Globalne skutki zanieczyszczeń powietrza (dziura ozonowa, efekt cieplarniany, kwaśne deszcze)
Zanieczyszczenia powietrza są głównymi przyczynami globalnych zagrożeń środowiska, takich jak dziura ozonowa, kwaśne deszcze, czy efekt cieplarniany. Najczęściej i najbardziej zanieczyszczają atmosferę: dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz pyły.
Kwaśne deszcze
Kwaśne deszcze to deszcze zawierające zaabsorbowane w kroplach wody dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz ich produkty reakcji w atmosferze: rozcieńczone roztwory kwasów siarki, głównie kwasu siarkawego oraz najbardziej szkodliwego kwasu siarkowego. Powstają nad obszarami, gdzie atmosfera jest zanieczyszczana długotrwałą emisją dwutlenku siarki i tlenków azotu (ze źródeł naturalnych, jak czynne wulkany, albo sztucznych, jak spaliny z dużych elektrowni i elektrociepłowni zasilanych zasiarczonym - tzn. zawierającym siarkę i jej związki - paliwem, zazwyczaj węglem kamiennym lub brunatnym). Czasami opady (kwaśnego deszczu, a także kwaśnego śniegu) trafiają na obszary bardzo odległe od źródeł zanieczyszczeń atmosfery, dlatego przeciwdziałanie kwaśnym deszczom stanowi problem międzynarodowy. Kwaśne deszcze działają niszcząco na florę i faunę, są przyczyną wielu chorób układu oddechowego, znacznie przyspieszają korozję konstrukcji metalowych (np. elementów budynków, samochodów) oraz zabytków (np. nie odporność wielu gatunków kamieni budowlanych na kwaśne deszcze).
Skutki działania "kwaśnych deszczy"
1. Zakwaszenie gleby
W glebie zachodzi wiele naturalnych procesów zakwaszania, a jednym z najważniejszych jest pobieranie pokarmu przez rośliny. Wzrost roślin prowadzi zatem do okresowego zakwaszenia gleby, podczas gdy rozkład martwego materiału roślinnego działa w kierunku odwrotnym. Z powodu zakwaszenia zmniejsza się ilość dżdżownic i bakterii w glebie, a w związku z tym rozkład martwych części organicznych odbywa się, w coraz większej mierze, przy udziale grzybów. Powoduje to wolniejsze tempo rozkładu, a co za tym idzie wolniejsze uwalnianie substancji odżywczych. W związku z tym problem niedoboru substancji pokarmowych, na obszarach podlegających zakwaszeniu, zaznacza się coraz bardziej. Gleba traci powoli swą funkcję sanitarną i rolę ważnego ośrodka życia. Zakwaszenie gleby powoduje również utratę jej właściwości sorpcyjnych - naturalnego filtru pochłaniającego m.in. związki toksyczne, metale ciężkie. Następuje uwolnienie ich do roztworu glebowego. W środowisku kwaśnym wymywaniu ulegają trudno rozpuszczalne substancje mineralne, z rozpadem minerałów włącznie. Tak z nierozpuszczalnych związków aluminium powstają jony, toksyczne dla korzeni drzew, ryb w jeziorach i innych organizmów żywych. Uwolnione substancje toksyczne, przenikając do organizmów zwierząt i człowieka, powodują skażenie wszystkich ogniw łańcucha pokarmowego. Woda znajdująca się w jeziorach i ciekach wodnych pochodzi bowiem w 90 % z wód, które tam dostały się po przejściu przez warstwę gleby, a tylko w 10 % ze śniegu i deszczu, który bezpośrednio spadł na jezioro.
2. Zakwaszenie wód powierzchniowych
Zakwaszenie wody samo w sobie nie jest jedynym powodem, dla którego chorują i giną rośliny oraz zwierzęta. W kwaśnym środowisku zwiększa się koncentracja niezwykle trujących dla wielu organizmów jonów aluminiowych. Wymieranie ryb w kwaśnych jeziorach jest łącznym skutkiem obniżonej wartości pH i zatrucia przez aluminium. Obydwa te czynniki są rezultatem zakwaszenia. W zakwaszonym jeziorze zwiększa się również zawartość innych metali, takich jak kadm, cynk i ołów. Są one wówczas w większym stopniu pochłaniane przez zwierzęta i rośliny. Zarówno aluminium jak i inne metale dostają się do jezior z otaczających je zakwaszonych pól i lasów. Nie wszystkie zmiany biologiczne w jeziorach kwaśnych zależą od zmian składu chemicznego wody. Zanikanie ryb powoduje, że pewne gatunki owadów, które zwykle są łatwą zdobyczą ryb, mogą teraz rozprzestrzeniać się. Do tej grupy owadów należą m.in. pewne wodne chrząszcze, larwy jętek i pluskwiaki. Fauna jeziora w coraz większym stopniu zostaje zdominowana przez owady. To samo dzieje się w jeziorach pozbawionych ryb z przyczyn innych niż zakwaszenie. Zakwaszone jeziora nie są martwe, lecz warunki biologiczne są w nich poważnie zmienione.
Zanieczyszczenia powietrza zwiększają także kwasowość wody pitnej. Powoduje to wzrost zawartości ołowiu, miedzi, cynku, glinu, a nawet kadmu w wodzie dostarczanej do naszych mieszkań. Zakwaszone wody niszczą instalacje wodociągowe, wypłukując z niej różne substancje toksyczne.
3. Niszczenie budowli i konstrukcji metalowych
Jednak nie tylko zagrożone są organizmy żywe. Zanieczyszczenia powietrza oddziaływują też szkodliwie na materiały budowlane, tworzywa sztuczne, witraże i metale. Szczególnie narażone są dawne budowle z piaskowca i wapienia, który rozkłada się i rozpada. W ostatnich latach coraz częstsze jest występowanie zjawiska korozji, którą wzmaga zakwaszenie środowiska. Nawet hartowane materiały nie mogą sprostać kwaśnym opadom; wymagają częstszego malowania, a zanieczyszczenia oddziaływują niekorzystnie na pigmenty w farbach. Tory w rejonach uprzemysłowionych oraz stal szybko korodują, wymagając częstszych remontów. Niszczeniu ulegają też obrazy, litografie i starodruki w galeriach sztuki i bibliotekach.
Wpływ na organizmy żywe
1. Wpływ zanieczyszczeń na florę i faunę
Zanieczyszczenia powietrza oddziaływują też negatywnie na rośliny i zwierzęta. Oddziaływania te mogą być zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie. To pierwsze uwidacznia się w postaci uszkodzeń igieł i liści. Dzieje się to bądź wskutek uszkodzenia ochronnej warstwy wosku, którą pokryte są igły, np. przez suchy opad SO2 , ozon czy kwaśny deszcz. Wewnątrz liści i igieł uszkadzane są różne membrany, co może powodować zakłócenia w systemie odżywiania i w bilansie wodnym. Zazwyczaj różne zanieczyszczenia działają synergicznie. Natomiast pośrednie uszkodzenia są następstwem zakwaszenia gleby. Zmniejsza się wówczas dostępność substancji odżywczych przy jednoczesnym zwiększeniu zawartości szkodliwych dla drzewa metali rozpuszczonych w roztworze glebowym, np. aluminium. Bardziej zakwaszone środowisko w powiązaniu z trującym działaniem metali prowadzi do pożywienia i wody. Symbioza korzeni i grzybów mikoryzowych może być uszkodzenia korzeni, co powoduje, że nie mogą one pobrać wystarczających ilości ograniczona a nawet ustać całkowicie. Wszystko to daje mniejszą żywotność drzew, a także zmniejsza ich odporność na choroby i szkodniki, które z łatwością atakują drzewa, uprzednio osłabione przez działanie innych czynników. Drzewa liściaste są na ogół mniej wrażliwe niż drzewa iglaste częściowo dlatego, że całkowita powierzchnia ich liści, czyli powierzchnia narażona na działanie zanieczyszczeń jest mniejsza niż powierzchnia wszystkich igieł, a częściowo dlatego, że liście opadają co roku i dlatego są pod działaniem zanieczyszczeń przez krótszy okres czasu niż igły. Świerk , sosna i buk są drzewami, które dotychczas doznały największych uszkodzeń. Nie tylko drzewa, ale i inna roślinność ulega uszkodzeniu pod wpływem zakwaszenia i zanieczyszczeń powietrza. Najwrażliwszymi roślinami są mchy i porosty, które nie mają ochronnej warstewki wosku. Wodę pobierają bezpośrednio przez liście i pęd . Zarówno mchy jak i porosty mają intensywny okres wzrostu na jesieni, gdy stopień zanieczyszczenia jest największy. Porosty często używane są jako wskaźniki stopnia zanieczyszczenia powietrza , szczególnie SO2. W zależności od form morfologicznych cechuje je różna wrażliwość na zanieczyszczenia. To pozwala wyodrębnić strefy o różnym stopniu skażenia w miastach i wokół ośrodków przemysłowych. Tam, gdzie stężenie zanieczyszczeń jest największe, niemal zupełnie brak jakichkolwiek porostów, ale im powietrze jest czystsze, tym więcej gatunków porostów występuje.
Daje się jednak zauważyć tendencję, że rośliny odporne na zakwaszenie i takie, na które opad azotu wpływa pozytywnie, rozprzestrzeniają się, podczas gdy gatunki, które wymagają wysokiego pH, szerokiego dostępu do substancji odżywczych , albo takie, które źle się czują przy obfitym dostępie azotu – zanikają. Zmiany powyższe zachodzą niedostrzegalnie, ponieważ rozwinięte rośliny są w stanie znieść duże stężenia zanieczyszczeń. Natomiast reprodukcja i rozwój nowych pokoleń roślin stają się znacznie trudniejsze. W dalszej przyszłości flora zostanie zubożona, jeśli emisja zanieczyszczeń nie zostanie ograniczona. Podobną sytuację daje się zauważyć w świecie zwierząt.
Smog
W dużych uprzemysłowionych ośrodkach miejskich podczas nadmiernego wzrostu stężenia tlenków siarki i azotu, pyłu węglowego oraz dużej wilgotności powietrza i silnym nasłonecznieniu a jednocześnie bezwietrznej pogodzie może się utworzyć kwaśny smog zwany też mgłą przemysłową.
Rozróżnia się dwa rodzaje smogu
1. smog typu Los Angeles (smog fotochemiczny, utleniający), może wystąpić od lipca do października przy temperaturze 2435C, powoduje ograniczenie widoczności od 0,8 do 1,6 km (powietrze ma brązowawe zabarwienie). Głównymi zanieczyszczeniami są: tlenek węgla, tlenki azotu, węglowodory aromatyczne i nienasycone, ozon, pyły przemysłowe.
Dla wytworzenia się smogu tego typu konieczne jest silne nasłonecznienie powietrza, natomiast ani dym, ani mgła nie mają większego znaczenia.
2. smog typu londyńskiego (kwaśny, "siarkawy"), może wystąpić w zimie przy temperaturze -3 5C, powoduje ograniczenie widoczności nawet do kilkudziesięciu m. Głównymi zanieczyszczeniami powietrza są: dwutlenek siarki, dwutlenek węgla, pyły. Smog powoduje duszność, łzawienie, zaburzenie pracy układu krążenia, podrażnienie skóry. W 1952r w Londynie za przyczyną smogu w ciągu 6 dni zmarło 4000 osób. Wywiera również silne działanie korozyjne na środowisko.
Dziura ozonowa – jako zagrożenie dla zdrowia
Jak sama nazwa wskazuje, dziura ozonowa występuje w warstwie ozonu w atmosferze. Gaz ten znajduje się zarówno tuż nad powierzchnią Ziemi jak i od kilku do czterdziestu kilku kilometrów ponad nią. W pierwszym wypadku, w troposferze, ozon jest gazem antropogenicznym, a jego obecność niekorzystnie wpływa na środowisko, gdyż należy on do gazów cieplarnianych - ale to już inny problem. Ten sam gaz, wysoko w stratosferze, spełnia bardzo ważną rolę, ochraniając naszą planetę przed nadmiernym promieniowaniem ultrafioletowym ze Słońca. Mówiąc o niebezpiecznym zjawisku dziury ozonowej, naukowcy mają na myśli właśnie warstwę ozonu w stratosferze, tzw. ozonosferę. Działanie ozonu polega, na ochronie przed promieniami UV. Słońce ze swego wnętrza wysyła promienie rentgenowskie. Nim dotrą one jednak do powierzchni gwiazdy, w skutek zderzeń z materią w postaci plazmy, tracą mnóstwo energii i przestają być promieniami rentgenowskimi. Z powierzchni Słońca wędruje ku Ziemi promieniowanie widzialne i nadfioletowe. Wysokoenergetyczna część promieniowania nadfioletowego pochłaniana jest w atmosferze przez azot i tlen. Niestety niżej energetyczna część owego promieniowania nie jest wychwytywana przez powyższe gazy. Promieniowanie to osłabiane jest przez warstwę ozonu. Generalnie, wszystkie promienie o wyższej energii niż światło widzialne mają negatywny wpływ na zdrowie. Co prawda promieniowanie UV o najniższej energii umożliwia wytwarzanie w organiźmie ludzkim witaminy D, ale co za dużo to nie zdrowo.
Dzięki obecności ozonu dawka promieniowania do nas docierająca nie jest już taka szkodliwa. Ozon ułożony jest luźno w ozonosferze. Ozon nie jest rozłożony równomiernie nad całą powierzchnią Ziemi. Problem dziury ozonowej zaczął istnieć około lat osiemdziesiątych naszego wieku. Podstawowe zagrożenie dla ozonosfery stanowią freony. Są to związki fluoru, chloru i węgla. Stosowano je od dłuższego czasu w urządzeniach chłodniczych. Używano je powszechnie podczas II Wojny Światowej do produkcji urządzeń rozpylających ( zwalczano w ten sposób komary - nosicieli malarii ). Znalazły również zastosowanie przy produkcji lakierów, kosmetyków, w medycynie oraz jako środki czyszczące w przemyśle komputerowym. Od początku freony zdawały się być idealnymi związkami ze względu na swoją nieaktywność. Nie powodowały korozji, nie rozpuszczały się w wodzie ani nie podrażniały skóry. Do tego wszystkiego, nie gromadziły się w dolnych partiach atmosfery, gdzie mogłyby ewentualnie zagrażać żywym organizmom. Gazami szkodliwymi dla ozonu są również węglowodory i tlenki azotu . Te ostatnie mogą przebywać w atmosferze nawet ponad sto pięćdziesiąt lat. Zniszczenie nawet jednego procenta ozonu w stratosferze może spowodować znaczny wzrost promieniowania UV i mieć tragiczne skutki dla całej Ziemi. Organizmy żywe chronią się przed nadmiernym promieniowaniem wytwarzając ochronne substancje. Ponad dwie trzecie przebadanych roślin jest wrażliwa na promieniowanie UV. Głównie są to zboża i rośliny uprawne. Uszkodzenie roślin może spowodować zaburzenia naturalnego cyklu CO2,co byłoby katastrofalne dla życia na ziemi. Nie tylko organizmy na powierzchni lądu narażone są na zgubne skutki promieniowania. Przenika ono również do wody i w niektórych przypadkach dochodzi nawet na głębokość większą niż 20 metrów
Dla człowieka promieniowanie ultrafioletowe jest groźne również bezpośrednio. Uszkadza system odpornościowy organizmu, przez co jesteśmy bardziej podatni na infekcje, choroby zakaźne lub pasożytnicze. Ułatwia to powstawanie różnych nowotworów, z których najczęstszym jest rak skóry. Zgubny wpływ promieniowanie ma na oczy i jest jedną z przyczyn powstawania zaćmy. Przyspieszeniu ulega proces starzenia się skóry. Występują mutacje genetyczne. Jak widać dziura ozonowa jest bardzo poważnym problemem. Należy przedsięwziąć wszystkie możliwe kroki, aby zapobiec dalszemu tworzeniu się dziur ozonowych. Nie jest to takie proste, gdyż nawet gdyby zaprzestać całkowicie wykorzystywania freonów, jeszcze w następnym wieku będą one niszczyły ozonosferę. Poza tym w Polsce nadal używa się produktów zawierających freon, które wycofano już w innych krajach. Musimy więc chronić się przed skutkami nadmiernego promieniowania UV. Należy zrezygnować z długich "kąpieli słonecznych" szczególnie w godzinach południowych, kiedy działanie promieni jest najsilniejsze. Wskazane jest również stosowanie kremów ochronnych ze specjalnym filtrem. Powinniśmy nosić okulary przeciwsłoneczne. Jest specjalny rodzaj szkieł, które zatrzymują promieniowanie UV. Zwykłe przyciemniane okulary mogą nam tylko zaszkodzić. Powodują one rozszerzenie się źrenic, a nie zatrzymują szkodliwych promieni. Oko jest wtedy bardziej narażone. I tak, na pozór idealne związki stały się źródłem wielu kłopotów.
Efekt cieplarniany
Anomalia pogodowe, z którymi ludzie borykają się mniej więcej od 20-stu lat nasuwają
przypuszczenie, że Ziemię czeka globalna zmiana klimatu pociągająca za sobą katastrofalne skutki. Ponieważ liczba ludności stale się zwiększa, a gospodarka rozwija się i wykorzystuje coraz nowsze technologie. Ogromne ilości spalanych przez człowieka paliw spowodowały wyraźny wzrost zawartości dwutlenku węgla w powietrzu. Jego głównym źródłem są elektrownie, spaliny samochodowe, również wycinanie drzew wpływa korzystnie na zwiększanie się tego gazu w atmosferze ponieważ pochłaniając CO2 wydalają tlen. Dwutlenek węgla ma zdolność zatrzymywania w atmosferze promieniowania cieplnego pochodzącego z nagrzania Ziemi przez Słońce oraz własnego ciepła Ziemi powstającego w jej wnętrzu. W ten sposób zawartość energii w atmosferze wzrasta i klimat ociepla się, powodując topnienie lodów Antarktydy.
Za 200-500 lat wody oceanu światowego mogą podnieść się nawet o 6m. Wzrost średniej temperatury powietrza już w najbliższym czasie może wywołać zmiany klimatyczne, powodujące m.in. zakłócenia wegetacji roślin i obniżenie wód gruntowych. Wycinanie lasów a zwłaszcza ogromnych połaci dżungli, sprzyja powstawaniu efektu cieplarnianego, gdyż zielone rośliny, przyswajają dwutlenek węgla z powietrza i mogą chociaż w pewnym stopniu zapobiec katastrofie. O skutkach ocieplenia klimatu myśli się też w Polsce. Za kilkadziesiąt lat, nie zmieniając miejsca zamieszkania, człowiek będzie żył w warunkach innych niż dzisiejsze. Długie i intensywne fale ciepła, będące konsekwencją wzrostu nie tylko średnich wartości temperatur, ale i jej dobowej zmienności, mogą wpłynąć negatywnie na zdrowie ludzi, prowadząc nawet do zwieszenia umieralności.
Zjawiska te wskazują jak ważne jest poznanie skutków wpływu człowieka na klimat.