Zanieczyszczenia powietrza (efekt cieplarniany, dziura ozonowa, kwasne deszcze)

Zanieczyszczenia powietrza.

• Dziura ozonowa
• Kwaśne deszcze
• Efekt cieplarniany

Dziura ozonowa

Oprócz światła widzialnego, Słońce wytwarza, m.in. niewidoczne dla oka ludzkiego promieniowanie ultrafioletowe (zwane też nadfioletowym). Jest ono niebezpieczne, ponieważ uszkadza materiał genetyczny komórek skóry, w wyniku, czego przyspiesza ich starzenie się. Może także wywołać zmiany nowotworowe (raka). Ultrafiolet jest też zabójczy dla innych organizmów, np. dla drobnych glonów, które tworzą poziom producentów w ekosystemach morskich. Większa część promieniowania nadfioletowego jest zatrzymywana w górnych partiach atmosfery, bogatych w ozon - alotropową odmianę tlenu złożoną z trzech atomów. Warstwa ozonowa rozciąga się na wysokości ok. 20-35 km, zawiera jednak mało ozonu - przy temperaturze i ciśnieniu panującym na powierzchni Ziemi miałaby grubość zaledwie kilku milimetrów. Regularne badania nad grubością warstwy ozonowej rozpoczęto dopiero w latach osiemdziesiątych za pomocą satelitów. Stwierdzono, że w pewnych miesiącach ilość ozonu, zwłaszcza nad Antarktydą, maleje. Dalsze badania wykazały, że dziura ozonowa w ciągu ostatnich kilkunastu lat znacznie się powiększyła. Co więcej, niepokojący spadek zawartości ozonu w atmosferze zaobserwowano także na innych szerokościach geograficznych, m.in. nad Polską. Na podstawie danych obserwatorium w Arosa oszacowano zmiany grubości warstwy ozonowej nad Szwajcarią od 1926 roku. Stwierdzono, że warstwa ozonowa zaczęła się kurczyć od 1976 roku w tempie 2,9% co 10 lat. Grudniowa "Wiedza i Życie" podaje, że dziura ozonowa nad Antarktydą jest gigantyczna i wcale nie chce się zmniejszać. Na szczęście jest to spowodowane wybrykami natury - wybitnie ostrą zimą na Antarktydzie. Ta sama sytuacja zdarzyła się niedawno nad Arktyką. Przyszłość rysuje się jednak w jasnych barwach, ponieważ emisja freonów powoli, ale systematycznie maleje. Do pełnego odbudowania warstwy ozonowej zostało jeszcze ok. 20 lat (powinniśmy, więc dożyć do tej pięknej chwili).
Chlor rozkłada ozon do zwykłych, dwuatomowych cząsteczek tlenu. Część chloru, docierającego do górnych warstw atmosfery, pochodzi z gazów wulkanicznych. Wyjątkowo duże ubytki w warstwie ozonowej w latach 1992-1993 przypisuje się wcześniejszemu wybuchowi wulkanu Pinatubo na Filipinach. Ale tak silne wybuchy wulkanów zdarzają się rzadko, warstwa ozonowa zaś maleje w stałym tempie. Głównym źródłem chloru niszczącego warstwę ozonową są freony - związki organiczne, zawierające chlor i fluor (można się także spotkać z nazwą związki chlorowcoorganiczne). Do niedawna były one powszechnie stosowane do wyrobu farb, kosmetyków, lakierów i innych produktów w rozpylaczach (aerozolach). Sprężonymi gazami, dzięki którym tworzyła się mgiełka toaletowa były właśnie freony. Używa się ich również w instalacjach chłodniczych, m.in. w lodówkach i zamrażarkach, a także do wyrobu pianek poliuretanowych, np. styropianu. Freony są niepalne i w normalnych warunkach nieaktywne chemicznie. Jednak wysoko w atmosferze rozkładają się pod wpływem ultrafioletu, wydzielając chlor. Podczas międzynarodowej konferencji w Montrealu w 1987 roku postanowiono, że należy obniżyć produkcję freonów o 50% do 2000 roku. Wiele krajów, w tym USA, zakazało używania freonów w aerozolach. Ozon w górnych partiach atmosfery jest niezbędny dla istnienia życia, ale w bezpośrednim kontakcie z organizmami jest dla nich szkodliwy. Cząsteczki ozonu są bardzo aktywne chemicznie i uszkadzają komórki, np. roślin albo płuc. W dolnych warstwach atmosfery ozon powstaje przede wszystkim w reakcjach spalinowych (tlenków azotu i niektórych węglowodorów) pod wpływem promieniowania słonecznego. Dlatego jego większe stężenie jest największe wokół ruchliwych dróg podczas ładnej, słonecznej pogody.

Kwaśne deszcze

Źródłem kwaśnych deszczów, zagrażających zarówno lasom jak i zabytkom, jest zanieczyszczenie atmosfery. Te żrące opady są rezultatem reakcji z udziałem lotnych węglowodorów, dwutlenku siarki, tlenków azotu emitowanych przez przemysł, elektrownie cieplne, transport i rolnictwo. Woda zawarta w chmurach, przepływająca ponad fabrykami, nasyca się wyrzucanymi w powietrze substancjami chemicznymi. Dalsze reakcje prowadzą do powstania kwasów:
a) z dwutlenku siarki (SO2) powstaje ostatecznie kwas siarkowy (H2SO4)
b) z tlenków azotu powstaje kwas azotowy (HNO3).
Szkodliwe substancje wędrują z wiatrem w postaci zawiesiny i opadając z cząsteczkami wody na ziemię, uszkadzają wiele ekosystemów.
Gleby - zwłaszcza pozbawione wapnia z przyczyn naturalnych, jak w Kanadzie czy Skandynawii, gdzie warstwa ziem spoczywa na granitowym trzonie - stają się niezdatne do uprawy. W wyjałowionych jeziorach giną ryby. A przede wszystkim - ginie las.
Mechanizm wpływu kwaśnych opadów na niszczenie lasów strefy umiarkowanej jest jeszcze mało znany. Prawdopodobnie opłukiwanie drzew kwaśnymi deszczami pozbawia je wapnia i magnezu, co w niektórych przypadkach powoduje żółknienie liści, w innych - opadanie igieł. Ponadto woda w kwaśnym odczynie rozpuszcza zawarte w glebie sole glinu, tworzące skały osadowe w rodzaju gliny a uwolniony w tych procesach glin zatruwa korzenie. świadomość skali zniszczeń pojawiła się w latach siedemdziesiątych, gdy dotknęły one wiele krajów od Europy po Amerykę Północną. W Niemczech, gdy pierwsze oznaki wystąpiły w Czarnym Lesie i w Bawarskim Parku Narodowym, syndrom nazwany został Waldsterber (czytaj, Waltsterber) czyli śmierć lasu a Zieloni zareagowali szeroką ofensywą przeciw przemysłowcom - trucicielom. We Francji dysponującej największą w Europie powierzchnią zalesienia, szkody są relatywnie mniejsze. Lasy francuski są głównie liściaste (dęby i buki) i rosną powyżej 700 m.n.p.m. Natomiast kwaśne deszcze atakują głównie drzewa iglaste na wysokości od 700 do 1100 m.n.p.m.
Kwaśne deszcze nie są przypuszczalnie jedyną przyczyną ginięcia drzew, ale zapobieganie im wymaga rozwiązań w skali międzynarodowej, ponieważ są często skutkiem zanieczyszczeń pochodzących z krajów sąsiednich. Lepiej, jak Francja, być ustawionym na wiatry wiejące w przeważającej mierze znad Atlantyku niż na pochodzące z Polski czy WNP, których ciężki przemysł emituje znaczne ilości dwutlenku siarki. W Szwecji narażonej na działanie z Wielkiej Brytanii, Polski, Niemiec (zwłaszcza z dawnej NRD o przestarzałym przemyśle) uszkodzonych i zniszczonych jest prawie 61% powierzchni leśnych. Nie lepiej usytuowana jest Norwegia.
Na międzynarodową solidarność w tej dziedzinie nie ma, co liczyć. Ani Wielka Brytania ani Stany Zjednoczone nie podpisały protokołu Konferencji helsińskiej z 1984r., którego celem było ograniczenie emisji dwutlenku siarki. Wielka Brytania, której przemysł często przestarzały - jest drugim, co do wielkości producentem toksycznych gazów, znajduje się w paśmie dominujących wiatrów zachodnich. Uwalniają ją one od 2/3 zanieczyszczeń (jedynie 36% powierzchni leśnych jest zagrożonych) podobnie uprzywilejowane są Stany Zjednoczone ze względy na wiatry "eksportujące" ich kwaśne deszcze ku Kanadyjskim równinom, Atlantykowi i słabo zaludnionym Górom Skalistym.
Perspektywy poprawy pozostają, więc niepewne. źródłem niepokoju staje się wreszcie produkcja szkodliwych gazów w krajach ubogich. O ile ilość dwutlenku siarki maleje ze zmniejszeniem zużycia węgla i produktów ropopochodnych przez przemysł, o tyle zanieczyszczenie tlenkami azotu stale rośnie ze względu na nasilający się ruch samochodowy.
Kwasy: różnorodne formy ataku. Podczas Międzynarodowej Konferencji w Sprawie środowiska Człowieka, zorganizowanej przez ONZ w 1972r. w Sztokholmie, szkody wywołane przez kwaśne deszcze oceniono jako niepokojące. Zjawiska te, mogące przybierać formę kwaśnego śniegu lub mgły, zagrażają szczególnie północno wschodnim regionom Stanów Zjednoczonych, południowo wschodniej Kanadzie i Skandynawii gdzie uszkodzonych jest 56% powierzchni lasów, i Niemcom. Kwasowość opadów bywa porównywalna z kwasowością cytryny. Japończycy stwierdziwszy liczne przypadki podrażnień, wywołanych zanieczyszczeniami atmosferycznymi, obawiają się, że mogą one stać się przyczyną wzrostu zachorowań. W każdym razie - atak kwasów nie oszczędza ani przyrody, ani zabytków, co w tym ostatnim przypadku zagraża światowemu dziedzictwu kulturowemu.
Z powodu kwaśnych deszczów na niebezpieczeństwo narażone są już najdziksze zakątki kuli ziemskiej.Zaniczyszczone są nawet góry, które powinna chronić ich wysokość. W Alpach gdzie żyje 3.5 tyś gatunków dzikich zwierząt i w których 1/3 flory ma charakter endemiczny.
SO2: lista zagrożonych miast. Dwutlenek siarki jest uważany za jedną z głównych przyczyn kwaśnych deszczów. Jego źródłami są paleniska przemysłowe i domowe oraz silniki benzynowe i Diesla. Dzięki wysiłkom w zakresie redukcji stopnia zanieczyszczenia kraje bogate potrafiły zmniejszyć emisję tego gazu, rośnie ona natomiast w krajach biednych. Stężenie SO2 jest również uzależnione od położenia miasta. W tej chwili miasta położone na półkuli północnej są na czele listy zagrożonych tym typem zanieczyszczeń.

11 Miast o największym stężeniu SO2.
Stężenie w mg/m3
Nowy Jork 55
Londyn 55
Bruksela 59
Zagrzeb 60
Glasgow 62
Frankfurt 67
Madryt 71
Paryż 83
Rio 114
Seul 150
Mediolan 190
Kwaśne deszcze zasilając jeziora i rzeki, przenoszą truciznę dalej, zabijając po drodze wszelkie mikroorganizmy. Naukowcy oceniają, że w samych tylko USA i Kanadzie 50.000 jezior będzie biologicznie martwe do roku 2000. Te wszystkie zakłócenia naturalnej równowagi atmosfery mogą prowadzić do zagłady naszego świata.
Emisja dwutlenku siarki SO2 z terenu Polski w roku 1987 do 1989 utrzymywała się na poziomie około 4 milionów ton rocznie, co stanowiło około 10% emisji tego gazu w Europie. Jedynie były Związek Radziecki i była NRD miały emisję wyższą a łączna emisja dwutlenku siarki z tych trzech państw stanowi aż 45% emisji Europejskiej. Nieco mniejszy jest udział Polski w zanieczyszczeniu atmosfery tlenkami azotu. W latach 1987 do 1989. Emisja ta wyniosła około 1.5 miliona ton rocznie, co stanowiło około 7% emisji w Europie. W tym przypadku łączny udział wszystkich państw bloku wschodniego nie przekraczał 40% emisji Europejskiej. Tak, więc w ostatnich latach dokłada się wszelkich starań, aby kwaśnych deszczów było jak najmniej, poprzez ograniczenie emisji dwutlenku siarki i tlenków azotu.
Kwaśne zanieczyszczenia powietrza są powodowane głównie przez cztery rodzaje gazów:
tlenki siarki - SxOy
- głównie SO2, który wydobywa się w czasie spalania paliw kopalnych tj. węgla, ropy, gazu ziemnego, jak również z wód morskich, wulkanów i rozkładu materii organicznej. Zanieczyszczenia te głównie są spowodowane przez huty, koksownie i elektrownie węglowe;
tlenki azotu
-NxOy lub NOx - około 50% z nich pochodzi ze źródeł naturalnych,W Europie - tylko 10 % jest pochodzenia naturalnego. 90% wytwarza się podczas wysokotemperaturowego spalania paliw kopalnych np. w elektrowniach węglowych, koksowniach i w transporcie;
węglowodory CxHy
- pochodzące z silników spalinowych;
ozon O3
- stężenie ozonu przy powierzchni ziemi jest niewielkie, przy połączeniu z NOx, węglowodorami CxHy powiększa się, przez co staje się szkodliwe;
Wyżej wymienione gazy tworzą kwasy, łącząc się z kroplami wody znajdującymi się w powietrzu (mokra depozycja) lub też opadają na ziemię tworząc kwasy na drzewach, w wodzie i glebie. Sucha depozycja zanieczyszczeń występuje zazwyczaj w pobliżu ich źródeł, natomiast mokra depozycja może mieć miejsce w odległości ponad 1000 km od miejsca jej powstania. Kwaśne deszcze nie dość, że zanieczyszczają powietrze, to mają również szkodliwy wpływ na roślinność, zwierzęta a także na człowieka.
WPŁYW NA ROŚLINNOŚĆ
Kwaśne deszcze powodują obumieranie dużej ilości drzew, a także niszczenie runa leśnego. Drzewa mają uszkodzone liście, co powoduje nadmierne parowanie wody i zakłócenia w procesie fotosyntezy - skutkiem, czego jest ich mała odporność na warunki klimatyczne. Poza tym, kwaśne deszcze zakwaszają glebę, co przyczynia się do uaktywnienia glinu i kadmu, a także do nagromadzenia azotanów i siarczanów, w wyniku, czego korzenie roślin mają zmniejszoną możliwość pobierania wapnia, magnezu i potasu ( niezbędnych składników odżywczych), których na skutek wymywania ich przez kwaśne deszcze występuje niedobór. Przez to korzenie zamierają, a roślina ginie. Przykładem tego jest żółknięcie i utrata igieł u świerka w Europie środkowej. Po raz pierwszy zauważono zjawisko degradacji lasów pod koniec lat 70 w Bawarii; na początku lat 80 ok. 25% wszystkich lasów europejskich zostało uznanych za umiarkowanie lub poważnie uszkodzone.
WPŁYW NA ZBIORNIKI WODNE I ZWIERZĘTA
Kwaśne deszcze, a także inne kwaśne opady dostają się do jezior, rzek i tym podobnych zbiorników, powodując ich zakwaszenie i czyniąc je nienadającymi się dla ludzi i zwierząt. Szkodliwe substancje do zbiorników mogą dostawać się w dwojaki sposób, tzn. bezpośrednio lub też są wymywane z sąsiednich terenów. Glin, który zostaje wymyty z gleby jest szczególnie niebezpieczny dla ryb, gdyż kumuluje się on w ich skrzelach uniemożliwiając oddychanie. W ekosystemach słodkowodnych podłoże tworzą skały granitowe, które są wysoce odporne na wietrzenie, to też kwaśny deszcz nie jest neutralizowany w glebie, co powoduje wysokie zakwaszenie jezior oraz cieków. Ryby - zwłaszcza pstrągi i łososie - przestają się rozmnażać i stopniowo giną w kwaśnej wodzie.
Skutki tego są widoczne w:
SZWECJI - gdzie zostało wyeliminowanych wiele gatunków ryb w około 20 tysiącach jezior;
NORWEGII - gdzie kwas zatruł 165 tys. km2 jezior.
WPŁYW NA BUDOWLE I RÓŻNE MATERIAŁY
Kwaśne opady - szczególnie depozycja siarki - przyspieszają wietrzenie budowli zbudowanych z piaskowca czy wapienia. Poza tym zanieczyszczenia oddziaływują szkodliwie na tworzywa sztuczne, witraże, a nawet na metale, powodując ich korozję. Zniszczeniu ulegają obrazy, litografie i sitodruki w galeriach sztuki, muzeach i bibliotekach. Biblioteka Brytyjska wydała milionów funtów na nowe instalacje klimatyczne, aby zabezpieczyć zbiory przed szkodliwymi zanieczyszczeniami; wymiary pomnika Abrahama Lincolna stojącego nieopodal lotniska Waszyngtona od 1922 r. w ciągu 60 lat zmniejszyły się o 8 mm z każdej strony.
WPŁYW ZAKWASZENIA ŚRODOWISKA NA ZDROWIE LUDZI
Smogi powstające przy dużym stężeniu SO2 , CO2 i pyłu węglowego w wilgotnym powietrzu przyczyniają się do powstawania chorób układu oddechowego i układu krążenia, a nawet mogą prowadzić do śmierci. Kwaśne deszcze zakwaszają również wodę pitną, co powoduje wzrost w niej różnych metali ciężkich prowadzących do wielu chorób, tj.:
KADM - uszkadza układ wydalniczy
GLIN - uszkadza kości i mózg
OŁÓW - uszkadza układ nerwowy
Kwasy znajdujące się w wodzie pitnej niszczą również instalacje wodociągowe tzn. powodują jej korozję, co z kolei łączy się z ogromnymi wydatkami na ten cel. Kwaśne deszcze są problemem ogólnoświatowym. Niosą ze sobą wiele zniszczeń i mają wpływ na każdy aspekt naszego życia. Przyczyną ich tworzenia się jest głównie działalność człowieka i tylko on może powstrzymać ich ekspansję. Powinno stać się to w przyszłości jednym z głównych celów ludzi żyjących na Ziemi.
Temat: Efekt cieplarniany
Na czym polega efekt cieplarniany?
Atmosfera ziemska zatrzymuje promieniowanie słoneczne niczym szyby szklarni. Słońce ogrzewa ziemię, a powstałe w ten sposób ciepło - w postaci promieniowania podczerwonego, gdyż gazy cieplarniane pochłaniają je i częściowo kierują znów ku ziemi, powodując dalsze nagrzewania się jej powierzchni.
Ze wszystkich gazów wytwarzanych przez ludzkość dwutlenek węgla jest głównym sprawcą efektu cieplarnianego. Gwałtowny wzrost jego koncentracji w atmosferze następuje wskutek spalania drewna i paliw pochodzenia organicznego: węgla kamiennego, ropy naftowej i gazu ziemnego.
W atmosferze zidentyfikowano ponad 30 gazów szklarniowych. Największe znaczenie mają: dwutlenek węgla (C02), metan (CH4), ozon (03), tlenki azotu oraz freony. Bardzo wysoka temperatura warstwy powierzchniowej Słońca (ok 6000K) powoduje, że emituje ono energię w postaci bardzo krótkich fal o dużej częstotliwości.
Ta wysoka częstotliwość umożliwia energii słonecznej łatwe przenikanie przez warstwę gazów szklaniowych. Część energii odbija się od powierzchni Ziemi w niezmienionym stanie i ucieka w przestrzeń kosmiczną.
Większość jednak pochłaniana jest przez glebę, którą ogrzewa. W efekcie dochodzi do wtórnej emisji energii przez glebę.
Powierzchnia Ziemi wysyła jednak energię w postaci znacznie dłuższych fal. Są to tak zwane fale podczerwone, które mając dużo mniejsze zdolności przenikania, w większości ulegają odbiciu od warstwy gazów szklarniowych. Powracają następnie w kierunku Ziemi i ponownie ogrzewają jej powierzchnię oraz dolne warstwy atmosfery. Proces ten umożliwia zatrzymanie przy powierzchni Ziemi części ciepła otrzymanego z promieniowaniem słonecznym, tak, że jej średnia temperatura wynosi obecnie + 15 C. Brak gazów szklarniowych pozwoliłby na uchodzenie energii cieplnej, a średnia temperatura spadałaby do -20 C. Zamarzłyby oceany i życie uległoby zagładzie. Ludzkości grozi jednak odwrotny proces. Rozwijający się przemysł powoduje wzrost koncentracji gazów szklarniowych w atmosferze.
Udział dwutlenku węgla w powstawaniu efektu cieplarnianego wynosi 50 procent. Na drugim miejscu jest metan (18 procent). Jest go dużo mniej w atmosferze, ale pochłania 30 razy więcej promieniowania podczerwonego. Trzecie miejsce zajmuje ozon (12 procent). Jego trójatomowe cząsteczki są 2000 razy efektywniejsze od dwutlenku węgla. Sześcioprocentowy wpływ przypisuje się tlenkom azotu. Na piątym miejscu lokują się freony, których ilość w atmosferze jest niewielka, ale są one 10 do 20 tysięcy razy efektywniejsze w pochłanianiu ciepła od dwutlenku węgla
Ogólnie wzrost temperatury nad lądem będzie większy niż nad oceanami. Przewiduje się:
- przesunięcie stref klimatycznych i progresywne ograniczenie powierzchni lasów borealnych, wyeliminowanie zbiorowisk tundry i rozszerzenie areału pustyń i stepów. Lasy borealne, tundra oraz ekosystemy stref suchych i półsuchych są szczególnie wrażliwe na zmiany klimatu. Można się spodziewać przesunięcia granic stref klimatyczno-roślinnych o kilkaset kilometrów ku biegunom. Spowoduje to rewolucję w rolnictwie, ponieważ głównie rejony upraw w strefie umiarkowanej przesuną się na terytorium środkowej Kanady i Syberii, charakteryzujące się nieodpowiednim dla intensywnej produkcji rolnej glebami.
- odtajenie wiecznej zmarzliny na obszarach tundry w Azji i Ameryce Północnej, co spowoduje dodatkową produkcję gazów cieplarnianych
- wzrost poziomu mórz i oceanów, nawet o 40 metrów do roku 2030, na skutek topienia się olbrzymich mas lodów pokrywających Antarktydę i Arktykę. W Polsce zagrożone są między innymi: Szczecin, Koszalin, Słupsk, większość Gdyni i Gdańska oraz Elbląg. Do dziesięciu państw świata najbardziej zagrożonych wzrostem poziomu oceanu światowego należą: Bangladesz, Egipt, Indonezja, Malediwy, Mozambik, Pakistan, Senegel, Tajlandia i Gambia. Jest ironią losu, że najmniej odpowiedzialni za zmiany globalne klimatu i ich rezultaty będą najdotkliwiej ponosić ich skutki
Zanieczyszczenie atmosfery to tylko jeden z przejawów dewastowania naturalnego środowiska. Dodać do tego należy masowe wylesianie, zagładę całych gatunków zwierząt oraz zatruwanie rzek, jezior, mórz i oceanów. Każde z tych zjawisk jest poddawane wnikliwej analizie i proponuje się różne środki zaradcze. Ponieważ są to problemy ogólnoświatowe, wymagają też ogólnoświatowych rozwiązań. Zazwyczaj wszyscy się zgadzają, co do istoty trudności oraz sposobów ich przezwyciężania. Rokrocznie rozbrzmiewają apele wzywające do działania. I rokrocznie prawie nic się nie zmienia.