ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA - wykład 9

Mechanizmy rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń

Za rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń odpowiedzialne są adwekcja i dyfuzja. Adwekcja jest poziomym przemieszczaniem się dzięki ruchowi medium zawierającego zanieczyszczenia np. przemieszczanie się zanieczyszczeń w strumieniu wody w rzece lub w poruszającym się powietrzu. Zanieczyszczenia poruszają się wtedy w sposób bierny, są transportowane zgodnie z ruchem unoszącego je nośnika i jest to mechanizm odgrywający rolę w przenoszeniu zanieczyszczeń na duże odległości. Przemieszczanie adwekcyjne prowadzi do przenoszenia zanieczyszczeń z jednego ośrodka do drugiego bez ustalania się równowagi stężeniowej między ośrodkami. Całkowita masa zanieczyszczeń w środowisku zależy od szybkości emisji i szybkości przemian, którym zanieczyszczenia podlegają w środowisku. Najważniejsze przemiany i reakcje chemiczne zanieczyszczeń w powietrzu, wodzie i gruncie

(tab.) „Skażenia chemiczne w środowisku” Stefan Zieliński; Oficyna wyd. Polit. Wrocł.; Wrocław 2000

Proces/reakcja	powietrze	woda	grunt	Czynniki wpływające na szybkość
odparowanie	+	++	++	prężność par związku, stężenie w powietrzu, temperatura, przepuszczalność gruntu
adsorpcja	+	++	++	zawartość związków organicznych w fazie stałej, polarność i rozpuszczalność związku, obecność rozpuszczalników
absorpcja	+	++	++	współczynnik podziału woda/powietrze, wsp. podz. oktanol/woda, rozpuszczalność związku, temperatura
rozpuszczalność/krystalizacja	-	++	++	rozpuszczalność związku, temperatura, obecność rozpuszczalników
sedymentacja	++	++	-	rozmiar i gęstość cząstek
hydroliza	+	++	++	pH, temperatura, rozpuszczalność związku, obecność katalizatorów
fotoliza/fotoutlenianie	++	++	-	nasłonecznienie, przezroczystość ośrodka, stężenie wolnych rodników
utlenianie chemiczne	++	++	++	stężenie tlenu, stężenie utleniaczy, temperatura, katalizatory
rozkład biologiczny	-	++	++	populacja szczepów mikroorganizmów, stopień adaptacji, pH, temperatura

(-) - udział pomijalny, (+) - udział niewielki, (++) - udział znaczący

Zazwyczaj związek podlega więcej niż jednej przemianie (reakcji) i nie muszą być one jednakowej wagi, decydujące są tutaj właściwości związku, charakter przemian, wielkość i kierunek wywołanych nimi zmian stężenia, charakter ośrodka, warunki transportu.

Dyfuzja jest przemieszczaniem się zanieczyszczeń w kierunku niższego stężenia (ukierunkowanie zgodne z gradientem stężeń) do osiągnięcia stanu równowagi (dla ośrodków jednorodnych wyrównanie stężenia w całej objętości ośrodka, dla dwu ośrodków osiągnięcie stężeń zgodnych z równowagowym współczynnikiem podziału). Przemieszczenie zanieczyszczeń wywołane przypadkowymi ruchami medium transportującego (zawirowania wymuszone przez przeszkody) określa się dyfuzją turbulencyjną i ma ona znaczenie w rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń w powietrzu i płynących wodach powierzchniowych (w glebie, mimo iż wartość turbulencji jest mniejsza to opływanie przeszkód pociąga za sobą ciągłe mieszanie strumienia, co prowadzi do przemieszczania się zanieczyszczeń w kierunku niższego stężenia, analogicznie do dyfuzji turbulencyjnej, choć inny jest mechanizm mieszania).

Także w całkowicie nieruchomym medium (wodzie czy powietrzu) dzięki termicznym ruchom cząstek ma miejsce przemieszczanie się zanieczyszczeń w kierunku niższego stężenia i jest to dyfuzja molekularna odgrywająca rolę w jednorodnych ośrodkach nieruchomych.

Do oceny zagrożeń powstających w wyniku emisji zanieczyszczeń istotna jest znajomość czasowo-przestrzennego rozkładu stężeń zanieczyszczeń (gdyż pozwala określić wielkość narażenia w określonym czasie ekspozycji) i tym zagadnieniem zajmuje się dziedzina nazywana chemodynamiką środowiska (opierając się na prawach zachowania masy i energii dostarcza informacji o stężeniu zanieczyszczenia w ośrodku płynnym w dowolnym punkcie x i czasie t)

Powietrze - mieszanina gazów tworząca atmosferę ziemską; składa się z azotu (ok. 78%), tlenu (ok. 21%), gazów szlachetnych, dwutlenku węglu, pary wodnej i innych.

Prócz stałych składników powietrza mogą występować w nim inne substancje gazowe, stałe lub ciekłe pochodzenia naturalnego (np. pyłki roślin, pyły wulkaniczne), jak też powstające w wyniku działalności człowieka (gazy spalinowe, pyły przemysłowe). Ogólnie zanieczyszczenia powietrza dzieli się na pyłowe i gazowe. Światowa Organizacja Zdrowia (World Health Organization) definiuje powietrze zanieczyszczone jako takie, którego skład chemiczny może ujemnie wpłynąć na zdrowie człowieka, roślin i zwierząt, a także na inne elementy środowiska (wody, gleby). Zanieczyszczenia powietrza są najbardziej niebezpieczne ze wszystkich zanieczyszczeń, gdyż są najbardziej mobilne i mogą skazić na dużych obszarach praktycznie wszystkie elementy środowiska. Najczęściej spotykane zanieczyszczenia powietrza w terenach zurbanizowanych to: tlenki azotu (NOx), dwutlenek siarki (SO2), tlenek węgla (CO), węglowodory (HC), ozon troposferyczny (O3), pył zawieszony i opadający. Głównymi dostarczycielami w/w substancji są przemysł energetyczny i motoryzacja. Antropogennymi źródłami zanieczyszczeń powietrza są m.in.: chemiczna konwersja paliw, wydobycie i transport surowców, przemysł chemiczny, rafineryjny i metalurgiczny, cementownie, składowiska surowców i odpadów, motoryzacja. Naturalne źródła zanieczyszczeń powietrza to: wybuchy wulkanów, erozja wietrzna skał, pył kosmiczny, niektóre procesy biologiczne, pożary lasów i stepów. Zanieczyszczenia powietrza są wchłaniane przez ludzi głównie w trakcie oddychania. Przyczyniają się do powstawania schorzeń układu oddechowego (dychawica oskrzelowa, rozedma płuc, zapalenie oskrzeli), a także zaburzeń reprodukcji i alergii. W środowisku kulturowym człowieka zanieczyszczenia powietrza powodują korozję metali i materiałów budowlanych. Działają niekorzystnie również na świat roślinny, zaburzając procesy fotosyntezy, transpiracji i oddychania. Wtórnie skażają wody i gleby. W skali globalnej mają wpływ na zmiany klimatyczne.

Wyróżnia się trzy główne źródła emisji zanieczyszczeń do atmosfery:

1. punktowe - są to głównie duże zakłady przemysłowe emitujące pyły, dwutlenek siarki, tlenek azotu, tlenek węgla, metale ciężkie.

2. powierzchniowe (rozproszone) - są to paleniska domowe, lokalne kotłownie, niewielkie zakłady przemysłowe emitujące głównie pyły, dwutlenek siarki.

3. liniowe - są to głównie zanieczyszczenia komunikacyjne odpowiedzialne za emisję tlenków azotu, tlenków węgla, metali ciężkich (głównie ołów

Zanieczyszczenia powietrza są głównymi przyczynami globalnych zagrożeń środowiska, takich jak kwaśne deszcze, dziura ozonowa, czy efekt cieplarniany.

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 (IV) oraz najbardziej szkodliwego kwasu siarkowego (VI) a także kwasu azotowego. 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. nieodporność wielu gatunków kamieni budowlanych na kwaśne deszcze). Zapobieganie polega na budowaniu instalacji wyłapujących tlenki siarki i azotu ze spalin emitowanych do atmosfery (odsiarczanie gazu) oraz rezygnacji z paliw o znacznym stopniu zasiarczenia.

Skutki działania "kwaśnych deszczy":

1. Zakwaszenie gleby.

W glebie zachodzi wiele naturalnych procesów zakwaszania, a jednym z najważniejszych jest pobieranie pokarmu przez rośliny. Większość pożywienia jest przyswajana w postaci jonów dodatnich, których ubytek jest kompensowany przez rośliny także przez oddawanie do gleby dodatnich jonów wodorowych - w przeciwnym wypadku, zarówno rośliny jak i gleba zostałyby naładowane elektrycznie. 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. Gleba bogata w wapń posiada właściwości buforowe, czyli zdolności do samoczynnego niwelowania zakwaszenia. Wietrzenie minerałów bogatych w wapń to gwarant wysokiego pH gleby, mimo kwaśnych opadów. W glebach ubogich w wapń wartość pH, w wyniku kwaśnych opadów, silnie obniża się. Ze względu na większe właściwości buforowe gleby, jej zakwaszenie jest procesem wolniejszym od zakwaszenia jezior i innych wód. Jednakże obydwa problemy są ściśle ze sobą związane. 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. Owady bynajmniej nie czują się lepiej w kwaśnej wodzie, ale są w dogodniejszej sytuacji z powodu braku ryb. Zakwaszone jeziora nie są martwe, lecz warunki biologiczne są w nich poważnie zmienione. Doraźnie dla zmniejszenia zakwaszenia jezior, np. w Szwecji, stosuje się wapnowanie. Jony glinu i metali ciężkich wytrącają się wówczas z roztworu w postaci nierozpuszczalnego osadu, szkodliwego dla organizmów żyjących na dnie. Wapnowanie podnosi pH wody, w której zawartość trujących jonów metali maleje i życie rozwija się raz jeszcze. Dla utrzymania tego stanu wapnowanie należy kontynuować tak długo, jak ma się do czynienia z kwaśnymi opadami; w przeciwnym razie zebrane na dnie pokłady trujących jonów, uwolnione lawinowo w wyniku zakwaszenia, zniszczą wszelkie życie w tym zbiorniku. Jest to więc metoda uciążliwa, kosztowna i nie znamy jej wpływu na ekosystem

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. Przykładem takim są średniowieczne zabytki Krakowa, katedra Lincolna w Anglii, świątynie na Akropolu w Atenach. 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 (nawet ocynkowana) szybko korodują, wymagając częstszych remontów. Niszczeniu ulegają też obrazy, litografie i starodruki w galeriach sztuki i bibliotekach. Zanieczyszczenia powietrza zwiększają także kwasowość wody pitnej

4. 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 bądź w wyniku uszkodzenia aparatów szparkowych, które m.in. regulują intensywność transpiracji. 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 uszkodzenia korzeni, co powoduje, że nie mogą one pobrać wystarczających ilości pożywienia i wody. Symbioza korzeni i grzybów mikoryzowych może być 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. Szczególnie smutnym przykładem zniszczeń, spowodowanych przez kwaśne deszcze, są lasy w Górach Izerskich. Długoletnie oddziaływanie zanieczyszczeń powietrza, niesionych z Niemiec, Czech i ze Śląska, m.in. systematyczne przekroczenia dopuszczalnych stężeń SO₂, NO, fluoru, opadu pyłów spowodowały całkowite zniszczenie tamtejszych obszarów leśnych. Proces ten będzie się rozszerzał na dalsze partie górskie Sudetów Zachodnich, Środkowych i Wschodnich. Jest to też przykład na to, że kwaśny deszcz jest tu produktem międzynarodowym.

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 pędy. 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, szerokiego dostępu do substancji odżywczych, albo takie, które źle się czują przy obfitym dostępie azotu - zanikają. Rośliny motylkowe, które mają zdolność przyswajania wolnego azotu, są przykładem roślin zagrożonych. Zwiększający się opad azotu w postaci jonów azotanowych jest niekorzystny dla bakterii brodawkowych, które w symbiozie z korzeniami roślin motylkowych przyswajają wolny azot i przetwarzają go w formę potrzebną roślinom. 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. Dla ryb szczególnie szkodliwe są nadmierne ilości aluminium, przedostającego się do wód, który kumuluje się w ich skrzelach, utrudniając im oddychanie, co w końcu może powodować ich śmierć. Również rozmnażanie się żab i rozwój ptaków, żyjących przy brzegach zakwaszonych jezior, jest zaburzony. Jak stwierdzono w badaniach szwedzkich, jaja muchołówek i piecuszków mają dużo cieńszą skorupkę. Dzieje się tak dlatego, że wskutek odżywiania się owadami znad zakwaszonych jezior i cieków wodnych do organizmu ptaków dostało się zbyt dużo aluminium, które zastąpiło wapń w skorupkach. Poza tym ptaki, żywiące się rybami, mają coraz większe trudności w zdobyciu pożywienia. U wielu gatunków zwierząt (jak łosie, sarny czy zające), odżywiających się roślinnością z terenów zakwaszonych, stwierdzono zwiększoną zawartość kadmu w nerkach i wątrobie. Z kolei ślimaki lądowe mogą mieć problemy w budowaniu skorupki, gdy gleba stanie się uboga w wapń. Niektóre ćmy, występujące w lasach iglastych, jak np. brudnica mniszka, wykazują objawy karłowacenia - co również ma związek z zakwaszeniem. Zmiana składu roślinności, spowodowana zanieczyszczeniami powietrza, wywiera wpływ na życie zwierząt, uzależnione od danego zbiorowiska roślinnego.

Smog

Jest to zanieczyszczone powietrze zawierające duże stężenia pyłów i toksycznych gazów, których źródłem jest głównie motoryzacja i przemysł. 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 do 0,81,6 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 -35C, 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. Wywiera również silne działanie korozyjne na środowisko.

DZIURA OZONOWA

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. Pierwsze, po dotarciu do Ziemi, wykorzystywane jest przez człowieka i inne istoty żywe. 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 organizmie 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. Jego koncentracje mierzy się w jednostkach zwanych dobsonami ( od nazwiska konstruktora przyrządów pomiarowych). Ozon nie jest rozłożony równomiernie nad całą powierzchnią Ziemi. Średni poziom wynosi 300 D, podczas gdy nad równikiem jest tylko ok. 250 D. Gdyby nie istniały wiatry stratosferyczne, najwięcej ozonu byłoby właśnie ok. 30 km nad równikiem. Wiatry spychają jednak wzbogacone ozonem powietrze ku biegunom. Opada ono bliżej powierzchni planety i największe stężenie ozonu występuje ok. 25 km nad nią. Półkula północna otrzymuje przy tym więcej ozonu niż południowa. Gdy na danej półkuli kończy się noc polarna, transport ozonu jest największy. Problem dziury ozonowej zaczął istnieć około lat osiemdziesiątych naszego wieku. W roku 1982 w brytyjskiej stacji naukowej "Halley Bay" na Antarktydzie zespół dr Joe Formana odkrył, że zanikła spora część pokrywy ozonowej nad biegunem. Równolegle prowadzono pomiary przez satelitarną stację meteorologiczną NASA, które to badania nie wykazały podobnego stanu ozonosfery. Później okazało się, że komputery, ponieważ nie przewidziano podobnej sytuacji w oprogramowaniu, odrzuciły możliwość tak znacznego zaniku ozonu. W roku 1987 ilość ozony nad biegunem była o 50% mniejsza niż przed odkryciem dziury. Podstawowe zagrożenie dla ozonosfery stanowią freony. (Freony, pochodne chlorowcowe węglowodorów nasyconych, zawierające w cząsteczce jednocześnie atomy fluoru i chloru, niekiedy także bromu, np. dichlorodifluorometan CCl2F2 (F-12), dichlorotetrafluoroetan C2C2F4 (F-114). Niższe freony mają dużą prężność pary w niskich temperaturach i duże ciepło parowania, są bezwonne lub mają zapach eteru, pozbawione barwy, nietrujące i niepalne, nie powodują korozji metali, są łatwe do skroplenia, odznaczają się małym napięciem powierzchniowym i lepkością. Niższe freony można otrzymać w reakcji tetrachlorometanu z fluorowodorem.) 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. Okazało się jednak, że zarówno lekkość jak i nieaktywność chemiczna związków CFC stały się prawdziwym utrapieniem. Przenikając do ozonosfery, mogą one pozostać w niej ponad sto lat. W 1971 roku prof. Sherwood Roland i dr Mario Molin, dwaj chemicy, wysunęli hipotezę o zgubnym dla warstwy ozonowej wpływie freonów. Związki CFC pod wpływem promieniowania UV o długościach fal w zakresie 190-220 nm rozpadają się na węgiel, fluor i chlor. Węgiel spala się. Fluor i chlor wchodzą w reakcje z ozonem, następuje szereg reakcji łańcuchowych, w wyniku czego powstają tlenki i tlen cząsteczkowy (Cl + O₃? ClO + O₂. ClO + O? Cl +O₂ Stężenie freonów w dolnej stratosferze dochodzi do 5 ppb i ma tendencję wzrostową.) W ten sposób zniszczeniu ulega ozon. Początkowo zaprzeczali tej hipotezie producenci aerozoli. Dalsze badania potwierdziły, że Rowland i Molin mieli rację. W 1976 roku hipoteza stała się teorią i freony znalazły się na liście związków szkodliwych dla środowiska.

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 CO_2, 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. Bardzo wrażliwy na promienie nadfioletowe jest plankton. Zmniejszenie jego ilości ma wpływ na dalsze ogniwa łańcucha troficznego głównie ryby, których liczebność również zaczyna spadać. Skutkiem tego są mniejsze połowy. Cierpią na tym także ptaki morskie. Promieniowanie UV może uszkodzić ikrę ryb oraz skorupiaki takie jak kraby czy krewetki. 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. Nasz kraj podpisał co prawda Protokół Montrealski, na mocy którego zobowiązani jesteśmy do zaprzestania importu i wykorzystywania produktów zawierających freony czy halony (również szkodliwe). Nie jest to jednak ściśle przestrzegane. Powrót do stanu ozonosfery obserwowanego np. np. w 1982 roku może potrwać ok. sto lat. 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. Znowu znalazło zastosowanie przysłowie: Nie wszystko złoto, co się świeci. Na przyszłość ludzie powinni być ostrożniejsi i nie dążyć za wszelką cenę do najprostszych, bezproblemowych rozwiązań (jakim początkowo zdawało się być stosowanie freonów), gdyż nie są one warte ceny jaką najczęściej trzeba później zapłacić.

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 CO₂ w powietrzu. Jego głównym źródłem są elektrownie, spaliny samochodowe, wycinanie drzew (które pochłaniając CO₂ wydalając 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. Dr Julian Paren z Brytyjskiego Biura Antarktycznego w Cambridge obliczył, że całkowite stopnienie lodów najzimniejszego kontynentu spowodowałoby podniesienie poziomu mórz o 65m. Ponadto lody Grenlandii podwyższyłyby lustro wody o dalsze 7 m. Stopnienie lodowców himalajskich, andyjskich i alpejskich dałoby wzrost poziomu wód o 35 cm. Ponad 70-metrowy przybór wód oceanu światowego zmieniłby kształt linii brzegowych kontynentów i wysp. Wszystkie mapy trzeba byłoby rysować od nowa. Dla krajów nadmorskich oznaczałoby to pochłonięcie olbrzymich terenów przez wodę. Z obliczeń wynika, że podniesienie lustra wody o 1m zatopi 17% powierzchni gęsto zaludnionego Bangladeszu. Do krajów najbardziej zagrożonych należą ponadto: Egipt, Indonezja, Malediwy, Mozambik, Pakistan, Senegal, Tajlandia i Gambia. Satelita badawczy Topex Poseidon pozwolił stwierdzić, że obecnie poziom wód wzrasta około 3mm rocznie i tempo tego procesu zwiększa się. 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. O skutkach ocieplenia klimatu myśli się też w Polsce. Przeprowadzono badania wpływu tego zjawiska na produkcję rolną. Stwierdzono, że dwukrotny wzrost zawartości w atmosferze dwutlenku węgla daje zwiększenie plonów kukurydzy o 16%, jęczmienia o 36%, pszenicy o 38%. Czyżby więc emisja gazów cieplarnianych miała przynieść nam korzyści? Odpowiadając na to pytanie trzeba pamiętać, że wraz z uprawami użytecznymi bujniej rosnąć będą chwasty. Poza tym zmiany klimatyczne zmuszą naszych rolników do zmiany rodzajów upraw. W połowie przyszłego wieku w Polsce zapanuje przypuszczalnie klimat podobny do tego , który występuje dziś na południowych Morawach. Rolnicy będą musieli zrezygnować z dużej części upraw żyta i ziemniaków. Co je zastąpi? Być może winnice. To jednak będzie wymagało olbrzymich inwestycji. 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. Takie nagłe wahania temperatur przyczyniają się do niszczenia nawierzchni dróg i jednocześnie przynoszą straty w przewożonych ładunkach wymagających chłodzenia, w skrajnych przypadkach zaś doprowadzą do ograniczenia dostaw energii elektrycznej, a nawet całkowitego jej odcięcia. Proces ten może pogłębić istniejący już problem związany z jakością wody i utylizacja ścieków, erozją gleby oraz odprowadzaniem w miastach wody pochodzącej z ulewnych opadów. Zjawiska te wskazują jak ważne jest poznanie skutków wpływu człowieka na klimat

4

---