Powietrze atmosferyczne i jego skład chemiczny

Powietrze atmosferyczne - bezbarwna i bezwonna mieszanina gazów - składa się z czystego i suchego powietrza, pary wodnej i zanieczyszczeń pochodzenia mineralnego i organicznego. Do najważniejszych składników czystego i suchego powietrza należą: azot, tlen, argon i dwutlenek węgla. Łączny udział wymienionych składników przyjmuje się za 100%, a właściwie wynosi 99,997%. Powyższą różnicę wypełniają drugorzędne składniki powietrza występujące w bardzo małych ilościach. Zalicza się do nich neon, hel, metan, krypton, wodór, podtlenek azotu, ksenon i ozon. W jeszcze mniejszych ilościach znajduje się w powietrzu: radon (Rn), aktyn (Ac), tor (Tr), jod (J2), dwutlenek siarki (SO2), tlenek węgla (CO), amoniak (NH3), chlorowodór (HCl), siarkowodór (H2S) i inne.

Nazwa gazu Symbol chemiczny Zawartość w % objętościowych

Azot N2 78,09

Tlen O2 20,95

Argon Ar2 0,93

Dwutlenek węgla CO2 0,03

Neon Ne 0,0018

Hel He 0,00052

Metan CH4 0,0002

Krypton Kr 0,0001

Wodór He 0,00005

Podtlenek azotu N2O 0,00005

Ksenon Xe 0,000009

Neon Ne 0,000001

Źródła i rodzaje zanieczyszczeń powietrza

Terminem "zanieczyszczenie powietrza" określa się obecność w dolnej części atmosfery substancji stałych, ciekłych i gazowych w ilościach nie tylko uciążliwych dla człowieka lub wywierających ujemny wpływ na jego zdrowie, ale także szkodliwych dla roślin i zwierząt, a niekorzystnych dla klimatu, gleby i wody.

Powodem powstawania zanieczyszczenia powietrza jest rozwój i postęp naszej cywilizacji .

Źródła zanieczyszczeń powietrza dzielimy na:

• naturalne, wynikające z procesów zachodzących w przyrodzie,

• sztuczne, spowodowane działalnością człowieka.

Do naturalnych źródeł zanieczyszczenia powietrza zalicza się:

wulkany (ok. 450 czynnych), z których wydobywają się m.in. popioły wulk. i gazy (CO2, SO2, H2S - siarkowodór i in.); pożary lasów, sawann i stepów (emisja CO2, CO i pyłu); bagna wydzielające m.in. CH4 (metan), CO2, H2 S, NH3; powierzchnie mórz i oceanów, z których unoszą się duże ilości soli (globalnie 0,7-1,5 mld t/rok); gleby i skały ulegające erozji, burze piaskowe (globalnie do 700 mln t pyłów/rok); tereny zielone, z których pochodzą pyłki roślinne.

Źródła antropogeniczne (powstające w wyniku działalności człowieka) można podzielić na 4 grupy:

1) energetyczne. - spalanie paliw, 2) przemysłowe . - procesy technologiczne. w zakładach chemicznych ., rafineriach, hutach, kopalniach, cementowniach, 3) komunik., gł. transport samochodowy, ale także koleje, transport wodny i lotnickowy.4) komunalne - gospodarstwa domowe oraz gromadzenie i utylizacja odpadów i ścieków (np. wysypiska, oczyszczalnie ścieków)

Zanieczyszczenia powietrza można podzielić na zanieczyszczenia pierwotne, które występują w powietrzu w takiej postaci, w jakiej zostały uwolnione do atmosfery, i zanieczyszczenia wtórne, będące produktami przemian fizycznych. i reakcji chemicznych., zachodzących między składnikami atmosfery i jej zanieczyszczeniem (produkty tych reakcji są niekiedy bardziej szkodliwe od zanieczyszczeń pierwotnych) oraz pyłami uniesionymi ponownie do atmosfery po wcześniejszym osadzeniu na powierzchni ziemi. Zanieczyszczenia powietrza ulegają rozprzestrzenianiu, którego intensywność zależy m.in. od warunków meteorologicznych i terenowych.

Do zanieczyszczeń powietrza należą

1) gazy i pary związków chem., np. tlenki węgla (CO i CO2), siarki (SO2 i SO3) i azotu (NOx), amoniak (NH3), fluor, węglowodory (łańcuchowe i aromatyczne), a także ich chlorowe pochodne, fenole; 2) cząstki stałe nieorg. i org. (pyły), np. popiół lotny, sadza, pyły z produkcji cementu, pyły metalurg., związki ołowiu, miedzi, chromu, kadmu i in. metali ciężkich; 3) mikroorganizmy - wirusy, bakterie i grzyby, których rodzaj lub ilość odbiega od składu naturalnej mikroflory powietrza; 4) kropelki cieczy, np. kwasów, zasad, rozpuszczalników. Zanieczyszczenia powietrza mogą ujemnie wpływać na zdrowie człowieka, przyrodę ożywioną, klimat, glebę, wodę lub powodować inne szkody w środowisku, np. korozję budowli; lotne zanieczyszczenia powietrza będące substancjami zapachowymi mogą być dodatkowo uciążliwe dla otoczenia.

Wartość emisji zanieczyszczeń to ilość zanieczyszczeń wydalana do atmosfery w jednostce czasu, wyrażana w g/s, kg/h lub t/rok.

Wszystkie składniki powietrza w wyniku nieustannego ruchu ulegają ciągłemu mieszaniu; przy niekorzystnym ukształtowaniu terenu i bezwietrznej pogodzie, na niewielkiej przestrzeni (miasta, okręgi przem.) gromadzi się duża ilość zanieczyszczeń - wzrost ich stężenia powoduje niekiedy powstanie gęstej mgły zw. smogiem.

Występujące w atmosferze gazy absorbujące promieniowanie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi - para wodna, dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu oraz freony, zw. gazami cieplarnianymi lub szklarniowymi, powodują tzw. efekt cieplarniany. Emisja globalna CO2 wynosi ok. 1011 t/rok; stężenie tego gazu wzrosło od ok. 270 ppm na pocz. XX w. do 360 ppm w latach 80. Gazy tzw. kwaśne (CO2, SOx, NOx, HCl) wywołują zakwaszenie wody w atmosferze (kwaśne opady). Związki reagujące z ozonem, tj. freony i tlenki azotu, są przyczyną ubytku ozonu w ozonosferze; tzw. dziura ozonowa wykryta nad Antarktydą 1983 (ozonosfera) rozszerza się, zwiększając ilość szkodliwego dla organizmów żywych promieniowania ultrafioletowego docierającego do powierzchni Ziemi.
szkodliwe związki w życiu codziennym - skutki

Najbardziej szkodliwe związki chem. stosowane w budownictwie to: aldehyd mrówkowy (formaldehyd), fenole, toluen, ksylen i styren, znajdujące się gł. w lepikach, klejach, lakierach i materiałach impregnacyjnych; toksyczny formaldehyd (szczególnie niebezpieczny dla dzieci i młodzieży) jest emitowany z wełny miner. oraz płyt paździerzowych, do produkcji których są stosowane kleje i lakiery zawierające ten składnik.
W warunkach przem., gł. w górnictwie węglowym, przemyśle miner. i ceram., odlewnictwie żelaza, produkcji materiałów bud., przetwórstwie azbestu oraz przy spawaniu i piaskowaniu, poważne zagrożenie stanowią pyły powodujące pylicę płuc. Wśród czynników toksycznych wywołujących zatrucia zaw. dominują: ołów i jego związki, dwusiarczek węgla (CS2), związki fluoru i tlenek węgla

Dwutlenek siarki wywołuje u ludzi silne podrażnienie błon śluzowych (kaszel, obrzęk błon śluzowych i skurcze mięśni oskrzelowych); w stężeniu 10-500 g/m3 powoduje uszkodzenie liści wielu roślin - lucerna, jęczmień, owies, pszenica, szpinak, tytoń, sosna zwyczajna są b. wrażliwe, winorośl, truskawka, mieczyki, róże, sosna czarna są bardziej odporne. Szczególnie zagrożone degradacją są lasy, gdzie jako zanieczyszczenia powietrza występują związki siarki, azotu, chloru, fluoru, cynku, ołowiu, miedzi oraz węglowodory (szkodliwość fluoru dla roślinności jest ok. 100-krotnie większa niż szkodliwość dwutlenku siarki).

Dziura ozonowa

Ozon - niebieskawy gaz o charakterystycznym ostrym zapachu. Zbudowany jest z trzech atomów tlenu (patrz obok), a nie jak w przypadku "zwykłego" tlenu atmosferycznego - dwóch. Ozon powstaje m.in. w czasie wyładowań elektrycznych.

Ozon znalazł liczne zastosowania - m.in. jako wybielacz oraz środek do odkażania wody i odświeżania powietrza. Jest też popularnym utleniaczem.

Ozon powstaje w niższych warstwach atmosfery, jako produkt procesów przemysłowych i spalania paliwa w samochodach. Zbyt duże ilości ozonu są niebezpieczne dla roślin i prawdopodobnie mają związek z niektórymi zaburzeniami oddychania. Rozwój życia na naszej planecie byłby jednak niemożliwy bez tego gazu. Ziemia otoczona jest grubą warstwą ozonu, która zatrzymuje około 2/3 promieniowania ultrafioletowego (UV), emitowanego przez Słońce, przepuszczając tylko część, o odpowiedniej długości fali. Nadmiar promieniowania UV jest szkodliwy dla organizmów żywych, powoduje ścinanie białka i obumierania komórek. Z drugiej strony pewna ilość promieniowania ultrafioletowego jest niezbędna do wytwarzania witaminy D, koniecznej do budowy kośćca. Ozon ma więc duże znaczenie biologiczne, ponieważ reguluje dopływ promieniowania ultrafioletowego do powierzchni Ziemi.

Warstwa ozonowa znajduje się w stratosferze na wysokości od 15 - 55 km. Nie jest to właściwie czysty ozon, a tylko powietrze o większej zawartości cząsteczek zbudowanych z trzech atomów tlenu. W warstwie ozonowej nieustannie dokonują się przemiany różnych form tlenu.

Kwaśne deszcze

Kwaśne deszcze powstają w wyniku łączenia się kropelek wody z gazowymi zanieczyszczeniami powietrza. Największe znaczenie ma dwutlenek siarki (szacuje się, że w Europie jest on w 60 procentach sprawcą kwaśnych opadów), tlenki azotu, siarkowodór, dwutlenek węgla i chlorowodór. Zanieczyszczenia powietrza pochodzą ze źródeł naturalnych, np.: wybuchów wulkanów i pożarów lasów, oraz są wynikiem działalności człowieka - powstają wskutek spalania paliw i procesów przemysłowych.

Kwasowość roztworu zależy od ilości obecnych w nim jonów wodorowych. Wielkością charakteryzującą odczyn roztworu, czyli ilość obecnych w nim jonów wodorowych, jest liczba pH. W przypadku roztworów wodnych wartość pH mieści się w granicach 0 - 14 i jest mniejsze od 7 dla roztworów kwaśnych, większe od 7 dla roztworów zasadowych oraz równe 7 dla roztworów obojętnych.

Stężenie kwasu w deszczu zależy od ilości trujących gazów obecnych w powietrzu.

ZAGROŻENIE SMOGIEM

Smog jest zjawiskiem codziennym w dużych miastach w okresie letnim. W mieście Meksyk problem ten jest tak duży, że rozważano zastosowanie olbrzymiego wentylatora do oczyszczania powietrza. W krajach rozwijających się zanieczyszczenie powietrza wywołują spaliny z wysoko zamocowanych rur wydechowych w przestarzałych pojazdach oraz pyt ze spalania węgla. Niektóre państwa podejmują działania ochronne. W krajach rozwiniętych elektrownie zmniejszają ilości emitowanych gazów, w samochodach montuje się katalizatory oczyszczające spaliny. W niektórych dzielnicach zakazuje się komunikacji samochodowej i produkcji przemysłowej; w innych autobusy mogą jeździć wyłącznie na paliwach czystych - na przykład roślinnych. Te rozwiązania są jednak często zbyt drogie dla krajów rozwijających się. Aby rozwiązać problem, trzeba podjąć rozmaite środki - od stosowania czystych paliw do przestrzegania umów międzynarodowych.

WIELKOMIEJSKI SMOG

Miastom dokucza smog (dym i mgła), który zanieczyszcza powietrze. Jest on spowodowany głównie przez ruch samochodowy, wzmacnia się i utrwala pod wpływem światła słonecznego. Najsławniejszy smog występuje w Los Angeles (Stany Zjednoczone). W lecie warstwa ciepłego powietrza, zalegająca ponad zimnym, zatrzymuje masy zanieczyszczonego powietrza na poziomie gruntu. Sprzyja temu fakt, że miasto jest otoczone górami. Pomarańczowo-brązowy smog niszczy zdrowie ludzkie i rośliny. Również wiele innych miast i okręgów przemysłowych na całym świecie jest atakowanych przez smog.

Roczna ocena jakości powietrza w Małopolsce 2007

Klasa strefy stężeń

A - brak wymagania działań

Poziom stężeń

nie przekraczający poziomów dopuszczalnych* i poziomów docelowych

B poziom stężeń

powyżej poziomów dopuszczalnych* lecz nie przekraczający poziomów

dopuszczalnych powiększonych o margines tolerancji

działania - określenie obszarów przekroczeń wartości dopuszczalnych

C poziom stężeń- powyżej poziomów dopuszczalnych powiększonych o margines tolerancji* i poziomów docelowych

wymaganie działania

- określenie obszarów przekroczeń wartości dopuszczalnych oraz wartości dopuszczalnych powiększonych o margines tolerancji

- opracowanie programu ochrony powietrza POP

Zanieczyszczenia powietrza w Polsce

Roczna emisja zanieczyszczeń powietrza szacowana w Polsce no około 4 - 5 milionów ton pyłów i na około 2 mln ton gazów. Najwięcej, bo 25% zanieczyszczeń, przekazuje do atmosfery przemysł województwa śląskiego, następnie województwa małopolskiego (18%), dolnośląskiego (17%) i opolskiego (10%). Znacznie ostrzej zarysowują się kontrasty co do wielkości emisji zanieczyszczeń, gdy porównuje się powiaty. Na przykład w powiecie zawierciańskim (bez miasta Zawiercia) opad pyłów i gazów wyniósł - 1876 t/km2, a w powiecie miejskim Jaworzno - 4210 t/km2, podczas gdy w 131 powiatach nie osiągnął 1 t/km2, a w 19 powiatach położonych w 8 województwach naszego kraju nie odnotowano jeszcze wcale lub znikome ilości zanieczyszczeń przemysłowych (Wilgat).

OCHRONA ATMOSFERY

Zapobieganie przekraczaniu w powietrzu atmosf. dopuszczalnych stężeń substancji zanieczyszczających i ograniczanie ilości (lub usuwanie) substancji wprowadzanych do powietrza atmosf. przez zakłady produkcyjne i usługowe, pojazdy mech., hałdy, wysypiska i inne źródła zanieczyszczeń.
Ograniczenie emisji zanieczyszczeń ze źródeł antropogenicznych uzyskuje się w wyniku: 1) wzbogacania paliw, np. odsiarczanie węgli energ., 2) zmiany stosowanych surowców, np. spalania paliw o wyższej jakości w okresie niekorzystnych warunków meteorol., 3) zmiany procesów technol., 4) hermetyzacji procesów technol. i oczyszczania gazów odlotowych, 5) oczyszczania gazów spalinowych, m.in. odpylania i odsiarczania spalin, 6) utylizacji odpadów przem. i komunalnych, 7) wykorzystania niekonwencjonalnych źródeł energii, np. energii słonecznej, energii wiatru.

Największe katastrofy na świecie

awaria w elektrowni jądr. Three Mile Island, USA - 1979

awaria w Czarnobylskiej Elektrowni Jądr. na Ukrainie - 1986)

Ogólną emisję pyłów i gazów w poszczególnych województwach przedstawiono na rysunku

Największe zanieczyszczenie na świecie jest spowodowane:

benzopirenami występującymi głównie w spalinach samochodowych oraz w pyłach powstałych ze ścierania opon gumowych i nawierzchni asfaltowych. Badania wykazały, że zawartość benzopirenów w powietrzu w większych miastach jest bardzo wysoka.

Zawartość benzopirenu w powietrzu: BaP

Miasto [mg/m3]

Waszyngton 9,3

Tokio 15,1

Osaka 50,0

Budapeszt 32,2

Kijów 9,2

Leningrad 15,0

Taszkient 112,0

Warszawa 29,0

Kraków 63,0

Katowice 76,0

Gdańsk 84,0

Zabrze 133,0

---