Zanieczyszczenie
środowiska
Zanieczyszczenie środowiska
- stan środowiska
wynikający z wprowadzenia do powietrza, wody lub
gruntu albo nagromadzenia na powierzchni ziemi
substancji albo energii w ilościach lub w składzie,
ujemnie wpływających na zdrowie człowieka,
przyrodę
ożywioną,
klimat,
glebę,
wodę;
spowodowane przez źródła naturalne (np. wulkany)
lub antropogeniczne (wynik działalności człowieka).
(Encyklopedia PWN)
Wskaźnikiem
zawartości
zanieczyszczeń
jest
najczęściej stężenie, czyli stosunek masy lub
objętości
substancji
określonego
składnika
(zanieczyszczenia) do całkowitej masy lub objętości
substancji danego układu.
W zależności od zastosowanych jednostek miary może
to być
- stężenie masowe
wyrażane w kg/kg, g/kg, mg/kg, µg/kg, ng/kg, % (m/m),
‰ (m/m), ppm (m/m),
- stężenie objętościowe
wyrażane w m
3
/m
3
, cm
3
/m
3
, mm
3
/m
3
, % (V/V), ‰ (V/V),
ppm (V/V),
- stężenie masowo - objętościowe
- wyrażane w kg/m
3
, g/m
3
, mg/m
3
, µg/m
3
, mg/dm
3
.
Stężenie
zanieczyszczeń
Skrót
ppm (part per million)
oznacza jedną milionową część
stosunku dwóch jednakowych wartości tej samej wielkości, a
więc np. stosunek objętości 1 cm
3
do 1 m
3
(1 mm
3
do 1 dm
3
)
lub stosunek masy 1 mg do 1 kg (1 µg do 1 g). Aby jednostka
ppm była jednoznacznie zdefiniowana, musi być zatem
określone czy jest to stosunek objętości:
ppmv,
ppm (V/V)
czy
też mas:
ppmm, ppm (m/m)
.
Uwaga!
W literaturze (zwłaszcza amerykańskiej i tłumaczeniach z tej
literatury na polski) występują również jednostki określane
jako ppb (part per billion), ppt (part per trillion) i ppq (part per
quadrillion). Niesie to możliwość nieporozumień, gdyż w j.
amerykańskim słowo „billion” oznacza liczbę, którą w j.
polskim nazywa się miliardem.
ppb - oznacza zatem jedną część na miliard, co wyrażone w
jednostkach układu SI oznacza stosunek objętości 1mm
3
do 1
m
3
lub masy 1 µg do 1 kg.
Stężenie
zanieczyszczeń
Globalne problemy wywołane
zanieczyszczeniem atmosfery
ocieplenie klimatu
,
dziura ozonowa
,
kwaśne deszcze
,
smog,
Globalne ocieplenie
– obserwowane od połowy XX wieku
podwyższenie
średniej
temperatury
atmosfery
przy
powierzchni ziemi i oceanów oraz przewidywane ocieplenie
w przyszłości.
Średni wzrost temperatury powietrza w latach 1906 - 2005
w pobliżu powierzchni Ziemi wyniósł
0,74 ± 0,18°C
i
spodziewany jest średni wzrost temperatury do końca XXI
wieku o
1,1 do 6,4 °C
IV Raport IPCC z 2007 roku.
Istotą sporu w tej sprawie jest ustalenie wpływu na to
zjawisko:
działalności człowieka
- antropogeniczna emisja gazów cieplarnianych.
czynników naturalnych
- naturalna emisja gazów cieplarnianych (wulkany),
- aktywność słoneczna.
Globalne
ocieplenie
IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) – Międzyrządowy Zespół do
spraw Zmian Klimatu
Globalne
ocieplenie
Udział niektórych gazów w tworzeniu efektu
cieplarnianego
• para wodna razem z chmurami
66% do
85%
• para wodna
36% – 66%
• dwutlenek węgla CO
2
9% – 26%,
• ozon O
3
ok. 7%,
• inne (metan, tlenki azotu i freony)
ok.
8%
Ramanathan and Coakley, Rev. Geophys and Space Phys., 16 465 (1978) dostępny na
www.realclimate.org
Bez udziału pary wodnej i chmur:
• dwutlenek węgla CO
2
49 %,
• metan CH
4
18 %,
• freony R 11 i R 12
14 %,
• podtlenek azotu N
2
O
6 %,
• inne
13 %.
Zakrzewski S. F.: Podstawy toksykologii środowiska. PWN, Warszawa, 1997 r.
Efekt cieplarniany spowodowany wyłącznie przez
CO
2
nazywa się
efektem Callendara
.
Globalne
ocieplenie
Z zestawienia wynika, że udział freonów (13%) w
tworzeniu efektu cieplarnianego jest mniejszy, niż w
przypadku dwutlenku węgla (49%) i metanu (18%).
Wynika to z mniejszej zawartości freonów w
atmosferze w porównaniu z zawartością CO
2
i
CH
4
,
a nie z powodu ich małej szkodliwości.
W rzeczywistości zdolność tworzenia efektu
cieplarnianego przez freony jest o kilka rzędów
wielkości większa niż w przypadku dwutlenku
węgla (patrz tabela na kolejnej stronie).
GWP
-
(Greenhouse Warming Potential) - potencjał
tworzenia efektu cieplarnianego odniesiony do CO
2
,
dla którego przyjęto wartość GWP = 1; w przyjętym
horyzoncie czasowym (100 lat).
Globalne
ocieplenie
Jarosiński J.: Techniki czystego spalania. WNT,
Warszawa, 1996 r.
CFC 11 – freon
R11
CFC 12 – freon
R12
Emisja CO
2
na świecie wyrażona w miliardach
ton na rok
http://www.skepticalscience.com/human-co2-smaller-than-natural-emissions.htm na
podstawie IV Raportu IPCC
Choć źródła antropogenne stanowią zaledwie kilka procent
emisji dwutlenku węgla, to problem polega na tym, że jest to
nadwyżka, która się nie bilansuje.
Globalne
ocieplenie
UWAGA! W wielu źródłach podawana jest emisja węgla, którą
trzeba pomnożyć przez 3,66 aby otrzymać emisję CO
2
.
Globalne
ocieplenie
www.ziemianarozdrozu.pl
za
www.globalworming.org
Emisja gazów cieplarnianych w przeliczeniu na
CO
2
w UE i Polsce
www.eea.europ
a.eu
Dziura ozonowa
- zjawisko spadku stężenia ozonu (O
3
) w
stratosferze na wysokości około 20 do 50 kilometrów
obserwowane od końca lat 70 tych.
Dziura
ozonowa
Dziura
ozonowa
występuje
najwyraźniej
nad Antarktydą, gdyż
podczas nocy polarnej
powstaje tam stabilny
wir, który nie dopuszcza
powietrza równikowego
bogatego w ozon.
http://meteorologiaonline.republika.pl/zmiany.h
tm#dziura
Mechanizm niszczenia warstwy ozonowej przebiega następująco:
Freon bądź halon uwalniany na poziomie Ziemi przedostaje się
nienaruszony
przez
troposferę
do
stratosfery,
gdzie
wysokoenergetyczne
promieniowanie
ultrafioletowe
powoduje
oderwanie wolnego atomu chloru od jego cząsteczki.
Promieniowanie UV → Freon → Cl
Wolny atom chloru jest bardzo aktywny chemicznie. Wchodzi w reakcję
z ozonem. W jej wyniku powstaje tlenek chloru oraz tlen.
Cl + O
3
→ ClO + O
2
Cząstka tlenu rozpada się na dwa atomy tlenu:
O
2
→ O + O
Następnie wolny atom tlenu z wchodzi w reakcję z tlenkiem chloru,
łącząc się z tlenem z cząstki tlenku chloru, tworząc cząsteczkę tlenu
oraz uwalniając atom chloru.
ClO + O → O
2
+ Cl
W ten sposób atom chloru jest znów wolny i gotowy do reakcji z
następnymi cząsteczkami ozonu. Cykl ten powtarza się wielokrotnie.
Chlor odgrywa więc w reakcji niszczenia ozonu rolę katalizatora.
Szacuje się, że pojedynczy atom tego pierwiastka jest w stanie
zniszczyć od dziesięciu tysięcy do stu tysięcy cząstek ozonu.
Bonca Z.: Perspektywy stosowania freonów w urządzeniach chłodniczych. WSM, Gdynia, 1994 r.
Dziura
ozonowa
ODP
- (Ozone Depletion Potential) - potencjał niszczenia ozonu
odniesiony do freonu R11, dla którego przyjęto wartość ODP =
1.
Bonca Z.: Perspektywy stosowania freonów w urządzeniach chłodniczych.
WSM, Gdynia, 1994 r.
Dziura
ozonowa
Warstwa ozonowa stanowi rodzaj filtra, który zatrzymuje aż 95
% zabójczego dla życia promieniowania ultrafioletowego,
emitowanego przez Słońce. Skutki niszczenia warstwy
ozonowej są dramatyczne i stanowią obecnie problem
globalny.
Według oceny Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska
uszczuplenie tej naturalnej osłony tylko o 1 %, zwiększa ilość
promieniowania ultrafioletowego docierającego do Ziemi o 2
%, a to z kolei, może spowodować co roku 5 % wzrost
zachorowalności na raka skóry wśród ludności.
Może też wywołać wiele schorzeń oczu, zwłaszcza zaćmę i
osłabić reakcje systemu immunologicznego.
Poważne zaburzenia grożą całym systemom ekologicznym,
ponieważ nadmiar promieniowania ultrafioletowego uszkadza
strukturę kwasów nukleinowych DNA i RNA.
Rangę problemu obrazuje fakt, że pomimo powstrzymania
emisji szkodliwych substancji na całkowite odtworzenie
ochronnej powłoki ozonowej Ziemi potrzeba około 100 lat.
Bonca Z.: Perspektywy stosowania freonów w urządzeniach chłodniczych. WSM, Gdynia, 1994 r.
Dziura
ozonowa
Kwaśne
deszcze
http://www.wiking.edu.pl/article.php
?id=243
Kwaśne deszcze powstają głównie na obszarach,
gdzie atmosfera jest narażona na długotrwałą
emisję tlenków siarki i tlenków azotu, zarówno ze
źródeł naturalnych, np. czynnych wulkanów, jak
również sztucznych, takich jak spaliny powstające w
wyniku spalania zasiarczonych paliw (węgiel
brunatny i kamienny, ciekłe paliwa pozostałościowe)
oraz tlenków azotu emitowanych w wyniku spalania
w wysokich temperaturach paliw kopalnych w
kotłach i silnikach.
Kwaśne deszcze wywierają negatywny wpływ na
faunę i florę.
Są
przyczyną
licznych
chorób
układu
oddechowego.
Znacznie przyspieszają korozję różnego rodzaju
konstrukcji
metalowych oraz zabytków.
Kwaśne
deszcze
Kwaśne
deszcze
Zniszczone lasy w
górach Izerskich
http://www.zamiasto.com.pl/miejsce_zdjecia,76,0,Zniszczone-lasy-w-Gorach-Izerskich-
Gory-Izerskie.html
Emisja NO
x
i SO
x
w UE i Polsce
Smo
g
Smog
fotochemiczny
http://www.e-autonaprawa.pl/artykuly/229/pochlaniacze-par-
paliw.html
Santiago de Chile w 30 godzin po
deszczu
www.wikipedia.
pl
www.czywieszze.
eu
Smog
fotochemiczny
Przegląd zanieczyszczeń emitowanych
do atmosfery w wyniku spalania paliw
kopalnych
- tlenki azotu (NO
x
),
- tlenki siarki (SO
x
),
-
tlenek węgla (CO),
- dwutlenek węgla (CO
2
),
-
pyły
-
mieszanina węglowodorów
(HC).
Tlenki azotu NO
x
Naturalne źródła emisji:
- wybuchy wulkanów,
- wyładowania atmosferyczne,
- procesy gnilne z udziałem mikroorganizmów.
Antropogeniczne źródła emisji:
- spalanie w wysokich temperaturach
(powyżej
1600 K, tzw. mechanizm Zeldowicza), kiedy to
możliwe jest łączenie się cząsteczek azotu
zawartych w powietrzu z tlenem).
-
mechanizm szybkiego powstawania tlenków
azotu
polegający się na łączeniu się w płomieniu
rodników węglowodorowych z azotem i następnie
utlenianie się powstałych związków do NO.
-
mechanizm paliwowy
z udziałem azotu
zawartego w paliwach.
Tlenki azotu NO
x
Podczas spalania tworzy się głównie tlenek azotu
NO oraz dwutlenek azotu NO
2
.
NO jest związkiem nietrwałym. W zależności od
istniejących warunków, ulega rozpadowi lub dąży
do utworzenia trwałego związku - jakim jest NO
2
czemu sprzyjaj szybkie obniżenie temperatury
spalin, przy równoczesnej zawartości w nich
wolnego tlenu.
W małym stopniu proces spalania jest również
źródłem emisji podtlenku azotu N
2
O, znanego jako
gaz rozweselający. Szacuje się, że udział emisji
N
2
O w NO
x
nie przekracza 2 %.
(Jarosiński)
Szkodliwe oddziaływanie
NO
x
Tlenek azotu (NO) - charakteryzuje się bardzo
wysoką toksycznością. Oddziaływuje na system
nerwowy i wiąże hemoglobinę we krwi. Typowymi
objawami zatrucia tlenkiem azotu są osłabienie,
zawroty
głowy,
duszności,
wymioty,
spadek
ciśnienia, słabe tętno i sinica.
Dwutlenek azotu (NO
2
) - szczególnie podrażnia
drogi oddechowe, powoduje kaszel, ból krtani,
obrzęk płuc. Podrażnia również oczy. Może być
źródłem stanów lękowych i działać jak narkotyk
(podobnie podtlenek azotu N
2
O).
Ponadto
tlenki
azotu
przyczyniają
się
do
powstawania kwaśnych deszczy. Udział kwasu
azotowego w kwaśnych opadach jest oceniany na
około 30 %.
(Zakrzewski)
Szkodliwe oddziaływanie
NO
x
W troposferze tlenki azotu przyczyniają się do
powstawania ozonu (O
3
), który jest jednym ze
składników smogu fotochemicznego i a jego
nadmiar ma działanie toksyczne dla roślin ludzi i
zwierząt.
NO
2
rozkłada
się
pod
wpływem
światła
słonecznego na NO i tlen w postaci wolnego
rodnika :
NO
2
+ h NO + O.
Wolny rodnik
tlenu szybko reaguje z cząstką tlenu, tworząc
cząstkę ozonu:
O + O
2
O
3
.
W stratosferze tlenki azotu niszczą warstwę
ozonową
NO + O
3
NO
2
+ O
2
NO
2
+ O NO + O
2
następnie
O
2
O +
O
O + O
3
O
2
+ O
2
.
Podtlenek azotu jest gazem cieplarnianym (GWP =
206).
Tlenki siarki SO
x
Naturalne źródła emisji:
- wybuchy wulkanów,
- procesy rozkładu substancji organicznych.
Antropogeniczne źródła emisji:
- spalanie paliw kopalnych zawierających siarkę
Tlenki siarki występują w spalinach prawie
wyłącznie w postaci dwóch gazów: dwutlenku siarki
(SO
2
) oraz trójtlenku siarki (SO
3
). Większość
tlenków siarki zawartych w spalinach stanowi
dwutlenek siarki SO
2
.
Szacuje się, że spalając w paliwie 1 kg siarki
uzyskuje się w spalinach 2 kg dwutlenku siarki.
(Options for reducing emissions - a difficult decision for the ship owner. MER, May, 1997)
Naturalna emisja tlenków siarki i antropogeniczna
są sobie prawie równe.
(Zakrzewski)
SO
2
- jest gazem silnie drażniącym błony śluzowe dróg
oddechowych. Ze ścianek dróg oddechowych przenika do krwi
i do całego organizmu. Kumuluje się w tchawicy, oskrzelach,
węzłach chłonnych, śledzionie oraz mózgu. Stężenie SO
2
powyżej 200 mg / m
3
jest śmiertelne dla większości zwierząt.
Zaatakowane przez SO
2
komórki roślinne obumierają. Efektem
jest usychanie roślin.
SO
3
- bardzo mocno drażni błony śluzowe oczu oraz górnych
dróg oddechowych, wywołując silny kaszel i łzawienie. Ogółem
koncentracja tlenków siarki w atmosferze wynosi 2 mg/m
3
.
Największym zagrożeniem dla środowiska naturalnego jest
powstawanie w atmosferze
kwasu siarkowego
w wyniku
reakcji SO
3
z wodą (parą wodną). Kwas siarkowy (H
2
SO
4
),
rozpylony w atmosferze w formie aerozoli, jest składnikiem
smogu miejskiego. Działa niszcząco na drogi oddechowe.
Stężenie kwasu we wdychanym powietrzu wynoszące od 20 do
60 mg / m
3
wywołuje zgon człowieka po ośmiu godzinach.
(Kaniewski E., Tymański .S: Ochrona środowiska. Gdynia, WSM, 1987)
Szkodliwe oddziaływanie
SO
x
Tlenek węgla CO
Naturalne źródła emisji:
- procesy rozkładu substancji organicznych.
Największa część ogólnoświatowej emisji CO (60 –
90 %) pochodzi ze źródeł naturalnych.
(Zakrzewski)
Antropogeniczne źródła emisji:
- niezupełne spalanie paliw kopalnych.
Tlenek węgla powstaje w dużych ilościach, w tych
miejscach obszaru spalania, w których występuje
niedobór tlenu niezbędnego do dokończenia reakcji
utleniania węgla do dwutlenku węgla.
Szkodliwe oddziaływanie
CO
Tlenek węgla jest gazem silnie trującym, łączy się bowiem z
hemoglobiną krwi. Powinowactwo CO z hemoglobiną jest 200 -
240
razy
większe
niż
tlenu.
W
efekcie
powstaje
karboksyhemoglobina. Tlen jest wypierany z hemoglobiny
przez tlenek węgla. Skutkiem tego może być niedotlenienie
mózgu i w efekcie nieodwracalne uszkodzenie układu
nerwowego.
(Jarosiński)
Jeżeli stężenie tlenku węgla we wdychanym powietrzu
przekroczy objętościowo wartość 0,5 %, to następuje
gwałtowne zamroczenie i zgon człowieka po kilku minutach.
Kaniewski E., Tymański .S: Ochrona środowiska. Gdynia, WSM, 1987.
Na otwartych przestrzeniach wpływ tlenku węgla na organizm
jest zmniejszony ze względu na jego rozproszenie. Na ulicach
o silnym natężeniu ruchu stężenie CO sięga wartości 10 - 40
ppmv, a w tunelach nawet 80 ppmv.
(Zakrzewski).
Brakuje obecnie danych dotyczących skutków długotrwałego
oddziaływania małych stężeń tlenku węgla na organizm.
Dwutlenek węgla CO
2
Dwutlenek węgla jest naturalnym składnikiem atmosfery
ziemskiej, co więcej, stanowi on niezbędny element dla
utrzymania życia na Ziemi, gdyż wpływa na wegetację roślin,
a za ich pośrednictwem na poziom tlenu w atmosferze. Wraz
z parą wodną, dwutlenek węgla reguluje temperaturę na
Ziemi.
Większość uczonych uważa, że obserwowane ocieplenie
klimatu może być spowodowane nadmiarem dwutlenku
węgla, będącym wynikiem spalania przez człowieka paliw
kopalnych zawierających węgiel.
Niepokojący jest szybki przyrost stężenia CO
2
w atmosferze.
Około roku 1750 - tego wynosiło ono 280 ppmv. Obecnie
osiągnęło wartość 350 ppmv.
(Jarosiński)
Najbardziej gwałtowny przyrost emisji dwutlenku węgla
nastąpił w ciągu ostatnich 30 - 40 lat.
(Zakrzewski)
Naturalne źródła emisji:
- procesy wegetacyjne niektórych organizmów,
- procesy gnilne,
- pożary lasów,
- uwalnianie gazu ziemnego.
Źródła antropogenne:
- proces niezupełnego spalania paliw kopalnych;
- odparowywanie lżejszych frakcji paliw ciekłych, podczas ich
przechowywania,
transportu i obróbki.
Emisja sadzy związana jest natomiast ze zjawiskiem
niecałkowitego spalania paliw kopalnych zawierających węgiel.
Wiele spośród węglowodorów charakteryzuje się działaniem
rakotwórczym. Ponadto przyczyniają się do powstawania smogu
fotochemicznego, zwłaszcza te, które są emitowane przez silniki
spalinowe pojazdów.
Mieszanina węglowodorów w postaci gazowej (HC)
oraz stałej (sadza)
Cząstki pyłów
Źródła naturalne: kurz, piana mórz i oceanów, pożary lasów i
wulkany.
Źródła antropogenne: pyły z procesów spalania (0.01-100 µm),
mogą zawierać maleńkie krople kwasów.
Drobiny metali - ołów, rtęć, beryl (związane z innymi
cząstkami).
Spalanie paliw ciekłych i stałych.
Fluorki - produkty uboczne w procesach spalania węgla.
Dioksyny i furany – związki chemiczne w których niektóre
atomy wodoru zostały zastąpione atomami chloru.
Powstają w procesach termicznych (spalarnie odpadów,
elektrownie, procesy metalurgiczne) lub chemicznych a także
podczas spalania odpadów w piecach domowych.
Inne rodzaje
zanieczyszczeń
Document Outline