1.53. Zanieczyszczenia atmosfery Opracowała Bożena Smolik Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska

Na początku swojego życia na Ziemi człowiek wędrował i żył w harmonii z przyrodą. Ekosystemy funkcjonowały wtedy w niezakłócony sposób. Krążyła w nich materia i przepływała przez nie energia. Później zmienił swój tryb życia na osiadły i zaczął nadmiernie eksploatować zasoby przyrody. W ciągu ostatnich dziesięcioleci, wraz z rozwojem techniki i rolnictwa, człowiek presja człowieka na środowisko wzrasta w tempie przyspieszonym. Działalność gospodarcza jest przyczyną zanieczyszczeń środowiska, które powodują zaburzenia równowagi w ekosystemach.

Zanieczyszczenia naturalne Erupcja wulkanów Erozja wietrzna skał Drobinki soli z rozbryzgów wody morskiej Pożary lasów Pył kosmiczny Pyłki roślin

Zanieczyszczenia, wynikające z działalności gospodarczej człowieka Przemysł hutniczy Przemysł wydobywczy Przemysł materiałów budowlanych Przemysł spożywczy Elektrociepłownie Przemysł chemiczny Środki transportu Gospodarstwa domowe

Rodzaje zanieczyszczeń atmosfery Zanieczyszczenia gazowe i opary związków chemicznych: tlenek węgla (CO) i dwutlenek węgla (CO2) dwutlenek siarki (SO2) tlenki azotu amoniak (NH3) węglowodory spaliny samochodowe smog Cząstki stałe organiczne i nieorganiczne: popiół sadza pyły z produkcji cementu azbest pyły metalurgiczne Kropelki cieczy: kwasów zasad rozpuszczalników Mikroorganizmy odbiegające składem lub ilością od naturalnej mikroflory powietrza: wirusy bakterie grzyby

Udział sektorów gospodarki w emisji do atmosfery tlenków azotu (Europa) Pomimo wprowadzenia do powszechnego użytku w samochodach katalizatorów, większość emisji dwutlenku azotu (NO + NO 2 = NO x ) pochodzi nadal ze spalin samochodowych. Autorzy: Anita Bokwa, Pawel Jezioro Źródło danych:

Stan zanieczyszczenia powietrza w Polsce Emisja pyłów i gazów w Polsce jest bardzo wysoka - 4 miejsce w Europie. Głównymi źródłami zanieczyszczenia powietrza w Polsce są: - energetyka (elektrownie i elektrociepłownie), - hutnictwo, - metalurgia-60-70% zanieczyszczeń, - gospodarka komunalna, - motoryzacja (transport i komunikacja) 30-40%. W 1998 r. do powietrza przedostało się ponad 2522 tys. ton zanieczyszczeń, w tym pyłowe stanowiły 10,1%, a gazowe 89,9%. Zanieczyszczenia gazowe osiągnęły 2267 tys. ton (w tym SO, 58,9%, CO 16,3%, NO i NO2 18,3%, węglowodory i inne 6,5%), zanieczyszczenia pyłowe zaś 254 tys. ton, w tym: popiół lotny 83,3%, pyły z produkcji cementu 3,8%. W ostatnich latach nastąpiło korzystne ograniczenie emisji zanieczyszczeń. I tak np. w 1998 r. emisje pyłowe były o ok. 86% niższe od bardzo wysokiego stanu z 1987 r., a emisje gazowe (S02, NOX, CO) spadły odpowiednio o ponad 58%.

Współczesne zagrożenia Smog - zalegająca nisko nad ziemią ciężka chmura, będąca mieszaniną mgły i zanieczyszczeń (tlenki: węgla, siarki, azotu; drobinki: sadzy, ropy, benzyny; spaliny: z gospodarstw domowych, samochodowe). Pojawia się w dużych, uprzemysłowionych aglomeracjach miejskich, szczególnie przy bezwietrznej pogodzie. Bezpośrednią przyczyną smogu kwaśnego jest osadzanie się zagęszczonej pary wodnej na cząstkach pyłów. Rozpuszczone w wodzie tlenki węgla i siarki nadają smogowi kwaśny odczyn. Smog jest zagrożeniem dla zdrowia, gdyż ma działanie rakotwórcze i alergizujące. Może również wywoływać niewydolność oddechową, zaburzenia w działaniu układu krwionośnego, a nawet zatrucia śmiertelne.

Zakwaszenie i kwaśne deszcze Dwutlenek siarki (SO 2 ) jest emitowany do atmosfery przez zakłady przemysłowe, a przede wszystkim przez elektrownie (wskutek spalania węgla). Dziś już ten problem w Europie nie jest tak palący jak np. w latach siedemdziesiątych XX w. Emisje SO 2 znacząco zmalały wskutek kryzysu ekonomicznego i ograniczenia produkcji przemysłowej w krajach postkomunistycznych, a także wskutek stosowania nowoczesnych technik, np. filtrów na kominach. Problemy te jednak narastają w południowo-wschodniej Azji. Zakwaszenie powietrza i kwaśne deszcze są konsekwencją procesów utleniania siarki w powietrzu, co prowadzi do tworzenia się kwasu siarkowego. Ponadto z tlenków azotu tworzy się kwas azotowy. Zniszczenia poczynione przez kwaśne deszcze i zakwaszenie gleb w lasach wymagają dalszych, wieloletnich działań w celu ich naprawienia. Zniszczenia spowodowane przez kwaśne deszcze można obserwować w lasach, ale także na budynkach.

Skutki kwaśnych deszczy Substancje takie jak:H 2 S,SO 3,SO 2,CS 2, związki fluoru, tlenki azotu mogą niszczyć aparaty szparkowe roślin, co uniemożliwia transpiracje i fotosyntezę- niszczenie chlorofilu. W/w substancje mają również negatywny wpływ na zwierzęta hodowlane i zwierzynę leśną. Zanieczyszczenia atmosfery, oprócz schorzeń ludzi, zwierząt i szkodliwego wpływu na uprawy i drzewostan, powodują:  niszczenie budowli (niejednokrotnie o walorach zabytkowych);  korozję metali oraz zwiększone zużycie maszyn i urządzeń;  niszczenie skóry, papieru, odzieży;  wydłużanie czasu wysychania farb i lakierów;- redukcję promieniowania słonecznego, na skutek absorbowania go i rozpraszania. Na organizm ludzki szkodliwy wpływ mają pyły (związki arsenu, ołowiu, cynku, miedzi), które powodują uszkodzenia układu oddechowego: nieżyty tchawicy i oskrzeli, rozedmę płuc, pylicę, raka płuc. Kwaśne deszcze przyczyniają się również do zakwaszenia gleb, rzek i jezior.

Widoczne gołym okiem skutki kwaśnych deszczy Zniszczenia spowodowane przez kwaśne deszcze. Rzeźba z piaskowca z 1702 r sfotografowana w 1908 r. (po lewej stronie) i w 1969 r. (po prawej stronie). Zdjęcie: Westfäliches Amt fur Denkmalpflege

Zamieranie lasu w górach spowodowane kwaśnymi deszczami (Rudawy, Niemcy) Źródło: laif-Foto

Zapobieganie kwaśnym opadom: Odsiarczanie gazów za pomocą instalacji, wychwytujących tlenki siarki i azotu ze spalin emitowanych do atmosfery. Rezygnacja z paliw o dużej zawartości siarki. Ograniczenie emisji tlenków siarki i azotu do atmosfery, w tym rola każdego z nas, polegająca na oszczędności energii cieplnej i elektrycznej.

Dziura ozonowa W atmosferze, na wysokości 25–50 km nad Ziemią, znajduje się warstwa ozonowa. Pełni ona rolę płaszcza ochronnego naszej planety. Tworzące ją trójatomowe cząsteczki tlenu (ozonu – O 3 ) pochłaniają część promieniowania ultrafioletowego Słońca, które jest bardzo szkodliwe dla organizmów żywych. Od kilkudziesięciu lat obserwuje się znaczny spadek zawartości ozonu w tej warstwie. Główną przyczyną tego zjawiska jest pojawienie się w atmosferze dużych ilości freonów i związków azotu. Powodują one rozpad trójatomowych cząsteczek ozonu na dwuatomowe cząsteczki tlenu, co umożliwia docieranie do powierzchni Ziemi szerszego spektrum promieni ultrafioletowych.

Freony Są to węglowodory zawierające węgiel, chlor i fluor. Były stosowane do niedawna w chłodnictwie oraz w środkach chemicznych w aerozolu (np. dezodoranty). Po dostaniu się do stratosfery ulegają reakcjom fotochemicznym, a uwolniony z nich chlor reaguje z ozonem (O 3 ), przekształcając go w zwykły tlen cząsteczkowy (O 2 ). Podobne działanie wykazują tlenki azotu, które nadal są emitowane do atmosfery. Proces niszczenia warstwy ozonowej jest nierównomierny, na wskutek czego dochodzi do powstania dziur ozonowych. Największe ubytki znajdują się aktualnie nad Arktyką i Antarktydą.

Obecnie ocenia się, że człowiek zniszczył już około 5% całej warstwy ozonowej (największe ubytki notowane są nad obszarami polarnymi). Konsekwencje tego mogą być bardzo groźne dla organizmów żyjących na Ziemi. Zwiększona ilość promieniowania ultrafioletowego niszczy chlorofil u roślin, powoduje zmiany klimatyczne, ogranicza rozwój fitoplanktonu w oceanach, przyczynia się do wzrostu liczby zachorowań na raka skóry i choroby oczu.

Chroń siebie Ochrona przed skutkami nadmiernego promieniowania UV Promieniowanie ultrafioletowe w niewielkich dawkach jest pożądane dla człowieka, gdyż powoduje wytworzenie w organizmie witaminy D. Aby jednak chronić się przed ich nadmiarem, który jest szkodliwy dla zdrowia należy:  zrezygnować z długiego opalania się w godzinach południowych,  stosować kremy ochronne ze specjalnym filtrem UV,  nosić okulary przeciwsłoneczne z odpowiednimi szkłami, zatrzymujące promieniowanie UV (zwykłe, przyciemniane okulary mogą tylko zaszkodzić, gdyż rozszerzają źrenice).

Efekt cieplarniany Promieniowanie słoneczne, jakie dochodzi do powierzchni Ziemi, jest przez nią pochłaniane. Ogrzana Ziemia wysyła do atmosfery własne promieniowanie cieplne. Większa część z niego ulega rozproszeniu. Reszta zaś, po odbiciu się od warstwy koncentracji gazów cieplarnianych, wraca do powierzchni Ziemi. Jest to promieniowanie zwrotne, które powoduje dodatkowy wzrost temperatury powietrza. Występowanie w atmosferze gazów cieplarnianych umożliwia życie na naszej planecie (bez nich temperatura spadłaby znacznie poniżej zera). Jednakże zbyt duża ich koncentracja – powstała np. w wyniku działalności człowieka – może prowadzić do katastrofalnego w skutkach ocieplenia.

Globalne ocieplenie Skutki globalnego ocieplenia: stopnienie lodów Antarktydy, podniesienie poziomu wód na Ziemi i sezonowe podtopienia lub całkowite zalanie terenów przybrzeżnych, przesunięcie się strefy lasów w kierunku biegunów, przekształcenie się stepów i sawann w pustynie, kraje dotknięte nawracającymi klęskami suszy przekształcą się w pozbawione produkcji rolniczej pustynie, jednoczesne występowanie na kuli ziemskiej przeciwstawnych zjawisk atmosferycznych - burze, opady i lawiny w jednych regionach, a susze i upały w innych, powodujące brak wody, pożary i śmierć ludzi, zmniejszenie populacji lub wyginięcie niektórych gatunków flory i fauny, rozprzestrzenienie się chorób wywoływanych przez owady i gryzonie. GLOBALNE OCIEPLENIE – jest to ocieplanie się klimatu na Ziemi, do którego przyczynił się między innymi efekt cieplarniany. Przewiduje się, że w 2050 roku średnia temperatura na naszej planecie wzrośnie o 2,5°C, co może grozić katastrofą.

Toksyczne związki w atmosferze Azbest tworzą minerały krzemianowe w formie włóknistej. Jest substancją niepalną. Cechuje go sprężystość, elastyczność, duża wytrzymałość mechaniczna, wysoka odporność na działanie czynników fizycznych, chemicznych i na chemikalia. Jeszcze w latach siedemdziesiątych XX wieku był powszechnie stosowany w Polsce. Dawne zastosowanie azbestu:  w budownictwie - do krycia dachów oraz jako izolacja budynków (złe przewodnictwo cieplne i elektryczne),  do produkcji rur do wykonywania instalacji wodociągowych, kanalizacyjnych i centralnego ogrzewania,  do produkcji wyrobów (tkanin i farb) ogniotrwałych. Ze względu na dużą szkodliwość azbestu na organizm w 2002 roku przyjęto Polsce program usuwania wyrobów azbestowych. Zgodnie z rozporządzeniem ministra gospodarki, pracy i polityki socjalnej z r. dopuszcza się warunkowo stosowanie wyrobów zawierających azbest nie dłużej niż do r. Składuje się je na składowiskach odpadów niebezpiecznych, a następnie poddaje się utylizacji. Szkodliwość azbestu dla ludzi - choroby:  pylica azbestowa (azbestoza),  międzybłoniak opłucnej i otrzewnej (nowotwory złośliwe),  łagodne zmiany opłucnowe lub rak płuc.

Schorzenia wywołane zanieczyszczeniami powietrza Schorzenia układu oddechowego - duszność, zapalenie górnych dróg oddechowych, pylica płuc, nieżyty lub nowotwory gardła, krtani i płuc, rozedma płuc, dychawica oskrzelowa (astma). Łzawienie, podrażnienie, uszkodzenie lub choroby oczu np. zaćma. Podrażnienie naskórka, choroby alergiczne. Zaburzenia centralnego układu nerwowego: bezsenność, bóle głowy. Ciężkie zatrucia, a nawet śmierć organizmu, niedotlenienie organizmu w szczególności mózgu i mięśnia sercowego (przy zatruciu czadem). Uszkodzenie systemu odpornościowego organizmu i większa podatność na infekcje. Przyspieszenie procesu starzenia się skóry, plamy wątrobowe, piegi. Zaburzenie pracy układu krążenia, choroby serca, niedokrwistość hemolityczna. Zatrucie mózgu, szpiku kostnego, nerek, wątroby, jelit. Zaburzenia reprodukcji, występowanie mutacji genetycznych. Krzywica, zwiększenie śmiertelności niemowląt.

Wpływ zanieczyszczeń na rośliny Zaburzenia procesu fotosyntezy, transpiracji, oddychania. Utrudnianie dostępu światła do liści i uszkodzenia aparatów szparkowych. Zanik chlorofilu, ograniczenie fotosyntezy. Uszkodzenie lub obumieranie igieł i liści u drzew, toksyczny wpływ na korzenie drzew. Zakłócenie odżywiania i bilansu wodnego. Ograniczenie lub ustanie symbiozy korzeni i grzybów mikoryzowych. Chloroza młodych liści. Uszkodzenie stożków wzrostu. Działanie zabójcze na drobne glony. Zmniejszenie odporności lasów na szkodniki i choroby oraz ich obumieranie (szczególnie wrażliwa jest jodła). Ograniczenie produktywności planktonu roślinnego. Zmiany długości okresu wegetacji w różnych rejonach globu, a w konsekwencji zmiana szaty roślinnej, zmniejszenie liczby gatunków roślin. Spadek wydajności w rolnictwie, pogorszenie jakości żywności.

Wpływ zanieczyszczeń na zwierzęta: Negatywne działanie na układ oddechowy - obrzęk płuc. Podrażnienie oczu. Toksyczny wpływ na ryby w jeziorach i wymieranie ich oraz zmniejszenie połowów. Ograniczenie produkcji planktonu zwierzęcego. Wpływ zanieczyszczeń na mikroorganizmy: Zamieranie mikroorganizmów roślinnych i zwierzęcych.

W tym miejscu warto byłoby zastanowić się, czy nasze działania takie jak intensywny postęp technologiczny, gwałtowny rozwój przemysłu, itd. usprawiedliwiają pozostałe po nas na wieki zniszczenia środowiska i masowe wytępienie szeregu gatunków? Możemy być pewni, że zbrodnie przeciwko Ziemi nigdy nie zostaną nam wybaczone przez przyszłe pokolenia. Wielkie uprzemysłowienie globu w przeciągu kilku dekad przyczyniło się do niszczenia wszystkiego tego, co było tworzone przez cztery miliardy lat ewolucji. Należy szukać sposobów i wprowadzać zdecydowane działania, by ograniczyć skutki tych dotkliwych dla funkcjonowania przyrody zmian, za które nie my, lecz nasze dzieci, wnuki zostaną na pewno napiętnowane.

Zapobieganie zanieczyszczeniom i ich skutkom Wykorzystywanie alternatywnych źródeł energii np. Energia słoneczna, wiatrowa. Zlikwidowanie lub udoskonalenie przestarzałych technologii produkcyjnych o silnych emisjach pyłowo-gazowych. Zainstalowanie urządzeń redukujących i neutralizujących zanieczyszczenia, tzw. technologie bezodpadowe. Ochrona wilgotnych lasów tropikalnych i ponowne zalesienie zdewastowanych przez kwaśne deszcze obszarów. Odpowiednia organizacja ruchu drogowego polegająca na kierowaniu ruchu tranzytowego poza osiedla mieszkaniowe. Staranny dobór roślin do uprawy w miejskich ogródkach działkowych. Ograniczenie emisji freonów poprzez zaniechanie korzystania z dezodorantów i odświeżaczy powietrza w sprayu. Stosowanie:  paliw bezołowiowych i bezsiarkowych oraz katalizatorów,  urządzeń ochrony atmosfery o wysokiej skuteczności (filtry, odpylacze),  biologicznych metod ochrony - pasy zieleni, otuliny itp. Ograniczenie korzystania z samochodów na rzecz rowerów jako pojazdów przyjaznych środowisku. Szeroko zakrojona edukacja ekologiczna.

Na szczęście zdajemy sobie sprawę, że jesteśmy całkowicie uzależnieni od przyrody. Odnajdujemy oznaki tego, że społeczność ludzka zaczęła zdawać sobie sprawę, z tego że jesteśmy nierozerwalną częścią środowiska przyrodniczego i nasze działania nie powinny polegać na dominacji, ale na współistnieniu. Ważnym narzędziem rewolucji środowiskowej jest nauka o ochronie przyrody.

Zadania 1. Nazwij, zaprezentowane na zdjęciach, rodzaje zanieczyszczeń A. B C D 2. Podaj dwie przyczyny kwaśnych deszczy. 3. Wymień cztery skutki kwaśnych deszczy. 4. Wymień cztery czynniki odpowiedzialne za zmiany klimatyczne. 5. Wymień trzy województwa Polski o największej emisji zanieczyszczeń atmosferycznych.

Źródła Z. Sendecka i wsp., Vademecum. Biologia, Operon 2009 M. Kłyś, K Żbikowska -Zdun, Biologia, Nowa Era,2001 B. Gulewicz, Biologia,ABC,1998 B. Klimuszko, Biologia, Żak, 2004 J.Loritz -Dobrowolska i wsp., Biologia,Operon,2007