Opady i osady atmosferyczne jako źródło informacji o stanie środowiska

Transkrypt

1 Opady i osady atmosferyczne jako źródło informacji o stanie środowiska Dr hab. inż. Żaneta Polkowska Katedra Chemii Analitycznej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. G. Narutowicza 11/12, Gdańsk, tel.0/48/58/ , faks 0/48/58/ , zaneta@chem.pg.gda.pl Listopad 2009

2 W wyniku: intensywnego rozwoju gospodarczego wielu regionów kuli ziemskiej; wycinania lasów; nawadniania coraz większych połaci obszarów stepowych i pustynnych; emisji do atmosfery olbrzymich ilości zanieczyszczeń np. w wyniku spalania surowców energetycznych; rozbudowy aglomeracji miejsko-przemysłowych; wzrostu ilości pojazdów mechanicznych i związanej z nimi emisji zanieczyszczeń. atmosfera zawiera szeroką gamę szkodliwych dla środowiska związków.

3 ! 2/3 powierzchni Ziemi zajmują morza i oceany.! Całkowita ilość wody w przyrodzie jest stała dzięki właściwości występowania jej w warunkach naturalnych w trzech stanach skupienia (stałym, ciekłym, gazowym), a także dzięki temu, iż znajduje się ona w ciągłym ruchu.! Krąży ona między oceanem, powietrzem i lądem w złożonym i nieprzerwanym cyklu.

4 Cykl obiegu wody w przyrodzie

5 Woda bez przerwy paruje z mórz, jezior, rzek i unosi się wraz ze strumieniami ciepłego powietrza. W atmosferze para kondensuje, powstają chmury, a z nich opady atmosferyczne w postaci deszczu, gradu czy śniegu. Przeciętnie woda w atmosferze przebywa około 8 dni.

6 Wody atmosferyczne spadają na powierzchnię ziemi, w tym ok % opada do oceanów i mórz, a tylko 9 12 % na lądy. Wody opadowe trafiające na kontynenty, częściowo wyparowują do atmosfery, część spływa po powierzchni w postaci rzek do mórz, a część przenika do wód podziemnych. Część wód pobierają rośliny i w procesie transpiracji woda przechodzi do atmosfery.

7 Opady atmosferyczne, są to produkty kondensacji zawartej w atmosferze pary wodnej. Opady spadają na powierzchnię Ziemi lub unoszą się w powietrzu w postaci wody lub kryształków lodu.

8 Typy opadów i osadów atmosferycznych

9 Wyróżnia się kilka typów opadów: Równikowy, (od 10 szerokości geograficznej południowej i północnej) o sumie rocznej ponad mm, obejmujący tereny, gdzie w ciągu roku występują dwa okresy deszczowe z obfitymi opadami oddzielone od siebie okresami stosunkowo suchymi. Zwrotnikowy, (10-25 szerokości geograficznej północnej i południowej), na obszarach gdzie stopniowo przesuwając się w stronę zwrotników zanikają dwa okresy opadowe, przechodząc w niewielkie opady występujące w letniej połowie roku a pozostałe miesiące są bezdeszczowe. Jest to region o najmniejszych sumach opadów wynoszących poniżej mm, gdzie większość powierzchni zajmują pustynie.

10 Monsunów zwrotnikowych, obejmujący obszar m. in. Azji Południowo Wschodniej, północnej Australii, gdzie roczny przebieg opadów atmosferycznych jest podobny jak w typie zwrotnikowym, z tym ze są one znacznie większe i wynoszą od do mm. Śródziemnomorski, obejmujący obszar m.in. wybrzeża Morza Śródziemnego, Półwyspu Kalifornijskiego, południowej Afryki, południowej Australii, gdzie suma opadów jest zróżnicowana i wynosi od 500 do ponad mm, maksimum zaś przypada na zimę lub jesień.

11 Szerokości umiarkowanych (podtyp kontynentalny), obejmujący wnętrza kontynentów, gdzie maksimum opadów przypada na lato, a minimum na zimę. Szerokości umiarkowanych (podtyp morski), obejmujący wybrzeża kontynentów, gdzie przeważają opady zimowe albo tez rozkład opadów jest równomierny w ciągu roku. Polarny, o niewielkiej sumie opadów, często poniżej mm, z maksimum w lecie.

12 Obszar Polski pod względem ilości opadów jest różnorodny. Najwyższe opady występują w Sudetach i Karpatach, wybrzeże Bałtyku charakteryzuje się opadami powyżej średniej. Opady w Polsce wahają się w dość szerokich granicach od 503 milimetrów do 1797 milimetrów. Średnia dla całej Polski wynosi prawie 650 milimetrów. Charakterystyczną cechą występującego w Polsce klimatu umiarkowanego jest wyraźna przewaga opadów letnich nad zimowymi.

13 ! Opady atmosferyczne są nośnikiem zanieczyszczeń, transportują je z powietrza do zbiorników wodnych i do gleby.! Jednocześnie, podczas opadu, powietrze pozbywa się zanieczyszczeń, ulega oczyszczeniu.

14 Charakter i skład wód opadowych zależy od czystości atmosfery, tj. : od rodzaju i ilości domieszek naturalnych; zanieczyszczeń przemysłowych zawartych w powietrzu atmosferycznym; od wielkości opadów; kierunku wiatru; wysokości chmur; rodzaju opadów (deszczu, śniegu, gradu, mgły).

15 Krople deszczu rozpuszczają i wymywają gazy oraz aerozole z atmosfery wraz z zawartymi w nich związkami: związki tlenu; związki azotu - tlenki azotu (pochodzące z utleniania azotu podczas wyładowań atmosferycznych); dwutlenek węgla; małe ilościach gazów szlachetnych; pierwiastki radioaktywne, amoniak; rozpuszczalne sole (jak na przykład NH 4 HCO 3, NH 4 NO 3, NH 4 NO 2, Na 2 SO 4, NaCl); nierozpuszczalne sole wapnia, magnezu; związki krzemu; domieszki mechaniczne (pyły, sadze, cząstki roślinne, mikroorganizmy).

16 W rejonach zaludnionych i uprzemysłowionych o zanieczyszczonym powietrzu atmosferycznym wody opadowe mogą zawierać domieszki różnorakich zanieczyszczeń powietrza: różne odpady produkcyjne; produkty niezupełnego spalania węgla i innych paliw; gazy przemysłowe: CO 2, NH 3, H 2 S; tlenki azotu i siarki; metale ciężkie; tlenki: As 2 O 3, P 2 O 5, Fe 2 O 3, PbO, ZnO. substancje owadobójcze, chwastobójcze i grzybobójcze.

17 KWAŚNE DESZCZE

18 Kwaśne deszcze to popularny sposób nazywania całego zakresu efektów - kwaśnych opadów Kwaśne deszcze (ph do ok. 4-4,5), powstają w wyniku pochłaniania przez kropelki wody gazowych zanieczyszczeń powietrza: głównie dwutlenku siarki (SO 2 ; szacuje się, że w Europie jest on w 60% sprawcą kwaśnych opadów); tlenków azotu (NO x ); siarkowodoru (H 2 S); dwutlenku węgla (CO 2 ; jego naturalna obecność w powietrzu powoduje zakwaszenie wody deszczowej do ph ok. 5,6); chlorowodoru (HCl).

19 Wygląd drzew po długotrwałych opadach kwaśnych deszczy

20 Miesięczne ilości opadów atmosferycznych w [mm] na terenie Trójmiasta w poszczególnych latach Ilość opadów [mm] I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Okres pobierania próbek

21 Średnie miesięczne wartości ph próbek wód opadowych pobranych na terenach Trójmiasta ph I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Okres pobierania próbek

22 Średnie miesięczne stężenia analitów z grupy WWA (Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne) w próbkach wód opadowych w [ng/dm 3 ] Stacje zbierania próbek Średnie miesięczne stężenie [ng/dm 3 ] naftalen acenaftylen acenaften fluoren fenantren+antracen fluoranten piren benzo/a/antracen+chryzen benzo/b+k/fluoranten benzo/a/piren indeno/1,2,3-cd/piren dibenzo/a,h/antracen benzo/g,h,i/perylen

23 Średnioroczne stężenia pestycydów azotofosforo- i chloroorganicznych w próbkach opadów atmosferycznych zbieranych na obrzeżach miasta Średnie roczne stężenie [ng/dm 3 ] pestycydy azoto- i fsforoorganiczne pestycydy azoto- i fosforoorganiczne pestycydy azoto- i fosforoorganiczne pestycydy chloroorganiczne pestycydy chloroorganiczne pestycydy chloroorganiczne Stacja pobierania próbek

24 Zmiany wartości ph próbek śniegu zebranych w punktach pobierania próbek zlokalizowanych na terenie osiedla Gdańsk Morena Opad bezpośredni Opad zebrany po 6h Opad zebrany po 6h z miejsca obok ph 7 6,8 6,6 6,4 6,2 6 5,8 5,6 5,4 5, Punkt pobierania próbki

25 Średnie stężenie jonu azotanowego dla próbek śniegu zebranych w dniu w punktach pobierania próbek zlokalizowanych na terenie osiedla Gdańsk - Morena Warstw a pow ierzchniow a Warstw a pow ierzchniow a po 6 h z miejsca obok Warstw a pow ierzchniow a po 6 h 0,05 0,27 0,13 Stężenie NO3 - [meq/dm 3 ] 0,04 0,03 0,02 0,01 0 I II III IV V VI Punkt pobierania próbki

26 Średnie stężenie jonu siarczanowego dla próbek śniegu zebranych w dniu w punktach pobierania próbek zlokalizowanych na terenie osiedla Gdańsk Morena Warstw a pow ierzchniow a Warstw a pow ierzchniow a po 6 h z miejsca obok Warstw a pow ierzchniow a po 6 h 1,07 0,73 Stężenie SO 4 2- [meq/dm 3 ] 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 I II III IV V VI Punkt pobierania próbki

27 Średnie stężenie jonu chlorkowego dla próbek śniegu zebranych w dniu w punktach pobierania próbek zlokalizowanych na terenie osiedla Gdańsk Morena Warstw a pow ierzchniow a Warstw a pow ierzchniow a po 6 h z miejsca obok Warstw a pow ierzchniow a po 6 h 1,53 45,0 38,4 Stężenie Cl - [meq/dm 3 ] 1,2 0,8 0,4 0 I II III IV V VI Punkt pobierania próbki

28 Wyniki analizy próbek śniegu pobranego na terenie środkowej Finlandii (1993 r.) Viskari E.-L., Rekila R., Roy S., Lehto O., Ruuskanen J., Karenlampi L., Airborne pollutants along roadside: assessment using snow analyses and moss bags, Environ. Pollut., 97, (1997)

29 Lokalizacja miejsc pobierania próbek śniegu Schemat pobierania próbek Wydział Chemiczny PG Miejsce pobierania próbek śniegu

30 Zmiana wartości przewodnictwa elektrycznego w zależności od odległości od skrajni jezdni Odległość od skraju jezdni [m] Przewodnictwo elektryczne [us/cm]

31 Stężenie wybranych związków organicznych w próbkach śniegu w zależności od odległości od skraju jezdni Stężenie [mg/dm 3 ] Detergenty anionowe Suma fenoli Formaldehyd Odległość od szosy [m]

32 Kamienny schron pełniący rolę tymczasowego obserwatorium

33 Stężenia poszczególnych anionów w próbkach szronu i szadzi pobranych na terenie Gdańska Fluorki Azotany Fosforany Siarczany Chlorki Stężenie [mg/dm 3 ] a-G 1c-G 2a-D 3b-G 4a-G 6a-G 6c-G 7a-G 7c-G Nazwa próbki

34 Stężenia poszczególnych kationów w próbkach szronu i szadzi pobranych na terenie Gdańska wapń potas amoniak sód magnez Stężenie [mg/dm 3 ] 1a-G 1b-G 1c-G 1d-G 2a-G 3a-G 3b-G 3c-G 5a-G 6a-G 6b-G 6c-G 6d-G 7a-G 7b-G 7c-G 7d-G Nazwa próbki

35 Porównanie stężeń oznaczonych jonów w próbkach szronu i śniegu zebranych na terenie Gdańska ( ) szron śnieg 13,5 14 Stężenie [mg/dm 3 ] F- Cl- NO3- PO43- SO42- Na+ NH4+ K+ Ca2+ Mg2+ SO32- Oznaczone jony

36 Zmienność ph próbek rosy pobranych na terenie Gdańska

37 Zmierzone wartości ph dla próbek rosy oraz opadu atmosferycznego pobranych na terenie Gdańska i Gdyni

38 Zmierzone wartości przewodnictwa elektrolitycznego dla próbek rosy oraz opadu atmosferycznego pobranych na terenie Gdańska i Gdyni

39 Porównanie oznaczonych stężeń anionów w próbkach rosy i deszczu pobranych na terenie Gdańska i Gdyni.

40 Porównanie oznaczonych stężeń kationów w próbkach rosy i deszczu pobranych na terenie Gdańska i Gdyni.

41 Porównanie stężeń formaldehydu, sumy stężeń fenoli oraz TOC (całkowity węgiel organiczny) dla próbek rosy oraz opadu atmosferycznego pobranych na terenie Gdańska i Gdyni.