişliğinin ölçüsü

37 Taneciklerin boyut dağılımını tanımlayan sürekli bir fonksiyon kullanmak yararlı olur. Normal (Gauss Dağılımı ) Normal Dağılım Fonksiyonu Örneklemin ortalaması

38 Normal (Gauss Dağılımı ) Standard sapma (  ) simetrik tanecik boyut dağılımının karakteristik genişliğini verir. Dağılımın %68.2’si dp, mean –  ve dp, mean +  arasında, %84.1’i d pmean +  dan küçük, ve %15.9’u da dp mean -  dan küçüktür.

39 Havadaki asılı tanecikleri normal dağılım gösteriyorlar mı?

40 Havadaki tanecikler genelde log-normal dağılım gösterirler: Log-Normal Dağılım D p,g =0.4μm σ g =2.5 Asıltı parçacıkların %68.2’si D pg /σ g ile D pg σ g arasındadır. Log-normal dağılımlar için, D pg =D p,median

41 Geometrik Ortalama ve Geometrik Standart Sapma

42 Belirtilen Boyuttan Daha Küçük Olma Yüzdesi Çap, um Tanecik Boyut Dağılımının Log- Olasılık Kağıtta Gösterimi taneciklerin %50’sinin küçük olduğu çap (D p,50 )

43 Belirtilen Boyuttan Daha Küçük Olma Yüzdesi Çap, um Tanecik Boyut Dağılımının Log- Olasılık Kağıtta Gösterimi Eğer dağılımdan hesaplanan noktalar bir doğru oluşturuyorsa dağılımın log- normal olduğu söylenebilir. Tane sayısı, alanı,hacmi veya kütlesi için oluşturulabilir ve her dağılım için %50’sinin küçük olduğu çap bulunabilir. Örnek: D pg = 0.5 mm ise, bu taneciklerin %50sinin bu çaptan küçük olması demektir. 100 tanecik varsa toplam, 50’sinin çapı 0.5 mm’nin altındadır.

44 Örnek a)Tane sayısı (n(Dp) ve yüzey alan boyut dağılımını çizin (ns(Dp). Dağılımları karşılaştırın. b)Bu örneklenmiş asılı taneciklerin log-normal bir dağılım gösterdiği söylenebilir mi?

45

46

47 b) Bu dağılım log-normal mi?

48 Dpg=0.08 0.16 σ g =D p,84.1 / Dp,50 = 2.0