Atmosferin Başlıca Gaz Kirleticileri

Dünyayı saran atmosferin içerisinde %21 oksijen, %78 azot ve %0,033 karbondioksit vardır. Bunlara ek olarak asal gazlar denilen Argon, Neon, Helyum gibi gazlar da bulunur. Su buharı, havada değişik oranlarda gözlenmekle beraber kuru ve soğuk havada %1 oranında bulunduğu halde, tropiklerde yağışlı periyotlarda %3-4 kadardır.


Hava kirleticilerin çoğu, havaya küçük miktarlarda katılır. Kirleticilerin yoğunluğu değişik biçimde ifade edilir. Örneğin, karbondioksit %0,033 oranında bulunmakla beraber 660 mg/m3 olarak ifade edilir. Karbondioksit havada 0.3 ppm. olarak da gösterilebilir.


Kirleticilerin çoğunun etkisi, bulunduğu havadaki yoğunluğuna bağlıdır. Oran çok yüksek olursa, zararlı etkilerin uzun bir zaman periyodu içinde kronik olarak ortaya çıkması olasıdır.


Total atmosfer kirleticilerinin %90’ı gazlardır. Gaz şeklindeki önemli kirleticiler SO2, NOx, CO, O3, hidrokarbonlar, H2S ve HF’tir.




KARBON TÜREVLERİ




Başlıca karbonlu gazlar CO2, CO, hidrokarbonlar, halokarbonlar ve aldehitlerdir. Karbon gazlarına değinmeden önce mevcut sistemde meydana gelen karbon çevriminden bahsetmek lazım. Karbon molekülünün ekosistem içinde izlediği yolu bilmek bizim karbon türevlerinin etkilerinin anlamamıza yardımcı olacaktır.




Karbon (C) Çevrimi :




CO2 atmosfer, hidrosfer ve litosfer arasında aşağıdaki bir reaksiyonda olduğu gibi değişir:








Karalarda ise CO2 bu erimiş karbonik asitle yüzeysel kayalara etki eder, kalker ve kalsiyum bikarbonat oluşur.






Bu çevrim kısmen enerji akımı ile karıştırılır. Tabiatta karbon kaynakları çok fazla ve çok değişiktir. Bu arada belirtelim ki canlılardaki organik maddelerin esasını oluşturan karbon, atmosferde %0,03 oranında gaz (CO2) halinde veya suda bikarbonat şekli altında erimiş olarak bulunur. Karbon ayrıca litosferde kömür, doğal gaz, petrol veya kireç taşı, biyosferde ise organik maddenin esasını oluşturur.




Biyosferde karbon çevrimi iki esaslı biyolojik olayla koşullandırılmıştır:


1- Fotosentez


2- Solunum




CO2, bitkiler tarafından alınır ve fotosentez sonucu glikoza dönüşür:




veya;








Sonra triozfosfattan itibaren fotosentez veya diğer biyosentezlerle protein, nişasta, yağ ve diğer maddelere dönüşür. Gerekli olan hidrojen, suyun fotolizi ile meydana gelir, çıkan O2 ise atmosfere yayılır. Böylece meydana gelen çeşitli maddeler, hayvan ve bitkilerin besin ve yapı maddelerini oluştururlar.


Diğer taraftan bütün organizmalar solunum yapar, yani oksijen alır ve CO2 şeklinde karbonu geri verir. Ölüm gerçekleşince ölü artıkları her tipten biyoayrıştırıcılarla parçalanır ve mineral madde şekline dönüştürülür. Böylece uzun zincirler oluşur ve burada “C”, CO2 şeklinde tekrar dolaşıma girer (toprak solunumu).


Bazı koşullarda cesetler ve bitki artıkları karbon çevriminde bir yavaşlama getiriler, çünkü bunlar toprağın saprofit mikroflorası ile yeni organik maddelere dönüşürler ve toprak yüzeyinde esmer veya siyah renkte bir tabaka oluştururlar: bu, ayrışması daha zor olan humustur.


Bazen saprofitlerin zinciri, oksijen azlığı yada asitlilik nedeniyle işlemez ve bulundukları yerde organik artıklar turbiyer’leri oluştururlar. Bu durumda çevrimin durması söz konusudur.


Suda biyojen ve kimyasal olarak CO2, CaCO3 şekli altında (kireç, tebeşir veya koral gibi) biriktiği zaman suda karbon çevriminin durduğu görülür: tüf, yosun vejetasyonu ve özel Cyanophyceae ile resifler gerçekleşir.




Karbon Çevriminin Bozulması




Çeşitli şekiller altında fosil yakıtların kullanılması sonucu atmosfere bırakılan CO2, karbonun biyokimyasal çevrimini artan bir şekilde bozmaktadır. Tabloda da görüldüğü gibi biyosferde karbon hareketinin başlıca tabii faktörlerle mukayesesi oldukça anlamlıdır.






Miktar Atmosferdeki ile yenilenen miktar arasındaki ilişki


Atmosfer içeriği 2,8x1012 ton


Fotosentez 1,1x1011 ton/yıl ~26 yıl


Solunum + Fermantasyon 7,2x1010 ton/yıl


Yanmalar 1,5x1010 ton/yıl 185 yıl


Fosilleşme 107 ton/yıl 2,8x105 yıl




Tablo : Biyosferdeki CO2’in hareketi




Tabloyu incelediğimizde görüyoruz ki, endüstriyel CO2 miktarlarıyla biyosferdeki ototrof organizmalar tarafından veya solunum ve tüm canlıların fermantasyonla atmosfere verilen CO2 miktarı birbirleriyle mukayese edilebilir. Öyle görülüyor ki bugün atmosferdeki CO2 miktarını dengede tutan homeostatik faktörler, insanın havaya yaydığı bu gazın miktarını kontrol edilemez bir duruma getirmiştir. Çünkü bu gazın miktarı her gün artan oranlarda atmosfere girmektedir.


Hatırlatalım ki karbon devri, bir çok faktörün birbirine olan etkisiyle koşullandırılmıştır. Örneğin solunum, fermantasyon, volkanizma, fotosentez, okyanuslardaki sedimantasyon ve erime olayları gibi.


Yanmalar sonucu oluşan karbon nereye gitmektedir? Endüstriyel kökenli CO2 gazının büyük bir kısmının emilmesinde okyanuslar esaslı bir rol oynamaktadır. Fakat bitki biyoması dengeleyici faktör gibidir. Atmosferde CO2 miktarı arttıkça fotosentezde de artmaktadır.


Karbonun büyük bir kısmı litosferdeki sedimanter kayalar içinde (20x1015 ton), diğerleri karbon ve fosil hidrokarbon altında (1013 ton) tespit edilmiştir. Diğer taraftan 34,5x1012 ton erimiş CO2 şekli altında okyanus derinliklerinde ve 5x1011 ton hidrosferin yüzeysel tabakalarında tespit edilmiştir. Ayrıca hidrosferdeki organik maddelerin total kütlesi içerisinde, 3x1012 ton karbon bulunmaktadır. Karasal biyomas içerisinde denizlerdeki 10x109 ton CO2’e karşılık 45x1011 ton karbon vardır (Bolin).


Tüm biyosenozu oluşturan çeşitli organizmaların aldığı ve verdiği CO2 miktarı ile karasal biyomlar arasında sıkı bir denge mevcuttur. Fakat denizel çevre söz konusu olduğunda problem sedimantasyon ve erime olaylarından ötürü oldukça karışıktır.


Okyanuslarda gerçekten karbon devri, atmosfer ve karasal ekosistemlere oranla bağımsız bir şekilde gerçekleşir. Aslında biyosferde bulunan CO2’in büyük bir kısmı erimiş bir şekilde hidrosferde bulunur (Bolin’e göre atmosferde 7x1011 tona karşılık 4x1012 ton, yani 60 kat daha fazla). Fitoplanktonlar CO2’i suda erimiş olarak alır ve oksijeni serbest olarak verirler. Buna karşılık zooplankton ve nektonlar (Balık, Mollusk, Cetace-Balinagiller vb. gibi) karbonlu ototroflardan organik şekil altında tespit ederler ve solunumları için, erimiş oksijen kullanırlar. Diğer taraftan suyun derinliklerinde bulunan ölü organik maddelerin fermantasyonu, fitoplanktonlar tarafından absorbe edilmiş olan CO2’in bir kısmı ile yer değiştirir; yıllık olarak 3,5x1010 tona karşılık 4x1010 ton karbon (Bolin, 1970).


Nihayet az miktarda organik madde, ki Bolin tarafından 2,5x106 ton olarak hesaplamıştır, her yıl okyanusların dibinde birikmektedir.


Bu arada okyanuslardaki CO2, havada bulunan CO2 bağlıdır. Gerçekten okyanusların yüzey tabakaları ile atmosfer arasında bir alış veriş vardır. 1956’da CO214 ile yapılan araştırmalarda her yıl 1011 ton CO2 hidrosfere buna karşılık 9x1010 ton karbon da okyanuslardan atmosfere geçmektedir. CO2’in hava ve su arasındaki değişme olayları, deniz suyunda bulunan, karbonik anhidraz tipinde enzimatik bir sistemle kontrol edilir (Berger ve Libby, 1970).


1967 yılında 5,08x109 ton karbon, endüstriyel kökenli CO2 şekli altında atmosfere geçmiştir. Bolin’e göre bu fosil karbonun %60’ı (3x109 ton) okyanuslara geçmiştir. 15x109 tonu atmosferde kalmıştır ve böylece havadaki CO2 miktarı 0,7 ppm. artmıştır. Gene Bolin’e göre %10’luk kısmı biyomasa dahil olmuştur. Gerçekten biyosenozda biriktirilen total organik madde miktarı, havadaki CO2 miktarı artınca artmaktadır. Bilinmelidir ki sınırlayıcı faktörlerin bulunmadığı durumda CO2’in %10 oranında artması fotosentezde %5-8’lik bir artışa başka bir deyişle primer üreticinin artmasına neden olmaktadır. Bolin, (1970) tarafından gerçekleştirilen çalışmalara göre son yüzyılda bitki kütlesi 15x109 artmıştır.


Karbon çevrimi üzerinde kantitatif bakımdan bir takım şüpheler olmasına rağmen görülmektedir ki biyosferin tümünde organik şekli altında tespit edilen karbon üretimi, atmosferdeki birikimden daha fazla bir potansiyel birikime sahiptir.


Tabloya göre verilen miktarla, parametre kaynağından çıkan miktarlar arasında bazen büyük farklar vardır. MIT (Man’s impact on the global enviromenet) eksperlerine göre 703x109 ton karbon kütlesi, deniz çevresindeki ölü organik madde de bulunmaktadır ki bu değer Bolin tarafından kabul edilenden belirli bir şekilde azdır.


Gene bu tabloya göre biomas tarafından oluşturulan karbonun hacmi, atmosferdekinden iki kat daha fazladır.




Kaynaklar Tutulan organik karbon miktarı Yıllık primer üretim


Karasal Biyomlar


Ormanlar 1012 36


Step ve Tundra 314 9


Çöller 59 3


Nemli bölgeler 32 2


Tarımsal sistemler 165 6


Toplam karasal 1582 56


Okyanuslar 703 22


Yanabilir fosillerin kullanılması sonucu biyomasın artması 4


Atmosferin CO2’i 683 -




Tablo : Biyosferde üretilen organik karbon miktarı




Unutulmamalıdır ki insan etkisiyle havaya bırakılan CO2’in denizlerce absorbsiyonu belirli bir hız sınırı içerisinde gerçekleşir. Termodinamik düşünceye göre hidrosferin ilk 60 metresi havadaki CO2’in 1/10’nu emebilir. Bu gazın 200-400 metre gibi daha derinlere difüzyonu daha sonra gerçekleşir.


Dolayısıyla görülmektedir ki endüstriyel kökenli CO2 gazının depolanma hacmi potansiyel depolanmaya göre daha zayıftır. Bunun nedeni bu gazın fazla kısmının kısa bir sürede okyanus tarafından absorbe edilme kapasitesinin sınırlı olmasıdır.




CO2 (Karbon dioksit) :




Bu gaz atmosferin normal bileşiminde 325 ppm.. oranında bulunmaktadır. Hemen belirtmek gerekir ki miktar sabit değildir ve bu yaşadığımız asrın sonuna doğru miktarı durmaksızın artmaktadır. Bunun nedeni fosil yakacakların çok miktarda sivil endüstride enerji elde edilmesi için yakılmasıdır. Bu şekil bir tüketim günümüzde diğer devirlerden daha hızlı bir şekilde gerçekleşmektedir. Bunun sonucu olarak insanlar bugün aşağı yukarı 500 milyon yıl önce oluşan kömür yataklarının bütününe yakın bir kısmını tüketmiş bulunmaktadır. Bugün bile enerjinin büyük bir kısmı (9/10’nu) fosil yakacaklarından karşılanmaktadır. Bu yakacaklardan ise yılda 20 milyar ton CO2 atmosfere bırakılmaktadır; bunun yarısı okyanus ve bitkiler tarafından kullanılır, geri kalanı da atmosfere bırakılır.










G A Z Kirleticinin Şekli Emisyon Kaynağı




Karbondioksit Volkanizma


Canlıların solunumu


Fosil yakacaklar




Karbon monoksit Volkanizma


Patlamalı motorlar




Hidrokarbonlar Bitkiler, Bakteriler


Patlamalı motorlar




Organik bileşikler Kimyasal endüstri


Yanmayan pislikler


Çeşitli yanmalar




Tablo :Atmosferi kirleten gazların kökeni ve tabiatı




12 gram karbon yandığı zaman 48 gram CO2 vermektedir. Böylece 1970 yılında sivil endüstri tarafından tonlarca kömürün ve hidrokarbonların yanması sonucu atmosfere 15.4 milyar ton CO2 bırakılmıştır. Robinson ve Robbins’e göre (1968) canlıların faaliyeti sonucu her yıl solunumla 7.2x1010 ton CO2 atmosfere verilir. Buna karşılık her yıl 11x1010 ton CO2 fotosentez yolu ile primer üreticiler tarafından tüketilir. 1970 yılında yakacaklarla atmosfere bırakılan CO2 miktarı 2.25x1012 olup yılda 2 ppm.’lik bir artış göstermektedir (Johson, 1970). Yanabilir maddelerden açığa çıkan CO2 miktarının 1/3’ü atmosferde kalır, geri kalanı ise biyosferin çeşitli çevrelerinde absorbe edilir.


İşte 100 yıl boyunca endüstri toplumlarınca yanabilir fosillerden atmosfere devamlı verilen CO2 karbonun biojeokimyasal çevrimini bozmuştur. İnsan, volkanizma, fermantasyon ve solunum gibi olaylarla atmosfere verilen CO2 miktarı ile ototrof bitkilerin fotosentez ve sedimantasyon sonucu atmosferden alınan CO2 miktarı arasındaki denge durumuna kendini alıştırmıştır.


Atmosferdeki CO2 miktarının sabit kalmasını sağlayan homeostatik (canlıların iç yapılarını dengeleyen faktörler) faktörlere etkili bir şekilde müdahale edilmekte ve böylece atmosferdeki CO2 yoğunluğunun artmasına yardımcı olmaktadır. Yapılan araştırmalara göre 1880’de atmosferdeki CO2 miktarı 290 ppm. iken bugün 325 ppm..e yükselmiştir, demek ki %10’luk bir artış söz konusudur.


Atmosferdeki CO2 miktarının ortalama artma miktarı 1958 ile 1964 arasında yılda 0,7 veya %0,2 ppm.. olmuştur. Bu 10 yılda %0,2’lik artışı göstererek 23 yılda bu iki katına çıkmıştır.


Bu artış bugün de aynı şekilde devam etmektedir. Sonuç olarak diyebiliriz ki insan tarafından biyosferde karbon devrinin bozulması çok önemli ekolojik bir olaydır.




CO2’in Genel Sıcaklık Üzerine Etkisi




Hidrokarbonların yakılması ve nükleer santraller gibi suni yollarla enerji elde edilmesi ve bunlardan çıkan sıcaklık, karasal yüzeylerde enerji bilançosuna etki eder. Aynı zamanda güneş enerjisi (enfraruj) ile çeşitli teknolojik enerji kaynakları da bugün oldukça gelişmiştir.


Atmosferde CO2 miktarını artması, iklimi bozan bir eleman olarak kabul edilir. Endüstri kökenli CO2’im atmosferde birikmesi bir sera etkisi yapar. Biliyoruz ki atmosfer, güneşten gelen ışınlara karşı saydamdır (geçirgendir), buna karşılık kara ve deniz yüzeylerinden yayılan enfraruj ışınlarını tutar. Bu olay nedeniyle atmosferin toprağa gönderdiği belli spektrum şiddetindeki ışınlar, toprak seviyesinde, daha yüksek derecelerde sıcaklığın tutulmasına yardım eder. araştırmalar bu açıklamaları doğrulamaktadır. Kara yüzeyinde (Ts) ortalama sıcaklığı 13 0C’tır (286 K) [K : Spesifik biyolojik kapasite]. Toprak-deniz-atmosfer sistemin güneş radyasyonuyla bir denge oluşturduğu kabul edilir, yani uzaya doğru yansıyan ışınlarla kaybedilen enerji ile güneş ışınlarıyla taşınmış olan enerji arasında tam bir denge mevcuttur.


Böylece karasal yüzeyin yaydığı sıcaklığı (Te), tayin etmek mümkündür ki bu dünyanın albedosuna, güneş ışınlarına ve Bolzman sabitine bağlıdır.


Hesaplamalar göstermektedir ki Te, -20 0C (253 K) dolayındadır (bu uygulamalardan gerçekleştirilen yeni ölçümlerle desteklenmiş bir değerdir). Ts/Te, “sera emsali” olarak adlandırılır ve kara-atmosfer yüzey sistemi için 1,13’e eşittir.


Svante Arrhenius’a göre atmosferdeki CO2’in 3 katına çıkması halinde, toprak seviyesindeki hava sıcaklığının 9 0C artacaktır.


Plass atmosferdeki CO2 yoğunluğunun artmasına ait sonuçları elektronik hesap makinesi ile belirlemiştir. Buna göre CO2 miktarı 2 katına çıktığında dünya yüzeyinde ortalama sıcaklığın 3,6 0C artacağını aksi halde bu gazın %50 oranında azalması sonucunda ise sıcaklığın 3,79 0C düşeceğini belirtmiştir. Plass, bu gibi sıcaklık değişmelerinin gerçek biyoiklimleri çok fazla etkileyeceğini belirtmektedir.


Troposferin alt tabakalarında, sıcaklığın ortalama 3,6 0C artması, kutuplardaki buzulların erimesine ve bu da denizlerdeki su seviyesinin artmasına neden olacaktır. Buna karşılık sıcaklığın 3,79 0C azalması ise yeni bir buzullaşmaya neden olacaktır.


Biyosferin geçmişinde böyle bir buzullaşma devrelerinin bulunduğu bilinmektedir. Birinci zamandan önce antikambriyende tropikal iklim her 250x106 yılda bir buzul devirleriyle kesilmiş; böylece son 620.000 yıl sırasında aktüel buzul devri çok belirgin 10 devirle ayrılmıştır.


Bu son gözlemler Plass’ı buzul devirlerinin döngüsel özelliklerini açıklamak için yeni bir teori geliştirmeye sevk etmiştir. Bu araştırıcıya göre buzulların maksimum yoğunluğu, hidrosfer kütlesinin %10’na yakın bir kısmı buzul şekli altında olduğu zaman gerçekleşmiştir ve bu sırada CO2, su içerisinde olduğundan daha az tutulmaktadır. Okyanuslar böylece yavaş yavaş içindeki CO2’i kaybederken atmosfer bu gaz bakımından zenginleşmiş ve sera etkisiyle buzul devri sonunda dünyada genel bir ısınma gözlenmiştir.


Plass’a göre, Palezoikte biyosferin tümünnde görülen sıcaklık azalması bu zamanda çok gür bir bitki örtüsünün bulunması ve bitkilerin havadaki CO2’in önemli bir kısmını kullanmasıyla gerçekleşmiştir. Çeşitli organik veya mineral karbon fosilleri şekli altında litosferde birikmesiyle bağlantılı olarak havadaki yoğunluğu, dolayısıyla sera etkisi de azalmıştır.


Birçok araştırıcı, atmosferdeki CO2 miktarının artmasıyla 2010 yılında yeryüzünde ortalama sıcaklığın artacağını ve CO2 miktarının da 2 katına çıkacağını söylemektedirler.


Möller enfraruj ışınlarının absorbsiyonunda ortalama bulut örtüsünü ve ayrıca CO2 ile su buharı arasındaki rekabeti hesaplanmıştır.


Möller’e göre CO2’in 2 katına çıkması ile dünyadaki sıcaklığın ortalamasında 1 0C artma görülecektir.


Manabe ve Wetherald yaptıkları çalışmalarda sadece CO2 değil, aynı zamanda su buharı ve ozon dolayısıyla bulutluluk da atmosferin radyasyon dengesini bozduğunu belirtmişlerdir. Araştırıcılar burada mutlak veya nispi nem kullanarak sonuçların çok farklı olduğu göstermişlerdir. Sera etkisi ayrıca havadaki su buharı yoğunluğuna da bağlıdır. Atmosferdeki nispi nemin belirli bir dağılışı için sıcaklık dengesinden 2 defa daha hassas olduğu hesaplanmıştır. Manabe atmosferdeki CO2 miktarının 2010 yılında 325-380 ppm..e çıkacağını belirtmektedir; bu da dünya ortalamasından 0,8 0C’lıkbir sıcaklık yükselmesine neden olacaktır. Buna karşılık atmosferin yukarı tabakalarından stratosfer de önemli bir soğuma görülecektir.


Rasool ve Schneider’e göre genellikle 15μ dalga boylu etkili enfraruj ışınları içeren atmosferde CO2 yoğunluğunun artması sera etkisinin azalmasına neden olur.


Bütün bu olaylarda farklı enlem dereceleri ve yüksekliklerdeki hava sıcaklığının düzenlenmesine karışan atmosfer olaylarının tümünü hesaba katmak ve özellikle meteorolojik olayların dinamik görünümünü önemle göz önünde bulundurmak gerekir. Atmosfer hareketlerinin değişik yüksekliklerdeki hava tabakalarını karıştırdığı ve sıcaklık gradyanına etki yaptığı göden uzak tutulmamalıdır.




CO (Karbon monoksit) :




CO düşük yoğunluklarda bile insanlar ve hayvanlar için çok zehirli olan renksiz ve kokusuz bir gazdır. Ancak yüksek zehirlilik belirli bir şekilde fizyolojik etki ile sonuçlanır. Çünkü canlıda ve özellikle insanda CO ve hemoglobin birbirlerini kuvvetli bir şekilde etkiler, kandaki hemoglobin CO’i oksijeni aldığından 250 kat daha çabuk alır. Bu nedenle ortamda CO varsa kişi CO’i tehlikeli etkileriyle beraber alır. Ev ve çadırlarda yakıtların tamamen yakılmaması sonucu oluşan CO’i soluyan insan sonunda boğularak ölür.


Karbon monoksit atmosferi kirleten gazlar arasında en bulunanı ve en yaygın olanıdır. Kaynama sıcaklığı –192 0C’dir. Renksiz ve yanıcı bir gazdır. Yanma ürünü CO2’dir. Yoğunluğu hava yoğunluğunun %96,5 kadardır. Bu nedenle atmosferin alt kısımlarında bulunur.


CO miktarı tabii koşullarda atmosferde çok az olup bulunma miktarı 0,1-0,2 ppm.’dir. Troposferin tümünde ortalama CO oranı 0,12 ppm.’dir (Junge, 1971).


Robbins ve arkadaşları (1968) Kuzey Yarım Küre’nin en ücra köşelerinde 0,025 ppm., Cavenagh ve arkadaşları (1969) Alaska’da 0,055-0,260 ppm. miktarlarında CO tespit etmişlerdir. Robbinson ve Robbin ise Güney Pasifik’te 0,06 ppm. CO tespit etmişlerdir.


Bugün çeşitli tabii kaynakların sayımı sonucunda, biojeokimyasal etkenlerle ne kadar miktarda CO üretildiği tam olarak tespit edilememiştir.




CO Kaynakları :




Atmosferdeki CO’in %90’nı doğal kaynaklardır ve geri kalan %10’luk kısmı yangın ve otomobillerden veya tamamen yanmayan organik maddelerden gelir.


Volkanizma, okyanuslar, oksijensiz bazı fermantasyon çevreleri (bataklık, bentik yerler), troposferdeki bazı elektrik yüklerinin boşalması, orman yangınları, çalılıkların ya insanlar tarafından yakılması ya da kendiliğinden yanması, CO’in başlıca oluşum kaynaklarını oluşturmaktadır.


Bununla beraber deniz canlılarının CO’un tabii olarak oluşumuna etkileri olmaktadır. Gerçekten Phaephyceae’ler (Esmer Alg) bu gazı üretmektedir.


Neocystis cinsi su yüzündeki kısımlarıyla 800 ppm.. CO üretir. Ayrıca Wittenberg (1960), Barham ve Wilton (1964) göstermişlerdir ki Physalia physalis ve diğer Siphonophora’ların pnömatoforlarının içinden devamlı olarak CO çıkmaktadır (bu hayvanlar pnömatoforları sayesinde okyanusların üzerinde yüzen medüzler grubuna ait koloniler halinde yaşayan Knider’lerdir; bunlar önemli miktarlarda CO çıkarırlar; bu gaz derinin iç çeperindeki epitel doku tarafından çıkarılır).


Jaffe CO’in çeşitli biyolojik kaynaklarını, bu gazın başlıca okyanuslardaki sularda doymuş halde bulunmasına bağlarlar. Swinnerton ve arkadaşları, CO’in tabii kaynağının başlıca okyanuslar olduğunu belirtmektedirler. Buna göre okyanuslar yılda 9x106 ton CO üretmektedir. Bu miktar diğer teknolojik kaynakların %5’ine karşılıktır.


Swinnerton ve arkadaşları, deniz yüzeyindeki tabakalarda CO yoğunluğunun değişik olduğunu göstermişlerdir. Eğer okyanuslardaki sular bu gaz kaynağı gibi hareket etmiş olsalardı, normal miktarın 10 katı üzerinde bir ağırlıkta olurdu.


Son zamanlarda CO’in üretiminde tabii diğer bazı olayların bulunduğu gösterilmiştir. Örneğin bitkilerin oksidasyonu ve uçucu terpenleri dışarı yaymaları sonucu yılda 61x106 ton CO atmosfere verilmektedir. Weinstock ve Niki çok miktarda CO’in stratosferde oluştuğunu göstermişlerdir. C14’ten oluşan kozmik ışınlar, suyun foto ayrışması ile oluşan OH’ın bulunmasıyla, CO2 oluşumundan önce, CO tarafından tutulmaktadır. Bu araştırıcılar atmosferin yüksekliklerinde CO oluşumunun şu reaksiyona bağlı olduğunu göstermişlerdir:








Sonradan CH3’ün değişmesiyle CO meydana gelir. doğal kaynaklardan atmosfere karışan CO, antropojenik kaynaklardan atmosfere karışan 10 kat daha fazladır. %77’si metanın oksitlenmesinden meydana gelir (yılda 3.300 ton kadar). Reaksiyonda meydana gelen CH3 (metil) radikali daha ileri giden bir takım reaksiyonlarla oksitlenir ve CO meydana gelir. bu reaksiyonlarda CH3 radikalini meydana getirmek için gerekli O2 atomu ve hidrojen radikali de şu reaksiyonla meydana gelebilir:








Weinstock ve Niki çeşitli jeokimyasal süreçler sonucu oluşan CO miktarının, yanmalar sonucu oluşandan 15 defa daha fazla olduğunu düşünmektedirler.


Bu hipotez yüksek atmosferdeki fizik teorilerine dayanmakla birlikte, bugünkü birçok araştırıcı, yanmaların büyük rolü olduğunu kabul etmekte ve CO’ın bu yolla havaya geçtiğini belirtmektedir.


Benzin motorları da CO gazının ana kaynağını oluşturmaktadır. Sadece Amerika’da her yıl otomobillerden 102x106 ton CO atmosfere verilmektedir. Maksimum miktarda CO, araba motoru henüz soğukken (ilk çalıştığı zaman) veya çok zengin bir karışımla çalıştığı zaman olmaktadır. Bir aracın 23 dakikada ürettiği CO’in %80’i yola çıktığı ilk 3 dakikada olmaktadır. Bu gaz otomobilden çıkan gazın %11’ni oluşturmaktadır.


1000 lt benzin yandığı zaman 290 kg. CO, 33 kg. yanmamış hidrokarbon (PAN), 11 kg. NO2, 1 kg. SO2 oluşmaktadır. CO çok zehirli bir gazdır, çünkü solunum hücrelerini bloke ederek enfarktüse neden olabilir. Ayrıca otoyollarda otoların egzozlarından çok miktarda kurşun tetraetil’de atmosfere yayılmaktadır.


Diğer CO kaynakları, odunun yakılmasından kaynaklanmaktadır. Kömürün yanması ve orman yangınları yılda 7,2x106 hektarı bulmaktadır (tablo).


Kaynak Yılda ton olarak tüketilen Tılda ton olarak yayılan CO miktarı


Benzin 379x106 193 x106


Kömür 3074 x106 12 x106


Odun (yanabilir) 466 x106 16 x106


Atıkların yakılması 500 x106 25 x106


Orman yangınları 7 x106 * 11 x106


Toplam 257 x106


(*) Her yıl yanan milyon hektar alan




Tablo : CO’in suni emisyon kaynaklarının biyosfer ölçeğindeki değerleri (Robinson ve Robbins, 1970).




Atmosferdeki CO yoğunluğu, troposferin alçak tabakalarında coğrafi bölgelere göre çok değişmektedir. Şehir bölgelerine 1970 yılında ölçülen CO değerleri 1-140 ppm. arasındadır. Kirlenmemiş yerlerde ise CO değeri örneğin Kuzey kutbunda 0,2 ppm. ,Güney Kutbunda ise 0,06 ppm.’dir.


Büyük şehirlerde ölçülen ortalama değerler toprak seviyesinde ortalama 20 ppm. kadardır. Bununla birlikte bu gaz atmosfere kolaylıkla yayılmaktadır; yoğunluğu bir apartmanın 12. katında çok azalmaktadır. Bu arada zehirleyici yoğunluk, şehirlerde otomobil sayısının fazlalaştığı yol kavşaklarında görülmektedir ki buralarda CO yoğunluğu 100 ppm. olarak ölçülmüştür. Örneğin İtalya ve Fransa’yı birbirine bağlayan Mont Blanc Tüneli’nde (32 km) bu oran 295 ppm. olarak tespit edilmiştir.




Atmosfere Yönelik CO




Yılda atmosfere bırakılan CO miktarı 250x106 ton olarak ölçülmüştür. Bu da yılda atmosferdeki CO miktarının 0,04 ppm. arttığını göstermektedir. Atmosferdeki CO’i çekecek antogonistik olaylar olmadığı için bugün bu miktarın 1 ppm. olduğu kabul edilmektedir.


Kesin olmamakla birlikte araştırıcılara göre, CO’ın atmosferde kalma süresi 0,1-5 yıl arasındadır.


CO gazı, biojeokimyasal bir süreçle atmosferin yüksek kısımlarında genellikle 100 km üzerinde CO2’e dönüşmektedir. Ancak bunun çok fazla bir önemi yoktur.




Olay Niki ve Weinstock’a göre şöyle olur.








Bu arada, bu CO’in atmosferdeki yoğunluğunda canlıların büyük rolü olmaktadır. Inman ve arkadaşları topraktaki çeşitli bakterilerin, CO’i etkili bir şekilde absorbe ettiğini ve CO2’e veya metana dönüştüğünü göstermişlerdir.


Örneğin Bacillus oligocarbophillus, aerobik bir bakteridir, Closteridium welchii ise anaerobik bakteridir ve karbon kaynağı olarak CO’i kullanırlar.


Metan bakterisi Methanosarcina barkerii ve Bacterium formicum CO’i metana veya CO2’e dönüştürmektedir. Inman ve arkadaşları 2-17 mg/h/m3 toprağı, mikroorganizma türleri ile CO2 ve diğer bileşiklere dönüştürmüşlerdir; bu olay 80 ppm. CO içeren bir atmosferde gerçekleştirilmiştir.


Bitkiler solunumla önemli bir süreç oluşturarak atmosferdeki CO’i elimine ederler. Az miktarda yoğunluğu zararsız olan bu gaz, azot metabolizmasıyla ilişkiye girer ve yüksek bitkilerde belirli bir zehir oluşturur.


Bitki, solunumla atmosferdeki CO’i kullanmada önemli bir potansiyel süreç oluşturur. CO, normal yoğunluklarda olduğu zaman bitkiler için zararlı değildir, fakat azot metabolizmasıyla birlikte en yüksek miktarlarda bir zehir etkisi yapar ve solunum sürecini inhibe eder.


Ayrıca bu durum CO’in, klorofil (porfirin) ile olan reaksiyonunda gözlenmiştir, fakat bunun CO2’e dönüşümü pek iyi bilinmemektedir, ancak bitkiler devamlı bir şekilde CO’i kullanmaktadır.




CO’in İnsan Üzerine Etkisi




CO’in insan üzerindeki öldürücü etkisi, kandaki hemoglobinle (Hb) reaksiyona girmesidir. Hb’nin canlı vücudundaki normal görevi, oksijeni akciğerden alıp O2Hb (oksihemoglobin) şeklinde vücuttaki hücrelere ve hücrelerde meydana gelen CO2’i CO2Hb şeklinde alıp akciğerlere taşımasıdır. Hemoglobin O2 ve CO2 ile reaksiyona girdiği gibi CO ile de reaksiyona girer ve karboksihemoglobin (COHb) verir. Böylece COHb haline gelen hemoglobinin, oksihemoglobin (O2Hb) haline gelmesi ve hücrelere yeniden normal O2 taşıması çok güçtür. Çünkü aynı koşullarda hemoglobin CO ile reaksiyona girme eğilimi, O2 ile reaksiyona girme eğiliminden 250 defa fazladır. Böylece COHb’in O2Hb haline son derece zor olup belirli bir yoğunluğa ulaşan COHb’in canlının ölümüne neden olmasıdır. Yapılan çalışmalar COHb’in %2 yoğunluklarda pek bir zararı olmamaktadır. Ancak %2,5 COHb yoğunluğu insanda görme ve işitme bozuklukları gösterebilir ise de, %5’likbir COHb yoğunluğu kalp ve akciğer hastalarına çok zararlı etkisi olmaktadır. COHb yoğunluğu %10-85 arasında olduğunda baş ağrısı, halsizlik, solunum güçlüğü ve sonuçta koma ve ölüm gerçekleşir.




HİDROKARBONLAR




Hidrokarbonlar, karbon ve hidrojen içeren bileşiklerdir ve sayıları on binlerle ifade edilecek kadar çoktur. Bunların bir kısmı oda sıcaklığında gaz, bir kısmı sıvı ve bir kısmı da katıdır. Hidrokarbonların bu fiziksel durumları içerdikleri “C” sayısı ile yakından ilgilidir.


“C” sayısı 1-4 arasında olanlar oda sıcaklığında gaz, “C” sayısı 5 ve daha yakın olanlar sıvı veya katı halde bulunabilir, fakat çok sayıda “C” içeren bileşikler genellikle katıdır.


Atmosfer kirlenmesine neden olanlar daha çok oda sıcaklığında gaz ile sıvı veya katı olup ta buhar basıncı yüksek olan hidrokarbonlardır.




Hidrokarbonlar alifatik ve aromatikolmak üzere ikiye ayrılır:


1. Alifatik Hidorkarbonlar : Benzen çekirdeği içermezler. Örneğin; metan, etan, propan, etilen, asetilen gibi.


Alifatik olanlarda ikiye ayrılır:


- Doymuş Hidrokarbonlar


- Doymamış Hidrokarbonlar


Doymuş Hidrokarbonlarda, her “C” atomu 4 başka atomla bağ oluşturur.


Doymamış Hidrokarbonlarda ise her “C” atomu 2 veya 3 başka atomla bağ oluşturabilir (etan, asetilen gibi). Yani doğmamış hidrokarbonlar, iskeletinde 2 “C” atomu arasında en az bir çift veya üçlü bağ içeren maddelerdir.




C=C veya C≡C gibi.




2. Aromatik Hidrokarbonlar : Bir veya birden fazla benzen çekirdeği içerenler. Örneğin; benzen, toluen, naftalin gibi.




Hidrokarbonlar, tabii olan ve olmayan kaynaklardan yayılır.




Tabii Kaynaklar




Vejetasyonun yaydığı tabii terpen tipi hidrokarbonlardır. Bitkiler tarafından yılda atmosfere 3x1014 kg. monoterpen veya izoterpen








(2-metil-1,3 butadien) yayarlar.




İzopren, doğal koşullarda kauçuğun ana maddesidir. Terpenler yağ şeklinde maddelerdir ve bitkilerde glikolizin ara devrelerinde asetil CoA’dan sentezlenirler, dolayısıyla sekonder bir metabolizma ürünüdür. Suda erimezler, karbon sayısı 5’tir.








Terpenler karbon sayısına göre:


- Monoterpen : “C” sayısı 5 = İzopren


- Seskiterpen : “C” sayısı 15


 Triterpen : “C” sayısı 30


 Tetraterpen : “C” sayısı 40


 Politerpen : “C” sayısı ([C5]n) burada n>10’dur.




Terpenler zehirlidir ve bitkiyi düşmanlarından koruyucu bir özelliğe sahiptir.


Bu gaz halindeki hidrokarbonlar Konifer Ormanlarından çam kokusuna (α pinen (terebentin yağının ana maddesi) ve β pinen) ve sıcak günlerde bu ormanların üzerinde mavi renkte bir pusun oluşmasına neden olur. Dolayısıyla hava kirliliğinin doğal şekilleridir. Yapraklardan izopren emisyonu fotosentezde asimile edilen karbonun önemli bir miktarını oluşturur. Örneğin Kavak ve Meşe ağaçlarının yapraklarında tespit edilen karbonun 30 0C’de %2’si izopren olarak serbest bırakılır. Güneşteki yapraklar gölgedeki yapraklardan daha fazla izopren sentezlerler ve izopren sentezi yaprak sıcaklığı ve su stresi orantılıdır. İzopren emisyonunun yüksek sıcaklıklarda fotosentez zarlarını stabilize eder bitkiyi yüksek sıcaklıktan korur.


Tabii hidrokarbonlara ayrıca süberin (C5H8), yağ türevi maddeler, karotenoidler, reçine, kauçuk ve uçucu yağlar eklenebilir.




Tabii Olmayan Kaynaklar




Suni kaynakları şöyle sıralayabiliriz :


Patlamalı motorlar, endüstriyel bölgelerden, meskenlerden, biyolojik reaksiyonlardan (mikrobiyal bozulmalar, mayalardan buharlaşma ile kömür yatakları, petrol ve doğalgaz yatakları, otomobillerin egzozlarından buharlaşma ile yayılan hidrokarbonlar alifatik ve uçucu hidrokarbonlardır ve havadaki miktarı 4 mg/m3’tür.


Bu arada hidrokarbonların büyük bir kısmı tam yanmayan karbüran’lardır ve bir kısmı dizel veya benzinli motorlardan çıkar. Ayrıca ısınmak için kullanılan fueloillerden %12,5 oranında hidrokarbon yanmadan atmosfere geçer.


Tam yanmayan maddelerde hidrokarbonları sentezler. Bunlar doymamış hidrokarbonlar olan olefin’ler veya alken’lerdir. Alifatik bileşikler özellikle petroldeki ağır yağların sıcaklık etkisiyle parçalanması sırasında güneşsiz ve çok kirli şehir havasında PAN’ın (peroksi açil nitrat) görünmesiyle oluşur.


Tam yanmayan maddeler arasında çok tehlikeli kanserojen polisiklik hidrokarbonlar oluşur. Örneğin; benzo-3,4-piren (en tanınanı), benzantrasen, fluoranten, kolantren vb. gibi. Bu maddeler dizel motorlardan ve daha az olarak ta otomobillerin dumanlarında ve katranda bulunurlar.


Kanserojen hidrokarbonların atmosfere karışması, bugün hızlı trafik düzeni içerisinde otomobil, otobüs, kamyon gibi taşıtların artması sonucu gerçekleşen kaçınılmaz bir durumdur ve atmosfer kirliliğinin diğer nedenlerini oluşturur. Özellikle dizel motorlar, aromatik ve siklik hidrokarbonlarla kirlenmede, benzinli motorlardan daha önemli kaynaklardır. Bugün Avrupa’da dizel motorlara konan özel bir aletle, çıkan duman oranı minimuma indirilmiştir. Ayrıca karbüratörleri iyi ayarlanmış dizel motorları çok fazla kirletici olmamaktadır.


Amerika’da yapılan araştırmalar sonucu her yıl 32x106 ton hidrokarbon atmosfere verilmektedir. Bunun yarısı patlamalı motorlardan, %27’si çeşitli kaynaklardan ve %17’si de endüstriden gelmektedir.


Bir otomobil motoru çalıştığı zaman km.de ortalama olarak havaya 2 gr hidrokarbon, 30 gr CO ve 4 gr NO2 vermektedir.




HALOKARBONLAR (XC) (KLOROFLOROKARBONLAR)




Stratosferdeki atomik klorun kaynağı halokarbonlardır. Halokarbonlar stratosfere troposferden, troposfere ise çeşitli endüstri kaynaklarından özellikle kozmetik sanayiinden geçer. Bunlar sprey kullanımında itici gaz olarak kullanılırlar. Ayrıca soğutucularda ve plastik üretiminde kullanılır (Halonlar). Bu maddeler aerosol tüplerinde püskürtücü (propellant) olarak kullanılır. Halokarbonlar oda sıcaklığında gaz halinde bulunurlar, bunlar freon gazları da denir.


Örneğin:




CFCI3 : Freon-11 CF3CI : Freon-13


CF2CI2 : Freon-12 CFCI2CF2CI : Freon-113




Bunlardan en çok kullanılanı da Freon-11 ile Freon-12’dir. Halokarbonlar hiçbir kimyasal reaksiyona girmedikleri halde, fotokimyasal reaksiyonlara girerler ve atomik klor verirler.






İşte ozonun parçalanmasına neden olan atomik klor bu şekilde meydana gelir ve bu ozonla reaksiyona girerek ozonu parçalar ve O2 oluşur. NO gazı da klora benzer şekilde davranır.






NO, 15-20 km.nin üzerinde uçan süpersonik uçakların (Concord, TU-114) egzozundan çıkar.




ALDEHİTLER




Akrolein, çok zehirli ve rahatsız edici bir bileşiktir. Bu madde yalnız fabrikalar çevresinde değil, aynı zamanda tam olarak yanmayan çeşitli maddelerden çıkan gazlarda bulunur. Petrol rafineleri, yanan pisliklerin (artıkların) küllerinde, önemli miktarda bu maddeye rastlanır. Ayrıca patlamalı motorlardan da bu madde atmosfere bulaşır. Diğer taraftan sigara içenler bu maddeyi fark etmeden almaktadır. Sigaradaki benzopiren maddesi, kromozomlardaki genleri bozduğundan kansere neden olmaktadır

*