A finom aeroszol tömegmérlegének meghatározása a részecskék nagyságának függvényében

Veszprémi Egyetem

Föld- és Környezettudományi Tanszék

DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS

A FINOM AEROSZOL TÖMEGMÉRLEGÉNEK MEGHATÁROZÁSA A RÉSZECSKÉK NAGYSÁGÁNAK

FÜGGVÉNYÉBEN

Készítette:

Temesi Dóra

Környezettudomány Doktori Iskola

LeveJ NpPLDDOpJN|ULDHURV]ROIL]LNiMDpVNpPLiMDDOSURJUDP

7pPDYH]HW

dr. Molnár Ágnes, WXGRPiQ\RVI PXQNDWiUV 07$/HYHJ NpPLD.XWDWyFVRSRUW

Veszprém, 2004.

A FINOM AEROSZOL TÖMEGMÉRLEGÉNEK MEGHATÁROZÁSA A RÉSZECSKÉK NAGYSÁGÁNAK FÜGGVÉNYÉBEN

Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében a Veszprémi Egyetem Környezettudomány

Doktori Iskolájához tartozóan.

Írta:

Temesi Dóra

Készült a Veszprémi Egyetem Környezettudomány Doktori Iskola,

/HYHJ NpPLDDOpJN|ULDHURV]ROIL]LNiMDpVNpPLiMDDOprogram keretében

7pPDYH]HW GU0ROQiUÈJQHV

Elfogadásra javaslom (igen / nem)

(aláírás)

A jelölt a doktori szigorlaton …... % -ot ért el,

Veszprém, …...

a Szigorlati Bizottság elnöke

Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom:

Bíráló neve: …... …... igen /nem

(aláírás)

Bíráló neve: …... …... igen /nem

(aláírás)

A jelölt az értekezés nyilvános vitáján…...% - ot ért el

Veszprém, ……….

a Bíráló Bizottság elnöke

$GRNWRUL3K'RNOHYpOPLQ VtWpVH«

………

Az EDT elnöke

KIVONAT

A finom aeroszol tömegmérlegének részecskeméret szerinti meghatározása elengedhetetlen a részecskék légköri hatásainak értelmezéséhez, mivel az aeroszol légköri és környezeti hatásait a részecskék mérete, koncentrációja és kémiai összetétele

HJ\WWHVHQ KDWiUR]]D PHJ $ V]HU] PXQNiMD VRUiQ D] DHURV]RO |VV]HWHY N

méreteloszlásának felhasználásával, a részecskék víztartalmának meghatározásával és az 1,9 szerves anyag/összes szén tömegarány alkalmazásával felállította a finom aeroszol tömegmérlegét nyolc mérettartományban (0,03-1,7 µm) napszak és évszak

IJJYpQ\pEHQYLGpNLOHYHJ EHQUHJLRQiOLVKiWWpU

$ NLVQ\RPiV~ LPSDNWRUUDO J\ Mtött aeroszol minták analízise zóna kapilláris elektroforézissel – szervetlen alkotók meghatározása – és EGA (Evolved Gas Analysis) módszerrel – összes- és vízoldható széntartalom meghatározása – történt.

$ V]HU] WDQXOPiQ\R]WD D ILQRP DHURV]RO DONRWyN NRQcentrációjának szezonális és napszakos változását és az egyes mérettartományok közötti megoszlását.

Megvizsgálta az alkotók koncentráció arányát a részecskeméret függvényében és

WDQXOPiQ\R]WD D NO|QE|] DONRWyN OHKHWVpJHV V]HUHSpW D] aeroszol közvetlen és közvetett éghajlatmódosító hatásának kialakításában.

ABSTRACT

In this work the seasonal and diurnal variation in the size resolved chemical mass balance of tropospheric fine aerosol particles was studied. In the summer and winter of 2000 and the spring and autumn of 2001 sampling campaigns were performed at the Hungarian background air-pollution monitoring station at K-puszta. Sampling was carried out by an electrical low pressure impactor (ELPI) in daytime and nighttime. The aerosol samples were chemically analyzed by capillary zone electrophoresis and total organic carbon analyzer. The mass balance was calculated by using the size distribution of different chemical components, by taking into account the liquid water adsorbed by ammonium sulfate and by converting the mass of carbon to the mass of carbon compounds. The possible role of different chemical compounds in definig aerosol properties was also discussed.

ZUSAMMENFASSUNG

In dieser Arbeit wurde die jahreszeitliche und tägliche Variation des chemischen Massengleitgewichts der tropospherischen feinen Aerosole in verschiedener Teilchengrösse untersucht. Die Proben wurden im Sommer und im Winter 2000 und im Frühling und Herbst 2001 an der ungarischen Messstation für Hintergrundluftverschmutzung in K-Puszta gesammelt. Die Probenahme wurde mit einem elektrischen Niederdruckimpaktor (ELPI) Tag und Nacht ausgeführt. Die Aerosolproben wurden mit Zonenkapillarelectrophorese und mit gesamtorganischem Kohlenstoffanalysator (TOC) analysiert. Das Massengleichgewicht wurde aus der Teichengrössenverteilung der verschiedenen chemischen Komponenten berechnet unter Berücksichtigung der Wasseraufnahme des Ammoniumsulphats und des Gesamtgewichts der organischen Komponenten das vom gemessenen Kohlenstoffgesamtgewicht abgeleitet wurde. Die mögliche Rolle der verschiedenen chemischen Komponenten für die Bestimmung der Eigenschaften des Aerosols wurde auch diskutiert.

TARTALOMJEGYZÉK

KIVONAT... 4

ABSTRACT ... 5

ZUSAMMENFASSUNG ... 5

TARTALOMJEGYZÉK ... 6

1. BEVEZETÉS: A LÉGKÖRI AEROSZOL FIZIKAI ÉS KÉMIAI TULAJDONSÁGAI ÉS KÖRNYEZETI HATÁSAI ... 7

$OpJN|ULDHURV]ROIL]LNDLMHOOHP] L... 7

1.2. A légköri aeroszol kémiai összetétele ... 10

1.3. A légköri aeroszol hatásai ... 12

1.4. A légköri finom aeroszol tömegmérlege ... 14

1.5. Jelen kutatás célja... 17

2. MÉRÉSI MÓDSZEREK: MINTAVÉTEL ÉS KÉMIAI ANALÍZIS... 18

2.1. Mintavétel... 18

2.2. Kémiai analízis... 22

3. EREDMÉNYEK ÉS AZ EREDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE... 26

3.1. A finom részecskék kémiai összetétele és tömegmérlege... 26

3.2. A légköri finom aeroszol alkotóinak méret szerinti eloszlása ... 32

3.3. A légköri finom aeroszol tömegmérlegének méret szerinti eloszlása ... 43

3.4. Kitekintés ... 47

ÖSSZEFOGLALÁS... 51

ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK ... 54

IRODALOMJEGYZÉK... 56

MELLÉKLET... 64

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS... 69

1. BEVEZETÉS: A LÉGKÖRI AEROSZOL FIZIKAI ÉS KÉMIAI TULAJDONSÁGAI ÉS KÖRNYEZETI HATÁSAI

$OpJN|ULDHURV]ROIL]LNDLMHOOHP] L

A Föld légköre folyamatos változásokon ment keresztül bolygónk kialakulása óta. A változások napjainkban is tartanak. Az ember megjelenésével a természetes hatásokon túl antropogén hatások is felléptek, melyek napjainkban egyre nagyobb hangsúlyt kapnak a légkör és az éghajlat alakításában. Bolygónk légköre összetett rendszer, melyet gázok és különféle aeroszol részecskék keveréke alkot. Az aeroszol részecskék a légkör tömegének csupán egy milliárdnyi részét képviselik, a légkör állapotának szabályozásában mégis fontos szerepet töltenek be. Az aeroszol légköri folyamatokban betöltött kitüntetett szerepét már több, mint 120 éve felismerték (Aitken, 1880), részletes tanulmányozása azonban csak közel ötven éve folyik.

$ OpJN|UL DHURV]RO HJ\ GLV]SHU] UHQGV]HU PHO\ OHYHJ E O pV D EHQQH ILQRPDQ

eloszlatott szilárd és cseppfolyós részecskék együttes halmazából áll. Az aeroszol

UpV]HFVNpNHW PpUHWN V]HULQW NpW MyO HONO|QO Fsoportba oszthatjuk: finom, illetve

GXUYD WDUWRPiQ\UD $ ILQRP UpV]HFVNpN iWPpU MHnem haladja meg az P-t, míg a

GXUYD DHURV]RO UpV]HFVNpN HQQpO QDJ\REE PpUHW HN :KLWE\ $] DHURV]RO H NpW

csoportja keletkezésük dinamikájában, összetételükben valamint a légköri

IRO\DPDWRNEDQEHW|OW|WWV]HUHSNEHQLVMHOHQW VHQHOWpUQHN

Az aeroszol részecskék természetes vagy antropogén forrásokból direkt

HPLVV]LyYDO HOV GOHJHV DHURV]RO LOOHWYH OpJN|UEHQ YpJEHPHQ Ji]Ii]LV~ UHDNFLyN

termékeiként (másodlagos aeroszol) juthatnak a légkörbe (Seinfeld et al., 1998;

0pV]iURV$GXUYDDHURV]ROUpV]HFVNpNHVHWpQD]HOV GOHJHVUpV]HFVNHNpS] GpVD PHJKDWiUR]y D ILQRP DHURV]RO UpV]HFVNpN D]RQEDQ OHJJ\DNUDEEDQ J ]|N NRQGHQ]iFLyMiYDONHOHWNH]QHN$J ]|NVRNHVHWEHQ gázfázisú kémiai reakcióval jönnek létre. A finom aeroszol részecskék keletkezésének fontos lépése a kondenzáció, azaz a nukleáció, amelynek során 0,001-0,1 µP QDJ\ViJ~ DHURV]RO UpV]HFVNpN NpS] GQHN

Homogén nukleációkor a folyamatban csak a kondenzálódó J ]|N YHV]QHN UpV]W PtJ KHWHURJpQ QXNOHiFLy HVHWpQ D IRO\DPDW PiU PHJOpY DHURV]RO UpV]HFVNpNHQ W|UWpQLN $ QXNOHiFLyV PyGXVEDQ OpY DHURV]RO UpV]HFVNpN %URZQ PR]JiVXN N|YHWNH]WpEHQ D

légkörben egymással egyesülnek, koagulálnak, melynek során nagyobb részecskék (0,1-1 µm) keletkeznek (akkumulációs módus).

A koaguláció az aeroszol részecskék méretének szabályozásán túl befolyásolja a

UpV]HFVNpN NpPLDL |VV]HWpWHOpW LV .O|QE|] |VV]HWpWHO UpV]HFVNpN NRDJXOiFLyMD EHOV OHJNHYHUWDHURV]ROUpV]HFVNpNHWHUHGPényez. Ekkor egy részecskén belül többféle

DONRWy WDOiOKDWy .OV OHJ NHYHUW DHURV]RO HVHWpEHQ D NO|QE|] UpV]HFVNpN |VV]HWpWHOH NO|QE|] GHD]HJ\HVUpV]HFVNpNFVDNHJ\IpOHDONRWyWWDUWDOPD]QDN-DHQLFNHD

A durva részecskék a felszín aprózódásával (óceáni- LOOHWYH WDODMHUHGHW DHURV]RO NHOHWNH]QHN PiVIpOH NpS] GpVL PHFKDQL]PXVXN PLDWW |VV]HWpWHON D ILQRP UpV]HFVNpNpW O OpQ\HJHVHQ HOWpU 0tJ D GXUYD UpV]HFVNpN iOWDOiEDQ WHUPpV]HWHV HUHGHW HN D ILQRP UpV]HFVNpN HOV VRUEDQ D] HPEHUL WHYpNHQ\Vpg nyomán kerülnek a

OHYHJ EH$]pJpVLIRO\DPDWRNIRVV]LOLVW]HO DQ\DJpVELRPDVV]DpJHWpVVRUiQILQRP pVGXUYDDHURV]ROHJ\DUiQWNpS] GKHW2QGRYHWDO

A légkörben az aeroszol részecskék tartózkodási ideje méretük függvénye (Jaenicke, 1978b). $ UpV]HFVNpN OHSHGpVL VHEHVVpJpE O N|YHWNH] HQ WHUPpV]HWHV

körülmények között a légkörben található aeroszol részecskék maximálisan mintegy 10 µPiWPpU M HN0tJDNRDJXOiFLyMHOHQW VPpUWpNEHQFV|NNHQWLD—P-nél kisebb részecskék számát , az 1 µm-nél nagyobb részecskéket az intenzív gravitációs ülepedés

WiYROtWMD HO D OpJN|UE O 0D[LPiOLV WURSRV]IHULNXV WDUWy]NRGiVL LG YHO D] DNNXPXOiFLyV

részecskék (0,1-1,0 µm) rendelkeznek. Míg a nanorészecskék és a 10 µm-nél nagyobb részecskék csupán másodperceket töltenek a troposzférában, addig az akkumulációs tartományban található részecskék akár 10 napig is a troposzférában maradnak. Ezen

UpV]HFVNpNHOV VRUEDQQHGYHVOHSHGpVVHOWiYR]QDNDOpJN|UE O-HQVHQHWDO

Az aeroszol részecskék nagyság szerinti eloszlását a fent vázolt keletkesési- és dinamikus folyamatok alakítják. Whitby (1978) által végzett légköri vizsgálatok alapján az aeroszol részecskék nagyság szerinti eloszlása három logaritmikus-normál

HORV]OiVEyO WHY GLN |VV]H iEUD $ QXNOHiFLyV HORV]OiVW D QXNOHiFLyYDO NHOHWNH]

0,001-0,1 µP PpUHW UpV]HFVNpN KR]]iN OpWUH $ QXNHiFLyV WDUWRPiQ\ UpV]HFVNpLQHN

koagulációja során 0,1-1,0 µm nagyságú részecskék keletkeznek, létrehozva az ún.

akkumulációs tartományt. Az akkumulációs tartományban a részecskék nagyságát a

IHOOHWN|QEHN|YHWNH] J ]NRQGHQ]iFLyWRYiEE Q|YHOL$QXNOHiFLyVpVDNNXPXOiFLyV

eloszlást alkotó részecskéket együttesen finom aeroszol részecskéknek nevezzük. A

szárazföld és/vagy óceán felszínének aprózódásával keletkezett 1 µm-nél nagyobb részecskék alkotják a durva tartományt.

1.ábra: A légköri aeroszol részecskék számának nagyság szerinti eloszlása (Whitby, 1978)

Az aeroszol részecskék térfogatának illetve tömegének méreteloszlása kétmódusú, az akkumulációs részecskék PHOOHWWDGXUYDUpV]HFVNpNLVMHOHQW VVpYiOQDN iEUD$QXNOHiFLyVUpV]HFVNpNQDJ\V]iPXNHOOHQpUHHOKDQ\DJROKDWyW|PHJ HN

2.ábra: A légköri aeroszol részecskék térfogatának (tömegének) nagyság szerinti eloszlása (Whitby, 1978)

1.2. A légköri aeroszol kémiai összetétele

Az aeroszol fizikai és kémiai tulajdonságait az aeroszol részecskék forrásainak

PLO\HQVpJH pV LQWHQ]LWiVD D OHYHJ EHQ YpJEHPHQ NpPLDL iWDODNXOiVRN pV D PHWHRUROyJLDL WpQ\H] N HJ\WWHVHQ EHIRO\iVROMiN $] DHURV]RO V]HUYHWOHQ pV V]Hrves alkotókból épül fel, melyek egyaránt lehetnek hidrofil és hidrofób tulajdonságúak. A

GXUYDUpV]HFVNpNOHJMHOHQW VHEEDONRWyMDD]yFHiQRNIHOHWWHOV VRUEDQDQiWULXP-klorid, a szárazföldek felett a földkérget alkotó alumínium, szilícium, vas, kálcium, nátrium és titán (Mészáros, 1999).

$] DHURV]RO OpJN|UL KDWiVD HOV VRUEDQ D ILQRP UpV]HFVNpNQHN N|V]|QKHW H]pUW

NpPLDL |VV]HWpWHON WDQXOPiQ\R]iVD D OHYHJ NpPLD IRQWRV WHUOHWH 6]iUD]I|OGL

környezetben a finom aeroszol legfontosabb alkotóelemei a szulfát-, nitrát- és

DPPyQLXPLRQ LOOHWYH D V]pQWDUWDOP~ HOV VRUEDQ V]HUYHV YHJ\OHWHN $ Yt]ROGKDWy

aeroszol részecskék kitüntetett szerepet töltenek be a légköri folyamatok

V]DEiO\R]iViEDQ PLYHO MHOHQW V KLJURV]NRSLFLWiVXN PLDWW EHIRO\iVROKDWMiN D OHYHJ

optikai tulajdonságait, befolyásolván a látótávolságot és a Föld sugárzási mérlegét.

A finom aeroszol legfontosabb vízoldható szervetlen alkotója a szulfát, mely gáz-UpV]HFVNH iWDODNXOiVVDO D OHYHJ EHQ Q\RPJi]RNEyO NpS] GLN 6]iUD]I|OGL

körülmények között a s]XOIiWLRQRNHOV VRUEDQDQWURSRJpQHUHGHW NpQ-dioxidból, óceáni

OHYHJ EHQYLV]RQWELRJpQHUHGHW GLPHWLO-V]XOILGEyONpS] GQHNIRWRNpPLDLR[LGiFLyYDO

$ OpJN|UL DHURV]ROEDQ WDOiOKDWy V]XOIiW UpV]HFVNpN HOV VRUEDQ DPPyQLiKR]– amely

HOV VRUEDQ V]HUYHV DQ\DJ ERPOiVD VRUiQ NpS] GLN – kötötten, ammónium-szulfát

IRUPiMiEDQIRUGXOQDNHO -XQJH

$] DHURV]ROEDQ WDOiOKDWy PiVLN MHOHQW V |VV]HWHY D QLWUiW PHO\ WHUPpV]HWHV pV

antropogén forrásból származó nitrogén oxidok oxidációjának terméke. A szulfáthoz hasonlóan a finom aeroszolban túlnyomórészt ammónium-nitrát alakjában található, mely a gázfázisú ammónia és a gázfázisú salétromsav reakciójának terméke. Az ammónium-QLWUiW LOOpNRQ\ViJiQDN N|V]|QKHW HQ D QLWUiW NRQFHQWUiFLyMiEDQ pYV]DNRV

ingadozás figyelhet PHJ Stelson et al., 1979). Télen a nitrát részecske fázisban, míg

Q\iURQHOV VRUEDQJi]Ii]LVEDQIRUGXOHO

$ ILQRP DHURV]RO W|PHJpQHN MHOHQW V UpV]pW V]pQWDUWDOP~ YHJ\OHWHN DONRWMiN

melyek elemi szén (korom) és szerves szén formájában lehetnek jelen. Az elemi szén

N|]YHWOHQ NLERFViWiVVDO iOWDOiEDQ pJpVL IRO\DPDWRN VRUiQ NHUO D OHYHJ EH $

WHUPpV]HWHV HUG W]HNHQ NtYO D] HOHPL V]pQ DQWURSRJpQ IRUUiVEyO ELRPDVV]D- és

IRVV]LOLV W]HO DQ\DJRN pJHWpVpE O V]iUPD]LN $ OpJN|UEHQ WDOiOKDWy HOHPL V]pQ

abszRUSFLyMiQDNN|V]|QKHW HQKR]]iMiUXODVXJiU]iViWYLWHOV]DEiO\R]iViKR]

$ V]HUYHV V]pQ D V]XOIiW PHOOHW D] HJ\LN OHJMHOHQW VHEE OpJN|UL DHURV]RO DONRWy

Teljes tömegének közel 80 %-a a finom aeroszolban található (Cachier et al., 1985). A finom aeroszol tömegének mintegy 10-50%-át képviselheti (Heintzenberg, 1989; Sloane et al., 1991). A szerves vegyületek HJ\DUiQW OHKHWQHN HOV GOHJHV – a forrásokból

N|]YHWOHQONLNHUO –LOOHWYHDOpJN|UEHQNpS] G PiVRGODJRVDHURV]RODONRWyHOHPHL

A közvetlen források közül a biomassza-pVDIRVV]LOLVW]HO DQ\DJpJHWpVHPHOKHW NL PtJ D PiVRGODJRV UpV]HFVNpN WHUPpV]HWHV pV DQWURSRJpQ HUHGHW LOOpNRQ\ V]HUYHV

vegyületek gáz-részecske átalakulásának termékei.

A szerves vegyületeket újabban vízoldhatóságuk alapján csoportosítják (Krivácsy et al., 2001a, Krivácsy et al., 2001b). Zappoli és munkatársai (1999), illetve Decesari és munkatársai (2001) által végzett mérések igazolták, hogy kontinentális környezetben a finom aeroszol szerves széntartalmának 38-75 %-a vízben oldható, ezért fontos szerepet tölthetnek be a feOK NpS] GpVEHQ Anttila et al.,2002) és a látótávolság csökkentésében (Mazurek et al., 1997, Day et al., 2001).

A szerves anyag összetételére vonatkozó ismereteink rendkívül hiányosak. Az egyedileg azonosított szerves vegyületek kevesebb, mint 15%-át teszik ki az aeroszol teljes szerves széntartalmának (Rogge et al., 1993). A szerves anyag összetétel

LVPHUHWpQHN KLiQ\iEDQ NRQFHQWUiFLyMD D] |VV]HV V]HUYHV V]pQ 72& PHQQ\LVpJpE O

származtatható. A szerves anyag/TOC tömegarányának pontos értéke azonban így is

FVDN EHFVOKHW *UD\ pV PXQNDWiUVDL H]W D] pUWpNHW pV N|]p EHFVOWpN

Abban az esetben, ha a szerves vegyületek többsége telített és csak néhány oxigéntartalmú csoportot tartalmaz, az 1,2-HV W|PHJDUiQ\ D PHJIHOHO $ Yt]ROGKDWy

szerves vegyületek esetében azonban gyakori a többfunkciós oxigéntartalmú csoportok jelenléte (Saxena et al., 1996), ebben az esetben az 1,4-es tömegarány használata javasolt (Zappoli et al., 1999). Újabb olasz, magyar és német (Zappoli et al., 1999, Havers et al., 1 NXWDWiVRN NLPXWDWWiN KRJ\ D WHOMHV V]pQ MHOHQW V UpV]H KDVRQOy

kémiai tulajdonsággal bír, mint a természetes humin- pV IXOYyVDYDN (]HQ KXPLQV]HU DQ\DJRN QDJ\ UpV]H D ILQRP PpUHWWDUWRPiQ\EDQ PXWDWKDWyN NL )HOWpWHOH]KHW KRJ\ D

TOC lényeges részét vízoldható makromolekulák alkothatják, így a szerves anyag/TOC tömegarány értéke lényegesen nagyobbnak adódhat. Kiss és munkatársai (2002) igazolták Turpin és munkatársai (2000) feltételezését, miszerint a szerves anyag/TOC

tömegarány ilyen esetben körülbelül 1,9. Meg kell jegyeznünk, hogy ez a tömegarány

QHP FVDN KXPLQV]HU DQ\DJRNUD DONDOPD]KDWy KDQHP SROiURV V]HUYHV DQ\DJRNUD LV

mint például mono- és dikarbonsavak (Decesari et al., 2000; Temesi et al., 2000).

1.3. A légköri aeroszol hatásai

A finom aeroszol részecskék fontos szHUHSHW W|OWHQHN EH D NO|QE|] OpJN|UL IRO\DPDWRN V]DEiO\R]iViEDQ IHOK - pV FVDSDGpNNpS] GpV VXJiU]iV V]yUiVD pV

elnyelése), ezáltal befolyásolják bolygónk klímáját. Az aeroszol részecskék környezetre gyakorolt hatásait méretük, koncentrációjuk és kémiai összetételük határozza meg.

Legfontosabb hatásuk optikai tulajdonságukkal függ össze. A részecskék szórják és elnyelik a látható napsugárzást, amely a fény intenzitásának gyengülésével jár. Ezáltal

FV|NNHQWLNDIHOV]tQWIHOOU OHOpU QDSVXJiU]iVWpJKDMOati hatások) és befolyásolják azt a távolságot, ameddig a légkörben ellátunk (látótávolság). Továbbá az aeroszol

UpV]HFVNpN PLQWIHOK NRQGHQ]iFLyV PDJYDN PHJKDWiUR]]iND IHOK N V]HUNH]HWpWH]HQ NHUHV]WODFVDSDGpNNpS] GpVIRO\DPDWDLW

Az aeroszol részecskék közvetlenül és közvetve is képesek az éghajlat módosítására. Az éghajlatváltozást az éghajlati kényszerrel jellemezzük, ami egységnyi

OpJRV]ORSEDQD]HQHUJLDNpV]OHWNOV KDWiVN|YHWNH]WpEHQYpJEHPHQ PHJYiOWR]iVD

Az aeroszol közvetlen hatása a részecskék optikai tulajdonságának függvénye.

$] DHURV]RO UpV]HFVNpN N|OFV|QKDWiVED OpSYH D 1DSEyO pUNH] U|YLGKXOOiP~

sugárzással, azt szórják illetve elnyelik, ezáltal befolyásolják a Föld sugárzási mérlegét (Charlson et al., 1991). A sugárzás szórásának eredményeként sugárzásgyengülés következik be, ami negatív éghajlati kényszert eredményez. Ezzel ellentétben az

DEV]RUSFLyUD NpSHV UpV]HFVNpN Q|YHOLN D WURSRV]IpUD K PpUVpNOHWpW $ N|]YHWOHQ KDWiV PpUWpNpWDILQRPHOV VRUEDQD-1,0 µm-es részecskéken végEHPHQ V]yUiVKDWiUR]]D

meg (Jonas et al., 1995; Molnár et al., 2001). A fényszórás ugyanis abban a

PpUHWWDUWRPiQ\EDQ MHOHQW V 0LH-féle tartomány), ahol a részecskék mérete

|VV]HYHWKHW DVXJiU]iVKXOOiPKRVV]iYDO

Az aeroszol részecskék mérete mellett az aeroszol összetétele is nagymértékben befolyásolja a részecskék kölcsönhatását a sugárzással (Ten Brink et al., 1997). A szulfát részecskék túlnyomórészt szórják, a szerves vegyületek szórják és abszorbeálják

a napsugárzást. A szerves vegyületek optikai tulajdRQViJDLNEyO NLIRO\yODJ MHOHQW V

szerepet töltenek be az aeroszol közvetlen éghajlat módosító hatásának kialakításában (Mazurek et al., 1991, Penner, 1995). A korom részecskéknél leginkább elnyeléssel kell számolni (Rosen et al., 1978).

Az aeroszol sugárzásFV|NNHQW KDWiVD HOV VRUEDQ IHOK PHQWHV WHUOHWHQ

érvényesül. A részecskék optikai hatásukat csak nappal képesek érvényesíteni és néhány napos tartózkodási idejük miatt csupán regionális mértékben. Az aeroszol részecskék közvetlen éghajlati kényszerének globális éves átlaga általában -0,5 Wm^-2 körül ingadozik (IPCC 1995). Szennyezett területek felett azonban az éghajlati kényszer lokális értéke elérheti akár az -5 W m^-2-t is (Charlson et al., 1991).

Az aeroszol részecskék közvetett módon is képesek befolyásolni bolygónk

pJKDMODWiW $ UpV]HFVNpN NRQFHQWUiFLyMiQDN Q|YHNHGpVH D IHOK NRQGHQ]iFLyV PDJYDN N|YHWNH]pVNpSSHQ D IHOK FVHSSHN V]iPiQDN Q|YHNHGpVpYHO MiU PHO\ Q|YHOL D IHOK N

albedóját (Twomey, 1977). A részecskék kondenzációs aktivitását méretük és kémiai összetételük befolyásolja (Hänel, 1976). Minél nagyobb a részecske mérete, illetve vízoldhatósága, annál kisebb túltelítettségre van szükség a kondenzációban aktívvá

YiOiViKR] $ NRQGHQ]iFLyV PDJYDN pV D IHOK FVHSSHN V]iPiQDN |VV]HKDVRQOtWiViEyO

következik, hogy az aktív magvakat finom részecskék alkotják. Termodinamikai

V]iPtWiVRNLJD]ROWiNKRJ\DILQRPUpV]HFVNpNMHOHQW VUpV]HYt]EHQROGyGyDQ\DJRNEyO

áll. A vízoldható szervetlen részecskék mellett a szerves anyag vízoldható hányada is

NpSHVIHOK NRQdenzációs magként viselkedni, ezáltal befolyásolva az aeroszol közvetett éghajlati kényszerét.

Az aeroszol részecskék optikai tulajdonsága nem csak az éghajlatra van hatással,

KDQHP MHOHQW VHQ EHIRO\iVROMD D OiWyWiYROViJRW LV 5pV]HFVNHPHQWHV OpJN|UEHQakár

NP WiYROViJUD LV NpSHVHN OHQQpQN HOOiWQL (QQHN RND D OHYHJ FVHNpO\ IpQ\V]yUy

tulajdonsága. A látótávolság az aeroszol kémiai összetételén túl ( Horvath, 1992) függ a

UpV]HFVNpN PpUHWpW O pV V]iPiWyO $] DHURV]RO UpV]HFVNpN MHOHQW V KiQ\DGD Yt]ROdható,

tJ\ D OHYHJ QHGYHVVpJWDUWDOPiQDN Q|YHNHGpVpYHO Q|YHOLN PpUHWNHW

(keresztmetszetüket), következésképpen fényszórási hatékonyságukat.

$ IHQW HPOtWHWWHNE O LV NLW QLN KRJ\ D] DHURV]RO NO|QE|] KDWiVDLQDN

kialakításában minden esetben az aeroszol ugyanazon tulajdonságai vesznek részt.

Éppúgy nélkülözhetetlen ismernünk a részecskék méreteloszlását és koncentrációját, mint a részecskék kémiai összetételét ahhoz, hogy helytálló becsléseket tehessünk az aeroszol okozta éghajlati kényszerre, illetve meghatározhassuk az aeroszol környezeti

KDWiViW OpJN|UL IRO\DPDWRNEDQ pV NO|QE|] HOHPHN ELRJHRNpPLDL N|UIRUJiViEDQ

betöltött szerepét.

1.4. A légköri finom aeroszol tömegmérlege

$ILQRPDHURV]RODONRWyNNO|QE|] OpJN|ULIRO\DPDWRNEDQEHW|OW|WWV]HUHSpQHN PHJpUWpVpW MHOHQW V PpUWpNEHQ HO VHJtWL KD D ILQRP WDUWRPiQ\EDQ D NO|QE|] NpPLDL

|VV]HWHY N NRQFHQWUiFLyMiW pV WHOMHV W|PHJpW PHJKDWiUR]]XN pV IHOiOOtWMXN D

tömegmérleget. Ilyen adatokat Heintzenberg 1989-es összefoglaló munkájában találhatunk, aki az 1986-ig rendelkezésre álló adatok alapján felállította városi és vidéki¹ finom aeroszol tömegmérlegét (1. táblázat). A városi aeroszol esetében az átlagos tömegmérleget európai, japán, kínai és amerikai városokban végezett 21 mérés alapján jellemezte. Az átlagos vidéki aeroszolra vonatkozó tömegmérleget pedig a

NRQWLQHQVHNHQ YiURVWyO pV LSDUL IRUUiVWyO PHVV]H IHNY WHUOHWHNHQ NO|QE|]

KHO\V]tQJ\ MW|WWILQRPDHURV]RO|VV]HWpWHOHVHJtWVpJpYHOKDWiUR]WDPHJ

Városi aeroszol Vidéki aeroszol Aeroszol teljes tömegkoncentrációja (µg m^-3) 32 15

SO42-

28 37

NO3-

6 4

NH4+

8 11

Elemi szén 9 5

Szerves szén 31 24

Nem meghatározott 18 19

1. táblázat: Légköri finom aeroszol teljes tömegkoncentrációja és tömegszázalékos összetétele kontinentális környezetben

Városi környezetben a finom aeroszol tömegkoncentrációja kétszerese volt a vidéki finom aeroszolénak. A kémiai összetétel azonban mindkét helyen közel azonos volt. Az össztömeg mintegy 2/3-át a szulfátion és a széntartalmú alkotók tették ki, míg a nitrátion csak 1/20-a volt a teljes tömegnek. Mindkét esetben a széntartalmú anyagnak

1 közvetlen forrásoktól távoli

átlagosan 80%-át szerves szén alkotta.

Hasonló tömegmérleget állítottak fel Molnár és munkatársai (1999), amikor közép-európai kontinentális vidéki finom aeroszolt (2,5 µm-nél kisebb részecskék) vizsgálták. A eredmények azt mutatták, hogy a magyarországi regionális aeroszol átlagos összetétele kis mértékben eltér a Heintzenberg által meghatározott „átlagos”

YLGpNL DHURV]RO |VV]HWpWHOpW O $ ILQRP DHURV]RO WHOMHV W|PHJNRQFHQtrációja közel azonosnak adódott (21,1 µg m^-3$]DONRWyNNRQFHQWUiFLyMDD]RQEDQMHOHQW VHQHOWpUW$

szulfát- és nitrátion csupán 19% és 1%-ban járult hozzá az aeroszol teljes tömegéhez.

Ezzel szemben a szerves szén mennyisége kétszerese volt a Heintzenberg által meghatározottnak. A szulfátion és a széntartalmú vegyületek együttesen az aeroszol

N|]HO UpV]pW DONRWWiN $ V]HUYHV V]pQ NRQFHQWUiFLyMiEyO iWYiOWiVL WpQ\H]

alkalmazásával határozták meg a szerves anyag mennyiségét, ami a finom aeroszol 50%-át tette ki. A elemi széntartalom csekély volt (2%). A teljes tömeg 19%-át nem azonosították.

=DSSROLpVPXQNDWiUVDL(XUySDNO|QE|] SRQWMDLQJ\ MW|WWOpJN|ULILQRP

aeroszol (1,5 µm-nél kisebb részecskék) tömegmérlegét határozták meg. Munkájukban a szerves vegyületeket vízoldhatóságuk alapján csoportosították, ezáltal részletesebb

W|PHJPpUOHJHWNDSWDNiEUD.O|QE|] V]HQQ\H]HWWVpJLV]LQW OHYHJ E OYHWWILQRP

aeroszol minták szennyezett vidéki (Pó-völgy, Olaszország), vidéki (K-puszta, Magyarország) és kontinentális háttér (Aspvreten, Svédország) aeroszol jellemzésére

DGWDN OHKHW VpJHW $ V]HQQ\H]HWWHEE WHUOHWHNU O D NHYpVEp V]HQQ\H]HWW WpUVpJHN IHOp

haladva a finom aeroszol tömegkoncentrációja fokozatosan csökken. Míg a Pó

Y|OJ\pEHQ J\ MW|tt finom aeroszol tömegkoncentrációja 38 µg m^-3, a magyarországi vidéki környezetben 24 µg m^-3 volt, addig a svédországi kontinentális háttéraeroszol tömegkoncentrációja csupán 5,9 µg m^-3 volt.

Mindhárom esetben a finom aeroszol vízoldható (szerves és szervetlen) hányada

MHOHQW VYROW-$NRUiEELHUHGPpQ\HNKH]KDVRQOyDQDI V]HUYHWOHQYt]ROGKDWy

alkotó a szulfát-, a nitrát- és az ammóniumion volt, melyek szennyezett vidéki illetve vidéki környezetben a vízoldható hányad 62% és 76%-át adták. Ezzel szemben háttér aeroszolban a vízoldható frakció csupán 1/3-át tették ki. Az aeroszol tömegének 21-43%-át szerves anyag képviselte, melynek koncentrációját az aeroszol vízoldható- és vízben nem oldódó szerves széntartalmából határozták meg 1,4 és 1,2 átváltáVLWpQ\H] W DONDOPD]YD $ V]HUYHV DQ\DJ NRQFHQWUiFLyMD V]HQQ\H]HWW YLGpNL OHYHJ EHQ µg m^-3,

vidéki környezetben 5,0 µg m^-3 és háttéraeroszolban 2,2 µg m^-3 volt. Az antropogén

KDWiVVDO V]RURV |VV]HIJJpVEHQ OpY HOHPL V]pQ NRQFHQWUiFLyMD OpQ\HJHVHQ NLVHbb volt (közel tizede) a háttéraeroszolban, mint a szennyezett vidéki aeroszolban.

3. ábra: Aeroszol alkotók megoszlása szennyezett vidéki, vidéki és kontinentális háttér aeroszolban, WSOM: vízben oldódó szerves anyag, WINSOM: vízben nem oldódó szerves anyag, EC: elemi szén, WINSIC: vízben nem oldódó szervetlen szén, NA: nem

meghatározott hányad

Az aeroszol széntartalmú vegyületeinek több, mint 75%-át szerves anyag alkotta, aminek több, mint fele vízben oldódott. Szennyezett vidéki illetve vidéki környezetben a vízoldható szerves anyag 20%-kal járult hozzá az összes vízoldható hányadhoz. Ezzel szemben a háttér aeroszolban ez az érték jóval nagyobbnak mutatkozott (50%). Hasonlóan Molnár és munkatársai által kapott eredményekhez, a finom aeroszol elemi széntartalma mindhárom környezetben csekélynek bizonyult (1-3%).

NA

egyéb ionok ammónium szulfát nitrát WINSIC EC WINSOM WSOM 100%

80%

60%

40%

20%

0%

szennyezett vidék vidék háttér

1.5. Jelen kutatás célja

$ ILQRP DHURV]RO OpJN|UL IRO\DPDWRNEDQ pV IHOK NpS] GpVEHQ EHW|OW|WW V]HUHSH HJ\WWHVHQ IJJ D UpV]HFVNpN PpUHWpW O NRQFHQWUiFLyMiWyO pV NpPLDL |VV]HWpWHOpW O $

finom aeroszol tömegmérlegének ismerete a részecskeméret függvényében ezért elengedhetetlen ezen folyamatok megértéséhez.

A finom részecskék teljes tartományát tekintve ma már rendelkezünk néhány, a

)|OGNO|QE|] N|UQ\H]HWpUHYRQDWNR]yLQIRUPiFLyYDO$]LURGDORPEDQD]RQEDQNHYpV

munka található (Neusüß et al., 1999, Neusüss et al., 2000, Molnár et al., 2000), amelyben a fimon aeroszol tömegmérlegét jóval részletesebb méret szerinti felbontásban határozták meg.

Kutatási munkánk célja a finom aeroszol tömegmérlegének meghatározása nyolc mérettartományban (0,03-1,7 µP YLGpNL OHYHJ EHQ UHJLRQiOLV Káttér) K-pusztán, az Országos Meteorológiai Szolgálat Háttérlégszennyezettség-PpU ÈOORPiViQpYV]DNRVDQ

és napszakosan.

Eredményeink hozzájárulhatnak a közép-kelet-európai térség, ezen belül Magyarország fölötti légköri aeroszol éghajlati hatásainak megbecsléséhez, a látótávolság csökkenése okainak felméréséhez, illetve az ezek megszüntetéséhez szükséges környezetvédelmi intézkedések tudományos megalapozásához.

2. MÉRÉSI MÓDSZEREK: MINTAVÉTEL ÉS KÉMIAI ANALÍZIS

2.1. Mintavétel

Disszertációmban részletesen elemzett aeroszol mintákat K-pusztán (46° 58′ É, 19° 33′ K), az Országos Meteorológiai Szolgálat Háttérlégszennyezettség-PpU ÈOORPiViQ J\ MW|WWN $ PpU iOORPiV D] $OI|OG|Q WDOiOKDWy .HFVNHPpWW O NP-re

pV]DNQ\XJDWL %XGDSHVWW O NP-re délkeleti irányban. A térség átlagos tengerszint feletti magassága 100- P N|]|WWL $ PpU iOORPiV HJ\ HUGHL WLV]WiVRQ N|]YHWOHQ V]HQQ\H] IRUUiVRNWyOWiYROKHO\H]NHGLNHODPHO\QHNN|YHWNH]WpEHQD]DHURV]ROPLQWiN D]~QUHJLRQiOLVNRQWLQHQWiOLVKiWWpUOHYHJ MHOOHP]pVpUHDGQDNPyGRW

A mintákat 2000 nyarán és telén valaPLQW WDYDV]iQ pV V]pQ J\ MW|WWN

(2. táblázat). Az aeroszol kémiai összetételének napszakos vizsgálata érdekében napi két

PLQWiW YHWWQN D QDSSDOLDN D QDSNHOWpW O QDSQ\XJWiLJ PtJ D] pMV]DNDLDN QDSQ\XJWiWyO QDSNHOWpLJ WDUWy LG V]DNUD YRQDWNR]QDN $ OHYHJ W D IHOV]tQW O P PDJDVViJEDQ OpY PLQWDYpWHOL FV|Y|Q NHUHV]WO HJ\ IRNR]DWWDO UHQGHONH] NLVQ\RPiV~ LPSDNWRURQ

szívtuk át (ELPI: Electrical Low Pressure Impactor, Dekati Ltd), 26,4 l min^-1 áramlási

VHEHVVpJJHO$]DOXPtQLXPIyOLiUDJ\ MW|WW mintákat az elemzésig fagyasztószekrényben tároltuk.

Évszak Mintavétel ideje Nappali minták száma

Éjszakai minták

száma Analízis

Nyár 2000. 07. 29. – 2000. 08. 14. 13 13 TC, IO, WSOC

Tél 2001. 01. 31. – 2001. 02. 03. 4 4 TC, IO, WSOC

Tavasz 2001. 04. 02. –2001. 04. 06. 4 5 TC, IO, WSOC

V] 2001. 10. 23.- 2001. 10. 27. 4 4 TC, IO, WSOC

TC: összes szén, IO: szervetlen ionok, WSOC: vízoldható szén

2. táblázat: Mintavételi körülmények

A mintavételkor alkalmazott impaktor amellett, hogy a 0,03-10,77 µm-es mérettartományban folyamatosan méri a részecskék számának nagyság szerinti

HORV]OiViW OHKHW VpJHW DG DUUD KRJ\ D IRNR]DWRQNpQW |VV]HJ\ OW DHURV]RO UpV]HFVNpN

kémiai összetételét is meghatározzuk. Az egyes fokozatokhoz tartozó, aerodinamikai

iWPpU UHYonatkozó ún. alsó vágási értékeket (az egyes fokozatokon felfogott legkisebb részecskék mérete) és geometriai átlag vágási értékeket (adott fokozathoz tartozó geometriai átlagméret) a 3. táblázatban foglaltuk össze. A részecskék aerodinamikai

iWPpU MH PHJDGMD DQQDN D] HJ\VpJQ\L V U VpJ J|PE DODN~ UpV]HFVNpQHN D PpUHWpW DPHO\UHDOHYHJ EHQXJ\DQRO\DQN|]HJHOOHQiOOiVKDWPLQWDWpQ\OHJHVUpV]HFVNpUH

fokozat Alsó vágási méret

(µm) Geometriai

átlagméret (µm)

1 0,03 0,04

2 0,06 0,08

3 0,11 0,14

4 0,18 0,22

5 0,27 0,34

6 0,42 0,53

7 0,68 0,84

8 1,05 1,34

9 1,70 2,10

10 2,60 3,30

11 4,20 5,41

12 6,97 8,66

13 10,77 -

3. táblázat: Az ELPI fokozatain felfogott legkisebb részecskék mérete és a fokozatokhoz tartozó geometriai átlagméretek

Az impaktRU(/3,P N|GpVHD]DHURV]ROUpV]HFVNpNIHOW|OWpVpQWHKHWHWOHQVpJL RV]WiO\R]iViQ pV HOHNWURPRV GHWHNWiOiViQ DODSXO iEUD $ PLQWDYHY EH EHOpS DHURV]RO UpV]HFVNpN HO V]|U HJ\SyOXV~ SR]LWtY HOHNWURPRV PH] Q PHU OHJHV LUiQ\EDQ

áramlanak át, amelynek sRUiQ D] LPSDNWRUED OpSpV HO WW HOHNWURPRVDQ IHOW|OW GQHN $]

HOHNWURPRV PH] W HJ\ GLyGD WtSXV~ NRURQD W|OW KR]]D OpWUH $ W|OWpVL ]yQD XWiQ

elektromos csapda helyezkedik el, amely eltávolítja az ionokat és a kb. 20 nm-nél kisebb töltött részecskéket. A részecskék ezután kerülnek a 13 fokozatú impaktorba,

DPHO\ DHURGLQDPLNDL iWPpU MN V]HULQW RV]WiO\R]]D NHW $] LPSDNWRU IRNR]DWDL

HJ\PiVWyO HOHNWURPRVDQ V]LJHWHOWHN $] HJ\HV IRNR]DWRNRQ |VV]HJ\ MW|WW W|OW|WW

részecskék elektromos áramot hoznak létre, amelyHW VRNFVDWRUQiV iUDPHU VVpJ-PpU PHJIHOHO FVDWRUQiMD UHJLV]WUiO $GRWW FVDWRUQiQ PpUW iUDPHU VVpJ DUiQ\RV D] DGRWW IRNR]DWRQ J\ MW|WW UpV]HFVNpN V]iPiYDO $ PpU EHUHQGH]pVEH EHpStWHWW V]iPtWyJpS D]

elektromos jeleket szám szerinti eloszlássá alakítja. A készülék az adatrögzítést 5 perces

LG IHOERQWiVVDO YpJ]L DPHO\ D UpV]HFVNHV]iP PpUHWHORV]OiV LG EHOL DODNXOiViQDN Q\RPRQN|YHWpVpWWHV]LOHKHW Yp

4. ábra: Az ELPI sematikus rajza

(J\VpJQ\L V U VpJ J|PE DODN~ UpV]HFVNpNHW IHOWpWHOH]YH D UpVzecskeszám méreteloszlása átszámítható felület és tömeg méreteloszlássá (5. ábra). A részecskék

V U VpJHHOWpUKHWDIHOWpWHOH]HWWJFP-3

pUWpNW O6WHLQpVPXQNDWiUVDLDµm

iWPpU M UpV]HFVNpN iWODJRV V U VpJpW pV J FP-3

közé becsülték. A részecskék

WpQ\OHJHVV U VpJpWHOPpOHWLOHJPHJOHKHWKDWiUR]QLDNO|QE|] DONRWyNNRQFHQWUiFLyMD DODSMiQ$YDOyViJEDQD]RQEDQH]DEHFVOpVFVDNQHKH]HQpVMHOHQW VKLEiYDOYpJH]KHW

el. Ennek okai az alábbiakban foglalhatók össze (Temesi et al., 2001).

- $] DHURV]RO |VV]HV W|PHJpQHN PHJKDWiUR]iVDNRU MHOHQW V EL]RQ\WDODQViJJDO NHOOV]iPROQLOiVGNpV EE

- (J\D]RQ PLQWD |VV]HV DONRWyMiW HOV VRUEDQ D Q\RPDQ\DJRN QHP WXGMXN

meghatározni.

- $ I |VV]HWHY N N|]O D V]pQWDUWDOP~ I OHJ D V]HUYHV DONRWyN |VV]es tömegének közvetlen mérése nem megoldott. (Csak a szén mennyiségét

PpUMN D YHJ\OHWHNEHQ OpY HJ\pE DWRPRNPROHNXOD FVRSRUWRN W|PHJpW

nem.)

- A részecskék vizet is tartalmaznak, amelyet közvetlenül nem tudunk mérni.

A részecskék vízfelvételét az aeroszoO UpV]HFVNpNHW DONRWy |VV]HWHY N

nedvszívó képességének figyelembe vételével lehet becsülni. Mivel a szerves

Vákuum szivattyú

ÈUDPHU VVpJPpU

A/D

1\RPiVPpU 1DJ\IHV]OWVpJ

áramforrás

3XPSDpVV] U

%HOV V]iPtWyJpS

Kommunikációs program

9H]pUO EHUHQGH]pV

Folyadékkristályos

NLMHO]

.OV V]iPtWyJpS

ELPI program Impaktor

Korona

W|OW

Vákuum szivattyú

ÈUDPHU VVpJPpU

A/D

1\RPiVPpU 1DJ\IHV]OWVpJ

áramforrás

3XPSDpVV] U

%HOV V]iPtWyJpS

Kommunikációs program

9H]pUO EHUHQGH]pV

Folyadékkristályos

NLMHO]

.OV V]iPtWyJpS

ELPI program Impaktor

Korona

W|OW

vegyületek higroszkópos tulajdonságait kevéssé ismerjük, ezért a becslés bizonytalan.

A felsorolt okok miatt munkánk során az 1 g cm^-3 részecske s U VpJHW DONDOPD]WXNDPHOO\HODV U VpJHWYDOyV]tQ OHJPD[LPiOLVDQ-kal) alulbecsültük.

5. ábra: Az aeroszol részecskék számának és tömegének méret szerinti eloszlása a nyári éjszakai mintákban

Mint minden aeroszol mintavétel során, az ELPI alkalmazásakor is néhány

KLEiYDONHOOV]iPROQXQN0F0XUU\$]HOV OHKHWVpJHVKLEDIRUUiVKRJ\DNLVHEE PpUHW pVQDJ\REEPRELOLWiV~UpV]HFVNpNHWPiUDNRURQDW|OW EHQÄHOYHV]tWMN´DW|OW H UpV]HFVNpN V]iPiUD KDWpNRQ\ LPSDNWRUNpQW P N|GLN (]W D hibát a szám szerinti koncentrációszámításnál figyelembe kell venni (Marjamäki et al., 2000). Mivel ezek a részecskék nem lépnek be az impaktorba, így a kémiai analízis során meghatározott aeroszol alkotók koncentrációja valamelyest kisebb, mint tényleges légköri koncentrációjuk. A részecskeveszteség a d < 20 nm-HV PpUHWWDUWRPiQ\EDQ MHOHQW V 0DUMDPlNL HW DO D]RQEDQ D] (/3, iOWDO J\ MW|WW PpUHWWDUWRPiQ\EDQ QP

felett) az elveszett részecskék száma csekély. További hibát eredményezhet, hogy néhány kevésbé illékony („semi-YRODWLOH´HOV VRUEDQV]HUYHVYHJ\OHWDPLQWDYHY EHQ

elpárologhat. Turpin és munkatársai (2000) által végzett vizsgálatok azonban

NLPXWDWWiN KRJ\ H KLED PpUWpNH HOKDQ\DJROKDWy (O IRUGXOKDW KRJ\ D UpV]HFVNpN HJ\

része lesodróGLN D PLQWDYHY IyOLiUyO (] D KLEDIRUUiV MHOHQW VHQ FV|NNHQWKHW NLNV]|E|OKHW KD D PLQWDYHY IyOLiW YDODPLO\HQ MyO WDSDGy EHYRQDWWDO JpOHN RODM VWE OiWMXN HO .pPLDL DQDOt]LV FpOMiEyO J\ MW|WW PLQWiN HVHWpEHQ D]RQEDQ

csak bevonat nélküli fóliák alkalmazhatók. Ismeretes, hogy a relatív nedvesség 0

10000 20000 30000 40000 50000

0,04 0,08 0,14 0,22 0,34 0,53 0,84 1,34

DHURGLQDPLNDLiWPpU Pm) d N/d log d (cm-3 )

0 10 20 30 40 50 60

d m/d log d (g m-3 )

d N/d log d d m/d log d

befolyásolja a részecskék lesodródását (Stein et al., 1994, Chang et al., 1999). Az idézett

PXQNiN PHJHU VtWLN D]W D IHOWpWHOH]pVW DPHO\ V]HULQW D UHODWtY QHGYHVVpJWDUWDORP

növekedésével csökken a lesodródó részecskék száma, mivel a relatív nedvességtartalom növekedésével a higroszkópos részecskék egyre több vizet abszorbeálnak, „jól tapadó” oldatcseppeket alkotnak. A mintavétel során további hibát

MHOHQWKHWD]KRJ\NLVPpUHW QpKiQ\QP-es), nagy diffúziós együtthatójú részecskék

PHJMHOHQKHWQHND]LPSDNWRUIHOV DGXUYDUpV]HFVNpNHWIHOIRJyIRNR]DWDLQ0DUMDPlNL HW DO N|YHWNH]pVNpSSHQ D NpV]OpN D GXUYD UpV]HFVNpN V]iPV]HU

koncentrációját felülbecsülheti.

$ PLQWDYpWHO LGHMpQ D NO|QE|] PHWHRUROyJLDL DGDWRN K PpUVpNOHW UHODWtY

nedvességtartalom, rövidhullámú sugárzás, csapadékszint, szélsebesség, szélirány)

J\ MWpVH yUiV LG IHOERQWiVEDQ W|UWpQW Az évszakokhoz tartozó átlagos relatív

QHGYHVVpJWDUWDORPpVK PpUVpNOHWpUWpNHNHWDWiEOi]DWEDQ foglaltuk össze.

Relatív nedvességtartalom (%) + PpUVpNOHWÛ&

nappal éjszaka nappal éjszaka

Tavasz 46 68 14,4 6,8

Nyár 49 83 26,6 17,3

V] 61 85 8,7 4,5

Tél 73 81 0,8 -1,2

4. táblázat:ÈWODJRVUHODWtYQHGYHVVpJWDUWDORPpVK PpUVpNOHWDPLQWDYétel során K-pusztán

2.2. Kémiai analízis

Mintavétel után az impaktor fóliákat egyenként csomagolva, fagyasztva tároltuk.

$ NpPLDL DQDOt]LV HO WW D PLQWiNDW WDUWDOPD]y DOXPtQLXP IyOLiNDW NpW UpV]UH YiJWXN $ IyOLiNHJ\LNIHOpE ODV]HUYHWOHQLRQRN(NH4+

, K⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, SO42-

, NO3-

) és a vízoldható szén analízisét végeztük el. A mintákat 1 cm³ nagy tisztaságú Milli-Q

Yt]EHQ yUiQ iW i]WDWWXN $] ROGDWRNDW PHPEUiQV] U Q SyUXViWPpU µm, Millex®-*9 0LOOLSRUH V] UWN iW D QHP ROGyGy UpV]Hcskék eltávolítása céljából. A

IyOLiNPiVLNIHOpE OD]DHURV]RO|VV]HVV]pQWDUWDOPiWKDWiUR]WXNPHJPHO\QHPLJpQ\HOW WRYiEELHO NpV]tWpVW

A minták szervetlen ion alkotóinak analízisét Waters Quanta 4000 (Waters) zóna kapilláris elektroforézis készülékkel végeztük (Krivácsy and Molnár, 1997). A kapilláris

KDV]QiODWiQDN HO Q\H KRJ\ HOHNWURPRV HOOHQiOOiVD QDJ\ H]pUW PLQLPiOLV K WHUKHOpV PHOOHWW QDJ\ HOHNWURPRV WpUHU VVpJ -500 V cm^-1 DONDOPD]iViUD YDQ OHKHW VpJ

amellyel az elválasztás hatékonysága jeOHQW VHQ Q|YHOKHW $ NLV EHOV iWPpU PLDWW D NDSLOOiULVEDQ OpY HOHNWUROLW NHYHUHGpVH J\DNRUODWLODJ NL]iUKDWy H]pUW V]DEDG HOHNWUROLW PHOOHWW LV My HOYiODV]WiV pUKHW HO $ NDSLOOiULV HOHNWURIRUp]LV WRYiEEL HO Q\HL N|]p

tartozik, hogy minimális (5-10 · 10^-9 dm³) mintatérfogatot igényel és a detektálás a kapillárisban közvetlen módon megvalósítható.

$] DONDOPD]RWW SROLLPLG YpG UpWHJJHO EHYRQW NYDUF NDSLOOiULV PpUHWHL EHOV iWPpU µP NOV iWPpU µm, teljes hossz 58 cm, effektív hossz (a kapilláris

KRVV]D D GHWHNWRULJ FP $ NDSLOOiULV PpUpVHN HO WWL NRQGLFLRQiOiVD DQLRQRN HVHWpQ

0,5 mol dm^-3 nátrium-hidroxiddal, kationok esetén 0,1 mol dm^-3 sósavval 20 percig, majd az alkalmazott pufferrel 45 percig történt. Mérések közötti öblítést az alkalmazott pufferrel végeztük 2 percig. A mintavétel hidrosztatikai injektálással valósult meg, melynek során a mintatartót 30 másodpercig 10 cm-es magasságba emelve

Q\RPiVNO|QEVpJHW LGp]WQN HO D PLQWD NDSLOOiULVED W|UWpQ EHMXWWDWiViKR] 0pUpV

során a kapillárisra adott elválasztási feszültség kationok esetén 20 kV, anionok esetén -20 kV volt. Az indirekt UV detektálás hullámhossza az anionok mérése során 254 nm, kationoknál 185 nm volt.

Az anionok meghatározása során alkalmazott puffer összetétele 6⋅10^-3 mol dm^-3 kristályos nátrium-kromát (Fluka) és 2,5 V/V% Anion-BT (Waters) volt. A kationos puffer 13,1⋅10^-3 mol dm^-3 hidroxi-izovajsavat (Fluka), 3,9⋅10^-3 mol dm^-3 koronaétert (Merck-Schuchardt) és 5,1⋅10^-6 mol dm^-3 4-metil-benzil-amint (Fluka) tartalmazott. A kationok és anionok standard oldatai DQDOLWLNDL WLV]WDViJ~ YHJ\V]HUHNE O NpV]OWHN $]

ROGDWRNDW D] DQDOLWLNDL PpU J|UEH HONpV]tWpVpKH] pV D] DQDOLWLNDL PyGV]HU

megbízhatóságának vizsgálatára használtuk fel. A standard oldatok és a pufferek elkészítéséhez nagy tisztaságú Milli-Q vizet (Millipore) használtunk.

$] DGDWJ\ MWpVW pV D] HOHNWURIHURJUDPRN NLpUWpNHOpVpW 0$;,0$ V]RIWYHU

segítségével végeztük. Az alkotók mennyiségét a csúcs alatti területek integrálásával

KDWiUR]WXN PHJ $ PpUpVHN HO WW D] DQDOLWLNDL UHQGV]HU WLV]WDViJiUyO PLQGHQ HVHWben

YDNPLQWD HOHP]pVpYHO J\ ] GWQN PHJ DPHO\ D] DHURV]RO PLQWiNNDO D]RQRV PyGRQ

kezelt tiszta alumínium fólia volt. Az egyes ionok kimutatási határ értékeit az 5. táblázatban foglaltuk össze.

Alkotók Kimutatási határ ammóniumion 0,06 mg dm^-3

káliumion 0,07 mg dm^-3 kalciumion 0,03 mg dm^-3 nátriumion 0,03 mg dm^-3 magnéziumion 0,02 mg dm^-3 kloridion 0,03 mg dm^-3 szulfátion 0,04 mg dm^-3 nitrátion 0,09 mg dm^-3

szén J

5. táblázat: A vizsgált alkotók kimutatási határ értékei

Az aeroszol minták összes szén és vízoldható szén tartalmának meghatározása EGA (Evolved Gas Analysis) módszerrel történt. A méréseket TOC ASTRO 2100 készülék (Zellweger Analitics) szilárd mintabeviteli egységével végeztük. A készülék a mintában található szénvegyületeket naJ\ K PpUVpNOHWHQ ºC) réz(I)-oxid katalizátor segítségével szén-GLR[LGGi R[LGiOMD $ NHOHWNH] V]pQ-dioxidot nem

GLV]SHU]tYLQIUDY|U|VGHWHNWRUPpUL$PLQWiEDQMHOHQOHY V]pQPHQQ\LVpJpUHD]pJHWpV

során keletkezett szén-GLR[LGPHQQ\LVpJpE ON|YHWNH]Wethetünk.

A széntartalom meghatározásakor a mintát tartalmazó alumínium fólia ismert

PpUHW UpV]pWDNpV]OpNNYDUFFVyQDNMiEDKHO\H]WN$Yt]ROGKDWyV]pQPHJKDWiUR]iVD VRUiQ D FVyQDNED NLI W|WW NYDUF V] U W KHO\H]WQN PHO\UH LVPHUW WpUIRJDW~ FP3) mintát juttattunk. A mérés kezdetekor a csónak 50 mm-WKDODGWHO UHDVWDUWKHO\UHDKRO

a készülék felvette az alapvonalat. Majd a csónak 2,8 mm s^-1 sebességgel végighaladt a

NpV]OpNNHPHQFpMpEHQUHDNWRUFV PLN|]EHQDPLQWDR[LGiOyGRWWWLV]WDR[LJpQEHn. A

UHDNWRUFV KRVV]D PP PHO\QHN KiWVy UpV]pEHQ WDOiOKDWy D Up]-oxid katalizátor. A

NDWDOL]iWRU RSWLPiOLVP N|GpVL K PpUVpNOHWH °C. A csónak a kemencén áthaladva a

NHPHQFH KiWVy OHJPDJDVDEE K PpUVpNOHW UpV]pEH MXW DKRO PiVRGSHUFHW

tartózkodLN$WHOMHVLQWHJUiOiVLLG PiVRGSHUFYROW

$PLQWiNV]pQWDUWDOPiQDNPHJKDWiUR]iVDHO WWV]pQUHQp]YHJGP-3

-es kálium- hidrogén-IWDOiW)OXNDROGDWWDODQDOLWLNDLPpU J|UEpWYHWWQNIHO$V]pQPHQQ\LVpJpWD

csúcs alatti területek integrálásával határoztuk meg. A termogramok értékelését LabCalc

QHY SURJUDPVHJtWVpJpYHOYpJH]WN$PpUpVHNHO WWD]DQDOLWLNDLUHQGV]HUWLV]WDViJiUyO PLQGHQ HVHWEHQ YDNPLQWD HOHP]pVpYHO J\ ] GWQN PHJ DPHO\ D PLQWiNNDO D]RQRV

módon kezelt tiszta alumínium fólia volt. A szén kimutatási határ értékét az 5. táblázat tartalmazza.

3. EREDMÉNYEK ÉS AZ EREDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE

3.1. A finom részecskék kémiai összetétele és tömegmérlege

Az aeroszol részecskék fizikai és kémiai tulajdonságai, következésképpen környezetre gyakoroOW KDWiVDL WpUEHQ pV LG EHQ QDJ\PpUWpNEHQ YiOWR]QDN (QQHN RND QHP FVDN D] KRJ\ D] pY NO|QE|] V]DNDV]iEDQ D UpV]HFVNpN IRUUiVDL HOWpU PLQ VpJ HNpVLQWHQ]LWiV~DNKDQHPD]LVKRJ\DOpJN|UiOODSRWDD]D]DPHWHRUROyJLDL N|UOPpQ\HN LV MHOHQW VHQ YiOWRznak. Az aeroszol hatásainak pontosabb megértéséhez

HOHQJHGKHWHWOHQDUpV]HFVNpNHWDONRWy|VV]HWHY NLG EHOLYiOWR]iVDLWYL]VJiOQL

A K-SXV]WiQ pYV]DNRVDQ J\ MW|WW ILQRP DHURV]RO iWODJRV W|PHJNRQFHQWUiFLyMiW

valamint a vízoldható szervetlen ionok (NH4+

, K⁺, SO42-

és NO3-

), az összes szén (TC) és a vízoldható szerves szén (WSOC) koncentrációját a 6. táblázatban foglaltuk össze. A

WiEOi]DWEDQ V]HUHSO pUWpNHN D ILQRP DHURV]RO Q\ROF PpUHWWDUWRPiQ\iEDQ PpUW W|PHJNRQFHQWUiFLyN |VV]HJpYHO HJ\HQO $] HJ\HV PpUHWWartományokhoz tartozó koncentráció adatokat a Melléklet tartalmazza.

Tavasz Nyár V] Tél

Koncentráció

[µg m^-3] nappal (4)*

éjszaka (5)

nappal (13)

éjszaka (13)

nappal (4)

éjszaka (4)

nappal (4)

éjszaka (4) aeroszol

össztömeg 27,5±8,0 35,0±15,6 21,6± 8,4 29,5±11,6 35,6±5,4 57,3±30,8 21,3±6,8 24,0±4,1 ammóniumion 1,1±0,4 1,3±0,6 2,0±0,8 2,4±1,5 1,0±0,3 1,6±1,0 0,8±0,4 0,9±0,1

káliumion 0,1±0,04 0,2±0,1 0,5±0,7 1,1±1,9 0,2±0,1 0,3±0,3 0,1±0,1 0,1±0,1 szulfátion 2,6±0,7 3,0±1,5 6,2±3,6 6,8±4,8 2,0±0,8 2,7±1,6 1,6±0,6 1,7±0,3 nitrátion 1,2±1,0 1,6±0,8 0,1±0,1 0,3±0,2 1,2±0,2 2,5±1,5 1,2±1,1 1,5±0,5 TC^a 3,2±1,6 4,7±2,6 2,9±1,0 4,2±1,0 7,0±1,1 10,4±3,2 3,1±0,5 3,1±0,5 WSOC^a 1,4±0,7 2,0±0,9 2,0±0,5 2,8±1,2 1,5±0,5 2,4±1,2 1,1±0,4 1,3±0,2 kation-anion arány 0,87 0,87 0,95 1,10 1,01 0,97 0,87 0,90 ammónium/szulfát

ekvivalens arány 1,14 1,16 0,85 0,94 1,33 1,52 1,34 1,46

WSOC/TC 0,44 0,41 0,68 0,66 0,22 0,23 0,35 0,42

a:TC és WSOC koncentrációja a szén tömegével kifejezve (µgC m^-3)

*: zárójelben a minták száma

6. táblázat: A K-pusztán évs]DNRVDQJ\ MW|WWILQRPDHURV]ROiWODJRV W|PHJNRQFHQWUiFLyLpVI EEPpUW|VV]HWHY LQHNNRQFHQWUiFLyLYDODPLQWDPpUpVHN

szórása

A finom aeroszol össztömege szezonális változást mutatott, ami az év során

HOWpU IRUUiVHU VVpJHW IHOWpWHOH] $ OHJQDJ\REE W|PHJNRQFHQWUiFLyW VV]HO PpUWN

nappal és éjszaka egyaránt. Általánosságban megállapítható, hogy minden évszakban az aeroszol átlagos tömegkoncentrációja éjszaka meghaladta a nappal mért értékeket.

Ennek lehetséges oka a keveredési réteg vastagságának napközbeni változásában

NHUHVHQG $ GpOXWiQL yUiNWyO NH]G G HQ D NHYHUHGpVL UpWHJYDVWDJViJ IRNR]DWRV FV|NNHQpVpYHOD]DHURV]ROUpV]HFVNpNWDODMN|]HOLNRQFHQWUiFLyMDPHJQ

$ ILQRP DHURV]RO I DONRWyL N|]p WDUWR]QDN D V]HUYHWOHQ LRQRN DPPyQLXP

szulfát, nitrát) és a széntartalmú részecskék. A szulfát-, ammónium-, nitrát- és káliumion a finom aeroszol tömegének körülbelül 40%-át alkották nyáron, ezzel szemben a többi évszakban ez a hányad kisebb volt, 12-18%-ot tett ki. Méréseink alapján a finom aeroszol kalcium-, nátrium-, magnézium- és kloridion tartalma a tömegmérleg szempontjából elhanyagolható.

Minden évszakban a szulfátion volt a legnagyobb tömegkoncentrációban megtalálható szervetlen ion, mely a szervetlen tömeg – az NH4+

, K⁺, SO42-

és NO3-

össztömege – 39-70%-át adta. Nyáron az aeroszol tömegének átlagosan 1/4-ét, az év többi részében kevesebb, mint 10%-át tette ki. Nyáron a második legnagyobb tömegkoncentrációjú szervetlen alkotó az ammóniumion volt, mely az aeroszol tömegének közel 10%-át képviselte. A többi évszakban az ammónium hozzájárulása az aeroszol össztömegéhez 3-4% között változott, évszaktól függetlenül az aeroszol szervetlen tömegének 21-23%-át alkotta. A többi évszakban azonban a nitrátion koncentráció a nyári értékhez képest több, mint ötszöröséUHPHJQ WWH]iOWDODPiVRGLN OHJMHOHQW VHEE Yt]ROGKDWy V]HUYHWOHQ DONRWyYi OpSHWW HO 0tJ Q\iURQ D QLWUiWLRQ D

szervetlen tömeg csupán 1-3%-át tette ki, addig tavasszal a szervetlen tömeg 1/4-ét,

VV]HOpVWpOHQiWODJRVDQ-át adta. Nyár kivételével az aeroszol össztömegéhez 3-6%- ban járult hozzá.

$V]HUYHWOHQLRQRNNRQFHQWUiFLyMiEDQMHOHQW VV]H]RQiOLVYiOWR]iVWILJ\HOKHWWQN

meg. Az ammónium- és a szulfátion koncentrációjában a maximum értéket nyáron, a minimum értéket télen tapasztaltuk. A nyári koncentrációk mintegy 2-4-szer nagyobbak

YROWDN D W|EEL pYV]DNEDQ PpUW pUWpNHNQpO $ Q\iUL PD[LPXP D MHOHQW V IRWRNpPLDL DNWLYLWiVQDN WXODMGRQtWKDWy $] HO ] NpW LRQKR] KDVRQOyDQ D Yt]ROGKDWy NiOLXP OHJQDJ\REE NRQFHQWUiFLyMiW Q\iURQ PpUWN DPL IHOWpWHOH]KHW en biogén forrásból

származott (pl. bioaeroszol részecskék²). Ez a megállapítás azon a tényen alapul, hogy a

PLQWDYpWHOL KHO\HW N|UOYHY Q|YpQ\]HW ELROyJLDL DNWLYLWiVD3

nyáron a legnagyobb és a káliumion koncentrációjában megfigyelt szezonális változás a vegetáció változásait tükrözi. Nyáron a káliumion hozzájárulása a szervetlen tömeghez 6% (nappal) és 10%

pMV]DND YROW $ V]XOIiWWyO DPPyQLXPWyO pV NiOLXPWyO HOWpU HQ D QLWUiW NRQFHQWUiFLyMiEDQ PHJILJ\HOKHW V]H]RQiOLV LQJDGR]iV Q\iUL PLQLPXPRW pV D KLGHg évszakokban maximumot mutatott. Nyáron a nitrátion átlagos koncentrációja nappal 0,1 µg m^-3, éjszaka 0,3 µg m^-3 volt. A többi évszakban mért koncentráció lényegesen nagyobb volt, nappal 12-szerese, éjszaka 5-8-szorosa a nyári értéknek. A nitrát szezoniOLV NRQFHQWUiFLyYiOWR]iVD HOV VRUEDQ D] DPPyQLXP-nitrát illékonyságából következik (Stelson et al., 1979). A nitrát illékonysága miatt, nagyoEE K PpUVpNOHWHQ Q\iURQHOV VRUEDQJi]Ii]LVEDQVDOpWURPVDY-J ]NpQWIRUGXOHO (]]HOV]HPEHQNLVHEE K PpUVpNOHWen a nitrát túlnyomórészt aeroszol fázisban található. Az aeroszol

QLWUiWWDUWDOPiQDNNLDODNtWiViEDQDOHYHJ QHGYHVVpJWDUWDOPDLVMHOHQW VV]HUHSHWW|OWEH

Termodinamikai számítások és mérési eredmények azt mutatják, hogy nagyobb nedvességtartalom mellettDIRO\DGpNIi]LVHO IRUGXOiVDVRNNDOYDOyV]tQ EE+DUULVRQHW DO (EE O N|YHWNH] HQ PtJ QDSSDO D] V]L pV WpOL QLWUiWNRQFHQWUiFLy N|]HO D]RQRVYROWDGGLJpMV]DNDD] VV]HOWDSDV]WDOWQDJ\REEQHGYHVVpJWDUWDORPPLDWWD] V]L

koncentráció volt a nagyobb.

A napszakos koncentrációváltozás minden szervetlen ion esetében azonos volt.

Évszaktól függetlenül az éjszakai ionkoncentrációk meghaladták a nappali értékeket.

Az ammóniumion és a szulfátion ekvivalensben kifejezett mennyiségét összevetve azt tapaV]WDOWXN KRJ\ WDYDVV]DO VV]HO pVWpOHQD] DPPyQLXPV]XOIiW DUiQ\

az egységnyi értéket meghaladta (6. táblázat). Az ammónium túlsúlyban volt a

V]XOIiWKR] NpSHVW DPLE O D] N|YHWNH]LN KRJ\ D] DPPyQLXP HJ\ UpV]H DPPyQLXP- nitrátként volt jelen az aeroszolban. Megvizsgálva az ekvivalens kation-anion arányt (6. táblázat) látható, annak ellenére, hogy nyáron a szulfát az ammóniumhoz képest feleslegben volt, a kation-anion arány értéke 1 körüli. Ez arra enged következtetni, hogy a kálium lényeges szerepet tölt be a finom aeroszol ionmérlegének szabályozásában.

2 Bioaeroszol részecskék: els GOHJHV IRUUiVEyO V]iUPD]y ELROyJLDL HUHGHW UpV]HFVNpN EDNWpULXPRN

vírusok, pollenek, spórák, növényi és állati „törmelék”).

3$Q|YpQ\]HWDQ\DJFVHUpMHVRUiQNO|QE|] Yegyületek (pl. illékony szerves vegyületek, kálium-klorid) szabadulnak fel.

VV]HO D NDWLRQ-DQLRQ DUiQ\ V]LQWpQ PHJN|]HOtW OHJ HJ\VpJQ\L pUWpNQHN DGyGRWW(1,01 nappal, 0,97 éjszaka). Tavasszal és télen az arány 0,9 körüli volt, ami az aeroszol részecskék savas karakterét feltételezi (Kerminen et al., 2001). Mivel tavasszal és télen az ammónium túlsúlyban volt a szulfáthoz képest, a savas jelleg a nitrátionnak tulajdonítható.

$ ILQRP DHURV]RO UpV]HFVNpN 7& WDUWDOPD PLQGHQ pYV]DNEDQ MHOHQW V YROW 7DYDVV]DO VV]HO pV WpOHQ QDSV]DNWyO IJJHWOHQO D 7& NRQFHQWUiFLyMD PHJKDODGWD D

szuOIiW PHQQ\LVpJpW $ OHJQDJ\REE 7& NRQFHQWUiFLyW VV]HO PpUWN DPHO\ W|EE PLQW NpWV]HUHVH YROW D W|EEL pYV]DNEDQ PpUW pUWpNQHN (QQHN OHKHWVpJHV RND D] V]L PH] JD]GDViJL PXQNiNKR] NDSFVROyGy ELRPDVV]D DYDU pV WDUOy pJHWpV 0LQGHQ

évszakban azonos napszakos koncentrációváltozást figyeltünk meg. Tavasszal, nyáron

pV VV]HO D V]pQ NRQFHQWUiFLyMD pMV]DND N|]HO -kal nagyobb volt, mint a nappali

pUWpNHN7pOHQFVHNpO\PpUWpN QDSV]DNRVNRQFHQWUiFLyYiOWR]iVWWDSDV]WDOWXQN

A széntartalmú részecskék hatásainDN NLDODNtWiViEDQ MHOHQW V V]HUHSHW W|OWHQHN

be a vízoldható szerves részecskék. A WSOC koncentrációjának évszakos változása nyári maximumot és téli minimumot mutatott. A nyáron tapasztalt nagyobb

NRQFHQWUiFLy YDOyV]tQ OHJ D MHOHQW V IRWRNpPLDL DNWLYLWiVQDN N|V]|QKHW $ :62&

minden évszakban azonos napszakos változást mutatott. Az éjszakai koncentrációk

PHJKDODGWiN D QDSSDO PpUW pUWpNHNHW DPL IHOWHKHW HQ D NHYHUHGpVL UpWHJYDVWDJViJ

napközbeni változásának tulajdonítható.

Az aeroszol széntartalmának vízoldható hányada 22% és 68% között változott.

$ :62& OHJQDJ\REE PpUWpNEHQ Q\iURQ D OHJNLVHEE PpUWpNEHQ VV]HO MiUXOW KR]]i D V]pQNRQFHQWUiFLyKR] $QQDN HOOHQpUH KRJ\ D V]pQ PHQQ\LVpJH VV]HO YROW D

legnagyobb, csupán 22%-a (nappal) és 23%-a (éjszaka) oldódott vízben.

)HOWpWHOH]pVHLQN V]HULQW D] LQWHQ]tY ELROyJLDL NLERFViWiV pV D OHYHJ EHQ OHMiWV]yGy

fotokémiai reakciók nagyban hozzájárulnak a nagy vízoldható hányad kialakulásához.

(OOHQEHQ D NLV Yt]ROGKDWy UpV] IULVV UpV]HFVNH NpS] GpVW MHOH]KHW PHO\ N|]YHWOen

IRUUiVEyO SO V]L ELRPDVV]D pJHWpV V]iUPD]LN $ IRWRNpPLDL IRO\DPDWRN OHKHWVpJHV

szerepét alátámasztja az, hogy nyáron a nagy szulfátkoncentráció mellett az aeroszol

:62& WDUWDOPD LV MHOHQW V YROW $ :62& D] |VV]HV V]pQWDUWDORP -át jelentette nappal és 66%-át éjszaka. Tavasszal és télen a szerves anyag vízoldható hányada 35-44%-ot tett ki.

Meg kell jegyeznünk, hogy míg nyáron az aeroszol összes vízoldható alkotója (szervetlen ionok és vízoldható szerves anyag) körülbelül 50%-át jelentette a finom

aeroszol össztömegének, addig ez az érték a többi évszakban 25%-nál kevesebb volt. Az

DGDWRNDODSMiQIHOWpWHOH]KHW KRJ\Q\iURQDUpV]HFVNpNKLJURV]NySRVDEEDNPLQWD]pY W|EEL UpV]pEHQ NLHPHONHG V]HUHSHW EHW|OWYH D] DHURV]RO RSWLNDL WXODMGRQViJainak

V]DEiO\R]iViEDQ $ KLJURV]NySRV UpV]HFVNpN QDJ\ MHOHQW VpJJHO EtUQDN D W|PHJPpUOHJ

szempontjából is, hiszen koncentrációjuk függvényében változik az aeroszol részecskék vízfelvétele.

Az aeroszol részecskék tömegkoncentrációja és az alkotók koncentrációja alapján meghatározható az alkotók részaránya, azaz felállítható a finom aeroszol tömegmérlege. Ehhez azonban szükséges ismernünk a szerves anyag koncentrációját, mely az aeroszol széntartalmából származtatható (lásd 1.2. alfejezet). Kiss és munkatársai a K-SXV]WiQ J\ MW|WW ILQRP DHURV]ROUD PHJKDWiUR]WiN D V]HUYHV

anyag/WSOC valamint szerves anyag/TOC tömegarányokat egyaránt (Kiss et al., 2002).

A finom aeroszol szilárd fázisú extrakciója során elválaszott vízoldható szerves alkotók elemanalízisével meghatározott tömegarány 1,9-nek adódott. A WSOC azon részére,

PHO\HW D] H[WUDNFLy VRUiQ QHP VLNHUOW HOYiODV]WDQL D] HO ] pUWpNQpO QDJ\REE -as tömegarányt becsültek. Ezen értékek figyelembevételével a 2,1-es szerves anyag/WSOC tömegarány használatát javasolták. A vízoldhatatlan szerves hányad vizsgálatával (vizes extrakció, szekvenciális extrakció) meghatározták a széntartalmú vegyületek további csoportjaihoz tartozó tömegarányokat. Ezek alapján kiszámították a szerves anyag/TOC tömegarányt, melynek értékét 1,9-2,0 közé becsülték. Ez az érték az irodalomban (Gray et al., 1986, Zappoli et al., 1999) korábban használatos tömegarányok legtöbbjét meghaladja.

A kémiai analízis során meghatározott TC koncentrációkból (µgC m^-3 egységben), a feltpWHOH]KHW NpPLDL MHOOHJ DODSMiQ PHJIHOHO QHN tWpOW -es szerves anyag/TC tömegarány alkalmazásával kiszámítható a szerves anyag

W|PHJNRQFHQWUiFLyMD ËJ\ OHKHW VpJ Q\tOLN D ILQRP DHURV]RO UpV]HFVNpNUH YRQDWNR]y

tömegmérleg felállítására a 6. táblázat adatainak felhasználásával, melynek eredményeként az 6. ábrán bemutatott átlagos összetételt kaptuk.

Meg kell jegyeznünk, hogy az általunk mért TC koncentráció az aeroszol széntartalmú alkotóinak (elemi szén és szerves szén) együttes mennyiségét jelenti. A minták széntartalmából a kis koncentrációk miatt eljárásunkkal elemi szén- és szerves

V]pQWDUWDOPDW FVDN MHOHQW V EL]RQ\WDODQViJJDO OHKHW PHJKDWiUR]QL $] HOHPL V]pQ

mennyisége azonban független optikai méréssel is meghatározható. Az aeroszol fényelnyelési együtthatóját mérve, mely közel 100%-EDQD]HOHPLV]pQQHNN|V]|QKHW

a tömegabszorpciós együttható (10 m² g^-1) segítségével az elemi szén tömegkoncentrációja meghatározható. A K-pusztán mért fényelnyelési együttható adatainkat felhasználva az elemi szén koncentrációja 0,3 µg m^-3-nek adódott. Ez az érték jó egyezést mutat Molnár és munkatársai (1999) k-pusztai adataival, melyek szerint a 2,5 µm-nél kisebb aeroszol részecskék elemi szén koncentrációja 0,5 µg/m³, mely az aeroszol teljes széntartalmának csupán 6-8%-át teszi ki. Ez a kis elemi szén koncentráció arra enged következtetni, hogy az általunk mért TC tömeg gyakorlatilag

V]HUYHVDONRWyQDNWHNLQWKHW

6. ábra: A K-SXV]WiQJ\ MW|WWILQRPDHURV]ROiWODJRVW|PHJV]i]DOpNRV|VV]HWpWHOHD

mért aeroszol össztömeg és a detektált alkotók koncentrációjának figyelembevételével.

NA: nem meghatározott, OM: szerves anyag

$]|VV]HWHY NV]yUiViWWiEOi]DWD]iWWHNLQWKHW VpJPLDWWQHPiEUi]ROWXN

Az 6. ábrából látszik, a finom aeroszol tömegmérlege szezonális változást mutatott. Az aeroszol tömegének pYV]DNWyO IJJ HQ -67%-át sikerült azonosítanunk.

$ QHP PHJKDWiUR]RWW KiQ\DG D Yt]WDUWDORP ILJ\HOHPEHYpWHOpYHO MHOHQW VHQ FV|NNHQKHW

(Schwartz, 1996). A fennmaradt nem azonosított hányad feltételezéseink szerint vízben

ROGKDWDWODQiVYiQ\RVHUHGHW DONRWyNEyOiOO0pV]iURVHWal., 1997).

0%

20%

40%

60%

80%

100%

nappal éjszaka nappal éjszaka nappal éjszaka nappal éjszaka

"! # "! $"% $"%

NA ammónium szulfát nitrát kálium OM