ΑΤΜΟΣΦΑΙΡIKO ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Ατμοσφαιρικοί Ρύποι-2

Δημήτρης Μελάς

ΕΝΩΣΕΙΣ ΘΕΙΟΥ

Παγκόσμιες Εκπομπές Θείου

ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ

<120106 ΤΌΝΟΥΣ/ΕΤΟΣ

1880: ΑΜΕΛΗΤΕΕΣ

1950: <50106 ΤΌΝΟΥΣ/ΕΤΟΣ

1993: ~150106 ΤΌΝΟΥΣ/ΕΤΟΣ

Διαχρονική εξέλιξη των εκπομπών του θείου στην Ευρώπη, Β. Αμερική και Ασία.

Η2S, SO2, SO4=

Υδρόθειο H2S: εύφλεκτο, άχρωμο αέριο με χαρακτηριστική οσμή κλούβιων αυγών.

Εμφανίζεται φυσικά στο αργό πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, τα ηφαιστειακά αέρια και τις ιαματικές πηγές. Μπορεί επίσης να παραχθεί από τη βακτηριδιακή αποσύνθεση οργανικής ύλης. Παράγεται επίσης από ανθρώπινα και ζωικά περιττώματα.

Εκπέμπεται από βιομηχανικές δραστηριότητες όπως η επεξεργασία τροφών, οι φούρνοι κοκ, τα βυρσοδεψία, η παραγωγή χαρτιού και τα διυλιστήρια.

Το Η2S θεωρείται γενικά δηλητήριο ευρέως φάσματος γιατί μπορεί να δηλητηριάσει πολλά όργανα του σώματος.

Διοξείδιο του θείου SO2: Άχρωμο αέριο, ισχυρή οσμή σε συγκεντρώσεις > 500 ppbv Κυριότερες πηγές και καταβόθρες του SO2 Πηγές

Καταβόθρες

Ηφαίστεια Καύση ορυκτών καυσίμων Οξείδωση DMS Οξείδωση υδρόθειου

Χημικές αντιδράσεις Υγρή και ξηρή απόθεση

Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων τιμών SO2 (μg/m3)

στους σταθμούς της περιοχής των Αθηνών

(Πηγή: ΥΠΕΚΑ, 2014)

Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων τιμών SO2 (μg/m3)

στους σταθμούς της περιοχής της Θεσσαλονίκης

(Πηγή: ΠΚΜ, 2013)

Επιπτώσεις

Το διοξείδιο του θείου μπορεί να προκαλέσει σοβαρά αναπνευστικά προβλήματα στον άνθρωπο αλλά και αλλοιώσεις στη βλάστηση και τα μέταλλα.

Μειώνει την ορατότητα της ατμόσφαιρας και αυξάνει την οξύτητα των επιφανειακών υδάτων (λιμνών και ποταμών).

Μια από τις σημαντικότερες επιπτώσεις του SO2 είναι η συνεισφορά του στο φαινόμενο της όξινης βροχής.

ΕΝΩΣΕΙΣ ΑΖΩΤΟΥ

Μοριακό άζωτο Ν2: Το αέριο με την μεγαλύτερη συγκέντρωση (~78.08 %) Δεσμεύεται από μικροοργανισμούς οι οποίες το

μετατρέπουν σε οργανικές ενώσεις ενώ βακτηρίδια ανάγουν τις νιτρικές (ΝΟ3-) και νιτρώδεις ενώσεις (ΝΟ2-)

Η βιολογική δέσμευση είναι δύο φορές μεγαλύτερη από την ανθρωπογενή

Το μεγαλύτερο μέρος της δέσμευσης του αζώτου επιτελείται από βακτήρια του χώματος, τόσο ελευθέρων όσο και αυτών που ζούν στις ρίζες των φυτών (όσπρια, τριφύλλι κ.ά.)

1. Μοριακό άζωτο, Ν2

2. Αμμωνία, NH3

3. Οξείδια του αζώτου, ΝΟx

4. Οργανικές ενώσεις αζώτου

Υποξείδιο του Αζώτου Ν2Ο: Άχρωμο, υπόγλυκο, μη τοξικό αέριο Τυπικές συγκεντρώσεις ~0.2 ppm Μέσος χρόνος παραμονής ~4 χρόνια Παρουσιάζει ενδιαφέρον μόνο στη χημεία της

στρατόσφαιρας όπου οξειδώνεται σε ΝΟ Θερμοκηπικό αέριο (συνεισφορά ~9% στις εκπομπές της

Ευρωπαϊκής Ένωσης) Ενίσχυση κινητήρα αγωνιστικών αυτοκινήτων

Αμμωνία ΝΗ3: Άχρωμο αέριο με οξεία, ερεθιστική οσμή. Με φυσικό τρόπο η αμμωνία παράγεται από την

αναερόβια αποσύνθεση οργανικού υλικού. Τεράστιες ποσότητες αμμωνίας παράγονται σε όλο τον

κόσμο για βιομηχανική χρήση (70% για λιπάσματα) Η αμμωνία είναι το μοναδικό βασικό αέριο στην

ατμόσφαιρα. Είναι εξαιρετικά διαλυτή στο νερό και έχει σχετικά

μικρό χρόνο παραμονής στην ατμόσφαιρα

Μονοξείδιο του Αζώτου ΝΟ: Άχρωμο, άγευστο και άοσμο Το ΝΟ εκπέμπεται από μικρόβια στο χώμα και τα φυτά Στις υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στις

μηχανές καύσης.

NOON 222

Στον αέρα το ΝΟ οξειδώνεται σχετικά γρήγορα και

παράγει διοξείδιο του αζώτου. Διοξείδιο του Αζώτου ΝΟ2: Κόκκινο-καφέ χρώμα, ερεθιστική οσμή, εξαιρετικά τοξικό ΝΟ+ ΝΟ2=ΝΟx Από τα συνολικά NΟx που εκπέμπονται από μία

μηχανή εσωτερικής καύσης το 90% είναι με την μορφή μονοξειδίου και μόνο το 10% με την μορφή του διοξειδίου του αζώτου.

Το ΝΟ2 απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα κυρίως μέσω φωτόλυσης και χημικών αντιδράσεων αλλά και μέσω διάλυσης στο νερό των ωκεανών.

Φωτοχημικό νέφος

«Νέφος» - SMOG = SMOke (αιθάλη) + foG (ομίχλη)

1. Βιομηχανική αιθαλομίχλη: προκαλείται σχεδόν αποκλειστικά από την κατανάλωση καυσίμων υλών, ειδικά κάρβουνου, σε στάσιμες πηγές όπως είναι οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας και τα χυτήρια. Βασικά συστατικά της είναι τα οξείδια του θείου και τα αιωρούμενα σωματίδια.

2. Φωτοχημική αιθαλομίχλη: προκαλείται από εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα, οξειδίων του αζώτου και υδρογονανθράκων τα οποία με την παρουσία του ηλιακού φωτός αντιδρούν μεταξύ τους.

RONORONO 22

223 ONOONO

ONOnmhNO 4302802

MOMOO 32

1. Για την παραγωγή όζοντος είναι απαραίτητη η φωτοδιάσπαση του ΝΟ2 η οποία οφείλεται στην ηλιακή ακτινοβολία.

2. Το ΝΟ και το Ο3 αντιδρούν μεταξύ τους σχηματίζοντας ΝΟ2. Κατά συνέπεια σε περιοχές με υψηλά επίπεδα ΝΟ (π.χ. σε ένα δρόμο με υψηλή κυκλοφορία οχημάτων) το Ο3 εμφανίζει χαμηλές συγκεντρώσεις.

3. Το Μ παίζει το ρόλο καταλύτη και στην ατμόσφαιρα είναι συνήθως ένα αδρανές αέριο, κυρίως το Ο2 και το Ν2.

Ημερήσια πορεία των επιπέδων φωτοχημικής ρύπανσης σε αστική περιοχή.

Εκπομπές των προδρόμων ρύπων του όζοντος στην Ευρωπαϊκή Ένωση ανά τομέα (1999)

Συγκεντρώσεις Ο3 το 2011

(Πηγή: ΕΕΑ, 2013)

ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ

Τα σωματίδια στην ατμόσφαιρα διαφέρουν από τα

αέρια. 1. Ένα αέριο αποτελείται από ξεχωριστά άτομα ή μόρια

τα οποία είναι διαχωρισμένα ενώ ένα σωματίδιο αποτελείται από μια συνάθροιση μορίων και ατόμων δεσμευμένα μεταξύ τους.

2. Σε αντίθεση με τα αέρια τα σωματίδια βρίσκονται σε υγρή ή στερεή φάση.

Μείγμα διαφόρων σωματιδίων σε αιώρηση

Τα αιωρούμενα σωματίδια στην ατμόσφαιρα έχουν

πολύ σημαντικές περιβαλλοντικές συνέπειες.

1. Σε υψηλές συγκεντρώσεις αποτελούν ένα σημαντικό κίνδυνο για την υγεία του αναπνευστικού.

2. Απορροφούν και διαχέουν την ορατή ακτινοβολία περιορίζοντας την ορατότητα της ατμόσφαιρας και συμβάλλοντας αρνητικά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

3. Χρησιμεύουν σαν πυρήνες συμπύκνωσης για την δημιουργία νεφών.

4. Έχουν σημαντικό ρόλο σε χημικές αντιδράσεις.

Μέσος χρόνος ζωής

5 ημέρες (Κατώτερη τροπόσφαιρα)

1 μήνας (Ανώτερη τροπόσφαιρα)

2-3 χρόνια (Στρατόσφαιρα)

Πηγές ατμοσφαιρικών σωματιδίων. Ανθρωπογενούς προέλευσης Φυσικής προέλευσης (70-90%)

106 τόνοι / έτος ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ Σκόνη 100 - 500 Πυρκαϊες δασών 3 - 150 Ηφαίστεια 25 - 150 Θάλασσες 4 - 300 Μετατροπή αερίων σε σωματίδια 270 - 900 Φωτοχημική μετατροπή

αερίων σε σωματίδια 75 - 200 __________ Σύνολο 480 - 2200 ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ Εκπομπές 10 - 90 Μετατροπή αερίων σε σωματίδια 160 - 240 Φωτοχημική μετατροπή

αερίων σε σωματίδια 15 - 90 __________ Σύνολο 185 - 420

Φυσικές πηγές εκπομπής αερολυμάτων.

Πάνω αριστερά: Ο άνεμος συμπαρασύρει υδροσταγονίδια από την θάλασσα τα οποία περιέχουν άλατα.

Πάνω δεξιά: Η έκρηξη του Mt. Pinatubo στις Φιλιππίνες, το 1991, ήταν η μεγαλύτερη του 20ου αιώνα. Μετά από μια έκρηξη ηφαιστείου απαιτούνται δύο περίπου χρόνια ώστε να επανέλθουν οι τιμές των αεροζόλ στα «κανονικά» τους επίπεδα.

Κάτω αριστερά: Δορυφορική εικόνα από τις ανατολικές ακτές της Αυστραλίας. Διακρίνονται καθαρά οι θύσανοι που δημιουργούνται από τις εκτεταμένες πυρκαγιές – συχνό φαινόμενο τις καλοκαιρινές περιόδους.

Κάτω δεξιά: Θύελλα σκόνης στην περιοχή Hay Plain NSW

Εκπομπές των σωματιδίων με διάμετρο μικρότερη από 10 μm (PM10) στην Ευρωπαϊκή Ένωση ανά τομέα (1999)

Χημική σύσταση σωματιδίων Η χημική σύσταση του αερολύματος αποτελεί σημαντικό xαρακτηριστικό τους εξαιτίας:

της επίδρασης των ρυπαντών στην ανθρώπινη υγεία ανάλογα με τη χημική τους συμπεριφορά και ιδιότητες

της αναγνώρισης της πηγής των αερολυμάτων από τη χημική τους σύσταση.

Τα κύρια συστατικά ατμοσφαιρικού αερολύματος αποτελούν: α) Ορυκτογενή μέταλλα από επαναιώρηση σκόνης. β) Καθαρός άνθρακας από διαδικασίες καύσης. γ) Οργανικές ενώσεις από προϊόντα ημιτελών καύσεων δ) Αλατα του αμμωνίου, προϊόντα εξουδετέρωσης όξινων ουσιών στην ατμόσφαιρα από την αμμωνία. ε) Αλατα από το θαλασσινό νερό. ζ) Αλατα του ασβεστίου από οικοδομικά υλικά και σκόνη η) Θειικά άλατα, προϊόντα αντιδράσεων του διοξειδίου του θείου. θ) Νιτρικά άλατα, προϊόντα αντιδράσεων των οξειδίων του αζώτου.

Επιπτώσεις των αερολυμάτων στην υγεία Εκτιμάται ότι τα βραχυχρόνια επεισόδια ρύπανσης

είναι υπεύθυνα για το 7-10 % των ασθενειών του κατώτερου αναπνευστικού στα παιδιά, και ότι το ποσστό αυτό αυξάνεται στο 20% στις ρυπασμένες αστικές περιοχές. Ακόμη, πρόσφατες εκτιμήσεις δείχνουν ότι 4-8 % των πρωίμων θανάτων οφείλεται σε έκθεση σε αιωρούμενα σωματίδια.

Η διαπερατότητα των κάθε είδους σωματιδίων στο ανθρώπινο αναπνευστικό σύστημα είναι συνάρτηση της αεροδυναμικής τους διαμέτρου.

Αναπνεύσιμα: 10 < Dae < 200 μm,

Θωρακικά: 4 < Dae< 10 μm,

Εισπνεύσιμα: Dae < 4 μm.

Υπερβάσεις των οριακών τιμών της ΕΕ (επάνω) και των κατευθυντήριων γραμμών του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (κάτω) (Πηγή: ΕΕΑ, 2013)

140 7

ΟΞΙΝΟ ΒΑΣΙΚΟΟΥΔΕΤΕΡΟ

Η ΚΛΙΜΑΚΑ ΤΟΥ pH

Λεμονάδα

2,2 - 3,0

2,9 - 3,3

6,4 - 7,6

11,0 - 12,0

Αμμωνία

Τα δέντρα επηρεάζονται για pH < 3,5

Τα ψάρια επηρεάζονται για pH < 6

Τα κτίρια και οι βαφές επηρεάζονται για pH < 5

ΟΞΙΝΗ ΒΡΟΧΗ Καθαρό νερό: pH~7 Φυσική βροχή: pH~5.6

3222COHCOOH

Το ανθρακικό οξύ διαχωρίζεται μερικώς, συνεισφέροντας σε ιόντα υδρογόνου

332

HCOHCOH

Φυσική βροχή: pH<5.6

Η κλίμακα του pH

Εκπομπές των ουσιών που προκαλούν οξίνιση στην Ευρωπαϊκή Ένωση ανά τομέα (1999).

32222 SOOSO

2

4442232 SOHHSOHSOHOHSO

2222 NOONO

332

NOHHNOOHNO

Επιπτώσεις στα υδατικά οικοσυστήματα Επιπτώσεις στα δάση και στις καλλιέργειες Επιπτώσεις στα κτίρια

3

2

2232HCOCaCOOHCaCO

Υπερβάλλουσα απόθεση θειικών Ενώσεων (τόνοι ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο)

Περίπου το 25% των δένδρων της Ευρώπης έχει υποστεί ζημιά από την όξινη απόθεση

Διάβρωση μνημείου κυρίως από την όξινη βροχή

Γυψοποίηση στα μάρμαρα της Ακρόπολης