Podstawowe źródła i skutki zanieczyszczenia atmosfery.

Atmosfera ziemska jest to powłoka gazowa otaczająca Ziemię; składa się z mieszaniny gazów, zwanych powietrzem. Atmosfera ziemska nie ma wyraźnie zaznaczonej górnej granicy, lecz przechodzi stopniowo w przestrzeń międzyplanetarną. W atmosferze ziemskiej zachodzą charakterystyczne zjawiska optyczne i elektryczne. Atmosfera ziemska nie jest jednorodna. Zmiana jej właściwości fizycznych i chemicznych wraz ze wzrostem wysokości stanowi podstawę podziału na koncentryczne warstwy (bez wyraźnie zaznaczonych granic). Powszechnie jest przyjęty podział atmosfery ziemskiej wg rozkładu temperatury w zależności od wysokości na: troposferę ; (temperatura maleje niemal jednostajnie ze wzrostem wysokości), stratosferę ; (w dolnej jej części temperatura prawie nie zmienia się z wysokością, w górnej — rośnie), mezosferę ; (temperatura maleje ze wzrostem wysokości) i termosferę ; (temperatura rośnie ze wzrostem wysokości); powierzchnie rozgraniczające te warstwy nazywają się odpowiednio: tropopauza, stratopauza i mezopauza.


Zanieczyszczenia zatruwające atmosferę można podzielić na:
-naturalne zanieczyszczenia powietrza powstałe w wyniku działalności gospodarczej. Powietrze atmosferyczne jest zanieczyszczone pyłami i gazami (sól morska, pyły i gazy wulkaniczne, formy związane z działalnością wiatru, np. piasek z wydm czy pustyń), oddziałują one negatywnie na rośliny, zwierzęta oraz na zdrowie człowieka, powodują niszczenie budynków, maszyn, urządzeń, ubrań itp. Największy udział w emisji pyłów i gazów do atmosfery mają województwa: katowickie 28%, bielskie, konińskie, krakowskie po 5-7%, opolskie, tarnobrzeskie, jeleniogórskie po ok. 4%.
- zanieczyszczenia powstające w wyniku działalności człowieka. Dostają się one do atmosfery w formie pyłów, par gazów. Do nich należą: spalanie paliw (węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego), opad pyłu, którego źródłem jest przemysł głównie hutniczy, elektrownie i gospodarstwa domowe, pył zmieszany w powietrzu (z kominów hutniczych), wzrost stężenia tlenku siarki i azotu, tlenku i dwutlenku węgla, powstających w procesach produkcyjnych, w komunikacji samochodowej, samolotowej, a także z palenisk domowych, zanieczyszczenia radioaktywne pochodzące np. z zakładów przerabiające rudy uranowe, z działalności reaktorów atomowych, ich źródłem są wybuchy jądrowe.
Powietrze atmosferyczne zanieczyszczane jest przez pyły i gazy. Mogą one być transportowane przez wiatr na duże odległości ponad granicami państw- zjawisko to nazywa się transgranicznym przenoszeniem zanieczyszczeń. Bardzo wrażliwe na zanieczyszczenia są porosty, używane jako biologiczne wskaźniki zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego, głównie dwutlenkiem siarki.



DZIURA OZONOWA
Jeszcze 20 lat temu niewielu ludzi słyszało o warstwie ozonowej. Obecnie, dzięki odkryciom naukowców, zdaliśmy sobie sprawę z jej znaczenia dla ochrony życia na Ziemi i z wynikającej stąd konieczności jej zachowania. W wesołych miasteczkach można nieraz spotkać stanowisko e zderzającymi się miniaturowymi samochodzikami. Unosi się tam często charakterystyczny, ostry zapach. To właśnie ozon – niebieskawy gaz o cząsteczkach zbudowanych z trzech atomów tlenu, , a nie jak w przypadku „zwykłego” tlenu atmosferycznego-dwóch. Ozon powstaje m.in. w czasie wyładowań elektrycznych. W wesołym miasteczku samochodziki zasilane są prądem, który dociera do silnika za pośrednictwem długiego pręta przypominającego nieco tramwajowy pantograf. Zakończenie owego pręta, ślizgając się po znajdującej się pod napięciem siatce rozpiętej nad samochodami, powoduje iskrzenie, które jest wynikiem niewielkich wyładowań elektrycznych. Produktem ubocznym tego zjawiska jest właśnie ozon.
Ozon znalazł liczne zastosowania - m.in. jako wybielacz oraz środek do odkażania wody i odświeżania powietrza. Jest też popularnym utleniaczem, czyli substancją posiadającą zdolność wchłaniania elektronów w reakcjach chemicznych. Ozon powstaje w niższych warstwach atmosfery, jako produkt procesów przemysłowych i spalania paliwa w samochodach. Zbyt duże ilości ozonu są niebezpieczne dla roślin i prawdopodobnie mają związek z niektórymi zaburzeniami oddychania.
Rozwój życia na naszej planecie byłby jednak niemożliwy bez tego gazu. Ziemia otoczona jest gruba warstwą ozonu, która zatrzymuje około 2\3 promieniowania ultrafioletowego (UV), emitowanego przez Słońce, przepuszczając tylko część, o odpowiedniej długości fali. Nadmiar promieniowania UV jest szkodliwy dla organizmów żywych, powoduje ścinanie się białka i obumieranie komórek. Z drugiej strony pewna ilość promieni ultrafioletowych jest niezbędna do wytwarzania witaminy D, koniecznej do budowy kośćca. Ozon ma więc duże znaczenie biologiczne, ponieważ reguluje dopływ promieniowania ultrafioletowego do powierzchni Ziemi.
Warstwa ozonowa znajduje się w atmosferze na wysokości od 15-55 km. Nie jest to właściwie czysty ozon , a tylko powietrze o większej zawartości cząsteczek zbudowanych z trzech atomów tlenu. W warstwie ozonowej nieustannie dokonują się przemiany różnych form tlenu .
Już niewielkie dawki promienia ultrafioletowego powodują , że skóra produkuje brązowy barwnik o nazwie melanina , substancję ochronną , która daje efekt opalenizny. Większe dawki promienia ultrafioletowego , zwłaszcza UVB , mają prawdopodobnie wpływ na zwiększoną zachorowalność na raka skóry , kataraktę , która może prowadzić do ślepoty , oraz upośledzenie pracy układu odpornościowego organizmu. Promieniowanie ultrafioletowe niszczy też rośliny , w tym te uprawiane i spożywane przez człowieka. Jego nadmiar nie sprzyja również planktonowi , czyli drobnym organizmom roślinnym unoszącym się w morzach i oceanach.
Ilość ozonu w warstwie ozonowej zależy m.in. od temperatury , dlatego proporcja ta zmienia się zależnie od pory dnia i roku . Wciągu ostatnich kilku milionów lat , aż do niedawna , jeśli pominąć te dobowe i sezonowe wahania ,ilość ozonu utrzymywała się na mniej więcej stałym poziomie.
Od połowy lat 80 naukowcy zaczęli dokładniej przyglądać się warstwie ozonowej . Chodź potocznie nazywane „dziurą” , w rzeczywistości zjawisko to polegało na przerzedzaniu i spłycaniu się warstwy ozonowej , w miarę jak malała w niej liczba cząsteczek ozonu . Ubytki w warstwie ozonowej , że do powierzchni Ziemi docierała większa ilość promieniowania ultrafioletowego . Naukowcy przypuszczają , że proces ten rozpoczął się jeszcze w połowie lat 70.
W 1987 roku samoloty zdolne do lotów na bardzo dużych wysokościach pobrały próbki powietrza znad Antarktydy. Dzięki niej naukowcy dowiedzieli się , że za niszczenie warstwy ozonowej odpowiedzialne są przede wszystkim gazy znane jako freony. Po drugiej wojnie światowej znalazły one bardzo szerokie zastosowanie –m.in. w areozolach, systemach chłodniczych lodówek i zamrażarek, w płynach do czyszczenia i jako środek porotwórczy przy produkcji tworzyw sztucznych . Cząsteczki freonów dostają się do niższych partii atmosfery , gdzie pod wpływem światła ulegają rozpadowi , przy czym jednym z produktów rozpadu jest chlor. Wchodzi on w reakcje chemiczne z ozonem i niejako zabiera atom tlenu z jego cząsteczki. W ten sposób ozon zmienia się w zwykły tlen, a nad Ziemią rośnie dziura ozonowa. Co gorsza, jeden atom chloru może rozbić nawet 100 tys. Cząsteczek ozonu.
Wkrótce naukowcy odkryli, że dziura ozonowa pojawiła się również nad Antarktydą. Dlaczego właśnie głównie tam? Szacuje się ,że okresowo połowa ozonu znika, aby pojawić się kilka tygodni lub miesięcy później . Prawdopodobnie przyczyną tego zjawiska jest struktura chmur . Zimą , przy niskiej temperaturze , kropelki wody budujące chmury zmieniają się w kryształki lodu . Na powierzchni tych kryształków mogą swobodnie osiadać cząsteczki freonu i uwalniać chlor , który wczesną wiosną ze wzmożoną siłą atakuje cząsteczki ozonu. Tak niszczona warstwa ozonowa przepuszcza do powierzchni Ziemi więcej promieniowania ultrafioletowego , co przyczynia się do globalnego ocieplenia klimatu .
W 1987 roku 24 kraje podpisały w Montrealu protokół wzywający do redukcji zużycia freonów . Naukowcy pracowali intensywnie , by znaleźć mniej szkodliwe dla środowiska substytuty tych substancji . Na początku lat 90 zmieniono postanowienia tych umów . Obecnie ustalenia zakładają całkowite wyeliminowanie freonów do 2000 roku. Zakaz objął również inne szkodliwe związki szkodliwe związki –np. bromek metylu . Nie wolno również produkować freonu z myślą o sprzedaży do krajów , które jeszcze nie podpisały porozumienia . Poza tym niewiele można zrobić dla poprawy sytuacji , ponieważ freony mają bardzo długi okres rozpadu i pozostaną w atmosferze jeszcze przez co najmniej 100 lat.

GLOBALNE OCIEPLENIE
Globalne ocieplenie jest prawdopodobnie skutkiem rozwoju przemysłu i motoryzacji. Wprawdzie podwyższenie temperatury jest niemal niezauważalne przez człowieka, ale wpływ ocieplenia na planetę może być katastrofalny w skutkach. Rezultatem ocieplenia klimatu Ziemi mogą być susze katastrofalne powodzie, huraganowe wiatry i pożary. Zauważalne zmiany mogą dotyczyć również świata roślin i zwierząt. Dla naukowców pytanie o przyczyny ocieplenia klimatu i poszukiwanie sposobów przeciwdziałania temu procesowi jest równie ważne jak przewidywanie jego skutków.
Naukowcy dysponują dowodami, że w ciągu ostatnich 100 lat temperatura Ziemi wzrosła o 0,5 stopnia. Obecnie rośnie prawdopodobnie o 0,3 stopnia w ciągu 10 lat. Jeśli człowiek będzie nadal zanieczyszczał atmosferę, w XXI wieku średnia temperatura Ziemi może wzrosnąć od 1 do 5 stopni.
Jedną z przyczyn wzrostu temperatury Ziemi jest nadmierne nagromadzenie w atmosferze pary wodnej, dwutlenku węgla, tlenku azotu, dwutlenku siarki i metanu. Znaczne ilości tych gazów dostają się do atmosfery również w wyniku procesów naturalnych. Jednak za wzrost koncentracji tych związków w atmosferze w ostatnim stuleciu odpowiedzialny jest głównie człowiek. Porównanie sposobu, w jaki nagromadzone w atmosferze gazy oddziałują na bilans cieplny Ziemi do procesów zachodzących w szklarni jest jak najbardziej adekwatne. Atmosfera ziemska, podobnie jak ściany szklarni, przepuszcza krótkofalowe promienie Słońca ( światło i promienie ultrafioletowe ), dzięki czemu znaczna część energii słonecznej dociera do powierzchni Ziemi. Tu zamieniana jest na ciepło czyli promieniowanie długofalowe, które Ziemia wypromieniowałaby z powrotem w przestrzeń kosmiczną, gdyby nie atmosfera, a właściwie para wodna i inne gazy, które są taką samą pułapką dla ciepła jak ściana szklarni.
Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wzrasta także na skutek działalności człowieka. W wielkich miastach przemysłowych ilość CO2 osiąga nawet do 0,05-0,07% ( średnie stężenie CO2 w atmosferze wynosi 0,03%), szczególnie w zimie przy pochmurnej pogodzie. Dwutlenek węgla jest ubocznym produktem spalania drewna i paliw kopalnych – węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego. Uzależnienie naszej cywilizacji od tych paliw jako podstawowego źródła energii w połączeniu z eksplozją demograficzną spowodowały wzrost ilości dwutlenku węgla emitowanego do atmosfery. Ogromne ilości tego gazu powstają również przy wypalaniu lasów – najpopularniejszej w wielu regionach świata metodzie zdobywania nowych pól i pastwisk. Efektem spalania paliw kopalnianych jest również emisja dwutlenku siarki. Silniki wszechobecnych samochodów wytwarzają tlenek azotu.
Efekt cieplarniany wzmagają też inne gazy np.: metan (CH4). Jest produktem beztlenowej fermentacji celulozy pod wpływem bakterii metanowych. Środowiskiem życia tych organizmów są podmokłe gleby, zamulone dna zbiorników wodnych, bagna ścieki komunalne i przewody pokarmowe przeżuwaczy oraz termitów. Część metanu uwięziona jest w regionach polarnych w wiecznej zmarzlinie (stale zamarznięta warstwa gruntu). W miarę ocieplenia klimatu i wytapiania pokrywy lodowej i wiecznej zmarzliny metan jest uwalniany do atmosfery. Istotnym źródłem metanu w atmosferze są również procesy zachodzące w przewodach pokarmowych zwierząt domowych. Szacuje się, że w ciągu ostatnich stu lat ilość metanu w atmosferze podwoiła się.
Globalne ocieplenie klimatu może doprowadzić do topnienia pokryw lodowych. Przypuszcza się nawet, że pęknięcie, które pojawiło się w ostatnich latach w pokrywie lodowej Zach. Antarktydy jest właśnie wynikiem ocieplenia klimatu. Topnienie pokryw lodowych może spowodować podwyższenie poziomu mórz i zagrożenie dla milionów ludzi żyjących na nisko położonych wybrzeżach mórz i w pobliżu ujść rzek. Szacuje się, że poziom morza podnosi się o 6 cm w ciągu 10 lat. Jeśli temperatura na Ziemi będzie nadal wzrastać, miasta takie jak Rotterdam, Londyn, Nowy Orlean czy Wenecja znajdą się pod wodą. Z praw fizyki wynika również, że wzrost temperatury wody powoduje wzrost jej objętości, co może spotęgować efekt wywołany topieniem lodu.
W miarę ocieplania się klimatu wielu regionów nawiedzają katastrofalne susze – obszary te stają się bardziej zagrożone pożarami. Przykładem może trudny do opanowania wielki pożar Parku Narodowego Yellowstone w 1992 roku czy pożary regularnie nawiedzające obszary górskie krajów śródziemnomorskich.
Człowiek spalając coraz więcej paliw, wycinając lasy i zakładając na ich miejscu miasta, zakłady przemysłowe i pola uprawne, przyczynia się pośrednio do globalnego ocieplenia i zmiany klimatu. Charakterystyczne dla obecnych zmian klimatu jest również obserwowane już od pewnego czasu w wielu regionach świata częstsze pojawianie się katastrofalnych huraganów. Wzrost temperatury powoduje też uwolnienie wody wiezionej dotychczas w wysokogórskich pokrywach śnieżnych, lodowcach i otoczonych lodowymi barierami jeziorach, co prowadzi do nasilenia zjawisk powodziowych. . Katastrofalne powodzie mają też związek z wycinaniem górskich lasów. Pozbawione roślinności stoki nie zatrzymują wody, są bardziej podatne na erozję i stanowią zagrożenie dla mieszkańców górskich wiosek i miasteczek. W maju 1998 roku w górach w okolicach Neapolu w płd. Włoszech pod błotną lawina zginęło kilkaset osób. O skali zagrożenia najlepiej świadczy fakt, że góry stanowią 40% powierzchni lądów.
W latach 90-tych społeczność międzynarodowa podjęła dwie próby ograniczenia emisji gazów do atmosfery.
W czerwcu 1990 roku podpisano protokół montrealski, w których państwa – sygnatariusze zobowiązały się do wyeliminowania freonów z użycia do 2000 r. Postanowienia te zostały włączone do ustawodawstwa Unii Europejskiej w formie kilku szczegółowych zapisów. Inicjatywa ta nie została jednak podjęta przez kraje rozwijające się.


SMOG
SO2 i NOx są istotnymi składnikami smogu ( nagromadzenia zanieczyszczeń w dolnych warstwach atmosfery) do którego dochodzi w dużych aglomeracjach miejsko-przemysłowych. Powstawaniu i utrzymywaniu się smogu sprzyjają określone warunki atmosferyczne (meteorologiczne). Głównie mgła , przy której dochodzi do inwersji temperatury powietrza. Inwersja temperatury polega na tym , że powietrze w dolnych warstwach atmosfery jest zimniejsze (cięższe) [ciepło jest zabierane przez kropelki mgły , które ulegają skropleniu] niż w górnych warstwach. Taka sytuacja ogranicza lub uniemożliwia ( eliminuje) prawidłowe mieszanie pionowe powietrza , które to zjawisko jest istotnym mechanizmem samooczyszczania się atmosfery. Smog jest to zanieczyszczone powietrze zawierające duże stężenia pyłów i toksycznych gazów, których źródłem jest głównie motoryzacja i przemysł. Nad miastami unosi się fotochemiczny smog, powstający w wyniku złożonych reakcji chemicznych pomiędzy różnymi zanieczyszczeniami, zachodzących z udziałem promieniowania słonecznego. Według danych ONZ z 1988 roku, aż 2/3 mieszkańców miast na świecie oddycha powietrzem zawierającym niepokojąco wysokie stężenie dwutlenku siarki. Główny składnik smogu - ozon - okazuje się na dużych wysokościach gazem chroniącym życie, jest natomiast prawdziwą trucizną, gdy gromadzi się w niskich warstwach atmosfery. w latach osiemdziesiątych różne kraje podjęły z powodzeniem działania prowadzące do zmniejszenia poziomu zanieczyszczeń atmosferycznych dzięki oczyszczaniu emitowanych gazów, redukcji zużycia energii w następstwie szoku paliwowego i zmniejszeniu zużycia węgla. Podjęto też znaczące wysiłki w odniesieniu do środków transportu, jednego z głównych winowajców zanieczyszczenia atmosfery.
Na ogromnych obszarach Europy Wschodniej i w krajach rozwijających się nie nastąpiła widoczna poprawa jakości powietrza. W Europie Wschodniej znaczenie przemysłu ciężkiego, a przede wszystkim brak odpowiednich przepisów powodują, że w wielkich miastach "czarnego trójkąta" ( Śląsk, Czechy, Zagłębie Ruhry) natężenie emisji dwutlenku siarki pozostaje nadal bardzo wysokie. W krajach rozwijających się przyczyną pogarszania się sytuacji jest przemieszczanie się na ich terytoria staroświeckiego, najbardziej zanieczyszczającego i zużywającego najwięcej energii przemysłu (stalownie, rafinerie) oraz ubóstwo środków na unowocześnianie produkcji.
Jakikolwiek byłby kierunek ewolucji w zakresie usuwania zanieczyszczeń atmosfery, na całym świecie ich obecny poziom często przekracza maksymalne wartości.
Wyróżnia się dwa podstawowe typy smogów :
1. Smog typu Londyńskiego , czyli smog kwaśny , zwany również zimowym.
Smog kwaśny, "siarkawy" (mgła przemysłowa) może wystąpić w zimie przy temperaturze -35C, powoduje ograniczenie widoczności nawet do kilkudziesięciu metrów. Tworzy się on tworzy się w powietrzu wilgotnym i zanieczyszczonym. Głównymi zanieczyszczeniami są: dwutlenek siarki, dwutlenek węgla, pyły. Smog powoduje duszność, łzawienie, zaburzenie pracy układu krążenia, podrażnienie skóry. Wywiera również silne działanie korozyjne na środowisko. Długotrwałe utrzymywanie się tego typu zanieczyszczeń może powodować ostre zatrucia. Najbardziej dramatyczne zdarzenia zanotowano w Londynie w grudniu 1952 r , kiedy w ciągu kilku dni zmarło tam o 4000 osób więcej niż w tym samym okresie w latach wcześniejszych. Były to głównie osoby z przewlekłymi chorobami układu oddechowego i układu krążenia oraz osoby w podeszłym wieku. Powoduje on też choroby roślin niszczenie urządzeń budynków, w tym cennych zabytków kultury.


2. Smog typu Los Angeles o charakterze fotochemicznym , utleniający , określany jako letni.
Smog fotochemiczny, utleniający może wystąpić od lipca do października przy temperaturze 2435C, powoduje ograniczenie widoczności do 0,81,6 km (powietrze ma brązowawe zabarwienie). Głównymi zanieczyszczeniami są: tlenek węgla, tlenki azotu, węglowodory aromatyczne i nienasycone, ozon, pyły przemysłowe. Wszystko to wraz ze spalinami samochodowymi ulega przemianom fotochemicznym Dla wytworzenia się smogu tego typu konieczne jest silne nasłonecznienie powietrza, natomiast ani dym, ani mgła nie mają większego znaczenia.


JAK SIĘ BRONIĆ?
Świadomość powagi problemów ochrony środowiska stale wzrasta. Problemy związane z zagrożeniami wynikającymi z niszczącej działalności człowieka znajdują się w centrum uwagi rządów wielu krajów. Jednocześnie wiele krajów pracuje nad rozwojem alternatywnych źródeł energii – np. energii słonecznej i wiatrowej. Czeka nas jednak długa droga, zanim paliwa kopalne zostaną zastąpione na szeroką skalę przez inne ekologiczne sposoby wytwarzania energii.
Trwa światowa kampania mająca na celu uświadomienie odpowiednim rządom konieczności zaprzestania niszczenia wilgotnych lasów tropikalnych. Niektóre kraje próbują przywrócić równowagę przyrodniczą przez ponowne zalesienie zdewastowanych przez kwaśne deszcze obszarów. Jest to jednak sprawa dość odległej przyszłości, gdyż odtworzenie drzewostanu trwa wiele lat.
Stało się oczywiste, że nie możemy dłużej w dotychczasowy sposób traktować powietrza, którym oddychamy. Ale zagrożenie atmosfery i całego środowiska nieubłaganie trwa. Niezbędna jest więc ścisła kontrola i przestrzeganie zasad ochrony zagrożonego środowiska. Jednak tego nie wszystkie kraje chcą przestrzegać tej zasady tłumacząc się brakiem dowodów wpływu dw. węgla na globalne ocieplenie.

ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA MOŻNA ZMNIEJSZYĆ DZIĘKI:
- modernizacji zakładów przemysłowych i zastosowaniu bezpieczniejszych, mniej szkodliwych dla środowiska i energooszczędnych technologii,
- ograniczeniu strat energii przemyśle i sektorze mieszkaniowym, stosując ocieplanie budynków, mierniki energii, itp.,
- likwidacji indywidualnych palenisk domowych i małych kotłowni opalanych węglem, stosując w zamian ogrzewanie gazowe, elektryczne,
- wykorzystywaniu nowych, odnawialnych źródeł energii, takich jak, np. energia słoneczna, wiatrowa i wodna,
- ograniczeniu emisji dwutlenku siarki ze spalających zasiarczonych węgiel elektrowni i elektrociepłowni poprzez budowę instalacji do odsiarczania spalin,
- zmniejszeniu emisji spalin samochodowych przez konstruowanie silników zużywających mniej paliwa,
- zmniejszeniu toksyczności spalin samochodowych w wyniku zastosowania katalizatorów,
- eliminowaniu ciężkiego transportu w miastach (budowa obwodnic),
- tworzeniu stref dla pieszych w centrach miast i osiedli, zastąpieniu prywatnych wyjazdów samochodowych korzystaniem z miejskiej komunikacji lub roweru.