Έργο LIFE 11 ENV/ES/ AIRUSE «Ανάπτυξη και αξιολόγηση μέτρων ελέγχου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στη Ν. Ευρώπη»

Transcript

1 Έργο LIFE 11 ENV/ES/ AIRUSE «Ανάπτυξη και αξιολόγηση μέτρων ελέγχου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στη Ν. Ευρώπη» Σημειώσεις Σεμιναρίου για καθηγητές Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης στα πλαίσια του Έργου LIFE 11 ENV/ES/ AIRUSE Απρίλιος 2014 Πρόγραμμα Life+ Περιβαλλοντική Πολιτική και Διακυβέρνηση

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Σύντομη περιγραφή του έργου Αιωρούμενα σωματίδια 7 3. Χημική σύσταση των αιωρούμενων σωματιδίων Πηγές εκπομπής σωματιδίων Επιπτώσεις της ρύπανσης από αιωρούμενα σωματίδια Πρότυπα ποιότητας αέρα.. 20 Βιβλιογραφία. 21 1

3 1. ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Το έργο AIRUSE είναι ένα διεθνές πρόγραμμα το οποίο ξεκίνησε τον Οκτώβριο του 2012 και θα ολοκληρωθεί τον Σεπτέμβριο του Το έργο συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή, στα πλαίσια του Προγράμματος Life+ Περιβαλλοντική Πολιτική και Διακυβέρνηση. Συντονιστής εταίρος του προγράμματος είναι το Ισπανικό Συμβούλιο Έρευνας. Λοιποί εταίροι του προγράμματος είναι: 1. το Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. «Δημόκριτος» (Ελλάδα) 2. το Πανεπιστήμιο του Αβέιρο (Πορτογαλία) 3. το Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας (Ιταλία) 4. ο Σύνδεσμος για την Έρευνα των Βιομηχανιών Κεραμικών (Ισπανία) 5. το Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ (Ηνωμένο Βασίλειο). Ο κύριος στόχος του έργου είναι να παρέχει στις Εθνικές αρχές των χωρών της Νότιας Ευρώπης τα κατάλληλα μέτρα ελέγχου για την μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από αιωρούμενα σωματίδια ΑΣ 2,5 και ΑΣ 10. Οι διάφορες πηγές εκπομπής σε συνδυασμό με τις ιδιάζουσες κλιματολογικές συνθήκες της Νότιας Ευρώπης και της Μεσογείου (σκόνη από την Αφρική, ισχυρή ηλιακή ακτινοβολία, υψηλή φωτοχημεία, χαμηλό ποσοστό βροχόπτωσης) είναι δυνατόν να οδηγήσουν σε αυξημένα επίπεδα των αιωρουμένων σωματιδίων στις περιοχές αυτές. Στα πλαίσια αυτά, το έργο AIRUSE έχει τους ακόλουθους στόχους: Να προσδιορίσει τη συνεισφορά των πηγών εκπομπής και να εντοπίσει τις πηγές εκείνες που είναι υπεύθυνες για τις υπερβάσεις των ορίων αιωρούμενων σωματιδίων. Να αξιολογήσει ποσοτικά την αποτελεσματικότητα των μέτρων μείωσης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης (μέτρα που ήδη χρησιμοποιούνται ή πρόκειται να εφαρμοστούν από τις εθνικές αρχές). Να αναπτύξει και να προτείνει αποτελεσματικά μέτρα περιορισμού της ατμοσφαιρικής ρύπανσης για τις χώρες της Νότιας Ευρώπης. 2

4 Να προσαρμόσει τα υπάρχοντα μέτρα στις απαιτήσεις των χωρών της Νότιας Ευρώπης. Να βοηθήσει τις εθνικές και περιφερειακές αρχές στην εφαρμογή της «Θεματικής στρατηγικής για την ατμοσφαιρική ρύπανση» και στην διαμόρφωση σχεδίων δράσης για την ποιότητα του αέρα στο πλαίσιο της οδηγίας 2008/50/ΕΚ. Να υποστηρίξει την αποτελεσματική χάραξη πολιτικής με τη χρήση ενός σχεδίου επικοινωνίας. Να δράσει ως καταλύτης για την κατανομή των τοπικών, και εθνικών πόρων για την εφαρμογή μέτρων βελτίωσης της ποιότητας του ατμοσφαιρικού αέρα. Οι παραπάνω στόχοι θα υλοποιηθούν μέσω των ακόλουθων δράσεων: A. Προπαρασκευαστικές ενέργειες A.1 Συναντήσεις και διαβουλεύσεις με τους ενδιαφερόμενους φορείς Οι διαβουλεύσεις με τις τοπικές και τις εθνικές αρχές για τα μέτρα περιορισμού της ατμοσφαιρικής ρύπανσης θα αποτελέσουν τη βάση του τεχνικού μέρους του προγράμματος. B. Δράσεις εφαρμογής B.1 Αποτίμηση της τρέχουσας κατάστασης Διεξαγωγή εκτενούς ανασκόπησης της τρέχουσας κατάστασης σχετικά με τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση και ποσοτικοποίηση της συνεισφοράς των διαφορετικών πηγών αιωρουμένων σωματιδίων (μοντέλα κατανομής πηγών). Ο στόχος είναι να προσδιοριστούν οι ανάγκες εναρμόνισης, τα κενά που υπάρχουν και οι περιορισμοί σε σχέση με την χάραξη νέων πολιτικών. B.2 Εναρμόνιση των μοντέλων κατανομής πηγών και ιεράρχηση των πηγών ρύπανσης Βελτιστοποίηση και εναρμόνιση των μεθόδων κατανομής πηγών, προκειμένου να προσδιοριστεί με ακρίβεια η συνεισφορά των πηγών στο σύνθετο ανάγλυφο της Νότιας Ευρώπης. Προσδιορισμός των πηγών που ευθύνονται για τις υπερβάσεις των ορίων. B.3 Προσδιορισμός των επιπτώσεων των φυσικών πηγών (Αφρικανική σκόνη, θαλάσσιο αεροζόλ) 3

5 Προσδιορισμός της συνεισφοράς των φυσικών πηγών, όπως η αφρικανική σκόνη και το θαλάσσιο αεροζόλ. B.4 Προσδιορισμός των επιπτώσεων της καύσης βιομάζας Προσδιορισμός της καύσης βιομάζας στη Νότια Ευρώπη. B.5 Προσδιορισμός των επιπτώσεων των βιομηχανικών πηγών Προσδιορισμός της συνεισφοράς των βιομηχανικών δραστηριοτήτων στις συγκεντρώσεις ΑΣ 10 και ΑΣ 2,5. B.6 Προσδιορισμός των επιπτώσεων της κίνησης των οχημάτων Προσδιορισμός της συνεισφοράς της κυκλοφορίας των οχημάτων, πρωτογενείς εκπομπές και επαναιώρηση σκόνης. B.7 Δοκιμές μέτρων βελτίωσης της ποιότητας του αέρα - Ανάπτυξη στρατηγικών περιορισμού ατμοσφαιρικής ρύπανσης Αξιολόγηση μεθοδολογιών και πρακτικών οι οποίες μειώνουν την ατμοσφαιρική ρύπανση και την έκθεση του πληθυσμού. B.8 Εφαρμογή επιλεγμένων μέτρων της Βόρειας Ευρώπης στη Νότια Ευρώπη Σύγκριση των μέτρων βελτίωσης της ποιότητας αέρα που χρησιμοποιούνται στη Νότια Ευρώπη με αυτά της Βόρειας Ευρώπης, με στόχο να προσαρμοσθούν τα μέτρα εκείνα που θεωρούνται κατάλληλα για να εξασφαλιστεί καλύτερη ποιότητα του αέρα στις υπό μελέτη αστικές περιοχές. C. Παρακολούθηση του αντίκτυπου των δράσεων του έργου C.1 Αποτελεσματικότητα των δράσεων του έργου Παρακολούθηση και αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των ενεργειών υλοποίησης του έργου σε σχέση με την αρχική κατάσταση, τους στόχους και τα αναμενόμενα αποτελέσματα. C.2 Αξιολόγηση των κοινωνικοοικονομικών επιπτώσεων του έργου Εκτίμηση του οικονομικού κόστους των προτεινόμενων μέτρων βελτίωσης της ποιότητας αέρα, καθώς και των οφελών (οφέλη για την υγεία, την καλύτερη εικόνα της περιοχής, οικονομική ανάπτυξη του πληθυσμού) λόγω της βελτίωσης της ποιότητας του αέρα. D. Επικοινωνία και διάδοση D.1 Ιστοσελίδα του έργου 4

6 Η ιστοσελίδα του προγράμματος έχει σκοπό τη διάδοση των δραστηριοτήτων του σε ένα ευρύ φάσμα ενδιαφερομένων. D.2 LIFE + Πίνακες πληροφοριών Οι εταίροι του έργου διατηρούν πίνακες πληροφοριών που περιγράφουν το έργο σε στρατηγικά σημεία προσιτά και ορατά στο ευρύ κοινό. D.3 Δικτύωση Ανοιχτή Διαβούλευση με τους ενδιαφερόμενους φορείς Δικτύωση και δημιουργία μια πλατφόρμας ανοιχτής διαβούλευσης με τους βασικούς ενδιαφερόμενους φορείς από τη βιομηχανία, καθώς και τους τοπικούς και εθνικούς φορείς λήψης αποφάσεων, με σκοπό τη μεταφορά πληροφορίας στους υπεύθυνους φορείς χάραξης πολιτικής. D.4 Διάδοση των αποτελεσμάτων του έργου Η κοινοποίηση των αποτελεσμάτων του έργου πραγματοποιείται μέσω της ιστοσελίδας, δελτίων τύπου στα μέσα ενημέρωσης (ραδιόφωνο και τηλεόραση), δημοσιεύσεων σε ημερίδες και συνέδρια, δημοσίευσης τεχνικών οδηγών, φυλλαδίων και τεχνικών άρθρων σε επιστημονικά περιοδικά καθώς και με την διοργάνωση σεμιναρίων για το ευρύ κοινό. D.5 Δημοσίευση της Έκθεσης Layman s Προς το τέλος του έργου, θα δημοσιευθεί μία εκλαϊκευμένη έκθεση (έκθεση Layman s) που θα απευθύνεται στο ευρύ κοινό και τους πολιτικούς φορείς λήψης αποφάσεων και θα περιγράφει τα κύρια αποτελέσματα του έργου. E. Διαχείριση του έργου E.1 Διαχείριση του έργου και έλεγχος Η ομάδα διαχείρισης του έργου είναι υπεύθυνη για την υποβολή των σωστών οικονομικών και τεχνικών εκθέσεων του έργου. Ο διαχειριστής του έργου έχει τη γενική ευθύνη για την οργάνωση, το σχεδιασμό και τον έλεγχο του έργου και είναι υπεύθυνος για την αλληλεπίδραση με τους φορείς χάραξης πολιτικής, επιστημονικές ομάδες και εκπροσώπους των εθνικών αρχών. E.2 Παρακολούθηση της προόδου του έργου Η ομάδα διαχείρισης θα καθορίσει τους δείκτες που θα χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση της προόδου του έργου. E.3 Δικτύωση με άλλα προγράμματα 5

7 Το έργο θα αποτελέσει την πλατφόρμα για τη δικτύωση με άλλα έργα που εστιάζουν στη βελτίωση της ποιότητας του αέρα (ACEPT-AIR, CMA, Med-Particles, PM3). E.4 Επικοινωνιακό σχέδιο After-LIFE+ Το σχέδιο επικοινωνίας After-LIFE+ θα περιλαμβάνει τις δράσεις της μακροπρόθεσμης εφαρμογής των προτεινόμενων μέτρων και τη δημιουργία μακροπρόθεσμων δεσμών μεταξύ των ενδιαφερομένων μερών. Τα κύρια αναμενόμενα αποτελέσματα του έργου είναι: Ολοκληρωμένες βάσεις δεδομένων πάνω στη συνεισφορά των διαφόρων πηγών ατμοσφαιρικής ρύπανσης, για την περιοχή της Ν. Ευρώπης. Αναγνώριση των πηγών εκπομπής σωματιδίων ΑΣ 10 και ΑΣ 2,5 που είναι υπεύθυνες για τις παρατηρούμενες υπερβάσεις των προτύπων ποιότητας αέρα. Ανάπτυξη και Επίδειξη αποτελεσματικών στρατηγικών ελέγχου για τις σημαντικότερες πηγές σωματιδίων στην περιοχή της Ν. Ευρώπης. Μείωση των επιπέδων συγκέντρωσης των σωματιδίων ΑΣ 10 και ΑΣ 2,5 σύμφωνα με τις οριακές τιμές που ορίζει η Ευρωπαϊκή Οδηγία (2008/50/ΕΚ), μέσω της εφαρμογής πρακτικών και αποδοτικών στρατηγικών. 6

8 2. ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ 2.1. Εισαγωγή Με τον όρο «αιωρούμενη σωματιδιακή ύλη» (particulate matter, PM) ή «αιωρούμενα σωματίδια» περιγράφουμε τα διεσπαρμένα στον αέρα, στερεά ή υγρά σωματίδια, με μέγεθος μεγαλύτερο από αυτό των απλών μορίων (περίπου μm σε διάμετρο), αλλά μικρότερο από 100 μm. Τα αιωρούμενα σωματίδια προέρχονται από μια μεγάλη ποικιλία πηγών και έχουν ένα σημαντικό εύρος διαφορετικών μορφολογικών, χημικών, φυσικών και θερμοδυναμικών χαρακτηριστικών. Στην ατμόσφαιρα έχουν ανιχνευθεί συγκεντρώσεις αιωρουμένων σωματιδίων ως προς την μάζα από μερικά μg/m 3 έως και αρκετές εκατοντάδες μg/m 3 σε ατμοσφαιρικά επιβαρυμένες περιοχές (Seinfeld & Pandis, 2006) Κατάταξη σωματιδίων με κριτήριο το μέγεθος Τα σωματίδια έχουν διάφορα σχήματα και, συνεπώς, είναι αδύνατη η έκφραση κοινής παραμέτρου μεγέθους. Στις κατανομές κατά μέγεθος, ως κριτήριο κατάταξης χρησιμοποιείται το μέγεθος της ισοδύναμης διαμέτρου του σωματιδίου. Καθώς το μέγεθος αυτό είναι μία έννοια συμβατική, υπάρχουν διαφορετικοί ορισμοί. Η ισοδύναμη διάμετρος ενός σωματιδίου είναι δυνατόν να προσδιορισθεί: o Γεωμετρικά (με οπτική ή ηλεκτρονική μικροσκοπία) o Από την σκέδαση που προκαλεί στο φως o Από τα χαρακτηριστικά του, όπως είναι η ηλεκτρική ευκινησία, η ταχύτητα εναπόθεσης ή η αεροδυναμική του συμπεριφορά. Συνήθως ως κριτήριο καθορισμού της ισοδύναμης διαμέτρου χρησιμοποιείται η φυσική συμπεριφορά του σωματιδίου. Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη ισοδύναμη διάμετρος είναι η αεροδυναμική διάμετρος, η οποία εξαρτάται από την πυκνότητα του σωματιδίου και ορίζεται ως «η διάμετρος σφαίρας πυκνότητας μονάδας (1 g/cm 3 ), η οποία έχει την ίδια τελική ταχύτητα πτώσης στον αέρα με το υπό εξέταση σωματίδιο». 7

9 Το σύνολο των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα ονομάζονται ολικά αιωρούμενα σωματίδια (total suspended particles, TSP). Η κατανομή μεγέθους των σωματιδίων αντανακλά τις πηγές προέλευσής τους και την χημική τους σύσταση. Ανάλογα με το μέγεθός τους, τα ολικά αιωρούμενα σωματίδια κατατάσσονται στις παρακάτω ομάδες (Σχήμα 1): Σχήμα 1. Τυπική κατανομή κατά μέγεθος αιωρουμένων σωματιδίων της ατμόσφαιρας. 1. Λεπτόκοκκα σωματίδια (fine particles), με αεροδυναμική διάμετρο έως 2,5 μm 1.1. Υποκατηγορία πυρήνα (nuclei mode / nuclei range) ή αλλιώς υπερλεπτόκοκκα σωματίδια (ultrafine particles), με διάμετρο από 0,01 έως 0,1 μm. Τα σωματίδια αυτά προέρχονται άμεσα από πηγές καύσης ή είναι συμπυκνώματα προϊόντων καύσης. Παρουσιάζουν μικρό χρόνο ζωής στην ατμόσφαιρα γιατί συσσωματώνονται μεταξύ τους ή με λίγο μεγαλύτερα σωματίδια, προς σχηματισμό σωματιδίων μεγαλύτερης διαμέτρου. 8

10 1.2.Υποκατηγορία συσσώρευσης (accumulation mode), με διάμετρο από 0,1 έως 2,5 μm. Τα σωματίδια αυτά προέρχονται από συσσωματώσεις μικρότερων σωματιδίων υποκατηγορίας πυρήνα και από συμπυκνώσεις επιπρόσθετου υλικού στις συσσωματώσεις αυτές. Τα σωματίδια συσσώρευσης ομαδοποιούνται με τη σειρά τους σε: Συμπυκνώματα (condensation mode) Σταγονίδια (droplet mode) 2. Χονδρόκοκκα σωματίδια (coarse particles), με αεροδυναμική διάμετρο άνω των 2,5 μm Τα σωματίδια αυτά παράγονται συνήθως με μηχανικούς τρόπους Κατάταξη με κριτήριο την διεισδυτικότητα στον ανθρώπινο οργανισμό Η συμπεριφορά των σωματιδίων μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό (αναπνευστικό σύστημα, στομάχι) είναι θέμα που έχει απασχολήσει έντονα την επιστημονική κοινότητα, και που ακόμη μελετάται. Ωστόσο, τα μέχρι σήμερα συμπεράσματα φαίνονται να εντοπίζονται στις εξής υποομάδες των συνολικά αιωρούμενων σωματιδίων (TSP): 1. Εισπνεύσιμα σωματίδια (inhalable particles) Εισπνεύσιμα σωματίδια είναι τα αιωρούμενα σωματίδια που εισέρχονται στο ανώτερο σύστημα της αναπνευστικής οδού (ρινοφάρυγγας). Περιλαμβάνουν σωματίδια με διάμετρο έως 10 μm, καθώς η πλειοψηφία των σωματιδίων με διαμέτρους μεγαλύτερες από 10 μm κατακρατούνται στην στοματική και τη ρινική κοιλότητα. 2. Θωρακικά σωματίδια (thoracic particles) Τα θωρακικά σωματίδια αποτελούν το κλάσμα των εισπνεύσιμων σωματιδίων που καταφέρνουν να διαπερνούν το ανώτερο τμήμα της αναπνευστικής οδού (ρινοφάρυγγας). Θεωρείται ότι έχουν μέγεθος μικρότερο των 7 μm. 9

11 3. Αναπνεύσιμα σωματίδια (respirable particles) Το σωματιδιακό κλάσμα με μέγεθος αεροδυναμικής διαμέτρου μικρότερο από 2,5 μm είναι το πιο σημαντικό από άποψη επιπτώσεων στην ανθρώπινη υγεία. Τα σωματίδια αυτά καταφέρνουν γενικά να διεισδύσουν έως τα βάθη των πνευμόνων και γι αυτό καλούνται αναπνεύσιμα.. Σχήμα 2. Διεισδυτικότητα των αιωρουμένων σωματιδίων στον ανθρώπινο οργανισμό Ορισμοί μετρούμενων σωματιδιακών ρύπων Βάσει της κατάταξης των ολικών αιωρουμένων σωματιδίων κατά μέγεθος (χονδρόκοκκα και λεπτόκοκκα), και σε συσχέτιση με την διεισδυτικότητά τους στον ανθρώπινο οργανισμό (εισπνεύσιμα και αναπνεύσιμα), ορίσθηκαν οι δύο βασικές κατηγορίες μετρούμενων σωματιδιακών κλασμάτων, τα ΑΣ 10 και τα ΑΣ 2,5. Και τα δύο αυτά κλάσματα συμπεριλαμβάνονται στους ρύπους κριτήρια για την ποιότητα του αέρα και, τόσο στην Ευρώπη όσο και στις Η.Π.Α., έχουν ορισθεί ανώτερα επιτρεπτά όρια συγκέντρωσής τους στην εξωτερική ατμόσφαιρα. 10

12 Γενικά, θεωρείται ότι τα ΑΣ 10 ταυτίζονται με την κατηγορία των εισπνεύσιμων σωματιδίων και έχουν διάμετρο έως 10 μm. Ωστόσο, ο ορισμός αυτός δεν λαμβάνει υπ όψη του το γεγονός ότι είναι αδύνατον να κατασκευασθεί δειγματολήπτης ικανός να λειτουργεί υπό μορφή βηματικής συνάρτησης, ο οποίος να αποκλείει τη συλλογή των σωματιδίων με αεροδυναμική διάμετρο παραπλήσια της επιθυμητής. Επομένως δεν είναι δυνατόν να προσδιορισθούν σωματίδια αυστηρά μέχρι ή από μία διάμετρο και πέρα. Στην πράξη δηλαδή, τα ΑΣ 10 περιλαμβάνουν και ένα περιορισμένο αριθμό σωματιδίων με μέγεθος μεγαλύτερο από 10 μm. Για το λόγο αυτό ο ακριβής ορισμός, όπως αναφέρεται στις οδηγίες της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (Ε.Ε.), είναι : «ΑΣ 10 νοούνται τα σωματίδια που διέρχονται δια στομίου επιλεγέντος μεγέθους, το οποίο συγκρατεί το 50 % των σωματιδίων αεροδυναμικής διαμέτρου 10 μm.» Αντίστοιχα, τα ΑΣ 2,5 ταυτίζονται με τα αναπνεύσιμα σωματίδια και ο σχετικός ορισμός της Ε.Ε. είναι: «ΑΣ 2,5 νοούνται σωματίδια που διέρχονται δια στομίου επιλεγέντος μεγέθους, το οποίο συγκρατεί το 50 % των σωματιδίων αεροδυναμικής διαμέτρου 2,5 μm.» Τις τελευταίες δεκαετίες, ωστόσο, η ερευνητική δραστηριότητα επικεντρώνεται επίσης στην μελέτη ενός άλλου, μικρότερου σωματιδιακού κλάσματος. Πρόκειται για τα υπερλεπτόκοκκα σωματίδια (ultrafine particles, UFPs), δηλαδή τα σωματίδια με διάμετρο μικρότερη από 0,1 μm. Το συγκεκριμένο σωματιδιακό κλάσμα συνεισφέρει ελάχιστα στην ολική κατά μάζα συγκέντρωση (λόγω του πολύ μικρού μεγέθους του), κυριαρχεί όμως στην κατά αριθμό συγκέντρωση (Woo et al. 2001). Έχει παρατηρηθεί ότι σε αστικά κέντρα, όπου κυρίαρχη πηγή σωματιδίων είναι η κυκλοφορία των οχημάτων, τα UFPs αποτελούν περισσότερο από το 90 % των συνολικών σωματιδίων της ατμόσφαιρας (Gramotnev & Ristovski 2004, Morawska et al. 2004). 11

13 3. ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Η χημική σύσταση των αιωρούμενων σωματιδίων ποικίλλει ανάλογα με την προέλευσή τους. Κατά κανόνα όμως αυτά αποτελούνται από τις παρακάτω κατηγορίες συστατικών: Ορυκτογενή συστατικά (ενώσεις Si, Al, Ca, Mg, κ.ά.) Ιοντικά συστατικά (Cl -, ΝΟ - 3, SO 2-4, ΝΗ + 4, Νa +, Κ +, κ.ά.) Ιχνοστοιχεία (Pb, Cd, Cr, V, Zn, As, κ.ά.) Ανθρακούχο υλικό (στοιχειακός άνθρακας, οργανικές ενώσεις) Η κατά μέγεθος κατανομή των συστατικών των αιωρουμένων σωματιδίων ποικίλλει και συνήθως αντανακλά την προέλευσή τους από φυσικές ή ανθρωπογενείς πηγές. Έτσι, τα ορυκτογενή συστατικά που έχουν συνήθως εδαφική προέλευση κατανέμονται σε σωματίδια με διάμετρο >2.5 μm. Τα ιοντικά συστατικά (ηλεκτρολύτες) μπορεί να είναι πρωτογενή σωματίδια θαλάσσιας προέλευσης (π.χ. NaCl, ΚCl, MgCl 2 ), κυρίως όμως είναι δευτερογενή σωματίδια, (π.χ. (ΝΗ 4 ) 2 SO 4, ΝΗ 4 ΗSO 4, ΝΗ 4 Cl, ΝΗ 4 ΝΟ 3 ) με ανθρωπογενή προέλευση που σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα από αντιδράσεις των αέριων ρύπων SO 2, NOx και HCl με ατμοσφαιρική ΝΗ 3. Τα ανθρωπογενή ιοντικά συστατικά κατανέμονται σε σωματίδια με διάμετρο <1.0 μm (σε αντίθεση με τα φυσικής προέλευσης που κατανέμονται και σε μεγαλύτερα μεγέθη) και η περιβαλλοντική τους σημασία έγκειται στο γεγονός ότι μπορεί να είναι όξινα (όπως π.χ. το ΝΗ 4 ΗSO 4 ), οπότε να έχουν δυσμενείς επιδράσεις, τόσο στην υγεία, όσο και στο περιβάλλον (όξινη απόθεση, οξίνιση οικοσυστημάτων, γυψοποίηση μαρμάρου). Τα ιχνοστοιχεία έχουν επίσης διττή προέλευση, φυσική (επαναιώρηση εδαφικής σκόνης) και ανθρωπογενή (καύσεις υγρών και στερεών καυσίμων, βιομηχανικές εκπομπές). Κατά κανόνα, τα βαρέα μέταλλα όπως Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, κ.ά. και τα πτητικά ιχνοστοιχεία (As, Se, Sb, Br) κατανέμονται κυρίως στα μικρά σωματίδια (<2.5 μm), ενώ τα στοιχεία εδαφικής προέλευσης (Fe, Mn, Cr, κ.ά.) κατανέμονται και σε μεγαλύτερα σωματίδια (>2.5 μm). 12

14 Τέλος, το ανθρακούχο υλικό των αιωρούμενων σωματιδίων αποτελείται κυρίως από στοιχειακό άνθρακα (EC) και οργανικό άνθρακα (OC). Ο στοιχειακός άνθρακας (μαύρος άνθρακας ή αιθάλη) εκπέμπεται πρωτογενώς στην ατμόσφαιρα από ατελείς καύσεις. Ο οργανικός άνθρακας είναι εν μέρει πρωτογενής, όπως αλκάνια, πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAHs), πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCBs), κ.ά. και εν μέρει δευτερογενής, σχηματιζόμενος από τη συμπύκνωση προϊόντων φωτοξείδωσης των αέριων υδρογονανθράκων που εκπέμπονται με τα καυσαέρια των αυτοκινήτων. 13

15 4. ΠΗΓΕΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Οι πηγές των αιωρουμένων σωματιδίων είναι είτε πρωτογενείς (δηλαδή εκπέμπονται άμεσα στην ατμόσφαιρα) ή δευτερογενείς (δηλαδή σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα από αέριες ενώσεις μέσω ομογενών ή ετερογενών χημικών αντιδράσεων). Οι βασικές πρωτογενείς πηγές είναι: Η κίνηση των οχημάτων: Οι κύριες πηγές εκπομπής αιωρουμένων σωματιδίων από τα οχήματα είναι τα καυσαέρια των οχημάτων και η φθορά από την χρήση των ελαστικών και των φρένων. Επιπλέον, η κίνηση των οχημάτων στους δρόμους προκαλεί την επαναιώρηση της σκόνης του δρόμου. Η λειτουργία βιομηχανιών: Οι βιομηχανικές εκπομπές συνεισφέρουν στη παραγωγή αιωρουμένων σωματιδίων σε αστικές περιοχές, ανάλογα με την απόσταση της βιομηχανίας από την αστική περιοχή και την τεχνολογία που εφαρμόζουν. Τα αιωρούμενα σωματίδια που εκπέμπονται από τις διαφορετικού τύπου βιομηχανίες παρουσιάζουν ποικίλα χαρακτηριστικά, ανάλογα με τα είδη των διεργασιών που εφαρμόζονται. Το μέγεθός τους κυμαίνεται από 0,5 έως 100 μm. Μεταξύ των βιομηχανιών που παράγουν σημαντικές ποσότητες σωματιδίων είναι: οι βιομηχανίες παραγωγής ενέργειας, οι χημικές βιομηχανίες, οι γεωργικές βιομηχανίες και οι βιομηχανίες τροφίμων, οι μεταλλουργικές βιομηχανίες, οι βιομηχανίες παραγωγής ανόργανων και ορυκτών προϊόντων, οι βιομηχανίες παραγωγής χημικής χαρτόμαζας και τα διυλιστήρια πετρελαίου (Querol et al. 2000). Η αποτέφρωση απορριμμάτων: Σε πολλές Ευρωπαϊκές χώρες, η μέθοδος της αποτέφρωσης χρησιμοποιείται ως μία σημαντική οδός διάθεσης αποβλήτων. Τα εκπεμπόμενα αιωρούμενα σωματίδια αποτελούνται κυρίως από άκαυστη ανόργανη ύλη, με τυπικό μέγεθος από 1 έως 50 μm. Σημαντική είναι η εκπομπή επίσης βαρέων μετάλλων, με πιο χαρακτηριστικά το αρσενικό, το κάδμιο, το νικέλιο, τον μόλυβδο, τον ψευδάργυρο και τον υδράργυρο, υπό την μορφή οξειδίων και χλωριδίων τους. Οι εν λόγω ενώσεις παράγονται λόγω της παρουσίας στα απορρίμματα υλικών όπως μπαταρίες, πλαστικά και μεταλλικά κράματα. Οι οικιακές πηγές: Η κυριότερη οικιακή πηγή σωματιδίων είναι οι κεντρικές θερμάνσεις των κατοικιών. Η καύση ξύλων για οικιακή θέρμανση, για την οποία 14

16 τελευταία εμφανίζεται ιδιαίτερο ενδιαφέρον στις ανεπτυγμένες χώρες, αποτελεί μια επιπλέον παράμετρο σωματιδιακής ρύπανσης προς εξέταση. Οι δασικές και γεωργικές πυρκαγιές: Τόσο οι άμεσες εκπομπές όσο και η επαναιώρηση σωματιδίων από την καμμένη γη, είναι δυνατόν να αποτελέσουν μια σημαντική πηγή αιωρουμένων σωματιδίων. Το πυρογενές αυτό υλικό αποτελείται από οργανική ύλη, στοιχειακό άνθρακα και ανόργανα υλικά. Είναι σε μεγάλο ποσοστό μεγέθους κάτω από 10 μm και γι αυτό μπορεί εύκολα να επαναιωρηθεί μέσω του ανέμου. Η μεταφορά σωματιδίων από μεγάλες αποστάσεις: Έχει εκτιμηθεί ότι τα αέρια ρεύματα που παρασύρουν αιωρούμενα σωματίδια από την έρημο της Σαχάρας, μεταφέρουν 150 εκ. τόννους σκόνης ετησίως προς το βόρειο ημισφαίριο. Η ένταση του φαινομένου γενικά μειώνεται όσο η υγρασία του εδάφους αυξάνει και όσο περισσότερο καλύπτεται η επιφάνειά του από βλάστηση. Τα σωματίδια που μεταφέρονται από την Σαχάρα είναι συνήθως χονδρόκοκκα. Η σύστασή τους εμφανίζει υψηλή περιεκτικότητα σε ασβεστίτη, με κάποιες ποσότητες γύψου, αργιλικών υλικών και μετάλλων. Η μεταφορά ρύπανσης από μεγάλες αποστάσεις αφορά και άλλες πηγές εκπομπής, όπως μεγάλες δασικές ή γεωργικές πυρκαγιές ή βιομηχανική/αστική ρύπανση που οδηγεί στον σχηματισμό δευτερογενών ρύπων σε γειτονικές ή πιο απομακρυσμένες περιοχές. Η επαναιώρηση σκόνης από το έδαφος: Η επαναιώρηση της σκόνης από το έδαφος οφείλεται σε μετεωρολογικούς μηχανισμούς, όπως είναι ο άνεμος, οι μεταβολές στη θερμοκρασία και η υγρασία. Η κατανομή της σκόνης ως προς το μέγεθος εξαρτάται από το είδος της αρχικής πηγής. Γενικά το μέγεθος κυμαίνεται μέσα στο εύρος 5-50 μm. Η χημική σύσταση της σκόνης από χώμα είναι όμοια με εκείνη της γεωλογικής πηγής (για παράδειγμα δολομίτης, γύψος, xαλαζίας και αργιλικά πετρώματα). Το υδρόλυμα θαλάσσης: Η θραύση των κυμάτων στην θάλασσα δημιουργεί πολλά μικρά σταγονίδια από θαλασσινό νερό, τα οποία ξηραίνονται με την εξάτμιση, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται αιωρούμενα σωματίδια από θαλασσινό αλάτι. Σωματίδια επίσης εκπέμπονται και άμεσα, με το σπάσιμο αέριων φυσσαλίδων στην επιφάνεια της θάλασσας. Τα σωματίδια αυτά έχουν μέγεθος που κυμαίνεται από 1 έως 20 μm. 15

17 Η ηφαιστιακή δραστηριότητα: Η ιπτάμενη τέφρα που εκπέμπουν τα ηφαίστεια είναι δυνατόν να αποτελέσει μια σημαντική τοπική πηγή σωματιδίων σε κοντινές πόλεις. Τα δευτερογενή σωματίδια παράγονται κυρίως από την έντονη κυκλοφοριακή κίνηση των οχημάτων και από βιομηχανικές διεργασίες, ενώ είναι δυνατόν επίσης να παραχθούν και από φυσικά αίτια. Για παράδειγμα, το διοξείδιο του θείου σχηματίζεται από την οξείδωση του διμέθυλο-σουλφιδίου, το οποίο παράγεται από το φυτοπλακτόν στην θάλασσα, ενώ διοξείδιο του θείου εκπέμπεται και από ηφαίστεια. Τα δευτερογενή σωματίδια σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα μέσα σε διάστημα ωρών ή ημερών. 16

18 5. ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΑΠΟ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ 5.1. Ανθρώπινη υγεία Πλήθος επιδημιολογικών μελετών συνδέουν την έκθεση σε σωματίδια με σοβαρές επιπτώσεις στην υγεία (Samoli et al. 2005). Τα συμπτώματα που αναφέρονται στην βιβλιογραφία είναι πολλά: Η έκθεση σε σωματιδιακή ρύπανση είναι δυνατόν να προκαλέσει ή να επιδεινώσει προβλήματα του αναπνευστικού συστήματος και καρδιοαγγειακές ασθένειες, να επιδράσει στο μηχανισμό αυτοκαθαρισμού του σώματος από ξένα σωματίδια, να προκαλέσει βλάβη στους ιστούς των πνευμόνων, καρκινογενέσεις και πρόωρο θάνατο. Οι τοξικολογικές έρευνες συνεχίζονται ώστε να καθοριστούν οι αιτίες και οι μηχανισμοί δράσης των αιωρουμένων σωματιδίων που προκαλούν τις αρνητικές επιπτώσεις στον ανθρώπινο οργανισμό. Είναι γενικά παραδεκτό, όμως, ότι η μακροχρόνια έκθεση του ανθρώπου σε υψηλές συγκεντρώσεις αιωρουμένων σωματιδίων είναι δυνατόν να μειώσει τη διάρκεια ζωής από 1 έως 2 χρόνια κατά μέσο όρο. Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (World Health Organization, WHO), η έκθεση σε αιωρούμενα σωματίδια αποτελεί την αιτία περίπου θανάτων ετησίως, σε παγκόσμιο επίπεδο. Επιπλέον, σύμφωνα με σχετικές μελέτες, τα σωματίδια δρουν επιβαρυντικά για την υγεία ακόμη και σε συγκεντρώσεις κατά πολύ μικρότερες από τα προβλεπόμενα ανώτατα επιτρεπτά όρια. Είναι χαρακτηριστικό ότι ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας αναφέρει ότι «τα διαθέσιμα δεδομένα σχετικά με την μακροχρόνια και βραχυχρόνια έκθεση του πληθυσμού σε σωματίδια δεν επιτρέπουν τον καθορισμό συγκεκριμένων οριακών τιμών συγκέντρωσης, κάτω από τις οποίες η έκθεση σε σωματιδιακή ρύπανση δεν παρουσιάζει καμία επίπτωση στην ανθρώπινη υγεία» (WHO 2006). Πλέον ευαίσθητες υποομάδες πληθυσμού ως προς την έκθεση σε σωματιδιακή ρύπανση αναδεικνύονται τα πολύ νεαρά και ηλικιωμένα άτομα, καθώς και οι πάσχοντες από αναπνευστικές και καρδιακές παθήσεις. Ιδιαίτερα όσον αφορά τα παιδιά προεφηβικής ηλικίας, οι επιπτώσεις που προκαλεί η έκθεσή τους σε αιωρούμενα σωματίδια, έχουν απασχολήσει έντονα την επιστημονική κοινότητα. 17

19 5.2. Φυσικό και τεχνητό περιβάλλον Η αέρια σωματιδιακή ρύπανση είναι δυνατόν να αλλοιώσει την αντίληψή μας για τα χρώματα αντικειμένων που παρατηρούμε μέσα στην ατμόσφαιρα αλλά και τα χρώματα της ίδιας της ατμόσφαιρας. Η ελάττωση της ορατότητας είναι άμεσο αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων με αεροδυναμική διάμετρο μικρότερη των 2,5 μm με την ηλιακή ακτινοβολία. Τα σωματίδια δρουν σαν ένα φίλτρο ως προς την ηλιακή ακτινοβολία, με αποτέλεσμα μόνο ένα ποσοστό από αυτή να καταφέρνει να τα διαπεράσει, ενώ η υπόλοιπη διαχέεται, απορροφάται από τα σωματίδια ή ανακλάται. Η μειωμένη και αλλοιωμένη ηλιακή ακτινοβολία οδηγεί σε ελαττωμένη ορατότητα. Αναφέρεται ότι σωματιδιακή συγκέντρωση περίπου 150 μg/m 3 συνεπάγεται μέγιστη ορατότητα ίση με 8 χιλιόμετρα. Μια άλλη συνέπεια από τη μείωση της ηλιακής ακτινοβολίας λόγω της επίδρασης των σωματιδίων είναι η ελάττωση της γεωργικής παραγωγής στις αγροτικές περιοχές. Σημαντικές είναι, επίσης, οι επιπτώσεις των αιωρουμένων σωματιδίων στο κλίμα. Η επίδρασή τους ποικίλει στο χώρο και στο χρόνο και εξαρτάται ισχυρά από τις τοπικές εκπομπές σε σωματίδια, τον σχετικά μικρό χρόνο ζωής στην ατμόσφαιρα και τον τρόπο αλληλεπίδρασης των σωματιδίων αυτών με την ηλιακή ακτινοβολία. Ανάλογα με το μέγεθος και την χημική τους σύσταση, τα αιωρούμενα σωματίδια μπορούν να ανακλούν ή να απορροφούν την μικρού μήκους κύματος εισερχόμενη προς τη γη υπεριώδη ακτινοβολία ή τη μεγάλου μήκους κύματος εξερχόμενη από τη γη υπέρυθρη ακτινοβολία. Στη πρώτη περίπτωση επέρχεται ψύξη, ενώ στη δεύτερη περίπτωση προκαλείται θέρμανση της ατμόσφαιρας, γνωστή και ως φαινόμενο του θερμοκηπίου. Τα αιωρούμενα σωματίδια, ωστόσο, επιδρούν και με έναν ακόμη, έμμεσο, τρόπο στο παγκόσμιο κλίμα. Η έμμεση αυτή δράση προκύπτει από τον τρόπο με τον οποίο επιδρούν τα σωματίδια στις μικροφυσικές ιδιότητες των νεφών. Το πιο σημαντικό αποτέλεσμα είναι η ελάττωση του μεγέθους των σταγονιδίων των νεφών. Αυτό συμβαίνει διότι τα σωματίδια δρούν ως πυρήνες συμπύκνωσης, προκαλώντας τον σχηματισμό σταγόνων και στερώντας έτσι τα σύννεφα πρώτιστα από τα ογκωδέστερα των σταγονιδίων τους. Μια άλλη επίπτωση είναι η αύξηση της ζωής των συννεφών αλλά και η χημική ρύπανση των σταγόνων (όξινη βροχή). 18

20 Επιπλέον, είναι γνωστό ότι τα αιωρούμενα σωματίδια είναι δυνατόν να προκαλέσουν επιφανειακές αλλοιώσεις σε σχεδόν κάθε επιφάνεια του εσωτερικού και εξωτερικού περιβάλλοντος. Οι δύο βασικές κατηγορίες μηχανισμών που εξηγούν αυτές τις αλλοιώσεις είναι η διάβρωση και η επικάθηση. 19

21 6. ΠΡΟΤΥΠΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΑΕΡΑ Η καταγραφή τεκμηριωμένων αρνητικών επιπτώσεων των αιωρουμένων σωματιδίων στην υγεία του πληθυσμού αλλά και στο περιβάλλον, οδήγησε στην ανάπτυξη διεθνών και εθνικών πολιτικών για τον περιορισμό των επιπέδων συγκέντρωσής τους, μέσω της θέσπισης οριακών τιμών συγκέντρωσης και εκπομπών και των εφαρμογή μέτρων ελέγχου. Στην Ε.Ε. οι οριακές τιμές ορίζονται από την Οδηγία 2008/50/ΕΚ «για την ποιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα και για καθαρότερο αέρα στην Ευρώπη». Η Οδηγία 2008/50/ΕΚ θέτει οριακές τιμές για τα αιωρούμενα σωματίδια με αεροδυναμική διάμετρο κάτω από 10 μm (ΑΣ 10 ) και κάτω από 2,5 μm (ΑΣ 2,5 ), ενώ παράλληλα ορίζει μεθοδολογίες μέτρησης και κριτήρια για την εκτίμηση της ποιότητας της ατμόσφαιρας. Η οριακές τιμές συγκέντρωσης όπως ισχύουν σήμερα για όλα τα κράτη-μέλη, παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Πίνακας 1. Οριακές τιμές συγκέντρωσης για τα αιωρούμενα σωματίδια στην εξωτερική ατμόσφαιρα, σύμφωνα με την Οδηγία 2008/50/ΕΚ. Περίοδος αναφοράς Οριακή τιμή ΑΣ 10 Ημερήσιο πρότυπο Ετήσιο πρότυπο 24 ώρες 50 μg/m 3 (να μην υπερβαίνεται πάνω από 35 φορές / έτος) Ημερολογιακό έτος 40 μg/m 3 ΑΣ 2,5 Τιμή στόχος Ημερολογιακό έτος 25 μg/m 3 20

22 Βιβλιογραφία 1. Gramotnev G., Ristovski Z., Experimental Investigation of Ultrafine Particle Size Distribution near a Busy Road, Atmospheric Environment, Vol. 38(12), pp , Morawska L., Thomas S., Hofmann W., Ristovski Z., Jamriska M., Rettenmoser T., Kagerer S., Exploratory Cross-Sectional Investigations on Ambient Submicrometer Particles in Salzburg, Austria, Atmospheric Environment, Vol. 38(21), pp , Querol X., Alastuey A., Lopez-Soler A., Plana F., Levels and Chemistry of Atmospheric Particulates induced by a Spill of Heavy Metal Mining Wastes in Donana Area, Southwest Spain, Atmospheric Environment, Vol. 34, pp , Samoli E., Analitis A., Touloumi G., Schwartz J., Anderson H.R., Sunyer J., Bisanti L., Zmirou D., Vonk J.M., Pekkanen J., Goodman P., Paldy A., Schindler C., Katsouyanni K., Estimating the Exposure Response Relationships between Particulate Matter and Mortality within the APHEA Multicity Project, Environmental Health Perspectives, Vol. 113(1), pp , Seinfeld J.H., Pandis S.N., Atmospheric Chemistry and Physics From Air Pollution to Climate Change, 2 nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey, WHO, "WHO Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide", World Health Organization Press, Switzerland, Woo K.S., Chen D.R., Pui D.Y.H., McMurry P.H., Measurement of Atlanta Aerosol Size Distribution: Observations of Ultrafine Particle Events, Aerosol Science and Technology, Vol. 34(1), pp ,