POWRÓT

ZARZĄDZANIE ŚRODOWISKIEM - SEMESTR II

Atmosfera - tło naturalne i jego przekształcenia oraz możliwości ich ograniczenia


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Atmosfera
Zanieczyszczenia powietrza
Jakość powietrza na Dolnym Śląsku

 

Atmosfera

   




 

Atmosfera składa się z czterech warstw, tj.

  • troposfery - jest to warstwa w której żyjemy a jej podstawowym składnikiem jest powietrze. Jest to warstwa w której przebiega większość procesów odpowiedzialnych za transport masy i energii w atmosferze. W troposferze jest zgromadzona także praktycznie cała para wodna i 80 % masy atmosfery ziemskiej. Dolna warstwa troposfery, zwana warstwą graniczną bezpośrednio kontaktuje się z powierzchnią ladów i oceanów. Tutaj powstają fronty pogodowe, wiatry, tworzą się chmury, tornada. W warstwie granicznej przebiegają także procesy związane z transportem i dyspersją zanieczyszczeń gazowych i pyłów emitowanych do atmosfery z różnych źródeł.

  • stratosfery - jest to warstwa, która rozciąga się na wysokości od 16 km do ok. 50 km n.p.m. W stratosferze zachodzi wiele procesów fizykochemicznych i reakcji fotochemicznych. 25 km licząc od poziomu morza istnieje warstwa ozonowa, zawierająca jako główny składnik ozon. Strefa ta spełnia wazne funkcje w ochronie powierzchni Ziemi przed wysokoenergetycznym promieniowaniem słonecznym. Jest to warstwa dostępna dla samolotów odrzutowych.
  • mezosfery - jest to warstwa, która znajduje się powyżej stratosfery. Na tej wysokości nie występują już chmury, a na wyskości 80 - 85 km mezosfera stopniowo przechodzi w tzw. termosferę (jonosferę). Mezosfera jest warstwą dostępną dla pojazdów kosmicznych.
  • termosfery (jonosfera) - zawiera głównie naładowane cząstki. Jest to warstwa sasiadująca bezpośrednio z próżnią kosmiczną. W tej warstwie temperatura gwałtownie rośnie a to za przyczyną dużej energii cząsteczek gazów. Większość atomów i cząsteczek gazów na wysokości 200 - 300 km jest już zjonizowana.



Warstwy atmosfery

Ozon jest odmianą tlenu, która powstała z połączenia trzech atomów tlenu (O3)


     Atmosfera jest mieszaniną różnych gazów. Głownie składa się z azotu (ok. 78 %) i tlenu (21 %). Zawiera także inne gazy, takie jak: argon, CO2, metan, ozon, hel, które odgrywają bardzo ważną rolę w ochronie i podtrzymaniu życia na Ziemi. Ważnym składnikiem ziemskiej atmosfery jest para wodna, której ilość w zalezności od warunków waha się w granicach: 1 % do 3 % objętościowych.

Składniki powietrza

Nazwa

Udział %

Azot
Tlen
Argon
CO2
Gazy szlachetne

78,09
20,95
0,93
0,023 - 0,050
0,0025

     Najwięcej w powietrzu jest azotu (N2), pierwiastka gazowego oraz tlenu (O2) również pierwiastka gazowego. Azot jest gazem mało aktywnym chemicznie, który w warunkach standardowych nie wchodzi w reakcje chemiczne z tlenem, wodą i innymi składnikami atmosfery. Drugi po azocie głównym składnikiem atmosfery jest tlen, który jest jednym najbardziej reaktywnych pierwiastków chemicznych. Praktycznie wszystkie składniki atmosfery są wykorzystywane przez człowieka.


Funkcje atmosfery

     Atmosfera odgrywa bardzo dużą rolę w podtrzymaniu i ochronie zycia na naszej planecie. Spełnia ona rolę ochronną, gdzie spośród wielu funkcji ochronnych na czoło wysuwa się zdolność do pochłaniania szkodliwego dla organizmów żywych promieniowania elektromagnetycznego. Wiekszość promieniwania elektromagnetycznego jaka dociera do Ziemi pochodzi ze słońca. Drugim źródłem promieniowania jest promieniowanie kosmiczne, składające się głównie z cząstek elementarnych rozpędzonych do prędkości bliskiej prędkości światła.
Promieniowanie elektromagnetyczne krótkofalowe, podobnie jak i promieniowanie korpuskularne niosące dużą energię jest szkodliwe dla organizów żywych i przy dużym napromieniowaiu może doprowadzić do śmierci. Na szczęście, atmosfera ziemska pochłania praktycznie w całości te krótkofalowe zakresy promieniowania elektromagnetycznego i chroni w ten sposób organizmy żywe przed szkodliwym oddziaływaniem. Szczególną rolę w tym zakresie odgrywa warstwa ozonowa, która silnie pochłania światło nadfioletowe o długościach fali < 280 nm.
Z drugiej strony, atmosfera ziemska przepuszcza promieniowanie elektromagnetyczne, które jest życiodajne dla organizmów zamieszkujacych nasza planetę. Zawdzięczamy to promieniowaniu elektromagnetycznemu o długosciach fali 400 - 700 nm. Śwatło o tej długości fali uruchamia w komórkach proces fotosyntezy, który w końcowym etapie prowadzi do otrzymania złożonych związków organicznych (węglowodanów).
Atmosfera ziemska chroni powierzchnię naszej planety przed uderzeniami meteorytów. Z przestrzeni kosmicznej dociera do Ziemi strumień pyłu kosmicznego o szacunkowej masie kilku Mg. Większość pyłu kosmicznego ulega spaleniu w górnych warstwach atmosfery. Do powierzchni Ziemi docierają tylko większe kawałki ciał kosmicznych o masie większej jak 1 kg.
Ciągłe ruch atmosfery umożliwiają transport i krążenie wody w przyrodzie, która w stanie ciekłym jest niezbędna do rozwoju żywych organizmów.

Do góry


 

Zanieczyszczenia powietrza

   

Zanieczyszczenia powietrza są to gazy lub inne substancje unoszące się w powietrzu, zmieniające jego skład. Najczęściej zanieczyszczenia są wynikiem:

  • procesów naturalnych (emisja pyłów z pustyń i gleby, gazy wulkaniczne, wyładowania atmosferyczne, pożary lasów, pył kosmiczny, emisja soli i siarczku dimetylu z powierzchni oceanów),
  • procesów dzialności człowieka takich obszarach jak; produkcja przemysłowa, rolnictwo, transport i energetyka..

Atmosfera jest jednym z najbardziej wrażliwych na zanieczyszczenia komponentem środowiska, który w znaczący sposób wpływa na warunki życia ludzi, zwierząt i roślin.

Podstawowym procesem, w trakcie którego następuje emisja zanieczyszczeń do atmosfery jest: spalanie paliw w elektrowniach, elektrociepłowniach, indywidualnych paleniskach domowych oraz środkach transportu. Zanieczyszczenia emitowane są także przez przemysł i rolnictwo. Inne główne źródła zanieczyszceń to:

  • wypalanie lasów i nieużytków
  • wysypiska śmieci
  • nawożenie nawozami sztucznymi
  • hodowla zwierząt
  • stosowanie różnego rodzaju środków chłodniczych

W wyniku działalności człowieka do atmosfery przedostają się substancje niekorzystnie oddziałujace na środowisko. Do najgroźniejszych zaliczono;

  • tlenki węgla(CO2, CO),
  • węglowodory i ich pochodne,
  • tlenki azotu, a tym; podtenek azotu N2O, tlenek azotu NO i tlenek azotu(II) NO2,
  • chlorowcopochodne organiczne,
  • tlenek siarki(IV) SO2,
  • pyły, wtym tzw. pył zawieszony (areozole atmosferyczne),
  • metale ciężkie
  • ozon (O3) i nadtlenki.

Zwiększenie udziału tlenku węgla(IV) (CO2) w powietrzu prowadzi do zachwiania naturalnej równowagi i w konsekwencji Ziemia zostaje otoczona gazową powłoką, w której CO2 odgrywa rolę jednokierunkowego filtru przepuszczającego część promieniowania słonecznego na Ziemię, a zatrzymującego część promieniowania emitowanego przez powierzchnię Ziemi.

W wyniku tego procesu temperatura powietrza, a tym samym Ziemi, wzrasta. Jest to tzw. efekt cieplarniany.

W konsekwencji może to doprowadzic do zmiany klimatu, ocieplenia, topnienia lodowców i zalewania części kontynentów.

     Obecność w powietrzu tlenków siarki i azotu przyczynia się do występowania tzw. kwaśnych deszczów, które powodują uszkodzenia budowli, korozję metali, zakwaszenie gleby i wód a to prowadzi do wymierania lasów. Przykładem jest zniszczenie drzewostanów Karkonoszy, gdzie głównym źródłem zanieczyszczeń było spalanie węgla brunatnego w elektrowniach.

Innym źródłem zanieczyszczeń powietrza a szczególnie w pomieszczeniach zamkniętych są różnego rodzaju materiały budowlane, meble, farby i lakiery, środki czyszczące a także dym tytoniowy. Stosowanie wymienionych powoduje uwalnianie do atmosfery różnego rodzaju substancji, które mogą spowodować:

  • alergie
  • choroby skóry
  • zwiększają prawdodopodobieństwo zmian rakowych

Jak pozbyć się zanieczyszczeń powietrza?

Główne sposoby to;

  • ograniczenie emisji gazów cieplarnianych
  • stosowanie różnego rodzaju filtrów
  • stosowanie katalizatorów
  • ograniczenie do minimum przebywania w pomieszczeniach zanieszczyszczonych substancjami niebezpiecznymi dla zdrowia

Dopuszczalne normy zawartości substancji niebezpiecznych w powietrzu

Substancja

Okres uśredniania wyników pomiarów

Dopuszczalny poziom substancji w powietrzu w [mg/m3]

Częstość przekraczania dopuszczalnego poziomu w roku kalendarzowym

Benzen

rok kalendarzowy

5

-

Dwutlenek azotu

jedna godzina/rok

200/40

18 razy/-

Dwutlenek siarki

jedna godzina/24 h

350/125

24 razy/3 razy

Ołów

rok kalendarzowy

0,5

-

Ozon

8 godzin

120

25 dni

Pył zaw. PM10

24 h/rok

50/40

35 razy/-

Tlenek węgla

8 godzin

10000

-

Przekroczenie dopuszczalnych norm prowadzi do nieodwracalnych zmian w środowisku. Cierpi na tym roślinność, zwierzęta jak i sam człowiek. Poniżej charakterystyka poszczególnych niebezpiecznych substancji.

Ditlenek siarki (SO2)
Największe ilości ditlenku siarki emitowane są do atmosfery głównie podczas spalania węgla kamiennego (56 %), spalania ropy naftowej (24 %), prowadzenia działalności przemysłowej (15 %), spalania biopaliw (3 %). Związki siarki obecne w atmosferze powodują m.in:

  • zakwaszanie opadów atmosferycznych
  • pogorszenie warunków aerosanitarnych w aglomeracjach miejskich i zwiększenie ryzyka występowania smogu,
  • zmiany klimatyczne.

Zapoczątkowane w końcu lat 60-tych działania mające na celu zmniejszenie emisji ditlenku siarki zostały ukierunkowane na;

  • oszczędności energii,
  • odchodzenie od paliw kopalnych na rzecz gazu ziemnego,
  • rozwój technologii odsiarczania spalin,
  • rozwoj sieci monitoringu nadzorującej stopień zanieczyszczeń od ditlenku siarki jak i też wielkość emisji tego zanieczyszczenia,
  • zwiększenie opłat za przekroczenie dopuszczalnych norm emisji,
  • zwiększenie współpracy międzynarodowej i wzajemnych zobowiązań co do ilości emitowanego do atmosfery ditlenku siarki (I Protokół Siarkowy),

W Polsce od 1985 r. notuje się spadek emisji ditlenku siarki do atmosfery z 4,2 mln Mg SO2/rok do 1,37 mln Mg SO2 w 2003 r. Niemniej z Polski wskaźnik emisji ditlenku sierki jest nadal 2 razy większy niż średnia europejska a to za przyczyną produkcji energii elektrycznej i ciepła z kopalnych paliw stałych.
W skali globalnej emisja ditlenku siarki nie zmieniła się znacząco. Postęp w ograniczeniu emisji ditlenku siarki zanotowano w krajach europejskich, natomiast w tym samym czasie znacząco wzrosła emisja ditlenku siarki w krajach azjatyckich.

Tlenki azotu

Zwiększona emisja tlenków azotu i wzrost stężenia tego zanieczyszczenia w atmosferze powoduje;

  • zakwaszenie opadów atmosferycznych,
  • zwiększenia stężenia biogennego azotu w glebach i wodach powierzchniowych,
  • pogorszenie warunków aerosanitarnych,
  • zanieczyszczenie wód podziemnych azotanami.

Największy udział w emisji tlenków azotu do atmosfery mają źródła związane z produkcją energii elektrycznej i spalaniem paliw w silnikach spalinowych (ok. 70 %). Z innych źródeł należy wymienić; produkcja rolnicza (ok. 14 %), energetyka przemysłowa (ok. 10 %).
Polska należy do krajów spełniających wymagania co do ilości emisji jak i wskaźników emisji tlenków azotu na mieszkańca.

Pyły
Prócz źródeł naturalnych, głównym źródłem emisji pyłów do atmosfery są;

  • procesy spalania paliw,
  • górnictwo i przemysł wydobywczy,
  • procesy metalurgiczne,
  • przemysł chemiczny,
  • produkcja materiałów budowlanych,
  • przemysł spożywczy,
  • transport i komunikacja.

W Polsce największy udział w ogólnej emisji pyłów ma sektor komunalny i mieszkaniowy (ok. 60 %), energetyka zawodowa (ok. 11 %), transport (ok. 13 %). Niemniej w Polsce wielkość emisji pyłów systematycznie spada od 1985 r.

Dwutlenek węgla
Polska w emisją dwutlenku węgla na poziomie ok 87 Tg C/rok (318 Mg CO2/rok) zajmuje 16 miejsce na liście największych, światowych emitentów tego zanieczyszczenia. Główne źródło to procesy związane z produkcją energii (cieplnej i elektrycznej) oraz transport. W Polsce od początków lat 80-tych systematycznie maleje emisja dwutlenku węgla do atmosfery. Pomimo postępu jaki poczyniono w tym zakresie, Polskę nadal charakteryzuje ujemny bilans CO2. Emitujemy go więcej, niż wynosi zdolność do wiązania tego zanieczyszczenia przez lasy i tereny zielone znajdujace się w Polsce.

     W latach 2004-2005, w związku z akcesją Polski do Unii Europejskiej, realizowany był projekt Phare 2001 PL0105.06. "Systemy oceny jakości powietrza-faza II", koordynowany przez Główny Inspektorat Ochrony Środowiska w Warszawie. W ramach drugiej części projektu Phare PL01.05.06, w latach 2004 - 2005 utworzono w Polsce trzy laboratoria wzorcujące dla potrzeb pomiarów automatycznych zanieczyszczeń powietrza, w celu zapewnienia spójności pomiarowej. Jedno z tych laboratoriów znajduje się w WIOŚ Wrocław, w Delegaturze w Wałbrzychu.
Bezpośredni, bieżący odczyt z wybranej stacji pomiarowej można odczytać ze strony http://air.wroclaw.pios.gov.pl/ »»» 

Do góry


 

Jakość powietrza na Dolnym Śląsku (raport WIOŚ za 2008 r.)

   



 


Jakość powietrza na Dolnym Ś1ąsku kształtują przede wszystkim:

  • Transport drogowy, który wpływa na całoroczny wysoki poziom tlenków azotu w powietrzu oraz podwyższony poziom pyłu zawieszonego PM10 i benzenu. Duże zanieczyszczenie powietrza występuje na skrzyżowaniach głównych ulic i dróg, przy trasach komunikacyjnych o dużym natężeniu ruchu biegnących przez obszary o zwartej zabudowie. Przyczyną nadmiernej emisji zanieczyszczeń ze środków transportu jest przede wszystkim zły stan techniczny pojazdów, ich nieprawid3owa eksploatacja, przestoje w ruchu spowodowane złą organizacją ruchu i zbyt małą przepustowością dróg.

  • Źródła komunalno-bytowe, w głównej mierze odpowiedzialne za podwyższone stężenia zanieczyszczeń, szczególnie pyłu zawieszonego, benzo(a)pirenu i dwutlenku siarki, w sezonie zimowym. Stosowanie w lokalnych kotłowniach i domowych piecach grzewczych niskosprawnych urządzeń i instalacji kotłowych, ich zły stan techniczny i nieprawidłowa eksploatacja oraz spalanie złej jakości paliw (zasiarczonych, zapopielonych i niskokalorycznych węgli, mułów węglowych, a także wszelkich odpadów z gospodarstw domowych), są głównym powodem tzw. niskiej emisji. Duża ilość źródeł wprowadzających zanieczyszczenia z kominów o niewielkiej wysokości sprawia, że zjawisko to jest bardzo uciążliwe, gdyż zanieczyszczenia gromadzą sie wokół miejsca powstawania, a są to najczęściej obszary o zwartej zabudowie mieszkaniowej. "Niska" emisja jest szczególnie uciążliwa w regionach górskich, gdzie występują niekorzystne warunki dla rozprzestrzeniania zanieczyszczeń.
  • Źródła przemysłowe, mające największy udział w bilansie emisji zanieczyszczeń z terenu województwa. Do tej grupy źródeł zaliczono elektrownie, elektrociepłownie, duże kotłownie przemysłowe i procesy produkcyjne.

     Pod względem emisji zanieczyszczeń do powietrza ze źródeł przemysłowych Dolny Śląsk znajduje sie na jednym z czołowych miejsc w kraju. Według danych Głównego Urzędu Statystycznego województwo zajmuje 5 miejsce zarówno ze względu na całkowitą emisję zanieczyszczeń pyłowych, jak i emisje zanieczyszczeń gazowych (po województwie ś1ąskim, łódzkim, mazowieckim i wielkopolskim) z zakładów szczególnie uciążliwych (dane za 2008 rok). Emisje zanieczyszczeń z Dolnego Śląska stanowią 7,8% emisji gazów (bez dwutlenku węgla) i 8,3% ogółu krajowej emisji pyłów.
Największy udział w emisji zanieczyszczeń pyłowych w 2008 r. (77,7% emisji wojewódzkiej) miały powiaty: zgorzelecki, lubiński, polkowicki, wołowski i miasto Wrocław, natomiast w emisji zanieczyszczeń gazowych (91,9% emisji wojewódzkiej) - powiaty: zgorzelecki, głogowski, wrocławski, a także miasto Wrocław i Legnica.



Emisja pyłów i gazów

Całkowita emisja z terenu województwa dolnośląskiego z zakładów objętych statystyką w 2008 r. wynosiła:

  • pyłów - 6,4 tys. Mg (redukcja o 4,4% w stosunku do 2007 r.),
  • dwutlenku siarki - 54,1 tys. Mg (redukcja o 11,2%),
  • tlenków azotu - 18,98 tys. Mg (redukcja o 9,5%),
  • tlenku węgla - 9,3 tys. Mg (redukcja o 17,6%),
  • dwutlenku węgla - 16870,7 tys. Mg (wzrost o 1,8%).



Emisja zanieczyszczen gazowych w poszczególnych powiatach województwa dolnośląskiego w 2008 roku



Emisja zanieczyszczen pyłowych w poszczególnych powiatach województwa dolnośląskiego w 2008 roku

     Na przeważającym obszarze województwa dolnośląskiego rejestrowany w 2008 r. poziom zanieczyszczenia powietrza był niższy od poziomów normatywnych, a w przypadku takich zanieczyszczeń jak: dwutlenek siarki, tlenek węgla i niektóre metale ciężkie (ołów, nikiel) wartości stężeń były znacznie niższe od wartości dopuszczalnych.
Ponadnormatywne poziomy zanieczyszczenia powietrza na Dolnym Śląsku występowały przede wszystkim na obszarach zurbanizowanych i związane były z koncentracją wielu źródeł zanieczyszczenia powietrza na stosunkowo niewielkim obszarze oraz złymi warunkami rozprzestrzeniania.
Biorąc jednak pod uwagę przyczyny przekroczeń wartości normatywnych oraz analizując obszary występowania podwyższonych poziomów stężeń substancji w powietrzu, szczególną role w jego zanieczyszczeniu miała "niska" emisja z sektora komunalno-bytowego oraz ruch samochodowy. Średnio w skali całego województwa w sezonie grzewczym poziom stężeń SO2 był ok. 4-krotnie, a benzo(a)pirenu ok. 5-krotnie wyższy niż w sezonie letnim. Negatywny wpływ "niskiej" emisji najbardziej widoczny był w miejscowościach zlokalizowanych w kotlinach górskich: Nowej Rudzie, Jeleniej Górze-Cieplicach, Szczawnie-Zdroju oraz w rejonach gęstej zabudowy miejskiej m.in. Wrocławia i Legnicy.

Do góry


   

Literatura
1. Roman Zarzycki Wprowadzenie do inżynierii i ochrony środowiska (WNT 2007)
2. Raporty Wojewódzkiej Inspekcji ds. Ochrony Środowiska (2008, 2007)
3. Strona Ministerstwa Ochrony Środowiska - http://www.mos.gov.pl/

 

 (C) 2018 Wydział Przyrodniczo-Techniczny KPSW. All Rights Reserved