Zanieczyszczenie powietrza

Powietrze jest mieszaniną gazów, i że jest niezbędne dla życia ludzi, zwierząt i roślin. Dwa główne jego składniki to azot i tlen, które zajmują odpowiednio około 80% i 20%. Do tego dochodzą małe ilości gazów szlachetnych, dwutlenku węgla oraz innych gazów. Ponadto wiadomo, że powietrze zawiera różną, zależną od warunków otoczenia, ilość pary wodnej. To co określamy mianem naturalnego powietrza, utworzyło się w okresie wieluset milionów lat różnorodnych procesów. Naturalny skład chemiczny powietrza podlega wielu różnym wpływom. Mogą to być popioły z wybuchów wulkanów, pyłek kwiatowy lub piasek pustynny, które są przenoszone z wiatrem na tysiące kilometrów. W szczególnych przypadkach powietrze naturalne może być zanieczyszczane z powodu różnorodnej działalności ludzkiej: domowej, rzemieślniczej i przemysłowej.Zanieczyszczeniami powietrza nazywamy wszystkie substancje, które w wyniku naturalnych zdarzeń przyrodniczych lub działalności ludzkiej dostają się w powietrze i doprowadzają do zmiany "klasycznego" składu powietrza. Wiele odczuwalnych zaburzeń i szkód w środowisku wywoływanych jest przez takie zanieczyszczenia uwarunkowane techniczną działalnością ludzi. Pomyślmy tylko o spalaniu węgla, oleju opałowego oraz materiałów pędnych (ropa, benzyna)! Przecież te substancje zawierają siarkę, z której w czasie spalania tworzy się trujący gaz, dwutlenek siarki, niebezpieczny dla życia nawet w względnie niskich stężeniach. W czasie spalania węgla i produktów destylacji ropy naftowej powstają także inne substancje zanieczyszczające powietrze. Tymczasem obecnie, tylko w samej RFN, wędruje w powietrze rocznie w wyniku działalności technicznej znacznie ponad 18 mln ton dwutlenku siarki i innych substancji zanieczyszczających powietrze takich, jak tlenki azotu i tlenek węgla.A oto główne dziedziny działalności ludzkiej powodujące zanieczyszczenie powietrza w Polsce: energetyka zawodowa, energetyka przemysłowa, technologie przemysłowe, kotłownie lokalne i paleniska domowe oraz pojazdy mechaniczne.W dyskusjach nad problemem zanieczyszczenia powietrza używa się szeregu określeń specjalistycznych. Aby można było sformułować właściwe wnioski końcowe, winniśmy przyswoić sobie kilka ważniejszych pojęć będących często w użyciu. Najpierw poznajmy pojęcia emisja i immisja. Wszystkie wyrzuty i wybuchy zanieczyszczające powietrze określamy jako emisję. Może to dotyczyć pyłu, popiołu, gazu lub pary. Odpowiednio są to pyłowe, popiołowe, gazowe lub parowe zanieczyszczenia powietrza. Źródło, które emituje, wyrzuca substancje zanieczyszczające powietrze nazywamy emitorem. Emisje są przenoszone prądami powietrznymi na różne odległości, a więc mogą oddziaływać na przedmioty martwe i istoty żywe. To oddziaływanie nazywamy immisja. Tak więc immisje mogą doprowadzać do uszkodzeń, na przykład roślin. Czy uszkodzenia roślin wystąpią i w jakim stopniu, zależy to od wielu czynników, np. od gatunku rośliny, rodzaju i ilości substancji oddziaływującej, a także czasu działania. Szkody wyrządzone roślinom przez krótkotrwałą, silną immisje nazywa się "szkodą ostrą". Można to odnieść do przypadków zakłóceń produkcyjnych w fabryce, kiedy to w krótkim czasie dochodzi do niekontrolowanego wyrzutu dużej ilości trującego gazu. Natomiast o "szkodach chronicznych" mówi się, gdy rośliny chorują z powodu długotrwałego oddziaływania powietrza z małą zawartością zanieczyszczeń. Jako przykład posłużyć tu mogą chroniczne szkody, które doprowadziły do zachorowań drzew w lasach i osiągnęły rozmiar dotychczas niespotykany.
W latach 60-tych wzmożono starania o zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza pyłami technicznymi. Okazało się jednak, że stosowane rozwiązania były nie do przyjęcia (na dłuższą metę) lub wywoływały nowe, nie znane dotąd problemy. Tak doszło np. do budowy wysokich kominów w celu zmniejszenia zapylenia powietrza w obszarach przemysłowych. Przez to jednak wzrosło zapylenie powietrza na obszarach odległych od przemysłu. Kłopoty trudne do przewidzenia sprawiają także stosowane w przemyśle filtry do wyłapywania pyłu ze spalin. Filtry te wyłapują przede wszystkim pył gruby, natomiast w niewielkich ilościach pył drobny i koloidalny, przez co te ostatnie nie mają później możliwości oblepienia cząstek pyłu grubego i szybkiego opadania razem z nim na ziemię. Tym samym w przestrzeni powietrznej jest coraz więcej niebezpiecznych dla zdrowia cząstek, które mogą przedostawać się z powietrzem do płuc. Poprawy sytuacji można dokonać, ale przez radykalne zmniejszenie emisji substancji szkodliwych, ze szczególnym uwzględnieniem zmniejszenia emisji cząstek drobnych i koloidalnych, a nie przez budowę coraz wyższych kominów.W dyskusjach o zanieczyszeniu powietrza szkodliwymi substancjami często występuje słowo "pył". Istotnie, pył towarzyszy nam wszędzie i zawsze. Jest w domu, w samochodzie, w szkole i w miejscu pracy. Astronauci w czasie 2-ej wyprawy promu kosmicznego "Challenger" w 1983 r. w ciągu pięciodobowej podróży wokół Ziemi nie "oderwali" się od pyłu i obserwowali chmury pyłowe nad wieloma częściami ziemskiego globu. Dowódca lotu, Paul Weitz, mówił, że wygląda to tak, jakby Ziemia z "planety niebieskiej" stawała się "planetą szarą".Powstaje więc pytanie: co to jest pył? Pyłem nazywa się potocznie cząstki stałe zawieszone w powietrzu, o wielkości od 0,0001 do 0,1 mm, przy czym w zależności od ich wielkości mówi się o pyle "grubym", "drobnym" i "koloidalnym". Pył gruby zawiera cząstki o wymiarach 0,01 do 0,1 mm, wymiary cząstek pyłu drobnego mieszczą się w przedziale 0,0005 do 0,01 mm, a pył zwany koloidalnym lub często aerozolowym posiada cząstki o wielkości 0,0001 do 0,0005 mm. Jest zupełnie zrozumiałe, że pył gruby opada szybciej na powierzchnię ziemi niż pył drobny. Najdrobniejsze cząstki pyłu, tzn. pył koloidalny, utrzymują się w powietrzu przez bardzo długi czas. Jednak to wszystko nie kończy naszego krótkiego wglądu w zakres teorii pyłów. Następne pytanie dotyczy pojęcia zanieczyszczenia powietrza. Zwróćmy uwagę na urzędowe rozporządzenia dotyczące tego zagadnienia, np. na "Techniczne przepisy o utrzymaniu powietrza w czystości". W tym rozporządzeniu ocenia się zanieczyszczenie powietrza pośrednio, na podstawie ilości opadającego pyłu, przy czym dla zabezpieczenia przed wzrostem zanieczyszczenia wprowadzono tam graniczne, dopuszczalne wartości opadających pyłów. Tak np. uznaje się za bezpieczny opad pyłu, jeśli nie przekracza on 200 g/m2/rok. Pod pojęciem opad "nieszkodliwy" uważa się wszystkie pyły, w których zawartość substancji szkodliwych, np. ołowiu i jego nieorganicznych związków jest niewielka. Specjalne wymagania obowiązują dla obszarów szczególnie chronionych, np. uzdrowisk. Na tych obszarach dopuszczalna ilość opadów pyłu musi być mniejsza niż 40 g/m2/rok. Przyjrzyjmy się krótko przyczynom występowania pyłów w powietrzu. Już od dawna do naturalnego pyłu składającego się z pyłku kwiatówm, pyłu kosmicznego, pyłu "soli morskiej" zalicza się pył wywiewany przez wiatr z gleby.
Należy tu jednak podkreślić, że bezkrytyczne oznaczanie jakości powietrza za pomocą rocznych przyrostów pnia (słoi) może powodować powstawanie licznych błędów i jeśli ich nie poznamy i nie uwzględnimy, może nas to doprowadzić do nieprawidłowych wniosków końcowych. Błędne interpretacje mogą powstać w szczególności z powodu zmienionych oddziaływań środowiska takich, jak klimat, właściwości gleby, a także sposób zalesienia i nawożenia. W tej zależności ekstremalna susza i związany z nią brak wody w jednym roku, zmniejsza przyrosty pnia na grubość, a więc może doprowadzić do stosunkowo cienkich warstw przyrostu rocznego (słoi). Podobnie silny atak szkodników jest w stanie ograniczyć rozwój drzewa. Jednak roczne warstwy przyrostu pnia (słoje) starych drzew dają dziś informacje o tym, kiedy i gdzie w przeszłości szkodnik występował częściej, co doprowadziło do prawdziwej plagi. Cienkie warstwy słoi dowodzą, że te szkodniki przyczyniają się w długim, około 40-letnim cyklu, do dużych strat gospodarczych.Przedstawiona tu tylko jedna analiza metody, zupełnie jasno ukazuje możliwości powstania błędów oraz ograniczenia jej stosowania. Także analizy chemiczne przeprowadzone w laboratorium, w celu oznaczenia zawartości szkodliwych substancji w powietrzu są często niewiarygodne. Dlatego chemik musi przy tych analizach włożyć wiele dodatkowej pracy, aby mógł wykluczyć możliwe reakcje wykrytych związków z innymi obcymi lub naturalnymi substancjami. Pragniemy podkreślić, że przez pokazanie możliwości powstania błędów przy określaniu jakości powietrza na podstawie rocznych przyrostów pnia (słoi), nie chcielibyśmy was do tej metody zniechęcać. Wprost przeciwnie. Przy uwzględnianiu wielu czynników środowiskowych, praca ta stanie się bardziej interesująca i ciekawsza. Krytyczna ocena i rozważenie wszystkich czynników, przegląd literatury a także, w przypadkach koniecznych rozmowy z leśnikami, poszerzą nasze wiadomości o środowisku, wyostrzą nasze analityczne podejście, a w końcu doprowadzą do wyjaśnienia postawionego problemu: czy i kiedy w danym przypadku istniały w powietrzu szkodliwe substancje na rozpatrywanym przez nas obszarze, które mogły wpłynąć na wegetację drzewa. Sprawność metody badań za pomocą rocznych przyrostów pnia (słoi) będzie zademonstrowana poprzez doświadczenia. Tak było z jedną sosną, u której zaobserwowano w okresie lat 1936 do 1945 silnie zmniejszoną grubość słoi aż do 0,2 mm. Osłabiony przyrost grubości pnia drzewa spowodowany był emisją z nowo uruchomionego zakładu w pobliżu miejsca, gdzie rosły sosny. Po demontażu zakładu w 1946 roku, grubość warstw rocznego przyrostu pnia (słoi) wzrosła do 6,6 mm.Podobnie było z pniami topoli rosnących w otoczeniu cementowni, u których można było zaobserwować wyraźne zmniejszenie grubości rocznych warstw przyrostu pnia, Powód tkwił w dużym zanieczyszczeniu powietrza, wywołanym wzrostem produkcji. Jeszcze dziś można ustalić metodą badania grubości słoi, w którym roku był generalny strajk w Zagłębiu Ruhry. Roczny przyrost z roku 1923 w drzewach tam rosnących jest wyraźnie większy w porównaniu z przyrostem z lat poprzednich i następnych, a to z powodu zmniejszonej ilości dymów w tym "strajkowym" roku.
Porosty jako biowskaźnik zanieczyszczenia powietrza w Świdniku.

Porosty (Lichenes) są niezwykłymi organizmami składającymi się z dwóch części: grzyba i glonu. Takie powiązanie pozwala porostom rosnąć na nagich skalach, drzewach, płotach a nawet na murach domów. Grzyb dostarcza z podłoża, na którym rośnie, wodę wraz z solami mineralnymi oraz chroni glon przed wysychaniem. Glon z kolei, dzięki zdolności do fotosyntezy, produkuje substancje organiczne będące pokarmem dla obydwu organizmów. Porosty mogą również pobierać substancje odżywcze z atmosfery - zawarte w pyłach i gazach, a wraz z nimi związki trujące, akumulujące je w sobie. Z tego powodu porosty okazały się bardzo dobrymi organizmami określającymi zanieczyszczenie atmosfery (biowskaźnikami, bioindykatorami). Głównym źródłem zanieczyszczenia powietrza jest dwutlenek siarki emitowany do atmosfery, produkt spalania węgla, benzyny, ropy.
W Świdniku porosty rosną na czterech typach podłoży. Są to:
1) kora drzew, krzewów (porosty epifityczne - epofity)
2) drewno (porosty epiksyliczne - epiksyle
3) Ziemia (porosty naziemne)
4) skały (porosty naskalne - epifity)
Do monitoringu powietrza wykorzystuje się głownie porosty nadrzewne (epifityczne). Porosty te występują na wszystkich gatunkach drzew. Prowadząc monitoringu powietrza przy pomocy porostów, nie uzyskujemy informacji o składzie powietrza ani o wpływie poszczególnych związków. Otrzymane wyniki są świadectwem kompleksowego oddziaływania mieszaniny szkodliwych związków.
Substancje toksyczne powodują przy oddziaływaniu bezpośrednim na porosty, że najbardziej wrażliwym jest aparat fotosyntetyczny glonów porostowych, w którym chlorofil ulega degradacji i zostaje unieczynniony. Duże stężenie SO2 w krótkim czasie powoduje obumarcie wszystkich glonów w plesze i śmierć porostu. Przy mniejszych stężeniach dwutlenku siarki następują zmiany w budowie wewnętrznej komórek i przepuszczalności błon plazmatycznych, co ułatwia wnikanie toksyn do wnętrza. Pyły, jeśli są emitowane w dużych ilościach, niszczą plechy porostów. Przykład oddziaływania pyłów na rośliny przedstawiamy w doświadczeniu, pt.: Oddziaływanie pyłów na rośliny na przykładzie fasoli.
Obserwacje:
Liście młodej fasoli pokryliśmy gipsem. Po kilku dniach roślina zaczęła obumierać, aż w końcu zginęła.
Wniosek:
Gips, który symulował pyły pokrył liście fasoli i niszczył je mechanicznie; uniemożliwiał wymianę gazową jak i ograniczał dostęp światła do komórek fasoli, co uniemożliwiało przeprowadzenie fotosyntezy, gdyż zabrakło dwóch głównych składników - światła (energii) i CO2.


Skala (Hawkswortha i Rosa)
powrót
Nazwa ta określa wszystkie rodzaje kwaśnych opadów, tzn. kwaśne zanieczyszczenia powietrza, które mogą znajdować się w kwaśnym deszczu, mgle lub też w kwaśnym śniegu. Taki sposób transportowania na ziemię kwasów nazywany jest MOKRĄ DEPOZYCJĄ. SUCHA DEPOZYCJA - to zanieczyszczenia transportowane bezpośrednio na powierzchnię ziemi jako gazy lub pyły bez absorbowania przez nie wilgoci.
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 nie nadającymi 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.