aerosfera - źródła i rodzaje jej zanieczyszczeń, sposoby jej ochrony, stan zanieczyszczenia powietrza w Polsce

atmosfera jest powłoką gazową otaczającą kulę ziemską, składa się z kilku warstw różniących się między sobą gęstością, temperaturą, ciśnieniem i składem powietrza

funkcje atmosfery

• umożliwia rozwój życia poprzez osłonę przed ucieczką ciepła w przestrzeń kosmiczną

• stanowi osłonę przed jonizującym promieniowaniem kosmicznym i słonecznym

• jest jednym z elementów cykli biochemicznego obiegu substancji w biosferze

aerosfera

• obejmuje najniższą warstwę atmosfery, troposferę i niewielką część stratosfery - do wysokości ok. 22km

• dla człowieka najistotniejszy jest stan czystości powietrza w dolnej części troposfery

• istota zagrożeń związanych z zanieczyszczeniem powietrz wynika z konieczności oddychania powietrzem aktualnie dostępnym, niezależnie od jego jakości

• za zanieczyszczenia uznaje się wszystkie składniki, które zniekształcają naturalny skład powietrza w troposferze

skutki zanieczyszczenia aerosfery

• degradacja atmosfery

• degradacja innych części biosfery (hydrosfery, litosfery)

źródła zanieczyszczeń aerosfery

1. naturalne

1. wybuchy wulkanów

2. pożary lasów i stepów

3. unoszenie pyłu pustynnego i cząstek gleby

4. różne pyły organiczne (pyłki roślin, rozdrobnione cząstki obumarłych organizmów)

5. sól morska (unoszenie pyłu wodnego przez wiatr i turbulencje atmosfery)

2. antropogeniczne

1. wytwarzanie energii w oparciu o paliwa konwencjonalne (węgiel, ropa naftowa)

2. przemysł metalurgiczny (zwłaszcza żelaza)

3. górnictwo naftowe i przerób ropy

4. transport samochodowy

5. przemysł materiałów budowlanych (produkcja cementu)

6. przemysł chemiczny

7. rolnictwo (tzw. zanieczyszczenia obszarowe) i hodowla (metan z hodowli parzystokopytnych

globalna wydajność źródeł naturalnych jest większa, ale bardziej szkodliwe są źródła antropogeniczne

w przypadku tlenków siarki i tlenków węgla wydajność źródeł antropogenicznych stała się porównywalna ze źródłami naturalnymi

według danych UNESCO o stanie zanieczyszczenia atmosfery Ziemi decyduje głównie emisja z półkuli północnej (wysoki poziom rozwoju gospodarczego w Europie, Ameryce Północnej i Wschodniej Azji)

podział zanieczyszczeń powietrza ze względu na stan skupienia:

• stałe (pyły)

• gazowe (tlenki N, C, S)

• ciekłe (mgła kwasu siarkowego)

w rzeczywistości w atmosferze wytwarza się mieszanina tych składników tworzących aerozol

może to być układ dwufazowy (ciało stałe - gaz) lub trójfazowy, w którym faza powodująca zanieczyszczenie jest rozproszona, a atmosfera jest fazą rozpraszającą

warunkiem uznania tej mieszaniny za aerozol jest tak duże rozproszenie fazy rozproszonej, aby mogła się ona dostatecznie długo utrzymywać w ziemskim polu grawitacyjnym (wykonując ruchy Browna) lub opadać z prędkością mniejszą od 5m/s

wśród aerozoli atmosferycznych w zależności od cech fazy rozpraszanej wyróżnia się:

• pyły kondensacyjne o rozmiarach fazy stałej od 0.03 do 0.02mikrometra, powstająca wskutek skraplania się i zestalania par, np. paryNH4Cl, ZnO

• pyły dyspersyjne o różnych kształtach, o rozmiarach 0.01-100 mikrometrów (spaliny oleju i tytoniu, sadza)

• pyły o rozdrobnieniu mechanicznym, o różnych kształtach, o rozmiarach 1-2000 mikrometrów (popiół lotny, nawozy sztuczne, pył węglowy, pyłki kwiatowe, bakterie)

• mgły wodne i mgły związków chemicznych (np. H₂SO₄), o rozmiarach kropel 0.5-500 mikrometrów oraz krople deszczu do 500 mikrometrów

stosowane są również inne kryteria podziału aerozoli

- związane z pochodzeniem : antropogeniczne, naturalne nieożywione, aerozole biologiczne

- związane z ich składem i oddziaływaniem chemicznym, działania biochemiczne, toksyczne

generalnie zanieczyszczenia o mniejszej średnicy cząstek są bardziej szkodliwe

w odniesieniu do pyłów za granice szkodliwości uznaje się frakcje mniejsze od 5 mikrometrów

w odniesieniu do mgieł przemysłowych średnica kropli nie jest już tak istotna, ponieważ najważniejszą rolę odgrywa skład chemiczny aerozolu i jego bezpośrednie szkodliwe działanie

SMOG ATMOSFERYCZNY

- szczególny rodzaj zanieczyszczenia powietrza, jest to mgła nasycona licznymi zanieczyszczeniami gazowymi i pyłowymi, powstaje w obszarach o dużej emisji przy słabym ich rozprzestrzenianiu się oraz przy sprzyjających warunkach meteorologicznych

- prowadzi to do nadmiernego zagęszczenia zanieczyszczeń w powietrzu, co ma niekiedy bardzo poważne reperkusje zdrowotne, ze zgonami włącznie

• smog kwaśny typu londyńskiego

• siarkowy, wytwarza się na bazie dużej emisji SO2 (ze spalania paliw), w warunkach nasycenia powietrza przez wodę, dochodzi wtedy do utleniania SO2 w kroplach mgły na aerozol H2SO4, przy czym ziarna pyłów i woda pełnia funkcję katalizatorów

• smog kwaśny występuje w dużych miastach w klimacie strefy umiarkowanej

• smog utleniający typu Los Angeles

• fotochemiczny, powstaje na bazie dużej emisji spalin samochodowych w warunkach bardzo intensywnego promieniowania słonecznego

• dochodzi wtedy do utleniania związków azotu przy udziale węglowodorów, tworzą się silnie utleniające związki (m.in. nitroolefiny) z dużym udziałem ozonu

• smog utleniający występuje w dużych miastach w strefie klimatów tropikalnych

specyficznym rodzajem zanieczyszczeń antropogenicznych są pyły promieniotwórcze pochodzące z naziemnych eksplozji nuklearnych

potężne prądy wstępujące wynoszą pyły do górnej części troposfery i do stratosfery, wskutek czego mogą one przebywać w atmosferze przez wiele lat

monitoring zanieczyszczeń atmosfery

• monitorowanie powietrza dotyczy

• procesów odbierania zanieczyszczeń - emisja

• procesów odbierania zanieczyszczeń z powietrza przez komponenty środowiska - imisja (depozycja)

emisję wyraża się masą zanieczyszczeń wprowadzonych do powietrza w określonym przedziale czasu (np. t/rok, kg/h), a niekiedy także w odniesieniu do jednostki powierzchni np. t/km2 x rok

imisję wyraża się jako stosunek ilości zanieczyszczeń do ilości powietrza przy uwzględnieniu uśrednienia stężeń dla okresu pomiarowego np. mg/m3

opad pyłu wyraża się jako strumień zanieczyszczeń docierający do podłoża w jednostce czasu

monitoring atmosfery jest jednym z podsystemów w systemie Państwowego Monitoringu Środowiska

wewnętrzna struktura monitoringu składa się z sieci krajowej (stacje podstawowe, stacje nadzoru ogólnego pod kontrolą Państwowej Inspekcji Sanitarnej, pomiary opadu pyłu, średnia dobowa stężenia pyłu SO2 i NOx, występowanie zanieczyszczeń stwarzających największe zagrożenie), regionalnej (tworzenie sieci alarmowych, weryfikacja planów zagospodarowania przestrzennego), lokalnej (prowadzone przez podmioty lokalne)

skutki antropopresji na atmosferę:

• zagrożenia globalne

• degradacja warstwy ozonowej atmosfery

• zapoczątkowanie zmian klimatu

• zakwaszanie środowiska (kwaśne deszcze)

przyczyny przewidywanego na najbliższe dziesięciolecia globalnego ocieplenia jest wzrost funkcji ciepłochłonnych atmosfery na skutek wzmożonej emisji gazów absorbujących promieniowanie długofalowe Ziemi

do tej Wielkiej Piątki gazów cieplarnianych należą: CO2 (ok. 50% udziału w efekcie cieplarnianym), metan (15%), ozon (12%), podtlenek azotu (6%), freony (14%)

źródła emisji gazów cieplarnianych:

• spalanie paliw kopalnych

• wyrąb lasów

• hodowla bydła

• górnictwo

• wytwarzania oraz stosowanie freonów i halonów

degradacja warstwy ozonowej atmosfery spowodowana jest głównie emisją chlorofluorowęglowodorów (freony i halony) oraz niektórych węglowodorów (np. CH4, CCl4)

freony i halony w zwykłych warunkach są chemicznie nieaktywne, ale przedostając się do stratosfery, pod wpływem intensywnego krótkofalowego promieniowania słonecznego ulegają rozpadowi (uwalnianie Cl i Br), produkty rozpadu freonów i halonów katalizują procesy niszczenia ozonu

efektem spadku stężenia ozonu jest wzrost natężenia promieniowania UV w umiarkowanych szerokościach geograficznych

spadek zawartości 03 w 1% powoduje wzrost natężenia UV o 2%

dalsze rozszerzanie się dziury ozonowej grozi poważnymi konsekwencjami dla biosfery

- choroby skóry i oczu

- niekorzystny wpływ na stan i wzrost roślin

kwaśne deszcze: największe zagrożenie - kraje Skandynawii, zachodniej i środkowej Europy, USA i Kanady

stan zanieczyszczenia powietrza w Polsce

• wysoki stopień nasilenia degradacji aerosfery (w Europie Czechy i tereny byłej NRD)

• przyczyny degradacji atmosfery w Polsce:

• duża emisja krajowa

• duży zagraniczny dopływ zanieczyszczeń

• błędy lokalizacyjne emitorów

• oparcie energetyki na węglu

• zła struktura gospodarki narodowej

• opóźnienie w inwestycjach ochronnych

szacunkowa ocena oparta na bilansie paliw i wskaźników emisji technologicznych wskazuje, że w Polsce w roku 2000 całkowita emisja zanieczyszczeń (poza CO2) wynosiła ok 3.5 mln ton, z czego:

• 50% SO2

• 24% pyły

• 26% NO2

• pyły:

• popioły lotne 83%

• pyły cementowe 3%

• pyły metalurgiczne 12%

obecnie stopień wytwarzanych w Polsce zanieczyszczeń pyłowych przekracza 98%, a gazowych, a gazowych tylko 45%

Polska jest źródłem dużej emisji gazów cieplarnianych

CO2 - 330mln ton/rok

CH4 - ok. 2250 tys. ton/rok

normy opadu i dopuszczalne stężenia NO2, SO2, stężenia zanieczyszczeń przemysłowych (np. metalurgicznych) były przekraczane na niewielu stanowiskach pomiarowych w centrum dużych miast, najczęściej w województwie śląskim