Ochrona środowiska

Zakwaszenie środowiska

Zakwaszenie

• Zakwaszenie – wzrost kwasowości wód i gleby wywołany

zanieczyszczeniem atmosfery dwutlenkiem siarki, tlenkami
azotu i amoniakiem. Zakwaszenie opadów wynika z reakcji
zachodzących w atmosferze gdy woda i emitowane z różnych
procesów zanieczyszczenia podlegają reakcjom chemicznym.

SO

2

, NO

x

i NH

3

– reakcje chemiczne  kwasy,

• Utrata zdolności neutralizacji dopływających substancji o

charakterze kwaśnym, przejawiająca się spadkiem zasadowości
i wzrostem stężenia jonów wodorowych.

• Może dotyczyd wód powierzchniowych, gleby, ekosystemów,

budowli i materiałów.

Zakwaszenie

• Substancje zakwaszające dostają się do podłoża wskutek

– wymywania z atmosfery przez opady,
– suchego osiadania cząsteczek aerozolowych
– adsorpcji składników gazowych na powierzchni

• Depozycja zanieczyszczeo z atmosfery może oddziaływad na

rośliny i materiały bezpośrednio, bądź pośrednio – poprzez
obniżenie

pH

gleby

lub

wód

powierzchniowych

i

niekorzystne zmiany ich właściwości.

• Wartośd

0,5 g S/m

2

przyjmowana jest jako

graniczna

,

powyżej

której

następuje

zakwaszenie

wód

powierzchniowych.

Kwaśne opady

 Nie zanieczyszczony opad atmosferyczny

jest

nieco

kwasowy

z

powodu

zawartości kwasu węglowego.

 Kwaśne

deszcze

–

pH

opadu

atmosferycznego jest poniżej 5,6 (zwykle
pH < 5,0).

 Oprócz kwaśnego deszczu może też

wystąpid kwaśny śnieg czy kwaśna mgła,
więc ogólnie możemy mówid o kwaśnych
opadach.

 Główny powód powstawania kwaśnych

deszczy – emisje NO

x

i SO

2

.

Trochę historii

• Od czasów rewolucji przemysłowej kraje Europy i Ameryka

Północna zajmowały czołowe miejsca w antropogenicznych
dostawach siarki do atmosfery.

• Wskutek uprzemysłowienia i coraz większego zużycia węgla

emisje SO

2

w Europie wzrastały od kooca XIX wieku.

• Po 1945 roku szybko wzrastało zużycie ropy naftowej – od

kooca wojny do początku lat 70. XX wieku emisje siarki
podwoiły się

Przenoszenie transgraniczne

• W

XVIII

w.

kwaśne

deszcze

występowały

głównie w miastach. Od lat 50. XX w. zaczęto budowad
wysokie kominy, dzięki czemu polepszyła się jakośd powietrza
w miastach.

• Zanieczyszczenia przenoszone są na znaczne odległości, na

dużych wysokościach, czasem do innych krajów, lub na
obszary, gdzie nie ma ani przemysłu, ani samochodów a
jednak tam właśnie pojawia się kwaśny deszcz (w Szwecji
i Norwegii około 90% kwaśnej depozycji pochodzi z innych
krajów, głównie z Wielkiej Brytanii, Niemiec i Polski, a także z
transportu morskiego).

Udział głównych regionów ekonomicznych świata w

antropogenicznych emisjach siarki od roku 1850

(emisje w tys. ton siarki)

• Austurasia - Australia, Nowa

Zelandia, Pd.-Wsch. Azja,

• Ocean Bunkers - paliwa

używane jako napęd dla

statków dalekomorskich,

• Europe - Europa,
• East and Central Asia - Azja

wsch. i środk.,

• North America - Ameryka Pn.,
• Latin and South America -

Ameryka Łacioska i Pd.,

• Africa and Middle East -

Afryka i Środkowy Wschód,

S. J. Smith, R. Andres, E. Conception, J. Lurz, 2004, Sulfur dioxide emissions:
1850-2000 (JGCRI Report. PNNL-14537)

Przenoszenie transgraniczne

• Najbardziej zagrożona jest Europa północna i środkowa.
• Emisje zanieczyszczeo powietrza są silnie skoncentrowane w

obszarach przemysłowych.

• Powoduje to częste zakwaszenie opadu w tych regionach (pH

4,1 do pH 5,1).

20 największych punktowych źródeł emisji SO

2

w 2004 roku

1. Maritsa II, Bułgaria – 332 tys. ton
2. Puentes, Spain – 315 tys. ton
3. Megalopolis, Greece – 161 tys. ton
4. Andorra (Teruel), Spain – 152 tys. ton

5. Bełchatów, Poland – 136 tys. ton
6. Adamów, Poland – 96 tys. ton

7. Maritsa I, Bulgaria 96 – tys. ton
8. Oroszlnany, Hungary – 81 tys. ton

9. Turów, Poland – 79 tys. ton

10. Craiova, Romania – 75 tys. ton
11. Porto Tolle , Italy – 73 tys. ton
12. Meirama, Spain – tys. ton

13. Pątnów, Poland – 71 tys. ton

14. Cottam, UK 71 – tys. ton
15. West Burton, UK – 69 tys. ton
16. Longannet, UK – 68 tys. ton
17. Compostilla, Spain – 62 tys. ton
18. Eggborough, UK – 60 tys. ton
19. Drobeta, Romania – 60 tys. ton
20. La Robla, Spain – 57 tys. ton.

Największe punktowe źródła emisji w 2006 roku

NO

x

SO

2

Ładunki krytyczne

Początek

lat

90-tych

–

koncepcja

ładunków

krytycznych

,

stanowiących

powiązanie

wielkości

depozycji

związków

kwasotwórczych ze skutkami w środowisku.

Ładunek

krytyczny

związków

kwaśnych

wprowadzanych

z

atmosfery do poszczególnych elementów środowiska to

największa depozycja

tych związków

nie wywołująca zmian

chemicznych prowadzących do długotrwałych, szkodliwych
skutków dla struktury i funkcjonowania ekosystemów.

Ładunki krytyczne

•

SIARKI

 Europa – 3 lub 5 kg/ ha
 południowa Szwecja – 15-30 kg/ha
 Europa centralna – 100 kg/ha

•

AZOTU

 Europa – 3-15 kg/ha
 naturalna depozycja – 1-2 kg/ha
 lasy szpilkowe – 3-15 kg/ha
 lasy liściaste – 5-20 kg/ha
 południowa Szwecja – 20-30 kg/ha
 Holandia – 100 kg/ha

Całkowita depozycja (sucha i mokra) siarki i

azotu w Szwecji w 1996 r. [mg/m

2

/rok]

• W Skandynawii największe

zakwaszenie i stężenie
zanieczyszczeo w opadach
występuje w południowej
Szwecji.

• Kwaśna depozycja zależy jednak

nie tylko od kwasowości opadu,
ale także od jego ilości. W
związku z tym największa
kwaśna depozycja występuje w
pd.-zachodniej
Szwecji, gdzie opady są
wysokie.

siarki

azotu

Zmiany w latach 1960-2010 przekroczenia 5.

percentyla maksymalnego ładunku

krytycznego siarki

• Białe obszary – regiony, gdzie

nie było przekroczenia, lub
obszary, dla których brak
danych.

• Kolor czerwony –

obszary gdzie depozycja siark
i była znacznie większa
niż ilości dozwolone i
tolerowane przez
środowisko.

• W tych obszarach skutki

zakwaszenia siarką są
największe.

Depozycja

siarki

w Europie w 1999 roku (mg/m

2

)

Polska znajduje się w obszarze największych

depozycji siarki

w

Europie. Obszar ten obejmuje większośd krajów Europy Centralnej,
Holandię, Belgię, częśd Wielkiej Brytanii i południowe Włochy.

Depozycja

azotu

w Europie w 1999 roku (mg/m

2

)

Z

obliczeń wykonanych dla tlenowych związków azotu wynika, że obszarami o

największej

depozycji azotu

do

podłoża jest Zachodnia Europa a szczególnie

Holandia, Belgia, Luxemburg,

część Wielkiej Brytanii, zachodnia część Niemiec

i

północne Włochy. Polska znajduje się w obszarze znaczącej w skali

europejskiej depozycji azotu

pochodzącego ze związków tlenowych.

Kwaśna depozycja w lasach

Procent powierzchni lasów z kwaśną depozycją powyżej ładunków krytycznych

2000

2020 2020

Obecne przepisy

Max. techn.

możliwa redukcja

http://gains.iiasa.ac.at/index.php/policyapplications/cafe-clean-air-for-europe

Eutrofizacja – przekroczenie ładunków

krytycznych

Procent ekosystemów z depozycją azotu powyżej ładunków krytycznych

2000

2020

2020

Obecne przepisy

Max. techn.

możliwa redukcja

http://gains.iiasa.ac.at/index.php/policyapplications/cafe-clean-air-for-europe

Depozycja substancji zakwaszających do podłoża

 Wielkośd

deponowanych

zanieczyszczeo

na

obszar

Polski wraz z wodą opadową obliczana jest przy
użyciu

komputerowego

systemu

informacji

przestrzennej

GIS,

z

zastosowaniem

modelu

generującego rozkład przestrzenny zanieczyszczeo.

 Skład chemiczny opadów atmosferycznych, a co za

tym

idzie

depozycja

zanieczyszczeo

do

podłoża,

charakteryzuje

się

wyraźnym

zróżnicowaniem

przestrzennym jak i czasowym.

 Wielkości

ładunków

poszczególnych

związków

wprowadzanych wraz z opadem

atmosferycznym,

zależą głównie od ilości

opadów

oraz

stopnia

zanieczyszczenia

atmosfery.

Roczne obciążenie powierzchniowe obszaru Polski

ładunkami

siarki siarczanowej

[mg S/m

2

]

wniesionymi przez opady atmosferyczne w 2001 r.

Obszar występowania największych

wartości ładunków: woj. pd i pd-
wsch. – z wart. max w woj.
śląskim, podkarpackim i
małopolskim.

Najmniejsze ładunki w woj.:

warmiosko-mazurskim i
podlaskim.

Roczne obciążenie powierzchniowe obszaru Polski

ładunkami

azotynów i azotanów

[mg N/m

2

]

wniesionymi przez opady atmosferyczne w 2001 r.

Największe wartości ładunków: woj.

śląskie, podkarpackie i częśd
dolnośląskiego.

Najmniejsze ładunki w pn.-wsch.

Polsce, szczególnie w woj. :
warmiosko-mazurskim i
podlaskim a także wielkopolskim.

Roczne obciążenie powierzchniowe obszaru Polski

ładunkami

jonów wodorowych

[mg H

+

/m

2

]

wniesionymi przez opady atmosferyczne w 2001 r.

Jon wodorowy (kwasowośd opadów)

największą średnią wielkośd ładunku
jednostkowego osiągnął na obszarze
woj. pd-zach. i pd., z max w woj.
śląskim, dolnośląskim i podkarpackim.

Następne największe wartości

występowały w woj. małopolskim i
lubuskim.

Najmniejsze wartości w woj. centralnych

i pn-wsch.

Depozycja substancji zakwaszających do

podłoża

W 2001 r. najmniej obciążone zanieczyszczeniami z atmosfery

wnoszonymi wraz z wodą opadową, w tym substancjami
kwaśnymi

zostały

tereny

Polski

północno-wschodniej:

województwo podlaskie i warmiosko-mazurskie. Natomiast do
województw najbardziej obciążonych tymi zanieczyszczeniami
należały województwo śląskie, małopolskie i podkarpackie.

Całkowita depozycja siarki na wszystkich stacjach przekraczała

wielkośd 0,5 g S/m

2

, uznawaną za granicę, powyżej której

następuje zakwaszenie wód powierzchniowych. W latach 1996-
2001 następował spadek depozycji siarki.

• W pierwszej połowie lat 90-tych obserwowano w Europie

zmniejszanie obszarów ekosystemów dotkniętych zakwaszeniem.
Proces ten uległ zahamowaniu w drugiej połowie lat 90-tych.

• W stosunku do roku 1990 w Europie obserwuje się zmniejszanie

obszarów, na których przekraczane są ładunki krytyczne.

• Przewiduje się, że dzięki pełnemu wdrożeniu protokołu z

Goeteborga obszar, w którym występują przekroczenia ładunków
krytycznych w Europie zmniejszy się do 15 mln ha w 2010 roku (z
93 mln ha obserwowanych w 1990 roku).

• Dynamika spadku kwasowości opadów w drugiej połowie lat 90-

tych była mniejsza niż można by oczekiwad obserwując stopieo
redukcji emisji zanieczyszczeo gazowych, co można wiązad ze
zmniejszaniem emisji zanieczyszczeo pyłowych, które mają
neutralizujący wpływ na kwasowośd opadów.

Depozycja substancji wprowadzanych z opadem

atmosferycznym na obszar Polski w latach 2000-2008 na

tle średniorocznej sumy opadów

(źródło: GIOŚ/PMŚ)

Depozycja substancji wprowadzanych z opadem

atmosferycznym na obszar Polski w latach 2000-2008 na

tle średniorocznej sumy opadów



Wyniki badao chemizmu

opadów atmosferycznych i
depozycji zanieczyszczeo do
podłoża w Polsce,
prowadzonych w okresie
ostatnich 10 lat, wskazują na
stopniowe zmniejszanie się
depozycji części zanieczyszczeo
do podłoża. Proces ten jest
widoczny w odniesieniu do
depozycji siarczanów.

Jednocześnie, w przypadku zanieczyszczeń
eutrofizujących, nie stwierdzono takiej tendencji.

Średnioroczne pH opadów atmosferycznych w Polsce dla

tłowych stacji pomiarowych na tle wielkości emisji SO

2

, NO

X

,

NH

3

w latach 1998-2008

• Obserwowany trend spadku zakwaszenia opadów wyrażony

wzrostem wartości pH opadów atmosferycznych jest efektem
stopniowej redukcji emisji zanieczyszczeo zakwaszających do
atmosfery w skali kontynentu, co prowadzi do stopniowego
obniżania się stężeo tych zanieczyszczeo w atmosferze.

Wielkość emisji SO

2

, NO

x

, NH

3

na tle krajowych

poziomów emisji tych substancji

Trakt o Przystąpieniu Rzeczypospolitej Polskiej do Unii Europejskiej w zakresie dyrektywy
2001/81/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2001 r. w sprawie krajowych
pułapów emisji dla niektórych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego

Wielkość emisji SO

2

, NO

X

, NH

3

na tle krajowych

poziomów emisji tych substancji

W latach 90. XX w. oraz w

pierwszych latach XXI w. w
Polsce obserwowano
systematyczny spadek emisji
wszystkich podstawowych
zanieczyszczeo powietrza,
szczególnie wyraźnie
spadała emisja dwutlenku
siarki i tlenków azotu.

•

Spadek ten był w dużej mierze

związany z restrukturyzacją lub
modernizacją sektora
energetycznego i przemysłowego
oraz poprawą jakości węgla.

Wielkość emisji SO

2

, NO

X

, NH

3

na tle krajowych

poziomów emisji tych substancji

•

Od roku 2003 emisje

większości zanieczyszczeń pozostają

na

zbliżonym poziomie lub, tak jak to ma miejsce w

odniesieniu do dwutlenku siarki, emisje z roku na rok

są

mniejsze, lecz spadek ten nie jest

już tak znaczący jak w

latach

dziewięćdziesiątych XX wieku.

Czarny Trójkąt – Góry Izerskie

Skutki kwaśnej depozycji

 zakwaszenie poszczególnych elementówśrodowiska:

• gleb (szczególnie gleb lekkich)
• wód powierzchniowych i podziemnych
• uruchomienie toksycznego glinu w glebach

 bezpośrednie uszkadzanie części nadziemnych roślin (zwłaszcza

drzew)

 uszkadzanie materiałów budowlanych

Uszkodzenia drzew

Zakwaszenie wody

• W Skandynawii kwaśne deszcze nakładają się na naturalne

zakwaszenie wód w jeziorach i rzekach. Około 14 tys.
szwedzkich

jezior,

położonych

na

kwaśnych

skałach

krystalicznych, jest nadmiernie zakwaszonych, co powoduje
ogromne szkody wśród roślin i zwierząt. Szkody takie
występują też w Wielkiej Brytanii i w Alpach. Innym regionem
podatnym na nadmierne zakwaszenie wody jest Ameryka Pn.

Zakwaszenie wody

• Spadek emisji SO

2

i NO

x

w Europie w latach 90. XX w.

spowodował w niektórych regionach powrót wód do stanu
sprzed epoki przemysłowej.

• W Wielkiej Brytanii nie zanotowano spadku zawartości

związków siarki w wodach jezior, chociaż i tam emisje zostały
znacznie ograniczone.

• Zredukowanie emisji nie oznacza automatycznej poprawy

jakości wód powierzchniowych.

Kwaśna depozycja w wodach słodkich

Procent obszaru zlewni z z kwaśną depozycją powyżej ładunków krytycznych

2000

2020 2020

Obecne przepisy

Max. techn.

możliwa redukcja

http://gains.iiasa.ac.at/index.php/policyapplications/cafe-clean-air-for-europe

Zakwaszenie gleb

• Zakwaszenie gleb – wynik oddziaływania kwaśnych deszczy.
• Skutki zakwaszenia gleby:



Większa ruchliwośd i wymywanie substancji pokarmowych

(K, Ca, Mg) – zmniejszenie żyzności gleby

 Zniszczenie zdolności buforowych gleby – zwiększa się w

glebie zawartośd jonów glinu oraz metali ciężkich,
związanych wcześniej w kompleksach sorbcyjnych –
degradacja gleby

 Zmniejszone tempo rozkładu ściółki (zmniejsza się liczba

bakterii w glebie i dżdżownic) – wolniejsze tempo
uwalniania substancji pokarmowych

Wartość pH warstwy próchnicy na

obszarze Szwecji od 1963 r.

Autor: Ake Nilsson, Swedish University of Agricultural Sciences.
Źródło: Swedish Environmental Protection Agency

http://www.internat.environ.se/

index.php3?main=/documents/pollu

tants/kalka/forsure.html