ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: «ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΤΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΣΕ ΕΝΑ ΚΑΦΕ-ΜΠΑΡ ΣΤΗΝ ΠΟΛΗ ΤΗΣ ΜΥΤΙΛΗΝΗΣ» ΕΠΙΜΕΛΗΘΗΚΑΝ : ΗΛΙΑΔΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΠΗΛΙΝΗΣ ΧΡΙΣΤΟΔΟΥΛΟΣ ΣΥΝΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΕΣ: ΠΑΥΛΟΓΕΩΡΓΑΤΟΣ Γ. ΤΑΓΑΡΗΣ Ε. ΜΥΤΙΛΗΝΗ ΙΟΥΝΙΟΣ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ 4 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. ΓΗΙΝΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΡΥΠΑΝΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ ΟΙ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΟΙ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ (SO 2 ) ΤΑ ΟΞΕΙΔΙΑ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ (NO X ) ΤΟ ΟΖΟΝ (O 3 ) ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO) 14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΙΝΗΤΕΣ ΠΗΓΕΣ ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΠΗΓΕΣ ΟΖΟΝΤΟΣ (O 3 ) ΤΟ ΣΤΡΩΜΑ ΤΟΥ ΟΖΟΝΤΟΣ ΣΗΜΕΡΑ ΠΗΓΕΣ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ (NO X ) TO ΥΠΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ (N 2 O) TA NO X ( NO ΚΑΙ NO 2 ) ΠΗΓΕΣ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΤΟ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO 2 ) Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΣΤΗ ΦΥΣΗ ΤΟ ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO) ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ (CO) ΠΗΓΕΣ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ (SO 2 ) 32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. ΜΟΝΑΔΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΩΝ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ 34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ 35 2

3 5.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΡΟΤΥΠΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ ΤΩΝ 35 ΔΙΕΘΝΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ 5.3 ΠΡΟΤΥΠΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ 39 ΤΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6. ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ SO 2, NO X, O 3, CO ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ 42 ΘΕΙΟΥ (SO 2 ) ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΚΟΣ 42 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ SO 2 (ΜΕΘΟΔΟΣ WEST-GAEKE) ΑΓΩΓΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ SO ΦΛΟΓΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ SO ΦΘΟΡΙΣΜΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ 48 SO ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ 50 (NO X ) ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΚΟΣ 50 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ NO 2 ( ΜΕΘΟΔΟΣ SALTZMAN) ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΚΟΣ 52 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ NO ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ NO X ΜΕ 53 ΧΗΜΕΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑ 6.3 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ 54 ΑΝΘΡΑΚΑ (CO) ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΧΗΜΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΗΣ ΜΗ-ΔΙΑΧΕΟΜΕΝΗΣ 55 ΥΠΕΡΥΘΡΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ( NDIR) ΑΛΛΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΕΧΟΥΣ 56 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΟΥ CO 6.4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΖΟΝΤΟΣ (O 3 ) ΜΕΘΟΔΟΣ ΧΗΜΕΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑΣ ΜΕ C 2 H ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΚΟΣ 58 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ O ΧΗΜΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ O 3 - ΜΕΘΟΔΟΣ 58 KI 3

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΟΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΙΣ 61 ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ ΣΕ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥΣ ΧΩΡΟΥΣ ΚΑΙ ΟΙ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΥ ΕΧΟΥΝ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ 7.1 ΥΓΕΙΑ ΚΑΙ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ 61 ΠΟΙΟΤΗΤΑ 7.2 ΕΣΤΙΑΣΗ ΣΤΗΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ 61 ΠΟΙΟΤΗΤΑ 7.3 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ 62 ΧΩΡΩΝ IAQ (INVIRONMENT ATMOSHERIC 62 QYALITY) ΡΥΠΟΙ ΠΟΥ ΣΥΜΒΑΛΟΥΝ ΣΕ ΦΤΩΧΟ IAQ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΦΤΩΧΟΥ IAQ ΣΤΗΝ 63 ΥΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΣΤΟΝ ΕΡΓΑΣΙΑΚΟ ΤΟΥ ΧΩΡΟ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΑΕΡΙΣΜΟΥ ΤΩΝ 65 ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΧΩΡΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ 67 ΑΠΟ ΤΟ ΚΑΠΝΟ ΤΩΝ ΤΣΙΓΑΡΩΝ ΟΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΙΣ ΤΟΥ CO 2 ΣΕ 70 ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥΣ ΧΩΡΟΥΣ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΙΣ WHEEZING ΕΠΙΘΕΣΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΟΡΓΑΝΟΥ ΜΕΤΡΗΣΗΣ (G750 POLYTECTOR ΙΙ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ CO, SO 2 KAI 76 CO 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 114 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 116 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 118 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ 151 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ 151 4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το αντικείμενο της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η ατμοσφαιρική ρύπανση στην πόλη της Μυτιλήνης και η μέτρηση ρύπων σε εσωτερικούς χώρους. Ασχοληθήκαμε δηλαδή με την μέτρηση των συγκεντρώσεων του διοξειδίου του θείου (SO2), των οξειδίων του αζώτου (NOX),του μεθανίου (CH4), του μονοξειδίου του άνθρακα (CO), του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και του όζοντος (Ο3). Τα όργανα μέτρησης τοποθετήθηκε σε ένα καφέ- μπαρ που βρίσκεται στο λιμάνι της πόλης. Τα όργανα μέτρησης περιέχουν αναλυτή διοξειδίου του θείου, αναλυτή οξειδίων του αζώτου, αναλυτή μονοξειδίου του άνθρακα και αναλυτή του διοξειδίου του άνθρακα. Τα όργανα περιέχουν μνήμη στην οποία αποθηκεύονται τα αποτελέσματα από κάθε μέτρηση. Στην συνέχεια συνδέονται με ηλεκτρονικό υπολογιστή όπου και παρατίθενται τα αποτελέσματα και είναι έτοιμα για επεξεργασία και μετά για χρησιμοποίηση τους. Ο προσδιορισμός του διοξειδίου του θείου γίνεται με την μέθοδο του φθορισμού της υπεριώδους ακτινοβολίας, ο προσδιορισμός των οξειδίων του αζώτου γίνεται με την μέθοδο της χημειοφωταύγειας, ο προσδιορισμός του όζοντος γίνεται με τη μέθοδο της απορρόφησης της υπεριώδους ακτινοβολίας ενώ ο προσδιορισμός του μονοξειδίου και διοξειδίου του άνθρακα γίνεται με τη μέθοδο της μη-διαχεόμενης υπέρυθρης ανάλυσης (NDIR). Το όργανο με το οποίο έγιναν όλες οι μετρήσεις είναι το G 750 polytector της Γερμανικής εταιρίας GFG Instrumentation. Η περίοδος των μετρήσεων ξεκίνησε από τις 4 Μαρτίου 2005 και ολοκληρώθηκε στις 19 Μαρτίου 2005 σε καθημερινή βάση και από ώρες 10:00 μ.μ έως 3:00 π.μ. Οι συγκεντρώσεις των παραπάνω ρύπων καταγράφονταν ανά πέντε λεπτά από τα όργανα δειγματοληψίας. Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων που έγινε διαπιστώθηκε η συνεισφορά ορισμένων πηγών ρύπανσης στον εσωτερικό αέρα του Καφέ-Μπαρ που έγιναν οι μετρήσεις οι οποίες είναι ο καπνός των τσιγάρων, το σύστημα θέρμανσης. Το μονοξείδιο του άνθρακα και το διοξείδιο του άνθρακα εμφανίζουν τις υψηλότερες τιμές τους τις μεταμεσονύκτιες ώρες 1:00-3:00. Το διοξείδιο του θείου τις λίγες ημέρες που αυτό ανιχνεύεται εμφανίζει και αυτό τις υψηλότερες τιμές του τις ώρες 1:30-3:00. 5

6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στην παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο «Μελέτη της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και μέτρηση των επιπέδων των εσωτερικών ρύπων σε ένα Καφέ-Μπαρ στην πόλη της Μυτιλήνης» περιέχονται οι τιμές των εσωτερικών ρύπων που παρατηρήθηκαν σε ένα Καφέ-Μπαρ στην πόλη της Μυτιλήνης, από τις 4 Μαρτίου μέχρι τις 19 Μαρτίου του Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε ppm (μέρος όγκου αερίου σε ένα εκατομμύριο μέρη όγκου αέρα). Οι ρύποι που μετρήθηκαν είναι το διοξείδιο του θείου (SO 2 ), το μονοξείδιο του άνθρακα (CO), το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), τα οξείδια του αζώτου (NO X ) και το οξυγόνο (Ο 2 ). Η διπλωματική εργασία χωρίζεται σε εννέα κεφάλαια: Στο επόμενο κεφάλαιο περιέχονται πληροφορίες για την γήινη ατμόσφαιρα, τη δομή της ατμόσφαιρας και την χημική σύσταση της ατμόσφαιρας. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιέχονται μερικά εισαγωγικά για την ρύπανση του περιβάλλοντος και ειδικότερα της ατμόσφαιρας και αναλύονται οι κυριότεροι ατμοσφαιρικοί ρύποι. Στο τρίτο κεφάλαιο αναπτύσσονται οι πηγές και εκπομπές των ρύπων στην ατμόσφαιρα με ιδιαίτερη έμφαση στα SO 2, CO 2,CO, NO X, O 3. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναφέρονται οι μονάδες μέτρησης των συγκεντρώσεων των ρύπων και στο πέμπτο κεφάλαιο αναγράφεται η ελληνική και ξένη νομοθεσία όσον αφορά τις εκπομπές. Στο έκτο κεφάλαιο αναφέρονται οι μέθοδοι προσδιορισμού των SO 2, NO X, O 3, και CO. Στο έβδομο κεφάλαιο αναφέρονται οι συγκεντρώσεις των αέριων ρύπων σε εσωτερικούς χώρους και οι επιπτώσεις που έχουν στον άνθρωπο. Στο όγδοο κεφάλαιο περιγράφονται τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν για τις μετρήσεις και στο τελευταίο κεφάλαιο αναλύονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων και αναφέρονται μερικά συμπεράσματα για την κατάσταση της ποιότητας του αέρα στο χώρο όπου πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις. Η εργασία που ακολουθεί, δεν αποβλέπει σε μια ανάλυση των προβλημάτων ποιότητας του αέρα σε εσωτερικούς χώρους, ούτε σε μια παράθεση μιας σειράς προτάσεων και μέτρων για την επίλυση τους, αλλά στη συλλογή, επεξεργασία και αξιολόγηση των δεδομένων ρύπανσης εσωτερικών χώρων του μετρούμενου χώρου. Παράλληλα η εργασία αυτή αποτελεί βάση δεδομένων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καλύψει βασικές ανάγκες πληροφόρησης κάποιου άλλου αναγνώστη καθώς επίσης και για να συγκριθούν οι τιμές με κάποια άλλη παρόμοια μελλοντική διπλωματική εργασία. 6

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. ΓΗΙΝΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 1.1 Εισαγωγή Σαν ατμόσφαιρα ορίζεται το αεριώδες τμήμα του πλανήτη που τον περιβάλλει και τον ακολουθεί στο σύνολο των κινήσεών του. Η ατμόσφαιρα έχει πολύ μεγάλη σημασία για τη ζωή, παρέχοντας το οξυγόνο για την αναπνοή ανθρώπων, ζώων και φυτών και λειτουργώντας σαν φίλτρο προστασίας της γης από ένα ποσοστό της υπεριώδους και υπέρυθρου ακτινοβολίας του ηλίου. Επίσης, λόγω του ήπιου φαινομένου του θερμοκηπίου που δημιουργεί, προστατεύει τη γη από τις απότομες αλλαγές θερμοκρασιών που θα επικρατούσαν, αν δεν υπήρχε. Απορροφά, δηλαδή, ένα μέρος της ανακλώμενης από τη γη θερμικής ακτινοβολίας μην επιτρέποντας την απότομη και μεγάλης κλίμακας ψύξη της κατά τη νύχτα ή κατά τη διάρκεια του χειμώνα, παίζοντας έτσι ένα σταθεροποιητικό ρόλο μεγάλης σημασίας για το γήινο κλίμα. Έχει υπολογιστεί πως χωρίς τα αέρια της ατμόσφαιρας που παγιδεύουν την υπέρυθρη ακτινοβολία, η μέση θερμοκρασία της γήινης επιφάνειας θα ήταν 18 βαθμούς Κελσίου. Το μέσο πάχος της υπερβαίνει τα 100 χ.λ.μ. και ποικίλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος, με μεγαλύτερες τιμές στον ισημερινό και μικρότερες στους πόλους (Γεωργόπουλος, 1996). 1.2 ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Η κατακόρυφη δομή της ατμόσφαιρας περιγράφεται από τη μεταβολή της θερμοκρασίας, της πίεσης, της πυκνότητας και της σύστασης σε σχέση με το ύψος από το έδαφος.(σχήμα 1.1) Η σύσταση της ατμόσφαιρας μέχρι τι ύψος των 100 χ.λ,μ από το έδαφος είναι σταθερή. Αυτό οφείλεται στις διεργασίες της τυρβώδους ανάμιξης των συστατικών που κυριαρχούν σε σχέση με τις αντίστοιχες της μοριακής διάχυσης. Το στρώμα αυτό ονομάζεται ομοιόσφαιρα. Σε ύψη μεγαλύτερα των 100 χ.λ.μ,κυριαρχεί η μοριακή διάχυση και η σύσταση της ατμόσφαιρας εμφανίζει μεγάλες διαφορές. Για το λόγο αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας πάνω από τα 100 χ.λ.μ. ονομάζεται ετερόσφαιρα. Με βάση την κατακόρυφη κλιμάκωση της θερμοκρασίας μπορούμε να διακρίνουμε στην ατμόσφαιρα τέσσερις χαρακτηριστικές περιοχές: την Τροπόσφαιρα, τη Στρατόσφαιρα τη Μεσόσφαιρα και τη Θερμόσφαιρα. Οι επιφάνειες διαχωρισμού των περιοχών αυτών, που στην πραγματικότητα είναι μεταβατικές ζώνες αρκετού πάχους είναι: η Τροπόπαυση, η Στρατόπαυση και η Μεσόπαυση. 7

8 ΤΡΟΠΟΣΦΑΙΡΑ:(Ζωοδότης και δημιουργός του κλίματος). Είναι το στρώμα πάνω από την επιφάνεια της γης που έχει ύψος χ.λ.μ. ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή του έτους. Η Τροπόσφαιρα χαρακτηρίζεται από την ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος. Η ηλιακή ακτινοβολία η οποία φτάνει στην επιφάνεια της γης και απορροφάται από αυτή θερμαίνει έμμεσα την τροπόσφαιρα από κάτω. Ο θερμός αέρας ανέρχεται και επειδή η πίεση ελαττώνεται με το ύψος, εκτονώνεται αδιαβατικά. Έτσι η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται κατά το ποσό της θερμότητας που αντιστοιχεί στο έργο που παράγεται. Στην Τροπόσφαιρα υπάρχουν υδρατμοί που συμπυκνώνονται όταν εκτονώνεται ο αέρας και ελευθερώνουν ενέργεια. Έτσι στην πραγματικότητα η ελάττωση της θερμοκρασίας στην Τροπόσφαιρα είναι 6 βαθμούς Κελσίου ανά χιλιόμετρο. Η ελάττωση αυτή συνεχίζεται μέχρι την τροπόπαυση όπου έχουμε περίπου -55 C (Κουϊμτζής, 1989). ΣΤΡΑΤΟΣΦΑΙΡΑ:(Το αντηλιακό του πλανήτη). Αρχίζει από την τροπόπαυση και φθάνει μέχρι το ύψος των 50 χ.λ.μ. Στα πρώτα χιλιόμετρα πάνω από την τροπόπαυση η θερμοκρασία είναι σταθερή. Στη συνέχεια και μέχρι την στρατόπαυση η θερμοκρασία αυξάνει και φθάνει στους 0 βαθμούς Κελσίου. Επειδή στη στρατόσφαιρα έχουμε αύξηση της θερμοκρασίας η περιοχή αυτή είναι πιο σταθερή από την τροπόσφαιρα και η ανάμιξη των αερίων πολύ αργή. Έτσι τα υλικά που μεταφέρονται στη στρατόσφαιρα παραμένουν εκεί για πολλά χρόνια. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι ένα λεπτό στρώμα θειικού αμμωνίου που έχει βρεθεί στα 20 χ.λ.μ Η αύξηση της θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα οφείλεται στο στρώμα όζοντος, το οποίο απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία (από 200 μέχρι 300 nm). Η συγκέντρωση του όζοντος, έχει τη μέγιστη τιμή στο ύψος χ.λ.μ και φτάνει μέχρι 10ppm. Το στρώμα αυτό του όζοντος παίζει σημαντικό ρόλο στην προστασία των ζώντων οργανισμών από την υπεριώδη ακτινοβολία. Θεωρείται ότι ζώντες οργανισμοί μπόρεσαν να επιβιώσουν έξω από το νερό μόνο όταν δημιουργήθηκε το στρώμα όζοντος. ΜΕΣΟΣΦΑΙΡΑ: Η μεσόσφαιρα εκτείνεται από την στρατόπαυση μέχρι το ύψος των 80 χ.λ.μ περίπου. Χαρακτηρίζεται από σημαντική πτώση της θερμοκρασίας με το ύψος. Η μεσόπαυση, το ανώτατο δηλαδή όριο της μεσόσφαιρας, είναι η πιο ψυχρή περιοχή της ατμόσφαιρας (-80 βαθμούς Κελσίου). Η ελάττωση αυτή της θερμοκρασίας με το ύψος οφείλεται στην κατακόρυφη μεταφορά αερίων μαζών όπως και την τροπόσφαιρα και στη μικρή συγκέντρωση συστατικών που απορροφούν ηλιακή ακτινοβολία δηλαδή στην απουσία όζοντος. Η μεσόπαυση αποτελεί το ανώτερο περίπου όριο της ομοιόσφαιρας (Μακρογιάννης-Σαχσαμάνογλου, 1997). 8

9 ΘΕΡΜΟΣΦΑΙΡΑ: Το στρώμα αυτό της ατμόσφαιρας εκτείνεται πάνω από την μεσόπαυση και μέχρι τα 400 χ.λ.μ περίπου. Εκτός από την σχεδόν ισόθερμη βάση της η θερμοκρασία του αέρα αυξάνει μονότονα με το ύψος και φτάνει στο ανώτατο όριο της περίπου στους 700 βαθμούς Κελσίου, ή και περισσότερο ανάλογα με την ηλιακή δραστηριότητα. Η αύξηση αυτή της θερμοκρασίας μέσα στην θερμόσφαιρα οφείλεται, κυρίως, στην ενέργεια που εκλύεται από τις διάφορες εξώθερμες χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν μέσα σε αυτή. Η περιοχή της θερμόσφαιρας χαρακτηρίζεται από μεγάλη, σχετικά, συγκέντρωση ιόντων και γι αυτό είναι γνωστή και με το όνομα Ιονόσφαιρα. Σχήμα 1.1 : Η μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα με το ύψος, μέχρι 110 Km. 1.3 ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Η σύσταση, η δομή και τα φαινόμενα (φυσικά και χημικά) που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα επηρεάζουν άμεσα ή έμμεσα τους βιογεωχημικούς κύκλους και τα 9

10 οικοσυστήματα. Για το λόγο αυτό η ατμόσφαιρα αποτελεί αντικείμενο πολλών μελετών. Έτσι μας ενδιαφέρει να γνωρίζουμε τις μεταβολές της θερμοκρασίας και τις διάφορες αντιδράσεις, χημικές και φωτοχημικές που παρατηρούνται στα διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας. Η χημική σύσταση της ατμόσφαιρας είναι σταθερή μέχρι τα 100 χ.λ.μ περίπου, καλύπτει δηλαδή την ομοιόσφαιρα. Σε όλο αυτό το στρώμα το μέσο μοριακό βάρος του αέρα είναι σταθερό και ίσο με 28,28. Μεταβάλλεται μόνο από περιοχή σε περιοχή η συγκέντρωση των υδρατμών και του διοξειδίου του άνθρακα. Η σύσταση του καθαρού και του ξηρού αέρα δίνονται στον παρακάτω πίνακα (Κουϊμτζης, 1989). Πίνακας 1.1: Τα κυριότερα χημικά στοιχεία και οι ενώσεις που αποτελούν τον αέρα και η περιεκτικότητά τους σε αυτόν. Στοιχείο ή ένωση Περιεκτικότητα (κατά όγκο) Άζωτο (Ν2) 78,09% Οξυγόνο (Ο2) 20,95% Αργό (Α) 0,93% Διοξείδιο του άνθρακα (CO2) 0,03% Ήλιο (He) 0,00052% Υδρογόνο (Η2) 0,00005% Όζον (Ο3) 0,000001% Οι συγκεντρώσεις δίνονται σε μέρη ανά εκατομμύριο (ppm), δηλαδή τα μέρη του όγκου του συστατικού σε ένα εκατομμύριο όγκων αέρα. Για τις μεγάλες συγκεντρώσεις χρησιμοποιείται και % κατά όγκο περιεκτικότητα. Η συσχέτιση 1% κατά όγκο ισοδυναμεί με 10000ppm. Επίσης στην ατμόσφαιρα υπάρχει και νερό. Το ποσοστό του νερού ποικίλει από 0% μέχρι 4% κατά όγκο στην τροπόσφαιρα. Το ποσοστό αυτό εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αέρα. Ο ζεστός αέρας μπορεί να συγκρατήσει περισσότερους υδρατμούς από τον κρύο. 10

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.ΡΥΠΑΝΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ 2.1 Εισαγωγή Ρύπανση του Περιβάλλοντος: η παρουσία στο περιβάλλον ρύπων, δηλαδή κάθε είδους ουσιών, θορύβου, ακτινοβολίας ή άλλων μορφών ενέργειας, σε ποσότητα, συγκέντρωση ή διάρκεια που μπορούν να προκαλέσουν αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία, στους ζωντανούς οργανισμούς και στα οικοσυστήματα ή υλικές ζημιές και γενικά να καταστήσουν το περιβάλλον ακατάλληλο για τις επιθυμητές χρήσεις του. Η ρύπανση του περιβάλλοντος οφείλεται τόσο σε φυσικές διεργασίες όσο και σε ανθρώπινες δραστηριότητες. Σε ότι αφορά τις φυσικές πηγές ρύπανσης, η ίδια η φύση έχει αναπτύξει δια μέσου των αιώνων διάφορους μηχανισμούς αυτοκαθαρισμού που εξισορροπούν τη ρύπανση που προκαλείται από αυτές. Αντίθετα, η ρύπανση που προκαλείται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες είναι επικίνδυνη, επειδή πολλές φορές οδηγεί τα οικοσυστήματα σε μη αντιστρεπτές καταστάσεις. Οι δραστηριότητες αυτές, που συνεχώς αυξάνονται, έχουν προκαλέσει σημαντικές αλλοιώσεις στο περιβάλλον. Σε αυτό συντελεί και το γεγονός ότι οι ανθρώπινες δραστηριότητες είναι άνισα κατανεμημένες και, κατά κανόνα, συγκεντρώνονται σε περιορισμένους σχετικά χώρους. Αν, μάλιστα, συνεχιστεί η αλλοίωση των οικολογικών συστημάτων, έτσι ώστε να περιοριστεί ο βαθμός αυτορύθμισης τους, τότε θα βρεθεί σε κίνδυνο η σταθερότητα του οικοσυστήματος που ονομάζεται Γη (Κουϊμτζης, 1989). 2.2 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ Ατμοσφαιρική ρύπανση καλείται η παρουσία ρύπων στην ατμόσφαιρα. Εμφανίζεται και στις τρεις φυσικές καταστάσεις : στερεή, υγρή και αέρια. Όταν η συσσώρευση των ρύπων είναι ορατή, γίνεται λόγος για «νέφος». Επιγραμματικά, οι παράγοντες που επηρεάζουν τα επίπεδα της ρύπανσης είναι ανθρωπογενείς (βιομηχανία, κεντρική θέρμανση και κυκλοφορία οχημάτων σε συνδυασμό με τη δομή και της λειτουργία της πόλης) και φυσικοί (τοπογραφία και μετεωρολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής). Ένα φαινόμενο με σημαντική επίδραση είναι το λεγόμενο της θερμοκρασιακής αναστροφής, κατά το οποίο για διάφορους λόγους ανθρωπογενείς ή φυσικούς, η κατά ύψος αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα (αντί της μείωσης που είναι η φυσιολογική μεταβολή) δεν επιτρέπει την κατά ύψος διασπορά των ρύπων. Θερμές αέριες μάζες επικάθονται συνήθως σε ύψος έως 1000 μέτρα από το έδαφος και σχηματίζουν το λεγόμενο στρώμα της θερμοκρασιακής αναστροφής. 11

12 Χαρακτηριστικά της είναι : Το ύψος ( το υψόμετρο από το οποίο αρχίζει η μη φυσιολογική μεταβολή της θερμοκρασίας) Το πάχος (η υψομετρική διαφορά του στρώματος όπου παρατηρείται η μη φυσιολογική μεταβολή της θερμοκρασίας) Η ένταση ( ο λόγος της μεταβολής της θερμοκρασίας δια της αντίστοιχης υψομετρικής διαφοράς ) Η χρονική διάρκεια Η έκταση που καλύπτει. Η αναστροφή είναι δυσμενέστερη όσο το ύψος της είναι μικρότερο και όσο μεγαλύτερα είναι το πάχος, η ένταση, η διάρκειά της και η έκταση που καλύπτει (Χατζηδάκης, 1997). Οι υψηλές συγκεντρώσεις ρύπων στα αστικά και βιομηχανικά κέντρα σε συνδυασμό με κατάλληλες κλιματικές συνθήκες (θερμοκρασιακές αναστροφές) ευνοούν τον εγκλωβισμό των ρύπων και τη δημιουργία του «νέφους». Υπάρχουν δύο τύποι νέφους: Ο τύπος του Λονδίνου ή αιθαλομίχλη (smog) που χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη μεγάλων συγκεντρώσεων πρωτογενών ρύπων και κυρίως διοξειδίου του θείου (SO2) και καπνού. Ο τύπος του Λος Άντζελες ή φωτοχημική αιθαλομίχλη που χαρακτηρίζεται από έντονη ηλιοφάνεια και παραγωγή δευτερογενώς φωτοχημικών οξειδωτικών. Σαν νέφος ορίζεται το ορατό αποτέλεσμα ρύπων είτε φωτοχημικής ρύπανσης είτε αιθαλομίχλης, που συσσωρεύονται σε χαμηλό ύψος πάνω από την επιφάνεια της γης, εξαιτίας κυρίως των θερμοκρασιακών αναστροφών (Γεωργόπουλος, 1996). Κάθε αέριος ρύπων χαρακτηρίζεται από τον χρόνο παραμονής του στην ατμόσφαιρα ή αλλιώς ημιπερίοδο ζωής. Αν συμβολίσουμε με (Κ) το ρυθμό καταστροφής ή γενικά της αφαίρεσης ενός αέριου ρύπου (π.χ. τόνοι / ημέρα) και με (Μ) τη συνολική μάζα του αέριου ρύπου στην ατμόσφαιρα, τότε ο χρόνος παραμονής του (Τ) θα δίνεται από τη σχέση : Τ=Μ/Κ. Στην ισορροπία ο ρυθμός καταστροφής (Κ) θα ισούται με το ρυθμό παραγωγής (Π) και επομένως θα έχουμε ότι Τ=Μ/Κ=Μ/Π. Ο πίνακας 2.1 παραθέτει συγκριτικά τις συγκεντρώσεις των κυριότερων αέριων ρύπων στον καθαρό και σε ρυπασμένο αέρα καθώς και τους τυπικούς χρόνους παραμονής τους στην ατμόσφαιρα (Ζερεφός, 1984). 12

13 Πίνακας 2.1: Συγκεντρώσεις κυριότερων αέριων ρύπων σε καθαρό και ρυπασμένο αέρα και χρόνος παραμονής τους στην ατμόσφαιρα. Αέριος ρύπος Συγκέντρωση σε ppm Χρόνος παραμονής στην ατμόσφαιρα Καθαρός αέρας Ρυπασμένος αέρας CO ~ ~ 4 Χρόνια CO ~ ~ 0.3 Χρόνια CH ~ 100 Χρόνια NO ~ 5 μέρες O ~ 2 Χρόνια SO ~ 5 μέρες H2S ~ ~ 4 μέρες 2.3 ΟΙ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ Ατμοσφαιρικοί ρύποι καλούνται οι προστιθέμενες, αμέσως ή εμμέσως, στην ατμόσφαιρα ουσίες από φυσικές ή ανθρώπινες δραστηριότητες σε συγκεντρώσεις (μάζα ρύπου ανά κυβικό μέτρο αέρα) που μπορεί να επηρεάσουν τη δομή, τα χαρακτηριστικά ή τα φαινόμενα της ατμόσφαιρας και να έχουν αρνητικές συνέπειες στην υγεία, στους ζωντανούς οργανισμούς και στα οικοσυστήματα, αλλά και οικονομικές επιπτώσεις και γενικότερα να επηρεάσουν αρνητικά την ισορροπία της φύσης. Ανάλογα με τον τρόπο παραγωγής τους, οι ρύποι διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, τους πρωτογενείς και τους δευτερογενείς. Πρωτογενείς είναι αυτοί που εκπέμπονται απευθείας στον αέρα από τις πηγές ρύπανσης, όπως τα αιωρούμενα σωματίδια, τα οξείδια του θείου, το μονοξείδιο του άνθρακα, το μονοξείδιο του αζώτου, διοξείδιο του θείου και οι υδρογονάνθρακες. Δευτερογενείς ρύποι λέγονται αυτοί που παράγονται από τους πρωτογενείς ρύπους μέσω χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα είτε μεταξύ τους,είτε με τα φυσικά συστατικά της ατμόσφαιρας με την καταλυτική επίδραση του ηλιακού φωτός, της θερμοκρασίας, της υγρασίας, (π.χ. όζον, οξειδωμένοι υδρογονάνθρακες, θειικά άλατα,). Έτσι παράγεται το διοξείδιο του αζώτου και το όζον, κατά την διάρκεια ημερών με υψηλή συγκέντρωση πρωτογενών ρύπων και επίσης υψηλή ηλιοφάνεια. Το φαινόμενο αυτό αποτελεί το «νέφος» τύπου του Λος Άντζελες ή φωτοχημική αιθαλομίχλη που χαρακτηρίζεται από έντονη ηλιοφάνεια και παραγωγή δευτερογενώς φωτοχημικών οξειδωτικών.( Γεωργόπουλος, 1996) 13

14 Οι κυριότεροι αέριο ρύποι απαντούν είτε σε αέρια μορφή όπως τα οξείδια του αζώτου και θείου, το μονοξείδιο του άνθρακα, το όζον, οι υδρογονάνθρακες είτε σε σωματιδιακή μορφή. Τα σωματίδια ομαδοποιούνται, σύμφωνα με το μέγεθός τους, στις σκόνες, στα αιωρούμενα σωματίδια και στον καπνό και σε επιμέρους κατηγορίες, ανάλογα με τη χημική τους σύσταση. Συνοπτικά οι ατμοσφαιρικοί ρύποι είναι: (Πηλίνης, 1998) Ουσίες Θείου (S) Ουσίες Αζώτου (N) Ουσίες Άνθρακα (Οργανικά) Ουσίες Αλογόνων (CFC) Τοξικές Ουσίες (Hg, Pb) Ραδιενεργές ουσίες Ατμοσφαιρικά σωματίδια (Aerosols) 2.4 ΚΥΡΙΟΤΕΡΟΙ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ Διοξείδιο του θείου(so2) Eίναι αέριο άχρωμο και άοσμο στις συγκεντρώσεις που συνήθως απαντώνται σε αστικές περιοχές, έως και μερικές εκατοντάδες μg/m³ αέρα (μικρογραμμάρια ή εκατομμυριοστά του γραμμαρίου ανά κυβικό μέτρο). Έχει κυρίως ανθρωπογενή προέλευση, όπως παραγωγικές διαδικασίες και την καύση καυσίμων που περιέχουν θείο (S). Κατά την καύση το θείο ενώνεται με το οξυγόνο (Ο2) προς σχηματισμό διοξειδίου του θείου (SO2) που εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα, όπου στην συνέχεια με τη συμβολή της ηλιακής ακτινοβολίας και της υγρασίας μετατρέπεται σε τριοξείδιο του θείου (SO3) και τέλος σε θειικό οξύ (H2SO4). Ως θειικό οξύ προσβάλει το φυτικό κόσμο, αυξάνει την οξύτητα των νερών των λιμνών και ποταμών και μετατρέπει την επιφάνεια των ασβεστολιθικών αντικειμένων σε γύψο (φαινόμενο της όξινης βροχής). Όσον αφορά την υγεία, οι επιδράσεις του διοξειδίου του θείου είναι μεγαλύτερες, όταν δρα σε συνδυασμό με σωματίδια. Σε συγκεντρώσεις διοξειδίου του θείου και καπνού της τάξης των 100 μg/m³ αέρα προκαλείται ερεθισμός των ματιών, σε συγκεντρώσεις 250 μg/m³ αύξηση της νοσηρότητας και δη του αναπνευστικού συστήματος και σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 500 μg/m³ αύξηση των εισαγωγών στα νοσοκομεία και της θνησιμότητας ηλικιωμένων και χρονίως πασχόντων (Χατζηδάκης, 1997) Οξείδια του αζώτου (NOΧ) Είναι αέρια, κυριότερα από τα οποία είναι το μονοξείδιο (NO) και το διοξείδιο (NO2). Κυριότερες πηγές τους είναι οι κινητήρες εσωτερικής καύσης (οχήματα), οι βιομηχανικές και μη καύσεις και παραγωγικές διαδικασίες, όπως η παραγωγή νιτρικού οξέος και η νίτρωση οργανικών ενώσεων. 14

15 Οι εκπομπές σε ποσοστά 80-90% είναι σε (NO) (άχρωμο και άοσμο), το οποίο με τη συμμετοχή και της ηλιακής ακτινοβολίας αντιδρά με το όζον της ατμόσφαιρας και μετατρέπεται σε NO2. Το τοξικό, δριμείας οσμής και καστανόχρουν NO2 μέσω χημικών αντιδράσεων στην ατμόσφαιρα τελικά μετατρέπεται σε νιτρικό οξύ (HNO3), που μαζί με το θειικό οξύ (H2SO4) αποτελούν τα συστατικά της λεγόμενης όξινης βροχής. Το NO2 είναι ρύπος που συμμετέχει στο σχηματισμό της φωτοχημικής ρύπανσης. Απαντάται στις αστικές περιοχές και σε τιμές που μπορεί να υπερβαίνουν τα 500 μg/m³ αέρα. Επιδρά στην ανάπτυξη των φυτών, ενώ στα υλικά μειώνει την αντοχή και τα αποχρωματίζει, κυρίως τα συνθετικά νήματα. Όσον αφορά την υγεία, εισπνεόμενο ενώνεται με την αιμοσφαιρίνη εμποδίζοντας την οξυγόνωση του αίματος. Σε υψηλές συγκεντρώσεις στην ατμόσφαιρα (ανώτερες από 560 μg/m³ αέρα) προκαλεί οχλήσεις στα μάτια και στο αναπνευστικό σύστημα, ιδίως ευαίσθητων πληθυσμιακών ομάδων [( παιδιά και ασθματικοί)] (Χατζηδάκης, 1997) Όζον (Ο3) Είναι αέριο άχρωμο με δριμεία οσμή. Κοντά στην επιφάνεια της Γης θεωρείται ως ρύπος, ενώ η παρουσία του στην στρατόσφαιρα θεωρείται ευεργετική, επειδή συμβάλλει στην απορρόφηση της βλαπτικής υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Είναι δευτερογενής ρύπος που σχηματίζεται από την χημική αλληλεπίδραση οξυγόνου, ορισμένων πτητικών ενώσεων (VOCs) και οξειδίων του αζώτου (Nox) με την συνδρομή της ηλιακής ακτινοβολίας, εξ ου και ο χαρακτηρισμός του ως φωτοχημικού. Στις αστικές περιοχές οι τιμές Ο3 μπορεί να υπερβαίνουν τα 300 μg/m³ αέρα. Προκαλεί σημαντικές βλάβες, ακόμη και το θάνατο στα φυτά και διαβρώνει το καουτσούκ, τα χρώματα και τα συνθετικά νήματα. Σε υψηλές συγκεντρώσεις στην ατμόσφαιρα ( ανώτερες από 200 μg/m³) προκαλεί οχλήσεις στα μάτια, στο αναπνευστικό σύστημα, στηθάγχη, βήχα, πονοκέφαλο ενώ έχει παρατηρηθεί μείωση της πνευμονικής λειτουργίας παιδιών και αύξηση των συμπτωμάτων σε ασθματικούς (Χατζηδάκης, 1997) Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) Είναι ένα αέριο άχρωμο και άοσμο. Στις αστικές περιοχές κύρια πηγή του είναι τα βενζινοκίνητα οχήματα, ενώ εκπέμπεται και ως προϊόν βιομηχανικών παραγωγικών διαδικασιών ( ενδεικτικά, η χαλυβουργία ) ή της ατελούς καύσης του πετρελαίου. Τιμές CO που απαντώνται σε αστικές περιοχές είναι τις τάξης των 10 mg/m³ αέρα. Το CO εισερχόμενο στο αναπνευστικό σύστημα δεσμεύει τελικά την αιμοσφαιρίνη του αίματος εμποδίζοντας την ικανότητα της να μεταφέρει οξυγόνο στους ιστούς του σώματος. Σε υψηλές συγκεντρώσεις στην ατμόσφαιρα (ανώτερες των 20 mg/m³ αέρα) μπορεί να επιδράσει στην συμπεριφορά (κόπωση, μειωμένη αντίληψη, αύξηση του χρόνου αντίδρασης ) και να προκαλέσει ζάλη και πονοκέφαλο (Χατζηδάκης, 1997). 15

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ 3.1 Εισαγωγή Οι πηγές ρύπανσης της ατμόσφαιρας διακρίνονται σε φυσικές και ανθρωπογενείς ( ή τεχνητές). Κυριότερες φυσικές πηγές είναι η ηφαιστειακή δράση (SO2,H2S, σωματίδια), η αποσάθρωση του εδάφους (σωματίδια), οι πυρκαγιές (CO, σωματίδια),η βακτηριακή δράση (H2S, NOX, CO, VOCS), οι θάλασσες από τις οποίες μετακινούνται προς την ατμόσφαιρα σταγονίδια θαλασσινού νερού, οι έρημοι, τα υπολείμματα από την καύση μετεωριτών λόγω της τριβής τους με τον αέρα. Παρά την σημαντικότητα τους, οι φυσικές πηγές σπάνια επηρεάζουν άμεσα τον άνθρωπο είτε γιατί εκτείνονται σε μεγάλη γεωγραφική κλίμακα είτε γιατί η ύπαρξη τους εντάσσεται στα πλαίσια της εξέλιξης των πλανητικών συνθηκών είτε γιατί δρουν από πολλά χρόνια και έχουν αναπτυχθεί στον άνθρωπο κατάλληλοι μηχανισμοί άμυνας απέναντι τους. Εξαίρεση αποτελούν κάποια αιφνίδια φυσικά γεγονότα που επηρεάζουν σε τοπική κυρίως κλίμακα όπως διαρροή φυσικού αερίου κοντά σε κάποιον οικισμό. Σε αντίθεση με τις φυσικές ατμοσφαιρικής ρύπανσης, οι τεχνητές πηγές λειτουργούν στον ίδιο χώρο που ζει ο άνθρωπος, παράγουν συνεχώς νέες και σύνθετες ποικιλίες ρύπων, έχουν άμεση επίδραση πάνω του και απρόβλεπτες βλαπτικές συνέπειες στο περιβάλλον. Ανθρωπογενείς πηγές είναι αυτές που σχετίζονται με τις ανθρώπινες δραστηριότητες και διακρίνονται σε κινητές και σταθερές πηγές. Στον πίνακα παρουσιάζονται κατά κατηγορία οι κύριοι εκπεμπόμενοι ρύποι από ανθρωπογενείς πηγές. Ομοειδείς σημειακές πηγές αποτελούν επιφανειακές πηγές ( εγκαταστάσεις κεντρικής θέρμανσης μιας περιοχής, βιοτεχνίες ενός κλάδου εγκατεστημένες σε βιοτεχνικό πάρκο). 3.2 ΚΙΝΗΤΕΣ ΠΗΓΕΣ Ειδικά για τα σωματίδια σημειώνεται ότι ένα σημαντικό ποσοστό τους παράγεται από την τριβή των ελαστικών στο οδόστρωμα, από την τριβή των φρένων και των μεταλλικών εξαρτημάτων μεταξύ τους, καθώς και από το κατακαθημένο στο οδόστρωμα υλικό που επαναιωρείται από τα ρεύματα του αέρα που δημιουργούνται με τις διελεύσεις των οχημάτων. Οι αέριοι υδρογονάνθρακές και το μονοξείδιο του άνθρακα προκύπτουν γενικά από τις ατελείς καύσεις. Επίσης, υδρογονάνθρακες σε αέρια ή σε υγρή μορφή διαφεύγουν στην ατμόσφαιρα από το θάλαμο καύσης και από την δεξαμενή καυσίμου των οχημάτων. 16

17 Οι εκπομπές οξειδίων του αζώτου προκύπτουν από την χημική ένωση του αζώτου και του οξυγόνου του ατμοσφαιρικού αέρα στη διάρκεια της καύσης από τις υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται, και στη διάρκεια της διαδρομής των καπναερίων μέχρι την έξοδο τους από την εξάτμιση. Ειδικά το διοξείδιο του αζώτου παράγεται κυρίως δευτερογενώς από το μονοξείδιο στον ελεύθερο αέρα σαν προϊόν φωτοχημικών αντιδράσεων. Το διοξείδιο του θείου που παράγεται έχει άμεση σχέση με την περιεκτικότητα του καυσίμου σε θείο και έτσι οι μεγαλύτερες ποσότητες που προκύπτουν από τα ντιζελοκίνητα οχήματα, εφόσον το πετρέλαιο τύπου ντίζελ έχει πολύ μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε θείο από την σχεδόν μηδενική περιεκτικότητα σε θείο που έχει η βενζίνη. Πέρα από το είδος του οχήματος αποφασιστικό ρόλο στην ποιότητα και κυρίως στην ποσότητα των ρύπων παίζουν οι συνθήκες κίνησης του, όπως η κίνηση στο ρελαντί, η επιτάχυνση, η επιβράδυνση και το μέγεθος της ομαλής ταχύτητας. Την παραγωγή ρύπων από τα οχήματα καθορίζουν γενικά ένα μεγάλο πλήθος και από άλλους παράγοντες μερικοί από τους οποίους είναι: (Υ.ΠΕ.ΧΩ.ΔΕ., Πληροφορίες βάσης, 1989). Η ποιότητα του καυσίμου που χρησιμοποιείται Η ιπποδύναμη του οχήματος Τα κατασκευαστικά στοιχεία του οχήματος Η ηλικία του οχήματος Η κατάσταση του οχήματος από άποψη συντήρησης Ο τρόπος οδήγησης Οι εξωτερικές μετεωρολογικές συνθήκες Η κλίση του δρόμου Η κατάσταση του οδοστρώματος Το βάρος του μεταφερόμενου ωφέλιμου φορτίου Έμμεση παραγωγή ρύπων μπορεί επίσης να προκύψει από τις πρώτες ύλες και από τα προϊόντα που μεταφέρουν ορισμένες κατηγορίες οχημάτων (φορτηγά, βυτιοφόρα). Η ρύπανση που προέρχεται από τα αεροπλάνα είναι σε ποιότητα η ίδια περίπου με τη ρύπανση από τα οχήματα. Αλλά η ρύπανση αυτή έχει τοπικό κυρίως χαρακτήρα, αφορά τις περιοχές των αεροδρομίων. Πρέπει όμως να αναφερθεί ότι τα αεροπλάνα τύπου τζετ παράγουν σημαντικά μεγάλες ποσότητες οξειδίων του αζώτου και, επειδή το μεγαλύτερο διάστημα της πτήσης τους γίνεται σε ύψη πάνω από εφτά χιλιόμετρα θεωρούνται υπαίτια για κάποια καταστροφή του όζοντος της στρατόσφαιρας με απρόβλεπτες ακόμη συνέπειες στο κλίμα της γης. Η ρύπανση που προέρχεται από τα πλοία και τα τραίνα εξαρτάται από το είδος του καυσίμου που χρησιμοποιούν οι πηγές αυτές. Παλαιότερα, η χρήση του κάρβουνου δημιούργησε μεγάλες ποσότητες καπνού και διοξειδίου του θείου. Σήμερα, η χρήση μαζούτ ή ντίζελ ή ακόμη και της ηλεκτρικής ενέργειας στα τραίνα υποβάθμισε σημαντικά τον ρόλο των πηγών αυτών. 17

18 3.3 ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΠΗΓΕΣ Από την θέρμανση παράγονται οι τυπικοί ρύποι καύσης, όπως ο καπνός, το διοξείδιο του θείου. Το είδος και οι ποσότητες των παραγόμενων ρύπων καθορίζονται πάντως από το είδος του καυσίμου που χρησιμοποιείται και από τον τρόπο της καύσης του. Γενικά, κατώτερης ποιότητας καύσιμα και οικιακού τύπου εστίες καύσης συνεπάγονται και μεγαλύτερη ρύπανση. Αντίθετα, καλής ποιότητας καύσιμα, όπως τα υγρά παράγωγα του πετρελαίου, και ειδικά το ντίζελ με μικρή περιεκτικότητα σε θείο και η ομαδική θέρμανση, που έχει καλύτερες πιθανότητες ελέγχου, συντήρησης και οικονομίας καυσίμου, περιορίζουν αρκετά το πρόβλημα. Σημειώνεται ότι η θέρμανση είναι η μόνη πηγή ρύπανσης που έχει εποχιακό χαρακτήρα, εφόσον λειτουργεί μόνο τους χειμερινούς μήνες. Εξαιρούνται τα ξενοδοχεία, τα νοσοκομεία και γενικά τα κτήρια που χρησιμοποιούν τις εγκαταστάσεις τους για την θέρμανση νερού σε όλη τη διάρκεια του χρόνου. Πίνακας 3.1 : Κύριοι ρύποι από ανθρωπογενείς πηγές. Είδος πηγών Κινητές Σταθερές Πηγές βενζινοκίνητα οχήματα υγραεριοκίνητα οχήματα πετρελαιοκίνητα οχήματα αεροπλάνα πλοία, τραίνα βιομηχανική καύση (παραγωγή ενέργειας) παραγωγική διαδικασία διυλιστήρια τσιμεντοβιομηχανία χαλυβουργία χημικές βιομηχανίες μη βιομηχανική καύση (παραγωγή ατμού, ζεστού νερού και αέρα] Κύριοι ρύποι NOX, CO, VOCS και ίσως Pb NOX,CO NOX, VOCS, SO2, σωματίδια NOX, CO, VOCS, σωματίδια NOX, SO2, σωματίδια NOX και ανάλογα με το καύσιμο SO2, σωματίδια NOX, SO2, VOCS, H2S, οσμές, σωματίδια NOX, σωματίδια NOX, CO, SO2, σωματίδια NOX, SO2, αμμωνία, φθόριο, σωματίδια NOX και ανάλογα με το καύσιμο SO2, σωματίδια 18

19 3.4 ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ Σαν εκπομπή ρύπανσης αναφέρεται η ποσότητα των ρύπων που διοχετεύεται στην ατμόσφαιρα από την έξοδο κάποιας πηγής (π.χ. από την καμινάδα εργοστασίου, από την εξάτμιση αυτοκινήτου) ή όταν δεν υπάρχει μια συγκεκριμένη έξοδος, από τον χώρο της πηγής, (π.χ. σκόνη από ένα λατομείο, καπνός από την πυρκαγιά ενός δάσους). Η εκπομπή εκφράζεται σε μονάδες μάζας ανά χρόνο, συνήθως σε τόνους ανά ημέρα ή κιλά ανά ώρα ή γραμμάρια ανά λεπτό και είναι μέγεθος παροχής. (Υ.ΠΕ.ΧΩ.ΔΕ., Πληροφορίες βάσης, 1989). Σαν συγκέντρωση ρύπανσης αναφέρεται η ποσότητα ρύπανσης που υπάρχει σε δοσμένο σημείο του χώρου. Η συγκέντρωση, ή αλλιώς η τιμή ρύπανσης εκφράζεται είτε με μονάδες πυκνότητας (μάζα ρύπου σε δοσμένο όγκο αέρα) είτε με μονάδες αραίωσης ( όγκος ρύπου σε δοσμένο αέρα). Αν και κατά κανόνα, ισχυρές εκπομπές σημαίνουν και ισχυρές συγκεντρώσεις, η σύνδεση των δύο αυτών μεγεθών παρουσιάζει αρκετές ιδιομορφίες και η διάκριση τους είναι αναγκαία. Μια συγκεκριμένη εκπομπή δημιουργεί συγκεντρώσεις στα διάφορα σημεία του χώρου που είναι άνισες μεταξύ τους σε ένταση, και πολλές φορές, και σε ποιότητα, γιατί στην διαδρομή των ρύπων, από την στιγμή που θα φτάσουν κάπου, μεσολαβεί ένα μεγάλο πλήθος από παράγοντες που τους επηρεάζουν και κυρίες από παράγοντες όπως η διάχυση, η καθίζηση και ο μετασχηματισμός που συντελούν στην αραίωση τους. Έτσι οι εκπομπές αντιπροσωπεύουν μόνο το δυναμικό ρύπανσης. Αντίθετα, οι συγκεντρώσεις αντιπροσωπεύουν τα πραγματικά ποσά ρύπανσης που δέχονται οι αποδέκτες και, από την άποψη αυτή αποτελούν το σωστότερο κριτήριο για την αξιολόγηση των προβλημάτων. Η αναλογία των πηγών και, κατά συνέπεια και των εκπομπών, αντανακλά με ικανοποιητική ακρίβεια τον τρόπο ζωής, το οικονομικό, κοινωνικό και τεχνολογικό επίπεδο των κατοίκων μιας περιοχής. Έτσι στο μετρό που οι σύγχρονες αστικές συγκοινωνίες έχουν πολλά κοινά σημεία, οι πηγές και οι εκπομπές αλλά ακόμη και οι τιμές ρύπανσης παρουσιάζουν αξιοσημείωτες ομοιότητες στις διάφορες πόλεις. Ενδεικτικά στον πίνακα παρουσιάζονται οι ετήσιες εκπομπές ρύπων και τα ποσοστά συμμετοχής των πηγών σε Αθήνα και Θεσσαλονίκη (Γεωργόπουλος, 1996). 3.5 ΠΗΓΕΣ ΟΖΟΝΤΟΣ (O3) Το όζον είναι αέριο, κάπως γαλάζιο και εξαιρετικά δηλητηριώδες για την ανθρώπινη ζωή, ακόμη και σε πολύ μικρές ποσότητες. Παράγεται διαμέσου ηλεκτρονικών εκκενώσεων στην φύση χάρη στις αστραπές, στα εργαστήρια με ηλεκτρικό εξοπλισμό υψηλής τάσης και έχει μια χαρακτηριστική οξεία μυρωδιά. Μπορεί να προκύψει ακόμη και κοντά στο έδαφος διαμέσου των χημικών αντιδράσεων που παράγονται από τη δράση του ηλιακού φωτός πάνω στα μολυσματικά στοιχεία της ατμόσφαιρας. 19

20 Σε αυτή την περίπτωση το όζον περιλαμβάνεται στα στοιχεία του φωτοχημικού νέφους. Αν το εξετάσει κανείς από κοντά, τότε ειλικρινά δεν θα μπορούσε να πει πολλά καλά για το όζον, παρόλο που έχει κάποιες εφαρμογές στη χημική βιομηχανία, σαν λευκαντικός παράγοντας, ενώ παράλληλα είναι ισχυρό παρασιτοκτόνο και έτσι χρησιμοποιείται για την αποστείρωση του πόσιμου νερού αλλά και των πισινών. Από απόσταση ασφαλείας όμως το όζον παίζει κεφαλαιώδη ρόλο για την υγεία αλλά και την ίδια μας την ύπαρξη. Γιατί το όζον που υπάρχει στη στρατόσφαιρα, πάνω από τα κεφάλια μας, προστατεύει την επιφάνεια της γης από την υπεριώδη ακτινοβολία του Ηλίου. Η τελευταία, αν δεν υπήρχε το όζον θα εξόντωνε κάθε μορφή ζωής από τις στεριές του πλανήτη μας. Άλλωστε το όζον είναι μια μορφή οξυγόνου, του δραστικού συστατικού του αέρα που αναπνέουμε, του απαραίτητου δηλαδή αερίου για όλες τις μορφές ζωής πάνω στη γη. 3.6 ΤΟ ΣΤΡΩΜΑ ΤΟΥ ΟΖΟΝΤΟΣ ΣΗΜΕΡΑ Η ύπαρξη του στρώματος του όζοντος οφείλεται στο γεγονός ότι το οξυγόνο της τροπόσφαιρας που παράγεται από τους ζωντανούς οργανισμούς ανεβαίνει στην περιοχή της στρατόσφαιρας και αντιδρά χημικά με την ηλιακή ακτινοβολία με αποτέλεσμα να σχηματίζει τριατομικά μόρια όζοντος. Όπως αναφέραμε παραπάνω σήμερα, κατά μέσο όρο σε όλα τα υψόμετρα ο αέρας περιέχει κάπου 75% άζωτο, 23% οξυγόνο (που όλο σχεδόν εμφανίζεται στη γνωστή διατομική μορφή) 0,05% διοξείδιο του άνθρακα και 1,28% αργό με κάποια ίχνη από άλλα αέρια. Όπως θα δούμε παρακάτω, η σύσταση της ατμόσφαιρας δεν ήταν πάντα έτσι. Αλλά η παρουσία, σήμερα, μιας τόσης μεγάλης ποσότητας οξυγόνου εξηγεί και τη διατήρηση του στρώματος του όζοντος. Η ουσία της εξήγησης έγκειται στη φύση της ακτινοβολίας που εκπέμπει ο Ήλιος και στον τρόπο που ανταποκρίνονται σε αυτή την ακτινοβολία το όζον και το οξυγόνο (σε διατομική μορφή). Το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ενέργειας εκπέμπεται με τη μορφή κίτρινου φωτός, που το μήκος κύματός του κυμαίνεται ανάμεσα στα 500 και 600 νανόμετρα (ένα νανόμετρο είναι ίσο με το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου). Το φάσμα του ορατού για τα μάτια μας φωτός κυμαίνεται από το κόκκινο με μήκος κύματος 760 νανόμετρα μέχρι το ιώδες με μήκος κύματος 400 νανόμετρα, αλλά υπάρχει και μια σημαντική ποσότητα ηλιακής ενέργειας που εκπέμπεται σε μήκη κύματος μεγαλύτερα ή μικρότερα με τη μορφή δηλαδή της υπέρυθρης και της υπεριώδους ακτινοβολίας. Η υπεριώδης περιοχή του φάσματος είναι αυτή που παίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της ατμόσφαιρας. Όλα τα μόρια ανταποκρίνονται σε κάποιο ιδιαίτερο μήκος κύματος ακτινοβολίας. Και χρειάζεται μια ιδιαίτερη ποσότητα ενέργειας για να διασπάσει κάθε ιδιαίτερο μοριακό δεσμό, όπως αυτός που υφίσταται ανάμεσα σε δύο άτομα ενός μορίου οξυγόνου. Μπορούμε να θεωρήσουμε την ηλεκτρονική ακτινοβολία, όπως το φως που έρχεται από τον Ήλιο, σαν δέσμες ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια. Οι δέσμες της ενέργειας με τα μικρότερα μήκη κύματος (και την αντίστοιχη υψηλότερη συχνότητα) περιέχουν περισσότερη ενέργεια από εκείνες που εμφανίζουν μεγάλα μήκη κύματος (και χαμηλότερη συχνότητα). Η ενέργεια που εκπέμπεται από τον Ήλιο στην υπεριώδη περιοχή του φάσματος είναι ασθενική σε σύγκριση με την ενέργεια που εκπέμπεται στην κίτρινη ζώνη, και αυτό σημαίνει ότι εκπέμπονται λιγότερες ενεργειακές δέσμες του υπεριώδους μήκους κύματος κάτω από

21 νανόμετρα, στην περιοχή της υπεριώδους ζώνης. Οι ενεργειακές δέσμες με αυτά τα μήκη κύματος διασπούν το δεσμό που συγκρατεί τα δύο αυτά μέσα σε ένα μόριο οξυγόνου, εφόσον κάθε δέσμη μεταφέρει περισσότερη ενέργεια από εκείνη που διαθέτει ο δεσμός. Η αντίδραση αυτή ονομάζεται φωτοδιάσπαση και παρουσιάζεται σχηματικά ως εξής: Ο2 + UV Ο + Ο Κατά την επόμενη φάση της διαδικασίας για τον σχηματισμό του όζοντος χρειάζεται και η παρουσία κάποιου άλλου μορίου που θα δράσει σαν καταλύτης. Το μόριο αυτό είναι συνήθως άζωτο, το πιο κοινότυπο συστατικό της ατμόσφαιρας, αλλά μπορεί να είναι και οποιοδήποτε άλλο, και έτσι το ονομάζομε Μ: O + O2 + M O3 + M Η αντίδραση της παραγωγής του όζοντος εκλύει ενέργεια προς το πρόσθετο μόριο Μ, που αρχίζει να κινείται ταχύτερα. Αλλά όταν τα μόρια ενός αερίου κινούνται ταχύτερα, αυτό σημαίνει ότι το αέριο γίνεται θερμότερο. Έτσι η δράση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας, σε μήκη κύματος κάτω από τα 190 νανόμετρα, πάνω στα μόρια του οξυγόνου της στρατόσφαιρας, έχει σαν αποτέλεσμα να παράγει όζον και να θερμαίνει την στρατόσφαιρα. Το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας, με μήκη κύματος μικρότερα από 200 νανόμετρα, απορροφάται με τον παραπάνω τρόπο, καθώς και μια ποσότητα από μήκη κύματος ως και 240 νανόμετρα. Αλλά το όζον δεν συνεχίζει να παράγεται έτσι ασταμάτητα στην ατμόσφαιρα, ακόμη και πάνω από την τροπόπαυση, γιατί τα μόρια του αντιδρούν τόσο με το ηλιακό φως όσο και με άλλα χημικά στοιχεία, με αποτέλεσμα να διασπάται και, τελικά, να ξανασχηματίζει μόρια οξυγόνου. Η ποσότητα της ενέργειας που απορροφάται σε μια ιδιαίτερη περιοχή της στρατόσφαιρας εξαρτάται από την ποσότητα των μορίων του οξυγόνου που υπάρχουν εκεί για να υποδεχθούν την υπεριώδη ακτινοβολία, καθώς και από την ισχύ της ίδιας ακτινοβολίας. Πάντα υπάρχουν περισσότερα άτομα οξυγόνου στις χαμηλότερες περιοχές της στρατόσφαιρας, εκεί όπου ο αέρας είναι πυκνότερος και πιο κοντά στην τροπόσφαιρα από όπου έρχεται το οξυγόνο. Αλλά η υπεριώδης ακτινοβολία είναι ισχυρότερη στο πάνω μέρος της ατμόσφαιρας, εκεί δηλαδή που δεν έχει ακόμη απορροφηθεί. Επιπλέον, για την παραγωγή του όζοντος, χρειάζεται, κοντά στο μόριο του οξυγόνου που πρόκειται να διασπαστεί, η παρουσία και άλλων μορίων οξυγόνου, και αυτό συμβαίνει μόνο εκεί όπου ο αέρας είναι πυκνότερος. Το αποτέλεσμα όλης αυτής της συναλλαγής είναι η παρουσία της μεγαλύτερης συγκέντρωσης του όζοντος κάπου στην μέση της στρατόσφαιρας, δηλαδή σε υψόμετρο ανάμεσα σε 20 και 30 χιλιόμετρα. Μόλις το όζον σχηματιστεί μπορεί να διασπαστεί πολύ πιο εύκολα από το οξυγόνο. Η ενέργεια που διαθέτει ο δεσμός της συγκρότησης του μορίου του όζοντος είναι πολύ πιο ασθενική από την ενέργεια του δεσμού του μορίου του οξυγόνου, κι έτσι είναι ευκολότερο για μια ενεργειακή δέσμη με μεγαλύτερο μήκος κύματος, που βρίσκεται όμως ακόμη μέσα στην υπεριώδη ζώνη του φάσματος, να διώξει ένα άτομο οξυγόνου από το μόριο του όζοντος. Αυτό το είδος υπεριώδους ακτινοβολίας με μεγαλύτερο μήκος κύματος, που προσεγγίζει τη ζώνη της εντονότερης ηλιακής ενεργειακής εκπομπής, αφθονεί περισσότερο σε σύγκριση με την ισχυρότερη μορφή υπεριώδους 21

22 ενέργειας που διασπά τα μόρια του οξυγόνου. Η κατάσταση λοιπόν δεν είναι καθόλου ευνοϊκή για την διατήρηση του όζοντος, και αυτή καθαυτή η ύπαρξη του οφείλεται στο γεγονός της άφθονης παρουσίας του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, που εξασφαλίζει ένα πλήθος αντιδράσεων από όπου παράγεται το όζον. Στην πραγματικότητα σχεδόν όλη η ακτινοβολία με μήκη κύματος από 230 ως 290 νανόμετρα που μπαίνει στην ατμόσφαιρα απορροφάται στην περιοχή της στρατόσφαιρας από το όζον και δεν φτάνει ποτέ στην τροπόσφαιρα, πόσο μάλλον στο έδαφος. Απορροφάται επίσης κάποιο μέρος της ακτινοβολίας με μήκος κύματος ως 350 νανόμετρα. Η όλη διαδικασία μοιάζει πολύ με τον τρόπο της διάσπασης του οξυγόνου από τη δραστικότερη υπεριώδη ακτινοβολία (UV) : Ο3 + UV O + O2 Tα περισσότερα απλά άτομα οξυγόνου που παράγονται με τον παραπάνω τρόπο συναντώνται γρήγορα με κάποιο άλλο μόριο οξυγόνου και ξανασχηματίζουν μόρια όζοντος. Το γεγονός δεν παίζει σπουδαίο ρόλο στην όλη χημική κατάσταση της στρατόσφαιρας αλλά θα πρέπει να θυμόμαστε ότι υπάρχει μια συνολική απορρόφηση ηλιακής ενέργειας που έχει σαν τελικό αποτέλεσμα την άνοδο της θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα. Τα ελεύθερα άτομα του οξυγόνου, που παράγονται από την αντίδραση με την υπεριώδη ακτινοβολία, μπορούν να συναντηθούν με κάποιο άλλο μόριο όζοντος, οπότε το αποτέλεσμα είναι το εξής: O + O3 O2 + O2 Και υπάρχει μια ολόκληρη οικογένεια αντιδράσεων του ίδιου τύπου : ΝΟ + Ο3 ΝΟ2 + Ο2 ΝΟ2 + Ο ΝΟ + Ο2 Αντιδράσεις δηλαδή που κάνουν την ίδια ακριβώς δουλεία με τη βοήθεια ενός καταλύτη (στην παραπάνω περίπτωση με ένα από τα οξείδια του αζώτου : NO) που επιστρέφει στην ατμόσφαιρα μετά το τέλος της αντίδρασης. Κι αυτό είναι πολύ σημαντικό, γιατί χάρη σε αυτή τη διαδικασία ένα μόριο ΝΟ παίρνει μέρος σε πολλές τέτοιες αντιδράσεις και κατά κάποιο τρόπο περιφέρεται στον αέρα αναζητώντας όζον για να το μετατρέψει σε οξυγόνο ενώ το ίδιο παραμένει αναλλοίωτο. Ένα αντίστοιχο ζευγάρι αντιδράσεων με χλώριο (CL) στη θέση του NO θα μπορούσε να αποδειχθεί εξαιρετικά αποτελεσματικό στο κυνήγι του όζοντος. Αλλά το χλώριο είναι εξαιρετικά σπάνιο στην ατμόσφαιρα ή μάλλον ήταν, μέχρι που εμείς αρχίσαμε να εκλύουμε χλωροφθοριοάνθρακες (CFC). Δεν είναι πάντως εύκολος ο υπολογισμός της έκτασης της ανθρώπινης επίδρασης πάνω στη φυσική ισορροπία. Παρόλο που στην στρατόσφαιρα η υπεριώδης ακτινοβολία του Ηλίου διασπά τα πολύπλοκα μόρια, πράμα που απλοποιεί αρκετά τα πράγματα, οι χημικοί που καταπιάστηκαν να υπολογίσουν τον συνολικό ισολογισμό του όζοντος, παίρνοντας υπόψη τους τις νέες απώλειες σε συνδυασμό με τα οφέλη από τη φωτοδιάσπαση του οξυγόνου, υποχρεώθηκαν να μελετήσουν τις σχέσεις των αντιδράσεων τουλάχιστον ανάμεσα σε 50 διαφορετικά χημικά στοιχεία, τις άλλες τόσες φωτοδιασπαστικές διαδικασίες και κάπου 150 αλυσίδες χημικών αντιδράσεων. Έτσι δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι δεν είναι σε θέση να προβλέψουν με ακρίβεια την επίδραση 22

23 του ενός ή του άλλου παράγοντα για παράδειγμα την προσθήκη μιας κάποιας ποσότητας χλωρίου στη διατάραξη της φυσικής ισορροπίας του όλου συστήματος. Ήδη η παρουσίαση της φυσικής κατάστασης του στρώματος του όζοντος είναι μια αρκετά περίπλοκη υπόθεση που περιέχει πάρα πολλές εκπλήξεις, σε σημείο που να απορεί κανείς πως οι χημικοί μπορούν να εκφέρουν μια γνώμη στην περίπτωση της διατάραξης της λειτουργίας του συστήματος. Σε περίπτωση διατάραξης της ισορροπίας της στρατόσφαιρας χρειάζεται κάποιο χρονικό διάστημα για την επαναποκατάσταση της ισορροπίας (της ίδιας ή κάποιας άλλης). Και το χρονικό αυτό διάστημα είναι συνάρτηση του υψόμετρου μέσα στη στρατόσφαιρα. Για παράδειγμα σε υψόμετρο πάνω από 40 χιλιόμετρα χρειάζονται μόνο λίγα λεπτά της ώρας για επαναποκατάσταση της ισορροπίας ενώ σε υψόμετρο κάτω από 30 χιλιόμετρα χρειάζονται τουλάχιστον μερικές μέρες. Εφόσον οι αντιδράσεις που συμμετέχουν στην διαδικασία εξαρτώνται από την παρουσία του ηλιακού φωτός και είναι υποχρεωμένες να ακολουθούν τον κύκλο της μέρας και της νύχτας, αυτό σημαίνει ότι στη χαμηλότερη περιοχή της στρατόσφαιρας, που διαταράσσεται αδιάκοπα από τις αλληλεπιδράσεις με την τροπόσφαιρα και τις παροχές νέου οξυγόνου, δεν υφίσταται ποτέ μια πραγματική ισορροπία. Το χαρακτηριστικό αυτό γνώρισμα του στρώματος του όζοντος πάνω από τα κεφάλια μας αυξάνεται κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν δεν υπάρχουν ενεργειακές δέσμες ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας για να προκαλέσουν αντιδράσεις. Οι συγκεντρώσεις αυτές μετριούνται χάρη στις φασματοσκοπήσεις, που αναλύουν το φως των άστρων, της σελήνης ή και του ίδιου του Ηλίου και εντοπίζουν μαύρες γραμμές στο φάσμα, που παράγονται από τις απορροφήσεις του στρώματος του όζοντος. Το πλάτος των γραμμών αυτών υποδεικνύει τη συγκέντωση του όζοντος πάνω από τα κεφάλια μας και υπογραμμίζει πέρα από κάθε αμφισβήτηση μια εντυπωσιακή αύξηση κατά τη διάρκεια της νύχτας. Αυτό ενδεχόμενα συμβαίνει επειδή σε υψόμετρα, εκεί όπου η ατμόσφαιρα ανταποκρίνεται γρήγορα στις μεταβολές, η συνολική ισορροπία των αντιδράσεων καταστρέφει τα μόρια του όζοντος που παράγονται στις χαμηλότερες περιοχές και ανεβαίνουν μέχρι αυτά τα ύψη. Μόλις πέσει όμως η νύχτα, η καταστροφική διαδικασία διακόπτεται μέσα σε λίγα λεπτά. Στις χαμηλότερες περιοχές εκεί όπου η ισορροπία των αντιδράσεων αποβαίνει προς όφελος της παραγωγής του όζοντος, μόλις αντιληφθεί τη δύση του Ηλίου, ενθαρρύνει ακόμη περισσότερο την παραγωγή. Σε όλη τη διάρκεια της νύχτας, τα ελεύθερα άτομα του οξυγόνου, προϊόντα της φωτοδιάσπασης της προηγούμενης μέρας συναντούν μόρια οξυγόνου, ενώνονται μαζί τους και σχηματίζουν μόρια όζοντος. Το όζον λοιπόν, στα πλαίσια της στρατόσφαιρας, παράγεται και καταστρέφεται αδιάκοπα, χάρη στις διαρκείς αλληλεπιδράσεις του ηλιακού φωτός και του οξυγόνου. Είναι σφάλμα να το θεωρήσουμε σαν μια καθορισμένη φυσική ποσότητα που μπορεί να καταστραφεί μια για πάντα, όπως το πετρέλαιο, ή σαν μια σαπουνόφουσκα που μόλις σκάσει εξαφανίζεται. Το πρόβλημα λοιπόν είναι, τι μπορεί να συμβεί σε περίπτωση διαταραχής της φυσικής ισορροπίας των αντιδράσεων που διατηρούν την παρουσία του στρώματος με αποτέλεσμα είτε να αυξηθεί είτε να μειωθεί το όζον της στρατόσφαιρας. Η ιστορία της εμφάνισης της ζωής πάνω στη γη μπορεί να μας διαφωτίσει για την τεράστια έκταση των συνεπειών που θα μπορούσε να έχει η παρέκκλιση από τη σημερινή ισορροπία (Gribbin, 1988). 23

24 3.7 ΠΗΓΕΣ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ(ΝΟΧ) Η μεγάλη μάζα των οξειδίων του αζώτου (ΝΟΧ), προέρχεται από καύσεις σε υψηλές θερμοκρασίες, αν και υπάρχουν και φυσικές πηγές (μικροβιακοί οργανισμοί) που παράγουν οξείδια και άλλες ενώσεις του αζώτου (ΝΗ3). Η παραγωγή του ΝΟ κατά τις καύσεις ευνοείται από την αύξηση της θερμοκρασίας, για αυτό και η σπουδαιότερη πηγή του είναι οι μηχανές εσωτερικής καύσης των αυτοκινήτων οι οποίες εργάζονται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Από την άλλη μεριά, μια σύγκριση της ανά μονάδα βάρους παραγόμενης ποσότητας ΝΟ από διάφορα συνηθισμένα καύσιμα, τα κατατάσσει με την ακόλουθη φθίνουσα σειρά δυναμικότητας παραγωγής ΝΟ: άνθρακα > πετρέλαιο >φυσικό αέριο. Οι διάφορες βιολογικές δραστηριότητες συνεισφέρουν περίπου κατά 500 εκατομμύρια τόνους/έτος στην εκπομπή ΝΟ και κατά 600 εκατομμύρια τόνους/έτος στην εκπομπή Ν2Ο. Αν και οι ανθρώπινες δραστηριότητες εκλύουν σαφώς πολύ λιγότερες ποσότητες οξειδίων του αζώτου (1/15 του συνολικού ΝΟ) οι εκπομπές αυτές συγκεντρώνονται στο περιορισμένο περιβάλλον των πόλεων, με αποτέλεσμα να γίνονται πολύ επικίνδυνες. Η παρουσία τους στην ατμόσφαιρα είναι συνδυασμένη με μια μεγάλη ποικιλία αναπνευστικών ασθενειών και είναι υπεύθυνα, για την παραγωγή των φωτοχημικών οξειδωτικών. Τα κριτήρια ποιότητας του αέρα υπογραμμίζουν τις σοβαρές αρνητικές επιδράσεις των ΝOχ στην υγεία. Υπάρχουν αποδείξεις για σοβαρή συμμετοχή στην εμφάνιση οξείας βρογχίτιδας σε νήπια και παιδιά προσχολικής ηλικίας. Τέτοια φαινόμενα έχουν παρατηρηθεί όταν τα επίπεδα του ΝΟ2 κυμαίνονται, σε 24ωρη βάση, από 118 έως 156μg/m³ (0,063 έως 0,083 ppm) και για μια περίοδο έκθεσης άνω των 6 μηνών. Έχουν επίσης αναφερθεί αρνητικές επιδράσεις στα φυτά (πτώση των φύλλων, μείωση της παραγωγής των πορτοκαλιών) όταν τα επίπεδα ΝΟ2 ήταν 470 μg/m³ (0,25 ppm) για μια περίοδο διάρκειας άνω των 8 μηνών. Οι νιτρικές ενώσεις σχετίζονται και με εκτεταμένη διάβρωση των υλικών και των κατασκευών. Η χημεία του αζώτου μας πληροφορεί για μια σημαντική αδράνεια του μοριακού αζώτου να συμμετάσχει σε χημικές αντιδράσεις, καθώς και για τις πολλές οξειδωτικές βαθμίδες που βρίσκεται το άζωτο στις ενώσεις του. Στον πίνακα βλέπουμε μερικές από αυτές τις ενώσεις με ιδιαίτερη έμφαση στα οξείδια του αζώτου που είναι και οι κύριοι ρύποι τις ατμόσφαιρας. Οι ενώσεις Ν2Ο, ΝΟ,ΝΟ2, ΗΝΟ3 και ΝΗ3 που αναφέρονται στον πίνακα 3.2 αφορούν σχετικά σταθερούς ατμοσφαιρικούς ρύπους και ως εκ τούτου παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον για τους περιβαλλοντολόγους. Τα Ν2Ο3, Ν2Ο4 και Ν2Ο5 είναι ασταθή ενδιάμεσα ατμοσφαιρικών δράσεων (Γεντεκάκης, 1999). 24