Resume
Samenvatting Biosfeer: Partim. Lucht
- Établissement
- Universiteit Antwerpen (UA)
Biosfeer: Partim. Lucht
[Montrer plus]
Aperçu du contenu
• Mogelijke examenvragen. pF curve kennen & begrijpen.43
,Partim. Lucht
3.1 Inleiding + laagstructuur
• Een atmosfeer is een zeer dunne gaslaag rond een planeet vnl. bestaande uit stikstof (78%), zuurstof (21%) en argon
(1%). De atmosfeer bestaat uit 4 lagen, gebaseerd op temperatuur(-verandering): de troposfeer (Grieks: tropos,
verandering), de stratosfeer (Latijn: uitspreiden), de mesosfeer (Grieks: mesos, middelste) en de thermosfeer (Grieks:
thermo, warm).
o De troposfeer is de laagste en (massa)dikste laag van de atmosfeer die start van de grondlaag (zeeniveau) tot
en met 12km hoog. 99% van de waterdamp en maar liefst 75% van de atmosferische gasdeeltjes bevinden
zich hier. Het is daarom dat bijna alle weersfenomenen én het broeikaseffect (bijna) uitsluitend in de
troposfeer plaatsvindt. Des te hoger men beweegt door de troposfeer daalt de temperatuur en ook de druk
(d.w.z. dat de luchtmoleculen dichter bij elkaar zitten hoe dichter bij het oppervlak). De temperatuur bij het
oppervlak is gemiddeld 14°C (wereldgemiddelde) en daalt tot maar liefst -50°C op een hoogte van 10km.
Gassen die lichter zijn dan lucht (CO2, methaan, Chlorofluerocarbons, etc.) reizen naar de tropopause
(overgang troposfeer en stratosfeer). Argon is een zwaarder gas en bevindt zich bijna uitsluitend in de
troposfeer. De troposfeer is met 60m gestegen door de hogere concentratie CO2 die de troposfeer deed
uitzetten. Dit is ook een bewijs voor klimaatverandering.
o De stratosfeer is de laag die op de troposfeer ligt en zich uitstrekt tot 45km boven het zeeniveau. De
stratosfeer is de laag die de ozonlaag 78 bevat die schadelijk UV straling van de zon opvangt en zo het leven op
aarde beschermt. In deze laag stijgt de temperatuur van -50 tot 5°C aan de top. De temperatuur stijgt omdat
de luchtmoleculen (ozon) de energie-intensere UV- straling beginnen opvangen79. Deze UV heeft een
golflengte van 220-330nm. Deze kleinere meer intensieve golflengte wordt meer en meer opgevangen hoe
dichter men bij de stratopause80 beweegt, waardoor de temperatuur stijgt.
▪ De stratosfeer bevat de overige 20% van de atmosferische gassen waaronder het meeste ozon. Door
de stijging in temperatuur hoe hogerop in de stratosfeer, blijven gassen (en polluenten) die lichter zijn
dan lucht vaak beneden in de tropopause steken (want reverse van ‘warme lucht stijgt’).
o De mesosfeer is de derde en koudste laag (van 5°C tot -100°C aan de top) van de atmosfeer gelegen op een
hoogte van 45km tot 85km boven zeeniveau. Hier daalt de temperatuur opnieuw met hoogte. Dit komt door
de minder massadichte / ijlere lucht naarmate men hogerop beweegt. Ondanks dat het de koudste laag is
wordt hier veel UVC straling (100-220nm) opgenomen.
o De thermosfeer is de grootste en warmste laag die zich uitstrekt van ongeveer 85km tot 500km boven
zeeniveau. Temperatuur kan hier oplopen tot meer dan 1000°C overdag (en gemiddeld 500°C ’s nachts) door
de opvang van zeer energie-intense zonnestraling x-stralen i.e. < 100nm. De temperatuur van de deeltjes (niet
objecten)81 stijgt hoe hoger men beweegt in de thermosfeer.
▪ Het zijn ook de gassen van de thermosfeer die ter hoogte van 100-300km geladen deeltjes i.e.
protonen en elektronen82 van de zon opvangen (ook wel de ionosfeer geheten, de laag waar ionisatie
plaatsvindt). Het is hier dus waar de aurora (noorder- en zuiderlichten83) plaatsvinden (aan de polen
weliswaar). De ionosfeer is door het ionisatieproces waarschijnlijk een grote oorzaak van de hoge
temperatuur van de thermosfeer, ook al vindt deze vnl. boven de polen plaats (magnetisch veld stuurt
de geladen deeltjes naar de polen).
▪ In de thermosfeer kan men de eerste (LEO low earth orbit) satellieten aantreffen zoals het ISS (min.
330 max 400km) en de Hubble ruimtetelescoop (525km).
▪ In theorie is er ook een exosfeer waar de atmosfeer overgaat in de ruimte, wordt niet beschouwd.
78
Die op zijn beurt gevormd wordt door zonnestraling. UVC (100-280nm) en UVB (280-315nm) straling (meest energie-intense is niet
A maar C) breekt zuurstofgas af in atomen die ozon vormen. Dit ozon vangt vervolgens deze UVC en UVB die het ozon maakte op.
Voordat er fotosynthetiserende organismen waren was er bijna evenveel ozon als zuurstofgas in de atmosfeer. Dit omdat zuurstofgas
bijna uitsluitend komt van fotosynthese terwijl ozon reeds aangemaakt werd met de weinige zuurstofatomen die er waren.
79
UV licht is meer energie intens dan zichbaar licht doordat UV straling een kleinere golflengte (100-400nm) heeft dan zichtbaar licht
met UV-B start onder 325nm.
80
Stratopause = overgang stratosfeer en mesosfeer.
81
Deze temperatuur is echter de temperatuur van de deeltjes. Objecten (of mensen) die er theoretisch geplaats worden zouden
bevriezen.
82
Die samen als een stroom van geladen deeltjes ook wel de zonnewind geheten wordt.
83
Aurora borealis en aurora australis
44
, Onthouden: thermosfeer is een gekke want enkel de
molecules worden zo warm, niet objecten die daar
theoretisch geplaats zouden worden.
Water, argon en CO2 vindt men uitsluitend in de
troposfeer. Ozon in de stratosfeer, stikstofoxide en
lachgas in de mesosfeer.
In de troposfeer kan UV licht groter dan 300nm (cutoff
UVA licht is 400nm) het oppervlak nog steeds bereiken.
Dit langere UV licht (UVA en in kleine mate UVB) is
waarvoor we zonnebrandcrème moeten dragen.
Het broeikaseffect komt vnl. door zichtbaar licht84 van
de zon die op het oppervlak omgezet wordt in middel-
infrarood. Het is dit middel-infrarood met een
golflengte van 4-15µm, dat aansluit aan de
‘absorptieband’ van CO2 die het laat buigen en
uitrekken en lichtenergie converteert naar
bewegingsenergie.
3.2 Verblijfstijden van stoffen in de atmosfeer
• De atmosfeer heeft zelf systemen die luchtvervuiling tegengaan (bv methaan neutraliseren door kortstondige
hydroxyl radicalen, zie deeltje bodem). Sommige polluenten zoals zwaveldioxide bij verbranding van stookolie in de
scheepvaart bestaat zo bv slechts 4 dagen in de atmosfeer voordat het terug afgebroken wordt (weliswaar kan het
neerslaan in zure regen). Bij andere polluenten zoals CO2 is dit andersom en duurt het gemiddeld 120 jaar voordat het
afgebroken wordt (opgenomen wordt door oceaanbodems). De samenstelling van gassen in de atmosfeer verandert
dus nauwelijks waardoor men kan spreken van een stationaire toestand.
𝑨
o De verblijfstijd 𝝉 kan gedefinieerd worden als 𝝉 = met F de flow in en uit het systeem (negatieve waarde
𝑭
is uit)85, A de hoeveelheid van de stof en 𝜏 de verblijftijd (lifetime).
Waterstofsulfide H2S komt bv voor
bij waterzuivering, ruikt naar rotte
eieren.
84
Dus niet UV licht dat omgezet wordt naar ver infrarood.
85
Dus 𝐹𝑖 = 𝐹𝑜.
45
, • Enkele relevante definities:
o Verontreiniging (=vervuiling) is volgens het WHO het introduceren van schadelijke materialen of energie in de
omgeving dat leidt tot schade tot het welzijn of bezittingen van mensen (geen organismen algemeen?).
Hierbij moet ook rekening gehouden worden met concentraties. CO2 is zo enkel schadelijk bij een te hoge
uitstoot. Mensen hebben CO2 nodig om de aarde warm genoeg te houden.
o Luchtverontreiniging bestaat uit primaire (direct) en secundaire (indirect) polluenten.
▪ Primaire polluenten zijn luchtverontreinigende stoffen (‘air pollutents’)86 die geen verdere
verandering ondergaan en zo schade tot welzijn of bezittingen van mensen brengen bv CO2, SO2, etc.
▪ Secundaire polluenten zijn LS die voortkomen uit primaire polluenten. Een voorbeeld van een
secundaire polluent is zure regen (komt van zwaveldioxide) of laag liggend / troposferisch ozon (komt
van stikstofoxiden in nabijheid van VOC en zonlicht87).
3.3 Luchtparameters en atmosferische stabiliteit
• Atmosferische stabiliteit en atmosferische dispersie
o Atmosferische stabiliteit is de mate van weerstand tegen verticale luchtbewegingen88, en hangt af van ELR en
ALR (zie later). Bij ELR < ALR is de atmosfeer stabiel. Een onstabiele atmosfeer laat luchtpakketten gemakkelijk
verticaal reizen of zinken en stimuleert zo de formatie van wolken en stormen. Bij minder stabiliteit is er dus
meer turbulentie en vermenging tussen de windlagen.
o Atmosferische dispersie (verspreiding) bepaalt hoe polluenten zich verspreiden in de omgevende lucht.
• Om atmosferische dispersie van polluenten na te gaan moeten we het hebben over wind. Wind is een beweging of
vector van lucht vnl. bestaande uit horizontale dispersie (een richting en een snelheid) en in kleine mate verticale
dispersie (atmosferische stabiliteit).
o Windsnelheid. Windsnelheid of de horizontale snelheid van de wind wordt uitgedrukt in m/s of knopen89.
Enkele gevolgen van windsnelheid:
▪ Hoe hoger windsnelheid, hoe hoger de verdunning van gassen en dus polluenten.
▪ Hoe hoger windsnelheid hoe meer turbulentie (=chaotisch, irregulaire stromingen), meer menging en
dus opnieuw meer verdunning van polluenten.
▪ Hogere windsnelheid kan drukverschillen creëren waardoor wind soms ook verticaal naar beneden
afbuigt.
▪ Windsnelheid is ook veranderlijk afhankelijk van hoogte. Wind over het aardoppervlak kent meer
wrijving waardoor wind dichter bij het oppervlak trager is dan wind hogerop.. De snelheid 𝑢 op een
𝒛 𝒑
hoogte 𝑧 kan uitgedrukt worden als volgt: 𝒖(𝒛) = 𝒖𝟎 ( ) met 𝑢0 de snelheid gemeten door een
𝒛𝟎
anemometer90 van referentiehoogte 𝑧0 (meestal wordt een hoogte van 10m als standaardhoogte
gebruikt). De windsnelheid op hoogte 𝑧 is dus gelijk aan de windsnelheid op hoogte 10m *
hoogteratio ^ atmosferische stabiliteitswaarde 𝑝 (inverse) die vnl. afhankelijk is van het
temperatuurverschil maar ook een heleboel andere factoren zoals type oppervlak. Een hogere
stabiliteit (kleinere p) wil zeggen minder vermenging en dus tragere windsnelheid 𝑢(𝑧) op hoogte 𝑧
t.o.v. standaardhoogte van 10m.
86
Afgekort als LS
87
Door hoge temperaturen en druk in verbrandingsmotoren, en dan vooral dieselmotoren, wordt atmosferische stikstof rond de
motor gebonden met zuurstof tot NOx. Stikstofoxiden, en dan vooral stikstofdioxide (NO2) vormen in de nabijheid van VOC’s onder
zonlicht ozon. Doordat troposferisch ozon grotere isotopen (meer neutronen) heeft is het zwaarder dan lucht en reist het niet naar
het stratosferisch ozon.
88
Of ook wel de mate dat de atmosfeer verticale bewegingen van luchtpakketten 88 kan tegenhouden Een luchtpakket (air parcel) is
een imaginair volume lucht met een zijde van enkele meters.
89
Een knoop (Engels knots of kts) is gebaseerd op nautische mijlen, een lengte-eenheid gebruikt in marine- maar ook lucht (!) en
ruimtenavigatie. Nautische mijlen zijn gebaseerd op de latitude coördinaten van de aarde. 1 latitude (N-Z beweging) is 111km. Één
nautische mijl is één latitude minuut dus 1.85km. Een knoop is daarom 1.85 km/h.
90
Een anemometer of windmeter meet de windsnelheid. Van Grieks ‘anemos’, wind (niet gerelateerd aan Latijns woord animo, geest).
46
Les avantages d'acheter des résumés chez Stuvia:
Qualité garantie par les avis des clients
Les clients de Stuvia ont évalués plus de 700 000 résumés. C'est comme ça que vous savez que vous achetez les meilleurs documents.
L’achat facile et rapide
Vous pouvez payer rapidement avec iDeal, carte de crédit ou Stuvia-crédit pour les résumés. Il n'y a pas d'adhésion nécessaire.
Focus sur l’essentiel
Vos camarades écrivent eux-mêmes les notes d’étude, c’est pourquoi les documents sont toujours fiables et à jour. Cela garantit que vous arrivez rapidement au coeur du matériel.
Foire aux questions
Qu'est-ce que j'obtiens en achetant ce document ?
Vous obtenez un PDF, disponible immédiatement après votre achat. Le document acheté est accessible à tout moment, n'importe où et indéfiniment via votre profil.
Garantie de remboursement : comment ça marche ?
Notre garantie de satisfaction garantit que vous trouverez toujours un document d'étude qui vous convient. Vous remplissez un formulaire et notre équipe du service client s'occupe du reste.
Auprès de qui est-ce que j'achète ce résumé ?
Stuvia est une place de marché. Alors, vous n'achetez donc pas ce document chez nous, mais auprès du vendeur StudentUASEW. Stuvia facilite les paiements au vendeur.
Est-ce que j'aurai un abonnement?
Non, vous n'achetez ce résumé que pour €3,49. Vous n'êtes lié à rien après votre achat.
Peut-on faire confiance à Stuvia ?
4.6 étoiles sur Google & Trustpilot (+1000 avis)
80364 résumés ont été vendus ces 30 derniers jours
Fondée en 2010, la référence pour acheter des résumés depuis déjà 14 ans