1. Chemia Środowiska - definicja.

-Ten termin nie posiada dokładnej definicji, dla każdego człowieka oznacza cos innego.

-Odgrywa bardzo istotną rolę w zagadnieniach środowiskowych dotyczących całego naszego globu takich jak dziura ozonowa, kwaśne deszcze, zanieczyszczenie wody, ocieplenie klimatu itp.

-Jest działem chemii, którego znajomość przybliża wiedzę o otaczającym nas środowisku.

-W ramach chemii środowiska omawia się skład i budowę chemiczną powietrza, wód i lądu oraz procesy fizykochemiczne i chemiczne przebiegające w tych obszarach. Omawia się również zmiany zachodzące w otoczeniu wywołane czynnikami antropogenicznymi związanymi z rozwojem przemysłu, gospodarki, motoryzacji, rolnictwa oraz funkcjonowaniem skupisk ludzkich.

-W chemii środowiska istotne znaczenie ma myślenie w kategoriach klasyfikacji, która uwzględnia wymiary globalne: pedosfera (gleba-faza stała), hydrosfera (zasoby wodne-faza ciekła), atmosfera (powietrze-faza gazowa).

-Istotne znaczenie mają tu również układy mieszane: szlam, aerozole, pył/smog, emulsje.

2. Najważniejsze współczesne problemy środowiskowe o charakterze globalnym i lokalnym.

Globalne:

-zubożenie warstwy ozonowej

-rosnące stężenie gazów cieplarnianych w atmosferze, co skutkuje: zagrożeniem zdrowia, zmianami klimatycznymi, zmniejszeniem zróżnicowania biologicznego, groźnymi w skutkach zjawiskami pogodowymi o dużym zasięgu.

Lokalne:

-zanieczyszczenie środowiska w Polsce wynikające ze spalania paliw węglowych (90% udział w produkcji energii elektrycznej). Skutkiem spalania węgla jest zapylenie powietrza oraz duża emisja CO₂, SO₂, NO_X, które wywołują kwaśne deszcze oraz potęgują kwasowość gleby.

-problemy środowiskowe dotyczące skupisk ludzkich to smog fotochemiczny, deficyt wody do zaopatrzenia ludności, zanieczyszczenie i degradacja gleby, nagromadzenie uciążliwych i niebezpiecznych odpadów.

3. Wyjaśnić pojęcie depozycji mokrej oraz podać jej składowe.

-Jest to proces przechwytywania zanieczyszczeń atmosferycznych przez chmury i/lub kropelki opadu w postaci ciekłej lub stałej, w wyniku którego są one dostarczane do podłoża.

-Składowe depozycji mokrej: opady i osady atmosferyczne takie jak np.: rosa, szron, deszcz, śnieg, grad.

-Biorąc pod uwagę łączny czas występowania i częstość pojawiania rosa i szron są najważniejszymi składowymi mokrej depozycji.

4. Wyjaśnić pojęcie immisji

Immisją nazywa się te z emitowanych zanieczyszczeń, które zostaną włączone, przyjęte i zaistnieją w powietrzu atmosferycznym, w wodzie czy też w glebie.

- jest to rzeczywiste stężenie zanieczyszczeń w środowisku naturalnym, wyrażone w jednostkach masy na masę lub na objętość poszczególnego elementu środowiska.

- immisja jest ściśle związana z wielkością emisji, warunkami rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, również zanieczyszczeń trans granicznych.

*powietrze - stężenie substancji w m³ powietrza

*gleba - stężenie substancji w kg gleby

*woda - stężenie substancji w m³ wody

5. Wyjaśnić pojęcie emisji.

Emisją nazywa się wprowadzenie do środowiska naturalnego zanieczyszczeń w postaci substancji stałych, ciekłych, gazowych i energii (ciepło, hałas, wibracje lub pole elekromagnetyczne).

Emisja zanieczyszczeń następuje z miejsca, w którym wytwarza się substancje zanieczyszczające tzw. źródła emisji lub emitera.

Zanieczyszczenie powietrza na świecie wykazuje duże zróżnicowanie przestrzenne. Najbardziej zanieczyszczona atmosfera występuje nad obszarami uprzemysłowionymi oraz dużymi aglomeracjami miejskimi.

6. Skład chemiczny opadów atmosferycznych.

Składniki opadu atmosferycznego mogą być zarówno pochodzenia antropogenicznego, jak i naturalnego. W niektórych przypadkach trudno określić źródło tych rozpuszczonych substancji chemicznych. Wiadomo, iż jony sodu i chloru pochodzą głównie z oceanu. Podobnie jak towarzyszące im w mniejszych stężeniach inne jony - potasu, wapnia, magnezu i siarczanowe (VI).

Aczkolwiek w kroplach wody mogą znajdować się zwiększone stężenia jonów

wapnia i magnezu, ponieważ występują one w pyle pochodzącym z lądu-

Pochodzenie jonów amonowych w deszczu wiąże się z procesami biologicznymi (azot zawarty w pozostałościach roślin i zwierząt, w nawozach nieorganicznych). Stwierdzone w opadach atmosferycznych kationy sodu, potasu, wapnia i magnezu oraz aniony chlorkowe występują zwykle w nieszkodliwych stężeniach rzędu µmoli*L-1. Ich obecność (głównie pochodzenia naturalnego) ma stosunkowo małe znaczenie środowiskowe.

7. Powstawanie ozonu - cykl Chapmana.

Jest to cykl ozonowo-tlenowy.

-pod wpływem działania promieniowania ultrafioletowego o długości fali poniżej 242nm obojętna cząsteczka tlenu jest rozbijana na dwa reaktywne atomy: 2O

-w wyniku zderzenia atomu tlenu z cząsteczką tlenu powstaje ozon: O3+M

Cząsteczki M odprowadzają ciepło z układu

-Fale promieniowania ultrafioletowego z zakresu 240-310 nm powodują rozpad cząsteczki ozonu: O2+O

-tlen atomowy może ponownie utworzyć ozon lub utworzyć tlen cząsteczkowy: O2

8. Przyczyny i konsekwencje zaniku warstwy ozonowej.

Przyczyny tworzenia się dziury ozonowej:

Przyczyną tworzenia się dziury ozonowej jest niszczenie ozonu w atmosferze przez freony. Są to związki chemiczne, które w wyniku promieniowania ultrafioletowego rozkładają się na węgiel, fluor i chlor. Chlor wchodzi następnie w reakcję z ozonem prowadząc do tworzenia się tlenków i zwykłego tlenu. Tlenki chloru łączą się z kolei w dwutlenki chloru i uwalniają pojedyncze atomy chloru, które rozbijają cząsteczki ozonu. Owe reakcje zachodzą, aż do zupełnego wyczerpania się cząstek ozonu albo do usunięcia chloru w wyniku innych reakcji chemicznych. Szacuje się, iż rocznie zawartość ozonu spada od ok. 0,2% nad równikiem do ok. 0,4 - 0,8 w szerokościach umiarkowanych. Jednak najszybciej ilość ozonu maleje nad biegunem południowym. Od czasu odkrycia dziury ozonowej w 1985 r. jej powierzchnia nad Antarktydą powiększyła się o 15%.

Skutki tworzenia się dziury ozonowej:

Zmniejszenie się ilości ozonu w atmosferze może mieć poważne konsekwencje dla życia na Ziemi. Jest on odpowiedzialny za pochłanianie promieniowania ultrafioletowego docierającego do naszego globu ze Słońca. Promieniowanie to jest bardzo szkodliwe dla wszelkich organizmów żywych. Prowadzi do uszkodzeń komórek, poprzez oparzenia skóry. Może powodować zmiany w ich materiale genetycznym i wywoływać tym samym choroby nowotworowe (m. in. czerniak). Nadmiar promieniowania UV przyczynia się także do osłabienia odporności organizmów, a w konsekwencji zwiększenia ryzyka zarażenia chorobami wirusowymi i pasożytniczymi. Przyspiesza także procesy starzenia się skóry. Jest również niebezpieczny dla oczu - może być przyczyną m. in. zaćmy.

Wzrost promieniowania UV niekorzystnie wpływa także na rośliny. Może prowadzić do uszkodzeń wielu gatunków roślin żywieniowych, co z kolei może wpłynąć na zmniejszenie produkcji i pogorszenie jakości żywności.

Zanik ozonu w atmosferze prowadzi także do zmian klimatycznych na Ziemi.

9. Przyczyny powstawania oraz skutki smogu Londyńskiego.

-związany jest z występowaniem w atmosferze bardzo wysokich stężeń ditlenku siarki i drobnego pyłu

Przyczyny powstawania:

- Duże emisje SO₂ i pyłu (okres zimowy, paliwa kopalne; paleniska domowe)

- słaby wiatr - utrudnia to horyzontalne wymieszanie zanieczyszczeń

- warstwy inwersyjne - utrudniają wymieszanie zanieczyszczeń w pionie

- lokalna topografia terenu (doliny) i zabudowania

- procesy samooczyszczania powietrza w okresie zimowym są znacznie spowolnione (niższa depozycja mokra, procesy chemiczne wolniejsze)

Skutki:

+ zdrowotne:

- choroby górnego odcinka dróg oddechowych

- przewlekłe zapalenie oskrzeli

- zaostrzenie chorób układu krążenia

- zmniejszona odporność płuc na infekcje

+wpływ na roślinność

+zmniejszona widzialność

10. Chemia smogu fotochemicznego, przyczyny powstawania oraz skutki.

-związany z emisją gazów pochodzących ze spalania paliw ciekłych,

-podwyższony poziom utleniaczy i produktów reakcji zawierających węgiel,

Przyczyny powstawania:

1. Duża emisja prekursorów utleniaczy fotochemicznych

- sektor transportu drogowego

- źródła komunalno-bytowe

2. Warunki meteorologiczne

- silne nasłonecznienie

- wysoka temperatura

- „słaby” wiatr (tzw. cisza)

- inwersja temperatury

3. Topografia terenu (zagłębienia terenu)

4. Lokalizacja nadmorska (bryzy morskie) - dodatkowy, ale niekonieczny warunek powstawania smogu fotochemicznego

Skutki:

-obecność bardzo gęstej mgły, która jest silnie toksyczna i szkodliwa dla zdrowia mieszkańców oraz ogranicza widoczność.

-nadmierna ilość ozonu w powietrzu troposferycznym, co ma wpływ na zdrowie ludzkie i toksycznie działa na rośliny. Najbardziej wrażliwe na działanie ozonu obecnego w smogu fotochemicznym są dzieci, osoby chore na astmę, osoby przebywające na zewnątrz budynków.

-prowadzi do niekorzystnych zmian w procesach fizjologicznych roślin, fotosyntezie, oddychaniu i transpiracji.

Chemia smogu fotochemicznego:

(1) 2NO + O₂  2NO₂

(2) NO + O₃  NO₂ + O₂

(3) ROO• + NO  RO• + NO₂

(4) NO₂ + hv  NO + O

(5) O + O₂ + M  O₃ + M

(6) O₃ + hv  O* + O₂*

(7) O* + H₂O  2•OH

(8) NO + NO₂ + H₂O  2 HNO₂

(9) 2HONO + hv  2NO + 2•OH

?(9) RCH₃ + •OH  RCH₂• + H₂O

(10) RCH₂• + O₂ + M  RCH₂OO• + M

(11) RCH₂OO• + NO  RCH₂O + NO₂

(12) RCH₂O• + O₂  RCHO +•OOH

(13) HOO• + NO  NO₂ + •OH

Sumarycznie:

(14) RCH₃ + 2O₂ + H₂O  RCHO + 4•OH

Usuwanie wodororodników z atmosfery:

(15) •OH + NO₂ + M  HNO₃ + M

(16) 2•OOH  H₂O₂ + O₂

11. Porównanie smogu Londyńskiego oraz smogu fotochemicznego.

Smog londyński, w skład którego wchodzą: tlenek siarki(IV), tlenki azotu, tlenki węgla, sadza oraz trudno opadające pyły. Występuje głównie w miesiącach od listopada do stycznia podczas inwersji temperatur w umiarkowanej strefie klimatycznej. Wchodzące w skład smogu szkodliwe związki chemiczne, pyły i znaczna wilgotność są zagrożeniem dla zdrowia, są bowiem czynnikami alergizującymi i mogą wywołać astmę oraz jej napady, a także powodować zaostrzenie przewlekłego zapalenia oskrzeli, niewydolność oddechową lub paraliż układu krwionośnego[2]. Smog powoduje także zmniejszenie masy urodzeniowej płodu, zwiększa zachorowalność na nowotwory oraz POCP[3] jak i zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia astmy u dzieci.

12. Sposoby ograniczania emisji zanieczyszczeń do atmosfery.

Zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego dymami i gazami przemysłowymi powoduje zanieczyszczenie opadów (czego efektem są min. kwaśne deszcze), które z kolei zanieczyszczają wody powierzchniowe powodując przede wszystkim obniżenie ich odczynu pH. Należy więc ograniczyć emisję zanieczyszczeń gazowych i pyłowych z zakładów przemysłowych poprzez :

zainstalowanie odpowiednich filtrów zanieczyszczeń pyłowych i gazowych,

wybór procesu technologicznego pozwalającego na wykorzystanie paliw o niskiej zawartości lub nie zawierających w ogóle siarki,

wstępne uzdatnianie surowców.

Znaczne ilości gazów zanieczyszczających powietrze atmosferyczne są emitowane również w wyniku spalania paliw w celu ogrzewania budynków mieszkalnych. Należy w tym przypadku używać filtrów służących do oczyszczania gazów odprowadzanych przez kominy do atmosfery. Można także stosować materiały izolacyjne chroniące budynki przed nadmierną utratą ciepła, dzięki czemu możliwe będzie ograniczenie spalania węgla, a tym samym zmniejszy się emisja CO2 i CO. Należy również zastanowić się nad wykorzystywaniem do ogrzewania budynków paliw nie powodujących wydzielania tak dużych ilości pyłów, jak węgiel kamienny. Mam tu na myśli oleje oraz gaz ziemny.

W celu ograniczenia emisji gazów powstających w wyniku rozkładu substancji organicznych znajdujących się na wysypiskach śmieci, należy opracować nowe metody utylizacji śmieci.

W ośrodkach miejskich można chronić powietrze poprzez właściwe lokowanie nowych nowych zakładów przemysłowych. W dużych miastach ważną rolę pełnią również izolacyjne pasy zieleni, które, oprócz pochłaniania pewnych ilości zanieczyszczeń powietrza, tłumią hałas (pas zieleni o szerokości 50 m zmniejsza natężenie hałasu o 20 dB).

13. WWA

WWA - wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

-związki składające się z dwóch do ośmiu pierścieni aromatycznych

-powstają podczas spalania drewna, węgla i innych paliw opartych na węglu przy ograniczonym dostępie tlenu

-są produktami niecałkowitego spalania przy niskiej temperaturze

-ważnym punktowym źródłem WWA są huty aluminium

-najważniejszy udział w emisji WWA na terenach zurbanizowanych ma transport samochodowy

-głównymi naturalnymi źródłami WWA są pożary lasów i wybuchy wulkanów, mogą być również wytwarzane przez niektóre bakterie i rośliny.

-nie występują pojedynczo, lecz zawsze w mieszaninie

-benzo[a]piren jest wskaźnikiem całej grupy WWA

-powodują choroby nowotworowe

14. Aerozole atmosferyczne (charakterystyka, wskaźniki zapylenia, źródła aerozoli atmosferycznych oraz ich wpływ na środowisko).

Aerozole atmosferyczne składają się ze stałych lub ciekłych cząstek, które są obecne w każdym powietrzu na zewnątrz i wewnątrz pomieszczeń i zależnie od rodzaju i ilości odgrywają ważną rolę w środowisku, mogą też niekorzystnie wpływać na zdrowie ludzi i stan środowiska.

Wskaźniki zapylenia:

-współczynnik zapylenia

-całkowita zawartość cząstek stałych w zawiesinie

-zawartość cząstek pobieranych z powietrzem (cząstki gruboziarniste PM10 i drobnoziarniste PM2,5)

-całkowity opad pyłu

Źródła aerozoli:

-rozpylanie z powierzchni morza

-pyły

-produkty spalania w tym także WWA

-organiczne zarodki kondensacji

-arktyczne zamglenie ?

Wpływ na środowisko:

Cząstki aerozoli nie są zanieczyszczeniami jednorodnymi. Pyły oddziałują szkodliwie na: zdrowie ludzi, roślinność, gleby, wody, materiały, ponadto ograniczają widzialność.

15. Miejska wyspa ciepła. Czynniki decydujące o powstawaniu miejskiej wyspy ciepła.

-Najbardziej ewidentny przejaw odrębności klimatu miasta

-polega na wzroście temperatury powietrza w przyziemnej warstwie atmosfery w stosunku do temperatury powietrza za miastem.

-charakteryzuje się dużą zmiennością dobową i roczną.

-maksymalne kontrasty termiczne mają miejsce najczęściej 2-3 godz. po zachodzie Słońca.

16. Przyczyny i skutki globalnego ocieplenia.

PRZYCZYNY EFEKTU CIEPLARNIANEGO .
Główną przyczyną efektu cieplarnianego są gazy cieplarniane wytwarzane podczas: wycinania lasów deszczowych, co powoduje zmniejszenie się ilości pochłanianego dwutlenku węgla, przez co zalega on w atmosferze i powstrzymuje promieniowanie podczerwone przed swobodnym ujściem do przestrzeni kosmicznej. spalania paliw kopalnych w elektrociepłowniach, elektrowniach i coraz to nowych fabrykach, zwiększając ilość produkowanego dwutlenku węgla, przez co rośliny nie nadążają z jego pochłanianiem transportu towarów i przewozu ludzi oraz zwiększenia się liczby pojazdów - wraz z nimi zwiększa się emisja metanu, dwutlenku węgla i ołowiu ( nie jest on gazem cieplarnianym, lecz bardzo szkodzi zdrowiu ). Nadmiernej eksploatacja pól uprawnych z mokrych upraw ryżu i pastwisk pod hodowlę uwalniających metan podczas fermentacji. Rosnące masy odpadów organicznych z wielkich miast składowane na wysypiskach śmieci, które gnijąc emitują metan i dwutlenek węgla.  

 

SKUTKI  EFEKTU CIEPLARNIANEGO. Efekt cieplarniany to oczywiście podniesienie temperatury na Ziemi, co wywoła trudne do przewidzenia lawinowe reakcje:
Topnienie lodowców i zalewania przez ich wody obszarów nadmorskich, co zaskutkuje utratą miejsc życia i pracy dla ludzi (np. gęsto zaludnione żyzne obszary w ujściach rzek, w tym Wisły) i może spowodować duże konflikty społeczne.
Wzrost temperatur spowoduje najprawdopodobniej przesunięcie stref klimatycznych o 150-500 km ku biegunom do końca XXI wieku. W gorących obszarach plony zmniejszą się, w nowych cieplejszych zwiększą się, ale intensywnej uprawy nie wytrzymają gleby z deficytem wód i nowymi ciepłolubnymi szkodnikami.
Szybkie zmiany klimaty zaburzą równowagę w ekosystemach i ginięcie wielu gatunków o małych zdolnościach adaptacyjnych.
Zmiany klimatyczne zwiększą częstotliwość występowania ekstremalnych zjawisk pogodowych i katastrof klimatycznych jak fale upałów, powodzie, huragany, które w bezpośredni sposób zagrażają zdrowiu i życiu.

17. Wymienić i scharakteryzować gazy cieplarniane oraz określić zdolność danego gazu do zatrzymywania ciepła.

Gazy cieplarniane to gazy, które oddziałują z promieniowaniem termicznym emitowanym przez powierzchnię Ziemi.

Para wodna- dla Ziemi jest najważniejsza ze wszystkich gazów cieplarnianych. Absorbuje promieniowanie w zakresie 2,5-3um oraz 5-8um oraz powyżej 14um. Odpowiada za ok. dwie trzecie naturalnego efektu cieplarnianego.

Ditlenek węgla - jest głównym źródłem wzmocnienia efektu cieplarnianego (spowodowanego przez człowieka). Naturalne źródła CO₂: oddychanie zwierząt, roślin oraz mikroorganizmów i ich rozkład, spalanie biomasy podczas pożarów lasów i łąk często rozpoczynających się od pioruna. Antropogeniczne źródła to spalanie paliw kopalnianych. Absorbuje promieniowanie w zakresie 14-19um oraz 4-4,3um.

Metan - emitowany jest z różnych źródeł, antropogenicznych oraz naturalnych np. hodowla zwierząt, uprawa ryżu, wydobycie węgla, procesy przemysłowe, składowanie odpadów, spalanie gazów resztkowych, dystrybucja gazu ziemnego. Największe zasoby metanu na Ziemi znajdują się w hydratach metanu. Metan absorbuje promieniowanie w zakresie 3-3,6um oraz 7,1-8,3um. Metan utleniają rodniki hydroksylowe w troposferze. Małe ilości metanu są usuwane z powietrza troposferycznego w wyniku jego zatrzymywania przez glebę i przenikania do stratosfery.

Tlenek azotu (I) - jest uwalniany w wyniku naturalnych procesów z oceanów i lasów deszczowych oraz przez bakterie w glebie. Antropogeniczne to nawozy azotowe, spalanie paliw kopalnych oraz przemysłowa produkcja środków chemicznych wymagających użycia azotu. Tlenek azotu absorbuje promieniowanie podczerwone, maksimum jego absorpcji jest poniżej 5um a także w zakresie 7,4-8,7um. Usuwany jest tylko w wyniku wolnego przenikania do stratosfery. Ma długi czas przebywania w troposferze ok. 120 lat.

Ozon - absorbuje promieniowanie 9 i 10 um widmie IR. Jest wysoce wydajnym gazem cieplarnianym. Ozon obecny w stratosferze osłabia efekt cieplarniany, ogranicza dostęp promieniowania UV do niższych warstw atmosfery, ale ozon obecny w atmosferze potęguje efekt cieplarniany ponieważ absorbuje niektóre zakresy promieniowania zwrotnego z Ziemi.

HCFC (związki z grupy Freonów) - gazy zawierające halogeny, fluorowane gazy cieplarniane-jedyne gazy cieplarniane, które nie występują naturalnie, zostały stworzone przez człowieka dla celów przemysłowych. Absorbują promieniowanie 8-12um, każdy ma swoje specyficzne pasmo absorpcji. Dwa najpopularniejsze to CFC-11 i CFC-12 (freony 11 i 12).

BILANS:

CO2: 50% czas życia w atm 7 lat

Metan: 28% ok. 10 lat

Freony: 14% kilkaset lat

Ozon: 12% ok. 0,3 lat

N2O: 6% ok. 180 lat.

18. Protokół z Kioto.

Protokół z Kioto, zastępujący ramową konwencję Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu, jest jednym z najważniejszych międzynarodowych instrumentów prawnych mających na celu walkę ze zmianami klimatu. Zawiera zobowiązania państw uprzemysłowionych do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych odpowiedzialnych za globalne ocieplenie. Całkowite emisje krajów rozwiniętych muszą być ograniczone o co najmniej 5% w latach 2008-2012 w stosunku do poziomu z 1990 r.

---