Flüchtige organische Verbindungen (VOCs)

Flüchtige
organische Verbindungen
(VOCs)
Stefan Smidt
Smidt / BFW
Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft
Organische Komponenten
PAN
DDT
FCKW
PCB
VOC
PAH
PCDD/F
CH4
Flüchtigkeit
Smidt / BFW
Polarität
PER
Die wichtigsten VOCs
Smidt / BFW
PAN
Formaldehyd
Kohlenwasserstoffe
Ethen (reaktiv)
Halogen-KW (persistent)
Persistent (wenig reaktionsfähig) ist nicht
gleich harmlos
stratosphärische Ozonschicht
Treibhausgase
Korrosion der Kutikula
großräumige Verteilung
Akkumulation in Geweben
Smidt / BFW
(DDT - Nahrungskette)
Wenig flüchtige organische Komponenten
Pentachlorphenol
Polychlorierte Biphenyle
Smidt / BFW
Dibenzodioxine, -furane
Allgemeine Relevanz der VOCs
• Hohe Emissionsraten
• große Zahl von
– reaktiven Komponenten
– persistenten / akkumulierenden Komponenten
Smidt / BFW
• ubiquitäres Vorkommen
• Pflanzenschäden sind bekannt
Globale VOC-Emissionen
(Mio Tonnen p.a.)
Isopren
Monoterpene
NMHC
Halogen-KW
250 - 452 1)
128 - 480 1)
96 2)
5 3)
Fehsenfeldt et al. 1992
2) Warneck 1988
3) Midgley 1992
natürlich
anthropogen
Smidt / BFW
1)
Globale Methan-Emissionen
Meszaros 1980
500 - 1000
Seiler 1984
Warneck 1988
318 +- 90
Biogener Anteil: 95-98%
Smidt / BFW
(Mio Tonnen p.a.)
Globale Ozonbildung (Mio t/a)
Primäres CO
Methan
NMVOC
Isopren/Terpene
1600 (40%)
1500 (38%)
500 (13%)
400 (10%)
Summe
4000
Smidt / BFW
Möller (2003)
Emissionen Österreich (Gg)
Gg = 1000 Tonnen
NMVOC
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Umweltbundesamt Wien
Methan
Treibhauspotentiale
Anteile an der globalen Erwärmung
ohne troposphärischen Wasserdampf
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CO2
1 50%
Methan
21 19%
FCKW
mehrere 1000 17%
Ozon (troposphärisch) 2000 8%
Lachgas
206 4%
PAN (CH3COO2NO2)
sekundärer Smogbestandteil
hochreaktives Oxidationsmittel (SH, C=C)
Lebensdauer 1-50 Stunden
Radikalbildner
Konzentrationen:
<< 1ppb (Reinluft) / < 10 (Ballungsräume)
Smidt / BFW
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PAN entsteht aus Acetaldehyd und NO2
CH3CHO + OH*
H2O
CH3 - CO*
CH3COO*2
NO2
CH3COO2NO2
Smidt / BFW
O2
PAN bildet Radikale
PAN + - CH2 = CH2
NO2
CH3 - COO*
CH4
L*
Lipidperoxidation
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CH3*
LH
PAN - Symptome
dunkle Sprenkelung an der
Blattunterseite
Chlorosen, Silberblättrigkeit,
Purpurverfärbung der Blattoberfläche
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Interkostalnekrosen, vorzeitige Alterung
Flagler (1998)
Smidt / BFW
PAN – Symptome an Tabak
Ethen – (C2H4)
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In der Luft reaktiv
Smogbestandteil
Reinluft: wenige ppb
Ballungsräume: > 100 ppb möglich
Das einzige gasförmige Phytohormon
Smidt / BFW
• Beschleunigung der Alterung
• Verstärkter Blattfall
• beschleunigter Fruchtfall
Ethen - Schädigungen
Bildung in der Pflanze bei Stress
Chlorosen, Nekrosen
Einrollen der Blätter
Hemmung des Zell-Längenwachstums
Erhöhte Sensitivität gg. Ozon
Erhöhung der Peroxidaseaktivität
Smidt / BFW
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Flagler (1998)
Smidt / BFW
Ethen - Epinastie an Rose
Formaldehyd (HCHO)
In der Luft reaktiv
Smogbestandteil
Reinluft: wenige ppb
Ballungsräume: > 10 ppb
• Chlorosen u.a. Blattschäden
• Interkostalnekrosen
• Blattrandnekrosen
Smidt / BFW
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•
Chlorkohlenwasserstoffe
• Lipophil, nicht brennbar
• vielfach (sehr) langlebig
• Konzentrationen <0,01 - 0,3 ppb
(Wank/Bayern)
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– TETRA: 80 Jahre
– 1,1,1-Trichlorethan: 2,5 Jahre
– 1,1,2-Trichlorethen: 5 Tage
Chlorkohlenwasserstoffe
Aufnahme via Stomata und Kutikula
Pigmentzerstörung
Beeinträchtigung der Photosynthese
Nadelabfall
UV-Strahlung verstärkt die Wirkung
Smidt / BFW
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Methan
• Globale Emission: 500-1000 Mio. t p.a.
• Quellen:
– anaerobe Gärung, Deponien, Termiten,
Verbrennungen
• an der Photochemie beteiligt
• Konzentration: 1,5 ppm, zunehmend
Smidt / BFW
– reagiert mit OH* zu Ozon
http://www.ipcc.ch/
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Methan – Globaler Trend
Methan
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• Absorbiert IR-Strahlung (Treibhausgas)
• 10-32 x so treibhauswirksam wie CO2
• nicht pflanzengiftig
FCKW (CxFyClz)
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• Reaktionsträge
• Treibhausgase (Beitrag zur globalen
Erwärmung 17-19%)
• Relatives Treibhauspotenzial:
ca. 1.000-18.000
• Indirekte Wirkung über die Beeinflussung
des Klimas
• Zerstörung der Ozonschicht
Ethen
Methan
PAN
PER
TETRA
Wald
toxisch
< 10
1800
<1
<< 3 (24h)
< 0,2
10-10.000
1,000.000
15
6 - 20
25 (24h)
Smidt / BFW
VOC Konzentrationen im Wald und toxische
Konzentrationen (ppb)
De Kok L., Stulen I. (eds.) 1998: Responses of plant metabolism to air pollution and
global change. Backhuys Publishers.
Fehsenfeldt F., Calvert J., Fall R. et al. 1992: Emissions of VOC from vegetation and the
implications for atmospheric chemistry. Global Biogeochemical Cycles 6 (4), 389-430.
Flagler R.B. 1998: Recognition of air pollution injury to vegetation. A pictoral atlas. Air and
Waste Management Association. ISBN 0-923204-14-8. Pittsburgh, Pennsylvania.
Hock B., Elstner E. 1988: Pflanzentoxikologie. Bibliogr. Inst.
Larcher W. 1994: Ökophysiologie der Pflanzen. Ulmer.
Meszaros E. 1980: Considerations sur le cycle d‘origine naturelle et anthropogenique.
Pollution Atmospherique 88, 397-400.
Midgley P.M. 1992: The production and release to atmosphere of industrial halocarbons.
Ber. Bundesges. Phys. Chem. 96, 293-296.
Möller D. 2003: Luft. De Gruyter Berlin, New York.
Österreichische Akademie der Wissenschaften, Kommission Reinhaltung der Luft 1996:
Luftqualitätskriterien VOC. BM f. Umwelt, Jugend und Familie, Wien.
Seiler W. 1984: Contribution of biological processes to the global budget of methane in
the atmosphere. In: Current perspectives in microbial ecology, 468-477. Am. Soc.
Meteorol. Wash. D.C.
Smidt S. 1996: Gefährdung von Waldökosystemen durch flüchtige organische
Verbindungen Z. Pfl. Krankh. Pfl.schutz. 101 (4), 423-445.
Warneck P. 1988: Chemistry of the natural atmosphere. Int. Geophys. Series Vol. 41.
Academic Press New York, London, Tokyo.
Wellburn A.1988: Air pollution and acid rain. The biological impact. Longman Singapore
Publishers Ltd.
Smidt / BFW
Literatur