TECHNIKA A EKOLOGIA Jarosław Mrozek

Transkrypt

1 Atmosfera jest powłoką gazową otaczającą kulę ziemską. Składa się ona z kilku, warstw różniących się gęstością, temperaturą, ciśnieniem i składem powietrza. Najistotniejsze funkcje atmosfery, polegają na umożliwieniu rozwoju życia poprzez osłonę przed ucieczką ciepła w przestrzeń kosmiczną oraz przed jonizującym promieniowaniem: kosmicznym i słonecznym. Atmosfera jest zarazem jednym z elementów cykli biogeochemicznego obiegu substancji w biosferze. Aerosfera obejmuje najniższą warstwę atmosfery troposferę i niewielką część stratosfery - do wysokości ok. 22 km. Istota zagrożeń związanych z zanieczyszczeniem powietrza wynika z konieczności oddychania powietrzem aktualnie dostępnym, niezależnie od jego jakości.

2 Dla człowieka najistotniejszy jest stan czystości powietrza w dolnej części troposfery, przy czym za zanieczyszczenie należy uznać wszystkie składniki, które zniekształcają naturalny skład powietrza w troposferze. Podkreślić należy, że rola poszczególnych składników aerosfery nie jest proporcjonalna do ich udziału w budowie atmosfery. Wynika z tego, iż równowaga procesów izycznochemicznych w atmosferze jest nad wyraz krucha, gdyż o jej zaburzeniu łatwo mogą zdecydować mikroskładniki (np. zmiany ilości dwutlenku węgla- C0 2 lub ozonu-0 3 ). Skutki zanieczyszczenia aerosfery mają charakter rozległy w związku z przenoszeniem zanieczyszczeń wraz z masami powietrza, przy czym jej degradacja ma zawsze reperkusje w degradacji innych części biosfery (hydrosfery, litosfery).

3 Budowa atmosfery ziemskiej

4 Przeciętny skład powietrza atmosferycznego Składnik Symbol Udział objętościowy w ( %) Azot N 78,08 Tlen O 2 20,95 Argon Ar 0,93 Woda/para : wodna H 2 0 0,02/0,04 Dwutlenek węgla CO 2 0,03 Neon Ne 0,0018 Hel He 0,00052 Metan CH 4 0,00014 Krypton Kr 0,00011 Wodór H 2 0,0005 Ozon O 3 0,00005 Podtlenek azotu N 2 0 0,00002 Ksenon Xe 0, Tlenek węgła CO do 0,00002 Dwutlenek siarki SO 2 do 0, Amoniak NH 3 do 0, Dwutlenek azotu NO 2 do 0, Siarkowodór H Jarosław 2 S Mrozek do 0,

5 Źródła zanieczyszczenia atmosfery dzieli się, zależnie od pochodzenia, na naturalne i antropogeniczne. Źródła naturalne to wybuchy wulkanów, pożary lasów i stepów, a także rozmaite pyły organiczne pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Wydajnym źródłem zanieczyszczeń jest proces zasilania atmosfery w sól morską podczas unoszenia pyłu wodnego przez wiatr i turbulencję atmosfery. Należy tu podkreślić, że naturalne źródła biologiczne są bardzo wydajne, jeśli chodzi o związki azotu. Wśród antropogenicznych źródeł emisji zanieczyszczeń powietrza najwydajniejsze jest wytwarzanie energii oparte na paliwach konwencjonalnych (węgiel, ropa naftowa) i przemysł metalurgiczny (zwłaszcza wytop żelaza) oraz górnictwo naftowe i przerób ropy.

6 Również transport samochodowy, przemysł budowlany (produkcja cementu) oraz przemysł chemiczny, ale także rolnictwo i hodowla (pylenie z pól, metan z hodowli parzystokopytnych) przyczyniają się do degradacji powietrza. Globalna wydajność źródeł naturalnych jest większa, ale bardziej szkodliwe dla środowiska są źródła antropogeniczne, ponieważ oddziałują na mniejszych obszarach, na ogół gęsto zaludnionych. W przypadku niektórych rodzajów zanieczyszczeń wydajność źródeł antropogenicznych stała się porównywalna ze źródłami naturalnymi. Na przykład za ponad połowę globalnej ilości wyemitowanych tlenków siarki i tlenku węgla odpowiedzialne są źródła antropogeniczne, które w odniesieniu do NO 2 lub CO 2 odpowiadają tylko za kilka procent globalnej emisji tych zanieczyszczeń.

7 Na półkuli północnej, według danych UNESCO, przemysłowe źródła antropogeniczne są 30-krotnie wydajniejsze od źródeł na półkuli południowej. Źródła rolnicze są wydajniejsze ok. 4 5-krotnie, zaś kontynentalne źródła naturalne są wydajniejsze ok. 2-krotnie. Oznacza to, że o stanie zanieczyszczenia atmosfery Ziemi decyduje głównie emisja z półkuli północnej, co wynika z planetarnego rozkładu kontynentów i oceanów oraz wyższego stopnia rozwoju gospodarczego w Europie, Ameryce Północnej i Wschodniej Azji.

8 Źródła zanieczyszczeń dwutlenkiem siarki, dwutlenkiem azotu i pyłami: 1 energetyka zawodowa, 2 energetyka przemysłowa, 3 technologie przemysłowe, 4 inne stacjonarne, 5 mobilne

9 W zależności od stanu skupienia zanieczyszczenia powietrza dzieli się na stałe (np. pyły), gazowe (np. tlenki azotu, węgla, siarki) oraz ciekle (po połączeniu się zanieczyszczeń gazowych z wilgocią atmosferyczna, np. mgły kwasu siarkowego). W rzeczywistości w atmosferze wytwarza się mieszanina składników stałych, ciekłych i gazowych tworzących aerozol. Może to być układ dwufazowy (ciało stale gaz) lub trójfazowy (ciało stałe ciecz gaz), w którym faza powodująca zanieczyszczenie jest rozproszona, a atmosfera jest fazą rozpraszającą. Warunkiem uznania tej mieszaniny za aerozol jest tak duże rozdrobnienie fazy rozpraszanej, aby mogła się ona dostatecznie długo utrzymywać w ziemskim polu grawitacyjnym (wykonując ruchy Browna) lub opadać z prędkością mniejszą od 5 m/s.

10 Wśród aerozoli atmosferycznych, w zależności od cech fazy rozpraszanej, wyróżnia się: a) pyły kondensacyjne, kuliste w kształcie, o rozmiarach fazy stałej rzędu 0,03 do 0,02 mikronów, powstające wskutek skraplania się i zestalania par, np. pary chlorku amonowego, tlenku cynku; b) pyły dyspersyjne, o różnych kształtach, o rozmiarach rzędu 0,01 do 1 mikronów (np. spaliny oleju i tytoniu, sadza); c) pyły o rozdrobnieniu mechanicznym, o różnych kształtach i o rozmiarach zróżnicowanych od 1 do 2000 mikronów (popiół lotny, nawozy sztuczne, pył węglowy, piasek odlewniczy, ale także pyłki kwiatowe, bakterie); d) mgły wodne i mgły związków chemicznych (np. kwasu siarkowego) o rozmiarach kropel rzędu 0,5 do 500 mikronów oraz krople deszczu do 5000 mikronów.

11 Szczególnym rodzajem zanieczyszczenia powietrza jest smog atmosferyczny, czyli mgła nasycona licznymi zanieczyszczeniami gazowymi i pyłowymi. Smog powstaje w obszarach o dużej emisji zanieczyszczeń przy słabym ich rozprzestrzenianiu się oraz przy sprzyjających warunkach meteorologicznych. Prowadzi to do nadmiernego zagęszczenia zanieczyszczeń w powietrzu, co niekiedy ma bardzo poważne reperkusje zdrowotne, z masowymi zgonami włącznie.

12 Wyróżnia się dwa zasadnicze typy smogu. 1. Smog kwaśny typu londyńskiego (siarkowy) wytwarza się na bazie dużej emisji S0 2 (ze spalania paliw) w warunkach nasycenia powietrza przez wodę. Dochodzi wtedy do utleniania S0 2 w kroplach mgły na aerozol kwasu siarkowego, przy czym ziarna pyłów i sole metali pełnią funkcję katalizatorów. Smog kwaśny występuje w dużych miastach w klimacie strefy umiarkowanej. 2. Smog utleniający (fotochemiczny) powstaje na bazie dużej emisji spalin samochodowych w warunkach intensywnego promieniowania słonecznego. Dochodzi wtedy do utleniania związków azotu przy udziale węglowodorów. Tworzą się silnie utleniające związki z dużym udziałem ozonu. Smog utleniający występuje w dużych miastach w strefie klimatów tropikalnych.

13 Specyficznym rodzajem zanieczyszczeń antropogenicznych są pyły promieniotwórcze pochodzące z naziemnych eksplozji nuklearnych. Potężne prądy wstępujące wynoszą pyły do górnej części troposfery i do stratosfery, wskutek czego mogą one przebywać w atmosferze przez wiele lat. W pyłach tych znajduje się ponad 20 radioizotopów (między innymi: stront-90, cez-137), które długo są źródłem emisji promieniowania jonizującego o charakterze korpuskularnym i elektromagnetycznym, a także są źródłem neutronów.