Integrirani fizikalno-kemijski faktorji v posameznih okoljih atmo - ekosfera hidro - ekosfera - morska okolja - kopenske vode lito - ekosfera -kamnine -tla izven terestrična mikrobiologija
Definicija habitata in niše HABITAT = 4D prostor čas NIŠA = višje dimenzije (funkcionalnost prostora)
Fizika atmosfere
Struktura atmosfere
Struktura nižje atmosfere 10 km prosta atmosfera geostrofski vetrovi 1 km konvektivni mešani sloj rezidualni sloj stabilni mejni sloj površinski sloj mešani sloj opoldan sončni zahod opolnoči sončni vzhod opoldan
Struktura nižje atmosfere pri nestabilnih pogojih z močno termiko (vertikalnimi toplotnimi fluksi) in nizkimi hitrostmi vetra je sloj zraka dobro premešan (običajno čez dan) radiacijsko ohlajanje zraka tik nad površino tal naredi temperaturno inverzijo z relativno stabilnimi pogoji in se lahko dviga 100 do 500 m, običajno ponoči v rezidualnem sloju še vedno prihaja do mešanja zaradi toka zraka, vendar je toplotni fluks s površine majhen
Energijska bilanca Energijska bilanca zemlje je v grobem uravnotežena, toliko energije kot pride jo tudi zapusti. j o (1-a) = 4(1-ε)j tal + j ozr j o = sevanje sonca 1367 W/m 2 a = albedo ε = emisivnost j tal = sevanje tal j ozr = sevanje ozračja
Povprečna energijska bilanca Zemlje -100 9 5 12 48 17 9 sipanje v ozračju 17 absorpcija v H 2 O, O 3, prah 3 absorpcija v oblakih sipanje od oblakov 18 difuzno od oblakov 32 direktno 8 sipanje navzdol 26 difuzno 58 9 odboj od tal sevanje zemeljske površine 102-9 (oblaki) -95-48 absorpcija in emisija v plinih in oblakih 23 latentna toplota 7 zaznavna toplota 49-114 -7 23 95 1 enota je 1,74 x 10 15 W
Penetracija elektromagnetnega valovanja skozi različne plasti atmosfere
Štefan-Boltzmannov zakon Energija, ki jo izseva črno telo na sekundo na enoto površine, je proporcionalna četrti potenci absolutne temperature telesa P 4 2 = σt j / m s A kjer je σ = 5.6703 10 8 W / m za telesa, ki niso idealni sevalci je zakon dopolnjen 2 K 4 P A = εσt 4 kjer je ε emisivnost telesa (ε =1 za idelno črno telo) Če telo seva v hladnejšo okolico je neto radiacijska izguba 4 4 P = εσa( T telesa T okolice )
Valovna dolžina sevanja črnega telesa Valovna dolžina pri kateri telo izseva največ je podana z naslednjo aproksimacijo λ max = 2.9 10 T 6
Atmosferski plini absorbirajo prihajajočo in odhajajočo radiacijo
Atmosferski plini absorbirajo prihajajočo in odhajajočo radiacijo absorpcija kratkovalovnega sevanja je najmočnejša v vodni pari če je ozračje vlažno je absorpcije do 20 % če je ozračje suho (nekaj odstotkov) CO 2 in O 2 absorbirata precej manj (skupaj ~ 1%) ozon absorbira praktično vse valovanje z λ<0.3 µm za dolgovalovno sevanje je absorpcija ~ 70 %, večji del absorbira vodna para (~ 60 %), CO 2 prispeva ~ 25 %)
Troposfera toploto dobiva od zemeljske površine, je dobro premešana in turbulentna temperaturne spremembe poganjajo konvekcijske tokove, spremembe pritiska in vetrove (vremenski pojavi) ločena od stratosfere s tropopauzo (slabše mešanje) sezonske spremembe so odvisne od sprememb sončnega obsevanja z geografsko širino
3. tipi troposferske cirkulacije zraka Hadleyeva celica zrak se pri tleh premika proti ekvatorju, kjer se zaradi segrevanja dviguje (območje nizkega zračnega pritiska) in se premika proti poloma, kjer se pri 30 o zemljepisne širine spušča na tla Ferrelova celica v subtropih se zrak spušča in se nato pri tleh vrača proti severu, kjer se ob polarni okrog 60 o zemljepisne širine dviga Polarna celica na polu se zrak spušča in gre pri tleh proti ekvatorju, kjer se ob polarni fronti v zmernih širinah dviga
Cirkulacija zraka v troposferi
Jet Streams vetrovni stržen ozki koridorji z zelo močnimi vetrovi v zgornji troposferi (150-300 km/hr) pihajo od zahoda proti vzhodu, najmočnejši so pozimi, njihova moč variira sledijo interfazi (frontam) med toplim in mrzlim zrakom 2 tipa: polarni med Ferrelovo in polarno celico subtropski med Hadleyevo in Ferrelovo celico delajo meandre se spuščajo in dvigujejo glede na višino in zemljepisno širino včasih se razcepijo in delajo vrtince, kar omogoča nastanek ciklonov in anticiklonov pod njimi, ki potem sledijo vetrovnemu strženu
Globalni vetrovi globalne vetrove pri tleh lahko razdelimo tako na severni kot južni polobli v tri pasove: - vzhodni vetrovi (pasati) - zahodni vetrovi - polarni vetrovi vetrovi na severni polobli zaradi zemeljske rotacije in delovanja Coriolisove sile zavijejo v desno na južni polobli pa v levo
Globalni vetrovi takšna porazdelitev velja le za redko, saj se pojavljajo motnje pomembna motnja so Rosbyevi valovi, ki so horizontalni transverzalni (meridionalni) ultradolgi valovi na polarni fronti so bistveni za nastanek ciklonov in anticiklonov omogočajo prenos zraka s severa proti jugu in obratno
Coriolisova sila gradientna sila Vrste vetrov geostrofski vetrovi p - p p p + p
Coriolisova sila Pospeši gibanje telesa, ki se giblje na rotirajočem sistemu. Določa gibanje zraga in vode na planetu r r F = m2ωsinφ v h m = masa gibajočega se telesa Ω = kotna hitrost zemlje Φ = zemljepisna širina v h = hitrost gibanja telesa v horizontalni smeri
Coriolisova sila in geostrofski veter visok gradientna sila nizek F Coriolis = gradientna sila zaradi razlike pritiskov se zračna masa začne premikati ko se zrak začne premikati se pojavi Coriolisova sila s pospeševanjem zračne mase se povečuje Coriolisova sila ko se Coriolisova sila uravnoteži s gradientom pritoska piha konstanten geostrofski veter (ni neto sile) začetni neuravnovešen tok ravnotežje Do takšnega ravnotežja pride le pri ravnih izobarah
Vrste vetrov gradientni vetrovi gradientna sila p - p p CIKLON centrifugalna + Coriolisova sila gradientna + centrifugalna sila Coriolisova sila p p - p ANTICIKLON
Vrste vetrov ciklostrofski vetrovi gradientna sila p - p centrifugalna Na manjših območjih z močno ukrivljenimi izobarami lahko zanemarimo Coriolisovo silo in dobimo vrtenje v tornadih, ali prašnih vrtincih. p
Vrste vetrov antitriptični (lokalni) vetrovi Če je teren zelo razčlenjen (hribovit, obala) in so vetrovni sistemi majhnih dimenzij ni potrebno upoštevati Coriolisove sile. Ker zaradi nizkih hitrosti (do 5 m/s) ni pomembna niti centrifugalna sila veter piha proti nizkemu tlaku (pobočni in obalni vetrovi).
Vrste vetrov vpliv trenja na veter p - p p gradient tlaka trenje gradientna sila Coriolisova sila p + p gradientna sila centrifugalna + Coriolisova sila p - p sila trenja p
Veter in trenje vpliv prizemne plasti na veter višina (z) u( z) = u * k ln z zo δ u* = torna konstanta (0.1 do 1 m/s) k = von Karmanova konstanta (~0.4) δ = ~ 0.7 višine rastlin z = višina z 0 = koeficient višine hrapavosti z o 3 torna hitrost vetra (u) P u moč vetra je zelo odvisna od hitrosti V prizemni plasti zraka hitrost narašča z višino. S pomočjo turbulence se prenaša gibalna količina. Velikost vrtincev je odvisna od oddaljenosti od tal.
Koeficient višine hrapavosti z o običajno jo dobimo iz fitanja vertikalnega profila vetra, lahko variira za 5 velikostnih redov običajno je vrednost ~ 1/30 višine elementa, ki povzroča hrapavost terena z o teren 0.0002 odprto morje (vsaj 5 km) 0.03 odprt terene, npr. trava 0.10 nizki pridelki 0.25 viskoi pridelki 0.50 grmovje, številne prepreke za veter 0.5-1 gozd, regularne visoke prepreke
Ekmanova spirala V prizemnem pasu vse do 1 km je vpliv trenja zelo izrazit visok F trenje F Coriolis = gradientna sila vpliv trenja nizek novo ravnovesje sil zračna masa je v geostrofskem ravnovesju zaradi trenja pride do porušitve ravnovesju veter se upočasnjuje, Coriolisova sila se zmanjša zaradi gradienta tlaka se tok uklanja proti nizkemu pritisku vzpostavi se novo ravnovesje Novo ravnovesje velja le za ravne izobare y geostrofski veter z izobarni veter proti nizkemu pritisku x
Sistem enačb, ki jih uporabljamo za opis stanja v atmosferi r dv dt = 1 p ρ r r 2Ω v + Ω 2 r R + r ft gibalna količina Pri tem je ρ 1 pt gradientna sila tlaka r r 2Ω v Coriolisova sila R r 2 Ω centrifugalna sila f r t sila trenja
Sistem enačb, ki jih uporabljamo za opis stanja v atmosferi r dv dt = 1 p ρ r r 2Ω v + Ω 2 r R + r ft gibalna količina dρ r = ρ v dz kontinuitetna enačba p = ρrt enačba stanja dt 1 dp dq = + 1 dt ρ cp dt mcp dt termodinamska energijska enačba
Sistem enačb, ki jih uporabljamo za opis posebnih stanj v atmosferi r dv dt h 1 r r = hp 2Ω v ρ h gibalna količina za določanje časovnih sprememb poda horizontalne hitrosti, če poznamo polje tlaka 1 ρ g ρ z = hidrostatično ravnotežje v vertikalni smeri omogoča določanje vertikalne razporeditve tlaka w z r = h v h kontinuitetna enačba povezuje polje vertikalne hitrosti s poljem horizontalne hitrosti dt dt = g cp w termodinamična energijska enačba, ki pove, kako se spreminja temperatura ob dviganju ali spuščanju zraka
Napoved vremena numerične simulacije začetni približek atmosferskega stanja izračun atmosferskega stanja (izračun za vsako mrežno točko, skladno s podatki in začetnim približkom) primerjava podatkov med izračunom in dejanskim stanjem po 6 urah sprememba parametrov v začetnem približku (dokler se model ne ujema z dejanskim stanjem)
Problem modelov začetno stanje je vedno ne ekzaktno in ni kompletno opisano (premalo in ne dovolj natančni podatki) zaradi premajhnega števila točk v mreži modela interpolacije niso vedno najboljša rešitev (razlike tudi pomembne se izpovprečijo) matematični modeli, ki so nelinearni hitro povečajo začetne napake in model nima več dobre napovedne vrednosti
Velikost pojavov v atmosferi makropojavi (10000 km, valovanja spošnega zahodnika, pasati, Hadleyeva celica) sinoptični pojavi (nekaj 1000 km, cikloni, anticikloni, fronte) mezo pojavi (1-100 km, frontalne cone, nevihte, padavinski sistemi, priobalni vetrovi, oblaki) mikro pojavi (od mm do 1 km, vrtinci turbulence)
Tipična ciklonogeneza v zmernih geografskih širinah cikloni se razvijejo v hladnem zraku za polarno fronto zgornji sloj zraka gre preko temperaturnega gradienta advekcija in latentna toplota vzdržujeta sistem in amplificirata zgornji val običajno nastanejo ob vetrovnem strženu do nestabilnosti zračnih mas pride zaradi vetrovnega striženja
Tipična ciklonogeneza
Hurikani, tajfuni in cikloni Hunraken - mehiški bog vetra Cyclon- grško zvita kača Tai-fung - kitajsko močan veter vsi trije viharji se razvijejo v tropih in nato potujejo proti poloma površinska voda mora imeti 26 o C ali več, plast tople vode mora biti debela okrog 60 m vsi trije viharji potrebujejo za razvoj jedro nizkega zračnega pritiska
Hurikan hurikan je vihar s premerom 320-480 km, vetrovi v središču hurikana pihajo s hitrostjo 120 km/h in več km na uro hurikan se razvije iz pasatnih vetrov, ki začnejo spiralno krožiti kritičen faktor pri razvoju hurikana je debelina plasti tople vode
Vpliv hurikanov na ekosistem na koralnem grebenu je biološka pestrost zelo velika, ocenjujemo, da je na koralnem grebenu okrog 10 6 različnih vrst po prehodu hurikana se biološka pestrost zmanjša, veliko je polomljenih koral, večina biološkega materiala je potisnjena na obalo, kjer prihaja do razgradnje in povečane mineralizacije
El Nino pacifiški ocean prejme največjo količino sončne toplote, zaradi pasatnih vetrov se vodne mase gibljejo proti zahodu ob zahodni obali se zaradi zakona o ohranitvi mase dviguje hladna in s hranili bogata globokomorska voda občasno (vsake 3-7 let) pasatni vetrovi v poletju ne poprimejo in segrevanje vzhodnega pacifika se širi proti zahodu, kar zmanjša dviganje globokomorske vode
Vreme v Sloveniji Slovenija meri v smeri vzhod zahod 250 km v smeri sever jug pa komaj 170 km. Zato je glede na velike vremenske sisteme, ki merijo nekaj tisoč km velika kot fižol na krožniku. Zdravko Petkovšek, Miran Trontelj Skice vremena, 1987 Kljub temu se na tako majhnem območju velik sistem različno obnaša (npr. sončna Primorska, oblačna notranjost in obratno)
Vreme v Sloveniji Štiri najpomembnejše vremenske situacije v Sloveniji: srednje evropski ciklon sredozemski ciklon azorski anticiklon sibirski anticiklon
Fizikalni dejavniki klime fizikalne in kemijske lastnosti ozračja (globalna sevalna bilanca, vsebnost in količina aerosolov, vsebnost in vrsta triatomarnih plinov) sončno obsevanje (geografska širina, oblačnost, megla, osojne in prisojen strani, strme položne lege) lastnosti tal (albedo tal, toplotna kapaciteta in toplotna prevodnost tal, pokritost z vegetacijo, izhlapevanje, voda v tleh) advekcijski prenos energije in vlage (zračni in vodni tokovi) reliefne oblike (konkavne doline in kotline z jezeri hladnega zraka)
Kemija atmosfere
Sestava atmo - ekosfere plini vodna para - različna stopnja zasičenosti kapljice tekoče vode kristali ledu prašni delci
Plinska sestava suhega zraka spojina kemijski simbol molski delež dušik N 2 78.084 kisik O 2 20.947 argon Ar 0.934 ogljikov dioksid CO 2 0.0370 neon Ne 0.001818 helij He 0.000524 metan CH 4 0.00017 kripton Kr 0.000114 vodik H 2 0.000053 dušikov oksid N 2 O 0.000031 ksenon Xe 0.0000087 ozon O 3 v sledovih do 0.0008 ogljikov monoksid CO v sledovih do 0.000025 žveplov dioksid SO 2 v sledovih do 0.00001 dušikov dioksid NO 2 v sledovih do 0.000002 amonijak NH v sledovih do 0.0000003
Halogenirane spojine v atmosferi spojina koncentracija izvor CH 3 Cl 620 pptv biološki CH 2 Cl 2 30 pptv industrija CH 3 CCl 3 140 pptv topilo CCl 4 130 pptv topilo CFCl 3 220 pptv zamrzovalno sredstvo CF 2 Cl 2 375 pptv zamrzovalno sredstvo DDT 0.009 500 ng/m 3 pesticid ppmv= parts per milion by volume, ppbv = parts per bilion by volume; pptv parts per trilion by volume
Dušikove spojine v atmosferi spojina koncentracija izvor (NH 4 ) 2 SO 4 30 µg/m 3 NH 4 HSO 4 aminosulfati NH 4 NO 3 nekaj µg/m 3 NH 3 0-20 ppbv biološki N 2 O 0.1 0.4 ppmv biološki N 2 O 3 NO 0 0.5 ppmv oksidacija N 2 N 2 O HNO 2 HNO 3 NO oksidacija NO NO
Dušikovi oksidi spojina H o f (kj/mol) N 2 O(g) 82.05 NO(g) 90.25 NO (g) 33.18 2 N 2 O 3 (g) 83.72 N 2 O 4 (g) 9.16 N 2 O 5 (g) 11.35 Vsi dušikovi oksidi imajo N=O dvojno vez in so manj stabilni kot elementa N 2 in O 2 v plinski fazi.
N 2 O in NO 2 reakcije v troposferi N 2 O + hν N 2 + O. N 2 O + O. N 2 + O 2 N 2 O + O. 2NO reakcije v obratni smeri so možne z vnosom energije, npr. z razelektritvami nastaja veliko N 2 O NO 2 + hν NO + O. NO 2 + hν NO 2. NO 2 + OH. HNO 3 NO 2 + O NO 3 NO 2 + NO 3 N 2 O 5 N 2 O 5 + H 2 O 2HNO 3
N 2 O lastnosti N 2 O je sladek toplogredni plin, brez barve leta 1800 je Humphry Davy opazil, da N 2 O inhaliran v relativno majhnih količinah povzroča intoksikacijo združeno s smejanjem ali jokanjem učinkovit blažilec bolečin topi se v kremah in se uporablja kot propelent v dozah na zraku ne gori, vendar zelo dobro vzdržuje gorenje, ker se razcepi na O 2 in N 2. kemijsko se ga da pridelati pri 200 o C iz NH 4 NO 3 (s) N 2 O (g) +H 2 O (g)
Dušikovi oksidi v troposferi opomembni pri nastanku smoga alkil nitrit peroksilalkil nitrat alkil nitrat peroksilacetil nitrat RONO RO 2 NO 2 RONO 2 PAN hν RO T RO 2 T RO T RCO3 emisije NO NO 2 NO 3 hν NO 2 +H 2 O OH O 3, HO 2, RO 2, RCO 3 O 3 hν hν NO+H 2 O, RO, HO 2 T HO 2 hν NO OH, RO 2 H 2 O NO 2 T T N 2 O 5 HONO HO 2 NO 2 HONO 2 nitro kislina peroksinitro kislina NH 3 T NH 4 NO 3
Atmosferski amonijak, NH 3 v atmosferi se nahaja kot baza (amoniak, K b = 1.8 x 10-5 ) producira atmosferske delce in je kondenzacijsko jedro za nastanek oblakov, kar - zmanjšuje vidljivost v atmosferi - spreminja radiacijsko ravnotežje z ohlajanjem - poveča vertikalno mešanje atmosfere in njeno stabilnost - vpliva na padavine in hidrološki cikel je potencialni vir za nastanek NO in NO 2
Atmosferski amonijak, NH 3 Termodinamsko je amonijak nestabilen, lahko pride do oksidacije NH 3 + 1.25 O 2 NO + 1.5 H 2 O H = - 53.93 kcal mole - 1 G =- 57.34 kcal mole -1 vendar pa je kinetično je zelo stabilen: NH 3 + OH NH 2 + H 2 O k = 1.6 x 10-13 cm 3 s -1 V atmosferi je življenski čas amonijaka izjemno dolg ~10 13 s.
Atmosferski amonijak, NH 3 Ravnotežje med amonijakom v atmosferi in v vodni tekočini NH 3(g) + H 2 O NH 3 x H 2 O (aq) NH 4+ + OH - Henryjeva konstanta: K NH3 = 62 M atm -1 V kolikor ne bi bilo kislin v atmosferi, se amonijak s padavinami ne bi več vrnil na zemljo.
Atmosferski amonijak, NH 3 nastanek aerosolov Nukleacija je transformacija iz plinske v kondenzirano fazo, kar omogoča nastanek novih delcev. H 2 SO 4 /H 2 O NH 3 /H 2 SO 4 /H 2 O sistem ne kondenzira enostavno sistem kondenzira enostavno NH 3(g) + H 2 SO 4(l) NH 4 HSO 4(s,l) (amonijev bisulfat) NH 3(g) + NH 4 HSO 4(l) (NH 4 SO 4(s,l) (amonijev sulfat) Amonijevi sulfati so stabilne tekočine ali trne snovi pri večini atmosferskih pogojev in tvorijo aerosole.
Aerosoli in kapljice Aerosoli: delci v zraku, lahko so tekoči ali trdni, veliki od 0.5 do 20 µm, ki lahko ostanejo v atmosferi daljše obdobje. Kapljice: >20µm (običajno 100 in več mikronov; hitro se usedejo ali evaporirajo in tvorijo nukleacijska jedra v velikosti aerosolov.
Nastanek aerosolov z drugimi dušikovimi spojinami NH 3(g) + HNO 3(g) NH 4 NO 3(s) G o = -22.17 kcal mol -1 K eq = [ NH 4NO3 ] = exp( G / RT ) [ NH ][ HNO ] 3 3 K eq = 1.4 x 10 16 pri 25 o C oziroma 1.2 x 10 19 pri 0 O C Trden amonijev nitrat je nestabilen razen pri visokih koncentracijah amonija in nitrata ozirioma pri nizkih temperaturah. Zaradi tega je pozimi v atmosferi več amonijevega nitrata.
Vpliv aerosolov na sevalno bilanco višina sloj aerosolov segrevanje ohlajanje temperatura Vpliv radiacije na stabilnost atmosfere: aerosoli zmanjšajo segrevanje površine zemlje in povečajo segrevanje nad slojem aerosolov. Atmosfera postane vertikalno bolj stabilna, poveča se vertikalno mešanje atmosfere, zmanjša pa se konvekcija, kar zmanjša količino padavin.
Žveplove spojine v atmosferi spojina koncentracija izvor SO 2 0 0.5 ppmv oksidacija fosilnih goriv 10 200 pptv oksidacija žveplovih plinov H 2 S 0 40 pptv anaeroben razpad proteinov CH 3 SH sub ppbv papirna industrija CH 3 CH 2 SH sub ppbv mikroorganizmi OCS 500 pptv CH 3 SCH 3 20 200 pptv oceanski fitoplankton (alge) CH 3 SSCH 3 CS 2 10 20 pptv
Žveplove spojine v atmosferi spojina formula ionizirana oblika žveplena kislina H 2 SO 4 HSO 4-, SO 4-2 žveplasta k. SO x H 2 O HSO 3-, SO 2-3 sulfonska k. R-SO 3 -H R-SO - 3 hidroksimetan sulfonska CH 2 (OH)SO 3 H CH 2 (OH)SO - 3 ditionska k. H 2 S 2 O 6 S 2 O 2-6 tiosulfurična k. H 2 S 2 O 3 S 2 O 2-3 politionska k. H 2 S n O 6 S n O 2-6 pirosulfurična k. H 2 S 2 O 5 S 2 O 2-2
Zadrževanje žveplovih spojin v atmosferi Zadrževalni časi žveplovih spojin v atmosferi so zelo kratki, razen za karbonil sulfide (OCS), ter žveplo v prašnih in v solnih delcih. spojina SO 2 SO 4 2- DMS zadrževalni čas 17 ur 36 ur 36 ur Zaradi kratkih zadrževalnih časov je geografska porazdelitev žveplovih spojin v atmosferi neenakomerna in je v veliki meri odvisna od lokalnih virov.
Vertikalni profil sulfatnih aerosolov
Stratosferski nastanek ozona O 2 + UV svetloba O. + O. O 2 + O. O 3 O 3 + O. O 2 + O 2 O 3 + hν O 3 + NO O 2 + O. O 2 + NO 2
Mikrobiologija atmosfere
Bioaerosoli mikroorganizmi, delci, plini ali fragmenti biološkega izvora v zraku najdemo jih povsod nekateri lahko pri dihanju povzročijo bolezni kot so pljučnica, astma, prehladna obolenja in druge respiratorne infekcije, vnetje očesa, prebavne motnje
Neugodne razmere v atmosferi za rast mikrorganizmov V osnovi je atmosfera lahko okolje v katerem mikroorganizmi rastejo (npr. oblak, aerosoli), vendar trdnega dokaza za aktivnost mikrobov v atmosferi ni. Rast v atmosferi je omejevana z: -radiacijo(uv) - nizkimi temperaturami višje v atmosferi - zniževanjem pritiska in s tem tlaka kisika - nizkimi koncentracijami organskih spojin - izsuševanjem
Preživljivost bakterij v zračno suhem stanju 10 6 let corineformne bakterije, G+ nesporulirajoči bacili 10 4 10 5 let aktionomicete, G- bacili, sporulirajoče bakterije 10 3 let Gleocapsa, Hormathonema 200 let Bacillus sp., Clostridium sp. 140 let Nostoc commune 10 70 let Bacilus anthracis 15 let Thermoplasma acidophilum 3 leta Listeria monocytogenes 120 200 dni Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus, Brucella 60 dni Mycobacterium avium 40-50 dni Coxiella burnetti 12 40 dni Campylobacter fetus, Yersinia pseudotuberculosa 12 48 ur Neisseria gonorrhoeae 2-4 ure Klebsiella pneumoniae 18 40 min Treponema pallidum 6 10 min Salmonella typhi 2-6 min Vibrio cholerae
Faktorji, ki vplivajo na obstojnost mikrobov v atmosferi velikost mikroba in aerosola - vpliva na mesto depozicije - vpliva na transport sestava (npr. virusi z lipidnim ovojem bolj občutljivi) zaščitne oblike (npr. spore, ciste, pigmenti vsebnost vlage, rastna faza) higroskopnost sezonski faktorji (npr. padavine) onesnaženje zraka (npr. kemikalije, ki inaktivirajo mikrobe) kemijska sestava aerosola
Vstop mikroorganizmov v atmosfero Mikroorganizmi pridejo v atmosfero: -pasivno(npr. veter dvigne osušeno zemljo, udarec dežne kapljice, penjenje vode, dvigovanje zračnih mehurčkov) - aktivno (npr. pretvorba glikogena v topne sladkorje poveča osmotski pritisk, kar povzroči pokanje trosov, povečanje turgorja in aktivno izbrizgavanje spor)
Diseminatorji razpršilci mikroorganizmov ljudje (npr. kihanje, kašljanje) ventilacijski sistemi vaporizatorji stranišča (npr. spiranje WC školjke) tuši, masažne kopeli, jakuziji vlažne ali mokre kolonizirane površine (npr. vlažne stene) delo v suhih okoljih (npr. presejevanje žit, sesanje, hoja po preprogah, izkopavanje kontaminirane zemlje, rušenje objektov)
Ocenjene povprečne razdalje, ki jih prepotujejo spore po vstopu v atmosfero spore razdalja (m) Helmintosporium 50 Puccinia 80 Agaricus 40 Lycoperdon 100 100 delež spor Puccinia graminis glede na izvor 50 0 0 200 400 600 800 1000 m
Vstop snovi v atmosfero turbulenaca sama po sebi ne more prenesti toplote, momenta ali vlage preko interfaze med atmosfero in vodo ali atmosfero in tlemi, za prenos omenjenih količin v laminarni mejni plasti so potrebni drugi mehanizmi molekularni mehanizmi, kot je molekularna kondukcija in difuzija med površino in laminarno mejno plastjo je najpomembnejši mehanizem prenosa toplote, momenta in vlage 1 cm molekularni prenos turbulentni prenos skupni efektivni turbulentni fluks 0 K m/s 0.2
Nastanek turbulence termika z Upor zaradi trenja, sončno sevanje, evaporacija in evapotranspiracija privedejo do turbulence z različno velikostjo vrtincev
Stabilnost mejne plasti in turbulenca stabilnost atmosfere vpliva na na strukturo turbulence v nestabilni mejni plasti (npr. segrevanje tal prko dneva) je turbulenca povečana in pride do bolj enakomerne porazdelitve momentov, temperature in vlage v stabilni mejni plasti (npr. preko noči) je turbulenca zaradi striga zmanjšana, kar zmanjša izmenjavo s tlemi
Bioaerosoli in okužbe vir bakterije glive protozoji virusi alge artropodi sesalci primer Legionella spp., (Mycobacterium spp.), (Bacillus anthracis), (Brucella spp.) Histoplasma, Alternaria, Pencillium, Aspergillus, Stachybotrys aflatoksin Naegleria, Pneumocystis carinii; pljučnica, Acanthamoeba encephalitis; meningoencefalitis influenca, rdečke, norice, rinovirusi, Hantavirus Chlorococus pršice, feces prhljaj
Rezervoarji za različne bioaerosole virusi: predvsem ljudje, lahko živali nekateri virusi, ki se prenašajo na ta način so zelo pomembni (npr. Lassa Fever Virus in Hantavirus) bakterije: ljudje (npr. TB in Staphylococci) živali (npr. brucella in anthrax) voda (npr. Legionella) tla (npr. klostridiji) glive: tla ali ptiči (npr. Cryptococcus and Histoplasma) mrtev rastlinski material vlažne površine (npr. les ali stene) stoječa voda za oportunistične glive (npr. Aspergillus sp.)
Aerosoli in depozicija v respiratornem traktu aerosoli > 5 µm s z mukusom zadržani v zgornjem respiratornem traktu (predvsem nos), ti delci so v farinksu bodisi izkašljani ali pogoltnjeni večji delci (predvsem vlakna) se mehansko ulovijo na površino respiratornega trakta če pride do bifurkacije zračnega toka pride do trka aerosola s površino, kar je zelo pomembno v bronhijih, na ta način se adsorbirajo predvsem večji delci s sedimetacijo se na površino adsorbirajo večji delci v predelu bronhiolov in alveol
Depozicija aerosolov v respiratornem traktu delci < 5 µm pridejo v spodnji respiratorni trakt, kjer se nalagajo v bronhijih, alveolarnem duktu ali alveolah, ti delci so bodisi fagocitirani ali transportirani do ciliarnega eskalatorja in nato do farinksa pri majhnih delcih prihaja po depoziciji na površini do Brownovega gibanja
Higroskopnost in depozicija aerosolov v respiratornem traktu ko vdihnemo aerosole lahko hidrofilni aerosoli vpijejo vlago in na ta način povečajo svojo velikost pri potovanju po respiratornem traktu povečana velikost pospeši depozicijo H 2 O H 2 O H 2 O
Depozicija aerosolov in kapljic v respiratornem traktu v odvisnosti od velikosti delež depozicije 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 pljuča bronhiji nos Dihanje skozi nos 15 vdihov na minuto, volumen vdihanega zraka 1450 cm 3. Osenčeno področje kaže vrednost za standardno deviacijo, gostota delcev 1 g/cm 3. 0.1 0.01 0.05 0.1 0.5 1.0 5 10 50 100 log premera mikroorganizmov