ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ Οζον Βενζόλιο, ΝΟ2 ΡΜ10 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Χημικών Μηχανικών Γιάννης Ζιώμας Καθηγητής Ε.Μ.Π. ΑΘΗΝΑ 2007

2 1. Εισαγωγή 1.1 Η οικολογία και οι περιβαλλοντικές επιστήμες Σε παλιότερες εποχές οι επιστήμονες χαρακτηριζόταν από μία ευρύτητα γνώσεων. Το βάθος βέβαια στο οποίο έφθανε η επιστημονική γνώση ήταν σημαντικά μικρότερο από ότι το σημερινό αλλά ένας επιστήμονας ήταν σε θέση με ευκολία να συζητήσει ακόμη και να μελετήσει θέματα τα οποία με τα σημερινά δεδομένα θεωρούνται ότι ανήκουν σε διαφορετικούς επιστημονικούς κλάδους. Η συνεχής συσσώρευση όμως της επιστημονικής γνώσης έκανε συνεχώς δυσκολότερη την ενημέρωση και παρακολούθηση των εξελίξεων σε ένα επιστημονικό κλάδο με αποτέλεσμα οι επιστήμονες να είναι αναγκασμένοι να επιλέξουν κάποια περιοχή ειδίκευσης. Με την πάροδο του χρόνου μάλιστα η περιοχή ειδίκευσης γινόταν συνεχώς στενότερη. Η εξέλιξη αυτή επέτρεψε την διεξαγωγή έρευνας και την παραγωγή λεπτομερειακής γνώσης αλλά δημιούργησε και σημαντικά προβλήματα επικοινωνίας ανάμεσα σε επιστήμονες οι οποίοι εργάζονται σε διαφορετικές, ακόμη και γειτονικές, επιστημονικές περιοχές. Προκειμένου να αντιμετωπισθεί αυτό το χάσμα επικοινωνίας ξεκίνησε η δημιουργία ομάδων από συγγενείς ειδικότητες οι οποίες ήταν σε θέση να παρέχουν μια συνθετική αντίληψη σε σχετικά ευρεία αντικείμενα. Έτσι, για παράδειγμα, η γεωφυσική, η γεωχημεία, η υδρολογία, η ωκεανογραφία, η μετεωρολογία, η κλιματολογία και άλλοι κλάδοι ομαδοποιήθηκαν στις επιστήμες της γης γιατί όλες ασχολούνται με την φυσική και την χημεία της γης. Η ευρύτερη, πιθανόν, ομαδοποίηση επιστημονικών κλάδων περιλαμβάνει τις περιβαλλοντικές επιστήμες, οι οποίες πολλές φορές, κάπως χαλαρά, ονομάζονται περιβαλλοντική επιστήμη. Περιλαμβάνει όλους τους κλάδους που ασχολούνται με τις φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες οι οποίες λαμβάνουν χώρα στο περιβάλλον στο οποίο ζουν οι οργανισμοί. Οι περιβαλλοντικές επιστήμες ασχολούνται, ιδιαίτερα με τις αλλαγές στο περιβάλλον που προκαλούνται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες, καθώς και τις άμεσες και τις μακροπρόθεσμες συνέπειές τους στην ευημερία των ζωντανών οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Τα περιβαλλοντικά προβλήματα είναι γενικά στενά συνδεδεμένα με κοινωνικά προβλήματα και για την επίλυσή τους απαιτούνται πολιτικές αποφάσεις οι οποίες συνήθως επιφέρουν και οικονομικό κόστος. Κατά συνέπεια, οι περιβαλλοντικές επιστήμες περιλαμβάνουν επίσης πολλούς κλάδους των κοινωνικών επιστημών. Συμπερασματικά, η επιστημονική μελέτη και διαχείριση της ποιότητας του περιβάλλοντος είναι: Διεπιστημονική, καθώς αποτελεί μια σύνθεση των φυσικών, χημικών, βιολογικών και κοινωνικών επιστημών, και Εφαρμοσμένη, καθώς δεν περιορίζεται μόνο στη μελέτη αλλά προσανατολίζεται κυρίως στην επίλυση ή την διαχείριση των προβλημάτων. 2

3 1.2 Η αιτία των περιβαλλοντικών προβλημάτων Η περιβαλλοντική έρευνα εστιάζεται συνήθως στην κατανόηση και την επίλυση των περιβαλλοντικών προβλημάτων. Αν θεωρήσουμε για παράδειγμα το πρόβλημα της οξίνισης, στο οποίο μάλιστα έχει επιτευχθεί σημαντική πρόοδος, η επιστημονική έρευνα εντόπισε την αιτία του προβλήματος και πρότεινε λύσεις οι οποίες επιβλήθηκαν νομοθετικά. Συνοπτικά μπορούμε να αναφέρουμε: Αιτία: Οι εκπομπές οξειδίων του θείου και του αζώτου από την καύση ορυκτών καυσίμων, και ιδιαίτερα κάρβουνου. Λύση: Χρήση καυσίμων με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε θείο και τοποθέτηση φίλτρων για την απομάκρυνση των ενώσεων αυτών. Από πρώτη άποψη η παραπάνω προσέγγιση του προβλήματος φαίνεται λογική. Εφόσον μάλιστα έχει ήδη δώσει θετικά αποτελέσματα μπορούμε με σχετική ασφάλεια να τη θεωρήσουμε επιτυχημένη. Μια προσεκτική όμως ανάλυση του προβλήματος δημιουργεί κάποιες αμφιβολίες: Θα είναι η λύση βιώσιμη, λαμβάνοντας μάλιστα υπόψη τη συνεχή αύξηση του πληθυσμού του πλανήτη και των οικονομικών δραστηριοτήτων; Γιατί αυτή η στρατηγική αφήνει έξω άλλα προβλήματα που συνδέονται με τις προαναφερθείσες εκπομπές, όπως είναι οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και η υποβάθμιση της γης στους χώρους εξόρυξης του κάρβουνου; Τελικά, μήπως μελετάμε και θεραπεύουμε (μερικά από) τα συμπτώματα και δεν αγγίζουμε την αιτία του προβλήματος; Αναζητώντας την ρίζα του προβλήματος αξίζει τον κόπο να εξετάσουμε ένα άλλο παράδειγμα. Το Μπαγκλαντές έχει επανειλημμένα πληγεί την τελευταία δεκαετία από φυσικές καταστροφές: τυφώνες, πλημμύρες και παλιρροιακά κύματα δημιούργησαν μεγάλες καταστροφές αφήνοντας εκατομμύρια ανθρώπων άστεγους. Ενώ από πρώτη άποψη, τα φυσικά φαινόμενα φαίνονται να είναι υπεύθυνα για τα προβλήματα που δημιουργήθηκαν, μια πιο προσεκτική ματιά δίνει μια άλλη διάσταση στο πρόβλημα. Το Μπαγκλαντές είναι μια χώρα με μικρή σχετικά έκταση της οποίας ο πληθυσμός έχει ξεπεράσει τα 100 εκατομμύρια ανθρώπους. Οι κάτοικοι της χώρας προκειμένου να εξασφαλίσουν στέγη, τροφή και καύσιμα έχουν απογυμνώσει μεγάλες εκτάσεις, αφήνοντας την γη εκτεθειμένη σε πλημμύρες. Ταυτόχρονα οι άνθρωποι, σε αναζήτηση εύφορων εκτάσεων μετακινούνται στα δέλτα των ποταμών, περιοχές οι οποίες γενικά είναι ασταθείς και ανασφαλείς. Η επικρατούσα λοιπόν επιστημονική άποψη ισχυρίζεται ότι η σημαντικότερη αιτία της υποβάθμισης του περιβάλλοντος είναι η αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού. Η άποψη αυτή περιγράφεται πολύ καλά από τον Garrett Hardin στο κλασσικό βιβλίο του «Tragedy of the commons». Κοινόχρηστοι είναι οι πόροι οι οποίοι δεν είναι στην κατοχή κανενός αλλά χρησιμοποιούνται από πολλούς. Ο αέρας, οι θάλασσες, τα δημόσια δάση και τα λιβάδια, αποτελούν παραδείγματα τέτοιων πόρων. Ο Hardin αποκαλεί την υποβάθμιση των κοινόχρηστων πόρων σαν την «τραγωδία των κοινών». O συγγραφέας επισημαίνει ότι τα παλιά χρόνια μπορούσες να πετάξεις το κατακάθι του καφέ σου στο ρέμα γιατί σύμφωνα με τα λόγια του παππού του «Το τρεχούμενο νερό αυτοκαθαρίζεται κάθε 10 μίλια». Όταν όμως υπάρχουν εκατοντάδες ή χιλιάδες 3

4 άνθρωποι κατά μήκος του ρέματος, η ικανότητα καθαρισμού του νερού εξαντλείται. Προκειμένου να τεκμηριώσει την άποψή του ο Hardin χρησιμοποιεί το παράδειγμα ενός λιβαδιού, ενός κοινόχρηστου πόρου. Ισχυρίζεται ότι σε αυτή την περίπτωση δεν υπάρχει κίνητρο για την διατήρηση του πόρου γιατί αυτός που διατηρεί «χάνει». Εξάλλου, ο καθένας έχει την εντύπωση ότι η μεμονωμένη ζημιά την οποία μπορεί να προκαλέσει είναι πολύ μικρή, σχεδόν αμελητέα μέσα στο όλο. Ένας τρόπος αντιμετώπισης του προβλήματος είναι η ιδιωτικοποίηση των κοινόχρηστων πόρων. Η προηγούμενη εμπειρία όμως δείχνει ότι η ιδιωτικοποίηση μπορεί να οδηγήσει σε βραχυπρόθεσμη υπερεκμετάλλευση των πόρων σε βάρος της βιωσιμότητάς. Εκτός αυτού, παγκόσμιοι πόροι όπως ο αέρας και οι ωκεανοί δεν μπορούν να ιδιωτικοποιηθούν. Μια άλλη λύση είναι η χρήση των κοινόχρηστων πόρων σε ρυθμούς πολύ χαμηλότερους από το υπολογιζόμενο όριο βιωσιμότητάς τους. Αυτό μπορεί, μεταξύ άλλων, να επιτευχθεί μέσω του ελέγχου του πληθυσμού. Η επίδραση της ανθρώπινου πληθυσμού πάνω στο περιβάλλον μπορεί να περιγραφεί ποιοτικά από την παρακάτω εξίσωση: E (1.1) f ( ) όπου Ε είναι η επίδραση στο περιβάλλον, Ν είναι αριθμός των ατόμων, Π είναι η μέση ποσότητα των πόρων που καταναλώνεται από κάθε άνθρωπο και Τ είναι η περιβαλλοντική ζημιά που προκαλείται από τις τεχνολογίες οι οποίες χρησιμοποιούνται για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες της κατανάλωσης. Η εξίσωση (1.1) δηλώνει ότι η ανθρώπινη επίδραση στο περιβάλλον είναι συνάρτηση του μεγέθους του πληθυσμού, το επίπεδο κατανάλωσης των πόρων και της περιβαλλοντικής επίδρασης από τη χρήση των πόρων. Αυτή η προσέγγιση προτείνει ότι η περιβαλλοντική υποβάθμιση οφείλεται στη συνέργεια πολλών παραγόντων και κανένας από αυτούς δεν μπορεί από μόνος του να δημιουργήσει κάποιο πρόβλημα. Αυτό δεν σημαίνει ότι οι επιμέρους παράγοντες είναι ισοδύναμοι, αντίθετα μάλιστα η σχετική σημασία τους ποικίλει ανάλογα με την φύση του προβλήματος. Ακόμη, κάθε ένας παράγοντας μπορεί να αναλυθεί σε επιμέρους συνιστώσες. Για παράδειγμα η περιβαλλοντική ζημιά που προκαλείται από την κατανάλωση των ορυκτών καυσίμων μπορεί να αναλυθεί σαν το γινόμενο των εκπομπών ανά μονάδα καυσίμου επί ένα συντελεστή που εκφράζει την αποδοτικότητα της αντιρρυπαντικής τεχνολογίας που χρησιμοποιείται. 4

5 Σχήμα 1.1 Η εκθετική αύξηση του πληθυσμού του πλανήτη τα προηγούμενα χρόνια και οι προβλέψεις για τις επόμενες δεκαετίες. Η αύξηση του πληθυσμού του πλανήτη Στο σχήμα 1.1 εμφανίζεται η εξέλιξη του πληθυσμού της γης τα τελευταία διακόσια περίπου χρόνια αλλά και προβλέψεις για τα επόμενα πενήντα περίπου χρόνια. Ο ρυθμός μεταβολής του πληθυσμού προκύπτει σαν η διαφορά του ρυθμού γεννήσεων και του ρυθμού θανάτων. Στα πρώιμα στάδια της ανθρώπινης ιστορίας, η ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου συνέβαλε στην ανάπτυξη πολιτισμών με αποτέλεσμα να μειωθεί ο ρυθμός θανάτων και να αυξηθεί ελαφρά ο πληθυσμός. Περίπου το 8000 π.χ. ο ανθρώπινος πληθυσμός άρχισε να αυξάνει αλματωδώς. Είναι η εποχή όπου η αγροτική επανάσταση έδωσε το δικαίωμα στους πρώην νομάδες να εγκατασταθούν σε συγκεκριμένες περιοχές και να διασφαλίσουν καλύτερα την τροφή τους. Τα μεσαιωνικά χρόνια, η πανώλη είχε σαν αποτέλεσμα να υπάρξει μια σημαντική μείωση του πληθυσμού αλλά τον 17 ο αιώνα η τεχνολογική πρόοδος επέτρεψε την μείωση του ρυθμού θανάτων και την μεγάλη αύξηση του πληθυσμού. Μέχρι αυτή την εποχή φαίνεται ότι η αύξηση του πληθυσμού οφειλόταν στην μείωση του ρυθμού θανάτων και δεν υπάρχουν ενδείξεις ότι υπήρξαν σημαντικές αλλαγές στο ρυθμό γεννήσεων. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1.1 ο πληθυσμός του πλανήτη εμφανίζει τον τελευταίο αιώνα μια εκθετική αύξηση. Τα τελευταία χρόνια, ο ρυθμός γεννήσεων είναι περίπου 42 μωρά ανά 10 δευτερόλεπτα ενώ ο ρυθμός των θανάτων είναι περίπου 17 θάνατοι ανά 10 δευτερόλεπτα. Το συνολικό αποτέλεσμα είναι μια αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού με 25 άτομα ανά 10 δευτερόλεπτα. Με αυτό τον ρυθμό, χρειάζονται λιγότερο από δύο μήνες για να αυξηθεί ο πληθυσμός της γης με τόσους ανθρώπους, όσος είναι ο πληθυσμός της Ελλάδας. Πριν λίγα χρόνια, ο πληθυσμός της γης ξεπέρασε τα 6 δισεκατομμύρια (η 12 η Οκτωβρίου 1999 έχει καθορισθεί από τα Ηνωμένα Έθνη σαν η ημέρα των 6 5

6 δισεκατομμυρίων). Το 1987 φθάσαμε τα 5 δισεκατομμύρια. Μέχρι το 1975 δεν ξεπερνούσαμε τα 4 δισεκατομμύρια. Αξίζει εδώ να σημειωθεί ότι φθάσαμε τα 1 δισεκατομμύριο μόλις το Σύμφωνα με υπολογισμούς ειδικών, o πληθυσμός της γης θα φθάσει τα 8-14 δισεκατομμύρια πριν αρχίσει να ισορροπεί στα τέλη του αιώνα. Περίπου % της αύξησης του πληθυσμού αναμένεται να συμβεί σε λιγότερο ανεπτυγμένες χώρες πολλές από τις οποίες αισθάνονται ήδη την πίεση του υπερπληθυσμού και της μείωσης των πόρων. Φέρουσα χωρητικότητα (carrying capacity) Η φέρουσα χωρητικότητα είναι το μέγεθος ισορροπίας του πληθυσμού στο οποίο κάποιος συγκεκριμένος πληθυσμός σε κάποιο συγκεκριμένο περιβάλλον μπορεί να σταθεροποιηθεί όταν η παροχή πόρων παραμένει σταθερή. Ο όρος μπορεί επίσης να ερμηνευθεί σαν το βιώσιμο μέγεθος του πληθυσμού: ο μέγιστος πληθυσμός ο οποίος μπορεί να υποστηριχθεί έπ αόριστον χωρίς υποβάθμιση του περιβάλλοντος. Σε αντίθεση με τους υπόλοιπους οργανισμούς, οι άνθρωποι μπορούν να αλλάξουν ριζικά την φέρουσα χωρητικότητα του περιβάλλοντος στο οποίο ζουν. Η ιστορική πορεία της μεταβολής του ανθρώπινου πληθυσμού εμφανίζει την επίδραση των επαναστατικών αλλαγών που άλλαξαν την φέρουσα χωρητικότητα. Η αύξηση του πληθυσμού των ανθρώπων έγινε δυνατή μέσω της ανάπτυξης η οποία μας επέτρεψε να χρησιμοποιήσουμε σε αυξανόμενη αναλογία τους πόρους της γης για τις ανάγκες μας. Το ερώτημα που προκύπτει είναι κατά πόσο η πρόοδος της τεχνολογίας μπορεί να βελτιώσει την φέρουσα χωρητικότητα της γης σε ρυθμό συγκρίσιμο με τον ρυθμό αύξησης του πληθυσμού. Κάποιοι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι η έννοια της φέρουσας χωρητικότητας δεν έχει εφαρμογή στους ανθρώπους γιατί έχουμε τη απεριόριστη ικανότητα να αναπτύσσουμε λύσεις. Άλλοι, αντίθετα τοποθετούν το θέμα σε ηθική βάση. Σύμφωνα με τους επιστήμονες αυτούς πρέπει να περιορίσουμε τον πληθυσμό μας γιατί η γη έχει συγκεκριμένη χωρητικότητα, γεγονός που αν το αγνοήσουμε μπορεί να βάλουμε σε κίνδυνο το μέλλον του πλανήτη. Σε τελική ανάλυση το θέμα έχει και μία σημαντική πολιτισμική συνιστώσα. Έχει να κάνει με τον τρόπο ζωής που υιοθετούμε και την φέρουσα χωρητικότητα αυτής της επιλογής μας. Η φέρουσα χωρητικότητα ενός μοντέρνου αστού σε μια αναπτυγμένη χώρα πολύ μικρή σχέση έχει με την αντίστοιχη ενός γεωργού σε μια αναπτυσσόμενη χώρα της άπω ανατολής. Οικολογικό αποτύπωμα Προκειμένου να ποσοτικοποιηθεί η πολύπλοκη σχέση ανάμεσα στην ανθρώπινη κατανάλωση και το φυσικό περιβάλλον χρησιμοποιούνται κάποιοι δείκτες, ο κυριότερος από τους οποίους είναι το οικολογικό αποτύπωμα. Κάθε άνθρωπος χρειάζεται μια πεπερασμένη έκταση της επιφάνειας τα γης προκειμένου να εξασφαλίσει τα απαραίτητα για την ύπαρξή του. Οικολογικό αποτύπωμα ονομάζονται τα εκτάρια γης (1 εκτάριο=10 στρέμματα) που είναι απαραίτητα για την υποστήριξη της ζωής μας. Οι κύριες συνιστώσες του είναι βασικά τρεις: 6

7 1. Το αποτύπωμα τη τροφής. Αν π.χ. κάποιος καταναλώνει μια συγκεκριμένη ποσότητα ρυζιού το χρόνο τότε υπάρχει μια έκταση σε ένα ορυζώνα κάπου στον κόσμο η παραγωγή της οποίας αφιερώνεται αποκλειστικά για την κάλυψη της συγκεκριμένης ανάγκης. Το ίδιο ισχύει και για τις υπόλοιπες διατροφικές ανάγκες του ίδιου ατόμου. Το αποτύπωμα της τροφής μπορεί να αλλάξει αν μεταβληθούν οι διατροφικές συνήθειες του ατόμου. Η κατανάλωση, π.χ., μοσχαρίσιου κρέατος απαιτεί μεγαλύτερο αποτύπωμα από την χορτοφαγία ή την κατανάλωση άλλων κρεάτων, όπως π.χ. του κοτόπουλου. 2. Το αποτύπωμα των προϊόντων ξύλου, το οποίο περιλαμβάνει τις ανάγκες μας σε ξύλινα έπιπλα, τα ξύλα που καταναλώνουμε για το τζάκι και τις άλλες ανάγκες θέρμανσης, τις συσκευασίες των προϊόντων ακόμη και το χαρτί που καταναλώνουμε για τις διάφορες ανάγκες μας. Αυτό απαιτεί χρήση μιας συγκεκριμένης έκτασης δάσους για την υποστήριξη των προαναφερθέντων αναγκών. 3. Το αποτύπωμα της υποβαθμισμένης γης, το οποίο αποτελείται από την επιφάνεια που καλύπτει η κατοικία και το τμήμα του οδικού δικτύου που αντιστοιχεί σε κάθε άτομο. Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται επίσης το τμήμα των δημόσιων κτιρίων καθώς και των βιομηχανιών πού εξυπηρετούν τις ανάγκες μας. Σε γενικές γραμμές, τα μεμονωμένα άτομα έχουν περιορισμένη δυνατότητα να αλλάξουν αυτό το αποτύπωμα. Το οικολογικό αποτύπωμα θεωρείται πολύ σημαντικός δείκτης, κυρίως λόγω της επικοινωνιακής του αξίας. Περιέχει σημαντική επιστημονική πληροφορία και είναι εύκολα κατανοητό από το ευρύ κοινό. Το οικολογικό αποτύπωμα του μέσου κάτοικου των Ηνωμένων Πολιτειών Αμερικής είναι περίπου 8.6 εκτάρια, ένα από τα υψηλότερα στον κόσμο. Οι Γερμανοί χρησιμοποιούν περίπου 3.2 εκτάρια ενώ στην Ινδία το αντίστοιχο νούμερο είναι 0.5 εκτάρια (τα νούμερα αυτά είναι μόνο ενδεικτικά και ποικίλουν ανάλογα με τη μελέτη). Ο αντίλογος Όπως στα περισσότερα σημαντικά περιβαλλοντικά θέματα, έτσι και στο θέμα των επιπτώσεων της αύξησης του πληθυσμού της γης υπάρχουν διισταμένες απόψεις στην επιστημονική κοινότητα. Ο σημαντικότερος αντίλογος στην κυριαρχούσα άποψη προέρχεται από ομάδα επιστημόνων οι οποίοι υποστηρίζουν ότι τα αποθέματα των πόρων είναι απεριόριστα. Ισχυρίζονται ότι, αν χρειασθεί, στο μέλλον θα εξερευνήσουμε το διάστημα ή θα χρησιμοποιήσουμε σαν πόρους πράγματα τα οποία δεν μπορούμε να φανταστούμε σήμερα. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες αυτοί υποστηρίζουν ότι στο όχι πολύ μακρινό παρελθόν οι άνθρωποι δεν γνώριζαν την χρησιμότητα του πετρελαίου και θεωρούσαν κατάρα την ανακάλυψή του στα κτήματά τους. Επισημαίνουν ακόμη ότι κάθε φορά που στο παρελθόν υπολογίζαμε ότι κάποιος πόρος εξαντλείται, είτε ανακαλύπταμε καινούργιες ποσότητες είτε ανακαλύπταμε κάποιο ισάξιο ή καλύτερο υποκατάστατο. Κατά συνέπεια μπορούμε να συνεχίσουμε να συντηρούμε ένα συνεχώς αυξανόμενο πληθυσμό, γατί μεταξύ άλλων οι άνθρωποι είναι ο θεμελιώδης πόρος μας. Αυτή η αισιόδοξη οπτική 7

8 ονομάζεται συχνά cornucopian, αντλώντας το όνομά της από το κέρας της αφθονίας της Ελληνικής μυθολογίας. Μια άλλη ομάδα ριζοσπαστών επιστημόνων υποστηρίζει «ότι το πραγματικό πρόβλημα δεν είναι οι αριθμοί των ανθρώπων αλλά τα αντιδημοκρατικά ανθρώπινα συστήματα εκμετάλλευσης της εργασίας και των πόρων τα οποία συχνά βασίζονται στη στρατιωτική καταστολή». Οι επιστήμονες αυτοί επισημαίνουν ότι τα βιομηχανικά έθνη, στα οποία ζει μόλις το 22% του παγκόσμιου πληθυσμού καταναλώνουν το 60% της παγκόσμιας τροφής, το 70% της ενέργειάς της, το 75% των μετάλλων της και το 85% του ξύλου της. Ταυτόχρονα οι βιομηχανικές χώρες είναι υπεύθυνες σχεδόν για τα τρία τέταρτα των παγκοσμίων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Πολύ σημαντική είναι και η συνεισφορά των στρατιωτικών δραστηριοτήτων οι οποίες σύμφωνα με κάποιους υπολογισμούς είναι υπεύθυνες για περίπου το 1/5 της παγκόσμιας υποβάθμισης του περιβάλλοντος. Είναι φανερό από την παραπάνω συζήτηση ότι μοντέλα της φύσης που αναπτύσσουμε εμπλουτίζονται με μια σημαντική δόση πολιτικών και πολιτισμικών εμπνεύσεων. Κάπως σχηματοποιημένα, οι διαφορετικές προσεγγίσεις θα μπορούσαν να ταξινομηθούν σε τέσσερις βασικές κατηγορίες (σχήμα 1.2). Σύμφωνα με την πρώτη άποψη η φύση είναι εξαιρετικά εύρωστη. Οι πόροι είναι ουσιαστικά ανεξάντλητοι και το σύστημα μπορεί κα ξεπερνά τις όποιες αρνητικές ανθρώπινες επιδράσεις. Τα παγκόσμια περιβαλλοντικά προβλήματα που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα αποτελούν μια πρόκληση για την ανθρώπινη ευρηματικότητα και η πράσινη τεχνολογία θα αποτρέψει ή θα διορθώσει κάθε ζημιά η οποία προκλήθηκε στο περιβάλλον. Η άποψη αυτή υποστηρίζεται από οικονομολόγους οι οποίοι προτείνουν την αντιμετώπιση του προβλήματος μέσα από μια μέθοδο παρόμοια με αυτή της ελεύθερης αγοράς. Η δεύτερη άποψη υποστηρίζει ότι η φύση είναι εξαιρετικά εύθραυστη. Το σύστημα είναι πολύ ευπαθές σε μη αντιστρεπτές μεταβολές οι οποίες προκαλούνται από την υποβάθμιση του περιβάλλοντος και την εκμετάλλευση των πόρων. Η επιμονή στην ίδια πορεία υλιστικής ανάπτυξης θα οδηγήσει τελικά στην αμετάκλητη καταστροφή του πλανήτη. Την άποψη αυτή ενστερνίζεται κυρίως το κίνημα βαθιάς οικολογίας, το οποίο υποστηρίζει ότι είναι αναγκαίος ένας μετασχηματισμός της σύγχρονης κοινωνίας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί είτε μέσω της επιστροφής στην λιτότητα των παραδοσιακών κοινωνιών, είτε μέσα από την δημιουργία μιας παγκόσμιας ηθικής για την γη με αυστηρές ηθικές αρχές. Σχήμα 1.2 Σχηματική παρουσίαση των τεσσάρων βασικών αντιλήψεων για την φύση. 8

9 Σύμφωνα με τη τρίτη αντίληψη η φύση είναι εύρωστη εντός κάποιων ορίων. Το σύστημα θεωρείται ότι είναι ανθεκτικό εντός κάποιων αναγνωρίσιμων ορίων τα οποία δεν πρέπει να τα υπερβούμε. Η άποψη αυτή θεωρεί ότι η περιβαλλοντική υποβάθμιση και η χρήση των πόρων πρέπει να παρακολουθούνται προσεκτικά και να γίνεται σωστή διαχείριση τους. Κρίσιμος είναι ο ρόλος της επιστημονικής κοινότητας η οποία πρέπει να ερευνήσει και να προσδιορίσει τα οικολογικά όρια αλλά και η ύπαρξη θεσμικού πλαισίου και καταλλήλων οργάνων για την εξισορροπημένη διαχείριση της περιβαλλοντικής αλλαγής. Η τέταρτη αντίληψη υποστηρίζει ότι η φύση είναι στοχαστική (τυχαία). Το σύστημα είναι ουσιαστικά χαοτικό και μη προβλέψιμο. Η άποψη αυτή έχει μια μεγάλη δόση μοιρολατρίας γιατί κάτω από αυτή την θεώρηση δεν έχει νόημα οποιαδήποτε προσπάθεια μακρόπνοης διαχείρισης του προβλήματος. Υστερόγραφο Είναι δεδομένο ότι η περίπου εκθετική αύξηση του πληθυσμού ασκεί μεγάλη πίεση στους πόρους και το περιβάλλον σε πολλές περιοχές του πλανήτη. Ταυτόχρονα όμως, συγκρίσιμη ή ίσως μεγαλύτερη είναι η πίεση που ασκείται στο περιβάλλον από τις καταναλωτικές συνήθειες στις αναπτυγμένες χώρες. Η σύγχυση η οποία φαίνεται ότι υπάρχει σχετικά με την αιτία των περιβαλλοντικών προβλημάτων οφείλεται πιθανόν στο γεγονός ότι η αύξηση του πληθυσμού, η φτώχια και τα μεγάλα περιβαλλοντικά προβλήματα όπως είναι η κακή χρήση των πόρων, η ατμοσφαιρική ρύπανση, οι παγκόσμιες αλλαγές και η εξαφάνιση φυτών και ζώων είναι έννοιες αλληλοσυνδεόμενες δημιουργώντας συχνά ένα φαύλο κύκλο. 1.3 H υπόθεση της Γαίας Η γέννηση του σύμπαντος αποτελούσε πάντα ένα συγκλονιστικό μυστήριο που κέντριζε τη φυσική περιέργεια του ανθρώπου. Ένα αριστούργημα της μυθολογικής ποίησης, η "Θεογονία" του Ησίοδου, αποτελεί την αρχαιότερη και πιθανόν πληρέστερη προσπάθεια αποκάλυψης των στοιχείων της φύσης και της πρώτης δημιουργίας: "Πρώτα έγινε το Χάος, κι από λίγο έπειτα η πλατιά η Γη, για πάντα έδρα όλων ασφαλής των αθανάτων, που έχουν τις κορφές του Ολύμπου, κι ο πανέμορφος ο Έρως μέσα στους αθάνατους, που τα μέλη λύνει και θεών και ανθρώπων...και η Γη γέννησε πρώτα τον αστέρινο Ουρανό, ίσο με τον εαυτό της, να τη σκέπει ολόγυρα κι έδρα των θεών να είναι ασφαλής παντοτινά. Στην "Θεογονία" του Ησίοδου η Γη είναι αυτογέννητη και το ζευγάρωμά της με τον Ουρανό γεννά αρχικά τον Ωκεανό ενώ ακολουθούν μυριάδες θεότητες που εκφράζουν τις μεγάλες δυνάμεις της Φύσης και τα κύρια φαινόμενά της. Νηρηίδες, Τιτάνες, Γίγαντες, Γοργόνες, Μέδουσα, Πήγασος, Κύκλωπες, Ωκεανίδες, αμέτρητοι γιοι και θυγατέρες που δίνουν ένα πρόσωπο σε γνωστά και άμεσα φυσικά φαινόμενα και σώματα, όπως οι θάλασσες και οι στεριές, τα βουνά και τα ποτάμια, ο ήλιος και το φεγγάρι, η μέρα και η νύχτα. 9

10 Εκτός του Ελληνικού, η έννοια της Μητέρας Γης υπήρξε επίσης συστατικό κομμάτι πολλών άλλων πολιτισμών. Για παράδειγμα, η Ινδουιστική θεά Κάλι αποτελεί άλλη μια εντυπωσιακή εκδοχή της Μητέρας Γης που συνδυάζει την απόλυτη δύναμη της καταστροφής με το μητρικό χάρισμα της δημιουργίας. Η επιστημονική εκδοχή της Μητέρας Γης παρουσιάσθηκε το 1979 από τον James Lovelock ο οποίος, σε συνεργασία με την Lynn Margulis, διατύπωσε την υπόθεση της Γαίας η οποία βασίσθηκε στην ιδέα ότι ο πλανήτης λειτουργεί σαν ένας ενιαίος ζωντανός οργανισμός ο οποίος διατηρεί τις απαραίτητες συνθήκες για την επιβίωσή του. Σύμφωνα με τον Lovelock η Γαία ορίζεται σαν «μια πολύπλοκη οντότητα η οποία συμπεριλαμβάνει τη βιόσφαιρα, την ατμόσφαιρα, τους ωκεανούς και το έδαφος: η ολότητα απαρτίζει ένα αυτόματο σύστημα ανάδρασης το οποίο αναζητεί ένα βέλτιστο φυσικό και χημικό περιβάλλον για την ζωή στον πλανήτη». Το σημείο κλειδί της θεωρίας είναι ότι η γη δρα σαν ενιαίο σύστημα, ότι αποτελεί ένα αυτορυθμιζόμενο σύνολο φυσικών, χημικών, γεωλογικών και βιολογικών δυνάμεων οι οποίες αλληλεπιδρούν για τη δημιουργία ενός ενιαίου και απόλυτα συνεκτικού όλου. Στη βασική σύνθεσή της, η γη ρυθμίζει τις ροές ενέργειας και την ανακύκλωση των υλικών. Η ενέργεια η οποία εισρέει από τον ήλιο προσλαμβάνεται από τη γη και επιστρέφεται στο διάστημα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Από την άλλη πλευρά, με εξαίρεση την περιστασιακή εισροή μάζας λόγω πτώσης μετεωριτών, η μάζα της γης είναι περιορισμένη και η ύλη ανακυκλώνεται μέσα στη γη. Η αλληλεπίδραση της βιόσφαιρας, της ατμόσφαιρας, της λιθόσφαιρας και της υδρόσφαιρας οδηγεί σε μια ομοιοστατική κατάσταση. Ομοιοστασία είναι η ικανότητα ή η τάση ενός οργανισμού ή ενός κυττάρου να διατηρεί εσωτερική ισορροπία μέσω της προσαρμογής των φυσιολογικών του διεργασιών. Αυτή η ομοιοστασία θυμίζει πολύ την εσωτερική συντήρηση του ανθρώπινου σώματος: εσωτερικές διεργασίες μεριμνούν ώστε η θερμοκρασία, ηλεκτροχημική ισορροπία κ.τ.λ. να διατηρούνται στο κατάλληλο επίπεδο. Ένα δεύτερο σημαντικό στοιχείο της Γαίας είναι η υπόθεση ότι τα στοιχεία της βιόσφαιρας ελέγχουν τις ισχυρές φυσικές δυνάμεις για το δικό τους καλό. Σε αντίθεση με τις επικρατούσες απόψεις που θεωρούν ότι η ζωή στον πλανήτη επιβιώνει χάρη στην ευσπλαχνία αβιοτικών δυνάμεων όπως οι ηφαιστειακές εκρήξεις, τα ακραία καιρικά φαινόμενα και την κλιματική αλλαγή, η υπόθεση της Γαίας υποστηρίζει ότι η ζωή διαχειρίζεται και βελτιστοποιεί το δικό της περιβάλλον. Αξίζει εδώ να αναφέρουμε κάποια παραδείγματα ρύθμισης του περιβάλλοντος, σύμφωνα με τη θεωρία της Γαίας. Το πρώτο παράδειγμα αφορά τη σύσταση της ατμόσφαιρας. Σύμφωνα με επιστημονικές μελέτες, η πρώτη ατμόσφαιρα της γης δεν περιείχε σχεδόν καθόλου οξυγόνο και η έλευση της φωτοσύνθεσης είναι υπεύθυνη για τα σημερινά επίπεδα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα (~21%). Γεωλογικές μελέτες έδειξαν επίσης ότι το οξυγόνο έχει διατηρηθεί για δισεκατομμύρια χρόνια περίπου στα ίδια επίπεδα (εντός ενός παράγοντα του δύο). Αν το οξυγόνο φθάσει στο 30% της σύστασης της ατμόσφαιρας, με κάθε χτύπημα κεραυνού, ακόμη και σε υγρή βλάστηση θα εκδηλωνόταν σοβαρές πυρκαγιές. Το οξυγόνο ξεκίνησε από μηδενικά επίπεδα, έφθασε στο 21 % και κατόπιν διατηρήθηκε σε αυτά τα ασφαλή επίπεδα. Τι είναι αυτό που οδήγησε σε αυτή την ισορροπία; Μια πιθανή εξήγηση είναι η 10

11 βιολογική παραγωγή μεθανίου από τα βακτήρια. Το μεθάνιο αντιδρά με το οξυγόνο παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα. Η διεργασία αυτή είναι ικανή να σταθεροποιήσει τα επίπεδα οξυγόνου. Ένα δεύτερο παράδειγμα αφορά τις αλλαγές του κλίματος. Όπως είναι γνωστό το κλίμα έχει μεταβληθεί πολλές φορές στο παρελθόν με μακρές περιόδους παγετώνων ενώ οι μελλοντικές προβλέψεις μιλούν για παγκόσμια θέρμανση. Παρόλα αυτά δεν φαίνεται πολύ πιθανόν ότι το τελευταίο ένα δισεκατομμύριο χρόνια (για το οποίο μπορούμε να κάνουμε υπολογισμούς με κάποια ακρίβεια) η θερμοκρασία του πλανήτη ήταν περισσότερο από 15 βαθμούς υψηλότερη ή 5 βαθμούς χαμηλότερη από τη σημερινή. Κάποιοι υπολογισμοί υποδείχνουν ότι η ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία ήταν πιθανόν 25% λιγότερη πριν 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Κάτω από αυτές τις συνθήκες η γη θα ήταν παγωμένη. Και όμως η ζωή εμφανίσθηκε σε αυτές τις συνθήκες ενώ ακόμη υπάρχουν γεωλογικές ενδείξεις από αυτή την εποχή για ύπαρξη νερού σε ρευστή κατάσταση. Τι ήταν αυτό που απέτρεψε την εμφάνιση περισσότερο ακραίων συνθηκών; Προτείνεται ότι αυτό οφείλεται σε κάποιο είδος φαινομένου του θερμοκηπίου το οποίο οφειλόταν σε αέρια όπως το μεθάνιο η αμμωνία και το διοξείδιο του άνθρακα, πράγμα το οποίο αποτελεί ένδειξη ελέγχου της θερμοκρασίας λόγω της Γαίας. Η θεωρία της Γαίας ανέπτυξε μια ισχυρή απήχηση στους κόλπους του οικολογικού κινήματος, ιδιαίτερα σε αυτούς που ήθελαν να εκτοπίσουν τον άνθρωπο από το κέντρο του ηθικού σύμπαντος. Η Γαία προχωράει πέρα από την παραδοσιακή οικολογία υποστηρίζοντας όχι μόνο ότι όλοι οι οργανισμοί είναι σημαντικοί αλλά ότι υπάρχει κάτι πιο σημαντικό από κάθε ένα είδος ξεχωριστά ο πλανητικός μας υπέροργανισμός. Παρ όλα αυτά οι ιδέες του Lovelock συνάντησαν μία απορριπτική αντίδραση από ένα μεγάλο μέρος της επιστημονικής κοινότητας. Η ερμηνευτική ελαστικότητα, όμως, της υπόθεσης της Γαίας επέτρεψε την δημιουργία διαφόρων κατευθύνσεων. Μερικοί φυσικοί επιστήμονες πρότειναν μία μέτρια ερμηνεία της οποίας το κυριότερο αποτέλεσμα ήταν να αποδοθεί πολύ περισσότερη σπουδαιότητα σε βιολογικούς παράγοντες από ότι ήταν προηγούμενα συνηθισμένο ανάμεσα στους γεωλόγους, τους ωκεανογράφους ή τους μετεωρολόγους. Τέτοιες εκδοχές της θεωρίας είναι η «Σημαίνουσα Γαία» η οποία υποστηρίζει ότι η χλωρίδα και η πανίδα έχουν ισχυρή επίδραση σε κάποιες αβιωτικές λειτουργίες του πλανήτη όπως είναι η θερμοκρασία και η σύσταση της ατμόσφαιρας και η «Συν-εξελικτική Γαία» η οποία ισχυρίζεται ότι η χλωρίδα και η πανίδα επηρεάζουν το αβιωτικό περιβάλλον και το αβιωτικό περιβάλλον με τη σειρά του επηρεάζει την εξέλιξη της χλωρίδας και της πανίδας. 1.4 Βιωσιμότητα Αν και χρησιμοποιούταν σποραδικά και παλιότερα, οι όροι βιωσιμότητα και βιώσιμη ανάπτυξη (στην Ελληνική βιβλιογραφία απαντώνται και οι όροι αειφορία και αειφόρος ανάπτυξη) εισέβαλαν στο λεξιλόγιό μας κυρίως μετά την δημοσίευση το 1987 της έκθεσης των Ηνωμένων Εθνών με τίτλο «Our common future» (γνωστή και σαν έκθεση Brundtland) και της διάσκεψης του Ρίο για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη (Earth Summit) που ακολούθησε το Σύμφωνα με την έκθεση αυτή: 11

12 Βιώσιμη είναι η ανάπτυξη η οποία καλύπτει τις σημερινές ανάγκες χωρίς να εκθέτει σε κίνδυνο την δυνατότητα των μελλοντικών γενεών να καλύψουν τις δικές τους ανάγκες. Όπως αναφέρει η ίδια έκθεση, οι αναπτυσσόμενες χώρες πρέπει να λειτουργήσουν σε ένα κόσμο στον οποίο οι αναπτυγμένες έχουν ήδη χρησιμοποιήσει ένα μεγάλο μέρος του οικολογικού κεφαλαίου του πλανήτη. Αν οι χώρες αυτές απεφάσιζαν να προσεγγίσουν τα επίπεδα της ενεργειακής χρήσης των αναπτυγμένων χωρών μέχρι το έτος 2025, θα απαιτείτο να αυξήσουν τις σημερινές ενεργειακές τους ανάγκες κατά πέντε φορές. Το πλανητικό οικοσύστημα δεν θα μπορούσε να ανταποκριθεί στις αρνητικές επιπτώσεις αν οι ενεργειακές αυξήσεις βασίζονται σε μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Η ακριβής σημασία του όρου βιώσιμη ανάπτυξη αποτέλεσε αντικείμενο πολλών συζητήσεων και διαξιφισμών με αποτέλεσμα λίγα χρόνια μετά ην καθιέρωση του όρου να υπάρχουν στην διεθνή βιβλιογραφία περισσότεροι από 100 ορισμοί. Σύμφωνα πάντως με την επιτροπή των Ηνωμένων Εθνών: «Η επιτεινόμενη και μη βιώσιμη απαίτηση για χερσαίους, ενάλιους και παράλιους πόρους η οποία συνεπάγεται από την επέκταση της γεωργίας και την ανεξέλεγκτη αστικοποίηση οδηγεί σε αυξανόμενη υποβάθμιση των φυσικών οικοσυστημάτων και διαβρώνει τα συστήματα υποστήριξης της ζωής τα οποία υποστηρίζουν τον ανθρώπινο πολιτισμό. Η φροντίδα των φυσικών πόρων και η προαγωγή της βιώσιμης χρήσης τους είναι μια θεμελιώδης αντίδραση της παγκόσμιας κοινότητας για να διασφαλίσει την ίδια την επιβίωσής και την ευημερία της». Αν και υπάρχουν σημαντικές διαφορές στη στρατηγική για την επίτευξη της βιώσιμης ανάπτυξης, φαίνεται ότι υπάρχει σημαντική σύγκλιση στις παρακάτω βασικές αρχές: Συστημική προσέγγιση: Ένας από τους βασικούς πυλώνες του περιβαλλοντικού κινήματος είναι η αντίληψη ότι το περιβάλλον και οι φυσικοί πόροι της γης είναι συστημικοί στην φύση τους και παγκόσμιας κλίμακας. Oι περιβαλλοντολόγοι αντιλαμβάνονται ακόμη και τις τοπικές περιβαλλοντικές μεταβολές σαν τμήμα ενός πολύπλοκου παγκόσμιου συστήματος το οποίο επηρεάζει την υγεία ολόκληρου του πλανήτη. Κατά συνέπεια, για τους περιβαλλοντολόγους η έννοια της παγκοσμιοποίησης είναι οικεία και γνώριμη. Το οξύμωρο είναι ότι το φαινόμενο της παγκοσμιοποίησης το οποίο διατρέχει τον πλανήτη κυρίως την τελευταία δεκαετία προωθείται από οικονομικά συμφέροντα τα οποία έχουν σημαντικό μερίδιο ευθύνης για την υπερεκμετάλλευση των φυσικών πόρων και την υποβάθμιση του παγκόσμιου περιβάλλοντος. Μακροχρόνια αντίληψη η οποία δίνει βαρύτητα στις επιπτώσεις των ενεργειών μας σε βάθος χρόνου και η οποία διατηρεί τις επιλογές και τις ευκαιρίες στις μελλοντικές γενιές 12

13 Αναγνώριση των ορίων: παραδοχή ότι οι άνθρωποι, οι οικονομίες και όλα τα είδη ζωής βασίζονται σε οικοσυστήματα που λειτουργούν υγιώς. Βελτίωση των πόρων της ζωής: καλύτερη ποιότητα ζωής τόσο σήμερα όσο και στις μελλοντικές γενιές. Η Διάσκεψη του Ρίο και η Ατζέντα 21 Η διάσκεψη των Ηνωμένων Εθνών για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη έλαβε χώρα στο Ρίο ντε Τζανέϊρο τον Ιούνιο του Είναι γνωστή και σαν Διάσκεψη Κορυφής της Γης (Earth Summit). Η συμμετοχή ήταν εντυπωσιακή, 172 κυβερνήσεις, 108 από τις οποίες αντιπροσωπεύτηκαν από τον αρχηγό του κράτους ή της κυβέρνησης. Ακόμη παρακολούθησαν 2400 εκπρόσωποι μη κυβερνητικών οργανώσεων η παρουσία των οποίων ενίσχυσε και ανύψωσε το όλο πνεύμα της διάσκεψης. Ένα σημαντικό επίτευγμα της διάσκεψης ήταν η συμφωνία για μια σύμβαση πλαίσιο για το κλίμα, η οποία αργότερα οδήγησε στο πρωτόκολλο του Κιότο. Ακόμη στην διάσκεψη του Ρίο, 154 χώρες, συμπεριλαμβανομένης της Ε.Ε., δεσμεύτηκαν σε ένα σχέδιο το οποίο απαιτεί οι χώρες να αναπτύξουν μια πολυσήμαντη στρατηγική για τη βιώσιμη ανάπτυξη. Αυτό το σχέδιο ονομάσθηκε Ατζέντα 21. Περίπου 3000 πόλεις σε όλο τον κόσμο υιοθέτησαν τη δική τους τοπική Ατζέντα 21 βασισμένη στις αρχές της παγκόσμιας Ατζέντας 21. Παράλληλα πολλές επιχειρηματικές ενώσεις και εταιρίες υιοθέτησαν την δική τους εκδοχή της Ατζέντας 21. Η σύμβαση πλαίσιο για το κλίμα Η Ελλάδα επικύρωσε τη Σύμβαση αυτή τον Απρίλιο του Μετά την επικύρωσή της από 50 κράτη, η Σύμβαση τέθηκε σε ισχύ στις 21 Μαρτίου Στις 12 Οκτωβρίου 1999, 181 κράτη, συμπεριλαμβανομένης της Ε.Ε., είχαν επικυρώσει τη Σύμβαση. Η Σύμβαση αναγνωρίζει, μεταξύ άλλων, ότι το μεγαλύτερο μερίδιο των συνολικών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, κατά το παρελθόν και επί του παρόντος, προέρχεται από τις ανεπτυγμένες χώρες, ότι οι κατά κεφαλήν εκπομπές των αναπτυσσομένων χωρών είναι σχετικά χαμηλές και ότι το μερίδιο των συνολικών εκπομπών που προέρχονται από τις αναπτυσσόμενες χώρες θα αυξάνεται προκειμένου να καλυφθούν οι κοινωνικές και αναπτυξιακές τους ανάγκες. Στόχο της Σύμβασης αποτελεί η σταθεροποίηση των "συγκεντρώσεων των αερίων θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα σε ένα επίπεδο που να αποτρέπει τις επικίνδυνες ανθρωπογενείς παρεμβάσεις στο κλιματικό σύστημα". Η Σύμβαση δεν καθορίζει τις εν λόγω συγκεντρώσεις αλλά αναφέρει ότι πρέπει να είναι σε ένα επίπεδο που να μην είναι επικίνδυνο και θεωρεί ότι το επίπεδο αυτό "θα πρέπει να επιτευχθεί εντός επαρκούς χρονικού διαστήματος ώστε να επιτρέψει στα οικοσυστήματα να προσαρμοστούν φυσικά στις κλιματικές αλλαγές, να διασφαλίσει ότι η παραγωγή 13

14 τροφίμων δεν απειλείται και να ενδυναμώσει την οικονομική ανάπτυξη κατά βιώσιμο τρόπο" (άρθρο 2). Η Σύμβαση προβλέπει επίσης, μεταξύ άλλων, τις ακόλουθες ειδικότερες δεσμεύσεις για τις ανεπτυγμένες χώρες (κράτη μέλη του ΟΟΣΑ, πλην του Μεξικού και της Νοτίου Κορέας), μερικά κράτη της Κεντρικής και Ανατολικής Ευρώπης, που βρίσκονται στη διαδικασία μετάβασης στην οικονομία της αγοράς, και μερικά κράτη της πρώην Σοβιετικής Ένωσης: τη λήψη μέτρων για το μετριασμό της αλλαγής του κλίματος, με στόχο τη μεταβολή των μακροπρόθεσμων τάσεων στις ανθρωπογενείς εκπομπές. την υποβολή, εντός εξαμήνου από την έναρξη ισχύος της και στη συνέχεια σε τακτά διαστήματα, λεπτομερών πληροφοριών για τις πολιτικές και τα ανωτέρω μέτρα με σκοπό να επαναφέρουν, το κάθε ένα χωριστά ή από κοινού, στα επίπεδα του 1990 τις εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα και των άλλων αερίων του θερμοκηπίου. τον συντονισμό, με άλλα ενδιαφερόμενα Συμβαλλόμενα Μέρη, των μέτρων και πολιτικών που εκπονούνται για την επίτευξη του σκοπού της, τον προσδιορισμό και την περιοδική επανεξέταση των πολιτικών αυτών. Επιπλέον η Σύμβαση υποστηρίζει την έννοια της "βιώσιμης ανάπτυξης", καλεί για ανάπτυξη και διανομή καθαρών τεχνολογιών και τεχνογνωσίας και δίνει έμφαση στην εκπαίδευση των πολιτών στις κλιματικές αλλαγές. 14

15 2. Ατμοσφαιρική Ρύπανση 2.1 Ορισμός της ατμοσφαιρικής ρύπανσης Καθώς τίποτε δεν παραμένει για πολύ αμετάβλητο, έτσι και η ατμόσφαιρα της γης εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου. Οι χημικές και βιολογικές επιδράσεις που διαμόρφωσαν τη σύστασή της συνεχίζουν να δρουν ενώ προστίθενται συνεχώς μεγάλες ποσότητες αερίων και σωματιδίων από την δράση των ηφαιστείων και των θερμών πηγών. Το νέο στοιχείο είναι ότι ο άνθρωπος της βιομηχανικής εποχής έγινε και ο ίδιος παράγοντας με μεγάλη περιβαλλοντική βαρύτητα. Ήδη, από τις πρώτες δεκαετίες του 18 ου αιώνα, οι αυξημένες ενεργειακές ανάγκες οδήγησαν σε αύξηση της χρήσης απολιθωμένων καυσίμων υλών, αύξηση η οποία έφτασε σε τρομακτικούς ρυθμούς στον εικοστό αιώνα. Οι ρύποι που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από τις ανθρώπινες δραστηριότητες έρχονται να προστεθούν σε αυτούς που εκπέμπονται από φυσικές πηγές δημιουργώντας τις προϋποθέσεις για αλλοίωση της σύστασης της. Μπορεί η βασική σύσταση της ατμόσφαιρας σε άζωτο και οξυγόνο (το 99% του ατμοσφαιρικού αέρα) να μην αλλάζει, η αύξηση όμως των συγκεντρώσεων αερίων με μικρή συμμετοχή στη σύσταση της ατμόσφαιρας κάνει την παραμονή στην γη δυσκολότερη ή στην πιο αισιόδοξη εκδοχή λιγότερο ευχάριστη. Η ανθρώπινη υγεία και ευεξία, η ευστάθεια του κλίματος, το φυσικό και ανθρωπογενές περιβάλλον, όλα αποδεικνύονται πολύ ευαίσθητα σε αλλαγές αερίων των οποίων η συγκέντρωση στην ατμόσφαιρα δεν υπερβαίνει το 0.04%. Ένας διαισθητικός ορισμός της ατμοσφαιρικής ρύπανσης περιλαμβάνει την αύξηση ή την μείωση των ατμοσφαιρικών συστατικών από τις τιμές που θα είχαν χωρίς τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Δυστυχώς ο ορισμός αυτός δεν είναι περιορισμένης χρησιμότητας σε ένα δυναμικό σύστημα το οποίο εξελίσσεται συνεχώς. Ένας περισσότερο χρήσιμος ορισμός είναι ο παρακάτω: Ατμοσφαιρική ρύπανση ονομάζεται η παρουσία στην ατμόσφαιρα ρύπων, δηλαδή κάθε είδους ουσιών, θορύβου ή ακτινοβολίας σε ποσότητα, συγκέντρωση ή διάρκεια τέτοια ώστε να είναι δυνατόν να προκληθούν αρνητικές συνέπειες στην ανθρώπινη υγεία, στους ζωντανούς οργανισμούς και στα οικοσυστήματα. Αξίζει εδώ να αναφέρουμε και τον «επίσημο» ορισμό της ρύπανσης, όπως καταγράφεται στην οδηγία της Ευρωπαϊκής Ένωσης 96/61 για την διαχείριση της ποιότητας του αέρα: «ρύπος», κάθε ουσία η οποία διοχετεύεται αμέσως ή εμμέσως από τον άνθρωπο στον αέρα του περιβάλλοντος και ενδέχεται να έχει επιβλαβείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία ή/και στο περιβάλλον στο σύνολό του. «περιβάλλων αέρας», ο εξωτερικός αέρας της τροπόσφαιρας εξαιρουμένου του αέρα στους χώρους εργασίας. 15

16 2.2 Σύντομη ιστορική αναδρομή Πριν από τη βιομηχανική επανάσταση Η περιβαλλοντική ρύπανση δεν είναι φαινόμενο της εποχής μας. Ένας από τους λόγους που ανάγκαζαν τις πρώτες φυλές να ζουν ως νομάδες, ήταν η ανάγκη να απομακρύνονται περιοδικά από την δυσοσμία την οποία δημιουργούσαν τα απόβλητα των ζώων και των ανθρώπων. Η ανακάλυψη της φωτιάς δημιούργησε πρόσθετα προβλήματα ρυπαίνοντας τον αέρα, στις περιοχές που κατοικούσαν, με προϊόντα ατελούς καύσης. Η ανακάλυψη της καμινάδας μετατόπισε το πρόβλημα προς την ευρύτερη περιοχή και είχε σαν αποτέλεσμα η ατμόσφαιρα σε πυκνοκατοικημένες περιοχές να είναι καπνώδης. Χαρακτηριστική είναι η αναφορά του Ρωμαίου φιλόσοφου Σενέκα το 61 μ.χ στην κακή ποιότητα του αέρα στην Ρώμη. «Μόλις έφυγα μακριά από τον πνιγερό αέρα της Ρώμης και από τη βρωμιά των καπνοδόχων που κάπνιζαν, διαχέοντας ολόγυρα θανατηφόρα αέρια και αιθάλη, ένοιωσα να αλλάζει η διάθεσή μου», Σενέκας, 61 μ.χ. Το 1157, η σύζυγος του βασιλιά Ερρίκου του 2 ου της Αγγλίας, Ελεονόρα, μετακόμισε από το Tutbury Castle του Nottingham, γιατί θεώρησε ανυπόφορη τη ρύπανση του αέρα εξ αιτίας της καύσης των ξύλων. Άλλες αναφορές από τον Μεσαίωνα περιγράφουν τα προβλήματα καπνού που δημιουργούσε η καύση του κάρβουνου, με αποτέλεσμα, ο Βασιλιάς Εδουάρδος ο 1 ος να απαγορεύσει το 1307 την χρήση του κάρβουνου στις ασβεστοκάμινους του Λονδίνου. Μαρτυρίες αναφέρουν ότι ένα άτομο τιμωρήθηκε με απαγχονισμό για παράβαση του νόμου. Οι κυριότερες δραστηριότητες που συνδέονταν με την ατμοσφαιρική ρύπανση τους αιώνες που προηγήθηκαν της βιομηχανικής επανάστασης, ήταν η μεταλλουργία, η κεραμοποιεία και η διατήρηση κτηνοτροφικών προϊόντων. Η βιομηχανική επανάσταση Ο James Watt εφεύρε το 1784 την ατμομηχανή η οποία κινείται με την καύση κάρβουνου. Η βιομηχανική επανάσταση, η οποία ξεκίνησε τον 19 ο αιώνα, οδήγησε στην εντατική χρήση κυρίως του κάρβουνου και σε μικρότερο βαθμό του πετρελαίου, για την παραγωγή ενέργειας, κίνησης ατμομηχανών και πλοίων, καθώς και οικιακής θέρμανσης. Χαρακτηριστικά αναφέρομαι ότι από το 1800 έως το 1900 η κατανάλωση κάρβουνου αυξήθηκε κατά δύο τάξεις μεγέθους. Το αποτέλεσμα ήταν η εμφάνιση πολύ μεγάλων περιβαλλοντικών προβλημάτων από τον καπνό και τη στάχτη. Το πρώτο σοβαρό επεισόδιο ατμοσφαιρικής ρύπανσης συνέβη το 1875 στο Λονδίνο, όπου σημειώθηκαν αρκετοί θάνατοι ανθρώπων και ζώων. Σε χώρες όπως το Ηνωμένο 16

17 Βασίλειο και οι ΗΠΑ, αναλαμβάνεται δράση για τον περιορισμό της αέριας ρύπανσης και αναπτύσσονται αντιρρυπαντικές τεχνολογίες. Σχήμα 2.1: Χαρακτική η οποία εμφανίζει ένα χυτήριο στη βιομηχανική περιοχή Saar της Γερμανίας (1876). Εικοστός Αιώνας Παρόλο, λοιπόν, που η ατμοσφαιρική ρύπανση δεν μπορεί να θεωρηθεί αποκλειστικό προνόμιο της σύγχρονης εποχής, μια σειρά από μεγάλα επεισόδια τις τελευταίες δεκαετίες μας υπενθύμισαν το μέγεθος του προβλήματος και την ανάγκη ελέγχου της ποιότητας του αέρα που αναπνέουμε. Η αιθαλομίχλη, το 1909, στη Γλασκώβη και το Εδιμβούργο θεωρήθηκε η κύρια αιτία για 1000 περίπου θανάτους ανθρώπων. Το 1930, πάλι σε επεισόδιο αιθαλομίχλης, στη βιομηχανική περιοχή της κοιλάδας του Meuse στο Βέλγιο αρρώστησαν εκατοντάδες άτομα, από τα οποία 60 πέθαναν τις επόμενες μέρες. Το 1948 στην πόλη Donora των Ηνωμένων Πολιτειών κατά την διάρκεια ενός τετραήμερου επεισοδίου ρύπανσης σημειώθηκαν 20 θάνατοι και 6,000 ασθένειες οι οποίες συνδέθηκαν με την αέρια ρύπανση. Για να εκτιμηθεί σωστά το μέγεθος του προβλήματος θα πρέπει να λάβουμε υπόψη ότι ο πληθυσμός της πόλης ήταν μόνο 14,000 κάτοικοι. Το μεγαλύτερο, όμως, επεισόδιο συνέβη στο Λονδίνο το 1952 όταν μια εβδομάδα υψηλών επιπέδων ρύπανσης είχε σαν αποτέλεσμα να συμβούν 4,000 «πλεονάζοντες» θάνατοι (σύγκριση των ρυθμών θανάτου πριν και μετά το επεισόδιο) οι οποίοι αποδόθηκαν στην ρύπανση. Όταν ο άνθρακας αντικαταστάθηκε από το πετρέλαιο και λόγω των αυξημένων αναγκών, το πρόβλημα της ρύπανσης έγινε οξύτερο καθώς και ένας άλλος τύπος ρύπανσης, η φωτοχημική, έκανε την εμφάνισή του, αρχικά στο Λος Άντζελες των ΗΠΑ στις αρχές της δεκαετίας του

18 Σχήμα 2.2: Φωτοχημική αιθαλομίχλη στο σύγχρονο Las Vegas. 2.3 Μονάδες συγκέντρωσης Για πολλούς αιώνες ο ατμοσφαιρικός αέρας θεωρούταν σαν ένα από τα τέσσερα στοιχεία και μόλις τον 17 ο αιώνα αναγνωρίσθηκε σαν ένα μείγμα αερίων. Ο λόγος που η άποψη αυτή κυριάρχησε για τόσο μεγάλο διάστημα οφείλεται στο γεγονός ότι οι επιστήμονες πίστευαν ότι στην περίπτωση που ο αέρας ήταν μείγμα, τα βαρύτερα αέρια, όπως π.χ. το οξυγόνο, θα βυθιζόταν κάτω από τα ελαφρύτερα, όπως το υδρογόνο. Κατά συνέπεια η ατμόσφαιρα θα εμφάνιζε μια χαρακτηριστική στρωμάτωση στη σύστασή της, με τα βαρύτερα αέρια να έχουν πολύ υψηλότερες συγκεντρώσεις κοντά στο έδαφος. Το επιχείρημα αυτό βέβαια υποτιμούσε την δύναμη της διαδικασίας ανάμειξης η οποία αντιστρατεύεται και ακυρώνει τον διαχωρισμό λόγω βαρύτητας. Στην ατμοσφαιρική χημεία, οι συγκεντρώσεις των αερίων ρύπων εκφράζονται συχνά σε μονάδες κατ όγκο, συνήθως σε μέρη το εκατομμύριο, ppm (parts per million) ή σε μέρη το δισεκατομμύριο, ppb (parts per billion). Έτσι, π.χ. συγκέντρωση 1 ppm ισοδυναμεί με 1 cm 3 ρύπου σε 1 m 3 ατμοσφαιρικού αέρα (υπενθυμίζεται ότι 1 m 3 =10 6 cm 3 ). Τα μέρη στο εκατομμύριο είναι στην ουσία ένα αδιάστατο κλάσμα όγκου το οποίο ορίζεται από τη σχέση: συγκέντρωση ενός στοιχείου i σε ppm = c i / c x 10 6 (2.1) 18

19 όπου c i είναι ο αριθμός των γραμμομορίων του στοιχείου i στην μονάδα του όγκου και c είναι ο αριθμός των γραμμομορίων του αέρα στην μονάδα του όγκου για κάποια πίεση p και κάποια θερμοκρασία T. Αντίστοιχα, χρησιμοποιώντας το νόμο του Dalton, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η μερική πίεση του ρύπου είναι ανάλογη της κλασματικής ποσότητας του. Έτσι, π.χ., όταν η ατμοσφαιρική πίεση είναι 1000 hpa, ένας ρύπος του οποίου η συγκέντρωση στην αέρα είναι 1 ppm θα έχει μερική πίεση ίση με 10-3 hpa. Ένας από τους λόγους για τους οποίους οι συγκεντρώσεις κατ όγκο χρησιμοποιούνται ευρέως είναι και η ευθεία σχέση ανάμεσα στον όγκο ενός αερίου κι τον αριθμό των μορίων του. Έτσι, η συγκέντρωση 1 ppm κάποιου αερίου ισοδυναμεί με την παρουσία 1 μορίου του αερίου σε κάθε 1 εκατομμύρια μορίων του ατμοσφαιρικού αέρα. Οι συγκεντρώσεις των περισσοτέρων αερίων ρύπων είναι μικρότερες του 1 ppm γι αυτό χρησιμοποιείται συχνά σαν μονάδα συγκέντρωσης το ppb. Οι συγκεντρώσεις των σωματιδιακών ρύπων εκφράζονται κατά βάρος σε μg m -3. Οι μονάδες αυτές χρησιμοποιούνται σε πολλές περιπτώσεις για να εκφράσουν επίσης τη συγκέντρωση και αερίων ρύπων. Αν θέλουμε να μετατρέψουμε τη συγκέντρωση ενός ρύπου i από μονάδες κατ όγκο σε μονάδες κατά βάρος τότε χρησιμοποιούμε την παρακάτω σχέση: c i ( gm 100 p M ) c ppm i i ( ) T 3 (2.2) όπου ci είναι η συγκέντρωση του στοιχείου i, p είναι η πίεση του αέρα σε μιλιμπάρ (mb), Τ είναι η θερμοκρασία του αέρα σε Kelvin (K) και Μ i είναι το μοριακό βάρος του στοιχείου i. Πρέπει εδώ να τονιστεί ότι για πολλούς ρύπους η χρήση του ppm έχει σαν αποτέλεσμα οι συγκεντρώσεις να παίρνουν πολύ μικρά νούμερα. Σ' αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιούμε κάποιες μικρότερες μονάδες, συνήθως μέρη το δισεκατομμύριο (ppb) ή μέρη το τρισεκατομμύριο (ppt). Η σχέση ανάμεσα σ' αυτές τις μονάδες είναι: συγκέντρωση του στοιχείου i σε ppb =10 3 x συγκέντρωση του ίδιου στοιχείου σε ppm και 19

20 συγκέντρωση του στοιχείου i σε ppt =10 3 x συγκέντρωση του ίδιου στοιχείου σε ppb Παράδειγμα: Το όριο επιφυλακής για μέσες ωριαίες τιμές του Ο3 είναι 180 μg m -3. Να μετατραπεί αυτό το όριο σε μονάδες ppm και ppb όταν η πίεση ισούται με 1013 mbar και η θερμοκρασία με 25 o C. Για την μετατροπή των συγκεντρώσεων θα χρησιμοποιηθεί η εξίσωση (2.2). Για την εφαρμογή αυτής της εξίσωσης χρησιμοποιούμε τα παρακάτω στοιχεία: Mi=48 (το μοριακό βάρος του Ο3) p=1013 mbar T=298.2 K Από τα παραπάνω προκύπτει: συγκέντρωση του Ο3 σε ppm= 180 x = συγκέντρωση του Ο3 σε ppb =10 3 x

21 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1 Συντελεστές μετατροπής σε κανονικές συνθήκες των συγκεντρώσεων από μgm -3 σε ppm και το αντίστροφο. Ρύπος Μετατροπή από μg m -3 σε ppm Συντελεστής μετατροπής Μετατροπή από ppm σε μg m -3 Συντελεστής μετατροπής Ozoν (O 3 ) 0.51 x Διοξείδιο αζώτου (ΝΟ 2 ) του 0.53 x Oξείδιο του αζώτου (ΝΟ) 0.81 x Διοξείδιο άνθρακα (CΟ 2 ) του 0.56 x Μονοξείδιο άνθρακα (CΟ) του 0.87 x Διοξείδιο του θείου (SΟ 2 ) Αμμωνία (NH3) 0.38 x x Χρόνος παραμονής Στην ατμοσφαιρική ρύπανση είναι πολύ χρήσιμο να γνωρίζουμε τους χαρακτηριστικούς χρόνους τους οποίους τα διάφορα χημικά παραμένουν στην ατμόσφαιρα. Για τον λόγο αυτό ορίζονται διάφορες παράμετροι, όπως ο χρόνος παραμονής και ο χρόνος ημιζωής, οι οποίες αποτελούν ένα μέτρο του μέσου χρόνου τον οποίο ένα αντιπροσωπευτικό μόριο μιας συγκεκριμένης ουσίας θα παραμείνει στην ατμόσφαιρα προτού απομακρυνθεί από φυσικές ή χημικές διεργασίες. Οι συγκεντρώσεις των ατμοσφαιρικών ρύπων στην ατμόσφαιρα επηρεάζονται από τεσσάρων ειδών διεργασίες: Εκπομπές: Οι ρύποι εκπέμπονται συνεχώς από μια ποικιλία πηγών ρύπανσης, τόσο ανθρωπογενών όσο και φυσικών. Χημικούς μετασχηματισμούς: Οι χημικές αντιδράσεις στην ατμόσφαιρα μπορούν να οδηγήσουν τόσο στο σχηματισμό όσο και στην απομάκρυνση ρύπων 21

22 Διασπορά: Οι ρύποι μεταφέρονται μακριά από την πηγή από τον άνεμο ενώ υπεύθυνοι για την κατακόρυφη μεταφορά τους είναι οι τυρβώδεις στρόβιλοι. Απόθεση: Οι ρύποι τελικά αποτίθενται στην επιφάνεια της γης, με τη μορφή είτε της ξηρής είτε της υγρής απόθεσης. Ο ρυθμός διαφυγή τους στο διάστημα θεωρείται αμελητέος. Σχήμα 2.3 Διεργασίες μέσα σε μία ατμοσφαιρική δεξαμενή Στο σχήμα 2.3 φαίνεται οι διεργασίες που επιδρούν στη συγκέντρωση ενός ρύπου Χ μέσα σε ένα ατμοσφαιρικό «κουτί». Η έννοια του ατμοσφαιρικού «κουτιού» χρησιμοποιείται για να περιγράψει τις διεργασίες μέσα σε μια επιλεγμένη ατμοσφαιρική περιοχή (όπως π.χ. μια αστική περιοχή) ή ακόμη και σε ολόκληρη την ατμόσφαιρα. Το «κουτί» σε πολλές περιπτώσεις ονομάζεται δεξαμενή και οι ρύποι θεωρούνται ότι είναι ομοιογενώς κατανεμημένοι μέσα σε αυτό. Στο συγκεκριμένο χώρο υπάρχει τόσο εισροή ενός ρύπου, Fin, όσο και εκροή, Fout. Αν το «κουτί» καλύπτει όλη την ατμόσφαιρα τότε Fin = Fout = 0. Οι υπόλοιπες διεργασίες που επιδρούν στον ρύπο Χ είναι οι εκπομπές, Ε, η παραγωγή λόγω χημικών αντιδράσεων, Π, η καταστροφή λόγω χημικών αντιδράσεων, Κ, και η απόθεση Α. Οι όροι Fin, E, and Π αποτελούν πηγές του X ενώ οι όροι Fout, Κ, και Α αποτελούν καταβόθρες. Ο χρόνος παραμονής, τ, του ρύπου Χ ορίζεται σαν ο μέσος χρόνος κατά τον οποίο ένα μόριο του Χ παραμένει στο «κουτί». Ο χρόνος αυτός εκφράζεται σαν ο λόγος της μάζας m (kg) του X ως προς τον ρυθμό απομάκρυνσής του (kg s-1): m (2.3) F K A out 22

23 Ο χρόνος παραμονής συναντάται στη βιβλιογραφία και με τον όρο χρόνος ζωής. Αν το «κουτί» καλύπτει όλη την ατμόσφαιρα και εξετάσουμε την μέση κατάσταση για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα (ακέραιο πολλαπλάσιο του έτους) τότε ο ρυθμός απομάκρυνσης του ρύπου θα πρέπει να ισούται με τον ρυθμό παραγωγής (αλλιώς οι συγκεντρώσεις του ρύπου στην ατμόσφαιρα θα αυξανόταν ή θα μειωνόταν συνεχώς). Αυτό έχει σαν συνέπεια ότι F in (2.4) E F out K Κατά συνέπεια η εξίσωση (2.3) μπορεί να πάρει την μορφή: m (2.5) Ο χρόνος παραμονής των ρύπων στην ατμόσφαιρα εξαρτάται κυρίως από τις φυσικές του ιδιότητες και τη χημική του δραστικότητα. Για τα σωματίδια μεγάλη σημασία έχει το μέγεθός τους γιατί τα μεγάλου μεγέθους σωματίδια έχουν μεγάλες ταχύτητες βαρυντικής καθίζησης. Επίσης τα στοιχεία που έχουν μεγάλη χημική δραστικότητα (π.χ. ΝΟ) και/ή έχουν μεγάλη διαλυτότητα στο νερό (π.χ. ΝΗ3) απομακρύνονται σχετικά γρήγορα και έχουν χρόνους παραμονής λίγων ωρών μέχρι 1 εβδομάδα. Σωματίδια τα οποία έχουν μέγεθος μικρότερο από 1 μm ή είναι δυσδιάλυτα στο νερό (π.χ. Pb, Hg) έχουν χρόνους παραμονής σημαντικά μεγαλύτερους της μίας εβδομάδας. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.2 Μέσοι χρόνοι παραμονής στην ατμόσφαιρα διαφόρων ουσιών Ουσία Ο 3 ΝΟ ΝΟ 2 ΝΟ 3 ΝΗ 4 Η 2S SΟ 2 SO 4 Hg CO CCl 4 CH 4 Freon CO 2 Χρόνος παραμονής ημέρες 4-5 ημέρες 2-8 ημέρες 4-20 ημέρες 7-19 ημέρες ημέρες ημέρες 3-5 ημέρες ημέρες έτη 1 έτος έτη 16 έτη 2-10 έτη 23

24 2.5 Βιογεωχημικοί κύκλοι Τις τελευταίες δεκαετίες οι επιστήμονες άρχισαν να βλέπουν την γη σαν ένα σύστημα στο οποίο υπάρχει συνεχής ανταλλαγή διαφόρων στοιχείων ανάμεσα στις κυριότερες δεξαμενές της, την λιθόσφαιρα, την υγρόσφαιρα, την ατμόσφαιρα και τη βιόσφαιρα (σχήμα 2.4). Το σύστημα της γης αποτελείται από ένα σύμπλεγμα των ατόμων των 92 φυσικών στοιχείων. Η προσθήκη υλικού από το διάστημα, όπως οι μετεωρίτες, καθώς κι η διαφυγή αερίων στο διάστημα είναι γενικά μικρότερης σημασίας οπότε η βασική σύνθεση του συστήματος της Γης διατηρήθηκε σχεδόν από την γένεσή της. Τα άτομα, με την μορφή των διαφόρων μορίων, μετακινούνται συνεχώς ανάμεσα στις διαφορετικές δεξαμενές του συστήματος της γης (σχήμα 2.4). Ο όρος βιογεωχημικοί κύκλοι χρησιμοποιείται για να δηλώσει την ροή των στοιχείων ανάμεσα στις δεξαμενές της γης. Ο όρος επισημαίνει την κυκλική φύση της ροής σε ένα κλειστό σύστημα. Φυσικές και χημικές διεργασίες και μετασχηματισμοί προσδιορίζουν τον διαμερισμό ενός υλικού Σχήμα 2.4 Δεξαμενές του συστήματος της γης και παραδείγματα των διεργασιών με τις οποίες γίνεται η ανταλλαγή στοιχείων ανάμεσα στις δεξαμενές. 24

25 ανάμεσα στις διάφορες δεξαμενές. Για παράδειγμα, για μια δεδομένη ποσότητα άνθρακα στο σύστημα της Γης, ένα κλάσμα βρίσκεται στην ατμόσφαιρα, ένα άλλο στην υδρόσφαιρα κ.ο.κ. Αυτά τα κλάσματα εξαρτώνται από την διεργασία με την οποία ο άνθρακας μετακινείται ανάμεσα στις διαφορετικές δεξαμενές, το μέγεθός τους, και άλλους παράγοντες. Έτσι, ενώ η συγκέντρωση του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι μεγάλης σημασίας για την κλιματική αλλαγή, είναι πολύ σημαντικό, λόγω της κυκλικότητας, να γνωρίζουμε τις διεργασίες και στις υπόλοιπες δεξαμενές του συστήματος. Η ανακύκλωση των στοιχείων άνθρακα, αζώτου, θείου, και των αλογόνων χλωρίου, βρωμίου και ιωδίου μεταξύ της ατμόσφαιρας, της λιθόσφαιρας και της υδρόσφαιρας είναι πολύ μεγάλης σημασίας για τα είδη ζωής που κατοικούν στον πλανήτη. Στα κεφάλαια που ακολουθούν θα εξετάσουμε σε συντομία τις ανθρωπογενείς και φυσικές πηγές αυτών των στοιχείων, τις καταβόθρες αλλά και τις δεξαμενές τους στην ατμόσφαιρα. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.3 Η συγκριτική σημασία των δεξαμενών του συστήματος της γης για τα διαφορετικά στοιχεία. Στοιχείο Δεξαμενή (σημασία) Ατμόσφαιρα Υδρόσφαιρα Βιόσφαιρα Λιθόσφαιρα S Ασήμαντη Μεγάλη Μικρή Μεγάλη N Μεγάλη Ασήμαντη Μικρή Μέτρια O Μικρή Μικρή Ασήμαντη Μεγάλη C Ασήμαντη Μικρή Ασήμαντη Μεγάλη 2.6 Είδη Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης Η ταξινόμηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας πολλά διαφορετικά κριτήρια, με βάση τις φυσικές και χημικές ιδιότητες, την προέλευση, τις επιπτώσεις κ.ά. Μια ενδεικτική ταξινόμηση είναι η παρακάτω: Α. Περιβάλλον 1. Εσωτερικών χώρων 2. Εξωτερική Β. Προέλευση 1. Φυσική α. Γεωχημική β. Βιολογική 2. Ανθρωπογενής α. Κοινωνική β. Επαγγελματική γ. Προσωπική ρύπανση 25

26 Γ. Φυσικές Ιδιότητες 1. Αέρια 2. Σωματίδια α. Λεπτά β. Μεγάλα 3. Οσμές Δ. Χρόνος Παραμονής 1. Μόνιμα αέρια 2. Μεταβλητά αέρια α. Μικροί χρόνοι ζωής β. Ημιμόνιμα Ε. Χημική δράση 1. Χημικά ενεργά αέρια 2. Χημικά αδρανή αέρια 3. Ελεύθερες ρίζες ΣΤ. Προέλευση 1. Πρωτογενείς α. Πρόδρομοι 2. Δευτερογενείς Ζ. Κλίμακα 1. Τοπική-αστική 2. Περιφερειακή 3. Παγκόσμια Η. Δραστικότητα 1. Ρύποι υψηλής τοξικότητας 2. Συνηθισμένοι ρύποι Ο πιο συνηθισμένος τρόπος ταξινόμησης των ρύπων βασίζεται στην χημική τους σύνθεση οπότε στα επόμενα κεφάλαια θα παρουσιάσουμε τους κυριότερους ρύπους με βάση αυτό το κριτήριο 2.7 Ανθρακικές ενώσεις Όλη η βιοτική ύλη βασίζεται στον άνθρακα και το στοιχείο αυτό είναι ένα θεμελιώδες τμήμα της ζωής στη Γη. Οι κύριες δεξαμενές του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι το CO2, το CH4 και το CO αλλά ένα σημαντικό μέρος του ατμοσφαιρικού άνθρακα αποτελείται από αναρίθμητες άλλες πτητικές οργανικές ενώσεις (υδρογονάνθρακες πλην του μεθανίου, NMHC)οι οποίες εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από μια ποικιλία 26

27 πηγών. Η συνολική ποσότητα του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι ~700 x 10 9 tn, κυρίως με την μορφή του CO2. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο με πολύ σημαντική συνεισφορά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και την παγκόσμια θέρμανση. Δεν αποτελεί σημαντικό ρύπο, με την παραδοσιακή έννοια, γιατί στις συνηθισμένες συγκεντρώσεις δεν έχει επιπτώσεις στην υγεία καθώς επίσης δεν συμμετέχει σε χημικές αντιδράσεις οι οποίες μπορούν να παράγουν άλλους ατμοσφαιρικούς ρύπους. Για τον λόγο αυτό δεν υπάρχουν σε καμιά χώρα οριακές τιμές για τη συγκέντρωση του CO2 στην ατμόσφαιρα. Όπως όμως εξηγείται σε επόμενο κεφάλαιο, το διοξείδιο του άνθρακα είναι το σημαντικότερο θερμοκηπικό αέριο και υπάρχουν περιορισμοί στις εκπομπές στη ατμόσφαιρα. Οι σημαντικότερες πηγές και καταβόθρες του CO2 παρουσιάζονται στον πίνακα 2.4. Το μεθάνιο είναι σχετικά άφθονο και σταθερό αέριο στην ατμόσφαιρα. Είναι θερμοκηπικό αέριο το οποίο απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία 25 φορές πιο αποτελεσματικά από το διοξείδιο του άνθρακα αλλά λόγω της σημαντικά μικρότερης συγκέντρωσής του στην ατμόσφαιρα η συνολική συνεισφορά του στο φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι μικρότερη. Το μεθάνιο έχει επίσης μικρή συνεισφορά στον σχηματισμό του όζοντος, αλλά γενικά αποτελεί έναν μη σημαντικό παράγοντα του φωτοχημικού νέφους. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.4 Κυριότερες πηγές και καταβόθρες του CO2 Πηγές Καταβόθρες Καύσεις Παραγωγή οξυγόνου από φωτοσύνθεση Παραγωγή τσιμέντου Διάλυση σε νερό (κυρίως των ωκεανών) Βιολογικές διαδικασίες Παράγεται κυρίως κατά τη βακτηριδιακή αποσύνθεση οργανικής ύλης (αναερόβια σήψη) στις καλλιέργειες ρυζιού, στους χώρους απόθεσης απορριμμάτων και από το πεπτικό σύστημα των μηρυκαστικών ζώων (πίνακας 2.5). Το μεθάνιο παράγεται επίσης στο έδαφος από την αποσύνθεση απολιθωμένου άνθρακα. Με την διεργασία αυτή παράγεται το φυσικό αέριο το οποίο περιέχει περισσότερο από 90% μεθάνιο. Ο ρυθμός διάλυσης του μεθανίου στους ωκεανούς είναι σχετικά μικρός. Περίπου 80% της συγκέντρωσής του στην ατμόσφαιρα είναι βιογενούς προελεύσεως. 27

28 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.5 Κυριότερες πηγές και καταβόθρες του CH4 Πηγές Φυσικές πηγές Υγροβιότοποι 165 Τg/y Τερμίτες 20 Ωκεανοί 15 Ανθρωπογενείς πηγές Ενέργεια Μηρυκαστικά 115 Καλλιέργεια ρυζιού 60 Καύση βιομάζας 40 Ορυχεία 40 Κατεργασία αποβλήτων Τg/y Καταβόθρες Χημικοί μετασχηματισμοί Απορρόφηση από το έδαφος, τους πάγους και τους ωκεανούς Βακτηριδιακή δράση Σχήμα 2.5 Κατανομή των ανθρωπογενών πηγών του μεθανίου 28

29 Το Μονοξείδιο του άνθρακα είναι άχρωμο, άοσμο και άγευστο αέριο. Η σημασία του στον σχηματισμό του όζοντος στις αστικές περιοχές είναι γενικά μικρή ενώ είναι ο ρόλος του στον σχηματισμό του όζοντος υποβάθρου είναι γενικά μεγαλύτερος. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.6 Κυριότερες πηγές και καταβόθρες του CO Πηγές (Ατελείς) καύσεις ορυκτών καυσίμων (ιδιαίτερα σε μέσα μεταφοράς) (Ατελείς) καύσεις βιομάζας Οξείδωση μεθανίου Οξείδωση NMHC Βιολογικές διαδικασίες Καταβόθρες Οξείδωση προς CO2 Διάλυση σε νερό Το CO είναι μία σημαντική συνιστώσα της αστικής ρύπανσης και της ρύπανσης εσωτερικών χώρων λόγω των επιβλαβών συνεπειών του στην υγεία του ανθρώπου. Συναντάται στις αστικές περιοχές σε πολύ υψηλά επίπεδα και μέσα σε σήραγγες μπορεί να φθάσει και σε συγκεντρώσεις της τάξης των 50 ppm. Για την προστασία της υγείας υπάρχουν θεσμοθετημένες οριακές τιμές για τη συγκέντρωσή του στην ατμόσφαιρα (βλέπε επόμενο κεφάλαιο). Οι σημαντικότερες πηγές του CO στην ατμόσφαιρα εμφανίζονται στον πίνακα 2.6 Μια πολύ σημαντική πηγή είναι η ατελής καύση σε οχήματα εντός και εκτός δρόμου (ΙΧ, φορτηγά, αεροπλάνα κ.ά.) ενώ η σημαντικότερη καταβόθρα είναι η χημική μετατροπή σε CO2. Οι εκπομπές του CO στις ανεπτυγμένες χώρες εμφανίζουν μειωτική τάση, κυρίως λόγω της χρήσης καταλυτικών μετατροπέων στα οχήματα (σχήμα 2.6) Σχήμα 2.6 Τάση των εκπομπών CO στις Ηνωμένες Πολιτείες και στην Ευρωπαϊκή Ένωση 29

30 Όπως προαναφέρθηκε, η έκθεση σε υψηλές συγκεντρώσεις CO προκαλεί σημαντικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Οι επιδράσεις του CO στην ανθρώπινη υγεία οφείλονται, κατά κύριο λόγο στον σχηματισμό της καρβοξυαιμοσφαιρίνης (HbCO) η οποία υπονομεύει την ικανότητα μεταφοράς οξυγόνου στους ιστούς του οργανισμού. Η λειτουργία αυτή επιτελείται από την αιμοσφαιρίνη του αίματος η οποία όταν έρθει σε επαφή με το οξυγόνο σχηματίζει οξυ-αιμοσφαιρίνη Hb (2.6) O 2 HbO 2 Η οξυ-αιμοσφαιρίνη μεταφέρει το οξυγόνο στους ιστούς του οργανισμού. Η χημική συγγένεια του CO με την ενεργή θέση της αιμοσφαιρίνης είναι πολύ μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του O2 οπότε ακόμη και χαμηλές, σχετικά, συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα μπορούν να δεσμεύσουν σημαντική ποσότητα αιμοσφαιρίνης Hb (2.7) CO HbCO Ο σχηματισμός της καρβοξυαιμοσφαιρίνης είναι μια αμφίδρομη διαδικασία αλλά ο ισχυρός δεσμός του CO με την αιμοσφαιρίνη έχει σαν αποτέλεσμα η απομάκρυνση της HbCO από το αίμα να απαιτεί μεγάλα, σχετικά, χρονικά διαστήματα, από 2 έως 6.5 ώρες. Έκθεση στο μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να οφείλεται, κυρίως, σε τέσσερις πηγές: α. Στην ρύπανση του περιβάλλοντα αέρα, κυρίως από τα οχήματα β. Στην ρύπανση εσωτερικών χώρων, η οποία μπορεί να προκληθεί από ατελείς καύσεις χωρίς σύστημα απαγωγής των καυσαερίων (π.χ. μαγκάλι, πυρκαγιές κ.ά.) γ. Από επαγγελματική ρύπανση (π.χ. πυροσβέστες σε σπίτια που καίγονται, τροχονόμοι που εργάζονται πολλές ώρες στο κέντρο της πόλης, εργάτες σε χυτήρια κ.ά.) δ. Προσωπική ρύπανση, κυρίως από το κάπνισμα Μελέτη που πραγματοποιήθηκε σε περίπτερα της κεντρικής Θεσσαλονίκης έδειξε ότι για τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα που επικρατούν στο κέντρο της πόλης δεν προκύπτουν σημαντικές επιπτώσεις στην υγεία ενώ αντίθετα οι επιπτώσεις από το κάπνισμα είναι σημαντικά μεγαλύτερες (σχήμα 2.7) 30

31 25 Kαπνιστές (Χειμερινή Περίοδος) 20 Αριθμός Περιπτέρων ,4 0,4-0,8 0,8-1,2 1,2-1,6 1,8-2,2 2,2-2,4 2,4-2,8 2,8-3,2 3,2-3,6 3,6-4,0 8-8,4 9,6-10,0 Ποσοστό Καρβοξυαιμοσφαιρίνης(%) 30 Μη Καπνιστές (Χειμερινή Περίοδος) 25 Αριθμός Περιπτέρων ,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0,6-0,7 0,7-0,8 0,8-0,9 0,9-1,0 1,4-1,5 Ποσοστό Καρβοξυαιμοσφαιρίνης (%) Σχήμα 2.7 Ποσοστό καρβοξυαιμοσφαιρίνης στους εργαζόμενους στα περίπτερα της κεντρικής Θεσσαλονίκης. 31

32 2.8 Ενώσεις Του Θείου Το Θείο ήταν γνωστό από τους προϊστορικούς χρόνους. Τα ιατρικά βιβλία του Διοσκουρίδη, του μεγαλύτερου φαρμακολόγου και βοτανολόγου της αρχαιότητας, αναφέρουν το θείο ενώ οι Αιγύπτιοι αλχημιστές το γνώριζαν σαν ένα ορυκτό το οποίο μπορεί να λιώσει και να καεί. Ακόμη στο βιβλίο της Γένεσης αναφέρεται ότι τα Σόδομα και τα Γόμορρα καταστράφηκαν από μια βροχή από «Θειάφι και φωτιά». Η περιγραφή αυτή ταιριάζει με τις συνέπειες από μια έκρηξη ηφαιστείου. Σήμερα, το θείο χρησιμοποιείται για τη θεραπεία πολλών δερματικών παθήσεων. Αξίζει τέλος να αναφέρουμε ότι το θείο καίγεται στον αέρα με μια χαρακτηριστική μπλε φλόγα, με κυριότερο προϊόν το διοξείδιο του θείου. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.7 Παγκόσμιες εκπομπές θειου ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ < ΤΌΝΟΥΣ/ΕΤΟΣ 1880: ΑΜΕΛΗΤΕΕΣ 1950: < ΤΌΝΟΥΣ/ΕΤΟΣ 1993: ~ ΤΌΝΟΥΣ/ΕΤΟΣ Σχήμα 2.8 Παγκόσμιος κύκλος του θείου 32

33 Οι ανθρωπογενείς εκπομπές του θείου στη ατμόσφαιρα είναι ~78 Τg (S) a -1 (πίνακας 2.7). Οι εκπομπές από φυσικές πηγές έχουν παρόμοιο μέγεθος, πιθανότατα είναι λίγο μικρότερες. Κατά συνέπεια, οι ανθρωπογενείς πηγές έχουν πολύ μεγάλη σημασία στο παγκόσμιο ισοζύγιο θείου. Οι ενώσεις του θείου που θα μας απασχολήσουν εδώ είναι το υδρόθειο, Η2S, και το διοξείδιο του θείου, SO2. Ο παγκόσμιος κύκλος του θείου εμφανίζεται στο σχήμα 2.8. Το υδρόθειο είναι ένα 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. Το υδρόθειο εκπέμπεται επίσης από βιομηχανικές δραστηριότητες όπως η επεξεργασία τροφών, οι φούρνοι κοκ, τα βυρσοδεψία, η παραγωγή χαρτιού και τα διυλιστήρια. Το Η2S που υπάρχει στο αργό πετρέλαιο και στο φυσικό αέριο χρησιμοποιείται για την παραγωγή θείου, το οποίο έχει μεγάλη εμπορική αξία. Το υδρόθειο είναι όξινο αέριο το οποίο αντιδρά με αλκαλικά υλικά και με μέταλλα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα ασημικά μαυρίζουν με τον χρόνο. Σε μακροχρόνια έκθεση σε ρυπασμένη ατμόσφαιρα σχηματίζεται σουλφίδιο του αργύρου το οποίο είναι μαύρο. Το Η2S θεωρείται γενικά δηλητήριο ευρέως φάσματος γιατί μπορεί να δηλητηριάσει πολλά όργανα του σώματος. Η εισπνοή πολύ υψηλών επιπέδων υδροθείου μπορεί να καταστρέψει το οσφρητικό νεύρο (κάνοντας αδύνατη την ανίχνευσή του με την όσφρηση) και να προκαλέσει τον θάνατο σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Η έκθεση σε χαμηλότερα επίπεδα μπορεί να οδηγήσει σε ερεθισμό των ματιών, φαρυγγίτιδα και βήχα, δύσπνοια και υγρά στους πνεύμονες. Αυτά τα συμπτώματα εξαφανίζονται μετά από μερικές εβδομάδες. Η μακροχρόνια έκθεση σε χαμηλά επίπεδα μπορεί να οδηγήσει σε κόπωση, απώλεια της όρεξης, πονοκεφάλους, κακή μνήμη και ιλίγγους. Το διοξείδιο του θείου είναι άχρωμο αέριο το οποίο είναι άοσμο σε χαμηλές συγκεντρώσεις, γίνεται αντιληπτό ήδη στα 300 ppbv ενώ εμφανίζει έντονη ερεθιστική οσμή σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις > 500 ppbv. Το SO2 παρουσιάζει επίσης μεγάλη διαλυτότητα στο νερό. Το SO2 έχει πολλές σημαντικές χρήσεις. Ήδη από τα αρχαία χρόνια χρησιμοποιούταν για απολύμανση με καπνό (υπάρχει σχετική αναφορά και στον Όμηρο). Είναι μυκητοκτόνο και έχει ευρείες τοξικές επιδράσεις στους μικροοργανισμούς. Χρησιμοποιείται λοιπόν για απολύμανση και διατήρηση τροφών και κρασιών. Τα αποξηραμένα φρούτα κατεργάζονται με SO2 το οποίο εμποδίζει την αλλαγή χρώματος ενώ διατηρεί και το φρούτο. Το διοξείδιο του θείου χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στην ζυθοποιία (εμποδίζει τον σχηματισμό των νιτροζαμινών, καρκινογόνων χημικών ουσιών) και την οινοποιία, κυρίως σαν συντηρητικό. Συμμετέχει σε μια ομάδα συντηρητικών τα οποία επιτρέπεται να χρησιμοποιούνται σε τροφές και είναι όμως υπεύθυνο για αντιδράσεις αλλεργικού τύπου σε ασθματικούς και άτομα με 33

34 άλλες αλλεργικές παθήσεις τα οποία καταναλώνουν αυτές τις τροφές. Το διοξείδιο του θείου είναι επίσης υπεύθυνο για τον πονοκέφαλο που εμφανίζεται πολλές φορές μετά την κατανάλωση, γλυκών κυρίως, κρασιών. Χρησιμοποιείται επίσης σαν λευκαντικό για το χαρτί, τα υφάσματα κτλ. Οι κυριότερες πηγές και καταβόθρες εμφανίζονται στον πίνακα 2.8. Το 80% των ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του θείου προέρχεται από την καύση ορυκτών καυσίμων από σταθερές πηγές (βιομηχανία, θέρμανση). ΠΙΝΑΚΑΣ 2.8 Κυριότερες πηγές και καταβόθρες του SO2 Πηγές Ηφαίστεια Καύση ορυκτών καυσίμων Οξείδωση DMS Οξείδωση υδρόθειου Καταβόθρες Χημικές αντιδράσεις Υγρή και ξηρή απόθεση Από το ποσοστό αυτό, το 85% αποτελεί εκπομπές από σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ενώ μόνο το 2% οφείλεται στις εκπομπές του τομέα των μεταφορών. Σημαντικές πηγές αποτελούν επίσης τα διυλιστήρια πετρελαίου και τα εργοστάσια επεξεργασίας χαλκού. Από τις φυσικές πηγές πολύ σημαντικές είναι τα ηφαίστεια και η οξείδωση των φυσικά παραγομένων DMS (κυρίως από τα φύκια και τα βακτήρια των ωκεανών) και H2S. 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). Τέλος, επιδρά στα δομικά υλικά και προκαλεί σημαντικές φθορές στο πολιτιστική μας κληρονομιά καθώς το Η2SO4 προσβάλει το ανθρακικό ασβέστιο των μαρμάρων και το μετατρέπει σε γύψο. Μια από τις σημαντικότερες επιπτώσεις του SO2 είναι η συνεισφορά του στο φαινόμενο της όξινης βροχής. Λεπτομέρειες για την όξινη βροχή παρουσιάζονται σε επόμενο κεφάλαιο. Σχήμα 2.9 Διαχρονική εξέλιξη των εκπομπών του θείου. 34

35 2.9 Ενώσεις του αζώτου Το άζωτο ανακαλύφθηκε από τον Σκωτσέζο φυσικό Daniel Rutherford το Το Ν2 υπάρχει παντού γύρω μας μιας και αποτελεί το ~78% του αέρα που αναπνέουμε. Συνολικά η ατμόσφαιρα της γης περιέχει 4,000 τρισεκατομμύρια τόνους αζώτου. To % της συνολικής ποσότητας του αζώτου στην ατμόσφαιρα συναντάται με την μορφή του N2 ενώ το N2O είναι υπεύθυνο για το 99% της εναπομείνασας ποσότητας. Παρά την αφθονία του στην ατμόσφαιρα, το ελεύθερο άζωτο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τα ζώα και τα φυτά. Προκειμένου να εισέλθει σε ζώντες οργανισμούς, το άζωτο πρέπει να είναι «δεσμευμένο» σε συστατικά όπως είναι τα νιτρικά (ΝΟ3 - ) και η αμμωνία (NH3). Ένα μέρος του ατμοσφαιρικού αζώτου δεσμεύεται από τις αστραπές και τους κεραυνούς και από φωτοσυνθετικά βακτήρια στους ωκεανούς. Παρ όλα αυτά το κύριο τμήμα της δέσμευσης του N2 λαμβάνει χώρα στο έδαφος από δύο ειδών βακτήρια: αυτά που ζουν ελεύθερα στο έδαφος και αυτά που ζουν κλεισμένα στις ρίζες συγκεκριμένων οσπριωδών φυτών, όπως είναι το τριφύλλι, το μπιζέλι, το φασόλι, η σόγια και το φιστίκι. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν τα σαπρόφυτα τα οποία χρησιμοποιούν την ενέργεια από αποσυντιθέμενη οργανική ύλη για την δέσμευση του αζώτου. Στην δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνονται τα ριζόβια τα οποία ζουν συμβιωτικά με τα φυτά και τα οποία χρησιμοποιούν υδρογονάνθρακες από τα φυτά για την δέσμευση του αζώτου και την παραγωγή αμινοξέων. Τα αμινοξέα χρησιμοποιούνται από τα φυτά για την ανάπτυξή τους. Τα ζώα χρησιμοποιούν τα φυτά σαν τροφή και μετατρέπουν την φυτική πρωτεΐνη σε ζωική πρωτεΐνη. Έχει υπολογισθεί ότι 1 στρέμμα οσπρίων μπορεί να δεσμεύσει περισσότερο από 34 κιλά Ν2. Μετά τη συγκομιδή, οι ρίζες των οσπρίων που μένουν στο έδαφος αποσυντίθεται και αποδίδουν τις ουσίες του οργανικού αζώτου στο έδαφος για χρήση από την επόμενη γενιά φυτών. Για το λόγο αυτό σε πολλές περιπτώσεις γίνεται εναλλαγή των καλλιεργειών (μεταξύ οσπριωδών και μη οσπριωδών) ώστε να διατηρηθεί η γονιμότητα του εδάφους. Οι ενώσεις οι οποίες θα μας απασχολήσουν εδώ είναι το υποξείδιο του αζώτου (Ν2Ο), η αμμωνία (NH3) τα οξείδια του αζώτου (ΝΟx) και οργανικές ενώσεις αζώτου. Το Υποξείδιο του Αζώτου είναι άχρωμο, υπόγλυκο, μη τοξικό αέριο. Στην ατμόσφαιρα εμφανίζεται σε τυπικές συγκεντρώσεις της τάξης ~0.2 ppm. Το Ν2Ο είναι επίσης γνωστό και σαν αέριο του γέλιου και χρησιμοποιείται, ήδη από το 1840, σαν αναισθητικό στην οδοντιατρική και την ιατρική. Σε συνηθισμένες θερμοκρασίες το Ν2Ο είναι αδρανές και γι αυτό χρησιμοποιείται ευρέως σαν προωθητικό αέριο στην θέση των CFCs. Σε υψηλές θερμοκρασίες όμως λαμβάνει χώρα εξώθερμη αποσύνθεση του Ν2Ο σε οξυγόνο και άζωτο. Αν η αντίδραση λάβει χώρα σε μηχανή εσωτερικής καύσης ενός αυτοκινήτου, παράγονται τρία μόρια αερίου από δύο μόρια, ενισχύοντας τη ισχύ καθώς επίσης 35

36 απελευθερώνοντας περισσότερη θερμότητα. Για τον λόγο αυτό το Ν2Ο χρησιμοποιείται πολλές φορές σε αγωνιστικά αυτοκίνητα ώστε να ενισχυθεί η ισχύς και να αποκτήσει το αυτοκίνητο εξαιρετική επιτάχυνση. Όπως θα εξηγήσουμε σε επόμενο κεφάλαιο το Ν2Ο είναι θερμοκηπικό αέριο με σημαντική συνεισφορά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Επίσης παρουσιάζει ενδιαφέρον στη χημεία της στρατόσφαιρας όπου οξειδώνεται σε ΝΟ και επηρεάζει σημαντικά το στρατοσφαιρικό όζον. Η αμμωνία (ΝΗ3) είναι ένα άχρωμο αέριο με οξεία, ερεθιστική οσμή. Είναι εξαιρετικά διαλυτή στο νερό ενώ επίσης είναι ελαφρύτερη του αέρα. Παρά το γεγονός ότι έχει σχετικά μικρό χρόνο παραμονής, η αμμωνία είναι η τρίτη σε αφθονία ένωση του αζώτου στην ατμόσφαιρα (μετά το Ν2 και το Ν2Ο). Με φυσικό τρόπο η αμμωνία παράγεται από την αναερόβια αποσύνθεση οργανικού υλικού. Η αμμωνία είναι το πρώτο σύνθετο μόριο που αναγνωρίσθηκε στον διαστρικό χώρο και τα δαχτυλίδια του Κρόνου αποτελούνται από στερεή αμμωνία. Η αμμωνία είναι σε μεγάλο βαθμό ένα προϊόν των βιολογικών δράσεων και περιλαμβάνεται σε μεγάλες ποσότητες στ Τεράστιες ποσότητες αμμωνίας παράγονται σε όλο τον κόσμο για βιομηχανική χρήση. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της παραγωγής (~70%) χρησιμοποιείται για λιπάσματα. Η αμμωνία απορροφάται άμεσα και αποτελεσματικά από το έδαφος έτσι ώστε μόνο ένα μικρό σχετικά μέρος της χάνεται στην ατμόσφαιρα. Παρ όλα αυτά, οι αγροτικές δραστηριότητες, τόσο η γεωργία όσο και η κτηνοτροφία, είναι υπεύθυνες για το μεγαλύτερο μέρος των ανθρωπογενών εκπομπών ΝΗ3 στην ατμόσφαιρα. Η αμμωνία είναι το μοναδικό βασικό αέριο στην ατμόσφαιρα. Κατά συνέπεια είναι αποκλειστικά υπεύθυνη για την ουδετεροποίηση των οξέων που παράγονται από την οξείδωση των SO2 και ΝΟ2. Από αυτή την διεργασία παράγονται αερολύματα (ammonium salts of sulfuric and nitric acid). Τα οξείδια του αζώτου με την μεγαλύτερη περιβαλλοντική σημασία είναι το μονοξείδιο και το διοξείδιο. Το άθροισμα των συγκεντρώσεων τους στην ατμόσφαιρα συμβολίζεται πολλές φορές σαν ΝΟx. Το Μονοξείδιο του Αζώτου (ΝΟ) είναι ένα άχρωμο, άγευστο και άοσμο αέριο. Η σημαντικότερη ανθρωπογενής πηγή του ΝΟ είναι η καύση ορυκτών καυσίμων και βιομάζας. Προέρχεται από την αντίδραση του υδρογόνου και του οξυγόνου του αέρα στις υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στις μηχανές καύσης. N O 2NO 2 2 (2.9) Ακόμη, το ΝΟ εκπέμπεται από μικρόβια στο χώμα και τα φυτά. Στον αέρα το ΝΟ οξειδώνεται σχετικά γρήγορα και παράγει διοξείδιο του αζώτου. Στα επίπεδα στα οποία 36

37 συνήθως συναντάται στις αστικές περιοχές, τo NO δεν έχει σημαντικές επιπτώσεις στην υγεία. Η περιβαλλοντική του σημασία προκύπτει κατά κύριο λόγο από το γεγονός ότι αποτελεί πρόδρομο ρύπο του όζοντος, του νιτρικού οξέος και του νιτρικού άλατος. Έτσι, έμμεσα έχει συμμετοχή στην φωτοχημική ρύπανση, την όξινη βροχή και των παγκόσμιων αλλαγών, αντίστοιχα. Το διοξείδιο του Αζώτου (ΝΟ2) είναι ένα καφέ αέριο με ισχυρή οσμή. Το χρώμα του οφείλεται στο γεγονός ότι απορροφά ορατή ακτινοβολία σε μικρά μήκη κύματος που αντιστοιχούν στο γαλάζιο και το πράσινο, διαβιβάζοντας τα υπόλοιπα μήκη κύματος. Το ΝΟ2 εκπέμπεται πρωτογενώς από τις μηχανές εσωτερικής καύσεως. Θεωρείται, όμως, ότι από τα συνολικά NΟx που εκπέμπονται το 90% είναι με την μορφή μονοξειδίου και μόνο το 10% με την μορφή του διοξειδίου του αζώτου. Κατά συνέπεια, η σημαντικότερη πηγή του είναι η οξείδωση του ΝΟ. Το ΝΟ2 απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα κυρίως μέσω φωτόλυσης και χημικών αντιδράσεων (περισσότερες λεπτομέρειες παρακάτω) αλλά και μέσω διάλυσης στο νερό των ωκεανών. Φωτοχημικό νέφος Όταν επικρατούν υψηλά επίπεδα ρύπανσης έχει επικρατήσει στον καθημερινό λόγο να χρησιμοποιούμε τον όρο «Νέφος». Αντίστοιχα στην Αγγλική γλώσσα μιλάμε για SMOG (αιθαλομίχλη). Η λέξη είναι σύνθετη και προέρχεται από τις λέξεις SMOke (αιθάλη) και fog (ομίχλη). Η βιομηχανική αιθαλομίχλη προκαλείται σχεδόν αποκλειστικά από την κατανάλωση καυσίμων υλών, ειδικά κάρβουνου, σε στάσιμες πηγές όπως είναι οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας και τα χυτήρια. Τα βασικά συστατικά της βιομηχανικής αιθαλομίχλης είναι τα οξείδια του θείου και τα αιωρούμενα σωματίδια. Συνδυάζεται συνήθως με υψηλή σχετική υγρασία και συχνά ονομάζεται και Νέφος Αιθαλομίχλης. Η αιθαλομίχλη σχηματίζεται ευκολότερα από την ομίχλη και διαρκεί περισσότερο απ αυτήν. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι τοποθεσίες τις οποίες οι άνθρωποι επέλεξαν να χτίσουν τις περισσότερες πόλεις χαρακτηρίζονται από κακό εξαερισμό, πράγμα το οποίο ευνοεί τον σχηματισμό αιθαλομίχλης. Μέχρι την δεκαετία του 1960 το Λονδίνο φημιζόταν για την πυκνή ομίχλη του που σε πολλές περιπτώσεις περιόριζε την ορατότητα σε λίγα μέτρα. Λόγω της κακής κυκλοφορίας του αέρα, η επίμονη ομίχλη πολλές φορές διαρκούσε μερικές ημέρες. Αντίθετα, η ατμοσφαιρική ρύπανση σε πολλές σύγχρονες πόλεις προκαλείται από εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα, οξειδίων του αζώτου και υδρογονανθράκων τα οποία με την παρουσία του ηλιακού φωτός αντιδρούν μεταξύ τους σχηματίζοντας την φωτοχημική αιθαλομίχλη. Κύρια πηγή υδρογονανθράκων είναι η χλωρίδα και κυρίως τα δέντρα, ενώ το μεγαλύτερο ποσοστό από τις ανθρώπινες δραστηριότητες προέρχεται από την καύση ορυκτών καυσίμων και από τις διαφεύγουσες εκπομπές μηχανών εσωτερικής καύσης και από διυλιστήρια πετρελαίου. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, κύρια πηγή τους είναι οι κεντρικές θερμάνσεις και η βιομηχανία ενώ το καλοκαίρι (λόγω αυξημένων 37

38 εξατμίσεων) το μεγαλύτερο ποσοστό τους προέρχεται από τα αυτοκίνητα. Στην ατμόσφαιρα οι υδρογονάνθρακες διασπώνται χημικά σε υπεροξικές ρίζες, οι οποίες συμβολίζονται με RO2. Οι υπεροξικές ρίζες και τα οξείδια του αζώτου σχηματίζουν όζον μέσω των παρακάτω αντιδράσεων: NO RO NO2 RO 2 (2.10) NO NO O3 NO2 O2 (2.11) 280 nm NO O h (2.12) O O2 M O3 M (2.13) Από τις παραπάνω εξισώσεις προκύπτουν, μεταξύ άλλων, τα παρακάτω συμπεράσματα: 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. Η εξίσωση (2.12) περιγράφει την αντίδραση τριών σωμάτων. Το Μ παίζει το ρόλο καταλύτη και στην ατμόσφαιρα είναι συνήθως ένα αδρανές αέριο, κυρίως το Ο2 και το Ν2. Στο σχήμα 2.10 φαίνεται η τυπική ημερήσια πορεία των συγκεντρώσεων των ΝΟx και το O3 σε μια αστική περιοχή. Η χρονική εξέλιξη των συγκεντρώσεων οφείλεται τόσο σε παράγοντες εκπομπών (π.χ. πρωινό μέγιστο κυκλοφορίας) όσο και σε χημικούς (π.χ. αντιδράσεις (2.10)-(2.13) μεταξύ των συστατικών του φωτοχημικού νέφους) και μετεωρολογικούς (π.χ. ηλιακή ακτινοβολία και κακές συνθήκες διασποράς τις πρωινές ώρες) παράγοντες. Στο σχήμα 2.11 εμφανίζεται η κατανομή των ανθρωπογενών εκπομπών των προδρόμων ρύπων του όζοντος στην Ευρωπαϊκή Ένωση ανά τομέα. (πρόδρομοι ρύποι του όζοντος θεωρούνται τα οξείδια του αζώτου (NOx), οι πτητικές οργανικές ενώσεις πλην του μεθανίου (NMVOC s) και του μονοξειδίου του άνθρακα). Όπως φαίνεται από το σχήμα αυτό την κύρια ευθύνη έχουν οι οδικές μεταφορές. 38

39 Σχήμα 2.10 Ημερήσια πορεία των επιπέδων φωτοχημικής ρύπανσης σε αστική περιοχή. Σχήμα 2.11 Εκπομπές των προδρόμων ρύπων του όζοντος στην Ευρωπαϊκή Ένωση ανά τομέα (1999) 39

40 2.10 Αιωρούμενα σωματίδια Γενικά Τα σωματίδια στην ατμόσφαιρα διαφέρουν από τα αέρια σε δύο σημεία. Πρώτον 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. Κατά συνέπεια, τα σωματίδια έχουν μέγεθος μεγαλύτερο από τα άτομα και τα μόρια των αερίων (σχήμα 2.12). Κατά δεύτερον, σε αντίθεση με τα αέρια τα σωματίδια βρίσκονται σε υγρή ή στερεή φάση. Οι όροι αιωρούμενα σωματίδια και αερολύματα (αerosols) χρησιμοποιούνται σε πολλές περιπτώσεις αδιάκριτα. Τα αιωρούμενα σωματίδια έχουν τυπικά διάμετρο από 0.01 έως 10 μm. Τα μικρότερα σωματίδια αυξάνονται ραγδαία μέσω συμπύκνωσης ενώ τα μεγαλύτερα σωματίδια αποτίθενται γρήγορα στο έδαφος λόγω βαρυντικής καθίζησης. Πολλές φορές η συγκέντρωση των σωματιδίων αντιπροσωπεύεται από τον αριθμό σωματιδίων ανά μονάδα όγκου αέρα αλλά συνήθως μετρείται σαν η μάζα των σωματιδίων ανά μονάδα όγκου αέρα. Σε αντίθεση με τους αέριους ρύπους, για τον πλήρη χαρακτηρισμό των αιωρούμενων σωματιδίων δεν επαρκεί μόνο η συγκέντρωσή τους αλλά απαιτούνται επίσης πληροφορίες για την κατανομή του μεγέθους τους και την χημική σύστασή τους. Τα αιωρούμενα σωματίδια στην ατμόσφαιρα έχουν πολύ σημαντικές περιβαλλοντικές συνέπειες. Σε υψηλές συγκεντρώσεις αποτελούν ένα σημαντικό κίνδυνο για την υγεία του αναπνευστικού. Απορροφούν και διαχέουν την ορατή ακτινοβολία περιορίζοντας την ορατότητα της ατμόσφαιρας και συμβάλλοντας αρνητικά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Χρησιμεύουν σαν πυρήνες συμπύκνωσης για την δημιουργία νεφών. Έχουν σημαντικό ρόλο σε χημικές αντιδράσεις. 40

41 Σχήμα 2.12 Χαρακτηριστικά μεγέθη διαφόρων. Όπως προαναφέρθηκε, ο χρόνος παραμονής τους στην ατμόσφαιρα εξαρτάται τόσο από το μέγεθος τους όσο και από το ατμοσφαιρικό στρώμα στο οποίο βρίσκονται. Έτσι ο μέσος χρόνος ζωής στην κατώτερη τροπόσφαιρα είναι 5 ημέρες ενώ στην ανώτερη τροπόσφαιρα φθάνει τον 1 μήνα. Όταν τα σωματίδια βρεθούν στη στρατόσφαιρα, π.χ. λόγω της έκρηξης ηφαιστείου, ο χρόνος παραμονής φθάνει τα 2-3 χρόνια. Το μεγαλύτερο μέρος της μάζας των αερολυμάτων βρίσκεται στην κατώτερη τροπόσφαιρα. Αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο στο γεγονός ότι οι σημαντικότερες πηγές εκπομπής βρίσκονται κοντά στο έδαφος οπότε οι μικροί, σχετικά, χρόνοι παραμονής των αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα δεν αφήνουν μεγάλα χρονικά περιθώρια για την μεταφοράς τους σε μεγάλα ύψη. Έτσι, οι συγκεντρώσεις των αερολυμάτων στην ανώτερη τροπόσφαιρα είναι 1-2 τάξεις μεγέθους μικρότερη από τις αντίστοιχες στην κατώτερη τροπόσφαιρα. Αυτός είναι και ο κυριότερος λόγος που η ορατότητα βελτιώνεται δραματικά όταν ξεπεράσουμε τα χαμηλότερα 1-2 χιλιόμετρα της ατμόσφαιρας. Παρ όλα αυτά στην στρατόσφαιρα υπάρχει ένα σημαντικό στρώμα αερολυμάτων H2SO4-H2O στο ύψος ~15-25 χιλιομέτρων, το οποίο παίζει σημαντικό ρόλο στη χημεία του όζοντος. Το στρώμα αυτό προέρχεται κυρίως από την οξείδωση του σουλφιδίου του καρβονυλίου (COS), ενός αερίου βιογενούς προέλευσης το οποίο έχει σημαντικό χρόνο παραμονής στην ατμόσφαιρα και μπορεί να εισχωρήσει στη στρατόσφαιρα. 41

42 Πηγές και καταβόθρες Τα αιωρούμενα σωματίδια είναι τόσο πρωτογενούς όσο και δευτερογενούς προέλευσης και προέρχονται τόσο από ανθρωπογενείς όσο και φυσικές πηγές (σχήμα 2.13). Οι φυσικές πηγές μάλιστα είναι υπεύθυνες για το 70-90% του συνόλου των αιωρουμένων σωματιδίων (Πίνακας 2.9) Τα αιωρούμενα σωματίδια στην ατμόσφαιρα προέρχονται κυρίως από τη συμπύκνωση αερίων και την δράση του ανέμου πάνω στην επιφάνεια της γης. Τα μικρότερα σωματίδια (με διάμετρο μικρότερη του 1 μm) προέρχονται σχεδόν αποκλειστικά από τη συμπύκνωση προδρόμων αερίων. Ένα πολύ σημαντικό πρόδρομο αέριο είναι το θειικό οξύ (H2SO4), το οποίο παράγεται στην ατμόσφαιρα από την οξείδωση του SO2. Το θειικό οξύ συμπυκνώνεται για τον σχηματισμό υδάτινων θειικών αλάτων. Ο οργανικός άνθρακας αποτελεί ένα μεγάλο μέρος των μικρών σωματιδίων και αποδίδεται κυρίως στη συμπύκνωση υδρογονανθράκων τόσο βιογενούς όσο και ανθρωπογενούς προέλευσης. Μία ακόμη σημαντική συνιστώσα των μικρών σωματιδίων είναι η αιθάλη η οποία παράγεται από τη συμπύκνωση αερίων κατά την διάρκεια της καύσης. Η αιθάλη περιλαμβάνει τόσο στοιχειώδη άνθρακα όσο και συμπυκνώσεις μαύρων οργανικών. Η μηχανική δράση του ανέμου πάνω στην επιφάνεια της γης εκπέμπει θαλάσσιο αλάτι, σκόνη από χώμα, και σωματίδια από τη βλάστηση. Τα σωματίδια αυτά είναι συνήθως μεγάλης διαμέτρου, 1-10 μm. Μικρότερα σωματίδια είναι δύσκολο να δημιουργηθούν με μηχανικό τρόπο γιατί έχουν μεγάλη αναλογία επιφάνειας ως προς όγκο οπότε η επιφανειακή τους τάση ανά μονάδα όγκου αερολύματος είναι μεγάλη. Τα σωματίδια με διάμετρο μεγαλύτερη από 10 μm είναι δυσκολότερο να ανυψωθούν από τον άνεμο και έχουν μεγάλες ταχύτητες καθίζησης οπότε δεν παραμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα στην ατμόσφαιρα (πίνακας 2.10). Συμπληρωματικά αξίζει να αναφέρουμε τις εκρήξεις ηφαιστείων οι οποίες τροφοδοτούν την ανώτερη τροπόσφαιρα και στρατόσφαιρα με σωματίδια τα οποία περιέχουν τα στοιχεία του μανδύα της γης, καθώς την καύση βιομάζας (όπως οι πυρκαγιές δασών). Η καύση ορυκτών καυσίμων είναι ίσως η σημαντικότερη ανθρωπογενής πηγή αιωρουμένων σωματιδίων. Από αυτή την άποψη σημαντικότερα ορυκτά καύσιμα είναι το κάρβουνο, το πετρέλαιο, και το diesel. Η καύση βενζίνης εκπέμπει μικρές μόνο ποσότητες σωματιδίων. 42

43 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.9 Φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές ατμοσφαιρικών σωματιδίων (10 6 τόνοι / έτος) ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ Σκόνη Πυρκαϊες δασών Ηφαίστεια Θάλασσες Μετατροπή αερίων σε σωματίδια Φωτοχημική μετατροπή αερίων σε σωματίδια ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ Εκπομπές Μετατροπή αερίων σε σωματίδια Φωτοχημική μετατροπή αερίων σε σωματίδια ΣΥΝΟΛΟ ΠΙΝΑΚΑΣ 2.10 Χρόνος που απαιτείται για την κάθοδο ενός σωματιδίου λόγω βαρυντικής καθίζησης κατά 1 χιλιόμετρο στην ατμόσφαιρα Διάμετρος σωματιδίου Χρόνος καθόδου 1 χιλιομέτρου 228 χρόνια 36 χρόνια 328 ημέρες 3.6 ημέρες 1.1 ώρες 4 λεπτά 43

44 Σχήμα 2.13 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 44

45 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) Άλατα του αμμωνίου, προϊόντα εξουδετέρωσης όξινων ουσιών στην ατμόσφαιρα από την αμμωνία. ε) Άλατα από το θαλασσινό νερό. ζ) Άλατα 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 Έρευνες δείχνουν ότι οι κακές συνέπειες των αερολυμάτων στην υγεία εμφανίζονται ακόμη και σε σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις. 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. Τα τμήματα του αναπνευστικού συστήματος που εξετάζουμε είναι ο ρινοφάρυγγας και η τραχεία, ο θώρακας και οι κυψελίδες. Τα σωματίδια που διαπερνούν την πρώτη περιοχή λέγονται αναπνεύσιμα, τη δεύτερη θωρακικά και την τρίτη εισπνεύσιμα. Με αυτό τον τρόπο μπορούμε να διαχωρίσουμε τα σωματίδια ανάλογα με την αεροδυναμική διάμετρό τους, D ae, και την διαπερατότητά τους στο αναπνευστικό σύστημα: Αναπνεύσιμα: 10 < D ae < 200 μm, 45

46 Θωρακικά: 4 < D ae < 10 μm, Εισπνεύσιμα: D ae < 4 μm Όξινη βροχή Οξύτητα είναι η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου σε μια ουσία όπως αυτή ορίζεται από τον αρνητικό λογάριθμο της συγκέντρωσης των ιόντων του υδρογόνου (ph). Στο σχήμα 2.15 παρουσιάζονται παραδείγματα της κλίμακας του ph. Το καθαρό νερό έχει ουδέτερο ph ίσο με 7. Το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα διαλύεται στις σταγόνες της βροχής με αποτέλεσμα το ph της να μειώνεται περίπου στο 5.6. Η αντίδραση μεταξύ νερού και διοξειδίου του άνθρακα δημιουργεί ανθρακικό οξύ: H O CO H CO 2 (2.14) Το ανθρακικό οξύ διαχωρίζεται μερικώς, συνεισφέροντας σε ιόντα υδρογόνου H CO H HCO (2.15) Όξινη ονομάζεται η βροχή η οποία έχει ph μικρότερο από 5.6. Φυσικές πηγές εκπομπών οξειδίων του θείου και του αζώτου μπορούν σε κάποιες περιπτώσεις να οδηγήσουν σε βροχή με τιμές ph ~5. Χαμηλότερες τιμές ph (μέχρι ~2.6) μπορεί να προκληθούν από μεγάλες ανθρωπογενείς πηγές, κυρίως λόγω καύσης ορυκτών καυσίμων. Η ΚΛΙΜΑΚΑ ΤΟΥ ph Τα κτίρια και οι βαφές επηρεάζονται για ph < 5 Τα ψάρια επηρεάζονται για ph < 6 Τα δέντρα επηρεάζονται για ph < 3,5 ΟΞΙΝΟ ΟΥ ΔΕΤ ΕΡΟ 0 7 2,2-3,0 ΒΑΣΙΚΟ 11,0-12,0 14 2,9-3,3 Λεμονάδα 6,4-7,6 Αμμωνία Σχήμα 2.15 Η κλίμακα του ph. Οι εκπομπές οξειδίων του θείου και του αζώτου στην ατμόσφαιρα μπορούν να οδηγήσουν, κυρίως μέσα από οξείδωση, σε σχηματισμό νιτρικών και θειικών οξέων: 46

47 2SO O SO (2.16) SO H O H SO H HSO 2 2 SO H (2.17) 2NO O NO (2.18) NO OH HNO H NO (2.19) Ο μετασχηματισμός των οξειδίων του θείου σε θειικό οξύ λαμβάνει χώρα σε διάστημα μερικών ημερών. Σε αυτό το διάστημα η αέρια μάζα μπορεί να μεταφερθεί ακόμη και χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά από την πηγή εκπομπής και η όξινη βροχή να πλήξει περιοχές οι οποίες δεν βρίσκονται κοντά σε μεγάλες πηγές ρύπανσης. Από την άλλη πλευρά, ο μετασχηματισμός των οξειδίων του αζώτου λαμβάνει χώρα σε μικρότερες χρονικές κλίμακες οπότε οι επιπτώσεις εμφανίζονται σε μικρές ως μεσαίες αποστάσεις από την πηγή εκπομπής. Ο όρος όξινη βροχή έχει επικρατήσει και χρησιμοποιείται ευρύτατα τόσο σε επιστημονικά κείμενα όσο και στην καθομιλουμένη αλλά αν θέλουμε να είμαστε ακριβείς θα έπρεπε να χρησιμοποιούμε τον όρο όξινη απόθεση γιατί η απόθεση των οξέων στο έδαφος λαμβάνει χώρα με πολλές μορφές, όπως βροχή, χιόνι, ομίχλη ακόμη και με την μορφή στερεών σωματιδίων. Επιπτώσεις της όξινης βροχής Ήδη από το δεύτερο μισό του 19 ο αιώνα υπήρχαν καταγεγραμμένες μαρτυρίες για περιστατικά όξινης βροχής. Παρ όλα αυτά, το πρόβλημα ήταν παραγνωρισμένο μέχρι περίπου το 1968 όταν ένας Σουηδός ερευνητής, ο Svante Oden, παρουσίασε μία τεχνική έκθεση στην οποία εφιστά την προσοχή στη συνεχώς αυξανόμενη οξίνιση του υετού, γεγονός το οποίο ο εν λόγω ερευνητής απέδιδε στις εκπομπές ρύπων στην κεντρική Ευρώπη και την Μεγάλη Βρετανία (το οξύμωρο είναι ότι αυτή η πρώτη τεχνική έκθεση η οποία αφορούσε ένα σοβαρό διεθνές πρόβλημα ήταν γραμμένη στα Σουηδικά). Ο Oden παρουσίαζε ακόμη μια σειρά υποθέσεων για το πώς θα επηρεάζονταν τα οικοσυστήματα από αυτή την οξίνιση, υποθέσεις οι οποίες συνάντησαν κατ αρχή μεγάλες αντιδράσεις από τις χώρες που κατονομάζονταν σαν "χώρες πηγών", οι οποίες όμως αργότερα αποδείχτηκαν αληθινές: καταστροφές δασών, εξαφάνιση ορισμένων ψαριών από λίμνες κτλ. 47

48 Σχήμα Εκπομπές των ουσιών που προκαλούν οξίνιση στην Ευρωπαϊκή Ένωση ανά τομέα (1999). Επιπτώσεις στα δάση και στις καλλιέργειες Το διοξείδιο του θείου απορροφάται από τα στόματα των φύλλων και έχει επιπτώσεις στα δάση και τις καλλιέργειες. Οι άμεσες επιπτώσεις της όξινης βροχής στα δάση και τις καλλιέργειες είναι μάλλον περιορισμένες. Υπάρχουν μάλιστα πολύ λίγες περιπτώσεις όπου καταγράφηκαν αξιοσημείωτες επιπτώσεις σε μεμονωμένα δένδρα. Όσο για τις καλλιέργειες, η όξινη βροχή δημιουργεί γενικά περιορισμένες επιπτώσεις γιατί στις περισσότερες περιπτώσεις οι αγρότες μπορούν να αντισταθμίσουν τις επιπτώσεις αυξάνοντας την λίπανση. Από την άλλη πλευρά, η όξινη απόθεση είναι εξαιρετικά επιζήμια για πολλά είδη βλάστησης, όπως είναι τα δάση και οι αγροτικές καλλιέργειες, κυρίως επειδή δυσχεραίνουν την πρόσληψη του αζώτου από τα φυτά και παρασύρουν τα θρεπτικά συστατικά από τα φύλλα τους. 48

49 Σχήμα 2.17 Περίπου το 25% των δένδρων της Ευρώπης έχει υποστεί ζημιά από την όξινη απόθεση Επιπτώσεις στα υδατικά οικοσυστήματα Η όξινη βροχή έχει οδηγήσει στην οξίνιση λιμνών και ποταμών σε πολλές περιοχές της Ευρώπης και της Αμερικής. Σε αυτές τις περιπτώσεις παρατηρείται μείωση της βιοποικιλότητας στα ψάρια και τα οστρακόδερμα. Όταν το ph είναι χαμηλότερο από 3 μπορεί να οδηγήσει στην απελευθέρωση μετάλλων όπως το αλουμίνιο και ο υδράργυρος από τα ιζήματα και τα γειτονικά εδάφη στο νερό. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να μειωθεί ακόμη περισσότερο η δυνατότητα των λιμνών να υποστηρίξει τη βιοποικιλότητα. Επιπτώσεις στα κτίρια Η όξινη βροχή έχει σημαντικές επιπτώσεις σε υλικά όπως τα μέταλλα και τα μάρμαρα τα οποία χρησιμοποιούνται στα κτίρια. Το ανθρακικό ασβέστιο αντιδρά σύμφωνα με την παρακάτω: 2 CaCO H O CO Ca 2HCO (2.20)

50 Σχήμα 2.18 Διάβρωση μνημείου κυρίως από την όξινη βροχή 2.12 Το φαινόμενο του θερμοκηπίου Δεχόμενοι σχεδόν καθημερινά ένα καταιγισμό συγκεχυμένων πληροφοριών, πολλοί από μας έχουν ταυτίσει το φαινόμενο του θερμοκηπίου με την κλιματική αλλαγή. Όπως θα εξηγήσουμε περιληπτικά σε αυτό το κεφάλαιο, το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι ένα φυσικό φαινόμενο με ευεργετικά αποτελέσματα στο κλίμα της γης. Η απειλή προέρχεται από την υπερβολή του φαινομένου η οποία οφείλεται στις ανθρωπογενείς εκπομπές ρύπων. Έχει εξακριβωθεί ότι ορισμένα αέρια της ατμόσφαιρας (γνωστά και ως θερμοκηπικά αέρια), επιτρέπουν τη διέλευση της ηλιακής ακτινοβολίας προς τη γη, ενώ αντίθετα απορροφούν και επανεκπέμπουν προς το έδαφος ένα μέρος της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπεται από την επιφάνεια της γης. Αυτή η παγίδευση της υπέρυθρης ακτινοβολίας (η οποία ειδάλλως θα χανόταν στο διάστημα) από τα συγκεκριμένα αέρια, ονομάζεται φαινόμενο του θερμοκηπίου. Πρόκειται για ένα γεωφυσικό φαινόμενο που είναι ουσιώδες και απαραίτητο για την ύπαρξη, διατήρηση και εξέλιξη της ζωής στον πλανήτη. Χωρίς αυτόν το μηχανισμό η μέση θερμοκρασία της γης θα ήταν περίπου κατά 35C χαμηλότερη, δηλαδή περίπου 20C αντί για +15C που είναι σήμερα και η ύπαρξη ζωής θα ήταν αδύνατη, τουλάχιστον στη μορφή που τη γνωρίζουμε σήμερα. Στο σχήμα 2.19, που ακολουθεί, επιχειρείται μία εικονική αναπαράσταση του φαινομένου του θερμοκηπίου. 50

51 Εισερχόμενη Ηλιακή Ακτινοβολία Εξερχόμενη Υπέρυθρη Ακτινοβολία Απορρόφηση και Επανεκπομπή της Υπέρυθρης Ακτινοβολίας από τα Θερμοκηπικά Αέρια Σχήμα 2.19 Σχηματική παράσταση της διαδικασίας που οδηγεί στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Όπως έγινε κατανοητό, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, στις φυσικές του διαστάσεις, δεν είναι επιβλαβές, αντίθετα είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη στους 15C περίπου. Το ανησυχητικό είναι η ενίσχυση του φαινομένου σαν αποτέλεσμα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Οι ανθρωπογενείς εκπομπές θερμοκηπικών αερίων αυξάνουν την ικανότητα της ατμόσφαιρας να παγιδεύει την υπέρυθρη ακτινοβολία της γης, επιδρώντας έτσι στο κλίμα. Το φυσικό επακόλουθο της αύξησης των εκπομπών θερμοκηπικών αερίων από τον άνθρωπο είναι, λοιπόν, η ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου και, συνεπώς, η αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, εκτός από τις ανθρωπογενείς εκπομπές θερμοκηπικών αερίων, σημαντικό ρόλο για την εξέλιξη του φαινομένου του θερμοκηπίου παίζει και η συνεχιζόμενη εκτεταμένη καταστροφή των τροπικών δασών, τα οποία έχουν σημαντική συμβολή στην ισορροπία των κυριοτέρων θερμοκηπικών αερίων στην ατμόσφαιρα. Πιο συγκεκριμένα: 1) Τα δάση, μέσω της φωτοσύνθεσης, δεσμεύουν το διοξείδιο του άνθρακα και παράγουν οξυγόνο. 2) Τα τροπικά δάση ρυθμίζουν τις ποσότητες των υδρατμών στην ατμόσφαιρα των τροπικών πλατών και κατ' επέκταση και ολόκληρου του πλανήτη. 51

52 Ποια είναι τα Θερμοκηπικά αέρια Οι υδρατμοί έχουν τη μεγαλύτερη συνεισφορά στο φυσικό φαινόμενο του θερμοκηπίου. Παρ όλα αυτά, η παρουσία τους στην ατμόσφαιρα επηρεάζεται σε μικρότερο βαθμό από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Γι αυτό το λόγο, η συζήτηση σε αυτό το κεφάλαιο θα περιορισθεί στα αέρια εκείνα των οποίων οι συγκεντρώσεις στην ατμόσφαιρα αυξάνονται σημαντικά λόγω της ανθρώπινης παρέμβασης. Τα κυριότερα αέρια της ατμόσφαιρας που ευθύνονται για την ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου (ανθρωπογενής συνιστώσα), καθώς και ο βαθμός συνεισφοράς τους φαίνονται στον πίνακα 2.11, ενώ πληροφορίες για το κάθε αέριο ξεχωριστά δίνονται στις παραγράφους που ακολουθούν. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.11 Θερμοκηπικά αέρια και ο βαθμός συνεισφοράς τους. Αέριο Συνεισφορά (%) Διοξείδιο του Άνθρακα Χλωροφθοράνθρακες Μεθάνιο Υποξείδιο του Αζώτου 5 Όζον και Άλλα αέρια 11 Διοξείδιο του άνθρακα (CO2) Η συνεισφορά του διοξειδίου του άνθρακα στο φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι καταλυτική. Εκλύεται άμεσα στην ατμόσφαιρα από τη χρήση ορυκτών καυσίμων και έμμεσα από την εκχέρσωση δασικών εκτάσεων. Τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα εκτιμάται ότι αυξάνονται κατά 3 4% κάθε δεκαετία και κατά 0,4 0,5% περίπου κάθε χρόνο. Σύμφωνα με εκτιμήσεις, αν συνεχίσει ο ίδιος ρυθμός αύξησης των καύσεων πάνω στον πλανήτη, η συγκέντρωση του CO2 το έτος 2030 θα έχει διπλασιαστεί. Μια τέτοια αύξηση της συγκέντρωσης του CO2 πιθανολογείται ότι θα προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας κατά 3 5 C. Όμως Χημικές ενώσεις που χρησιμοποιούταν, μέχρι πρόσφατα, ευρέως στα ψυγεία και τα συστήματα κλιματισμού ως ψυκτικά υγρά και στα διάφορα σπρέι ως προωθητικά αέρια. Η συγκέντρωσή τους στην ατμόσφαιρα παρουσίαζε ετήσια αύξηση της τάξης του 6% ωστόσο, μετά την εφαρμογή των διεθνών συνθηκών, η παραγωγή τους έχει μειωθεί σημαντικά. Ο χρόνος παραμονής τους στην ατμόσφαιρα ανέρχεται πιθανόν σε εκατοντάδες χρόνια και για το λόγο αυτό οι συνέπειές τους θα είναι αισθητές και τον αιώνα που διανύουμε. Είναι ευρύτερα γνωστά λόγω του ρόλου τους στην αραίωση της στοιβάδας του όζοντος. Συνεισφέρουν όμως και στο φαινόμενο του θερμοκηπίου κατά 15 25%. 52

53 ακόμη και αν σταματήσει η αυξανόμενη εκπομπή του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα η αποκατάστασή του στα επιθυμητά επίπεδα θα καθυστερήσει πολύ. Σημειώνουμε ότι το διοξείδιο του άνθρακα έχει χρόνο ζωής στην ατμόσφαιρα 5 7 χρόνια. Οι συγκεντρώσεις του CO2 στην ατμόσφαιρα είναι γνωστές με ακρίβεια από το 1958, αλλά με βάση μετρήσεις στον πάγο και των ισοτόπων του άνθρακα στους δακτυλίους των δέντρων έχουν υπολογιστεί και για τις τελευταίες χιλιετίες. Κατά τη διάρκεια της τελευταίας περιόδου των παγετώνων, οι συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα προσδιορίστηκαν στα 200 ppm (μέρη στο εκατομμύριο), αλλά στο τέλος της περιόδου, πριν περίπου χρόνια, βρέθηκε ότι εκτοξεύτηκαν στα 280 ppm. Ήταν η περίοδος που η γη άρχισε να ζεσταίνεται και, σε λιγότερο από χρόνια, εξελίχθηκε από ένα πλανήτη, στον οποίο πολύ μεγάλα ποσοστά της επιφάνειάς του ήταν καλυμμένα με πάγο, στον σημερινό, που ουσιαστικά είναι ελεύθερος από πάγους. Στο διάγραμμα του σχήματος 2.20, βλέπουμε τις συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα έτσι όπως εκτιμήθηκαν με βάση τις μετρήσεις στους πάγους της Ανταρκτικής. Η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα μετράται με πολύ καλή ακρίβεια από το 1957 σε δύο σταθμούς στον κόσμο. Ο πρώτος βρίσκεται στο Manua Loa, στη Χαβάη, και ο δεύτερος στο Νότιο Πόλο. Και οι δύο σταθμοί παρέχουν σημαντικότατες πληροφορίες για τη διαχρονική εξέλιξη του διοξειδίου του άνθρακα. Από τις μετρήσεις αυτές (σχήμα 2.21), φαίνεται καθαρά η ανοδική πορεία της συγκέντρωσης του CO2. Επίσης μπορεί κανείς να παρατηρήσει μία μεταβολή στο ρυθμό αύξησης του CO2 μετά το έτος CO (ppm) Ετος Σχήμα 2.20 Εξέλιξη των συγκεντρώσεων του διοξειδίου του άνθρακα την τελευταία χιλιετία [πηγή: 53

54 360 CO (ppm) Jan Jan Jan Jan Jan Jan Jan Jan Jan Jan Ετος Σχήμα 2.21 Μηνιαίες συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Οι μετρήσεις προέρχονται από το παρατηρητήριο Mauna Loa στη Χαβάη των Η.Π.Α. [πηγή: 54