Studium transportu a transformací troposférických polutantů

Ing. Marie Skybová, Ph.D.

Disertační práce

Tropospheric Pollutants Transport and Transformation Research

Anotace:

Práce "Studium transportu a transformací troposférických polutantů" je zaměřena na výzkum a ověřování transformace látek znečišťujících ovzduší ve vztahu k oxidačním a acidifikačním procesům a následným účinkům především na ekosystémy. V tomto rámci je práce tvořena dvěma hlavními okruhy, kterými jsou chemické reakce organických látek v troposféře vzhledem k produkci ozónu, kde je důraz kladen na podíl a vliv biogenních látek na vznik troposférického ozónu, a na chemismus horizontální atmosférické depozice a na její podíl na celkové depozici acidifikačních činitelů. Práce je rozdělena na dvě základní části. Na teoretický úvod do řešené problematiky navazuje experimentální část, která je zpracována formou publikací. První polovina teoretické části je věnována chemickým reakcím v troposféře, základním fotochemickým procesům, reaktivitě organických látek v přízemní vrstvě ovzduší vzhledem k tvorbě ozónu a dalším faktorům, ovlivňujícím radikálové reakce v troposféře. Samostatná kapitola se zabývá biogenními látkami v ovzduší, tj. organickými látkami emitovanými vegetací, klasifikuje tyto látky a pojednává o jejich výskytu v troposféře a reakčním mechanismům vzhledem k lokální tvorbě ozónu. Druhá polovina teoretické části se zabývá problémem horizontální atmosférické depozice od vlastního dělení typů horizontálních srážek, přes definici mlhy po procesy vedoucí k tvorbě mlhy a oblaků ve vícefázovém atmosférickém systému. Samostatný problém je vzorkování horizontálních srážek. Značná pozornost je věnována studiu reakcí v mlze a jejím fyzikálněchemickým vlastnostem. Závěr této části je věnován vlivu mlhy a oblačnosti na vegetaci a způsobu výpočtu horizontální depozice acidifikačních činitelů. Experimentální část je tvořena třemi články, které již byly publikovány. První z nich s názvem "Determination of Volatile Organic Compounds in the Atmosphere and their Influence on Ozone Formation" se zabývá výskytem těkavých organických látek ve třech polutanty různě zatížených prostředích - městská/průmyslová, pozaďová zemědělsko-lesní a horská. Je zde vyhodnocena kvantita výskytu prekurzorů ozónu, jejich denní chody a vzájemné korelace včetně popisu odběrových a analytických metod. Nejvýznamnější část je věnována výpočtu a zhodnocení podílu biogenních složek na celkové místní produkci ozónu ve třech sledovaných lokalitách. Bylo zjištěno, že biogenní látky byly ve sledovaném období zodpovědné za 29.4, 38.3 a 43.9 procentní podíl na vzniku troposférického ozónu v Ústí n.L., Červenohorském sedle a Košeticích. Rovněž druhý článek "Organické látky v ovzduší vázané na polétavou prašnost a tvorba sekundárního aerosolu" pojednává o možnostech rozlišení mezi anthropogenními a přírodními zdroji znečištění ovzduší. Vzorky byly opět odebírány ve třech různých lokalitách, frakcionovány a podrobeny analýzám, na jejichž základě byly identifikovány přírodní a anthropogenní zdroje přispívající ke složení organické složky prašného aerosolu. Na všech lokalitách byl v aerosolu vyšší podíl uhlovodíků z přírodních zdrojů v teplém letním období (2002, 2003) - 17 až 42% proti hodnotám z chladného září 2001, které byly v rozmezí 3.5 - 6.6 %. Třetí publikace "Chemical Composition of Fog/Cloud and Rain Water in the Beskydy Mountains - Czech Republic" se zabývá složením vzorků mlhy a nízké oblačnosti odebraných na Lysé hoře v Beskydech a výpočtem podílu horizontální depozice na celkové depozici acidifikačních činitelů v této oblasti. Výsledky ukazují na významný vliv horizontální depozice, která na Lysé hoře v období květen 2003 až duben 2004 tvořila 40% celkové de

Anotace:

pozice acidifikačních látek, přičemž koncentrace sulfátů byly 2.2krát, nitrátů 6krát a amonných iontů 3.8krát vyšší než ve vertikálních srážkách.

Abstract:

The topic of the study " Tropospheric Pollutants Transport and Transformation Research" concentrates on the research and verification of air pollutants transformation in relation to oxidizing and acidifying processes and their influence on ecosystems. The study is divided into two main sections. The first one is dedicated to chemical reactions of organic compounds and ozone creation in the troposphere with special attention to biogenic matters' share in these processes. The second section deals with horizontal deposition chemistry and its share in the total deposition of acidifying matters. The study is divided into two parts - a theoretical introduction and an experimental part. The first half of the theoretical part deals with chemical reactions in the troposphere, basic photochemical processes, organic matters reactivity relating to ozone formation and other factors influencing radical reactions in the troposphere. A special chapter is dedicated to biogenic matters emitted by vegetation into the troposphere, their classification, occurrence in the troposphere and reaction mechanism in relation to local ozone creation. The second half of the theoretical part deals with horizontal deposition, its categorization, definitions of fog and clouds and processes in the multiphase atmospheric system. Horizontal deposition sampling is a particular topic. Special attention is dedicated to chemical reaction in fog and the physico-chemical properties of fog/cloud water. A study of fog/cloud water influence on vegetation and horizontal deposition quantification concludes the theoretical part. The experimental part is formed by three research articles that have been published. The determination of VOC concentrations and their behaviour in the atmosphere of three different environments (mountain, urban, rural) were the aims of a study called " Determination of Volatile Organic Compounds in the Atmosphere and their Influence on Ozone Formation". Sampling methods, the quantity of ozone precursors, their diurnal dynamics and correlation are described there. The most significant part is dedicated to biogenic matters and an estimation of their role in the tropospheric ozone production. Biogenic hydrocarbons are responsible for 29.4, 38.3 and 43.9 % of locally produced ozone in Usti n.L., Cervenohorske Sedlo and Kosetice, respectively. The second article "Organic Compounds in Atmosphere Bound to Particulate Matter and Secondary Aerosol Formation" deals with possibilities of the identification of anthropogenical and natural sources of air pollution. The sampling campaigns were again provided on three different localities. The samples were fractioned and analysed, and anthropogenical and natural sources of organic part of the suspended particles were determined. A higher portion of natural organic matters in aerosol (from 17 to 42%) were found at all the three sites during hot summer periods (2002, 2003) compared to the values from cold September 2001, which vary from 3.5 to 6.6%. The third article "Chemical Composition of Fog/Cloud and Rain Water in the Beskydy Mountains - Czech Republic" is dedicated to the composition of fog/cloud water and the determination of horizontal deposition share in the total deposition od acidifying pollutants in the Lysa Hora locality (Beskydy Mountains). The results demonstrate the significance of fog/cloud deposition which formed, at least, nearly 40% of the main acidification compounds` through-fall deposition in the Lysa Hora locality from May 2003 to April 2004. The average concentrations of sulphates in fog/cloud water were 2.2 times, nitrates 6 times, and ammonium 3.8 times higher than in rainfall.

Klíčová slova

Znečištění ovzduší, fotochemické procesy, sekundární aerosol, těkavé organické látky, biogenní uhlovodíky, troposférický ozón, přírůstková reaktivita, horizontální depozice, srážky. Atmospheric pollution, photochemical processes, secondary aerosol, VOC (volatile organic compounds), biogenic hydrocarbons, tropospheric ozone, incremental reactivity, fog/cloud deposition, precipitation.

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 2. 2007

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 20. 2. 2007
• Vedoucí: prof. RNDr. Ivan Holoubek, CSc.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Chemie / Chemie životního prostředí