BUDOWA ATMOSFERY ZIEMSKIEJ

Atmosfera ziemska to zewnętrzna gazowa powłoka Ziemi. Zbudowana jest z mieszaniny gazów zwanej powietrzem oraz drobnych cząstek stałych i ciekłych unoszących się w powietrzu (aerozole). Do aerozoli zaliczamy: pyły wulkaniczne, kosmiczne i glebowe, mikroorganizmy, kryształki soli i lodu, kropelki wody, zarodniki roślin oraz wszelkiego typu zanieczyszczenia pyłowe emitowane przez człowieka.

Atmosferę ziemską dzielimy na 5 warstw wyróżnionych na podstawie zmian temperatury oddzielonych od siebie wąskimi strefami przejściowymi zwanymi pauzami.
Wyróżniamy kolejno następujące warstwy:

1. TROPOSFERA- warstwa przylegająca do powierzchni Ziemi o grubości średniej około 10-12 km.

2. STRATOSFERA- warstwa rozciągająca się nad troposferą do wysokości około 50 km.

3. MEZOSFERA- sięga do wysokości 80-85 km i cechuje się szybkim spadkiem temperatury do około -90oC, a nawet do

-120oC.

4. TERMOSFERA- sięga do wysokości około 500-600 km od powierzchni Ziemi. Temperatura rośnie wraz z wysokością i w górnej części osiąga wartości wyższe niż 1500oC.

5. EGZOSFERA- najbardziej zewnętrzna warstwa atmosfery ziemskiej składająca się głównie z wodoru i helu. Następuje tu wymiana materii między Ziemią a przestrzenią kosmiczną .

Skład chemiczny powietrza suchego w warstwie przypowierzchniowej
(do około 100 km wysokości):

- azot - 78,08%
- tlen - 20,95%
- argon - 0,93%
- inne gazy (neon, hel, metan, krypton itp.) - 0,01%

Wyżej wymienione gazy zaliczamy do stałych składników powietrza. Składniki zmienne (których ilość zmienia się znacznie w czasie i przestrzeni) to: para wodna, dwutlenek węgla, ozon, tlenki siarki i azotu.

Objętość i masa atmosfery ziemskiej jest trudna do oszacowania ze względu na brak zdefiniowanych granic, zarówno górnej (najczęściej przyjmuje się wysokość 2000 km), jak i dolnej (powietrze przenika zarówno do litosfery, jak i hydrosfery). Przyciąganie ziemskie powoduje, że ponad 50% masy atmosfery skupia się w warstwie do 5 km nad Ziemią, 75% do wysokości 10 km, a 99% w warstwie do 35 km.

Zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego jest wprowadzenie do powietrza substancji stałych, ciekłych lub gazowych w ilościach, które mogą ujemnie wpłynąć na zdrowie człowieka, klimat, przyrodę żywą, glebę, wodę lub spowodować inne szkody w środowisku

Ogólnie zanieczyszczeniem powietrza nazywamy takie fizyczne i chemiczne zmiany charakterystyki atmosfery wywołane gospodarczą działalnością człowieka, że wpływają one na stopień wykorzystania powietrza przez istoty żywe w procesach biologicznych

KRYTERIA PODZIAŁU ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA ZE WZGLĘDU NA:

1. Zanieczyszczenia spowodowane działalnością samej przyrody (naturalne, biogenne np. wybuchy wulkanów, bądź związane z różnymi aspektami działalności człowieka (sztuczne, antropogenne)

2. Rodzaj emitera- emitery punktowe, powierzchniowe oraz objętościowe, jak również stacjonarne lub ruchome (np. silniki pojazdów mechanicznych, statków, samolotów)

3. Typ emisji zanieczyszczeń- emisja zorganizowana lub niezorganizowana

4. Stan skupienia emitowanych zanieczyszczeń- pyły, aerozole oraz zanieczyszczenia gazowe

5. Pochodzenie zanieczyszczeń, jeśli chodzi o miejsce emisji - zanieczyszczenia własne oraz zanieczyszczenia transgraniczne- pochodzące z krajów sąsiednich

6. Sposób w jaki dane zanieczyszczenie znalazło się w atmosferze- zanieczyszczenia pierwotne tj. wyemitowane bezpośrednio do atmosfery z poszczególnych źródeł oraz zanieczyszczenia wtórne, powstające w atmosferze na skutek reakcji między określonymi stałymi składnikami atmosfery.

ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA

1. Źródła naturalne, do których należą:

• Wulkany (około 450 czynnych)- popioły wulkaniczne i gazy: CO2, SO2, H2S i in.

• Pożary lasów, sawann, stepów - CO2, CO, pył.

• Bagna wydzielające m.in. CH4, CO2, H2S, NH3

• Gleby i skały ulegające erozji, burze piaskowe

• Tereny zielone, z których pochodzą pyłki roślinne

2. Źródła antropogeniczne- powstają w wyniku działalności człowieka:

• energetyczne- spalanie paliw

• Przemysłowe- procesy technologiczne w zakładach chemicznych, rafineriach, hutach, kopalniach i cementowniach

• Komunikacyjne- transport samochodowy, kołowy, wodny i lotniczy

• Komunalne- gospodarstwa domowe oraz gromadzenie i utylizacja odpadów i ścieków (wysypiska, oczyszczalnie ścieków)

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ

• Punktowe - np. komin

• Liniowe - np. Szlak komunikacyjny

• Powierzchniowe - np..otwarty zbiornik z lotną substancją

NAJWAŻNIEJSZE SKUTKI ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA

• Efekt cieplarniany

• Kwaśne deszcze

• Zmniejszanie warstwy ozonu

• Smog

• Zmniejszanie zasobów paliw kopalnych

• Zachwianie równowagi ekologicznej między tlenem i dwutlenkiem węgla

• Zachwianie równowagi biologicznej ekosystemów

• Pogarszanie jakości żywności

• Zanieczyszczanie gleby i wody

RODZAJ SUBSTANCJI ZANIECZYSZCZAJĄCYCH POWIETRZE

1. Tlenki azotu

2. Dwutlenek siarki

3. Tlenki węgla

4. Formaldehyd

5. Związki siarki

6. Fluorowodór

7. Ozon

8. Aerozole i pyły

9. Zanieczyszczenia biologiczne

10. Fluorowcopochodne

TLENKI AZOTU

Powstają w procesach przemysłowych, które przebiegają w wysokiej temperaturze:

• Energetyczne spalanie paliw

• Wytop stali

• Koksowanie węgla

• Silniki spalinowe pojazdów mechanicznych

• Używanie niektórych nawozów sztucznych

DWUTLENEK SIARKI

Głównym źródłem są elektrownie opalane węglem kamiennym oraz w mniejszym stopniu brunatnym. W powietrzu ulega utlenieniu do trójtlenku siarki (SO3) i z wodą daje kwas siarkowy - najważniejszą przyczynę kwaśnych deszczy.

TLENKI WĘGLA

1. Tlenek węgla : uwalniany w procesie niezupełnego spalania, podczas wiekszości procesów energetycznego spalania paliw. Składnik spalin pojazdów mechanicznych ( 70-80% ogólnej emisji CO). Gaz bezbarwny, bezwonny, utrudnione jego wykrycie w powietrzu

2. Dwutlenek węgla: też uwalniany w procesach spalania, który nie stanowi zagrożenia, jeżeli nie nastąpi naruszenie równowagi biologicznej. Spełnia rolę naturalnej izolacji termicznej, oraz jako materiał do budowy substancji organicznej w roślinach zawierających chlorofil. Bilans jego zawartości prowadzony systematycznie określa stan zanieczyszczenia powietrza.

FLUOROWODÓR

Emisja związków fluoru związana jest z produkcją aluminium, nawozów sztucznych, działaniem przemysłu szklarskiego i ceramicznego

OZON

W stężeniach 80µg/m3 jest składnikiem czystego powietrza atmosferycznego (troposfery). Naturalnym jego składnikiem jest proces przenikania z dolnej warstwy stratosfery, głównie procesy fotochemiczne z udziałem tlenków azotu, węglowodorów i tlenku węgla zachodzące w przyziemnej strefie granicznej. Zawartość ozonu w powietrzu atmosferycznym jest pochodzenia antropogenicznego i wzrasta średnio o 2% w ciągu roku. Główny składnik toksyczny smogu.

Blisko powierzchni Ziemi jest trucizną , współuczestnicząca w tworzeniu smogu fotochemicznego i kwaśnego deszczu. Niska warstwa atmosfery zawiera około 10% ozonu, pozostałe 90% gromadzi się wysoko w stratosferze. 15-50 km w górę od powierzchni Ziemi ozon staje się pożyteczny., tworząc warstwę ochronna dla życia. Zatrzymuje nadmiar promieniowania ultrafioletowego, zawartą tam energię przetwarza na ciepło, spełniając funkcje atmosferycznego termoregulatora.

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA NA ZDROWIE CZŁOWIEKA I ZWIERZĄT

Największy wpływ zanieczyszczeń powietrza na zdrowie ludzi i zwierząt obserwuje się w rejonach przemysłowych.

Działanie poszczególnych substancji toksycznych:

• Dwutlenek siarki - wpływ na drogi oddechowe i struny głosowe. Przenika po wchłonięciu do krwi, kumuluje się w ścianach tchawicy, oskrzelach, wątrobie, śledzionie, mózgu, węzłach chłonnych. Duże stężenia prowadzą do zmian w rogówce oka.

• Tlenek węgla- silnie toksyczny, powoduje ciężkie zatrucia (zaczadzenie), a nawet śmierć organizmu.

• Tlenek azotu - obniża odporność organizmu na infekcje bakteryjne, działa drażniąco na oczy i drogi oddechowe, zaburza oddychanie, powoduje choroby alergiczne (astmę). Prekursor powstawania w glebie związków rakotwórczych i mutagennych.

• Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA)- powodują zatrucia ostre i przewlekłe. W tej grupie poważne zagrożenie stanowi benzopiren, który ma właściwości rakotwórcze.

• Metale ciężkie - odkładają się w szpiku kostnym, śledzionie, nerkach, uszkadzają układ nerwowy, powodują anemię, zaburzenia snu, agresywność, zmiany nowotworowe.

• Pyły- podrażnienie naskórka i śluzówki, zapalenia górnych dróg oddechowych, pylicę, nowotwory płuc, choroby alergiczne, astmę.

METODY OGRANICZENIA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY POCHODZĄCYCH ZE ŹRÓDEŁ ANTROPOGENICZNYCH

1. Wzbogacanie paliw, np. odsiarczanie węgli energetycznych

2. Zmiany stosowania surowców, np. spalanie paliwo wyższej jakości w okresie niekorzystnych warunków meteorologicznych

3. Zmiany procesów technologicznych

4. Hermetyzacja procesów technologicznych i oczyszczania gazów odlotowych

5. Oczyszczanie gazów spalinowych, m.in. odpylanie i odsiarczanie spalin

6. Utylizacja odpadów przemysłowych i komunalnych

7. Wykorzystywanie niekonwencjonalnych źródeł energii, np. energii słonecznej

8. Eliminacja indywidualnych palenisk domowych oraz małych kotłowni opalanych węglem z większych miast i miejscowości uzdrowiskowych

SMOG: smoke (dym) + fog (mgła) = smog

Po raz pierwszy użyto tego określenia w 1911 roku

Rodzaje:

A)Kwaśny (londyński) Występuje w umiarkowanych strefach klimatycznych, przy inwersji temperatur. Związany z emisją substancji szkodliwych w wyniku spalania produktów pochodnych węgla i ropy naftowej (transport, przemysł, gospodarstwa domowe).Powstaje z SO2, CO2 oraz pary wodnej skondensowanej na cząstkach pyłu i sadzy. Zawartość - dwutlenek siarki, tlenek węgla, sadza, dym, SO2 (wilgotność 80 %) ----- SO3 ------ kwas siarkowy i siarczany (siarczan i wodorosiarczan amonowy) + tlenki azotu + kwas azotowy ------ kwaśny deszcz. Miejsca występowania: Londyn, Nowy Jork. Tokio, Berlin, Hamburg, Hanower, Praga, Meksyk, Belgijski okręg przemysłowy, Kraków, Katowice

B)Fotochemiczny (typu Los Angeles, kalifornijski) - Powstaje głównie w klimacie subtropikalnym, rzadko zdarza się w klimacie umiarkowanym, również związany z inwersją temperatur. Powstaje w słoneczne bezwietrzne dni, głównie ze spalin samochodowych. NO 2, NO (promieniowanie nadfioletowe)----przemiany------ozon + węglowodory (spaliny)---- aldehydy, ketony, nadtlenek wodoru, azotan nadtlenku acetylu (PAN). Występowanie: Duże miasta na południu Stanów Zjednoczonych(Los Angeles, San Diego, San Francisco, Detroit, Filadelfia, Nowy Jork), Turyn, Mediolan, Rzym, Meksyk, Niemieckie miasto Mannheim, Ateny, Kraków.

Następstwa powstawania smogu:

- Ograniczenie widoczności do 0,8-1,6 km i zabarwienie powietrza na brązowo

- Wzrost zachorowalności i zaburzeń zdrowotnych u ludzi

- Podrażnienia dróg oddechowych (stany zapalne, alergie) i śluzówki oczu

- Smog kalifornijski- działanie kancerogenne i mutagenne- nowotwory i zmiany genetyczne- PAN (peroksy-acetyli-nitryl)

- Uszkodzenie upraw roślinnych (ozon).

-Grudzień 1952 rok, Londyn - w ciągu 7 dni ponad 4 tys.osób ( przeważnie osoby starsze i noworodki).

KWANE DESZCZE: Pojęcie kwaśnego deszczu dotyczy opadu atmosferycznego (deszczu lub śniegu), w którym pH jest niższe niż 5,6.

Określenie wprowadzone w 1972 roku przez R.A.Smitha, charakteryzujące opad nad uprzemysłowionym Manchesterem.

Określane jest to mianem depozycji mokrej - może mieć miejsce nawet w odległości ponad 1000 km od miejsca powstawania.

Cząsteczki kwasów mogą opadać na powierzchnię ziemi wraz z cząsteczkami pyłów - sucha depozycja -występuje zazwyczaj w pobliżu źródła.

Główne czynniki powodujące wzrost kwasowości opadów atmosf. są:

• Tlenki siarki (dwutlenek siarki)

• Tlenki azotu

Oba przetwarzane są w kwas siarkowy i azotowy.

Proces utleniania dwutlenku siarki jest bardziej złożony. Część pozostaje w atmosferze w fazie gazowej, większość utlenia się do siarczanów bezpośrednio w chmurach.

Gazowy dwutlenek siarki---- rozpuszczanie w chmurach---- jony siarczanowe i wodorosiarczanowe ( również przechodzące w jony siarczanowe).

Na przebieg procesu utleniania duży wpływ ma stężenie ozonu i nadtlenku wodoru, a czynnikiem katalizującym są metale zawieszone w pyle zawieszonym.

Kwasowość uzależniona jest również od obecności innych kwasów: chlorowodorowego, fluorowodorowego, ortofosforowego.

Latem największy wpływ w wywoływaniu kwasowości ma kwas siarkowy, zima dominuje kwas azotowy ( zwiększona emisja tlenków azotu na skutek spalania w tym okresie większych ilości paliw.

Opady w Polsce są bardzo kwaśne. Średnie roczne wartości pH kształtuja się od 4,26 (Śnieżka) do 4,6 (Suwałki). W rejonie sudeckim sporadycznie notowano opady o wartości pH poniżej 3,0.

Wpływ kwaśnych deszczy na środowisko

• Ludzie:

• Wdychanie mieszaniny gazów wpływa niekorzystnie na układ oddechowy, układ krążenia

• Wywołują u ludzi kaszel, bóle w klatce piersiowej, duszność, zapalenie płuc i astmę

• Poprzez zakwaszanie wody pitnej powodują wzrost stężenia metali: glinu- uszkadza kości i mózg, kadmu- uszkadza układ wydalniczy, ołowiu-uszkadza układ nerwowy

• Rośliny

• Obumieranie drzew, szczególnie iglastych, niszczenie runa leśnego

• Uszkodzenia aparatów szparkowych, zmniejszenie intensywności procesu fotosyntezy, nekroza i przedwczesne opadanie igliwia lub hamowanie ich wzrostu

• Zakwaszanie gleby powoduje uaktywnienie glinu i kadmu, nagromadzenie azotanów i siarczanów, w wyniku czego korzenie roślin mają mniejszą możliwośc pobierania wapnia, magnezu i potasu

• Zwierzęta

• Degeneracja szkieletów i tkanek fauny wodnej na skutek spadku wapnia w wodach spowodowanego zmiana wartości pH wod (z 6,0 do 4,5 i niżej)

• Najszybciej reagują na zmianę pH ryby łososiowate, raki, bezkręgowce żyjące w osadach dennych

• Budowle

• Zniszczenie budowli zbudowanych z kamienia zawierającego wapno: piaskowiec, wapń, marmur

Przeciwdziałanie kwaśnym deszczom:

• Wyższe kominy

• Stosowanie wapna jako środka neutralizującego kwas zawarty w zbiornikach wodnych

• Odsiarczanie dymów

• Dopalanie spalin samochodowych

• Produkowanie energii elektrycznej przy pomocy energii jądrowej, zmniejszenie ilości paliw kopalnych zawierających siarkę

• Ograniczenie ruchu samochodowego, zmniejszenie produkcji tlenków azotu

• Zmniejszenie ilości amoniaku w rolnictwie

• Oszczędzanie energii poprzez izolacje cieplną domów

• Wykorzystanie energii słońca, wiatru, wody oraz stosowanie alternatywnych źródeł energii (biogaz)

---