Logga in Login-hjälp? Gå med?

Växthuseffekt, ozon, försurning

Lite fakta om försurning


Genom förbränning av olika fossila bränslen har regnet idag ett pH-värde på omkring 4,2 i södra Sverige och 4,5 i norra. Att pH-värdet på regnet är surare i söder beror på att vind från bl.a. Tyskland och England strömmar in över södra Sverige. När luften kommer över landområdena kan det börja regna och föroreningarna hamnar på landbacken.

Extra surt blir det om mycket svaveldioxid (SO2) förs ner med regnet. Svavel i regn bidrar alltid till försurning.

Även kväveoxider (NOx) kan på samma sätt som svavel bidra till försurningen. Kvävoxider bildas vid förbränning i bl.a. bensinmotorer och kan i ogynnsamma fall bilda salpetersyra (HNO3) – vilken är en lika stark syra som svavelsyra.

Om regnet har pH-värde på 4,2 borde väl sjöar och vår jord också ha detta pH-värde?

Svaret är nej. Anledningen är att all den sura nederbörden tas omhand genom sinnrika kemiska reaktioner i jordlagren. Det hela kan gå till på följande sätt: Vätejonerna (H+) från den sura nederbörden reagerar med mineraler (ex. lermineraler) i jorden. Vätejoner fästs vid lermineralerna och istället lösgörs positiva metalljoner som ex. kalcium (Ca2+), magnesium (Mg2+), kalium (K+) och natriumjoner (Na+). Dessa joner forslas vidare med markvattnet som kan tas upp av träd och buskar. Jonerna används här som näring. I annat fall forslas jonerna till en närliggande bäck som senare mynnar ut i ett vattendrag. Även här används jonerna som näring och sjöarnas växter frodas samtidigt som goda förutsättningar för fiskliv ges.

Som synes försvinner metalljoner från marklagret. Om detta förlopp fortgår för länge och för intensivt kommer dessa lermineraler att utarmas på utbytbara metalljoner. Till slut finns bara giftiga metalljoner kvar att bytas ut. Samtidigt kommer vissa vätejoner att direkt forslas till bäckar och sjöar. pH-värdet kommer börja sjunka och försurningen tar fart även i sjöarna. I slutskedet lösgörs bl.a. aluminiumjoner – dessa lösgörs då markens pH-värde är omkring 5 och är helt utlöst vid pH 4. Då dessa når någon närbelägen sjö har pH-värdet här sjunkit till kanske pH 4. Sjön är då död och synbara tecken på detta kan bevittnas. Ex inga fiskar finns i sjön. Sjön har extremt klart vatten. Andra joner som lämnar mineraljordarna i försurningens slutskede är kadmium, bly, koppar och järn.

Försurning är ett naturligt förlopp i naturen. Den har alltid förekommit. Skillnaden nu är att vi människor snabbar på den genom våra utsläpp till atmosfären. Vi har nått ett stadium vad gäller försurningen i Sverige som är kritisk – våra jordar har inte speciellt stor förmåga att lösa ut metalljoner eftersom alla dessa hålls hårt av våra jordar. Många av de välbehövliga metalljonerna är förbrukade och vidare urlakas istället bl.a. aluminiumjoner (Al3+) som i sig själv inte bara bidrar till försurningen utan även påverkar nervsystemet hos djur och människor. Vad gäller fiskar kommer en beläggning orsakad av aluminiumjoner att lägga sig på fiskarnas gälar. Detta hindrar dem till att ta upp syre ur vattnet – de dör.

Försurning – laborationer, frågeställningar

Förslag på laborationer:

1. Häll ner lite kranvatten i en liten bägare. Tillsätt några droppar BTB. Observera färgen på vattnet. Vad betyder den?. Blås sedan i ett sugrör ner utandningsluft i vattnet. Efter ett tag händer något. Försök förklara?
2. Sätt några frön i jord som är placerad i två krukor. Vattna den ena krukan med kranvatten och den andra också med kranvatten men med en liten tillsats av ättiksprit. Vattna kontinuerligt med dessa två lösningar under ett par veckor. Markera till vilken kruka respektive vatten tillsatts så att förväxling ej görs. Efter ett tag – kan någon skillnad observeras och i så fall vilken. Följdfråga: Vad kan sur nederbörd ha för påverkan på växtligheten?
3. Ta fram E-kolv, folie, förbränningssked, gasolbrännare, svavel, BTB.

Häl lite vatten i E-kolven och tillsätt några droppar BTB. Observera färg.

Placera lite svavel i förbränningsskeden. Värm svavlet i gasollågan tills den börjar ryka brunt. Sänk ner förbränningsskeden över vattnet och låt vattnet skvalpas försiktigt i kolven. Vad händer och varför?

Ozon

Sedan livet uppstod på jorden har ozon (O3) fungerat som skydd mot solens ultravioletta strålning (UV-strålning). Ozonmolekylerna är utspridda i hela atmosfären men ligger särskilt tätt mellan 20 och 40 km höjd. Denna höjdnivå brukar kallas stratosfären. Under denna finns troposfären där bl.a. moln och väder existerar. Om ozonmolekylerna samlades nere vid markytan skulle de bara bilda i genomsnitt ett 3 mm tjockt lager. Även om denna sammanpressade tjockleken på ozonskiktet är tunt utgör de ett effektivt skydd mot ultraviolett strålning.

Hur bra människans hud sedan skyddar sig mot UV-strålning beror på hur mycket pigment individen har. En vit människa har omkring 2000 pigmentceller per mm2 hudyta. Om vi solar kan antalet fördubblas men sedan återgår antalet till det normala under vinterhalvåret förutsatt att man inte solar. En färgad person har alltid ett konstrant högre antal pigmentceller per mm2 hudyta. Detta gör att de har ett bättre skydd mot UV-strålning.

Ozon i stratosfären

Ozon uppkommer då syrgas (O2) förenar sig med atomärt syre. Det fria syret (O) har i sin tur bildats genom att solens strålar har delat på syrgasmolekyler (O2). Följande reaktionsformel åskådliggör bildandet av ozon.

O + O2 --> O3

Detta ozon kan i sin tur sönderdelas då UV-strålning träffar ozonmolekylen. Då går ovanstående reaktion går till vänster och ozonet delas upp i en syreatom (O) och en syrgasmolekyl (O2). Det är denna reaktion som skyddar oss mot UV-strålning eftersom strålningen härmed ej fortsätter. Energin från strålningen gick åt till att dela ozonmolekylen.

Annan naturlig nedbrytning av ozonskiktet åstadkoms av lustgas (N2O). Då denna lustgas stiger upp till stratosfären omvandlas denna till kväveoxid som naturligt bryter ner ozonmolekyler.

O + N2O --> 2NO

Människan snabbar på nedbrytningen av ozonskiktet genom att släppa ut vissa kemikalier.

Freoner: Dessa kallas även klorfluorkarboner. Freoner består av en kolkedja där klor och/eller fluor sitter på en eller flera ställen. Föreningarna används för att få kylskåp kalla - men de används inte lika ofta nu. Vidare används de som drivmedel i sprayflaskor och vid tillverkning av skumplast. I Sverige har vi sedan 1982 förbud mot att använda drivgaser av denna typ. Freonerna transporteras upp till stratosfären där de senare sönderdelas genom solens inverkan. En frigjord kloratom (Cl) kan ensamt bryta ner 10 eller 100.000 ozonmolekyler innan den själv bryts ner. Freoner står för 30-40% av den nedbrytning som sker av ozonskiktet.

Ozonskiktet 20- 40 km höjd

Genom att ozonskiktet uttunnas kommer en större del av den skadliga UV-strålningen ner till jorden. Om vi människor utsätter oss för strålning - solning osv, kommer strålningen att förstöra lite av vårt DNA. I normala fall repareras skadorna automatiskt med om strålningsdosen ökar kan större skador uppträda som ej kan repareras. En stor skada som ej blivit riktigt reparerad kan göra att cellen helt plötsligt fått annorlunda instruktioner än förut. Normalt dödas dessa celler av kroppens försvar. Men ibland kan cellen ha fått en instruktion som säger att den skall delas - och då kan denna delning fortskrida okontrollerat. En cancercell har bildats och efter ett stort antal delningar har vi fått en tumör.

Marknära ozon

Ozon kan också bildas ner vid markytan. Detta kan ske genom utsläpp av bilavgaser. En del av avgaserna består nämligen av kväveoxider (NOx). Dessa reagerar med kolväten under inverkan av solljus och syrgas. Genom denna reaktion bildas en del ozon. Är det så att luften står stilla över en stad som ex är belägen i en dalgång kan ozonhalten öka nära markytan. Vidare kan ozon bildas genom elektriska urladdningar. Förr användes ozon på hotell för att åstadkomma en gemytlig atmosfär - hotell med denna ozondoft ansågs speciellt exklusiva. Har man alltför hög spänning till en elmotor kan motorn bränna samtidigt som ozonlukten sprider sig. Det luktar lite fränt. Ozon är giftigt nära marken och blad på växter kan få speciella utslag. Vidare kan en ozonpåverkad människa känna huvudvärk, irritation på slemhinnor i hals och näsa. Ögonen kan också bli irriterade.

Strålning allmänt

Solen strålar ut alla typer av elektromagnetiska vågor. En del av dessa är synligt ljus. Annan strålning syns inte men kan kännas och upplevas som värme ex. Infraröd strålning (IR-strålning). Denna strålning upplevs behagligt och gör att vi gärna värmer oss i solen. Den del av solstrålningen som ger upphov till solbränna är UV-strålningen. Denna reduceras i atmosfären genom ozonskiktet men en del passerar genom skiktet ner till jorden.

Elektromagnetiska vågor med våglängd mellan 290-400 nm (nanometer) utgör en del av UV-strålningen. Denna reduceras av ozonskiktet.

Elektromagnetiska vågor med våglängd mellan 400-700 nm utgör det synliga ljuset. Detta kan representeras av regnbågens färger.

Elektromagnetiska vågor med våglängd mellan 700-10000 nm utgör infraröd strålning (IR-strålning) - värmestrålning.


Växthuseffekten

Växthuseffekten jämnar ut temperaturen på jorden så att temperaturvariationerna mellan dag och natt blir ganska små. Växthuseffekten höjer även temperaturen i atmosfären ca: 30 oC.

En sommardag kan vi i Sverige ha ca 20 oC och på natten kanske 10 oC. Detta gör att temperaturskillnaden är ca: 10 oC. Vintertid är skillnaden mellan natt och dag ungefär densamma. Denna temperaturdifferens kan jämföras med de nere i öknen där temperaturen kan uppgå till 50 oC dagtid och någon minusgrad nattetid. Större temperaturdifferenser förekommer inte speciellt ofta på jorden. Anledningen är att vi har en atmosfär som jämnar ut temperaturerna.

Om vi använder planeten mars som referens kan vi säga att den nästan saknar atmosfär. Dagtid har den kanske 15 oC maximalt medan den nattetid har –150 oC. Detta gör att planeten praktiskt taget är obeboelig om man inte gräver ned sig och skapar hela konstgjorda städer. Således är jorden den enda planet i vårt solsystem som kan härbärgera organiskt/biologiskt liv.

Hur fungerar då växthuseffekten?


Vår atmosfär har sakta ändrats sedan tidernas begynnelse. Från början bestod den av vattenånga, svavelsyra, koldioxid, ammoniak och andra otrevliga gaser. Jorden var i början helt obeboelig. Då den geologiska aktiviteten så småningom mattades började syre produceras av världshaven. Blågröna alger använde den koldioxid som lösts i vattnet och utsöndrade istället syre. Syret började ackumuleras i haven men efter ett tag hamnade gasen även i atmosfären. En jämvikt ställde in sig som innebär att vi nu har en atmosfär som består av: 21 % syrgas, 0,03 % koldioxid, 78 %kvävgas samt lite vattenånga och vissa ädelgaser.

Vattenångan och koldioxiden deltar aktivt i växthuseffekten. Dessa ämnen har nämligen förmåga att absorbera långvågig strålning och senare skicka iväg den igen. Detta gör att den långvågiga värmestrålningen hela tiden hålls kvar nära jordytan – låt oss ta ett exempel:

Solen skiner på jorden. Den sänder ut alla möjliga våglängder och vissa av dessa träffar jordytan. Kortvågog UV-strålning stoppas till stor del av ozonlagret. Den del avstrålningen som tar sig förbi detta hinder når jordytan. Här tas strålningsenergin upp och jorden avger denna energi i form av långvågig värmestrålning. Denna värmestrålning absorberas av vattenånga och andra växthusgaser som finns i atmosfären. Atmosfören tar alltså hand om värmen. Värmestrålningen skickas sedan mellan växthusgaserna i atmosfären och värmen hålls kvar. Solens långvågiga strålning kan direkt absorberas av atmosfären då de anländer till jorden. På det hela taget kan man alltså säga att solens både långvågiga och kortvågiga strålning används av växthusgaserna för atmosfärens uppvärmning.

Vilka är då växthusgaserna?

De naturliga växthusgaserna är vattenånga och en begränsad mängd koldioxid. Dessa höjer medeltemperaturen på jorden till 15oC. Utan dessa hade jorden haft en medeltemperatur på –18 oC. Vi ser att den naturliga växthuseffekten leder till en temperaturhöjning på ca: 30 oC. Utan växthuseffekten hade jorden varit obeboelig. Vattenånga är den absolut viktigaste växthusgasen.

De onaturliga växthusgaserna som människan släpper ut är: koldioxid, freoner, metan, dikväveoxid, ozon och vissa partiklar som vi släppt ut i atmosfären – damm och liknande partiklar.

Koldioxid: koldioxidhalten ökar ständigt på jorden p.g.a. Att människan hela tiden förbränner bl.a. olja, kol, naturgas och ved. Koldioxidhalten har ökat med 36% (Gp:2005-??) sedan 1850 då vi började elda kol. Ökningen oroar forskarna då atmosfärens medeltemperatur verkar öka då halten koldioxid ökar. Man räknar med att en fördubbling av koldioxidhalten leder till en temperaturökning på ca: 1,5 – 4,5 oC. Detta väntas ske de närmsta 50 åren.

Metan: Denna gas ökar med ca: 1,7 % årligen. Den bildas naturligt genom nedbrytning av organiskt material. Den kommer från risodlingar, utsläpp från kolgruvor samt från boskapsskötsel.

Vad kan hända då temperaturen ökar med 1,5-4,5 oC?

Så här skulle det kunna bli i extrema fall – ser vi några av dessa tecken redan nu?
 

* Då det blir varmare kommer mer vattenånga att uppehålla sig i atmosfären. Detta går att atmosfären i sin tur blir ännu varmare då vattenånga i sig själv är en drivhusgas.
* Vattnet i världshaven kommer att expandera eftersom varmt vatten tar större plats än kallt. Denna expandering kommer troligen fortgå under flera hundra år innan jämvikt har ställt in sig.
* Strömmar i haven kan ändra riktning. Om Golfströmmen skulle ändra riktning kommer vår temperatur att sjunka en aning.
* Klimatzoner kommer flyttas på jorden.
* Eftersom cykloner växer till i kraft över vatten på grund av vattnets värmeinnehåll kommer fler av dessa att skapas. De kommer även att bli mer våldsamma. Vi får räkna med väldiga väderomslag och extrema vindhastigheter, även närmare våra breddgrader.
* Varmare klimat gör att Nord och Sydpolens isar delvis kommer att smälta, vilket gör att havsytans nivå kan höjas med några eller kanske 10-20 meter. Städer utmed kusterna försvinner och vissa landområden läggs under vatten. Holland och stora delar av Australien kommer försvinna från världskartan.
* Några forskare säger att den ökade mängden vattenånga som uppehåller sig i atmosfären gör att det kommer att regna mer. Detta skulle leda till att det kommer snöa mer på polerna. Vattnet från världshaven skulle därmed istället bindas upp i polarisarna. Havsvattennivån skulle alltså sänkas.

Få Gratis NGU-medlemskap Nu

 

  • NGU naturvetenskap
  • FEB 7, 2007
  • NOV 28, 2009
  • Admin
Kursen är sammanfattad av Admin

De naturvetenskapliga grundkurserna för högstadiet är skrivna av Lars Helge Swahn. Kurserna är utvecklade under 9 års tid och har använts för höstadiets åk 8 och 9. De är ämnade att ge snabbt eleven en övergripande bild om respektive arbetsområde. För LPO 94 täcker kurserna nivån G och ger även viss information för betyget VG.

Copywrite NGU, Northern Pontifical Academy 2015 (A.I.C.)