ÇEV 316 HAVA KİRLİLİĞİ

HAVA KİRLİLİĞİNE GİRİŞ

GENEL İÇERİK: Hava kirliliğinin tanımı Hava kirliliğinin tarihçesi Önemli hava kirleticiler Hava kirliliği araştırmalarına ilişkin bazı temel tanımlar

Atmosfer: Yeryüzünü saran hava tabakasına atmosfer denir Dünya yüzeyinden 560 km yüksekliğe kadar uzanır Atmosferin tabakalarını belirleyen en önemli faktör sıcaklıktır Yerçekimi dolayısıyla havanın yeryüzüne yaptığı ağırlık “hava basıncı” olarak tanımlanır Atmosferi oluşturan hava kütlesinin % 99'u 32. km’nin altındadır

Atmosfere kısa bir bakış: Atmosferin kökeni Atmosferin dikey yapısı Hava basıncının dikey değişimi Sıcaklığın dikey profili İyonosfer

Atmosferin kalınlığı Atmosferin kalınlığı, dünyanın kalınlığının yalnızca yaklaşık % 2’si kadardır (Dünyanın yarıçapı= ~6400km). Atmosferik kütlenin çok büyük kısmı deniz seviyesi üzerindeki en alt 100 km’lik katman içinde bulunur. Atmosferin bu kadar sığ bir tabaka olması nedeniyle atmosferik hareketler büyük oranda yataydır. Çoğunlukla yatay rüzgar hızları dikey rüzgar hızlarından bin kat kadar daha büyüktür. Ancak tüm bunlara rağmen, dikey yöndeki hava hareketlerinin de havanın durumu ve kalitesi üzerinde önemli etkileri vardır.

Atmosferin Dikey Yapısı ve Bileşimi ~500km Bu katmanda azotun yanı sıra hidrojen ve helyum gibi hafif gazlar çok miktarda bulunur. Atmosferin bu kısmı sürekli sirkülasyon halindedir, bu nedenle temel atmosferik gazlar iyi karışmış durumdadır.  Pek çok durumda, homosferi atmosferin tamamı gibi ele alırız. Bu katmanda havayı meydana getiren başlıca elementlerin, özellikle de azot ve oksijenin oranı fazla değişiklik göstermemektedir. heterosfer ~80 km homosfer

Kimyasal bileşim Atmosfer, gazların ve partikül fazı maddelerin bir karışımıdır! Atmosfer sabit ve değişken gazlardan oluşur. Azot ve oksijen atmosferdeki gazların % 99'unu oluşturur. Her ikisi de insan yaşamı için gereklidir.

Kirlenmemiş havanın gaz fazı bileşimi Gazlar Parts per million (vol) Azot 756,500 Oksijen 202,900 Su 31,200 Argon 9,000 Karbon dioksit 305 Neon 17.4 Helyum 5.0 Metan 0.97-1.16 Krypton 0.97 Hidrojen 0.49 Xenon 0.08

Atmosferdeki Sabit Gazlar ve Oranları

Atmosferdeki Değişebilir Gazlar ve Oranları

Atmosferi oluşturan gazların; (su buharı, ozon ve önemsiz değişebilir bileşenler hariç) yerden 80 km. ye kadar temel özellikleri değişmez. Bu bölge homosfer olarak adlandırılır. 80 km’nin üzerinde ise atmosferik gazlar molekül ağırlıklarına göre ayrışır, bu tabakaya da heterosfer denir.

Atmosferin Kökenleri: 4,6 milyar yıl önce Dünya oluştuğunda atmosferin büyük oranda hidrojen, helyum ve bunların yanında metan ve amonyak gibi hidrojen bileşiklerinden meydana geldiği düşünülmektedir. Bu gazların büyük kısmı sonradan uzaya kaçmıştır. Atmosferik gazaların temel kaynağı volkanik patlamalar olmuştur. Volkanik etkinlik sonucu oluşan eski atmosfer büyük oranda karbon dioksit (CO2), bunun yanında bir miktar azot (N2) ve su buharı (H2O) ve diğer gazların eser miktarlarından oluşuyordu.

H2O’ya ne oldu? Atmosfer, volkanik etkinlik sonucu püskürtülen çok miktardaki su buharının küçük bir fraksiyonunu bünyesinde tutabilir. Çünkü, su buharının çoğu yoğuşarak bulutları ve yağmurları oluşturur. Yağmurlarla yeryüzüne ulaşan su, sonrasında da nehirleri, gölleri ve okyanusları oluşturmuştur. Böylelikle, atmosferdeki su buharı önemli ölçüde azalmıştır.

N2’ye ne oldu? Azot(N2): (1) kimyasal olarak inerttir, (2) moleküler hızı uzaya kaçmak için çok küçüktür, (3) sudaki çözünürlüğü düşüktür. Bu nedenlerle atmosfer dışına taşınan azot miktarı kısıtlı olmuştur. Böylece azot atmosferdeki en baskın gaz haline gelmiştir.

O2 nereden geldi? Atmosferdeki oksijen miktarını arttıran öncelikli proses fotosentez olmuştur. Okyanuslardaki ilkel bazı yaşam türleri yaklaşık 2,5 milyar yıl önce oksijen üretmeye başlamıştır. Zamanla CO2’in de azalmasıyla oksijen, azottan sonra atmosferdeki en baskın ikinci bileşen haline gelmiştir.

Argon nereden geldi? Dünyayı oluşturan katı madde (kayalıklar v.b.) içindeki radyoaktif bozunma ürün olarak atmosfere argon (Ar) çıkışına neden olmuştur.  Argon atmosferdeki en baskın üçüncü gaz olmuştur.

Su Buharı (H2O) Su buharı yüzeyden buharlaşma ile atmosfere katılır ve yoğuşma (bulutlar ve yağış) atmosferden uzaklaşır. Yüzeye yakın yerlerde ve tropik bölgelerde en yüksek değerinde (atmosferin yaklaşık % 0.25’i) iken daha yüksek seviyelere ve yüksek enlemlere doğru hızla düşer (atmosferin yaklaşık % 0’ı). İklim açısından su buharının önemi büyüktür, çünkü su buharı dünya tarafından yayılan termal enerjiyi absorbe ettikten sonra «latent ısı» açığa çıkaran ve pek çok hava olayını tetikleyen bir sera gazıdır.

Karbondioksit (CO2) Karbondioksit atmosfere bitki ve hayvan solunumu, organik maddenin bozunması, volkanik patlamalar ile doğal ve antropojen yakma süreçleri ile katılır. Karbon dioksit atmosferden fotosentez ile ve okyanuslarda çözünerek uzaklaşır. CO2 önemli bir sera gazıdır.

Dünya CO2 emisyonları haritası

Hava basıncı ve yoğunluğu Ağırlık= kütle x yer çekimi Yoğunluk= kütle/ hacim Basınç = kuvvet/ alan = ağırlık / alan

Atmosferik basınç Deniz seviyesindeki ortalama hava basıncı, yaklaşık 10 metrelik bir su kolonun (ya da 76 cm’lik bir civa kolonunun) uyguladığı basınca eşdeğerdir. Bu standart basınç sıklıkla 1013 mb (milibar) olarak ifade edilir, bunun anlamı bir santimetre kareye etkiyen 1 kilogramlık bir kuvvettir.

Yükseklikle Basınç Değişimi Basınç, genellikle yükseklikle azalır ve yere yakın seviyelerde hızla artar. Eğer atmosfer içinde yukarıya doğru çıkarsak, havanın bizim üzerimizdeki ağırlığı azalır. Basınç yere yakın seviyelerde hızla artar, bunun nedeni yerçekiminin etkisi ile yere yakın sevilerdeki gazların (ve dolayısıyla yoğunluklarının) artışıdır. Eğer daha fazla havayı aynı genişlikteki dikey kolon içerisine koyarsak, hava kolonunun ağırlığı artacaktır, böylece havanın basıncı da artacaktır.

Atmosferik basıncın birimleri Pascal (Pa): hava basıncı için kullanılan SI birimi. 1 Pa = bir metre kareye uygulanan 1 newton’luk kuvvet 1 hektopascal (hPa) = 1 milibar (mb) [hecto = yüz =100] Bar: Hava basıncı için daha sık kullanılan bir birimdir. 1 bar = Bir metrekareye uygulanan 100,000 newton’luk bir kuvvet = 100,000 Pa = 1000 hPa = 1000 mb Bir atmosferik basınç (1 atm) = atmosferik basıncın deniz seviyesindeki standart değeri = 1013.25 mb = 1013.25 hPa.

Yükseklikle basınç değişimi Okyanus basıncı (mb) Atmosferik basınç (mb) Okyanus derinliği(m) Yükseklik (km) okyanus atmosfer Yoğunluğu sabit olan okyanusta basınç derinlikle doğrusal olarak artar. Atmosferde, yoğunluk ve basınç yükseklikle eksponansiyel olarak azalır.

ATMOSFERİN KATMANLARI

Termal yapı (dikey) Çok az kütle Tabanda güneş radyasyonu ile ısıtılır Isı dikey hareketle yukarıya yayılır Güneş radayasyonunun morötesi (UV) kısmının ozon tarafından absorpsiyonu sonucu dikey hareketler çok kısıtlıdır Kütlenin %80’ini içerir. Yüzey güneş radyasyonu ile ısınır Dikey hareketlilik kuvvetlidir, çoğu hava olayı burada oluşur

Troposfer Atmosferin yere temas eden en alt katmanıdır. Gazların en yoğun olduğu katmandır. Troposfer atmosferin en önemli katmanıdır diyebiliriz çünkü gazların %75′i su buharının ise tamamı bu katmanda bulunur. Buna bağlı olarak hava akımları, bulutluluk, nem, yağışlar, basınç değişiklikleri gibi bilinen bütün meteorolojik olaylar bu katmanda meydana gelir, güçlü yatay ve dikey hava hareketleri de bu katmanda oluşur. Troposfer genellikle yerden yansıyan güneş ışınlarıyla ısınır bu nedenle alt kısmı daha sıcaktır ve yerden yükseldikçe sıcaklık 100 metrede 0.65 °C azalır ve tabakanın sonunda -56.5 °C'ye kadar düşer

Stratosfer Troposferden itibaren 50 km yüksekliğe kadar uzanır. Stratosferdeki sıcaklık inversiyonunun nedeni güneş radyasyonun UV boyutundaki enerjisinin ozon tarafından absorpsiyonudur. Ozon tabakasının iki önemli işlevi vardır: Birincisi yeryüzündeki temel ısı dengesine yardımcı olmak, ikincisi zararlı UV radrasyonunun yeryüzüne ulaşmasına engel olmak. Maksimum ozon derişimi 25 km civarında olsa da, 50 km’deki hava yoğunluğunun daha düşük olması nedeniyle güneş enerjisi buradaki havayı çok daha fazla ısıtır. Ayrıca, bu katmanın üst kısımlarında da ozon gazları bulunur ve güneş ışınlarını çeken bu gazlar katmanın ısınmasına nedendir.

Stratosfer-devam Yatay hava hareketleri (rüzgarlar) görülür. Su buharı bulunmadığı için dikey hava hareketleri oluşmaz. Yalnızca yatay hareketlerin oluşması da diğer tabakalar ile stratosfer arasında bu katmandan kaynaklanan bir taşınım olmamasına sebep olur. Bu durum çok tehlikeli olabilir çünkü diyelim ki bir yanardağın patlamasından ortaya çıkan küller troposferi aşıp stratosfere ulaşırsa burada birikir ve kalıcı bir kirlilik oluşturur. Stratosferin sıcaklığı -55 ile -3 derece arasında değişir. Stratosferde yerçekimi azaldığı için cisimler gerçek ağırlıklarını kaybederler.

Mezosfer Stratosferden itibaren ≈85 km. yüksekliğe kadar uzanır. Mezosferdeki hava basıncı ve yoğunluğu en düşük seviyededir. N2 ve O2 gazları bulunur ancak O3 oldukça azdır. Mezosferde ozon az miktarda olduğu için güneş enerjisi absorpsiyonu da çok azdır, bu nedenle mezosferde sıcaklık yükseklikle azalır. Aynı zamanda, burada hava molekülleri absorpladığı enerjiden daha fazlasını kaybeder. Bu soğutma etkisi özellikle mezosferin en üstünde daha da büyüktür. Atmosferin en soğuk bölgesidir, sıcaklık -100 dereceye kadar düşer. Mezosfer tabakası yeryüzünü uzaydan gelen meteorlardan korur, küçük boyutlu gök taşları bu katmanda sürtünmenin etkisiyle buharlaşarak kaybolur.

Termosfer Mezosferden itibaren 640 km yüksekliğe kadar uzanan katmandır. Bu katmanda güneş ışınları yoğun olarak hissedilir. Sıcaklığı güneşin etkisine göre 200 ile 1600°C’dir. 100-200 km.'lerde atmosferdeki temel bileşenlerden nitrojen ve oksijen bulunmaktadır. Termosferde oksijen molekülleri güneş ışınlarını absorplayarak sıcaklığı arttırır. Bu katmandaki hava yoğunluğu çok düşük olduğundan, küçük miktarda güneş enerjisi yüksek miktarda sıcaklık artışı sağlar.

İyonosfer İyonosfer, üst atmosferde yüksek derişimlerde iyon ve serbest elektron içeren elektriklenmiş bir bölgedir. İyonosfer yaklaşık olarak yerden 60 km yüksekten başlayarak atmosferin en dışına kadar uzanır. İyonosferin büyük bölümü termosferdedir. İyonosfer radyo iletişiminde önemli bir role sahiptir. Güneşten veya yıldızlar arası uzaydan gelen ışımalar, burada atmosfer gazlarının atom ve moleküllerini iyonlar veya elektrikle harekete getirir. Karakteristik bir olay, bazı radyo dalgalarını yansıtmasıdır. Bu katmanda gazlar iyon halinde bulunur. Bu yüzden radyo dalgaları çok iyi iletilir.

Dünyaya gelen güneş radyasyonu

Hava kirliliğinin tanımı: İnsan sağlığı ve refahına, hayvan ya da bitki sağlığına ya da malzemeye zarar veren ya da yaşam kalitesini düşüren maddelerin atmosferde bulunması durumudur. Zararlı maddelerin salımı ile havanın kontaminasyonudur.

Ankara şehir merkezi

İstanbul

Hava kirliliğinin tarihçesi: Hava kirliliği uzun süredir bir sorun olarak yaşanmaktadır. 1306 yılında İngiltere kralı I. Edward, kötü kokulu dumanlar nedeniyle craftsmanlerin fırınlarında kömür yakmalarını yasaklamıştır. İngiltere kraliçesi I. Elizabeth kömür kullanımını yasaklamıştır.

Milestones in Air Pollution history 1948 Air pollution inversion (cool air trapped by warm air above it keeps pollution from dispersing) in Donora, Pennsylvania, kills 20 people and makes 40 percent of the town's 14,000 inhabitants ill. 1949 Cleaner Air Week is started by the Air Pollution Control Association to commemorate the Donora air inversion. 1952 Sulfur-laden smog covers London and is responsible for 4,000 deaths over a two- week period. 1960 Respiratory Disease Committee of the National Tuberculosis Association recommends that tuberculosis associations consider air pollution problems in their respective areas and form local control committees if needed. 1961 The national board of the National Tuberculosis Association adopts a resolution expressing major concern about all environmental health hazards, urging prompt and vigorous action be taken through a national program under the leadership of the United States Public Health Service. 1963 Air pollution inversion in New York leads to 405 deaths. 1966 National Air Conservation Commission formed by the American Lung Association to address air conservation issues and develop lung association positions on these issues. 1966 Air pollution inversion in New York leads to 168 deaths.

1967 Air Quality Control Act passed by Congress, setting timetables for states to establish their own air quality standards. 1970 Congress passes the Clean Air Act, allowing the newly created Environmental Protection Agency to set national air quality standards. Also allowed states to establish their own stricter standards, which California did. 1975 Catalytic converter0 developed and used on auto emissions systems. Cuts hydrocarbon and carbon monoxide emissions by 96 percent and nitrogen oxides by 75 percent. 1977 Revised Clean Air Act Amendments passed by Congress, providing more time for areas with more serious air quality problems to comply with standards. 1981 American Lung Association expands air conservation program to include indoor air pollution. 1987 Indoor Air Quality Act first introduced into Congress to address the pervasive problem of indoor air pollution. 1988 EPA establishes Indoor Air Division of the Office of Air and Radiation to address indoor air quality issues. 1988 Congress approves Indoor Radon Abatement Act to assess extent of indoor radon problem, educate public on hazards of exposure and improve testing and repair technology. 1990 American Lung Association and EPA designate second week of October as National Radon Action Week to educate the public on the hazards of radon exposure and subsequent precautions. 1990 National ban on smoking aboard domestic flights enacted, protecting passengers from the dangers of secondhand smoke. 1990 Further revisions to Clean Air Act Amendments are passed by Congress, this time providing more time to comply with standards but requiring that cities implement specific air pollution control measures. 1991 American Lung Association sues EPA to force review of ozone air quality standard. By law, the standards were to be reviewed every five years, but have not been reviewed since 1979.

1992 The American Lung Association sues EPA to force review of the sulfur dioxide standard; court rules in favor of the ALA in 1993. 1993 EPA reviews ozone standard, but chooses not to revise it. 1993 EPA classifies secondhand smoke as a group A carcinogen, responsible for an estimated 3,000 cases of lung cancer in nonsmokers and 150,000 to 300,000 cases of lower respiratory tract infections in children under 18 months of age each year. 1993 American Lung Association files a lawsuit seeking to force the EPA to revise the federal air quality standard for ozone air pollution. This challenges EPA's decision not to revise the air quality standard for ozone air pollution. In 1994, EPA agrees to review the decision not to revise the ozone standard, but 1997 deadline remains. 1993 American Lung Association testifies before Congress that the current federal standard for ozone air pollution does not protect public health and should be changed. 1993 American Lung Association sues EPA for failing to review the adequacy of federal health-based standards for particulate matter air pollution. Court rules in favor of the ALA in 1994. 1997 EPA strengthens the standard for particulate matter air pollution. 1999 Clinton Administration announces federal plan that would for the first time require all private passenger vehicles - including sport-utility vehicles and diesel-powered vehicles - to meet the same tough clean air standards. 2000 EPA passes new rule for diesel, capping sulfur levels in diesel fuel at 15 parts per million by 2007. 2001 Supreme Court supports health-based air pollution standards when it rejects challenges to the new standard for particulate matter. 2002 Landmark legislation (AB 1493) was passed in California that requires automakers to reduce greenhouse gases from motor vehicles. 2002 California adopts more stringent particulate matter standards for PM10 and PM2.5.

Hava kirliliği episotları Meuse Vadisi(Belçika) - 1930 Donora, PA - 1948 Poza Rica (Meksika) - 1950 Londra- 1952 New York - 1953 - 1966 Bhopal (Hindistan) - 1984

1952 Londra smog episotu

smog Smoke+fog=smog (duman bulutu, pus) Sonuç: görünürlükte azalma Pus:toz+duman+partiküller Sis: Su buharının havada küçük su taneleri şeklinde yoğuşması ile oluşur Duman: Bir maddenin yanması sonucu salınan gazların bir araya gelerek oluşturduğu katı ve sıvılardan oluşur

Neden hava kirliliği ile ilgileniyoruz? Çünkü hava kirliliği yaşam kalitesini etkileyen sağlık sorunlarına (örn. Kanser, astım, vb.) neden olur Doğayı tahrip eder (örn. Asit çökelmesi, bitkilere ve ürünlere verilen zarar) Malzemelere zarar verir (Bina yapı malzemelerinin aşınması, taşların ve metallerin aşınması) İklimi etkiler (örn. Ozon tabakası incelmesi)

Hava kirleticilerin fiziksel formları: Hava kirleticilerin iki temel fiziksel formu vardır: İlki gaz formudur. Örneğin kükürt dioksit, ozon ve hidrokarbon buharları gaz formunda bulunurlar. Gazların beli bir hacmi ve şekli yoktur ve geniş bir hacme dağılırlar. Hava kirliliğinin diğer formu partiküler maddedir (duman, toz, uçucu kül, vb.).

Derişim 1 atm ve 25 C için Toprak Su Hava µg/kg = ppb µg/L ≈ ppb µg/m3 ≠ ppb w/w = w/w w/v ≈ w/v w/v ≠ v/v 1 atm ve 25 C için g/ m3 * 24.46 / bileşiğin moleküler ağırlığı = ppbv Hacimce % 0.0001= 1 ppm

Hava kirleticilerin kaynakları Doğal kaynaklar Antropojen (insan yapımı) kaynaklar

Doğal kaynaklar Volkanlar Orman yangınları Toprak erozyonu Polenler Okyanus spreyi Toz fırtınaları

Doğal kaynaklar Episodiktir Genellikle kaynaklar yerleşimlerden uzaktır Kirletici seviyeleri çoğunlukla düşüktür İNSAN KAYNAKLI HAVA KİRLİLİĞİ DOĞAL KAYNAKLI OLANDAN DAHA FAZLADIR

Doğal kaynaklar Pinatuba Dağı Haziran 1991’de meydana gelen patlama, 20. yüzyılın en büyük ikinci volkanik patlamasıdır

Antropopen kaynaklar

Anız yakma

Kirleticiler aynı zamanda birincil ve ikincil kirleticiler olarak sınıflandırılırlar. Birincil kirleticiler bir kaynaktan atmosfere doğrudan salınırlar. Örneğin: CO, SO2 İkincil kirleticiler iki ya da daha fazla kirleticinin (bileşenin) tepkimesi sonucu atmosferde oluşurlar. SO2SO3+H2O H2SO4 H2SO4 yağmuru asidik yapan ikincil bir kirleticidir.

Gazlar ve partiküller Kirleticiler üç formda bulunabilir: gaz, sıvı ve katı Kirleticilerin yaklaşık %90’ı gaz formunda salınır Aerosol: sıvı ve katı parçacıkların havadaki süspansiyonu Gaz halde bulunan herhangi bir kütle içerisinde asıltı halde bulunan katı ve sıvı parçacıkların meydana getirmiş olduğu karışım

SMOG oluşumu Fotokimyasal duman (smog); kirleticiler (özellikle NOx ve VOC) arasında güneş ışığı varlığında gerçekleşen tepkimelerin ürünlerini içeren, kahverengi-gri renkli bir pusla karakterize olur. Hong Kong’da fotokimyasal duman sorunu Kaynak: EPD Website, 24/03/2001 Smog oluşumu düzinelerce kimyasalı içeren yüzlerce tepkimenin eş zamanlı gerçekleşmesi ile ortaya çıkar.

Fotokimyasal dumanın ana bileşenleri; NOx, hidrokarbonlar ve güneş ışığı Fotokimyasal dumanın son ürünleri: ozon, hidrojen peroksit (H2O2), organik peroksitler(ROOR'), organik hidroperoksitler (ROOH), ve peroksi asetil nitrat (PAN).

ikincil kirletici olarak ozon

Emisyon (kirletici) kaynakları Nokta kaynaklar: önemli miktarda kirletici salımına neden olan sabit tesisler ya da süreçlerdir. Alan kaynaklar: tek tek küçük miktarlarda kirletici salımına neden olsalar da bir süreklilik oluşturan diğer nokta kaynaklar da alan kaynak olarak ele alınır. Örneğin bir şehirdeki kuru temizlemeciler alan kaynaklara örnek olabilir. Bir grup olarak toplamda önemli miktarda kirletici salımına neden olurlar. Çizgi kaynaklar: yollar

Emisyon kaynakları: Nokta kaynaklar Aliağa İsdemir

Emisyon kaynakları: Alan kaynaklar

Emisyon kaynakları: Çizgi kaynaklar

Emisyon (kirletici) kaynakları Hareketli kaynaklar: otomobiller, kamyonlar, uçaklar, gemiler, çim biçme makineleri, vs. Sabit kaynaklar: endüstriyel tesisler, konutlar, vs.

Hareketli kaynaklar

Kaynaklar aynı zamanda emisyonları oluşturma şekillerine (sektörlere) göre de sınıflandırılabilir: Ulaşım, Sabit yanma kaynakları, Endüstriyel süreçler, Katı atık bertaraf tesisleri vs. A.B.D. Çevre Koruma Ajansı (EPA) kirleticileri raporlarken yukarıdaki sınıflandırmayı kullanır

İç ortam hava kirliliği ttp://www.who.int/indoorair/en/

İç ortam hava kirliliği Çoğu insan hayatlarının önemli bir kısmını (yaşamlarının %80- 90’ını) iç ortamda geçirirler. Kapalı ortamlarda çalışır, yer, içer ve uyuruz. Pek çok durumda hava sirkülasyonu bu ortamlarda kısıtlıdır. İç ortam hava kirliliğinden etkilenen insan sayısı dış ortam hava kirliliğinden etkilenen insan sayısından fazladır. İç ortam hava kirliliğinin pek çok kaynağı vardır. Tütün dumanı, yemek pişirme ve ısıtma araçları, yapı malzemelerinden salınan buharlar, boyalar, mobilyalar, vb. bina içlerinde hava kirliliğine neden olur. Radon yer kabuğundan salınan doğal bir radyoaktif gazdır ve özellikle bodrum katlarında bulunur.

ÖNEMLİ KİRLETİCİLER NOx Ozon SO2 PM Kurşun CO HAPs

Klasik hava kirleticiler Karbon oksitler Karbon oksitlerinin iki formu vardır: CO ve CO2 Doğal ve antoropojen kaynakların katkısı vardır. Toksik (zehirleyici) özeliği nedeniyle CO öncelikli bir hava kirleticidir

KARBON DÖNGÜSÜ

Karbon dioksit Doğal kaynaklar: Aerobik biyolojik süreçler, yanma, karbonatların kaya ve toprak içinde ayrışması. Antropojen kaynaklar: Fosil yakıt yanması, endüstriyel prosesler, alan kullanımında değişim. CO2 görece olarak uzun bir atmosferik ömrü vardır (100 yıl)

Source: U.S. Greenhouse Gas Emissions Inventory

Source: U.S. Greenhouse Gas Emissions Inventory

CO2 yutakları Okyanuslar: Karbon dioksit suda çözünebilir ve bu nedenle okyanuslar karbon için büyük ve önemli rezervuarlardır. Planktonlar ve diğer deniz organizmaları okyanustan CO2 alarak, iskeletlerinin ve kabuklarının temel maddesi olan kalsite, CaCO3’a dönüştürürler. Ormanlar: Fotosentezin bir parçası olarak ağaçlar atmosferden karbon dioksiti absorplayarak karbon olarak depolar ve atmosfer oksijen salar. Toprak: CaCO3+CO2+H2O <----> Ca2++2HCO3- (1) alçıtaşı (CaSO4 + 2 H2O) için  CaMg(CO3)2 +2CO2+2H2O <---> Ca2++Mg2++4HCO3- (2) dolomit CaMg(CO3)2 için.

CO Renksiz, kokusuz bir gazdır Eksik yanmanın sonucu olarak oluşur En önemli kaynaklarından biri ulaşım/trafiktir

CO yutak süreçleri Ozonun fon derişimini belirler CO, ozonun ve hidroksil radikallerinin troposferik derişimlerini etkiler

Kükürt döngüsü

Kükürt Bileşikleri: Atmosferde yer alan temel S bileşikleri: SO2: kükürt dioksit H2S: hidrojen sülfür (CH3)2S: Dimetil sülfit CS2:karbon disülfür COS: karbonil sülfür

Kaynaklar Volkanik etkinlikler Doğal olarak üretilen S bileşiklerinin yükseltgenmesi. İnsan etkinlikleri (yanma, izabe, vs.)

Farklı sektörlerin SOx emisyonlarına katkısı

Kükürt oksitler SO3’in atmosferik ömrü çok kısadır (saniyeler düzeyinde)

Yutak süreçleri SO2 ’nin atmosferik ömrü yaklaşık 1 haftadır Bisülfit SO2 ve onun yükseltgenme ürünleri atmosferden yaş ve kuru çökelme yoluyla ayrılırlar.

İndirgenmiş kükürt bileşikleri Karbonil sülfür (COS) arka plan (background) atmosferde en yüksek seviyelerinde bulunur. Kimyasal reaktivitesi düşüktür ve atmosferik ömrü 44 yıldır. Karbon disülfür: reaktiftir, yarılanma ömrü 12 gündür. H2S: toksiktir (petrol ve gaz çıkarma, petrol rafinasyonu, kok fırınları, vs)

Azot bileşikleri N2 N2O NO, NO2 NO3 N2O5 HNO2 HCN: CH3COO2NO2: NOX=NO+NO2 NOy=(NOx+HNO2,HNO3,N2O5)

Neden azot bileşikleri önemlidir: Atmosferde en çok bulunan gaz azottur N2, yanma ve biyolojik süreçler aracılığıyla NO ve NO2 oluşumunda öncül (precursor) görevi görür. NO2 ve NO troposferdeki ve stratosferdeki tepkimelerdeki rolleri nedeniyle önemlidir.

Farklı sektörlerin NOx emisyonlarına katkısı

By Elmar Uherek http://www.atmosphere.mpg.de/enid/23b.html

Nitröz Oksit (Diazot monoksit) (N2O) Toksik olmayan, renksiz bir gazdır Tıpta anestetik olarak yaygınca kullanılır Troposferde bilinen bir yutağı yoktur. Atmosferik ömrü çok uzundur (150 yıl). N2O seviyelerinde artış, stratosferik ozonun seyrelmesine neden olur Küresel ısınma potansiyeli yüksektir (absorplama özelliği nedeniyle)

Nitrik oksit (azot monoksit ) (NO) Renksiz, kokusuz, tatsız, toksik olmayan bir gazdır Toprakta doğal olarak üretilir Doğal kaynakları arasında yıldırımlar vardır Amonyağın (NH3) yükseltgenmesi başka bir kaynağıdır Biyokütle yanması Benzinli ve dizelli araçlar, fosil yakıt ile enerji üreten tesisler, yakma tesisleri (insineratörler), evsel ısınma

Nitrik oksit( NO) Kaynakları: biyolojik nitrifikasyon ve denitrifikasyon, yıldırım, amonyağın yükseltgenmesi, gübre kullanımı Picture by Bernhard Mühr / Karlsruher Wolkenatlas. Tepkime endotermiktir

Azot dioksit (NO2) Sarı-kahverengi renkli, rahatsız edici, aşındırıcı, ve toksiktir Görece yavaş tepkime Hızlı tepkimeler

Azot oksitler (NO ve NO2) için yutak süreçleri En önemli yutak Gece saatlerinde ozon ile tepkime

Fotokimyasal yükseltgenler Fotokimyasal yükseltgenler atmosferde güneş ışığı, NOx, O2 ve metan dışı hidrokarbonları (NMHC) içeren tepkimeler sonucu oluşur Önemli fotokimyasal yükseltgenler: O3, NO2, PAN, tekli hidrojen bileşikleri ve RO2 280 - 430 nm dalga boylarında Ozon tüketilir Bu tepkimeler yatışkın halde yaklaşık 20 ppb ozon üretir

Ozon: Atmosferin üst katmanlarında doğal olarak yer alır. Güneşten gelen zararlı mor ötesi (UV) ışınları absorplayarak azalttığı için önemli bir gazdır. Ancak yer seviyesinde bulunduğunda önemli toksik etkileri bulunan bir hava kirleticidir. Motorlu taşıtlar ve sanayi, ozon oluşumuna neden olan bileşenlerin öncelikli kaynaklarıdır. Ozon gözlerde yanma, iritasyon ve sulanmaya neden olur. Solunum sistemi üzerinde olumsuz etkileri vardır. Soğuk algınlığına ve zatürreye karşı direnci azaltır.

NO’nun fotokimyasal yükseltgenmesi

Ozon derişimleri çoğunlukla 20 ppb’nin üzerindedir. Önceki yansılardaki bilgilere göre ozon yaklaşık 20 ppb seviyesinde kalmalıydı. OYSA… Ozon derişimleri çoğunlukla 20 ppb’nin üzerindedir. O nedenle, NO’nun NO2’ye dönüşümünde ozonu harcamadan gerçekleştiren bazı tepkimler gerçekleşiyor olmalı. RO2 radikalleri NO ile tepkimeye girer

Ozon yutakları Yüzeyde parçalanma Çökelme UV etkisiyle parçalanma

Kurşun Kurşun; petrolde, dizelde, kurşunlu pillerde, boyalarda, saç boyalarında, vs bulunur. Kurşun özellikle çocukları olumsuz etkiler. Sinir sistemi hasarlarına, sindirim sorunlarına ve bazı durumlarda kansere sebep olabilir.

ATMOSFERİK PARTİKÜLLER: Katı ve sıvı faz maddeler Büyük partiküller kısa sürede çökelerek atmosferden ayrılırken, küçük partiküller atmosferde kalır. Partiküller boyutlarına, kütlelerine, yoğunluklarına, morfolojileri (biçimleri) ve kimyasal bileşimlerine göre farklılık gösterirler. Partiküller doğrudan kaynaklardan (doğal ya da antropojen) salınabildiği gibi (birincil partiküller), gaz fazı bileşenleri de içeren kimyasal tepkimeler sonucu atmosferde de oluşabilirler (ikincil partiküller)

Doğal bir kaynak olarak deniz yüzeyinden de SO42- emisyonu gerçekleşir Source:Manahan, 2000

Partiküllerin önemi Toksik etkiler Görünürlükte azalma İklim etkileri Çökelen partiküllerin topraktaki etkileşimler sonucu oluşturduğu olumsuz etkiler.

Colls 2002

Partikül boyutu Aerodinamik çap: Birim yoğunluğa sahip (1g/cm3) ve standart hızla çökelen bir parçacık. Yani, söz konusu bir parçacık, 1g/cm3 yoğunluğa sahip ve 10 mikrometre boyutlu bir parçacıkla aynı aerodinamik özelliklere sahipse (örneğin aynı hızla çökeliyorsa), bu parçacığın aerodinamik şapı da 10 mikrometredir.

Aerodinamik Eşdeğer Çap Söz konusu parçacığın çökelme hızı, referans partikülün (birim (özgül ağırlık=1) yoğunluklu partikül) hızı ile karşılaştırılır. Yoğunluk için düzeltilmiş İlgilenilen partikül Şekil için düzeltilmiş Aynı çökelme hızı

Aerosollerin davranışları Havadaki aerodinamik davranış (örneğin çökelme hızı) şunların bir fonksiyonudur: Sürükleme kuvveti (drag force) Kaldırma kuvveti Büyüklük Özgül ağırlık Şekil Yüzey özellikleri Partikül Yer çekimi kuvveti

PM boyut dağılımı ve kaynakları Coll

Source: Manahan,2000

Partiküllerin şekilleri

Atmosferdeki partiküllerin kaynakları Birincil İkincil (gaz→partükül dönüşümü) Gaz molekülleri üç mekanizma yoluyla sıvı ve katı partiküllere dönüşürler: absorpsiyon (absorption) çekirdekleşme (nucleation) yoğuşma (condensation).

Atmosferik prosesler:

Asit çökelmesi: Kirlenmemiş yağmurun pH değeri nedir? 5.6 CO2 yağmurun pH’sında önemli bir role sahiptir. CO2 su damlacıkları içinde çözünerek zayıf bir asit olan H2CO3‘u oluşturur Kirlenmiş atmosferde ise CO2 ‘nin yanında SO2 ve NO2 de yağmur suyunun pH değerini düşürür. Yağmur suyunun nihai pH değerini asidik bileşenler ve NH3 gibi nötrleyici ajanların kombinasyonu belirler. Nötrleşme proseslerinde toprağın bileşimi önemlidir.

Source:www.epa.org

Source:Manahan, 2000

Partiküllerin kimyasal bileşimi Al, Fe, Ca, Si: Toprak erozyonu, kaya tozu, kömür yanması C: Karbonlu yakıtların eksik yanması Na, Cl: Deniz kaynaklı aerosoller, halojenli organik polimer atıklarının yakılması Sb, Se: Çok uçucu elementlerdir, petrol ve kömür yanmasından açığa çıkarlar V: Petrol kalıntılarının yakılması (Venezuella kökenli ham petrol kalıntılarında çok yüksek seviyelerdedir) Zn: Daha çok küçük parçacıkların bileşiminde bulunur, muhtemele kaynağı yanmadır Pb: Kurşunlu yakıtların yakılması ve kurşun içeren atıklar Source:Manahan, 2000

HAVA KİRLİLİĞİ ÖLÇEKLERİ Kentsel Bölgesel Kıtasal Küresel

Kentsel Kentlerdeki kirlilik Tek tek küçük kaynakların kirlilikte kümülatif olarak önemli bir etkisi oluşur. Yüksek binalar tarafından çevrili yollarda seyreden çok sayıda motorlu araç Örnek: Smog oluşumu Pekin

Bölgesel Çevredeki metropol alanlarından taşınma. Tepkimeleri görece olarak yavaş olan kirleticilerin salınması. Örneğin; SO2‘nin SO42-‘e dönüşümü oldukça yavaştır. Bir başka örnek NO3- (azot oksitlerin yükseltgenmesi süreciyle) Sülfat ve nitrat parçacıkları görünürlükte azalma gibi olumsuz etkilere sahiptir

Kıtasal Kirleticilerin kıtalar üzerinde taşınması. Örn: Büyük Britanya ve Batı Avrupa’dan kaynaklı emisyonlar İskandinavya’da asit yağmuruna (asit çökemesine) neden olur January 14th, 2005 U.S. Coal-Fired Electricity Plants among North America’s Largest Polluters, Study Says Posted under: Fossil Fuels   MONTREAL — Power plants in the U.S. midwest and southeast spew a disproportionately large amount of continental air pollution, according to an environmental commission’s study released this week. The Ohio River valley, parts of Indiana, West Virginia and Illinois in the midwest and Tennessee, northern Georgia and Alabama in the southeast are pollution hot spots caused by coal-fired electricity power plants, the study by the Montreal-based Commission for Environmental Cooperation said.

Küresel KÜRESEL ISINMA VOLKANİK PATLAMALAR vb Global air pollution map produced by Envisat's SCIAMACHY (http://www.esa.int/esaEO/SEM340NKPZD_index_0.html KÜRESEL ISINMA VOLKANİK PATLAMALAR vb

Atmosferik olayların mekânsal ölçekleri

Atmosferik bileşenlerin değişiminin mekansal ve zamansal ölçekleri

BAZI TANIMLAR Kaynak: Kirleticilerin salındığı yerler Yutaklar: Kirleticilerin havadan ayrılarak transfer oldukları ortamlar örn: toprak, bitkiler, yapılar, su kütleleri Temizlenme (scavenging) mekanizmaları: Kirleticilerin havadan uzaklaşmasını saplayan mekanizmalar (kimyasal tepkimeler, fotoliz, çökelme, vs.) Yarılanma ömrü: Kirleticinin muhtelif yutaklarda yarısının yok olması için geçen süre.

Kaynak-alıcı (source –receptor) ilişkisi Alıcı, hava kirliliğine maruz kalarak olumsuz etkilenen şeydir. Bu bir insan, hayvan, ağaç, bitki, vs olabilir.