Efekt cieplarniany, kwaśne opady (deszcze), eutrofizacja wód i dziura ozonowa

To zjawisko spowodowane nadmierną zawartością dwutlenku węgla w atmosferze, który działa na podobnej zasadzie, co szklane ściany w cieplarniach. Światło słoneczne przedostaje się przez atmosferę i ogrzewa powierzchnię Ziemi. Następnie odbite ciepło ponownie promieniuje w górę. Część ciepła opuszcza atmosferę, ale większość jest zatrzymywana przez gazy cieplarniane ( m.in. dwutlenek węgla) i wraca na Ziemię. Ten naturalny proces reguluje temperaturę naszej planety.

Gdyby nie to zjawisko, temperatura na Ziemi wynosiłaby minus 18C. Zaburzeniem jest, więc nie zjawisko jako takie, lecz jego nasilenie w wyniku działalności człowieka. Od początku rewolucji przemysłowej w ziemskiej atmosferze wzrosła znacznie zawartość gazów powodujących efekt cieplarniany, czyli tzw. gazów cieplarnianych. Im więcej gazów, tym silniej zatrzymywana jest energia, która powinna być wyemitowana i tym silniejsze jest nagrzanie planety. Obecnie ocieplanie się klimatu naszego globu, jest wynikiem rosnącej ilości pary wodnej w atmosferze oraz takich gazów jak: dwutlenek węgla, metan, freon, podtlenek azotu i ozon troposferyczny. Coraz lepiej tez poznajemy dziedziny działalności człowieka, w wyniku których te gazy powstają. Około 80% dwutlenku węgla pochodzie ze spalania paliw kopalnych (węgla i ropy naftowej) a 20% z karczowania lasów. Metan pochodzi w zasadzie z uprawy ryżu i hodowli (fermentacja karmy roślinnej w układzie trawiennym trzody i bydła). Podtlenek azotu dostaje się do atmosfery ze spalania biomasy i wysiewu nawozów na grunty uprawy, natomiast freon z produkcji aerozoli i lodówek. W końcu - wzrost ilości ozonu w atmosferze jest rezultatem procesów fotochemicznych.
Ogólnie można stwierdzić, że narastania efektu cieplarnianego powodowane jest poprzez emisje dwutlenku węgla i innych gazów powstających przy spalaniu. W ostatnim stuleciu emisje te znacznie się nasiliły. Zostało to powodowane przez wzrost uprzemysłowienia, rozwój energetyki, motoryzacji, a także na skutek rabunkowego wycinania puszcz tropikalnych i lasów. Wszystkie te procesy w przyszłości mogą w konsekwencji spowodować globalne ocieplenie. Jak więc przeciwdziałać powstawaniu efektu cieplarnianego? Otóż należy kontrolować ilość dwutlenku węgla wprowadzanego do atmosfery. Kontrola ta może polegać jedynie na zmniejszaniu emisji dwutlenku węgla do atmosfery oraz na sprzyjaniu już wprowadzonego dwutlenku węgla. W tym przypadku jednym skutecznym procesem jest fotosynteza. Zagrożenie globalnym ociepleniem nie oznacza, że wszystkie regiony globu znajdą się w strefie ciepłego klimatu z łagodnymi zimami. Paradoksalnie są miejsca, których mieszkańcy muszą się liczyć z inwazją chłodu. Naukowcy przestrzegają, że dotyczyć to może Wysp Brytyjskich i Skandynawii, gdyż efekt cieplarniany wydaje się mieć coraz większy wpływ na prądy oceaniczne, w tym tak witalny dla Europy Zachodniej Golfsztorm. W 1997 roku, oceanograf Wallace Broecker powiedział, że gdyby utrzymał się wpływ Golfsztormu, temperatura zimy spadłaby na Wyspach Brytyjskich średnio aż o 11ºC, przesuwając takie wiele miast do warunków panujących na Arktyce. Dramatyczny spadek temperatury byłby katastrofą dla rolnictwa i zagroziłby samowystarczalności żywnościowej Europy.



Kwaśne deszcze

to popularny sposób nazywania całego zakresu efektów - kwaśnych opadów. Mam tu na myśli kwaśne zanieczyszczenia powietrza, które mogą się znajdować nie tylko w deszczu, ale mogą występować jako kwaśna mgła, czy tez śnieg.

Mieszkańcy Ziemi nie mogą zrezygnować z dobrodziejstw cywilizacji ,a ich produkcja wymaga wkładu energii, uzyskiwanej głównie ze spalania paliw kopalnych . Proces ten uwalnia do atmosfery siarkę w postaci dwutlenku siarki SO . Siarka dostaje się do atmosfery także drogą naturalną - wskutek wybuchów wulkanicznych , z oceanów oraz wskutek niektórych procesów zachodzących w glebie. Również tlenki azotu zanieczyszczają powietrze, ale w odróżnieniu od siarki pochodzą one przede wszystkim z powietrza, gdzie powstają wskutek reakcji azotu i tlenu . Jednakże największym źródłem tlenków azotu w atmosferze są spaliny samochodowe . Chociaż tlenki siarki i azotu powstają w konkretnych miejscach , nie oznacza to wcale , że tam pozostają - wędrują one bowiem wraz z masami powietrza na znaczne odległości . Dwutlenki siarki i tlenki azotu tworzą , w kontakcie z wodą, silne kwasy - siarkowy i azotowy . Dzieje się tak np, gdy tlenki te rozpuszczają się w kropelkach wody w atmosferze . Kiedy następnie pada deszcz lub śnieg , zanieczyszczenia spadają na ziemię i na roślinność w postaci opadu zwanego "depozycją mokrą" . Wymienione tlenki mogą osiadać na cząsteczkach pyłu ,zawieszonego w powietrzu, a te z czasem opadają . Mówi się wtedy o "depozycji suchej". Całe zjawisko łączenia się w/w tlenków z wodą i dostawanie się w ten sposób kwasów do wód, gleb i organizmów żywych określa się ogólnie nazwą "kwaśnego deszczu" .
Cechą charakterystyczną kwasów jest to, że uwalniane są z nich jony wodorowe (H). Stężenie jonów wodorowych w cieczy jest miarą kwasowości , co się zazwyczaj określa przez podanie tzw. wartości pH. Niska wartość pH oznacza , że stężenie jonów wodorowych jest wysokie (woda jest wtedy kwaśna). Woda "neutralna" ma wartość pH równą 7.
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 (SO) powstaje ostatecznie kwas siarkowy (H SO )
b) z tlenków azotu powstaje kwas azotowy (HNO ).
Kwaśne deszcze powstają w wyniku reakcji zachodzących w chmurach .
W zależności z jakiego gazu powstają różnie przebiegają te reakcje .
Oto one :
1.Kwas siarkowy .
Tak powstaje kwas siarkowy(IV) :
SO + H O --> H SO
Często reakcje przebiegają jednak inaczej i powstaje kwas siarkowy(VI) :
2 SO + O --> 2 SO
SO + H O --> H SO
2.Kwas azotowy .
2 NO + 2 H O --> 2 HNO + H

Wśród składników kwaśnych deszczy bezpośrednio dla człowieka najbardziej niebezpieczne są jony metali ciężkich i azotanowce. Metale łącząc się z grupami tiolowymi białek mogą powodować groźne choroby, np.
Pb - schizofrenię i niektóre nowotwory,
Cd - zanik mięśni, nadciśnienie i nowotwory gruczołów rozrodczych,
Ni, Cr i Co - nowotwory,
Cu - uszkodzenie wątroby, nerek i naczyń włosowatych,
Zn - leukocytozę, kasze, uczucie wyczerpania.
Azotany(III) stwarzają niebezpieczeństwo methemoglobinemii, porażają obwodowe naczynia krwionośne i powodują spadek ciśnienia tętniczego krwi.

Problem zanieczyszczenia powietrza i zakwaszenia nie jest tylko problemem Polski .
Oczywistym rozwiązaniem jest zmniejszenie emisji zanieczyszczeń powietrza przez zmniejszenie zużycia paliw. Są dwie główne drogi prowadzące do tego celu: oszczędne gospodarowanie energią i innymi zasobami , a także użycie możliwie najlepszej techniki spalania i oczyszczania. Jakość powietrza w jednym kraju jest ściśle uzależniona od zanieczyszczeń w innych krajach, dlatego też niezbędna jest współpraca międzynarodowa. Konieczne jest sprecyzowanie : jakie są granice stężenia zanieczyszczeń, których nie wolno przekroczyć, jeśli chcemy zachować zdrowe środowisko w Europie



Dziura ozonowa


W atmosferze ziemskiej na wysokości od 10 do 50 km występuje warstwa o podwyższonej koncentracji ozonu (O3) - ozonosfera. Maksymalne stężenie ozonu utrzymuje się na wysokości ok. 23 km. Od końca lat 70 - tych obserwuje się znaczny spadek zawartości ozonu, szczególnie nad Antarktyda, w rejonie bieguna południowego. Zmniejszenie koncentracji ozonu w ozonosferze jest nazywane dziura ozonowa.
Powstawanie dziury ozonowej

Dziura ozonowa powstaje wskutek niszczenia warstwy ozonowej przez związki chemiczne, zwane freonami. Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego freony ulegają fotolizie, w wyniku czego uwalniane zostają atomy chloru. Chlor wchodzi w reakcje z ozonem, tworząc równie aktywny tlenek chloru (ClO) oraz zwykły tlen (O2). Następnie reakcja dwóch cząsteczek tlenku chloru prowadzi do powstania cząsteczki dwutlenku chloru (ClO2) oraz uwolnienia kolejnego atomu chloru, który rozbija następne cząsteczki ozonu. Oprócz tego dwutlenek chloru może ulegać rozpadowi na atom chloru oraz dwuatomowa cząsteczkę tlenu.
Reakcje chemiczne zachodzące podczas niszczenia ozonu:

CnClxFy CnFy + x Cl
Cl + O3 ClO + O2
2 ClO ClO2 + Cl
ClO2 Cl + O2

Przedstawione powyżej reakcje przebiegają aż do całkowitego wyczerpania się cząsteczek ozonu lub do momentu usunięcia chloru wskutek innych reakcji chemicznych.

Powietrze zanieczyszczone freonami, halonami i innymi gazami, na skutek różnic ciśnień zostaje wprawione w ruch i jest przenoszone na pewne odległości. Wraz z wielkoskalowymi prądami powietrznymi w atmosferze ziemskiej (wiatrami stratosferycznymi) masy zanieczyszczonego powietrza są następnie roznoszone po całej kuli ziemskiej. Obecnie freony występują nad cala powierzchnia kuli ziemskiej, nawet w miejscach tak odległych od uprzemysłowionych terenów (Europa, USA), jak Antarktyda. W okresie, kiedy na półkuli północnej rozpoczyna się pora wiosenna, nad Antarktyda zaczyna się noc polarna. Tworzy się wtedy regularny, stabilny, trwający pól roku wir, w którym powietrze krąży wokół bieguna południowego. Masy powietrza antarktycznego są wtedy całkowicie odizolowane od dopływu powietrza równikowego, zawierającego zawsze wysokie stężenie ozonu stratosferycznego. Reakcje niszczenia ozonu przez freony przebiegają szybciej, niż reakcje powstawania ozonu, zatem jego koncentracja wyraźnie ulega zmniejszeniu. W 1982 roku zaobserwowano kilkudniowy całkowity brak ozonu w dolnych warstwach stratosfery.

Ważna role dla ludzkości spełniają lasy równikowe, które poprzez produkcje olbrzymich ilości tlenu atmosferycznego (O2) umożliwiają powstawanie ozonu (O3).

Wśród gazów wywierających niszczący wpływ na warstwę ozonowa największy udział maja freony, halony oraz tlenki azotu


Eutrofizacja wód

to wzrost trofii, czyli żyzności wód głównie wzrost stężeń związków fosforu i azotu. Związki te dopływają do wód w postaci mineralnej, bądź też jako materia organiczna, która ulegając rozkładowi, dostarcza przyswajalnych dla roślin form mineralnych tych pierwiastków. Eutrofizacja jest efektem nadmiernego dopływu substancji odżywczych (troficznych, biogennych), (spływającej w ściekach komunalnych i przemysłowych), które w nadmiarze stanowią jeden z rodzajów zanieczyszczeń. Eutrofizacja jezior jest procesem naturalnym. Stale bowiem dopływają do nich substancje z zewnątrz, ze zlewni i atmosfery. Normalnie jednak jest to proces bardzo powolny. Został on przyśpieszony dziesiątki i setki razy w wyniku gospodarki ludzkiej: zrzutu ścieków komunalnych i przemysłowych, wycinki lasów, intensyfikacji rolnictwa, w tym nawożenia mineralnego. Dotyczy to zarówno zbiorników jak i cieków. Proces ten nasilił się szczególnie w ostatnim półwieczu. Eutrofizacja początkowo umiarkowany wzrost produkcji biologicznej, w tym pożądanej produkcji ryb. Po przekroczeniu pewnej granicy ? wywołuje jednak wiele niekorzystnych efektów.

PRZYCZYNY I SKUTKI
1. Zmiany zagospodarowania zlewni jezior
2. Wycinanie i wypalanie lasów
3. Zwiększanie terenów uprawnych
4. Celowe obniżenie poziomu jezior np. dla uzyskania terenów rolniczych
5. Stosowanie nawozów sztucznych
6. Przejście z hodowli na wielkotowarowy chów zwierząt.
7. Melioracja terenów rolniczych, a zwłaszcza gleb torfowych.
8. Likwidowanie oczek wodnych.
9. Doprowadzanie ścieków.
Przyczyną eutrofizacji jest obciążenie zewnętrzne, czyli to co wchodzi do jezior zwłaszcza związki biogenne.

Rodzaje eutrofizacji:

NATURALNA - przebiega bardzo powoli od chwili powstania jeziora. Wywołana głównie zmianami klimatycznymi. Jej rola w środowisku wodnym jest znikoma i niezauważalna dla człowieka.
ANTROPOGENICZNA (cywilizacyjna, sztuczna) - związana z gospodarką ludzką, tj/ z procesami opisanymi wyżej.

prowadzi do dominacji organizmów beztlenowych takich jak saprobionty i gromadzenia się znacznych ilości materii organicznej (mułów) w wyniku czego morze dojść do coraz większego wypłacania się stref brzegowych mórz.

eutrofizacja wód pochodzenia naturalnego to nic innego jak dostarczanie materii organicznej przez pierwiastki znajdujące się w atmosferze i jest ona ściśle regulowana przez świat zwierzęcy