EIΣΑΓΩΓΗ

Πλήθος συναντήσεων πραγματοποιούνται τα τελευταία χρόνια για το θέμα της επίδρασης των αεροσκαφών στην ατμόσφαιρα τόσο σε παγκόσμιο επίπεδο όσο και σε επίπεδο Ευρωπαικής Ένωσης. Ειδικοί επιστήμονες για το περιβάλλον και την ατμόσφαιρα, μηχανικοί των αεροπορικών εταιριών και εκπρόσωποι κυβερνήσεων προσπαθούν να εξακριβώσουν τις διαδικασίες που συντελούνται στην ατμόσφαιρα εξαιτίας των αεροπορικών εκπομπών και να βρούν τη χρυσή τομή ώστε από τη μια να διασφαλίσουν τις επιμέρους επιδιώξεις τους και από την άλλη να συμβάλλουν στη διατήρηση των περιβαλλοντικών συνθηκών στην ατμόσφαιρα.

1. Πρώτα στοιχεία σχετικά με τα αεροπορικά καύσιμα και τις εκπομπές των αεροπορικών κινητήρων

Τα αεροπορικά καύσιμα (aviation fuels) προορίζονται, όπως λέει και το όνομά τους, για χρήση σε αεροπορικούς κινητήρες. Τα αεροπορικά καύσιμα περιλαμβάνουν τις αεροπορικές βενζίνες (aviation gasoline) για εμβολοφόρους κινητήρες ελικοφόρων αεροσκαφών, τα καύσιμα για αεροστροβίλους (turbine ή jet fuels) και μια ειδική κατηγορία, τα καύσιμα για αεροπορικά βλήματα (missible fuels). Τα ευρύτερα χρησιμοποιούμενα καύσιμα είναι τα καύσιμα αεροστροβίλων – τα οποία έχουν διαφορετικές προδιαγραφές – ανάλογα με την τελική τους χρήση (πολιτική ή πολεμική αεροπορία). Τα καύσιμα της πολεμικής αεροπορίας συνήθως είναι πτητικότερα από τα καύσιμα της πολιτικής αεροπορίας.

Η κηροζίνη είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο καύσιμο στα αεροσκάφη πολιτικής αεροπορίας. Παράγεται σύμφωνα με συγκεκριμένες προδιαγραφές. Ένας άλλος τύπος καυσίμου για αεροστροβίλους είναι αυτός της “μικτής ανάμειξης” (wide-cut). Η κηροζίνη αποτελείται κύρια από βαρύτερα κλάσματα υδρογονανθάκων και παρουσιάζει πυκνότητα μεγαλύτερη από αυτή του τύπου καυσιμού wide-cut. Εξαιτίας της μεγαλύτερης πυκνότητας, η κηροζίνη έχει μεγαλύτερη (ανώτερη) θερμογόνο δύναμη για κάθε gal (περίπου 3 με 5%) από το καύσιμο μικτής ανάμειξης.

Ανάλογα με το καύσιμο που χρησιμοποιείται έχουμε και τις ανάλογες εκπομπές καυσαερίων. Η μεταβολή τους μπορεί να είναι τόσο στα είδη των σωματιδίων που περιέχουν, όσο και στο % ποσοστό αυτών. Έτσι, θα είναι διαφορετικές οι εκπομπές που προέρχονται από έναν κινητήρα βιοντήζελ και από έναν άλλο που καταναλώνει οξυγονούχα καύσιμα. Για παράδειγμα, από μετρήσεις, έχει διαπιστωθεί ότι η χρήση βιοντήζελ μειώνει τους εκπεμπόμενους πολυαρωματικούς υδρογονάνθρακες (PAH) και αυξάνει την ποσότητα των οξειδίων του αζώτου.

Από τη μεριά της αεροπλοίας, η ατμόσφαιρα διαιρείται σε τρεις υψομετρικές ζώνες. Το οριακό στρώμα, την άνω τροπόσφαιρα και την κάτω στρατόσφαιρα. Τα αεροσκάφη είναι οι μόνες ανθρωπογενείς πηγές εκπομπών στην άνω τροπόσφαιρα και στη στρατόσφαιρα. Η καταστροφή του στρώματος του όζοντος στη στρατόσφαιρα από τους χλωροφθοράνθρακες (CFCs) και άλλες σχετικές ενώσεις, έχουν υποβαθμίσει τη σημασία των εκπομπών από τα αεροσκάφη και τον δυναμικό κίνδυνο που εμπεριέχουν. Κάποιες από τις εκπομπές των υποηχητικών αεροσκαφών και η πλειονότητα των εκπομπών των υπερηχητικών, διαχέονται στο κατώτερο τμήμα της στρατόσφαιρας με αποτέλεσμα να δημιουργούνται διαφορές συγκεντρώσεων των ρυπαντών ανάλογα με το υψόμετρο και το γεωγραφικό πλάτος.

Το διοξείδιο του άνθρακα, οι υδρατμοί, τα οξείδια του αζώτου, το μονοξείδιο του άνθρακα, οι υδρογονάνθρακες, το διοξείδιο του θείου, τα σωματίδια θειικού οξέος και η αιθάλη εκπέμπονται από τα αεροσκάφη σε όλα τα υψόμετρα. Το υψόμετρο των εκπομπών δεν κρίνεται κατάλληλο για τον προσδιορισμό της επίδρασης του διοξειδίου του άνθρακα στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Αντίθετα, άλλες εκπομπές, επιδρούν στη χημεία της ατμόσφαιρας και στις ιδιότητες που σχετίζονται με την ακτινοβολία, με διαφορετικό τρόπο ανάλογα με το υψόμετρο. Για παράδειγμα οι εκπομπές των οξειδίων του αζώτου αντιδρούν ακαριαία με πολλά συστατικά της ατμόσφαιρας. Η συντελούμενη κατανομή εκπομπών και η περιβαλλοντική επίδρασή τους, η οποία περιλαμβάνει την παραγωγή και την καταστροφή του όζοντος, εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το υψόμετρο, το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή (κλίμα).

2. Επίδραση των εκπεμπόμενων από τα αεροσκάφη σωματιδίων στις κλιματικές αλλαγές

Οι πρώτες μελέτες για την επίδραση των εκπεμπόμενων καυσαερίων των αεροσκαφών δημοσιέυτηκαν πριν από 30 χρόνια περίπου (Johnston 1971, Crutzen 1971).

Παρά τις ουσιαστικές βελτιώσεις στην τεχνολογία των αεροπορικών μηχανών, σαν συνέπεια της λειτουργίας των αεροσκαφών, οι εκπομπές αέριων και σωματιδιακών εκροών υφίστανται. Αυτές μεταξύ άλλων περιλαμβάνουν διοξείδιο του άνθρακα, νερό, υδρογονάνθρακες, μονοξείδιο του άνθρακα, οξείδια του αζώτου, ενώσεις του θείου, αιθάλη κ.ά. Για τη χημεία της στρατόσφαιρας τα περισσότερο σημαντικά από αυτά είναι τα οξείδια του αζώτου, οι υδρατμοί, το διοξείδιο του θείου και ίσως η αιθάλη. Το μέγεθος των ατμοσφαιρικών αλλαγών, δεν εξαρτάται μονάχα από τις ανθρωπογενείς διαταραχές, όπως είναι για παράδειγμα οι εκπομπές των αεροσκαφών, μα και από φυσικές πηγές και διαδικασίες οι οποίες ακόμη δεν έχουν πλήρως διερευνηθεί.

Ως απάντηση στο αίτημα των κυβερνήσεων και της βιομηχανίας, έχουν παρουσιαστεί πλήθος επιστημονικών ερευνών σχετικά με την επίδραση που έχουν οι σημερινοί ή μελλοντικοί στόλοι των αεροπορικών εταιριών στην ατμόσφαιρα (UNEP/WMO 1995, IPCC 1996). Καθοριστική είναι και η συμμετοχή σε αυτήν την έρευνα και μερικών διεθνών οργανισμών (UNEP, WMO, IPCC και ICAO).

Σύμφωνα με αυτές τις μελέτες οι αεροπορικές μηχανές εκπέμπουν στην περιοχή άνω τροπόσφαιρα / κάτω στρατόσφαιρα ένα πλήθος από χημικές ενώσεις οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να επηρεάσουν το στρώμα του όζοντος και γενικότερα να συνεισφέρουν στις κλιματικές αλλαγές. Το μεγαλύτερο μέρος αυτών των εκροών παρατηρείται πάνω από την Ευρώπη, τη βόρεια Αμερικανική ήπειρο και τον βόρειο Ατλαντικό ωκεανό, σε υψόμετρο κατά προσέγγιση μεταξύ 10 και 12 χιλιομέτρων. Το μεγαλύτερο μέρος των εκπεμπόμενων καυσαερίων παρατηρείται στην τροπόσφαιρα, όπου πετούν τον περισσότερο χρόνο της πτήσης τους τα αεροσκάφη σήμερα. Ωστόσο, καθώς το 30-40% του χρόνου πτήσης τα αεροσκάφη βρίσκονται πάνω από την τροπόπαυση, θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν και η αλληλεπίδραση μεταξύ των εκπεμπόμενων σωματιδίων και της στρατόσφαιρας.

Η παγκόσμια κατανάλωση καυσίμων για ένα στόλο που αποτελείται από 500 αεροσκάφη, τα οποία κινούνται με ταχύτητα 2.4 Mach, υπολογίζεται να είναι περίπου 70 10 kg/έτος, σε ύψόμετρο πτήσης από 16.8 μέχρι 19.8 χιλιόμετρα. Οι μέγιστες εκπομπές παρατηρούνται σε γεωγραφικό πλάτος 40 με 50 βόρεια.

Κατά τις τελευταίες δεκαετίες οι αερομεταφορές αυξήθηκαν σημαντικά, όμως σαν αποτέλεσμα της βελτίωσης των τεχνολογιών, η κατανάλωση καυσίμων και οι εκπομπές μολυντών δεν ακολούθησαν αυτό το ρυθμό, αλλά έναν πιο περιορισμένο.

Σύμφωνα με τον παγκόσμιο οργανισμό μετεωρολογίας (WMO- world meteorological organisation), οι εκπομπές των αεροσκαφών μεταβάλλουν τις συγκεντρώσεις των αερίων στην ατμόσφαιρα, συνεισφέροντας έτσι στην αλλαγή του κλίματος και στην αύξηση της θερμοκρασίας στον πλανήτη. Σύμφωνα με το IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) παρατηρείται ταχύτατη επέκταση της αεροπορίας σε παγκόσμιο επίπεδο από το 1960 και έπειτα. Η αύξηση κυμαίνεται κατά μέσο όρο στο 9% ετησίως, δηλαδή 2.4 φορές μεγαλύτερος από τον ετήσιο μέσο όρο της παγκόσμιας αύξησης του ακαθάριστου εγχώριου προιόντος (GNP). Επίσης φαίνεται μια αύξηση της χρήσης των αεροπλάνων από τους πολίτες, με ένα ρυθμό αύξησης παγκοσμίως που κυμαίνεται στο 5% το χρόνο, από το 1990 μέχρι το 2015. H ποσότητα των καυσίμων που χρησιμοποιούνται για τις αερομεταφορές των επιβατών και των εμπορευμάτων, καθώς και για στρατιωτικές επιχειρήσεις, προβλέπεται να αυξάνεται κατά 3% ανά έτος για την ίδια περίοδο.

Τα προγράμματα βελτίωσης των τεχνολογιών θα επιτύχουν μια μείωση στις συνολικές εκπομπές καυσαερίων, υπολογιζόμενη ανά επιβάτη και ανά χιλιόμετρο. Κάτι τέτοιο αναμένεται να γίνει το 2050. Ωστόσο, δίχως αυτές τις προσπάθειες, οι εκπομπές θα ήταν πολύ μεγαλύτερες και επομένως τα αρνητικά αποτελέσματα αυτών εντονότερα.

Τα εκπεμπόμενα σωματίδια από τα αεροσκάφη δεν έχουν όλα την ίδια συμπεριφορά στην ατμόσφαιρα. Το διοξείδιο του άνθρακα για παράδειγμα, παραμένει στην ατμόσφαιρα για έναν αιώνα περίπου, κάτι που σημαίνει ότι τα καυσαέρια από τα αεροσκάφη δεν μπορούν να διαχωριστούν από τις εκπομπές τις προερχόμενες από άλλες πηγές. Άλλα αέρια και σωματίδια δεν έχουν τόσο μεγάλο χρόνο ζωής στην ατμόσφαιρα και έτσι εντοπίζονται κυρίως υψηλές συγκεντρώσεις αυτών στις διαδρομές των πτήσεων. Αυτό συμβαίνει ειδικά στα μέσα γεωγραφικά πλάτη του βορείου ημισφαιρίου.

Για να καθορίσουμε την επίδραση των εκπομπών στο στρώμα του όζοντος, κατά τη μελέτη θα πρέπει να γίνεται διάκριση μεταξύ των αεροπλάνων με ταχύτητα μικρότερη αυτής του ήχου (υποηχητικά αεροσκάφη – subsonic), τα οποία πετούν στην άνω τροπόσφαιρα και των αεροπλάνων με ταχύτητα μεγαλύτερη της ταχύτητας του ήχου (υπερηχητικά αεροσκάφη – supersonic) που πετούν στην κάτω στρατόσφαιρα.

Οι εκπομπές των οξειδίων του αζώτου στην τροπόσφαιρα αναμένεται να αυξήσουν το όζον και να μειώσουν τα επίπεδα του μεθανίου. Αντίθετα, σε μεγαλύτερο υψόμετρο η αύξηση των οξειδίων του αζώτου αναμένεται να συμβάλλει στην καταστροφή του στρώματος του στρατοσφαιρικού όζοντος. Έχει διαπιστωθεί ότι οι εκπομπές των ΝΟ, οι πρόδρομοι δηλαδή του όζοντος, αυξάνονται με το υψόμετρο. Οι αλλαγές στο όζον, οι προερχόμενες από τα αεροσκάφη, εξαρτώνται από το υψόμετρο που εκπέμπονται και την ποικιλία των οξειδίων και μεταβάλλονται σύμφωνα με τις τοπικές αλλαγές στην τροπόσφαιρα και τις παγκόσμιες αλλαγές στην στρατόσφαιρα.

Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι οι εκπομπές των οξειδίων του αζώτου από τα υποηχητικά αεροσκάφη είχαν ως αποτέλεσμα το 1992 μια 6% αύξηση στις συγκεντρώσεις του όζοντος στα υψόμετρα που ίπτανται τα αεροσκάφη και για μέσα γεωγραφικά πλάτη του βορείου ημισφαιρίου, συγκρινόμενη με μια υποθετική ατμόσφαιρα δίχως αεροπορικές εκπομπές. Το IPCC προβλέπει μια αύξηση 13% για το έτος 2050. Όλα αυτά θα έχουν ως αποτέλεσμα μια αύξηση στη θερμοκρασία της επιφάνειας του πλανήτη.

Σημειώνεται επίσης ότι είναι δυνατόν οι εκπομπές στο βόρειο ημισφαίριο να μεταφερθούν στο νότιο ημισφαίριο προκαλώντας έτσι πιο εκτεταμένη καταστροφή στο στρώμα του όζοντος.

Πιστεύεται ότι με τις αλλαγές στα αεροσκάφη και τις μηχανές τους, καθώς και με τη βελτίωση και αναβάθμιση των αεροπορικών καυσίμων θα μειωθούν σε σημαντικό βαθμό οι αρνητικές επιπτώσεις των καυσαερίων. Τα τελευταίας γενιάς αεροσκάφη είναι κατά 70% πιο αποτελεσματικά στη χρήση του καυσίμου – ανά επιβάτη και ανά χιλιόμετρο – από ότι ήταν 40 χρόνια πριν, συμφωνα πάντα με το IPCC. Επίσης, οι επιστήμονες ελπίζουν να καταφέρουν μια βελτίωση κατά 20% στην αποτελεσματικότητα του καυσίμου μέχρι το 2015 και μια βελτίωση 40 – 50% μέχρι το 2050. Με τη βελτιστοποίηση των αεροπορικών μηχανών θα μειωθεί η απαίτηση σε καύσιμα και έτσι θα μειωθούν τα είδη των εκπεμπόμενων ρύπων. Ίσως όμως αυξηθούν οι συγκεντρώσεις τους.

Επιστήμονες έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα οτι ενώ οι αεροπορικές εκπομπές είναι μικρές σε σχέση με άλλες ανθρωπογενείς εκπομπές ρύπων, ωστόσο μπορούν να επηρεάσουν καθοριστικά το ατμοσφαιρικό όζον και τη νεφοκάλυψη του πλανήτη, με μεγάλη έτσι πιθανότητα να επιδράσουν στην αλλαγή του κλίματος. Κάποια από τα συμπεράσματα στα οποία καταλήγουν ευρωπαικά και διεθνή προγράμματα είναι τα εξής:

• Το 20-50% της αύξησης στη συγκέντρωση των ΝΟ από την εναέρια κυκλοφορία των αεροσκαφών, γύρω από την περιοχή στην οποία αυτά ίπτανται, δηλαδή σε υψόμετρο από 10 μέχρι 12 χιλιόμετρα, έχει προκαλέσει μια αύξηση 4-8% στη συγκέντρωση του όζοντος στην άνω τροπόσφαιρα, με τη μέγιστη τιμή της να παρατηρείται κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. Καθώς το όζον είναι ένα σημαντικό θερμοκηπικό αέριο προκαλεί θέρμανση στην ατμόσφαιρα η οποία είναι ανάλογη με εκείνη από το εκπεμπόμενο διοξείδιο του άνθρακα των αεροσκαφών (περίπου 2-3% των συνολικών ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα)
• Η μεταβολή του κλίματος μπορεί έπίσης να συνδεθεί με τον τρόπο που δημιουργούνται οι πυκνοί ατμοί νερού και τα μεγάλου ύψους σύννεφα (θύσανος) από τους κινητήρες των αεροπλάνων, στους αεροδιαδρόμους με έντονη δραστηριότητα. Επίσης πιστεύεται ότι στο συνολικό ισοζύγιο της ακτινοβόλησης στην ατμόσφαιρα συμμετέχουν η αιθάλη (καπνιά) και τα σωματίδια του θείου που απελευθερώνονται από τις μηχανές των αεροσκαφών. Το αποτέλεσμα της θέρμανσης του πλανήτη εξαιτίας της νεφοκάλυψης αυτής, είναι περισσότερο δύσκολο να εκτιμηθεί, πάντως φαίνεται να είναι της ίδιας σπουδαιότητας με την επίδραση που έχουν στο φαινόμενο της ανύψωσης της θερμοκρασίας οι εκπεμπόμενες ποσότητες CO από τα αεροσκάφη.
• Η συνολική κλιματική αλλαγή που προκλήθηκε από την παρουσία των αεροσκαφών (περίπου 0.1 W/m) είναι ένα μικρό μόνο μέρος της συνολικής αλλαγής (2.4 W/m) η οποία συνδέεται με την βιομηχανική ανάπτυξη του παρελθόντος. Ωστόσο, με τις αερομεταφορές να αναμένεται να επεκταθούν πιο γρήγορα από την παγκόσμια οικονομία τα επόμενα 20 χρόνια, το ποσό της συνεισφοράς της αεροπορίας στις περιβαλλοντικές αλλαγές (μόλυνση, στρατοσφαιρικό όζον, κλιματικές αλλαγές) ίσως γίνει περισσότερο σημαντικό, εκτός και αν εισαχθούν νέες, μη-ρυπογόνες μηχανές και πιο αποτελεσματικά όσον αφορά την κατανάλωση καυσίμου αεροπλάνα.
• Η ανάπτυξη υπερηχητικών αεροσκαφών, ικανών να πετούν σε μεγάλα υψόμετρα (17-20 km) μπορεί να διαταράξει το στρώμα του όζοντος στην στρατόσφαιρα. Πρόσφατες εργασίες με μοντέλα δείχνουν ωστόσο ότι οι αλλαγές στο όζον που παράγεται από έναν υποθετικό στόλο 500 αεροσκαφών θα είναι μικρής τάξης και θα οδηγήσει σε μια αλλαγή της UV ακτινοβολίας στην επιφάνεια της Γης μικρότερη από 2%. Για να μπορέσουμε να καταλήξουμε όμως σε τελικά συμπεράσματα θα πρέπει να ληφθούν υπόψη όλες οι διαδικασίες που συμβαίνουν, με βάση τη χημεία του όζοντος, στην κατώτερη στρατόσφαιρα.

Η ανάλυση επίσης διαπιστώνει ότι ένας σημαντικός αριθμός περιοχών όπου βελτιώνουμε τη γνώση μας μπορεί να ωφελήσει στην κατανόηση του πώς τα αεροσκάφη επιδρούν στις ατμοσφαιρικές διαδικασίες. Αυτό επιβεβαιώνει ότι η περιοχή στην οποία τα αεροπλάνα πετούν, στο σύνορο δηλαδή της τροπόσφαιρας με την στρατόσφαιρα σε ύψος 12 χιλιομέτρων περίπου, δεν έχει πλήρως μελετηθεί. Για παράδειγμα, η φυσική παραγωγή των ΝΟ από τους κεραυνούς χρειάζεται να είναι πολύ καλά προσδιορισμένη ποσοτικά, πριν ξεκινήσουμε τον προσδιορισμό της επίδρασης των παραγόμενων ΝΟ από τα αεροπλάνα. Επιπλέον είναι γνωστό από μοντέλα περιγραφής ότι οι εκπομπές των ΝΟ εξαρτώνται από το φορτίο και την ταχύτητα που αναπτύσσει το αεροσκάφος. Συγκεκριμένα δείχνουν ότι τα ΝΟ αυξάνονται για χαμηλές ταχύτητες, υψηλές ροπές και όσο η περιεκτικότητα του καυσίμου αυξάνει σε οξυγόνο. Επίσης, η επίδραση των αεροπορικών καυσαερίων στη συγκέντρωση των σωματιδίων που έχουν το ρόλο του υποστρώματος σε πολύπλοκες ετερογενείς αντιδράσεις, θα πρέπει να μελετηθεί προσεκτικά σε συνδυασμό με την αβεβαιότητα που επικρατεί όσον αφορά το ποσοστό συμμετοχής της νεφοκάλλυψης στις μεταβολές. Μπορούμε δηλαδή να πούμε ότι η σημασία των αεροπορικών εκπομπών, ίσως μελετηθεί και κατανοηθεί καλύτερα σε έρευνες για νέες, μελλοντικές αλλαγές, όπως είναι για παράδειγμα η μεταβολή στην στρατοσφαιρική και τροποσφαιρική θερμοκρασία, στη συγκέντρωση των υδρατμών και στο χρόνο παραμονής στην ατμόσφαιρα θερμοκηπικών αερίων όπως είναι για παράδειγμα το μεθάνιο.

Το διοξείδιο του άνθρακα, το τροποσφαιρικό όζον και η αυξημένη νεφοκάλυψη συνεισφέρουν στη θέρμανση του πλανήτη. Όμως για οικονομικούς λόγους οι αεροπορικές εταιρίες αρνούνται να μειώσουν τις εκπομπές CO αμελώντας να βελτιώσουν τα καύσιμα που χρησιμοποιούν. Όσον αφορά την επίδραση των ΝΟ και του σχηματισμού συννέφων στην τροπόσφαιρα και την στρατόσφαιρα θα πρέπει να μελετηθούν και να κατανοηθούν βαθύτερα οι διαδικασίες, ώστε να γνωρίζουν οι αεροπορικές βιομηχανίες σχεδιασμού και παραγωγής αεροσκαφών την ακριβή επίδρασή τους στο περιβάλλον και ανάλογα με αυτήν να αναπτύξουν μέτρα για τις εκπομπές (emission standards).

Σημειώνεται επίσης ότι οι τοπικές, μικρής κλίμακας, κλιματικές αλλαγές είναι πιθανό να είναι έντονες, σε περιοχές για παράδειγμα με συχνή κυκλοφορία αεροσκαφών, όμως εδώ αναφέρονται μονάχα οι επιπτώσεις στο κλίμα σε παγκόσμια κλίμακα.

Παρακάτω θα εξετάσουμε περισσότερο αναλυτικά τις επιμέρους επιδράσεις που έχουν τα εκπεμπόμενα σωματίδια στο κλίμα της Γης και στις αλλαγές στη συγκέντρωση του τροποσφαιρικού και στρατοσφαιρικού όζοντος.

Διοξείδιο του άνθρακα (CO)

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα από τα αέρια που εκπέμπουν οι αεροπορικές μηχανές. Η ένωση αυτή παγιδεύει την υπέρυθρη γήινη ακτινοβολία και πιστέυεται ότι έτσι συμβάλλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Ωστόσο, όπως είναι γνωστό, μόνο το 2-3% του CO παράγεται σήμερα από τα αεροσκάφη που ίπτανται στην γήινη ατμόσφαιρα. Έτσι λοιπόν, κατά ένα πολύ μικρό μέρος μόνο, η συγκεκριμένη ένωση συμμετέχει στο θερμοκηπικό φαινόμενο, τουλάχιστον υπό τις παρούσες συνθήκες. Βέβαια τα επόμενα χρόνια αναμένεται αύξηση στις αερομεταφορές με έναν ρυθμό που θα κυμαίνεται σύμφωνα με προβλέψεις στο 5-6%, και με μία κατανάλωση καυσίμων αυξημένη κατά 3-4%. Είναι προφανές ότι και η αυξήση των εκπεμπόμενων ποσοτήτων CO θα πρέπει να θεωρείται δεδομένη.

Υδρατμοί (ΗΟ)

Οι άσπροι, ακαθόριστοι σχηματισμοί που αφήνουν πίσω τους τα αεροπλάνα και οι πύραυλοι αποτελούνται από υδρατμούς (και ονομάζονται στη διεθνή βιβλιογραφία contrails). Πολύ πιθανό να συμβάλλουν και αυτά τα σωματίδια στην αύξηση της θερμοκρασίας. Τα contrails συχνά μετασχηματίζονται σε cirrus clouds, δηλαδή ένα λεπτό, υπό μορφή τουφών, τύπο συννέφων αποτελούμενο από παγοκρυστάλλους. Η μετατροπή των contrails σε σύννεφα απαιτεί την πάροδο χρονικού διαστήματος της τάξης κάποιων ωρών. Η περισσότερο κοινή μορφή των μεγάλου υψομέτρου συννέφων είναι αυτή των λεπτών και συχνά υπό μορφή “μπαμπακιού” συννέφων (cirrus clouds). Τυπικά βρίσκονται σε υψόμετρο μεγαλύτερο των 6 km. Οι παγοκρύσταλλοι αυτών των συννέφων προέρχονται από το πάγωμα των πυκνών υδρατμών που εξέρχονται μαζί με τα άλλα αέρια από τους κινητήρες των αεροπλάνων. Τα contrails είναι λεπτότερα όσο χαμηλότερα σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα.

Ο σχηματισμός contrails συμβαίνει λόγω της αύξησης στη σχετική υγρασία η οποία συμβαίνει κατά τη διάρκεια της ανάμιξης των θερμών και “υγρών” εξερχόμενων αερίων με τον κρύο και με λιγότερη υγρασία αέρα της ατμόσφαιρας. Ένα contrail θα σχηματιστεί όταν το υγρό νερό κορεστεί στην περιοχή των φτερών του αεροσκάφους.

Η εξέταση του σχηματισμού των contrails απαιτεί τη γνώση μεγεθών όπως είναι η πίεση του αέρα, η θερμοκρασία και η σχετική υγρασία στο ύψος που ίπτανται τα αεροσκάφη και ιδιότητες του καυσίμου όπως είναι ο βαθμός εκπομπής υδρατμών, το σημείο ανάφλεξης του καυσίμου και ο συνολικός βαθμός απόδοσης του καυσίμου.

Ενώ κάποια είδη συννέφων φαίνεται να συμβάλλουν στη μείωση της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας του πλανήτη και να βοηθούν στην εξάλλειψη της διαφαινόμενης θέρμανσής του, τα λεπτά αυτά σύννεφα μπορούμε να πούμε ότι είναι θερμαντές της ατμόσφαιρας, συγκρατώντας περισσότερη θερμότητα μέσα στην ατμόσφαιρα της Γής από αυτή που αναγκάζουν να γυρίσει πίσω στο διάστημα. Σχηματικά αυτό φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Σχήμα 1: σχηματισμός των contrails και επίδρασή τους στην ηλιακή και γήινη ακτινοβολία

Σύμφωνα με δημοσιευμένες μελέτες πάνω στο θέμα, μέχρι το 2050 θα έχουν γίνει αισθητές μεταβολές στο κλίμα οφειλόμενες αποκλειστικά στους υδρατμούς που εκπέμπονται από τα αεροσκάφη. Αν και η συνεισφορά αυτών των σωματιδίων είναι μικρή στο φαινόμενο της αύξησης της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του πλανήτη, προβλέπεται αύξηση της συνεισφοράς τους κατά έναν παράγοντα 6 για τα επόμενα 50 χρόνια. Σημειώνεται ότι η παρουσία τέτοιων σωματιδίων στα ύψη των αεροδιαδρόμων, οδηγεί στο σχηματισμό παγοκρυστάλλων και συννέφων (αυτός ο τύπος συννέφων έχει το όνομα θύσανος) με άγνωστες εν πολλοίς συνέπειες στις κλιματικές αλλαγές που αυτά επιφέρουν.

Η κίνηση των αεροπλάνων, επομένως και οι παραγόμενες ποσότητες υδρατμών από αυτά, δεν είναι ομαλά κατανεμημένα στην ατμόσφαιρα.

Τα σύννεφα επηρεάζουν την ατμόσφαιρα με δύο διαφορετικούς τρόπους. Με τον περιορισμό της γήινης IR ακτινοβολίας που διαφεύγει προς το διάστημα και με την αύξηση του ποσού της ηλιακής ενέργειας που ανακλάται σε αυτά και επιστρέφει στο διάστημα. Για την περίπτωση των contrails και άλλων μεγάλου ύψους συννέφων η επίδραση είναι μεγαλύτερη για την εξερχόμενη γήινη ακτινοβολία που κατακρατείται, με αποτέλεσμα τη θέρμανση της ατμόσφαιρας. Γίνεται έτσι φανερό ότι τα contrails είναι εν δυνάμει παράγοντες διαμόρφωσης του κλίματος σε παγκόσμιο ή σε τοπικό επίπεδο.

Αυτού του είδους τα σύννεφα καλύπτουν το 0,4% περίπου του ουρανού πάνω από τις περιοχές της κεντρικής Ευρώπης και περίπου το 1% πάνω από το βόρειο Ατλαντικό ωκεανό (ετήσιοι μέσοι όροι). Τα ποσοστά αυτά πρέπει να συγκριθούν με το 20% της κάλυψης από τα προερχόμενα από φυσικές διαδικασίες cirrus clouds. Aν και η άμεση επίδραση των contrails από τα αεροσκάφη, στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, φαίνεται να είναι αμελητέα, εν τούτοις η επίδραση στην ακτινοβολία μάλλον είναι αξιοσημείωτη, αν και ακόμη δεν έχει με ακρίβεια προσδιοριστεί το ποσοστό συμμετοχής τους. Τα λεπτά contrails φαίνεται ότι θερμαίνουν την ατμόσφαιρα, ενώ τα πλατυά πιθανόν να οδηγούν σε ψύξη.

Οι εκπεμπόμενες ποσότητες υδρατμών από τα αεροσκάφη ίσως να ενισχύουν επίσης τη συχνότητα του φαινομένου των πολικών στρατοσφαιρικών συννέφων. Τα σύννεφα αυτά παρέχουν τις κατάλληλες συνθήκες στις οποίες λαμβάνουν χώρα ετερογενείς χημικές αντιδράσεις και οι οποίες είναι υπεύθυνες για την αναγωγή του μονοξειδίου του αζώτου και την αντίδραση του χλωρίου σε πολικές περιοχές, καθώς και για την καταστροφή του στρατοσφαιρικού όζοντος.

Αερολύματα (aerosols)

Με τον όρο αερολύματα (aerosols) εννοούμε βασικά τις εκπεμπόμενες ενώσεις του θείου και την αιθάλη. Οι εκπομπές από τις αεροπορικές μηχανές, στερεών σωματιδίων ή σταγονιδίων, στην ατμόσφαιρα (θειικές ενώσεις, αιθάλη), σε συνδυασμό με τις εκπομπές πυκνών ατμών νερού, είναι δύο από τους παράγοντες που πιστεύεται ότι επηρεάζουν το ισοζύγιο της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα του πλανήτη και πιο συγκεκριμένα στην περιοχή της τροπόπαυσης. Επιπρόσθετα, εκτός της άμεσης επίδρασής τους στην ακτινοβολία και το ρόλο τους στο σχηματισμό συννέφων, τα σωματίδια αυτά είναι πιθανό να ενισχύουν τη σημασία των ετερογενών αντιδράσεων που συμβαίνουν και μπορούν να οδηγήσουν στην καταστροφή του όζοντος στην κάτω στρατόσφαιρα. Η ετερογενής χημεία στην τροπόσφαιρα δεν έχει κατανοηθεί πλήρως μέχρι σήμερα.

Οξείδια του αζώτου (ΝΟx)

Τα οξείδια του αζώτου (ΝΟx) παίζουν σημαντικό ρόλο στις αντιδράσεις που πραγματοποιούνται στην ατμόσφαιρα. Εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από ηλεκτρικές εκκενώσεις (αστραπές, κεραυνοί). Υπάρχουν όμως και ανθρώπινες δραστηριότητες που παράγουν οξείδια του αζώτου, όπως η καύση καυσίμων και βιομάζας, και η χρήση λιπασμάτων. Οι εκπομπές από φυσικές δραστηριότητες είναι της τάξης των 78 δις kg / έτος, ενώ από ανθρωπογενείς δραστηριότητες περίπου 99 δις kg / έτος. Το μονοξείδιο του αζώτου αποτελεί το 90-95 % των συνολικών εκπομπών οξειδίων του αζώτου στην ατμόσφαιρα, αλλά οξειδώνεται γρήγορα σε διοξείδιο του αζώτου. Ο συνολικός χρόνος παραμονής των οξειδίων του αζώτου στην ατμόσφαιρα δεν υπερβαίνει τις 10 ημέρες. Οι συγκεντρώσεις των οξειδίων του αζώτου κυμαίνονται από 100 ppb σε περιοχές με έντονη ρύπανση (Los Angeles) μέχρι λιγότερο από 4ppt πάνω από τον Ειρηνικό Ωκεανό.

Οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες παράγουν περισσότερο από το 50 % των οξειδίων του αζώτου που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα. Η χρήση καυσίμων παράγει οξείδια του αζώτου λόγω οξείδωσης του αζώτου του καυσίμου, και λόγω θέρμανσης του αέρα σε θερμοκρασίες πάνω από 1700 βαθμούς κελσίου. Τα οξείδια του αζώτου είναι ιδιαίτερα δραστικά και παίρνουν μέρος στις αντιδράσεις που προκαλούν τη φωτοχημική ρύπανση. Με την προσθήκη του νερού της βροχής μετατρέπονται σε νιτρώδες και νιτρικό οξύ, συμμετέχοντας έτσι στο φαινόμενο της όξινης βροχής. Τόσο το μονοξείδιο όσο και το διοιξείδιο του αζώτου είναι τοξικά αέρια. Το μονοξείδιο του αζώτου όταν εισέλθει στον ανθρώπινο οργανισμό μετατρέπεται σε νιτρίτη και το διοξείδιο προκαλεί αναπνευστικά προβλήματα.

Τα εκπεμπόμενα οξείδια του αζώτου από τους αεροκινητήρες είναι σημαντικά, καθώς έχουν την δυνατότητα να τροποποιήσουν τη συγκέντρωση του όζοντος στη στρατόσφαιρα και έτσι να συμβάλλουν στην αύξηση του ποσού της ακτινοβολίας στο γήινο κλιματικό σύστημα. Αν και δεν υπάρχει κάποια σαφής εικόνα για τις αλλαγές στη συγκέντρωση του όζοντος εξαιτίας των αεροσκαφών, τα χρησιμοποιούμενα από τους επιστήμονες μοντέλα δείχνουν ότι μπορούν να συμβούν τέτοιες αλλαγές. Στη μέση στρατόσφαιρα τα οξείδια του αζώτου καταστρέφουν το όζον μέσω ενός καλά επιβεβαιωμένου καταλυτικού κύκλου. Επίσης τα ΝΟ αλληλεπιδρούν με άλλες ομάδες ενώσεων (υδρογόνου, χλωρίου, βρωμίου). Στην τροπόσφαιρα και την κάτω στρατόσφαιρα η παρουσία των οξειδίων του αζώτου και των υδρογονανθράκων οδηγεί στο σχηματισμό όζοντος.

Πρόσφατοι υπολογισμοί με μοντέλα, τα οποία ασχολούνται με την ετερογενή χημεία των αερολυμάτων στην κάτω στρατόσφαιρα, δείχνουν μικρότερες επιπτώσεις στο όζον από ότι πιστεύαμε λίγα χρόνια πριν. Η επίδραση ωστόσο των ΝΟ στο στρατοσφαιρικό όζον θα εξαρτηθεί μελλοντικά από τη συγκέντρωση των αλογονούχων ενώσεων στην ατμόσφαιρα. Στην άνω τροπόσφαιρα ήδη οι σημερινοί αεροπορικοί στόλοι της πολιτικής αεροπορίας, είναι πιθανό να έχουν αυξήσει τη συγκέντρωση των οξειδίων του αζώτου, στο βόρειο ημισφαίριο της Γης, κατά ένα σημαντικό ποσό με αποτέλεσμα την αύξηση του άνω τροποσφαιρικού όζοντος. Το όζον ως γνωστό, είναι ένα σημαντικό θερμοκηπικό αέριο, το οποίο κοντά στην τροπόπαυση προκαλεί τη μέγιστη ενεργειακή διαταραχή (radiative forcing). Το όζον είναι επίσης ένα ισχυρό οξειδωτικό και μια σημαντική πηγή ριζών υδροξυλίου, οι οποίες με την σειρά τους καταστρέφουν μολυντές όπως είναι οι υδρογονάνθρακες και το μονοξείδιο του αζώτου στην ατμόσφαιρα. Αλλαγές στη συνολική συγκέντρωση του όζοντος, σε μια στήλη στην ατμόσφαιρα, αναμένεται να τροποποιήσουν τις ποσότητες των επιβλαβών και επικίνδυνων για την ανθρώπινη υγεία ηλιακών υπεριώδων (ultraviolet) ακτινοβολιών που φτάνουν στην επιφάνεια της Γης. Άρα, η καταστροφή του στρατοσφαιρικού όζοντος επιφέρει με τη σειρά της βλαβερές συνέπειες στην βιόσφαιρα και προκαλεί μια αύξηση στον αριθμό των κρουσμάτων καρκίνου του δέρματος στους ανθρώπους.

Μικρές αλλαγές στη συγκέντρωση του όζοντος στην κάτω στρατόσφαιρα, σαν αποτέλεσμα της μεταφοράς σε αυτήν των ΝΟ, είναι δυνατόν να έχει μεγάλη επίδραση στη ροή της UV ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια. Επίσης, λόγω των ιδιοτήτων της ακτινοβόλησης (radiative properties) και λόγω της διακύμανσης της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα, οι μεταβολές στο όζον επιφέρουν τη μεγαλύτερη επίδραση στο κλίμα όταν αυτές συμβαίνουν στην άνω τροπόσφαιρα/κάτω στρατόσφαιρα. Όμοίως η επίδραση των υδρατμών και των αερολυμάτων είναι σημαντική στην ίδια περιοχή, επειδή οι ουσίες αυτές βρίσκονται σε χαμηλές συγκεντρώσεις και έχουν μικρό χρόνο στον κύκλο τους, άρα επενεργούν άμεσα.

Ενώσεις του θείου και αιθάλη

Τα οξείδια του θείου που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα είναι κατά κύριο λόγο το διοξείδιο του θείου (SO) και σε μικρότερο ποσοστό το τριοξείδιο του θείου (SO). Η αύξηση των εκπομπών διοξειδίου του θείου έχει ακολουθήσει την αύξηση της χρήσης καυσίμων και την αύξηση εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Το διοξείδιο του θείου έχει μικρό χρόνο ζωής στην ατμόσφαιρα, κι εμφανίζει εποχικότητα στις τιμές του που είναι της τάξης των 10 ppb στις ηπειρωτικές περιοχές και των 0.1 ppb στις θαλάσσιες περιοχές.

Το διοξείδιο του θείου είναι φυτοτοξικό επειδή καταστρέφει τη χλωροφύλλη των φυτών. Το τριοξείδιο του θείου ενυδατώνεται με τη βροχή σε θειικό οξύ και αυξάνει την διάβρωση του εδάφους και των κτιρίων, ενώ προσβάλλει και τα φυτά. Λόγω της τοξικότητας τους, έχουν γίνει διάφορες προσπάθειες για να μειωθούν οι εκπομπές τους στην ατμόσφαιρα. Εκτιμάται ότι το 50% του διοξειδίου του θείου μετατρέπεται σε θειικά. Η μετατροπή αυτή γίνεται κατά κύριο λόγο μέσα στα σύννεφα. Οι φυσικές εκπομπές διοξειδίου του θείου προέρχονται κυρίως από ηφαιστειακή δράση και από την οξείδωση του υδροθείου και του διμέθυλοσουλφιδίου σε περιοχές με μεγάλη υγρασία. Η κυριότερη ανθρωπογενής πηγή εκποπμπής διοξειδίου του θείου στην ατμόσφαιρα, είναι οι μεγάλες εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Οι φυσικές εκπομπές είναι της τάξης των 163 δις kg / έτος, ενώ οι ανθρωπογενείς της τάξης των 251 δις kg / έτος.

Το στοιχείο θείο (S) περιέχεται στα αεροπορικά καύσιμα (κηροζίνη) σε ποσότητα 1ppm έως 3000ppm κατά βάρος, με ένα μέσο όρο 500ppm ή 0.5 gr S ανά kg καυσίμου. Το περισσότερο θείο αφού καεί εκπέμπεται ως διοξείδιο του θείου. Ένα κλάσμα του διοξειδίου μετατρέπεται στις πλήρως οξειδωμένες μορφές του θείου (SO και ΗSO) μέσω χημικών αντιδράσεων στην αέρια φάση με ρίζες υδροξυλίου (ΟΗ), άτομα οξυγόνου (Ο) και ΗΟ κατά τη διαδρομή τους από τον καυστήρα έως της έξοδο τους από τα φτερά των αεροσκαφών.

Οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα είναι:

SO+ ΟΗ + Μ  ΗSO

ΗSO + Ο  ΗΟ + SO

SO + O + M  SO

SO + n ΗΟ + M  ΗSO (ΗΟ)

Ο ρυθμός αυτών των αντιδράσεων έχει άμεση σχέση με τα τεχνικά χαρακτηριστικά των αεροσκαφών και της λειτουργίας των μηχανών τους.

Το SO εκπέμπεται κύρια μέσω της τρίτης κατά σειρά αντίδρασης, δηλαδή μέσω της οξείδωσης του SO από το Ο, σημειώνοντας έτσι μια σημαντική αύξηση στη συγκέντρωση του ΗSO στα εξερχόμενα καυσαέρια. Ο σχηματισμός αερολυμάτων εξαρτάται άμεσα από το κλάσμα του θείου που μετατρέπεται σε SO και ΗSO.

Εκτός των χημικών ενώσεων από τα αεροσκάφη εκπέμπονται και χημικά ιόντα (10ιόντα περίπου ανά kg καυσίμου), όπως είναι για παράδειγμα το ΝO και το HSO, καθώς επίσης και οργανικές ενώσεις, η βασικότερη από τις οποίες, υπό συνθήκες πτήσεως, είναι το μεθάνιο (CH). Εκπέμπονται και άλλοι υδρογονάνθρακες (HC) καθώς και άλλες οργανικές ενώσεις, όπως είναι το αιθένιο, η φορμαλδεύδη, καρβονυλικές ενώσεις και κάποιες αρωματικές. Οι περισσότερες από αυτές τις ενώσεις μάλλον συμπυκνώνονται στα σχηματιζόμενα αερολύματα του θείου.

Σχετικά με τις εκπομπές αιθάλης από τα αεροσκάφη θα πρέπει να πούμε ότι (σύμφωνα με το IPCC) ενώ για μικρής ηλικίας αεροσκάφη οι εκπομπές είναι 0.04 gr αιθάλης ανά kg καυσίμου, για μεγαλύτερης ηλικίας αεροσκάφη οι εκπομπές φτάνουν το 1gr αιθάλης ανά kg καυσίμου.

Το θείο και η αιθάλη παίζουν ένα σημαντικό ρόλο στη δημιουργία αερολυμάτων και contrails. Τα contrails αρχικά περιέχουν σωματίδια πάγου τα οποία στον πυρήνα τους έχουν την εξερχόμενη αιθάλη, θείο και άλλα πτητικά σωματίδια. Τα contrails είναι ορατά πίσω από τα αεροσκάφη. Σαν κατώτατο όριο για να φαίνονται δίνεται η τιμή 10σωματίδια ανά cm καυσαερίων.

Η αύξηση του θείου στο καύσιμο θα αυξήσει το σχηματισμό contrails. Τα contrails επίσης είναι δυνατόν να σχηματιστούν και χωρίς την παρουσία θείου ή αιθάλης, καθώς στην ατμόσφαιρα υπάρχουν ήδη σωματίδια τα οποία μπορούν να λειτουργήσουν ως πυρήνες γύρω από τα οποία θα σχηματιστούν οι παγοκρύσταλλοι. Ωστόσο σημειώνεται ότι σε αυτήν την περίπτωση τα σχηματιζόμενα contrails θα έχουν διαφορετικές φυσικές ιδιότητες.

Τα contrails μπορούν να σχηματιστούν τόσο με ομογενείς όσο και με ετερογενείς διαδικασίες ψύξης. Πάντως η κύρια διαδικασία είναι η εξής, αν για παράδειγμα πυρήνες σχηματισμού των contrails είναι σωματίδια αιθάλης: ξηρή αιθάλη ενυδατώνεται και αφού σχηματιστεί γύρω της ένα στρώμα νερού, ψύχεται προς σχηματισμό πάγου.

RADIATIVE FORCING

Ορισμός: radiative forcing (ενεργειακή διαταραχή) ονομάζεται η αλλαγή στο μέσο όρο της ακτινοβολίας στην κορυφή της τροπόσφαιρας σαν αποτέλεσμα της μεταβολής, είτε της ηλιακής (εισερχόμενη), είτε της γήινης ακτινοβολίας (εξερχόμενη), εξαιτίας των αλλαγών στις συγκεντρώσεις των θερμοκηπικών αερίων στην ατμόσφαιρα και της αυξημένης νεφοκάλυψης. Θετική τιμή της για κάποιο αέριο σημαίνει ότι το αέριο αυτό τείνει να θερμάνει την ατμόσφαιρα της Γης, ενώ αρνητική διαταραχή θα πει ότι τείνει γενικά να ψύξει. Η ενεργειακή διαταραχή μετράται σε W/m.

Για το 1992 η ενεργειακή διαταραχή από τα αεροσκάφη ήταν +0.05 W/m, που ισοδυναμεί με το 3.5% της συνολικής ανθρωπογενούς ενεργειακής διαταραχής (+1.4 W/m για θερμοκηπικά αέρια και αερολύματα και +2.7 W/mγια άλλα αέρια).

Η ενεργειακή διαταραχή είναι μεγαλύτερη τη νύχτα απ’ ότι την ημέρα, επειδή η ακτινοβολία με μικρό μήκος κύματος δρα μόνο την ημέρα που υπάρχει αρκετό ηλιακό φως. Έτσι για παράδειγμα τα contrails που προέρχονται από τα αεροσκάφη προκαλούν μεγαλύτερη θέρμανση κατά τη διάρκεια της νύχτας από ότι κατά τη διάρκεια της ημέρας. Οι τιμές της κατά τη διάρκεια της μέρας ενδέχεται να γίνουν και αρνητικές όταν πρόκειται για περιοχές με χαμηλές θερμοκρασίες.

Το φαινόμενο της θέρμανσης από τα contrails εμφανίζεται κυρίως στη μέση και άνω τροπόσφαιρα (συγκεκριμένα πάνω από τα χαμηλού ύψους σύννεφα).

Δημιουργία των ριζών υδροξυλίου στην τροπόσφαιρα: Η ατμόσφαιρα της Γης είναι ένα οξειδωτικό περιβάλλον, που οφείλεται κυρίως στη μεγάλη συγκέντρωση οξυγόνου (Ο) εξαιτίας της έντονης φωτοσυνθετικής δραστηριότητας στην επιφάνεια του πλανήτη. Ωστόσο, το μοριακό οξυγόνο είναι σχετικά αδρανές και η οξειδωτική ικανότητα αναπτύσσεται δια μέσου του σχηματισμού όζοντος (Ο) (Isaksen, 1988).

Πράγματι, οι ατμοσφαιρικοί χρόνοι ζωής για πολλά αέρια σε ανιχνεύσιμες ποσότητες καθορίζονται από τις ρίζες υδροξυλίου (ΟΗ, hydroxyl radicals) οι οποίες σχηματίζονται μέσω της φωτόλυσης του όζοντος από την UV (υπεριώδης) ακτινοβολία, παρουσία υδρατμών, σύμφωνα με τις εξής αντιδράσεις:

Ο + hv (< 315 nm) → O(D) + Ο (1)

O (D) + HO → 2OH (2)

Μόνο το 10% του ατμοσφαιρικού όζοντος βρίσκεται στην τροπόσφαιρα. Εν τούτοις, μέσω του σχηματισμού των ΟΗ, το όζον ελέγχει τις οξειδωτικές δράσεις στην ατμόσφαιρα και τους χρόνους ζωής των περισσότερων εκπεμπόμενων αερίων. Εξαιτίας του πλήθους των αντιδράσεων ο χρόνος ζωής των ΟΗ ελαχιστοποιείται σε μερικά δευτερόλεπτα. Σε παγκόσμια κλίμακα τα ¾ του συνολικού ποσού ριζών υδροξυλίου αντιδρούν με το μονοξείδιο του άνθρακα και σχεδόν όλo το υπόλοιπο ¼ με το μεθάνιο. Η καταστροφή του μονοξειδίου του άνθρακα και των υδρογονανθράκων από τις ρίζες υδροξυλίου ξεκινά διαδοχικές αντιδράσεις ριζών στις οποίες έχουμε σχηματισμό όζοντος και αναδημιουργία ΟΗ με την παρουσία οξειδίων του αζώτου (ΝΟ).

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Climate Change 1995, WMO, University of Cambridge, 1996.
2. Atmospheric Change, An earth system perspective, T.E.Graedel, P.J.Crutzen.
3. Atmosphere, climate and change, T.E.Graedel, P.J.Crutzen, HPHLP, New York, 1995.
4. Atmospheric effects of aircraft emissions in the upper troposphere and lower stratosphere, European Commission, Belgium, 2001.
5. Τεχνολογία καυσίμων και λιπαντικών, Σ.Στούρνας, Ε.Λόης, Φ.Ζαννίκος, Αθήνα, 2000.
6. Αεροπορικά καύσιμα και βιοντήζελ (διπλωματική), Π.Αρκουδέας (Ε.Μ.Π.), Αθήνα, 2000.
7. Atmospheric Environment Vol. 32, No. 13, pp. 2329-2418, 1998.
8. Atmospheric Environment Vol. 31, No. 12, pp. 1837-1850, 1997.
9. http://www.aef.org.uk/GreenSkies/IPCC/ozone.htm
10. http://www.theozonehole.com/airtraffic.htm

Κατεβάστε την εργασία εδώ