ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ. Η ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΤΟ ΠΟΛΕΟΔΟΜΙΚΟ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ. Η ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΤΟ ΠΟΛΕΟΔΟΜΙΚΟ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΣ ΑΝΤΩΝΙΟΣ ΧΡΙΣΤΟΠΟΥΛΟΣ ΣΠΥΡΟΣ Επιβλέπων Καθηγητής Θεσσαλονίκη, Μάρτιος 009

2 Πρόλογος Η παρούσα πτυχιακή εργασία, πραγματοποιήθηκε κατά το ακαδημαϊκό έτος στα πλαίσια του προγράμματος σπουδών του τμήματος Πολιτικών Έργων Υποδομής της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών του Τεχνολογικού Ιδρύματος Θεσσαλονίκης υπό την επίβλεψη του καθηγητή κ. Χριστόπουλου Σπύρου και ασχολείται με το θέμα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην Ευρύτερη Περιοχή της Θεσσαλονίκης, την κατάστασή της ποιότητας της ατμόσφαιρας της πόλης όπως αυτή εξελίσσεται τις τελευταίες δεκαετίες, τις προοπτικές εξέλιξης του φαινομένου, την επίδραση τους στην καθημερινή ζωή των πολιτών, τις πηγές πρόκλησης του προβλήματος καθώς και με την εύρεση νέων προτάσεωνμέτρων που θα μπορούσαν βοηθήσουν στην καλύτερη αντιμετώπιση του. Στο σημείο αυτό, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή της εργασίας αυτής, τον κ. Χριστόπουλο Σπύρο για την συμπαράσταση και την βοήθεια του για την εκπόνηση της εργασίας. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω το Τμήμα Περιβάλλοντος του Δήμου Θεσσαλονίκης, την Διεύθυνση Πρασίνου και συγκεκριμένα τον κ. Πετρακάκη Ι. για την χορήγηση των στοιχείων των συγκεντρώσεων των ατμοσφαιρικών ρύπων του Δημοτικού Δικτύου Ελέγχου της Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης. Η εργασία αποτελείται από 8 κεφάλαια στα οποία επιχειρήθηκε η όσο το δυνατόν πληρέστερη κάλυψη του θέματος: Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια διαχρονική παρουσίαση του προβλήματος της ατμοσφαιρικής ρύπανσης σε παγκόσμιο επίπεδο αλλά και για την χώρα μας, αναφέρονται οι γενουσιεργές αιτίες του, και καθορίζονται οι στόχοι της παρούσας εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η δομή, η σύσταση και η εξέλιξη της ατμόσφαιρας όπως και η γήινη και ηλιακή ακτινοβολία καθώς και το πώς αυτές συμβάλλουν στην επιδείνωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται διεξοδικά το πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, αναφέρονται αναλυτικά οι ατμοσφαιρικοί ρύποι με τα χαρακτηριστικά τους, την πηγή τους και την συμπεριφορά τους στην ατμόσφαιρα. Στο τέταρτο κεφάλαιο, επισημαίνονται οι επιπτώσεις της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στο πλανήτη αλλά και στην υγεία του ανθρώπου, και παρουσιάζονται τα διάφορα φαινόμενα που προκαλούνται απ αυτές. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται συνοπτικά η νομοθεσία, η στρατηγική και οι δράσεις της Ευρωπαϊκής Ένωσης για την αντιμετώπιση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Στο έκτο κεφάλαιο, γίνεται μια συνοπτική παρουσίαση της Ελληνικής Νομοθεσίας για την αντιμετώπιση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και η εναρμόνισης της με την αντίστοιχη Ευρωπαϊκή. Στο έβδομο κεφάλαιο, μελετάται αναλυτικά το πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην πόλη της Θεσσαλονίκης. Παρουσιάζονται τα γεωγραφικά, μορφολογικά χαρακτηριστικά της πόλης, η εξέλιξη της, οι κύριες πηγές πρόκλησης της ρύπανσης αλλά γίνεται και μια αξιολόγηση των επιπέδων του ατμοσφαιρικών ρύπων, κατά τις δεκαετίες του 1990 και 000, με στοιχεία τα οποία προήλθαν από τις μετρήσεις τους Δημοτικού Δικτύου Ελέγχου της Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται διάφορα μέτρα αντιμετώπισης. Στο τελευταίο και όγδοο κεφάλαιο, παρουσιάζοντα τα συμπεράσματα από την αξιολόγηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην πόλη της Θεσσαλονίκης και προτείνονται τρόποι για την ελαχιστοποίηση της με απώτερο σκοπό την επίλυση ή έστω την ελαχιστοποίηση του προβλήματος. Παπαδόπουλος Αντώνιος

3 Περιεχόμενα Πρόλογος. 1. Εισαγωγή Ατμόσφαιρα Γενικά Σύστασης της ατμόσφαιρας Δομή της ατμόσφαιρας Η εξέλιξη της ατμόσφαιρας Μονάδες μέτρησης της ποσότητας μιας ουσίας στην ατμόσφαιρα Ηλιακή και γήινη ακτινοβολία Η Φύση της ηλιακής και γήινης ακτινοβολίας Το παγκόσμιο ισοζύγιο ακτινοβολίας Οι φυσικοί νόμοι της ακτινοβολίας Η ηλιακή ακτινοβολία Η γήινη ακτινοβολία Μεταφορά ακτινοβολίας Απορρόφηση της ακτινοβολίας από τα αέρια Ατμοσφαιρική ρύπανση Ατμοσφαιρική ρύπανση γενικά Ατμοσφαιρικοί ρύποι Γενικά Μορφές ατμοσφαιρικών ρύπων Οι κυριότεροι ατμοσφαιρικοί ρύποι Διασπορά και διάχυση των ατμοσφαιρικών ρύπων Μετεωρολογία της αέριας ρύπανσης Χαρακτηριστικά της πηγής Ατμοσφαιρικός κύκλος διασποράς Μοντέλα διασποράς των ρύπων στην ατμόσφαιρα Επιπτώσεις ατμοσφαιρικής ρύπανσης Επιπτώσεις ατμοσφαιρικής ρύπανσης στον πλανήτη ως αποτέλεσμα ανθρωπογενών δράσεων Φαινόμενο του θερμοκηπίου Ο Κύκλος του άνθρακα Παγκόσμια κλιματική αλλαγή ως αποτέλεσμα των αερίων του θερμοκηπίου Όξινη βροχή Γενικά Σχηματισμός όξινης βροχής Επιπτώσεις στο περιβάλλον Καταστροφή της στιβάδας του στρατοσφαιρικού όζοντος Παπαδόπουλος Αντώνιος 3

4 Το στρατοσφαιρικό όζον Επιπτώσεις της καταστροφής του όζοντος Ανάκαμψη του όζοντος Αιθαλομίχλη (Νέφος) Η κλασική αιθαλομίχλη Η φωτοχημική αιθαλομίχλη Επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου Γενικά Τοξικότητα ατμοσφαιρικών ρύπων Μελέτη των τοξικών ατμοσφαιρικών ρύπων και όρια ποιότητας Νομοθεσία και οδηγίες της Ε.Ε. για την ατμοσφαιρική ρύπανση και η Ελληνική νομοθεσία Η Στρατηγική της Ε.Ε Εισαγωγή Μέτρα ελέγχου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην Ε.Ε Οι στόχοι της θεματικής στρατηγικής της Ε.Ε Η νομοθεσία της Ευρωπαϊκής Ένωσης Οδηγίες Πράξεις της Ε.Ε Η Ελληνική νομοθεσία και η εναρμόνισης της με το νομοθετικό Πλαίσιο της Ε.Ε. σχετικά με την την προστασία της ατμόσφαιρας Εισαγωγή Το ευρύτερο θεσμικό πλαίσιο Εφαρμογή περιβαλλοντικής νομοθεσίας στην Ελλάδα Πρόσβαση σε περιβαλλοντική πληροφορία Εκτίμηση περιβαλλοντικών επιπτώσεων Εφαρμογή διατάξεων που αφορούν την ατμοσφαιρική ρύπανση Η Ατμοσφαιρική ρύπανση στη Θεσσαλονίκη Εισαγωγή Η πόλη της Θεσσαλονίκης Η συμβολή της κυκλοφορίας των οχημάτων στην ατμοσφαιρική ρύπανση Η συμβολή της βιομηχανίας στην ατμοσφαιρική ρύπανση Η περιβαλλοντική πολιτική για την ατμοσφαιρική ρύπανση στη Θεσσαλονίκη Δίκτυο μετρήσεων ατμοσφαιρικών ρύπων Γενικά Δίκτυο μετρήσεων Εξοπλισμός σταθμών ελέγχου ατμοσφαιρικής ρύπανσης Μετρήσεις ατμοσφαιρικών ρύπων Μετρήσεις SO Μετρήσεις PM Μετρήσεις CO Παπαδόπουλος Αντώνιος 4

5 Μετρήσεις NO Μετρήσεις O Αντιμετώπισης ατμοσφαιρικής ρύπανσης Μέτρα για τον έλεγχο των εκπομπών από τις οδικές μεταφορές Μέτρα για τον έλεγχο των εκπομπών από τις βιομηχανίες Μέτρα για τον έλεγχο των εκπομπών από τις κεντρικές θερμάνσεις Μέτρα για την παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης Σύστημα αξιολόγησης της απόδοσης των μέτρων Συμπεράσματα-προτάσεις Βιβλιογραφία 0 Παπαδόπουλος Αντώνιος 5

6 1. Εισαγωγή Η γήινη ατμόσφαιρα δημιουργήθηκε πριν από περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, με αρχική σύνθεση το διοξείδιο του άνθρακα ( CO ), το άζωτο ( N ),τους υδρατμούς ( H O ) και το υδρογόνο ( H ). Ύστερα από μακροχρόνιες διεργασίες μεταξύ της ξηράς, των ωκεανών και των αερίων της ατμόσφαιρας, η σύσταση της γήινης ατμόσφαιρας σταθεροποιήθηκε όπως πιστεύεται, πριν από περίπου 400 εκατομμύρια χρόνια. Η σύσταση της ατμόσφαιρας παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση του κλίματος και στις διάφορες φυσικό-χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σ αυτήν. Έτσι, η επιβάρυνση του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος με πολυάριθμους φυσικούς αλλά και ανθρωπογενείς ρύπους παίζει πλέον ενεργό ρόλο στην Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή. Η ύπαρξη της ζωής αλλά και η ίδια η φύση επιβαρύνουν το περιβάλλον. Η επιβάρυνση αυτή καταρχήν επικεντρώνεται στα όρια της βιόσφαιρας αλλά μπορεί να επεκταθεί και έξω από τα όρια της κυρίως λόγω της επέκτασης της ανθρώπινης δραστηριότητας αλλά και λόγω της χρήσης των απομακρυσμένων αυτών τμημάτων του περιβάλλοντος για την αποθήκευση ιδιαίτερα βλαβερών αποβλήτων (ραδιενεργές ουσίες). Όπως αρχικά αναφέρθηκε η ίδια η φύση επιβαρύνει το περιβάλλον. Η δραστηριότητα των ηφαιστείων αποτελεί το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα αφού και η παραμικρή έκρηξη επιβαρύνει την ατμόσφαιρα με τόνους ηφαιστειακής τέφρας και διαφόρων αερίων. Παρόλα αυτά η κύρια πηγή επιβάρυνσης του περιβάλλοντος είναι η ανθρώπινη δραστηριότητα. Αρχικά η επιβάρυνση αυτή ήταν ελάχιστη λόγω του μικρού πληθυσμού της γης και κατά συνέπεια της περιορισμένης δραστηριότητας. Οι όποιες ποσότητες απορρίπτονταν στο περιβάλλον μπορούσαν να αφομοιωθούν με φυσικές διεργασίες χωρίς να προκαλούν καμία ορατή δυσμενή επίπτωση. Με την πάροδο του χρόνου όμως ο ανθρώπινος πληθυσμός αυξήθηκε σημαντικά ενώ ταυτόχρονα άρχισε να εμφανίζεται και κάποια παραγωγική δραστηριότητα. Ο άνθρωπος δηλαδή ανακάλυψε ότι προκειμένου να κάνει τη ζωή του καλύτερη και ευκολότερη μπορεί να παράγει αντικείμενα. Σαν αποτέλεσμα των παραπάνω οι ανθρώπινες κοινωνίες μεγάλωσαν και οι αρνητικές επιπτώσεις της ανθρώπινης δραστηριότητας απόκτησαν χαρακτήρα μονιμότητας για τις περιοχές που οργανώθηκαν οι οικισμοί. Οι τελευταίες δεκαετίες του 0ου αιώνα χαρακτηρίστηκαν από την εμφάνιση μιας παγκόσμιας τάσης αύξησης των ακραίων καιρικών φαινομένων και επεισοδίων ρύπανσης της ατμόσφαιρας. Από πλευράς περιβαλλοντικής, αυτή η περίοδος χαρακτηρίζεται από σπουδαίες αλλαγές στη σύσταση της ατμόσφαιρας, οι περισσότερες από τις οποίες έγιναν αποδεδειγμένα με την παρέμβαση του ανθρώπου. Για τον λόγο αυτό, παρόλο που οι ατμοσφαιρικοί ρύποι διαφοροποιούνται σε φυσικούς και ανθρωπογενείς, προκαλούμενοι δηλαδή από φυσικά αίτια ή από ανθρωπογενείς πηγές αντίστοιχα, ιδιαίτερη βαρύτητα έχει δοθεί στην προστασία της ατμόσφαιρας από τους δεύτερους, καθώς έχουν αλλάξει δραστικά τη σύσταση της ατμόσφαιρας μέσα στον τελευταίο αιώνα. Παρά το γεγονός ότι μεταξύ των κρατών υπάρχει μεγάλη ανισότητα στη συνεισφορά του κάθε κράτους στα φαινόμενα αυτά, η ατμοσφαιρική ρύπανση αποτελεί ταυτόχρονα τοπικό και διασυνοριακό πρόβλημα, καθώς οι εκπομπές που προέρχονται από ένα κράτος μπορούν να μεταφερθούν σε μεγάλες αποστάσεις στην ατμόσφαιρα και να αποτελέσουν περιβαλλοντική εξωτερικότητα για άλλα κράτη. Η ατμοσφαιρική ρύπανση προκαλείται από την εκπομπή στην ατμόσφαιρα ορισμένων ουσιών οι οποίες, είτε πρωτογενώς είτε μέσω χημικών αντιδράσεων, δύνανται να υποβαθμίσουν την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Οι ρύποι που προκαλούν τις σημαντικότερες αρνητικές επιπτώσεις στο οικοσύστημα, την ανθρώπινη υγεία και τα υλικά, Παπαδόπουλος Αντώνιος 6

7 είναι τα οξείδια του αζώτου, το μονοξείδιο του άνθρακα, το διοξείδιο του θείου, η αμμωνία, το τροποσφαιρικό όζον, το διοξείδιο του άνθρακα και τα αιωρούμενα σωματίδια. Οι αέριοι ρύποι, ανάλογα και με το ύψος του σημείου εκπομπής και τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες διαχέονται σε μεγάλες αποστάσεις, δημιουργώντας το φαινόμενο της διασυνοριακής ρύπανσης. Η μεταφορά των αερίων ρύπων συνοδεύεται από χημικές και φωτοχημικές αντιδράσεις και δημιουργία δευτερογενών ρύπων, παράλληλα με την αραίωση της συγκέντρωσης τους στην ατμόσφαιρα και την εναπόθεση τους - υγρή ή ξηρή - στο έδαφος και τα οικοσυστήματα. Στο αστικό περιβάλλον, λόγω του πλήθους και του χαμηλού ύψους των σημείων εκπομπής, καθώς και των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του μικροκλίματος και των τοπικών μετεωρολογικών συνθηκών, η διάχυση των ρύπων είναι μικρότερη με συνέπεια να καταγράφονται πολύ υψηλότερες συγκεντρώσεις ρύπων και να δημιουργούνται σοβαροί κίνδυνοι για τον εκτιθέμενο πληθυσμό. Οι κυριότερες πηγές ανθρωπογενούς ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι οι βιομηχανίες και θερμικοί σταθμοί ισχύος, ουσίες που εκπέμπονται λόγω της καύσης ανθρακούχων καυσίμων σε μηχανές όπως αυτές των οχημάτων, αέρια και αιωρούμενα σωματίδια που δημιουργούνται κατά τις διαδικασίες παραγωγής και αιωρούμενα σωματίδια και χημικές ενώσεις που δημιουργούνται κατά τη διαδικασία της διάθεσης αποβλήτων. Η μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης συνδέεται άμεσα με την ανάγκη προστασίας της δημόσιας υγείας, δεδομένου ότι έχει πλέον πλήρως τεκμηριωθεί η σαφής συσχέτιση των αυξημένων συγκεντρώσεων των ατμοσφαιρικών ρύπων με σοβαρά προβλήματα υγείας του πληθυσμού. Παράλληλα η ατμοσφαιρική ρύπανση ευθύνεται για τον ευτροφισμό των υδάτινων αποδεκτών, καθώς και για τις επιπτώσεις της όξινης εναπόθεσης στα φυσικά οικοσυστήματα, στις καλλιέργειες, στα κτίσματα αλλά και στα μνημεία πολιτιστικής κληρονομιάς. Τις προηγούμενες δεκαετίες, η προστασία του Περιβάλλοντος απασχολούσε λίγους ειδικούς επιστήμονες και ιδιαίτερα ευαισθητοποιημένους πολίτες. Σήμερα, η ανθρωπότητα αντιμετωπίζει νέα θέματα σχετικά με τη ρύπανση του περιβάλλοντος: πρώτον, το πρόβλημα του παγκόσμιου περιβάλλοντος, και δεύτερον το πρόβλημα των επικίνδυνων και τοξικών ρύπων. Το κύριο χαρακτηριστικό της νέας αυτής μορφής ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι ότι στην πλειοψηφία των περιστατικών ρύπανσης αστικού περιβάλλοντος, ένας αδιευκρίνιστα μεγάλος αριθμός κατοίκων αποτελούν ταυτόχρονα τους ρυπαντές αλλά και τα θύματα της ρύπανσης. Έτσι, πλέον η προστασία του περιβάλλοντος αποτελεί για όλους τους πληθυσμούς τη βασικότερη συνιστώσα στις δραστηριότητες του ανθρώπου, που αποσκοπούν σε καλύτερη ποιότητα ζωής χωρίς να διακυβεύονται οι ισορροπίες των οικοσυστημάτων. Είναι κοινή πεποίθηση πλέον ότι η ρύπανση της ατμόσφαιρας αποτελεί παγκόσμιο πρόβλημα και απαιτείται η συνολική κινητοποίηση και συμμετοχή για την αντιμετώπισή του. Η βιώσιμη ανάπτυξη είναι το τελικό ζητούμενο και ο μόνος δρόμος που μπορεί να εγγυηθεί τη συναίνεση όλων των εμπλεκόμενων για την επωφελή εξέλιξη των κοινωνιών. Το τρίπτυχο Περιβάλλον Οικονομία Κοινωνία θα πρέπει να καταστεί αναπόσπαστο κομμάτι της φιλοσοφίας και πολιτικής των Οργανισμών, Κυβερνήσεων και Βιομηχανιών. Έτσι η χάραξη ενός σταθερού, μακροπρόθεσμου πολιτικού πλαισίου για την προστασία της ατμόσφαιρας στα πλαίσια της Αειφόρου Ανάπτυξης, πρέπει πάντα να λαμβάνει υπόψη τη σχέση και την αλληλεγγύη των πολλαπλών ισοζυγίων, το πολιτισμικό, το δημογραφικό, το δημοκρατικό, το εκπαιδευτικό και το κοινωνικό ισοζύγιο. Η Ελλάδα έχει θέση το στόχο της βιώσιμης ανάπτυξης ως το κεντρικό στοιχείο της στρατηγικής της για τον 1 ο αιώνα. Τον Ιούνιο του 00 εγκρίθηκε από το Υπουργικό Συμβούλιο η Εθνική Στρατηγική για την Βιώσιμη Ανάπτυξη, που εκπονήθηκε από το Εθνικό Παπαδόπουλος Αντώνιος 7

8 Κέντρο Περιβάλλοντος και Αειφόρου Ανάπτυξης (Ε.Κ.Π.Α.Α.). Παράλληλα, δρομολογούνται σχέδια δράσης για την επίτευξη των στόχων της. Είναι φανερό ότι η πορεία προς τη βιώσιμη ανάπτυξη δεν είναι εύκολη ούτε προδιαγεγραμμένη. Διαρθρωτικές αδυναμίες, παγιωμένες συμπεριφορές, αντιθέσεις μεταξύ αλληλοσυγκρουόμενων στόχων, ελλείμματα σε εμπειρία και τεχνογνωσία θα δημιουργήσουν δυσκολίες και καθυστερήσεις. Είναι κατά συνέπεια αναγκαία η στενή παρακολούθηση όλων των βημάτων αυτής της πορείας, έτσι ώστε να εντοπίζονται έγκαιρα τα προβλήματα, να κατανοούνται οι αιτίες τους και να δρομολογούνται οι απαραίτητες διορθωτικές ενέργειες. Στόχοι της παρούσας εργασίας σχετικά με την ατμοσφαιρική ρύπανση στο πολεοδομικό είναι: Αναγνώριση των κυριοτέρων ατμοσφαιρικών ρύπων των πηγών και της σημασίας τους, ώστε να καταστεί ευκολότερα κατανοητή η εστίαση των παγκοσμίων περιβαλλοντικών συνθηκών στη αντιμετώπιση των ατμοσφαιρικών ρύπων και στον έλεγχο από συγκεκριμένες πηγές. Αναγνώριση της σημαντικότητας των συνεπειών των ατμοσφαιρικών αυτών ρύπων, ώστε να γίνει εύκολα κατανοητή η στροφή της παγκόσμιας στρατηγικής στη επαναχρησιμοποίηση και ανακύκλωση των υπαρχόντων ρυπογόνων ουσιών, αλλά και στην χρήση υποκατάστατών τους. Κατανόηση του γεγονότος πως οι συνέπειες της ανθρωπογενούς ατμοσφαιρικής ρύπανσης στον πλανήτη που έχουν συντελεσθεί τις τελευταίες δεκαετίες ανατρέπουν τη φυσική ισορροπία του πλανήτη, μεταβάλλοντας τη σύσταση της ατμόσφαιρας με ρυθμούς ραγδαία επιταχυνόμενους από αυτούς που επιφέρει η προερχόμενη από φυσικές πηγές ρύπανση. Κατανόηση της συνεργιστικής δράσης μεταξύ των διάφορων φαινομένων. Παρουσίαση στατιστικών και τάσεων για την ατμοσφαιρική ρύπανση στο Πολεοδομικό Συγκρότημα της Θεσσαλονίκης και εντοπισμός της συσχέτισης αυτών με γεωγραφικές, οικονομικές, κοινωνικές και πολιτικές παραμέτρους. Προσπάθεια συνολικής αποτίμησης της κατάστασης και της πορείας εφαρμογής και εναρμόνισης περιβαλλοντικής νομοθεσίας στην Ελλάδα και υπόδειξη σχετικών συμπερασμάτων και προτάσεων. Παπαδόπουλος Αντώνιος 8

9 . Ατμόσφαιρα.1. Γενικά Ατμόσφαιρα καλείται το αεριώδες περίβλημα που περιβάλλει την Γή, το οποίο συγκρατείται λόγω της βαρύτητας της, και φθάνει σε ύψος περίπου χλμ. Η γήινη ατμόσφαιρα, όπως πιστεύεται σήμερα, δημιουργήθηκε πριν από περίπου 4.6 δισεκατομμύρια χρόνια, με αρχική σύνθεση το διοξείδιο του άνθρακα ( CO ), το άζωτο ( N ), τους υδρατμούς ( H O ) και το υδρογόνο ( H ). Ύστερα από μακροχρόνιες διεργασίες μεταξύ της ξηράς, των ωκεανών και των αερίων της ατμόσφαιρας, η σύσταση της γήινης ατμόσφαιρας σταθεροποιήθηκε όπως πιστεύεται, πριν από περίπου 400 εκατομμύρια χρόνια. Στην ατμόσφαιρα της Γής οφείλεται η ύπαρξη ζωής, εφόσον σε αυτήν οφείλονται η απορρόφηση μεγάλου τμήματος της υπεριώδους ακτινοβολίας και η μείωση της διαφοράς των ακραίων θερμοκρασιών που θα υπήρχαν μεταξύ ημέρας και νύχτας χωρίς αυτήν. Η σύνθεση της από την επιφάνεια της θάλασσας και μέχρι τα 50 χλμ ύψος, παραμένει περίπου αμετάβλητη. Αντίθετα η πυκνότητα της ατμόσφαιρας ελαττώνεται πολύ γρήγορα έτσι ώστε η αναπνοή στην κορυφή του Έβερεστ (8.850μ.) να είναι πολύ δύσκολη μέχρι αδύνατη, αφού η πυκνότητα της εκεί φθάνει μόλις τα /5 της πυκνότητας που παρατηρείται στην επιφάνεια της θάλασσας. Η ατμόσφαιρα είναι εκείνη, που συγκρατεί την υπεριώδη ακτινοβολία μικρού κύματος, μέρος από τη κοσμική ακτινοβολία, είναι εκείνη που προκαλεί τους χρωματισμούς του ουρανού και των νεφών, ενώ συγχρόνως αποτελεί το μέσον στη διάδοση του ήχου, αλλά και στην διάχυση του φωτός. Χωρίς αυτή, ο ουρανός θα ήταν σκοτεινός, ενώ στη σκιά θα επικρατούσε πλήρες σκότος και οι αστέρες θα έλαμπαν με σταθερό φως νύχτα και μέρα. Επίσης η διάθλαση που συντελεί στο φαινόμενο τα ουράνια σώματα να φαίνονται υπερυψωμένα δεν θα υπήρχε αλλά και ούτε αντικατοπτρισμός θα δημιουργούνταν... Σύστασης της ατμόσφαιρας Η γήινη ατμόσφαιρα αποτελείται από ένα μίγμα αερίων ή καλύτερα από ένα μίγμα ξηρού αέρα και υδρατμών. Ο ξηρός ατμοσφαιρικός αέρας με τη σειρά του αποτελείται από διάφορα αέρια, εκ των οποίων τα τρία πρώτα (αντιπροσωπεύουν το 99.97% της σύστασης της ατμόσφαιρας) παρουσιάζουν σταθερή αναλογία ανάμιξης στην ατμόσφαιρα. Οι υδρατμοί αποτελούν το τέταρτο πιο συνηθισμένο αέριο της ατμόσφαιρας που βρίσκεται στα χαμηλότερα στρώματά της, με μεταβλητή συγκέντρωση. Τα κυριότερα αέρια από τα οποία αποτελείται ο ξηρός ατμοσφαιρικός αέρας παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: Παπαδόπουλος Αντώνιος 9

10 Ογκομετρική Αέριο Σύνθεση Άζωτο ( N ) Οξυγόνο ( O ) 0.95 Αργόν (Ar) 0.93 Διοξείδιο του άνθρακα ( CO ) ~0.93 Νέον (Ne) 1.8 Ήλιον (He) 5.4 Κρυπτόν (Kr) 1.0 Υδρογόνο ( H ) 5.0 Ξένο (Xe) 8.0 Όζον ( O 3 ) 1.0 Ραδόνιο (Rn) 6.0 Πίνακας 1. Τα κυριότερα αέρια του ατμοσφαιρικού αέρα Η ογκομετρική σύνθεση (ΟΣ) του αέρα ορίζεται από τη σχέση: ΟΣ = 100 v / V (όπου, V είναι ο όγκος του ξηρού ατμοσφαιρικού αέρα και v ο όγκος που καταλαμβάνει το κάθε αέριο συστατικό σε ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας με τον ξηρό ατμοσφαιρικό αέρα. Αξίζει να σημειωθεί ότι: 1) η Ο.Σ. του διοξειδίου του άνθρακα είναι μεταβλητή και εξαρτάται από την ύπαρξη κυρίως βιομηχανικών εκπομπών CO, ) το ατμοσφαιρικό όζον παρουσιάζει μέγιστη συγκέντρωση στη στρατόσφαιρα (κυρίως στα 5-30 χλμ. ύψος). Στην ατμόσφαιρα επίσης αιωρούνται σχεδόν πάντοτε και μόρια κονιορτού, καπνού, άλατος (από τα σταγονίδια των κυμάτων) κλπ., καθώς και μεγάλη επίσης ποσότητα υδρατμών που προέρχεται από την εξάτμιση θαλασσών, λιμνών κλπ. Το ποσό των υδρατμών αυτών μεταβάλλεται συνεχώς, αφού αυξάνει με την εξάτμιση και ελαττώνεται με τη πτώση ή εναπόθεση ως βροχή ή άλλων μορφών νερού στην επιφάνεια της Γης. Η μεταβολή αυτή είναι και η κύρια αιτία, ως ένα βαθμό, για τις ευρείες μεταβολές των καιρικών φαινομένων σ ένα τόπο. Βέβαια σε σύγκριση προς τη συνολική μάζα του αέρος η εκάστοτε ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα είναι πολύ μικρή. Η σπουδαιότητα της ύπαρξης όμως αυτών των υδρατμών διαφαίνεται από το γεγονός ότι απορροφούν το 11% της ηλιακής ακτινοβολίας ενώ εκλύουν μεγάλη ποσότητα θερμοκρασίας κατά τη συμπύκνωσή τους, που αν δεν υπήρχαν, ίσως η ζωή στη Γη να ήταν αδύνατη..3. Δομή της ατμόσφαιρας Η γήινη ατμόσφαιρα συνήθως χωρίζεται σε τρία τμήματα: το κατώτερο, το μέσο και το ανώτερο. Ο χωρισμός αυτός γίνεται με βάση τις διάφορες στρωματώσεις της κατακόρυφης κατανομής της μέσης θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας. Παπαδόπουλος Αντώνιος 10

11 Τα διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας είναι: Τροπόσφαιρα: Είναι το στρώμα της ατμόσφαιρας από την επιφάνεια της θάλασσας μέχρι το ύψος των 1-16 km, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή του έτους. Η Τροπόσφαιρα χαρακτηρίζεται από ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ηλιακή ακτινοβολία, που φθάνει στην επιφάνεια της γης, απορροφάται από αυτή και θερμαίνει έμμεσα την τροπόσφαιρα από κάτω. Ο θερμός αέρας ανέρχεται ως ελαφρύτερος και, επειδή η πίεση ελαττώνεται με το ύψος εκτονώνεται αδιαβατικά, δηλαδή χωρίς ανταλλαγή ενέργειας με τον εξωτερικό αέρα. Έτσι, η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται κατά το ποσό της θερμότητας που αντιστοιχεί στο έργο που παράγεται. Η μεταβολή της θερμοκρασίας με το ύψος ονομάζεται θερμοβαθμίδα. Η τιμή της θερμοβαθμίδας για τον ξηρό αέρα είναι ίση με -9,8 ο Κ/km (ξηροαδιαβατική θερμοβαθμίδα). Για τον υγρό αέρα, η ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος είναι μικρότερη (-6,5 ο K/km, υγροαδιαβατική θερμοβαθμίδα). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στην τροπόσφαιρα υπάρχουν υδρατμοί που συμπυκνώνονται με την εκτόνωση του αέρα και ελευθερώνουν ενέργεια. Η ελάττωση της θερμοκρασίας συνεχίζεται μέχρι την τροπόπαυση όπου φθάνει τους -55 ο C περίπου. Η χαμηλή αυτή θερμοκρασία της τροπόσφαιρας αναγκάζει τους υδρατμούς να συμπυκνώνονται προς πάγο, έτσι ώστε να μην μπορούν να φθάσουν σε μεγαλύτερα ύψη όπου θα φωτοδιίσταντο με την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας. Αν συνέβαινε κάτι τέτοιο, το υδρογόνο που θα παράγονταν από τη φωτοδιάσταση των υδρατμών θα διέφευγε από τη γήινη ατμόσφαιρα και θα χανόταν. Το κενό που δημιουργείται από την άνοδο του θερμού αέρα των χαμηλότερων στρωμάτων της τροπόσφαιρας έρχεται να καλύψει ψυχρότερος αέρας από υψηλότερα στρώματα. Έτσι, προκαλείται μια κυκλική κυκλοφορία αερίων μαζών, η οποία είναι υπεύθυνη για την ομοιογένεια που παρουσιάζει η χημική σύσταση της τροπόσφαιρας. Ωστόσο, η περιεκτικότητα της τροπόσφαιρας σε υδρατμούς ποικίλλει σημαντικά εξαιτίας των νεφώσεων, της βροχής και της εξάτμισης νερού από τις ηπειρωτικές υδάτινες μάζες. Στρατόσφαιρα: Αρχίζει από την τροπόπαυση και φθάνει μέχρι το ύψος των 50km. Στα πρώτα χιλιόμετρα πάνω από την τροπόπαυση η θερμοκρασία είναι σταθερή. Στην συνέχεια και μέχρι τη στρατόπαυση, η θερμοκρασία αυξάνει (θετική θερμοβαθμίδα) και φθάνει στους 0 ο C. Επειδή στη στρατόσφαιρα έχουμε αύξηση της θερμοκρασίας η περιοχή αυτή είναι πιο σταθερή από την τροπόσφαιρα και η ανάμιξη των αερίων πολύ αργή. Έτσι τα συστατικά που μεταφέρονται στην στρατόσφαιρα παραμένουν εκεί για πολλά χρόνια. Ένα τέτοιο παράδειγμα αποτελεί ένα λεπτό στρώμα θειικού αμμωνίου που έχει βρεθεί στα 0 Km. Η αύξηση της θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα οφείλεται στην παρουσία ενός στρώματος όζοντος, το οποίο απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία σε μήκη κύματος nm. Μεσόσφαιρα: Μεσόσφαιρα, ονομάζεται το τρίτο από την επιφάνειας της Γης στρώμα της ατμόσφαιρας, το μετά δηλαδή της Τροπόσφαιρας και της Στρατόσφαιρας στρώμα που αρχίζει από την «στρατόπαυση», περίπου τα 60χλμ ύψος και καταλήγει στο ανώτερο Παπαδόπουλος Αντώνιος 11

12 σημείο τα 80χλ. όπου και η μεσόπαυση, (θεωρητική ζώνη οριοθέτησης, ελάχιστου πάχους). Το επόμενο στρώμα είναι η θερμόσφαιρα. Η θερμοκρασία πάνω από τη στρατόσφαιρα ελαττώνεται κατά το ύψος μέχρι τα 80χλμ. όπου και λαμβάνει τιμές μέχρι -90 C περίπου. Γι αυτό και γενικά η περιοχή της ατμόσφαιρας που συμβαίνει η ελάττωση αυτή της θερμοκρασίας ονομάζεται μεσόσφαιρα. Η Μεσόσφαιρα είναι το μεσαίο στρώμα της ατμόσφαιρας. Το ανώτερο όριο της Μεσόσφαιρας είναι η μεσόπαυση με θερμοκρασία -9 C έως -150 C. Εξ αυτού θεωρείται και η ψυχρότερη περιοχή της ατμόσφαιρας. Θερμόσφαιρα: Ακριβώς πάνω από τη μεσόπαυση όπου και η ανώτερη επιφάνεια της Μεσόσφαιρας (ύψος 80 χλμ.) αρχίζει το τέταρτο στρώμα της Ατμόσφαιρας που ονομάζεται Θερμόσφαιρα και φθάνει σε ύψος τα 800 χλμ. Η θερμοκρασία στο στρώμα αυτό βρέθηκε να αυξάνει αλματωδώς μέχρι περίπου τα χλμ. Εκ του λόγου αυτού και ονομάσθηκε «Θερμόσφαιρα». Η δε διαχωριστική επιφάνεια μεταξύ της Θερμόσφαιρας και της τελευταίας Εξώσφαιρας καλείται θερμόπαυση (θεωρητική ζώνη οριοθέτησης, ελάχιστου πάχους). Η θερμοκρασία στη θερμόσφαιρα αρχίζει από -9 C και φθάνει μέχρι μερικές χιλιάδες βαθμούς στα 400 χλμ. Στο ύψος των 1600 χλμ μέχρι των οποίων επεκτείνεται η γήινη ατμόσφαιρα είναι εκεί τόσο αραιή που μόνο ελάχιστα μόριά της ευρίσκονται τα οποία βαθμιαία αναμιγνύονται με τον Ηλιακό άνεμο που διαχέεται στο Ηλιακό σύστημα. Επίσης από του ύψους των 80 χλμ. και περίπου μέχρι τα 800 χλμ. υπάρχει μέγας αριθμός ιόντων και ελεύθερων ηλεκτρονίων, η δε περιοχή αυτή ονομάζεται και Ιονόσφαιρα. Εντός της ιονόσφαιρας και σε διάφορα ύψη παρατηρούνται πυκνώσεις ιόντων και ηλεκτρονίων που σχηματίζουν τα λεγόμενα ιονοσφαιρικά στρώματα που καθίστανται απαραίτητα στις τηλεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων, λόγω του ότι αντανακλούν ορισμένα είδη ραδιοκυμάτων (κυρίως τα μεσαία και βραχέα κύματα). Επειδή η ατμόσφαιρα έχει πολύ μικρή πυκνότητα σε αυτό το ύψος, η υψηλή "θερμοκρασία" της θερμόσφαιρας δεν αναφέρεται σε "ζέστη" όπως τη γνωρίζουμε εμπειρικά ένας άνθρωπος στη θερμόσφαιρα θα αισθανόταν κρύο, ακριβώς γιατί η ατμόσφαιρα είναι τόσο αραιή. Η θερμοκρασία αναφέρεται στη μέση κινητική ενέργεια των μορίων της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε αυτό το ύψος, και η οποία είναι υψηλή γιατί τα μόρια απορροφούν ηλιακή ακτινοβολία και αλληλεπιδρούν με τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου. Εξώσφαιρα: Εξώσφαιρα, ονομάζεται το πέμπτο, εξωτερικό και τελευταίο στρώμα της ατμόσφαιρας, όπως ορίζεται στη Μετεωρολογία, που εκ της θέσεώς του οφείλει και το όνομά του. Η εξώσφαιρα είναι το ανώτατο στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται πάνω από την Θερμόσφαιρα. Αρχίζει από τη θερμόπαυση, δηλαδή από τα 800 χλμ. ύψος, και φθάνει στα.000 χλμ ή στα χλμ όπως θεωρητικά υπολογίζεται ότι φθάνει το μέγιστο ύψος (πάχος) της ατμόσφαιρας ή και λίγο περισσότερο, μέχρι το σημείο όπου η βαρύτητα της γης δεν μπορεί πλέον να συγκρατήσει τα μόρια της ατμόσφαιρας. Η πυκνότητα πάντως είναι έστω και κατά τι μεγαλύτερη εκείνης του μεσοπλανητικού αερίου με το οποίο τελικά αναμιγνύεται στο κοσμικό διάστημα. Παπαδόπουλος Αντώνιος 1

13 Η κινητική ενέργεια των ιόντων των αερίων στην εξώσφαιρα πιθανώς αντιστοιχεί σε θερμοκρασία.500 C. Η θερμοκρασία αυτή οφείλεται σε συγκρούσεις με τα σωματίδια της κοσμικής ακτινοβολίας. Είναι η περιοχή της ατμόσφαιρας που βρίσκεται πάνω από τη θερμόσφαιρα και επεκτείνεται μέχρι του κοσμικού διαστήματος, με το οποίο και αναμιγνύεται..4. Η εξέλιξη της ατμόσφαιρας Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται πρωταρχικά από τα αέρια N (78%), O (1%) και Ar (1%). Οι συγκεντρώσεις αυτών των αερίων ρυθμίζονται, κατά τη διάρκεια των διαφόρων γεωλογικών εποχών, από την βιόσφαιρα, από πρόσληψη και απελευθέρωση αερίων από τα υλικά του φλοιού της Γης και εκπομπή αερίων από το εσωτερικό του πλανήτη. Οι υδρατμοί στη συνέχεια είναι η ουσία με την εντονότερη παρουσία στην ατμόσφαιρα. Βρίσκονται κυρίως στην κατώτερη ατμόσφαιρα και η συγκέντρωσή τους είναι ιδιαίτερα μεταβλητή, παίρνοντας τιμές που μπορούν να φθάσουν και το 3%. Η εξάτμιση και η συμπύκνωση προσδιορίζουν τις συγκεντρώσεις των υδρατμών. Τα υπολειπόμενα αέρια συστατικά, αέρια σε ίχνη (trace gases), συνιστούν το λιγότερο από το 1% της ατμόσφαιρας. Αυτά όμως τα αέρια επηρεάζουν έντονα το ισοζύγιο της γήινης ακτινοβολίας και τις χημικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας. Η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε αυτά τα αέρια έχει αλλάξει γρήγορα και σε μεγάλο βαθμό τους δυο τελευταίους αιώνες. Η σύγχρονη τεχνολογία μέτρησης πολύ μικρών συγκεντρώσεων, της τάξης του 1pptv, έδωσε σήμερα την δυνατότητα να ανιχνευθούν οι μεταβολές των συγκεντρώσεων αυτών των αερίων σε παγκόσμια κλίμακα. Σημερινές μετρήσεις συνδυάστηκαν με αναλύσεις παλιού ατμοσφαιρικού αέρα που είχε εγκλωβιστεί σε φυσαλίδες μέσα τους πάγους στους πόλους της Γης. Από τη σύγκριση αυτών των τιμών καταγράφτηκε μια δραματική, παγκόσμια αύξηση των συγκεντρώσεων κάποιων αερίων όπως του CO, CH 4, N O και διαφόρων αλκυλαλογονιδίων. Αυτά τα «θερμοκηπιακά αέρια», στα οποία ανήκει και το O 3, λειτουργούν ως θερμικοί μονωτές της ατμόσφαιρας. Απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία της Γης και επανεκπέμπουν ένα μέρος της πάλι προς τη Γη. Η τρύπα του όζοντος στην Ανταρκτική φανερώνει ότι οι εκπομπές αυτών των αερίων έχουν την ικανότητα να διαταράσσουν την ατμοσφαιρική χημεία σε μεγάλη κλίμακα. Ενώ οι παρατηρήσεις δείχνουν μείωση, του πολύτιμου για την ύπαρξη ζωής, στρατοσφαιρικού όζοντος, άλλες παρατηρήσεις αποδεικνύουν την αύξηση του όζοντος στην τροπόσφαιρα που είναι επικίνδυνο και για την υγεία και για τα φυτά. Αλλά και το κλίμα εξαρτάται από την συγκέντρωση του όζοντος ειδικά κοντά στη τροπόπαυση. Οι ποσότητες των αερομεταφερομένων σωματιδίων στις βιομηχανικές περιοχές του Βορείου Ημισφαιρίου έχουν σημαντικά αυξηθεί από την Βιομηχανική Επανάσταση και μετά. Τα ατμοσφαιρικά σωματίδια (aerosols) ή εκπέμπονται από διάφορες πηγές ή δημιουργούνται από αέρια με μετατροπή αερίου σε σωμάτιο (gas-to-particle conversion). Τα σωματίδια μπορούν να επηρεάσουν το κλίμα και τη συγκέντρωση του στρατοσφαιρικού όζοντος και ακόμη ενέχονται για συνεισφορά στην ανθρώπινη νοσηρότητα και θνησιμότητα στις αστικές περιοχές. Η επίδρασή τους στο κλίμα έχει σχέση με την ικανότητά τους να ανακλούν την ηλιακή ακτινοβολία πίσω στο διάστημα και με την ικανότητά τους να δημιουργούν πυρήνες συμπύκνωσης για την δημιουργία νεφών. Ποσοτικές εκτιμήσεις της ψύξης του πλανήτη, λόγω της ανακλαστικής ικανότητας των σωματιδίων, δείχνουν ότι μπορεί αυτή η ψύξη να καλύπτει τη θέρμανση που προκύπτει από το ενισχυμένο Παπαδόπουλος Αντώνιος 13

14 φαινόμενο του θερμοκηπίου πάνω από τις βιομηχανικές περιοχές του Βορείου Ημισφαιρίου. Η ατμόσφαιρα είναι αποδέκτης όλων των προϊόντων της ανθρώπινης δραστηριότητας, όπως τα προϊόντα καύσης και τα παραγόμενα καινούρια συνθετικά υλικά. Όπως έδειξε η ιστορία, οι συνέπειες αυτών των προϊόντων στην ατμόσφαιρα δεν είναι εύκολα προβλέψιμες. Κλασσικά παραδείγματα είναι η συνειδητοποίηση στη δεκαετία του 1950 ότι οι εκπομπές των αυτοκινήτων μπορούσαν να οδηγήσουν στην φωτοχημική ομίχλη των αστικών περιοχών και επίσης η συνειδητοποίηση στη δεκαετία του 1970 ότι οι εκπομπές αερολυμάτων από τα σπρέι και τα ψυγεία μπορούσαν να οδηγήσουν στη μείωση του στρατοσφαιρικού όζοντος. Η τύχη ενός ατμοσφαιρικού, ευρισκομένου σε ίχνη, αερίου είναι συχνά αλληλένδετη, δια μέσου χημικών και φυσικών διαδικασιών, με τα υπόλοιπα αυτής της κατηγορίας αέρια. Για το λόγο αυτό, μια διαταραχή της συγκέντρωσης του ενός από αυτά, μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές αλλαγές στη συγκέντρωση και την διάρκεια ζωής άλλων αερίων σε ίχνη και τελικά να ενισχυθεί ή να εξαλειφθεί η αρχική διαταραχή. Για παράδειγμα το μεθάνιο, θερμοκηπιακό αέριο που παράγεται στη φύση από π.χ. ριζοχώραφα και την κτηνοτροφία, καταστρέφεται στην ατμόσφαιρα δια μέσου μιας αντίδρασης με τη ρίζα του υδροξυλίου, με ρυθμό καταστροφής που εξαρτάται από την ατμοσφαιρική συγκέντρωση του ΟΗ. Η συγκέντρωση όμως του ΟΗ εξαρτάται από την συγκέντρωση του μονοξειδίου του (CO), το οποίο είναι προϊόν της οξείδωσης του CH 4 αλλά και παράγεται από την καύση ορυκτών υλών και βιομάζας. Ακόμη η συγκέντρωση του ΟΗ εξαρτάται από την συγκέντρωση του O 3 και των οξειδίων του αζώτου. Μεταβολές στη συγκέντρωση του CH 4 επηρεάζουν την ποσότητα του όζοντος στην τροπόσφαιρα, έτσι το ίδιο το CH 4 επηρεάζει τη συγκέντρωση του ΟΗ που καθορίζει την απομάκρυνσή του από την ατμόσφαιρα. Ανάλογα με τον χρόνο ζωής τους, τα αέρια σε ίχνη παρουσιάζουν ένα ευρύ φάσμα χωρικών και χρονικών μεταβολών. Αυτά που έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής έχουν μια σχετικά ομοιογενή κατανομή στο χώρο και αρκούν ορισμένοι σταθμοί σε όλον τον κόσμο, στρατηγικά τοποθετημένοι, για να μπορεί να περιγραφεί η χωρική τους κατανομή και οι χρονικές τάσεις τους. Αντίθετα, για όσα έχουν μικρή διάρκεια ζωής, επειδή χωρικά και χρονικά οι συγκεντρώσεις τους μεταβάλλονται έντονα, χρειάζεται η εγκατάσταση μεγάλου πλήθους σταθμών για την παρακολούθησή τους. Για αστική περιοχή έκτασης εκατό τετραγωνικών χλμ., για παράδειγμα, χρειάζονται δέκα σταθμοί μετρήσεων. Η εντυπωσιακή αύξηση των αερίων σε ίχνη προκύπτει από την σύγκριση των σημερινών τους τιμών με τιμές του μακρινού παρελθόντος. Τέτοιες συγκρίσεις μπορούν να γίνουν για το CO και το CH 4, των οποίων το παρελθόν μπορεί να ανιχνευθεί από την ύπαρξή τους μέσα σε φυσαλίδες παλιού αέρα παγιδευμένου μέσα στους πάγους της Ανταρκτικής και της Γροιλανδίας. Για αέρια σαν το CO και το CH 4, με μεγάλο χρόνο ζωής και με ομοιόμορφη κατανομή στην ατμόσφαιρα σε παγκόσμια κλίμακα, η καρδιά των πολικών πάγων μπορεί να μας δώσει πληροφορίες για τις συγκεντρώσεις του σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές. Η ανάλυση των φυσαλίδων έδειξε ότι οι συγκεντρώσεις των CO και CH 4 έμειναν αναλλοίωτες από το τέλος της τελευταίας εποχής των παγετώνων δηλ. 10,000 χρόνια πριν έως περίπου πριν 300 χρόνια, με αναλογίες μίγματος 60 ppmv και 0.7 ppmv, αντίστοιχα. Περίπου 300 χρόνια πριν οι συγκεντρώσεις του μεθανίου άρχισαν να ανεβαίνουν και 100 χρόνια πριν και των δυο ρύπων οι συγκεντρώσεις άρχισαν να υψώνονται αισθητά. Πριν την ευρεία παραγωγή των χλωροφθορανθράκων, τα Παπαδόπουλος Αντώνιος 14

15 φυσικά επίπεδα του χλωρίου στη στρατόσφαιρα ήταν 0.6 ppbv. Τώρα είναι 3 ppbv, πενταπλάσια από το παρελθόν. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες θεωρούνται κατά κύριο λόγο υπεύθυνες για τις περισσότερες γρήγορες μεταβολές στις συγκεντρώσεις των αερίων σε ίχνη τα τελευταία 00 χρόνια, όπως η καύση ορυκτών υλών για ενέργεια και μεταφορές, βιομηχανικές και αγροτικές δραστηριότητες, καύση βιομάζας και αποψίλωση δασών..5. Μονάδες μέτρησης της ποσότητας μιας ουσίας στην ατμόσφαιρα Για το σύστημα μονάδων SI η μονάδα μέτρησης της ποσότητας μιας ουσίας είναι το ένα mole (mol). Συγκέντρωση (concentration) είναι η ποσότητα (ή η μάζα) μιας ουσίας σε ένα δοθέντα όγκο δια του όγκου αυτού. Αναλογία μίγματος (mixing ratio) ενός ρύπου στην ατμοσφαιρική χημεία ορίζεται ως ο λόγος της ποσότητας (ή της μάζας) μιας ουσίας σε ένα δοθέντα όγκο προς την ολική ποσότητα (ή μάζα) όλων των συστατικών σε αυτό τον όγκο. Όταν πρόκειται για αέρια συστατικά, το άθροισμα όλων των συστατικών, περιλαμβάνει όλα τα αέρια συστατικά συν τους υδρατμούς, αλλά δεν συμπεριλαμβάνει τα αερομεταφερόμενα σωματίδια ή το νερό σε υγρή φάση. Η αναλογία μίγματος ενός είδους i είναι: Ci ξ i = (1.1) Ctotal όπου Ci είναι η μοριακή συγκέντρωση του είδους i και C total η ολική μοριακή συγκέντρωση του αέρα. Σύμφωνα με τον νόμο των ιδανικών αερίων η ολική μοριακή συγκέντρωση του αέρα σε κάθε σημείο μπορεί να γραφεί: N P C total = (1.) V RT Έτσι η αναλογία μίγματος γράφεται: Ci Pi / RT Pi ξi = (1.3) P / RT P / RT P όπου P i η μερική πίεση του αερίου i. H μοριακή συγκέντρωση (mol m 3 ) εξαρτάται από την πίεση και την θερμοκρασία. Οι αναλογίες μίγματος λοιπόν, που είναι απλά αναλογίες γραμμομορίων, είναι προσφορότερος τρόπος μέτρησης των συγκεντρώσεων των ουσιών. Εξαρτώνται βέβαια από την υγρασία, γι αυτό πολλές φορές αναφέρονται σε ξηρό αέρα. Οι αναλογίες μίγματος συνήθως εκφράζονται στις ακόλουθες μονάδες: Μέρη στο εκατομμύριο (ppm) 10-6 μmol mol -1 Μέρη στο δισεκατομμύριο (ppb) 10-9 nmol mol -1 Μέρη στο τρισεκατομμύριο (ppt) 10-1 pmol mol -1 Πολλές φορές προστίθεται στο τέλος αυτού του συμβόλου το v για αναφορά σε όγκο ή το m για αναφορά σε μάζα δηλαδή: ppmv parts per million by volume Παπαδόπουλος Αντώνιος 15

16 ppmm parts per million by mass 3 Όταν δεν αναγράφεται τίποτε στο τέλος του συμβόλου εννοείται ότι είναι το v. Μετατροπή από αναλογία μίγματος σε μg/m 3 : Οι συγκεντρώσεις των ατμοσφαιρικών ρύπων εκφράζονται πολλές φορές σαν μάζα ουσίας ανά μονάδα όγκου. Αναλύεται παρακάτω η εύρεση της σχέσης μεταξύ των μονάδων μg/m 3 και ppm: Ci Συγκέντρωση του είδους i σε ppm= X10-6 (1.4) Ctotal όπου Ci και C είναι moles volume-1 του είδους i και του αέρα αντιστοίχως σε πίεση P και θερμοκρασία T. Δοθείσης της συγκέντρωσης ενός ρύπου mi, σε μg/m 3, η μοριακή συγκέντρωση του ρύπου i, σε mol m 3, είναι: mi C i = X10-6 (1.5) Mi όπου Μi είναι το μοριακό βάρος του είδους i και C total = P/RT. Έτσι: RT Συγκέντρωση του είδους i (ppm) = PMi x συγκέντρωση του είδους i σε μg/m 3 (1.6) όπου R=8.314J/mole.K =0.08lt.atm/mole.K. Η μετατροπή από της συγκέντρωσης για ένα είδος από ppbv σε μg/m 3, σε συνθήκες Τ=98 οκ και P=1 atm γίνεται με την βοήθεια της σχέσης (που απορρέει από την 1.6) : (μg/m 3 ) = (ppb) x (Mi) x (1.7) όπου Μi είναι το μοριακό βάρος του είδους i. Ο Πίνακας δίνει για μερικούς, συνήθως απαντώμενους, ρύπους τη μετατροπή της συγκέντρωσής τους από ppbv σε μg/m 3, βάσει της σχέσης 1.7, και αντιστρόφως: Μετατροπή των μονάδων συγκέντρωσης για διάφορους ρύπους Αέριος ρύπος Από ppbv σε μg m -3 Πολλαπλασιασμός επί: Από μg m -3 σε ppbv Πολλαπλασιασμός επί: Όζον (Ο 3 ) Μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ) Διοξείδιο του αζώτου (ΝΟ ) Υπεροξυακετυλονιτρίλια (PAN) Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) Διοξείδιο του άνθρακα (CO ) Διοξείδιο του θείου (SO ) Τολουόλη (C 6 H 5 -CH 3 ) Αμμωνία (NH 3 ) Μεθάνιο (CH 4 ) Πίνακας. Υπενθυμίζεται ότι η ατμόσφαιρα είναι μίγμα πολλών αερίων που είναι καλά αναμεμιγμένα σε ύψος μέχρι 100 km (ομοιόσφαιρα). Το μέσο μοριακό βάρος του ξηρού αέρα στην περιοχή αυτή είναι Παπαδόπουλος Αντώνιος 16

17 Οι υδρατμοί είναι κατανεμημένοι στην τροπόσφαιρα σε συγκεντρώσεις που ποικίλουν πολύ από περιοχή σε περιοχή. Η περιεκτικότητα του αέρα σε υδρατμούς μπορεί να εκφραστεί με διάφορους τρόπους: Αναλογία μίγματος γραμμομορίων (ή όγκου): γραμμομόρια υδρατμών ανά γραμμομόρια αέρα (σχέση 1.1). Ποσότητα υδρατμών ανά μονάδα μάζας ξηρού αέρα [g H O (kg dry air -1 )] Σχετική υγρασία (Relative Humidity, RH): Ο λόγος της μερικής πίεσης των υδρατμών σε ορισμένη θερμοκρασία προς την πίεση των κορεσμένων υδρατμών που αντιστοιχεί στην ίδια θερμοκρασία, επί 100. Περιεκτικότητα κατά βάρος προς όγκο: g Περιεκτικότητα κατά βάρος: g H O (g air) -1. H O (m 3 air) Ηλιακή και γήινη ακτινοβολία.6.1. Η Φύση της ηλιακής και γήινης ακτινοβολίας Οι μεγαλύτερες πηγές και καταβόθρες ενέργειας για τη Γη ως συνόλου, είναι η ηλιακή και η γήινη ακτινοβολία, αντιστοίχως. Η ακτινοβόλος ενέργεια κινείται κατά κυματική μορφή, με την ταχύτητα του φωτός c (3 x 10 8 m s 1 στο κενό). H ακτινοβολία χαρακτηρίζεται από το μήκος κύματος της διάδοσης της λ (m) ή από τη συχνότητα ν (κύκλοι 1 s ), τα οποία συνδέονται με τη σχέση c = λν. Η ηλιακή ακτινοβολία καλύπτει ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα από τις ακτίνες γ και X και διαμέσου των περιοχών της υπεριώδους, ορατής και υπέρυθρης ακτινοβολίας, φθάνει στα μικροκύματα και τα ραδιοκύματα. Εντούτοις, το σημαντικότερο τμήμα του φάσματος που συνδέεται με τη μεταφορά ακτινοβόλου ενέργειας στο κλιματικό σύστημα, ορίζεται από το υπεριώδες μέχρι το κοντινό υπέρυθρο, όπως φαίνεται και στο Σχ. 1. Μερικές φορές χρησιμοποιείται ο κυματάριθμος n αντί της συχνότητας ν, για να περιγραφεί η ακτινοβολία, οπότε ισχύει n = ν/c = 1/ λ. Έτσι, όταν λ = 1μm, ο κυματάριθμος είναι n = 106 m 1. Παπαδόπουλος Αντώνιος 17

18 Σχήμα 1. Φασματική κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην κορυφή της ατμόσφαιρας και στο επίπεδο της θάλασσας για μέσες ατμοσφαιρικές συνθήκες και τον Ήλιο στο ζενίθ. Οι σκιασμένες περιοχές αντιπροσωπεύουν απορρόφηση από διάφορα ατμοσφαιρικά αέρια. Οι μη σκιασμένες περιοχές ανάμεσα στις καμπύλες, είναι το τμήμα της ηλιακής ενέργειας που σκεδάζεται από τον αέρα, τους υδρατμούς, την σκόνη και ανακλάται από τα σύννεφα. Ουσιαστικά, όλη η ενέργεια που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της Γης προέρχεται από τον Ήλιο, αφού η προς την επιφάνεια μεταφορά θερμότητας από το εσωτερικό της Γης είναι αμελητέα. Η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία μερικώς απορροφάται, σκεδάζεται και αντανακλάται από τα διάφορα αέρια της ατμόσφαιρας, τα αερολύματα και τα σύννεφα. Το υπόλοιπο που φθάνει στην επιφάνεια της Γης απορροφάται κυρίως: από την Υδρόσφαιρα (θάλασσα), τη Λιθόσφαιρα (ξηρά), την Κρυόσφαιρα (πάγοι, χιόνια) και τη Βιόσφαιρα (βλάστηση, βιομάζα) και μόνον ένα μικρό τμήμα της ανακλάται. Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, η απορροφούμενη ενέργεια μπορεί να μετασχηματισθεί σε εσωτερική ενέργεια (θερμότητα), ή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παραχθεί έργο στο περιβάλλον με τη μορφή δυναμικής ή κινητικής ενέργειας. Για να διατηρηθεί η Γη στην παρατηρούμενη μακροχρόνια κατάσταση ημισορροπίας, το ποσό της απορροφούμενης ενέργειας πρέπει να ισοσταθμίζεται με ένα ισοδύναμο ποσό ενέργειας, το οποίο να διαφεύγει στο διάστημα. Η διαφεύγουσα προς το διάστημα ενέργεια είναι επίσης, του τύπου της ακτινοβόλου ενέργειας της εκπεμπόμενης από την επιφάνεια της Γης προς την Ατμόσφαιρα. Είναι γνωστόν ότι, όλα τα σώματα που έχουν μια θερμοκρασία μεγαλύτερη του απολύτου μηδενός εκπέμπουν ακτινοβόλο ενέργεια σ ένα μεγάλο εύρος μηκών κύματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του εκπέμποντος σώματος, τόσο μεγαλύτερο είναι το ποσό της εκπεμπόμενης ενέργειας και μικρότερο το μήκος κύματος της μεγίστης εκπομπής. Συνεπώς, λόγω της μεγάλης διαφοράς μεταξύ της θερμοκρασίας του Ηλίου και της Γης, η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία έχει τη μεγαλύτερη εκπομπή της στην ορατή περιοχή (λ~ 0.5 μm), ενώ η εξερχόμενη γήινη Παπαδόπουλος Αντώνιος 18

19 ακτινοβολία έχει την μεγαλύτερη τιμή της στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος (λ~10 μm). Η περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία που ενδιαφέρει τις διάφορες ενέργειες του ηλιακού συστήματος κυμαίνεται από λ= μm στις υπεριώδεις, ορατές και κοντινές υπέρυθρες περιοχές, ενώ το μεγαλύτερο μέρος της εξερχόμενης στο διάστημα γήινης ακτινοβολίας είναι στην περιοχή μεταξύ λ= μm, πολύ κοντά δηλαδή, στην υπέρυθρη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (Σχ. ). Αυτό παρέχει τη λογική βάση για τη διάκριση της ακτινοβόλου ενέργειας που θερμαίνει και ψύχει το κλιματικό σύστημα σε δύο τύπους: τη μικρού (βραχέος) μήκους κύματος ή ηλιακή ακτινοβολία, με μήκος κύματος λ<4.0 μm και τη μεγάλου (μακρού) μήκους κύματος ή γήινη ακτινοβολία με λ 4.0 μm. Πρέπει να προσθέσουμε εδώ ότι, η μαθηματική και φυσική αντιμετώπιση των δύο τύπων ακτινοβολίας είναι επίσης, αρκετά διαφορετική. Αφού η ηλιακή ακτινοβολία προέρχεται από μια πολύ μακρινή, σχεδόν σημειακή πηγή, τον Ήλιο, πρέπει να αντιμετωπισθεί ως μια παράλληλη μιας κατεύθυνσης ακτινοβολία. Από το άλλο μέρος, η γήινη ακτινοβολία προέρχεται από όλες τις κατευθύνσεις, αφού κάθε μόριο δρα σαν ένας ατομικός μικρός ήλιος, για την διάχυτη θερμική ακτινοβολία. Επιπλέον, η γήινη εκπομπή ακτινοβολίας είναι αμελητέα στα μήκη κύματος της ηλιακής εκπομπής, έτσι ώστε μόνον η απορρόφηση πρέπει να λαμβάνεται υπόψη. Πλην όμως, η εκπομπή και η απορρόφηση είναι εξίσου σημαντικές στις συχνότητες της γήινης ακτινοβολίας και πρέπει να εξετάζονται ταυτόχρονα. Παπαδόπουλος Αντώνιος 19

20 Σχήμα. Καμπύλες του μέλανος σώματος για την ηλιακή (σε θερμοκρασία 6000 Κ) και την γήινη ακτινοβολία (σε θερμοκρασία 55 ο Κ): (α) φάσμα απορρόφησης για ολόκληρη την κατακόρυφη έκταση της ατμόσφαιρας, (β) για στρώμα της ατμόσφαιρας πάνω από τα 11 Κm, (γ) κατά τον Goody (1964), το φάσμα απορρόφησης για τα διάφορα ατμοσφαιρικά αέρια μεταξύ της κορυφή της ατμόσφαιρας και της επιφάνειας της Γης (δ), κατά τον Howard (1955). Παπαδόπουλος Αντώνιος 0

21 .6.. Το παγκόσμιο ισοζύγιο ακτινοβολίας Για να έχουμε μια παγκόσμια εικόνα του πώς, σε μακρά χρονικά διαστήματα, το κλιματικό σύστημα διατηρεί την κατάσταση της ισορροπίας του, δίδουμε στο Σχήμα 3 ένα πρωτογενές διάγραμμα του παγκόσμιου ισοζυγίου ακτινοβολίας της Γης. Το σχήμα αυτό δίδει περιληπτικά το μέσο ετήσιο ισοζύγιο ακτινοβολίας για το κλιματικό μας σύστημά ως συνόλου και το διαχωρίζει σε ηλιακό και γήινο ισοζύγιο ακτινοβολίας στην αριστερή και δεξιά πλευρά του Σχ.3, αντίστοιχα. Οι αριθμοί κλιμακώνονται, έτσι ώστε η προσπίπτουσα ροή ηλιακής ακτινοβολίας να ορίζεται συμβατικά στις 100 μονάδες. Σχήμα 3. Σχηματικό διάγραμμα του πλανητικού ισοζυγίου ακτινοβολίας, στο ηλιακό σύστημα. Η συμβατική τιμή των 100 μονάδων αναφέρεται στην προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία. Από τις 100 μονάδες της προσπίπτουσας και εισερχόμενης στην ατμόσφαιρα ηλιακής ακτινοβολίας, που φαίνονται στην αριστερή πλευρά του σχήματος, οι 16 μονάδες απορροφώνται από το στρατοσφαιρικό όζον, τους τροποσφαιρικούς υδρατμούς και τα αερολύματα (aerosols), οι 4 μονάδες από τα νέφη και οι 50 μονάδες από την επιφάνεια της Γης. Οι υπολειπόμενες 30 μονάδες της ηλιακής ακτινοβολίας, σκεδάζονται προς τα πίσω από τον αέρα (6 μονάδες), ανακλώνται από τα νέφη (0 μονάδες) και από την επιφάνεια της Γης (4 μονάδες). Αυτές οι 30 μονάδες δεν λαμβάνουν μέρος στις φυσικές και χημικές διεργασίες που συμβαίνουν στο κλιματικό σύστημα. Από τις 50 μονάδες της ηλιακής ακτινοβολίας τις απορροφούμενες στην επιφάνεια της Γης, η δεξιά πλευρά του Σχήματος 3 δείχνει ότι, οι 0 μονάδες εκπέμπονται ως μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία μέσα στην ατμόσφαιρα και οι 30 μονάδες μεταφέρονται προς τα πάνω μέσα στην ατμόσφαιρα με αναταρακτικές και κατακόρυφης μεταφοράς φυσικές διαδικασίες, με τη μορφή αισθητής θερμότητας (6 μονάδες) και λανθάνουσας θερμότητας (4 μονάδες). Από τις 0 μονάδες της εκπεμπόμενης μακρού μήκους κύματος ακτινοβολίας, 14 μονάδες απορροφώνται στην ατμόσφαιρα κυρίως, από τους υδρατμούς ( H O ) και το διοξείδιο του άνθρακα ( CO ) και 6 μονάδες εκπέμπονται κατ ευθείαν στο διάστημα. Θεωρώντας τώρα την ίδια την ατμόσφαιρα ως μια συνιστώσα του κλιματικού συστήματος, αυτή απορροφά 0 μονάδες ηλιακής ακτινοβολίας και 44 μονάδες ενέργειας προερχόμενης από την επιφάνεια της Γης. Αυτό το ολικά απορροφούμενο ποσό των 64 μονάδων, στη συνέχεια ισοσταθμίζεται από την εκπομπή στο διάστημα υπέρυθρης Παπαδόπουλος Αντώνιος 1

22 ακτινοβολίας από τους υδρατμούς και το διοξείδιο του άνθρακα (38 μονάδες) και από τα νέφη (6 μονάδες). Προσθέτοντας τις 6 μονάδες της ακτινοβολίας, που διέρχονται κατ ευθείαν διαμέσου της ατμόσφαιρας, πού εκπέμπονται από την επιφάνεια της Γης, υπολογίζεται μια συνολική απώλεια 70 μονάδων, με τη μορφή μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία στην κορυφή της ατμόσφαιρας, η οποία απαιτείται για να αντισταθμίσει τις 70 μονάδες της βραχέος μήκους κύματος ηλιακής ακτινοβολίας που απορροφάται Οι φυσικοί νόμοι της ακτινοβολίας Ο νόμος του Planck Εξ ορισμού, ένα μέλαν σώμα είναι ένας τέλειος απορροφητής. Αυτό, επίσης, εκπέμπει τη μέγιστη δυνατή ποσότητα ενέργειας σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Το ποσόν και η ποιότητα της εκπεμπόμενης από ένα μέλαν σώμα ενέργειας καθορίζεται κατά μοναδικό τρόπο από τη θερμοκρασία του, όπως δίδεται από το νόμο του Planck. Ο νόμος αυτός ορίζει ότι, η μονοχρωματική ένταση της ακτινοβολίας Β λ (Τ) (δηλαδή η ενέργεια ανά μονάδα χρόνου, ανά μονάδα επιφάνειας, ανά μονάδα στερεάς γωνίας και ανά μονάδα μήκους κύματος), η οποία εκπέμπεται από ένα μέλαν σώμα στη θερμοκρασία Τ, εκφράζεται από τη σχέση: hc B T d d 5 exp ch 1 k T (.1) όπου, h = 6.63 x J, είναι σταθερά του Planck και k = 1.38 x 10-3 J. ο K -1 είναι η σταθερά του Boltzmann. Ο νόμος αυτός μπορεί επίσης, να γραφεί ως προς τη συχνότητα χρησιμοποιώντας τη σχέση λ=c/ν: 3 h B T d d c exp h 1 T (.) Σημειώνεται ότι, η ακτινοβολία του μέλανος σώματος είναι ισοτροπική, δηλ. η έντασή της είναι ανεξάρτητη από τη κατεύθυνση. Παπαδόπουλος Αντώνιος

23 Ο νόμος των Stefan Boltzmann Η ολική ένταση της ακτινοβολίας ενός μέλανος σώματος μπορεί να ληφθεί δι ολοκληρώσεως της εξίσωσης του νόμου του Planck, σε ολόκληρη την περιοχή των μήκων κύματος, από 0 έως : 4 B T d (.3) 0 B( T) ( ) Η εκπομπή αυτή μπορεί να ολοκληρωθεί για όλες τις γωνίες ενός ημισφαιρίου που καλύπτουν μια οριζόντια επιφάνεια, οδηγώντας στην ολική ροή (ενέργεια ανά μονάδα χρόνου) ακτινοβολίας που έρχεται από όλες τις γωνίες προς αυτήν την επιφάνεια: 4 B( T)cos d das T das (.4) όπου, σ = x 10-8 W. m -. ο K -4 είναι η σταθερά Stefan Boltzmann, θ είναι η γωνία μεταξύ της προσπίπτουσας ακτίνας της ηλιακής ακτινοβολίας και της κατακόρυφου, dω=sinθdθdλ είναι ένα στοιχείο στερεάς γωνίας και dα s είναι ένα στοιχείο της επιφάνειας (Παράρτημα 1). Παρατηρώντας ότι, η Β(Τ) είναι ανεξάρτητη από την κατεύθυνση, η ολοκλήρωση του αριστερού μέλους της εξ.(.4) για ολόκληρο το ημισφαίριο οδηγείται στην ισότητα B( T) cos sin d B( T), οπότε: 0 4 T (.5) B( T) Άρα, η πυκνότητα ροής (ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας, ανά μονάδα χρόνου) που εκπέμπεται από ένα μέλαν σώμα είναι ανάλογος προς την 4 η δύναμη της απόλυτης θερμοκρασίας Ο Νόμος Μετατόπισης του Wien Στην εξ. (.1), θέτοντας την παράγωγο της Β λ (Τ) (ως προς το λ) ίση με το μηδέν, μπορεί να ληφθεί το μήκος κύματος λ max της μέγιστης εκπομπής, οδηγώντας στο νόμο μετατόπισης του Wein: λ max T = c = σταθερά (.6) Όταν το λ είναι σε μm και το Τ σε ο Κ, βρίσκουμε ότι το c = 898 μm o K. Ο νόμος μετατόπισης του Wien λέει ότι, για το μέλαν σώμα, το μήκος κύματος της μέγιστης εκπομπής είναι αντιστρόφως ανάλογο της απολύτου θερμοκρασίας. Χρησιμοποιώντας τη σχέση αυτή, η θερμοκρασία του μέλανος σώματος μπορεί να προσδιοριστεί από το μέγιστο μήκος κύματος της μονοχρωματικής ακτινοβολίας. Ο νόμος δείχνει ότι, η ακτινοβολία η εκπεμπόμενη από την επιφάνεια (Τ~93 o K) έχει μέγιστο στο μήκος κύματος λ = 9.9 μm, που βρίσκεται εμφανώς στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος. Βεβαίως, η ακτινοβολία που εκπέμπεται από την ανώτερη τροπόσφαιρα (Τ~55 ο Κ) έχει μέγιστο σε κάποιο μεγαλύτερο μήκος κύματος. Λαμβάνοντας την παρατηρηθείσα τιμή λ max = μm για την Παπαδόπουλος Αντώνιος 3

24 ηλιακή ακτινοβολία βρίσκουμε ότι, η θερμοκρασία της επιφάνειας του Ηλίου είναι της τάξεως των Τ = 6110 ο Κ (Σχ.). Μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι, τόσο ο νόμος του Wien, όσο και ο νόμος των Stefan Boltzmann εξήχθησαν με άλλους τρόπους προγενέστερα το νόμου του Planck. Όμως, τώρα μπορεί να θεωρηθούν ως επακόλουθα (πορίσματα) του νόμου του Planck Ο νόμος του Kirchhoff Οι προηγούμενοι νόμοι ασχολούνται ουσιαστικά με την ένταση της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα μέλαν σώμα. Η ικανότητα εκπομπής (αφετική ικανότητα), e λ, είναι το κλάσμα της ακτινοβολίας του μέλανος σώματος που πραγματικά εκπέμπεται. Εντούτοις, ένα υλικό μέσον δεν απορροφά μόνον, αλλά επίσης, ανακλά ένα τμήμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και το υπόλοιπο διαδίδεται διαμέσου του υλικού αυτού. Η μονοχρωματική απορροφητικότητα, α λ, είναι το τμήμα της ακτινοβολίας που προσπίπτει σ ένα σώμα και απορροφάται από αυτό. Ο νόμος του Kirchhoff λέγει ότι, η απορροφητικότητα και η αφετική ικανότητα μιας ουσίας είναι ίσα, σε κάθε μήκος κύματος λ. Άρα, α λ = e λ (.7) Ο νόμος του Kirchhoff μπορεί επίσης, να διατυπωθεί ως εξής: Σε θερμοδυναμική ισορροπία και για δεδομένο μήκος κύματος, ο λόγος της έντασης της εκπομπής Ι λ προς την απορροφητικότητα α λ της ουσίας δεν εξαρτάται από τη φύση της ουσίας. Εξαρτάται μόνον από τη θερμοκρασία και το μήκος κύματος: Ι λ / α λ = f (λ,τ) (.8) Στην περίπτωση ενός μέλανος σώματος το α λ = 1, για όλα τα μήκη κύματος λ. Συνεπώς, το κλάσμα f(λ,τ) είναι ίσον προς τη Β λ (Τ), την ένταση του μέλανος σώματος για μια δεδομένη θερμοκρασία και ένα δεδομένο μήκος κύματος. Για κάθε πραγματικό σώμα, το α λ είναι μικρότερο του 1, άρα Ι λ < Β λ (Τ). Μερικά υλικά, όπως η ύαλος, είναι ημιδιαφανή. Ένα κλάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας μπορεί, επίσης, να ανακλαστεί προς τα πίσω: r λ = I λr /Ι λ = ανακλαστικότητα (.9) Ένα κλάσμα, απορροφάται από την ουσία: α λ = Ι λα / Ι λ = απορροφητικότητα (.10) Και τέλος, ένα κλάσμα διέρχεται μέσα από αυτή: τ λ = Ι λτ / Ι τ = διαπερατότητα (.11) Το ολικό άθροισμα αυτών των κλασμάτων πρέπει να είναι ίσο με 1, αφού το 100% της προσπίπτουσας ακτινοβολίας για κάθε μήκος κύματος, πρέπει να αντιστοιχεί στην ισότητα α λ + r λ + τ λ = 1 (.1) Παπαδόπουλος Αντώνιος 4

25 ή Ι λα + Ι λr + Ι λτ = Ι λ (.13) Για αδιαφανείς (αδιαπέρατες) ουσίες, όπως είναι η επιφάνεια της Γης, (τ λ = 0), οπότε ισχύει α λ = 1 r λ. Η ανακλαστικότητα, η απορροφητικότητα και η διαπερατότητα συνήθως, μεταβάλλονται με το μήκος κύματος Ο νόμος των Beer Bouger Lambert Ο νόμος αυτός εκφράζει τη μεταβολή της έντασης της ακτινοβολίας Ι λ, λόγω της απορρόφησης. Ας θεωρήσουμε μια παράλληλη ακτίνα της ακτινοβολίας με ένταση Ι λ, να διέρχεται μέσα από ένα απορροφητικό μέσο. Η ένταση της ακτινοβολίας μετά τη διέλευσή της διαμέσου ενός στρώματος πάχους d κατά τη κατεύθυνση της εκπομπής, είναι Ι λ + di λ και di =- I d (.14) όπου ρ, είναι η πυκνότητα του μέσου και κ λα είναι ο συντελεστής απορρόφησης για ακτινοβολία μήκους κύματος λ. Ολοκλήρωση αυτής της εξίσωσης μεταξύ =0 και = 1 δίδει την εξερχόμενη ένταση της ακτινοβολίας Ι λ ( 1), έτσι ώστε: l1 I l1 I 0 exp d 0 di =- I d (.15) όπου, Ι λ (0) είναι η ένταση στο = 0. Όταν το μέσον είναι ομοιογενές, το κ λα είναι ανεξάρτητο του l και η εξ. (.15) εκφράζει τον νόμο απορρόφησης των Beer Bouger Lambert. Ένας παρόμοιος νόμος, ισχύει για τη σκέδαση μιας παράλληλης ακτίνας διερχόμενης από την ατμόσφαιρα. Σ αυτήν την περίπτωση πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ένα συντελεστή σκέδασης. Όταν απορρόφηση και σκέδαση συμβαίνουν ταυτόχρονα, τότε μπορεί να γραφεί = + s, όπου ο καλείται συντελεστής εξασθένισης. Η διαπερατότητα τ λ της ατμόσφαιρας σ ένα δεδομένο μήκος κύματος, δίδεται τότε από τη σχέση: I exp d I (.16) 0 όπου, κ λ είναι ο συντελεστής εξασθένισης κατά μήκος μιας κεκλιμένης διαδρομής d στη κατεύθυνση της διάδοσης διαμέσου της ατμόσφαιρας. Εάν η ζενιθία γωνία του Ηλίου είναι z, τότε d =dz secz και η εξ. (.16) μπορεί να γραφεί I exp sec z dz exp sec zu I (.17) o 0 Παπαδόπουλος Αντώνιος 5

26 όπου, η ποσότητα u dz (.18) 0 καλείται οπτικό βάθος ή οπτικό πάχος. Για κάθετη πρόσπτωση, z = 0 και όταν u = 1, βρίσκουμε τ = e -1 = 0.37, το οποίο υποδηλώνει ότι η αρχική ένταση Ι λο ελαττώνεται κατά 63%. Εάν u =, βρίσκουμε τ = e - = 0.14, ή μία ελάττωση της έντασης κατά 86%. Κατά τη διάρκεια κανονικών ατμοσφαιρικών συνθηκών, το οπτικό βάθος είναι πολύ μικρότερο του 1, αλλά για πολύ παχιά μαύρα σύννεφα μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερο του Η ηλιακή ακτινοβολία Το ηλιακό φάσμα και η ηλιακή σταθερά Το μεγαλύτερο τμήμα της ηλιακής ακτινοβολίας που επηρεάζει το κλιματικό σύστημα κατανέμεται στην υπεριώδη, την ορατή και την κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος. Πράγματι, το 99% της ηλιακής ενέργειας που φθάνει στη Γη έχει μήκος κύματος στο διάστημα από 0.15 έως 4.0 μm (0.15 < λ < 4.0 μm). Παρατηρήσεις πολλών ετών έδειξαν ότι, η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας δεν έχει μεταβληθεί, ουσιαστικά. Γι αυτό το λόγο, εισάγεται μια ποσότητα γνωστή ως ηλιακή σταθερά S. Η ηλιακή σταθερά, ορίζεται ως το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε μια επιφάνεια καθέτως προς την κατεύθυνση διάδοσης των ακτίνων, στη μονάδα της επιφάνειας και στη μονάδα του χρόνου, τοποθετημένη στη μέση απόσταση Γης Ήλιου. Η τιμή της ηλιακής σταθεράς είναι S = cal/cm.min = 1370 W.m -, περίπου. Το Σχ.4, μας δίδει τη φασματική κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας τόσο στην κορυφή της Ατμόσφαιρας, όσο και στο επίπεδο του εδάφους της Γης. Το φάσμα στην κορυφή της Ατμόσφαιρας ομοιάζει με το φάσμα που δίδει ο νόμος του Planck για ένα μέλαν σώμα θερμοκρασίας Τ = 6000 ο Κ, περίπου. Η σκιασμένη περιοχή του Σχ.4, δείχνει την απορρόφηση της ακτινοβολίας, λόγω των διαφόρων αερίων που συναντά, όταν αυτή κινείται καθέτως διαμέσου της ατμόσφαιρας, κάτω από αίθριες συνθήκες. Η υπόλοιπη περιοχή, μεταξύ των δύο καμπυλών, αναπαριστά την ελάττωση της ηλιακής ακτινοβολίας λόγω σκέδασης. Η ακτινοβολία που φθάνει απευθείας από τον Ήλιο και πίπτει καθέτως στη μονάδα της επιφάνειας της Γης, ονομάζεται άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Η ποσότητα της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας που έρχεται από όλες τις γωνίες, εκτός από τη στερεά γωνία που υποτέμνει τον ηλιακό δίσκο, ονομάζεται διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία. Το άθροισμα της άμεσης και της διάχυτης ακτινοβολίας, που λαμβάνεται σε μια οριζόντια επιφάνεια, ονομάζεται ολική ηλιακή ακτινοβολία. Στα επόμενα, θα αρχίσουμε τη μελέτη της ηλιακής ακτινοβολίας στην κορυφή της ατμόσφαιρας και στη συνέχεια, θα μελετήσουμε τις αλληλεπιδράσεις της ηλιακής ακτινοβολίας, με τα διάφορα ατμοσφαιρικά συστατικά και τα σύννεφα. Τέλος, θα υπολογίσουμε το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στην επιφάνεια της Γης, καθώς και τους μετασχηματισμούς της. Παπαδόπουλος Αντώνιος 6

27 Κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην κορυφή της ατμόσφαιρας. Η κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην κορυφή της Ατμόσφαιρας εξαρτάται από την υδρόγειο σφαίρα, την περιστροφή της και την ελλειπτική της τροχιά γύρω από τον Ήλιο. Γι αυτό, είναι συνάρτηση της κλίσης του άξονά της ως προς το επίπεδο της εκλειπτικής, της εκκεντρότητας της τροχιάς και του γεωγραφικού μήκους του περιηλίου. Η μέση απόσταση Ήλιου Γης είναι 1.496x10 11 m και είναι γνωστή ως αστρονομική μονάδα (AU). Η μέγιστη απόσταση Ήλιου Γης (αφήλιον) είναι 1.51x10 11 m και η ελάχιστη (περιήλιον) είναι 1.471x10 11 m. Η εκκεντρότητα της γήινης τροχιάς προσδιορίζεται από το κλάσμα της μέγιστης απόκλισης από την κυκλική τροχιά και από τη μέση ακτίνα της. Η εκκεντρότητα έχει μια τιμή ίση με Η παρούσα τιμή της γωνίας κλίσεως (λοξότητας) της εκλειπτικής είναι 3 ο 7. Η ηλιακή ακτινοβολία που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα εξασθενεί λόγω απορρόφησης και σκέδασης. Η απορροφούμενη ακτινοβολία προστίθεται αμέσως στο ισοζύγιο της θερμότητας, ενώ ένα μέρος της σκεδαζόμενης επιστρέφει στο διάστημα και ένα άλλο συνεχίζει τη διαδρομή του μέσα στην Ατμόσφαιρα, όπου υπόκειται σε περαιτέρω απορρόφηση και σκέδαση. Η μεγίστη μείωση της ηλιακής ακτινοβολίας συμβαίνει στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, όπου τα διαστήματα των διαδρομών της στην ατμόσφαιρα είναι μεγάλα και η ελαχίστη στις τροπικές περιοχές, όπου τα διαστήματα των διαδρομών είναι μικρότερα. Η ροή ακτινοβολίας F sw διαμέσου οριζόντιας επιφάνειας εξαρτάται από τη ζενιθία απόσταση του Ηλίου z: F sw = F o sw cos z όπου, F o sw, είναι η ηλιακή ακτινοβολία που δέχεται η επιφάνεια η κάθετη στις ακτίνες. Εφαρμόζοντας σφαιρικές συντεταγμένες στο σφαιρικό τρίγωνο Πόλος Ζενίθ Αστέρας, βρίσκουμε ότι, cosz = sinφ sinδ + cosφ cos δ cosh (.19) όπου, φ είναι το γ. πλάτος, δ η απόκλιση του Ηλίου και h η ωριαία γωνία του τοπικού μεσημβρινού (h = 0). Κατά τη δύση και την ανατολή ( h = H) είναι z = π/, οπότε: sinφ sinδ + cosφ cosδ cosh = 0 (.0) ή cosh = -tanφ tanδ (.1) και η διάρκεια της ημέρας (σε ακτίνια) είναι: H=cos -1 (-tanφtanδ) (.) Η διάρκεια της ημέρας (4 Η /π ώρες) ορίζεται κατά ένα και μοναδικό τρόπο από το γ. πλάτος και την ημέρα του έτους δια της απόκλισης του Ηλίου. Η κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ένα οριζόντιο επίπεδο στην κορυφή της ατμόσφαιρας εξαρτάται όχι μόνον από το cosz, αλλά και από τη συνάρτηση της απόστασης Γης Ήλιου, που ισούται με το αντίστροφο του τετραγώνου του κλάσματος Παπαδόπουλος Αντώνιος 7

28 f(d) = ( d m /d) όπου, d είναι η πραγματική απόσταση Γης Ήλιου της συγκεκριμένης ημέρας του έτους και d m είναι η μέση απόσταση. Ο όρος cosz εξαρτάται από την ημέρα του έτους, την ώρα της ημέρας και το γ. πλάτος, οπότε ισχύει: F sw = S (d m /d ) cosz (.3) όπου, S είναι η ηλιακή σταθερά. Η συνολική ημερήσια ακτινοβολία που προσπίπτει στην κορυφή της Ατμόσφαιρας μπορεί να υπολογισθεί με την ολοκλήρωση της εξ. (3.3), κατά τη διάρκεια μιας ημέρας: Q o = S (d m /d) cosz dt (.4) Με τη χρήση της εξ. (3.19) και επειδή dt = (1/π) dh, η (3.4) γράφεται: Q o = (4/π) S (d m /d) ( sinφ sinδ dh + 0 cosφcosδcosh dh) = 0 (4/π )S (d m /d) (H sinφsinδ + cosφcosδsinη) Ομοίως, χρησιμοποιώντας την εξ. (3.19), βρίσκουμε: Q o = (4/π) S (d m /d) sinφ sinδ (Η tan H) (.5) όπου, Q o, S και H έχουν μονάδες W.m. - την ημέρα, W.m. - και ακτίνια, αντίστοιχα. Οι τιμές του Q o, ως συνάρτηση της ημέρας του έτους και του γ. πλάτους, φαίνονται στο Σχ Αερολύματα και ατμοσφαιρικά αέρια Όταν η ηλιακή ακτινοβολία εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της Γης, ένα ποσοστό της απορροφάται και σκεδάζεται όχι μόνο από τα ατμοσφαιρικά αέρια, αλλά και από τα αερολύματα και τα σύννεφα. Ως αερολύματα ορίζονται τα αιωρούμενα σωματίδια, καθώς και τα σταγονίδια των νεφών και της βροχής. Η μέση ακτίνα των αερολυμάτων κυμαίνεται από 10-4 έως 10 μm. Τα μόρια των αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα οφείλονται, κυρίως, σε δύο διαδικασίες: (i) Στην απευθείας διοχέτευση σκόνης, καπνού, μορίων θαλασσίου άλατος κ.α., που προέρχονται από ηφαίστεια, πυρκαγιές και από άλλες φυσικές διεργασίες και (ii) Στην μετατροπή του SO σε H SO 4 ή σε άλλες θειούχες ενώσεις, των οξειδίων του αζώτου (ΝΟ x ) σε νιτρικό οξύ κ.λ.π. Τα αερολύματα ταξινομούνται ανάλογα με τη προέλευση, το μέγεθος και την κατανομή τους. Τα πολύ μικρά, με ακτίνα από μm ονομάζονται σωματίδια Aitken. Τα σωματίδια με ακτίνα 0.1 μm-1μm είναι τα μεγάλα σωματίδια και εκείνα με ακτίνα από 1-10 μm τα γιγαντιαία σωματίδια. Τα μεγάλα και γιγαντιαία σωματίδια είναι υπεύθυνα για τη θολότητα της ατμόσφαιρας. Η συγκέντρωση των αερολυμάτων εκφράζεται συνήθως, ως Παπαδόπουλος Αντώνιος 8

29 αριθμός σωματιδίων που περιέχεται σε 1 cm 3 αέρα. Οι συγκεντρώσεις είναι μεγαλύτερες πάνω από τις ηπειρωτικές παρά πάνω από τις θαλάσσιες περιοχές. Τα αερολύματα μπορούν να επηρεάσουν το κλίμα με δύο βασικούς τρόπους: Πρώτον, αυτά μπορούν να αλλάξουν την εισερχόμενη ηλιακή ενέργεια απορροφώντας ή σκεδάζοντας την ακτινοβολία τόσο σε αίθριες όσο και σε νεφοσκεπείς συνθήκες, επηρεάζοντας έτσι το ισοζύγιο ενέργειας της Γης. Δεύτερον, τα αερολύματα μπορούν να βοηθήσουν στη συμπύκνωση και ψύξη των υδρατμών, δρώντας ως πυρήνες και έτσι, να παίξουν ένα σημαντικό ρόλο στη διαδικασία σχηματισμού των νεφών και της βροχής. Σχήμα 4. Ολική ημερήσια ηλιακή ακτινοβολία που πίπτει σε μια μοναδιαία οριζόντια επιφάνεια στην κορυφή της ατμόσφαιρας, ως συνάρτηση του γεωγραφικού πλάτους και της ημερομηνίας, σε 10 6 Jm - (1x10 6 Jm - για μια ημέρα 11.6 Wm - ). Οι σκιασμένες περιοχές παριστάνουν τις περιοχές που δεν φωτίζονται από τον ήλιο. Τα κυριότερα αέρια της ατμόσφαιρας που απορροφούν ηλιακή ενέργεια είναι οι υδρατμοί ( H O ), το διοξείδιο του άνθρακα ( CO ), το όζον ( O 3 ), το οξυγόνο ( O ), το άζωτο ( N ), τα οξείδια του αζώτου ( NO x ) και το μεθάνιο ( CH 4 ). Το ηλιακό φάσμα δείχνει ένα μεγάλο αριθμό γραμμών και περιοχών απορρόφησης, μερικές από τις οποίες προκύπτουν από απορρόφηση στην ατμόσφαιρα του Ηλίου και άλλες από απορρόφηση στην ατμόσφαιρα της Γης. Παπαδόπουλος Αντώνιος 9

30 Ακτινοβολία με μήκος κύματος λ<0.3 μm απορροφάται κυρίως, σε μεγάλα ύψη της ατμόσφαιρας (πάνω από 0 Km) από O 3, O και N. Ιονισμός, λόγω του μακρινού υπεριώδους και της ακτινοβολίας Χ, συμβαίνει σε πολύ υψηλά επίπεδα μέσα στην ατμόσφαιρα, σχηματίζοντας και συντηρώντας την Ιονόσφαιρα. Κάτω από τα 40 Κm στη Στρατόσφαιρα, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας, οφείλεται στο Ο και το Ο 3, κυρίως, στο κοντινό υπεριώδες. Ο συνδυασμός όλων των απορροφήσεων ερμηνεύει την απότομη ανακοπή, στο μήκος κύματος λ = 0.3 μm, της ηλιακής ακτινοβολίας από την Τροπόσφαιρα. Το όζον ( O 3 ) είναι ένα από τα σημαντικότερα συστατικά της Στρατόσφαιρας, το οποίο απορροφά υπεριώδη ακτινοβολία. Σχηματίζεται στη Στρατόσφαιρα και τη Μεσόσφαιρα από φωτοχημικές αντιδράσεις και εμφανίζει τις μεγαλύτερες συγκεντρώσεις του στο ύψος των 0-5 Κm. Εντούτοις, η συγκέντρωση και η κατακόρυφη κατανομή του όζοντος ποικίλλει με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή και σε μικρότερες κλίμακες με τον χρόνο και τον χώρο. Όταν αυτό εξασθενεί στην ατμόσφαιρα, μπορεί να προκαλέσει αύξηση της υπεριώδους ακτινοβολίας στην επιφάνεια της Γης, μειώνοντας την αγροτική παραγωγή, διαταράσσοντας τη θαλάσσια τροφική αλυσίδα, αυξάνοντας την εμφάνιση καρκίνου του δέρματος κ.λ.π. Έτσι, το στρώμα του όζοντος (Ο 3 ) μπορεί να θεωρηθεί ως μια πλανητική στοιβάδα, η οποία προστατεύει τη Βιόσφαιρα εκ πιθανής καταστροφής από την πλεονάζουσα υπεριώδη ακτινοβολία. Στην Τροπόσφαιρα, η απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας είναι μάλλον ασθενής. Αυτή λαμβάνει χώρα στην ορατή και εγγύς υπεριώδη περιοχή (0.55 μm < λ< 4.0 μm) του φάσματος, λόγω, κυρίως, του H O, του CO και των νεφών. Όπως ελέχθη παραπάνω, στην ατμόσφαιρα υπάρχουν σε διάφορα μεγέθη στέρεα και υγρά σωματίδια, τα αερολύματα. Στην κατώτερη ατμόσφαιρα, τα αερολύματα θερμαίνουν την τροπόσφαιρα με την απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας και ελαττώνουν το ποσό της ακτινοβολίας που φθάνει στην επιφάνεια. Επίσης, αυξάνουν την πλανητική λευκαύγεια (albedo), λόγω της σκέδασης πίσω (προς τα πάνω) της ηλιακής ακτινοβολίας. Το καθαρό τελικό αποτέλεσμα των αερολυμάτων είναι η αύξηση της θερμοκρασίας της Στρατόσφαιρας και η ελάττωση της θερμοκρασίας της Τροπόσφαιρας. Έχει υποστηριχθεί ότι, οι ηφαιστειακές μεταβολές μπορεί να προκαλέσουν αλλαγές στην περιεχόμενη στην ατμόσφαιρα ποσότητα των αερολυμάτων, η οποία με τη σειρά της μπορεί να μεταβάλει την ενεργειακή ισορροπία του κλίματος. Συνεπώς, τα αερολύματα φαίνεται ότι είναι ένας σημαντικός παράγων για την ερμηνεία των κλιματικών μεταβολών του παρελθόντος και ίσως να επηρεάσουν, επίσης, το μελλοντικό κλίμα Η σκέδαση και οι επιδράσεις των νεφών στην ηλιακή ακτινοβολία Το ηλιακό φως στην ατμόσφαιρα σκεδάζεται ή αποκλίνει από τη κατεύθυνση διαδόσεώς του, όταν συναντά σωματίδια ή ανομοιογένειες, όπως μόρια του αέρα, αερολύματα και σύννεφα. Η σκέδαση συμβαίνει, επειδή ο δείκτης διαθλάσεως των σωματιδίων διαφέρει από τον δείκτη του ομοιογενούς μέσου στο οποίο το φως έχει εισχωρήσει. Αν και η συχνότητα της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας δεν αλλάζει, η φάση και η πόλωση της μπορεί να αλλάξουν ουσιωδώς, σε σχέση με αυτές της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Παπαδόπουλος Αντώνιος 30

31 Η σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας, δεν οδηγεί σε μετατροπή της ακτινοβόλου ενέργειας σε θερμότητα, όπως συμβαίνει με την απορρόφηση. Η ακτινοβόλος ενέργεια απλώς διασκορπίζεται προς όλες τις κατευθύνσεις, ως εάν τα σωματίδια να δρουν σαν μια νέα πηγή ακτινοβολίας. Επειδή, κάποια ποσότητα από την ηλιακή ενέργεια σκεδάζεται προς τα πίσω και προς τα πλάγια, το ποσοστό της ενέργειας που φθάνει στην επιφάνεια της Γης είναι μειωμένο. Άρα, τόσο η απορρόφηση όσο και η σκέδαση οδηγούν σε μείωση της ηλιακής ακτινοβολίας. Η ακτινοβολία που φθάνει, τελικά, στην επιφάνεια του εδάφους μερικώς ανακλάται και μερικώς απορροφάται από τα νερά των ωκεανών, το έδαφος, το χιόνι, τον πάγο και τη βλάστηση. Ένα μεγάλο κλάσμα της απορροφούμενης ακτινοβολίας, χρησιμοποιείται για να εξατμίσει το νερό μέσα στην ατμόσφαιρα, ενώ το υπόλοιπο μεταφέρεται προς τα κάτω στη θάλασσα δι αγωγής και αναταρακτικής ανταλλαγής θερμότητας και προς τα επάνω στην ατμόσφαιρα, με παρόμοιες διεργασίες και με εκπομπή μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία. Το κλάσμα της ολικής προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, που ανακλάται και σκεδάζεται καλείται λευκαύγεια (albedo), όπως έχει ήδη, αναφερθεί. Η λευκαύγεια της Γης, όπως μετρήθηκε στην κορυφή της ατμόσφαιρας, αυξάνει με το γεωγραφικό πλάτος και αλλάζει με την εποχή του έτους. Σκέδαση συμβαίνει από τα σωματίδια όλων των μεγεθών, περιλαμβανομένων και των μορίων. Ο Rayleigh ανέπτυξε τη θεωρία της σκέδασης για σωματίδια με διαμέτρους που είναι μικρές συγκρινόμενες με το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Ο ίδιος έδειξε ότι, το ποσοστό της σκέδασης είναι αντιστρόφως ανάλογο της 4 ης δύναμης του μήκους κύματος (~ λ -4 ), έτσι ώστε όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος τόσο περισσότερη ακτινοβολία θα σκεδαστεί. Άρα, μπορούμε να ερμηνεύσουμε το κυανού χρώμα του ουρανού και να πούμε ότι, αυτό οφείλεται στην εντονότερη σκέδαση ακτινοβολίας από τα ατμοσφαιρικά μόρια στο κυανού, παρά από το ερυθρό τμήμα του φάσματος. Στην πραγματικότητα, ο ουρανός καθίσταται ορατός διαμέσου της διαδικασίας της σκέδασης. Από το άλλο μέρος, η ανατολή και η δύση εμφανίζονται ερυθρίζουσες, επειδή τα βραχύτερα μήκη κύματος (κυανού) της άμεσης ακτινοβολίας απομακρύνονται με τη σκέδαση, κατά τη διάρκεια της μακράς διαδρομής τους μέσα στην ατμόσφαιρα, αφήνοντας τα υπόλοιπα ερυθρίζοντα χρώματα του φάσματος. Η βραχύτερη ακτινοβολία, επίσης, σκεδάζεται από σωματίδια (σκόνη, καπνός, ιόντα) και ρυπαντές που δημιουργούν τα αερολύματα. Όταν οι διασπάσεις των σωματιδίων αυξάνουν, ο νόμος του λ -4 παύει να ισχύει, η σκέδαση είναι λιγότερο επιλεκτική ως προς το λ και πρέπει να χρησιμοποιείται η θεωρία σκέδασης του Mie. Η θεωρία του Mie ισχύει γενικότερα και περιλαμβάνει τη σκέδαση Rayleigh και τη γεωμετρική οπτική ως μερικές περιπτώσεις. Όταν τα σωματίδια είναι επαρκώς μεγάλα, η σκέδαση της ακτινοβολίας προσεγγίζει την εξάρτηση της από το 1/λ 4, οδηγώντας στην διάχυση της ανάκλασης. Αυτό εξηγεί γιατί οι σταγόνες των νεφών και οι κρύσταλλοι πάγου ανακλούν ή διαθλούν ακτινοβολία προς όλες τις κατευθύνσεις. Γενικά, για τα μεγάλα σωματίδια οι μεταβολές της κατεύθυνσης της προσπίπτουσας ακτινοβολίας μπορεί να εξηγηθούν με τη γεωμετρική οπτική, όπως είναι η περίθλαση, η ανάκλαση και η διάθλαση, ή συνδυασμός αυτών των επιπτώσεων παράγοντας κορώνες, άλω, ουράνια τόξα (ίριδες) κ.λ.π. Η διάχυση ακτινοβολίας «λευκού» ηλιακού φωτός είναι επίσης, λευκή λόγω των πολλαπλών ανακλάσεων και διαθλάσεων, εξηγώντας τη λευκότητα του χρώματος των νεφών και της ομίχλης. Είναι πολύ καλά γνωστόν ότι, τα σύννεφα παίζουν ένα πολύ σπουδαίο ρόλο στο ισοζύγιο της ακτινοβολίας και στο κλίμα. Επηρεάζουν την λευκαύγεια, την απορροφητικότητα και τη διαπερατότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, όπως θα δούμε αργότερα, όταν εξετασθεί η κατανομή της νέφωσης και της λευκαύγειας. Εντούτοις, οι λεπτομερείς ακτινοβόλες ιδιότητες των νεφών δεν είναι πολύ γνωστές. Αυτές μεταβάλλονται ουσιωδώς με τον τύπο και τη μορφή του νέφους. Για παράδειγμα, η λευκαύγεια ενός λεπτού Παπαδόπουλος Αντώνιος 31

32 στρωματόμορφου νέφους είναι 30%, ενώ ενός παχέος στρωματόμορφου νέφους μπορεί να ποικίλλει μεταξύ 60-70%. Τα μελανοστρώματα νέφη έχουν τιμή λευκαύγειας 70% και οι θύσανοι έχουν ακόμη μικρότερες τιμές λευκαύγειας, της τάξεως του 0%. Το πάχος του νέφους, καθώς και η ζενιθία γωνία του Ηλίου φαίνεται ότι είναι σπουδαίοι παράγοντες. Εντός των νεφών, η πολλαπλή σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας επικρατεί της εξασθένισης. Η απορρόφηση εντός των νεφών συμβαίνει από τις σταγόνες, τους παγοκρυστάλλους και σε μικρότερη έκταση, από τους υδρατμούς στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος. Άρα, τα νέφη είναι ισχυροί απορροφητές της γήινης ακτινοβολίας Η ηλιακή ακτινοβολία στη γήινη επιφάνεια Θα εξετάσουμε τώρα, την ηλιακή ενέργεια που φθάνει στην επιφάνεια της Γης, μετά τη διέλευσή της μέσα από την ατμόσφαιρα. Ένα σημαντικό κλάσμα αυτής της ενέργειας ανακλάται και επιστρέφει πίσω στην ατμόσφαιρα. Η λευκαύγεια της επιφάνειας Α sfc, ορίζεται ως το πηλίκο της ανακλώμενης προς την προσπίπτουσα ακτινοβολία και εξαρτάται έντονα από τη φύση της επιφάνειας, την κάλυψη από βλάστηση, χιόνι, πάγο κ.λ.π. Ο Πίνακας 3, δίδει τιμές λευκαύγειας ορισμένων αντιπροσωπευτικών επιφανειών για το μέσο ηλιακό φάσμα. Η εξάρτηση της λευκαύγειας από τη ζενιθία απόσταση z, έχει μια διακύμανση από -6%, όταν η z μεταβάλλεται από 0 0 έως 60 ο. Η μέση τιμή της λευκαύγειας της επιφάνειας είναι της ξηράς είναι της τάξεως του 0.15, ενώ η πλανητική της τιμή στην κορυφή της ατμόσφαιρας είναι περίπου 0.30, κυρίως, λόγω της μεγάλης λευκαύγειας των νεφών και της προς τα πίσω σκέδασης της ακτινοβολίας από την ατμόσφαιρα. Η επιφανειακή λευκαύγεια εξαρτάται, επίσης από το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, ιδιαίτερα στην περίπτωση της πράσινης βλάστησης, η οποία ανακλά έντονα στο εγγύς υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Η φασματική εξάρτηση της λευκαύγειας από τον τύπο της βλάστησης είναι σημαντική, όταν ληφθεί υπόψη η φωτοσύνθεση, αφού η ανάπτυξη των φυτών είναι συνάρτηση όχι μόνον της ποσότητας της ακτινοβολίας αλλά και της φασματικής σύνθεσης. Λευκαύγεια % Άμμος Χλόη Βλάστηση 1 Δημητριακών 5-5 Δάση Πυκνά Δάση 5-10 Νέο χιόνι Παλαιό χιόνι Πόλεις Πίνακας 3. Λευκαύγεια (%) για διάφορες επιφάνειες και για ακτινοβολία στο ορατό μέρος του φάσματος, κατά Houghton (1985). Παπαδόπουλος Αντώνιος 3

33 Συνήθως, συμβαίνει μεγάλη απορρόφηση στην υπεριώδη και ορατή περιοχή του φάσματος, ενώ στο κοντινό υπέρυθρο η απορρόφηση είναι μικρή και στην πραγματικότητα, η περισσότερη ενέργεια ανακλάται. Αυτό έχει μια θετική συνέπεια για τα φυτά, καθώς προστατεύονται από υπερθέρμανση σε μια περιοχή του φάσματος, όπου η ηλιακή ακτινοβολία δεν είναι αναγκαία. Ο ρυθμός της άμεσης μετατροπής της ηλιακής ακτινοβολίας από τη φωτοσύνθεση είναι σημαντικός, όπως είναι και για τη Βιόσφαιρα, αλλά σχετικά μικρός συγκρινόμενος με την ολική ροή της ακτινοβολίας που φθάνει στο έδαφος. Επιπλέον, η περισσότερη ενέργεια που αποθηκεύεται με τη φωτοσύνθεση επιστρέφει στους ωκεανούς ή την ατμόσφαιρα με την οξείδωση της οργανικής ύλης και μόνον ένα μικρό κλάσμα της κατακάθεται ως ίζημα και αποτελεί δυναμικό ορυκτό καύσιμο. Το κλάσμα της απορροφούμενης ενέργειας που διεισδύει στα επιφανειακά στρώματα εξαρτάται από την αγωγιμότητά τους. Καθώς διαφορετικές ουσίες απομακρύνουν θερμότητα δι αγωγής από την επιφάνεια με διαφορετικούς ρυθμούς, οι προκύπτουσες κατακόρυφες μεταβολές της θερμοκρασίας είναι, επίσης, διαφορετικές. Οι ρυθμοί διείσδυσης είναι ταχείς και η θερμότητα φθάνει σε μεγαλύτερα βάθη νερού (~100m) παρά σε βάθη ξηράς (λίγα μέτρα), αφού η μεταφορά θερμότητας στα εδάφη μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνον με μοριακή αγωγή, ενώ στο νερό (και στον αέρα) μπορεί να γίνει και με αναταρακτική ανταλλαγή, διαμέσου των στροβίλων και της κατακόρυφης μεταφοράς Η γήινη ακτινοβολία Εισαγωγή Η απορρόφηση βραχέος μήκους κύματος ακτινοβολίας από την Ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της Γης οδηγεί στη θέρμανση του κλιματικού συστήματος. Άρα, σύμφωνα με τους νόμους των Stefan Boltzmann (Εξ..5) και Wien (Εξ..6), όλες οι συνιστώσες του κλιματικού συστήματος εκπέμπουν ακτινοβόλο ενέργεια στην περιοχή του φάσματος μακρού μήκους κύματος. Γι αυτό, η γήινη ακτινοβολία καλείται και θερμική ακτινοβολία, αφού όλα τα σώματα με θερμοκρασία πάνω από τους 0 ο Κ εκπέμπουν ενέργεια, της οποίας η ποιότητα (ως προς ν και λ) εξαρτάται από τη θερμοκρασία τους. Κατά μέσον όρο, η βραχέος μήκους κύματος ηλιακή ακτινοβολία που απορροφάται από τη Γη, πρέπει να επιστρέφει στο διάστημα, ως μακρού μήκους κύματος γήινη ακτινοβολία. Άρα, πρακτικά, όλη η ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ της Γης και του εξωτερικού διαστήματος γίνεται δια της μεταφοράς ακτινοβολίας. Όπως είδαμε προηγουμένως, όλα τα πραγματικά σώματα εκπέμπουν και απορροφούν λιγότερη ακτινοβόλο ενέργεια απ ότι το μέλαν σώμα, στο ίδιο μήκος κύματος και την ίδια θερμοκρασία. Οι ικανότητες εκπομπής και οι απορροφητικότητές τους είναι μικρότερες από το 1 και αλλάζουν με το μήκος κύματος (νόμος του Kirchhoff). Στα στερεά και υγρά, η μεταβολή της ικανότητας εκπομπής με το μήκος κύματος είναι μικρή, αλλά είναι πολύ μεγάλη για τα αέρια. Τα αέρια σε ατομική μορφή, απορροφούν (και εκπέμπουν) ακτινοβόλο ενέργεια μόνο σε πολύ στενά διακριτά διαστήματα μήκους κύματος, που προκύπτουν από κβαντικές αλλαγές των ηλεκτρονικών τους καταστάσεων. Τα διαστήματα αυτά λέγονται φασματικές γραμμές απορρόφησης. Εντούτοις, τα μοριακά αέρια δείχνουν φασματικές περιοχές απορρόφησης, που η καθεμία από αυτές σχηματίζεται από μεγάλο αριθμό γειτονικών γραμμών. Η θέση των περιοχών αυτών στο φάσμα και η έντασή τους εξαρτάται από τη μοριακή δομή του αερίου. Οι απορροφητικότητες των αερίων μεταβάλλονται πολύ με το μήκος κύματος και τα φάσματα απορρόφησης είναι πολύ ακανόνιστα και ασυνεχή. Οι καθαρές επιδράσεις της Παπαδόπουλος Αντώνιος 33

34 απορρόφησης και της εκπομπής της μακρού μήκους κύματος γήινης ακτινοβολίας στην τροπόσφαιρα, γίνονται κατανοητές όταν συγκρίνουμε τα Σχ.(β) και (γ) για λ 4 μm, τα οποία δίδουν το ατμοσφαιρικό φάσμα απορρόφησης για ολόκληρη την κατακόρυφη στήλη και για το στρώμα πάνω από τα 11 Κm ύψος, αντίστοιχα. Το φάσμα απορρόφησης για ολόκληρη την κατακόρυφη στήλη προκύπτει από την επαλληλία των φασμάτων απορρόφησης των επιμέρους συστατικών της ατμόσφαιρας, που φαίνονται στο Σχ. (δ). Στα στερεά και υγρά, τα άτομα και τα μόρια είναι σε πολύ κοντινές στοιβάδες, έτσι ώστε δεν δείχνουν τα ασυνεχή φάσματα, τα τυπικά για τα αέρια. Οι θερμικές δονήσεις και περιστροφές των μορίων παράγουν συνεχή φάσματα εκπομπής(απορρόφησης) με μία ικανότητα εκπομπής λίγο μικρότερη από το 1. Είναι, επομένως, χρήσιμο να εξετάζουμε την εκπομπή της ακτινοβόλου ενέργειας χωριστά για την επιφάνεια της Γης και χωριστά για την Ατμόσφαιρα. Ας αρχίσουμε να εξετάζουμε τη μακρού μήκους κύματος εκπομπή ακτινοβολίας από την επιφάνεια του εδάφους. Διάφοροι τύποι επιφανειών έχουν ελαφρώς διαφορετικές εκπεμπτικές ικανότητες, της τάξης του 0.9 για την ξηρά, της τάξης του 0.98 για τη βλάστηση και της τάξης του 0.96 για το νερό. Για τις περισσότερες εφαρμογές, η ικανότητα εκπομπής μπορεί να υποτεθεί ότι είναι ομοιόμορφη τόσο για την ξηρά όσο και για το νερό. Σε κάποιες περιπτώσεις, μπορεί ακόμη να υποτεθεί ότι, η επιφάνεια της Γης συμπεριφέρεται ως μέλαν σώμα, για τη μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία Φάσματα απορρόφησης και εκπομπής των ατμοσφαιρικών αερίων. Η απορρόφηση και η εκπομπή της ακτινοβολίας από τα αέρια συμβαίνει σε ειδικά μήκη κύματος, ανάλογα με την ατομική και μοριακή δομή τους. Μεμονωμένα άτομα και μόρια, όπως μπορούν να θεωρηθούν τα ατμοσφαιρικά αέρια, απορροφούν και εκπέμπουν ενέργεια σε ορισμένες διακριτές ενεργειακές καταστάσεις και μπορούν υπόκεινται σε διακριτές μεταβολές μεταξύ αυτών των καταστάσεων. Όπως προβλέπεται από την Κβαντομηχανική, οι ενέργειες που εμπλέκονται στις μεταπτώσεις είναι κβαντισμένες. Άρα, η αλληλεπίδραση ενός ατόμου ή μορίου με την ηλεκτρομηχανική ακτινοβολία όπως είναι το φως, λαμβάνει χώρα σε καλά ορισμένες συχνότητες, οι οποίες είναι χαρακτηριστικές του μορίου και των αντιστοίχων ζευγών τιμών ενέργειας μεταξύ των οποίων συμβαίνει η μετατόπιση. Αυτό μπορεί να εκφρασθεί με όρους Κβαντομηχανικής, από τη σχέση: W i W k = hν (.6) όπου, W i και W k είναι οι ενέργειες από μία ενεργειακά υψηλότερη και χαμηλότερη κατάσταση, αντιστοίχως, v είναι η συχνότητα της ακτινοβολίας και h, η σταθερά του Planck. Με άλλα λόγια, η ακτινοβολία ενέργειας πρέπει να είναι σε αντιστοιχία και απόκριση με την ενεργειακή σχισμή (κενό), για να γίνει το ενεργειακό «άλμα». Αν ένα μόριο μεταπηδήσει από μια κατάσταση χαμηλότερης σε μια υψηλότερης ενέργειας, αυτό χρειάζεται να απορροφήσει τα απαραίτητα κβάντα ενέργειας (φωτόνια) hν, πέραν και έξω από την ακτινοβολία. Εάν το μόριο αλλάξει ενέργεια από υψηλότερη σε χαμηλότερη κατάσταση, η διαφορά ενέργειας απελευθερώνεται, επίσης, με τη μορφή φωτονίων. Η συχνότητα της απορρόφησης και της εκπομπής φωτονίων έχει την ίδια τιμή και δίδεται από την εξ. (.6). Κάθε χημικό στοιχείο ή συνδυασμός στοιχείων έχει ένα χαρακτηριστικό φάσμα απορρόφησης και εκπομπής που δείχνει τις συχνότητες στις οποίες απορροφά ή εκπέμπει Παπαδόπουλος Αντώνιος 34

35 ακτινοβολία. Τα φάσματα είναι ουσιαστικά ασυνεχή και συνίστανται από γραμμές. Οι φασματικές κατανομές ερμηνεύονται με τις θεμελιώδεις αρχές της Ατομικής Φυσικής και της Κβαντομηχανικής, εμπλέκοντας κανόνες επιλογής της Κβαντομηχανικής, των οποίων η μελέτη βρίσκεται πέραν των σκοπών αυτού του βιβλίου. Τα ατμοσφαιρικά φάσματα απορρόφησης συνίστανται από πολλές γραμμές, που αντιστοιχούν στα χαρακτηριστικά των ηλεκτρονικών ενεργειακών μεταπτώσεων για καθένα είδος ατόμου. Στην περίπτωση ενός φάσματος ατομικής εκπομπής είναι, βεβαίως, αναγκαίο οι υψηλότερης ενέργειας καταστάσεις του ατόμου να είναι πολυπληθείς, έτσι ώστε τα άτομα να εκπέμπουν ενέργεια όταν ένα ηλεκτρόνιο κινείται σε μια τροχιά πλησιέστερη προς τον πυρήνα. Άρα, οι γραμμές εκπομπής μπορεί να προκύψουν είτε από μεταπτώσεις στη βασική κατάσταση, είτε από μεταπτώσεις μεταξύ διεγερμένων καταστάσεων. Εάν η ακτινοβολία που διαπερνά ένα αέριο δεν μπορεί να διεγείρει τα άτομα ή τα μόρια του αερίου, η ενέργεια της δεν θα απορροφηθεί ούτε θα εκπεμφθεί (Νόμος Kirchhoff). Η απορρόφηση ενός μοριακού αερίου συμβαίνει σε περιοχές που συνίστανται από έναν αριθμό φασματικών γραμμών. Οι μοριακές φασματικές περιοχές στην υπεριώδη και ορατή περιοχή, οφείλονται σε ενεργειακές μετακινήσεις ηλεκτρονίων. Όμως, στις σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες της Ατμόσφαιρας και της επιφάνειας της Γης, οι ηλεκτρονικές περιοχές δεν είναι τόσο σημαντικές, επειδή οι υψηλότερης ενέργειας καταστάσεις δεν είναι πολυπληθείς Φασματικές γραμμές Τύπος του Lorentz Οι φασματικές γραμμές, στο φάσμα εκπομπής (και απορρόφησης) ενός μεμονωμένου μορίου, έχουν ένα πολύ μικρό αλλά ορισμένο πλάτος στην κλίμακα της συχνότητας, ως συνέπεια της αρχής της αβεβαιότητας του Heisenberg. Η οποία διατυπώνει την αρχή της ανυπαρξίας δυνατότητας να έχουμε ακριβείς ταυτόχρονες μετρήσεις της θέσης και της ταχύτητας ενός σωματιδίου. Όπως γνωρίζουμε, από την κινητική θεωρία των αερίων, τα μόρια ενός πραγματικού αερίου είναι σε ταχεία και τυχαία κίνηση. Οι ταχύτητες υπακούουν στο νόμο της κατανομής του Maxwell, όταν οι συγκρούσεις είναι πολύ συχνές. Μια φασματική γραμμή προκύπτει λόγω της εκπομπής, από ένα μεγάλο αριθμό μορίων, τα οποία υπόκεινται στην ίδια μετάπτωση, που είναι η χαρακτηριστική της παρατηρούμενης γραμμής. Μονοχρωματική εκπομπή δεν παρατηρείται σχεδόν ποτέ, αφού σε πραγματικές καταστάσεις οι ενεργειακές στάθμες αλλάζουν ελάχιστα, λόγω των εξωτερικών διαταραχών (όπως είναι οι συγκρούσεις) και των τυχαίων κινήσεων των μορίων. Οι συγκρούσεις, μεταξύ μορίων που εκπέμπουν και μορίων που δεν εκπέμπουν, οδηγούν σε διεύρυνση της γραμμής εκπομπής. Η διεύρυνση της γραμμής, εξαρτάται από το ρυθμό με τον οποίο γίνονται οι συγκρούσεις, από τη συγκέντρωση των μορίων (πυκνότητα) και από τη μέση μοριακή ταχύτητα (~ ). Με όρους θερμοδυναμικών ποσοτήτων, η διεύρυνση της κρούσεως είναι ανάλογη προς το γινόμενο ρ ή προς το ρ/. Καθώς το εύρος της ατμοσφαιρικής πίεσης είναι πολύ μεγαλύτερο από εκείνο της, το αποτέλεσμα αυτό καλείται διεύρυνση της πίεσης. Ας θεωρήσουμε τώρα, μια άλλη σπουδαία διαδικασία διεύρυνσης της λωρίδας εκπομπής που αναδεικνύεται από τις τυχαίες κινήσεις των μορίων, έτσι ώστε μερικά να κινούνται προς τον παρατηρητή και κάποια άλλα να απομακρύνονται από αυτόν. Παπαδόπουλος Αντώνιος 35

36 Λόγω του αποτελέσματος του φαινομένου Doppler, τα μόρια που κινούνται προς ή μακριά από τον παρατηρητή με μια ταχύτητα u εμφανίζονται να εκπέμπουν σε υψηλότερη ή χαμηλότερη συχνότητα 0 1 u c. Η προκύπτουσα γραμμή εκπομπής, καταλαμβάνει ευρύτερο φασματικό διάστημα απ ότι η βασική γραμμή. Αυτό καλείται διεύρυνση Doppler. Επειδή, η διαδικασία αυτή εξαρτάται από τη μέση ταχύτητα των μορίων, η διεύρυνση Doppler είναι επίσης, ανάλογη της T. Η σχέση που χρησιμοποιείται, συνηθέστερα, για το σχήμα της γραμμής είναι το γραμμικό σχήμα του Lorentz, S o (.7) όπου, είναι ο συντελεστής απορρόφησης, S είναι η γραμμή έντασης, που ορίζεται από τη σχέση S d, v o είναι η κεντρική συχνότητα της γραμμής και α είναι το ημιπλάτος (οριζόμενο ως το ήμισυ της απόστασης μεταξύ των δύο συχνοτήτων, όπου το ισούται με το ήμισυ της τιμής του κέντρου της γραμμής). Το ημιπλάτος της γραμμής είναι ευθέως ανάλογο της πίεσης και αντιστρόφως ανάλογο προς την T : 1/ P T o 0 P0 T (.8) όπου, α ο είναι το ημιπλάτος σε μια τυπική πίεση p ο και σε μια τυπική θερμοκρασία Τ ο. Σε ύψη κάτω των 30 Κm, το πλάτος της γραμμής εκπομπής προσδιορίζεται από τη διεύρυνση της πίεσης και το γραμμικό σχήμα του Lorentz είναι αποδεκτό. Το αποτέλεσμα Doppler καθίσταται σημαντικό, οπότε αμφότερες οι διεργασίες διεύρυνσης πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν Συναρτήσεις διαπερατότητας Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι φασματικές περιοχές των διαφορετικών ατμοσφαιρικών στοιχείων εκπομπής ακτινοβολίας (και απορρόφησης), είναι πολύ ακανόνιστα κατανεμημένα. Επιπλέον, κάθε περιοχή περιέχει χιλιάδες γραμμές εκπομπής με διαφορετικές εντάσεις. Λόγω της ταχείας μεταβολής του συντελεστή της απορρόφησης κ ν, με τη συχνότητα στα παλμικά και περιστροφικά μέρη του υπέρυθρου τμήματος του φάσματος, είναι σχεδόν αδύνατο να ληφθεί υπόψιν η λεπτή δομή των γραμμών και οι λεπτομέρειες της διαδρομής στο μέσον της απορρόφησης. Άρα, δεν είναι εφικτό να ληφθεί η διαπερατότητα με απ ευθείας ολοκλήρωση γραμμή προς γραμμή σε όλο το φάσμα. Για να παρακάμψουμε αυτή τη δυσκολία, θεωρούμε ότι η ακτινοβολία ολοκληρώνεται για ένα πεπερασμένο φασματικό διάστημα Δv, για το οποίο η αποτελεσματική συνάρτηση διαπερατότητας μπορεί να ληφθεί από τη θεωρία ή από το πείραμα. Η συνάρτηση διαπερατότητας, συνήθως, υπολογίζεται από τον μέσο όρο ενός σχετικά μεγάλου φασματικού διαστήματος Δν, το οποίο περιέχει αρκετές γραμμές απορρόφησης: Παπαδόπουλος Αντώνιος 36

37 1 exp d d (.9) 0 Για να υπολογισθεί το τ, πρέπει να γνωρίζουμε τη διαδικασία με την οποία ο συντελεστής απορρόφησης μεταβάλλεται με τη συχνότητα, μέσα στο φασματικό διάστημα Δν. Αποδεχόμενοι ότι, στην κατώτερη ατμόσφαιρα, οι γραμμές παριστάνονται με ακρίβεια από το σχήμα του Lorentz, από τις Εξ. (.7) και (.8) βρίσκουμε ότι, το κ v εξαρτάται από την πίεση και τη θερμοκρασία κατά μήκος της διαδρομής. Αν υποτεθεί ότι, η ατμόσφαιρά είναι ομοιογενής, ο συντελεστής απορρόφησης είναι ανεξάρτητος της διαδρομής και οι ολοκληρώσεις ως προς v και είναι δυνατόν να πραγματοποιηθούν ανεξαρτήτως Μοντέλα περιοχών του φάσματος Οι βασικές ποσοτικές πληροφορίες επί των φασμάτων απορρόφησης έρχονται από πειράματα εργαστηρίων κάτω από συνθήκες, οι οποίες σε κάποιο βαθμό είναι όμοιες με αυτές που παρατηρούνται στην ατμόσφαιρα. Όμως, στο εργαστήριο οι διαδρομές είναι ομοιογενείς και δεν είναι δυνατόν να αναπαράγουν τις συνεχείς μεταβολές της πιέσεως και της θερμοκρασίας, που παρατηρούνται στην ατμόσφαιρα. Μια άλλη προσέγγιση υπήρξε με τη χρήση θεωρητικών, κατά περιοχές μοντέλων, τα οποία είναι ιδανικές αναπαραστάσεις των φασματικών διαστημάτων που περιλαμβάνουν μία ή περισσότερες γραμμές απορρόφησης με δεδομένη μορφή, συνήθως, κατά το σχήμα Lorentz. Η επιλογή του μοντέλου περιοχής που θα χρησιμοποιηθεί, εξαρτάται από τον τύπο του απορροφητή και τα φασματικά χαρακτηριστικά του. Τα συνηθέστερα σε χρήση μοντέλα, είναι το μοντέλο της απλής γραμμικής περιοχής, το κανονικού διαστήματος μοντέλο περιοχής του Elsasser και το στατιστικό μοντέλο περιοχής του Goody. Το πρώτο μοντέλο, υποθέτει ένα διάστημα συχνότητας Δν, που είναι μεγάλο συγκρινόμενο με το μέσο πλάτος των απλών φασματικών γραμμών. Αυτό το μοντέλο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην περίπτωση διαφόρων καλά χωρισμένων γραμμών εντός του διαστήματος, όπως είναι η περίπτωση της ατμόσφαιρας πάνω από 0-30 Κm. Το μοντέλο περιοχής του Elsasser, συνίσταται από μια σειρά κανονικά σχηματισμένων και επικαλυπτομένων γραμμών ομοιόμορφης έντασης. Το μοντέλο αυτό, χαρακτηρίζεται από το φάσμα απορρόφησης του CO. Το στοχαστικό μοντέλο του Goody, υποθέτει μια γραμμική κατανομή που είναι τυχαίας συχνότητας με μια κανονική κατανομή της έντασης των γραμμών. Το μοντέλο αυτό, προτάθηκε από τις φαινομενικά τυχαίες θέσεις των γραμμών των υδρατμών στο υπέρυθρο φάσμα απορρόφησης (Goody, 1964) Ανομοιογενείς διαδρομές Η χρήση των μοντέλων φασματικής περιοχής επιτρέπει την ολοκλήρωση του τ v ως προς τη συχνότητα, όταν ο συντελεστής απορρόφησης κ v είναι ανεξάρτητος της διαδρομής, δηλαδή για μια ομοιογενή ατμόσφαιρα (σταθερή θερμοκρασία και πίεση). Εντούτοις, στην πραγματική ατμόσφαιρα το σχήμα του Lοrentz μεταβάλλεται έντονα με την πίεση και σε μικρότερο βαθμό, με τη θερμοκρασία, έτσι ώστε η ανομοιογένεια της πραγματικής ατμόσφαιρας πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν. Αυτό, καθιστά αναγκαίες κάποιες συγκεκριμένες φυσικές προσαρμογές στη σχηματοποίηση των μοντέλων. Μια απλοποιημένη διαδικασία δίδεται από την προσέγγιση των Curtis Godson, η οποία Παπαδόπουλος Αντώνιος 37

38 επιτρέπει την εφαρμογή της ομοιογενούς σχηματοποίησης της διαδρομής, ακόμα και στην περίπτωση ανομοιογενούς διαδρομής. Κατά την προσέγγιση των Curtis Godson, στο γραμμικό σχήμα Lorentz χρησιμοποιείται μια μέση τιμή του ημίσεως πλάτους α, αντί του πραγματικού ημίσεως πλάτους α, όταν γίνεται ολοκλήρωση κατά μήκος μιας ανομοιογενούς διαδρομής: a 0 S( T ) ( p, T ) d 0 S( T ) d (.30) Η προσέγγιση των Curtis Godson γίνεται απλούστερη, όταν παρακάμπτεται η εξάρτηση από τη θερμοκρασία, έτσι ώστε η εξίσωση.30 γίνεται: a 0 ( p) d 0 d (.31α) ή p 0 0 p d d (.31β) αφού, σύμφωνα με την εξ. (.8) το α p. Στην περίπτωση αυτή, μπορεί κάποιος να χρησιμοποιήσει δεδομένα της ομοιογενούς διαδρομής για τιμή πίεσης, η οποία είναι η μέση πίεση κατά μήκος της διαδρομής, σταθμισμένη με το κλάσμα d. d.6.6. Μεταφορά ακτινοβολίας Η εξίσωση Schwarzchild Θα αναλύσουμε τώρα, τη μεταφορά γήινης ακτινοβολίας διαμέσου μιας ατμόσφαιρας που απορροφά και εκπέμπει. Σ αυτά τα υπέρυθρα μήκη κύματος, η απορρόφηση και η εκπομπή είναι εξίσου σημαντικές. Από το νόμο του Kirchhoff (εξ..7-.8) γνωρίζουμε ότι, το στρώμα της ατμόσφαιρας που απορροφά ταυτόχρονα εκπέμπει ακτινοβολία, ανάλογη προς την απορρόφηση και στην ίδια συχνότητα. Ας θεωρήσουμε, λοιπόν, μια ακτίνα μονοχρωματικής ακτινοβολίας που διέρχεται διαμέσου ενός απορροφούντος μέσου. Η μεταβολή της έντασης, λόγω της απορρόφησης, μετά από διαδρομή απόστασης d κατά την κατεύθυνση της διάδοσης είναι - κ λ Ι λ ρd (εξ..14). Από το νόμο του Kirchhoff, η ένταση της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας κατά τη Παπαδόπουλος Αντώνιος 38

39 κατεύθυνση της ακτίνας είναι κ λ Β λ (Τ)ρd. Συνεπώς, η καθαρή ένταση της μεταφοράς ακτινοβολίας μέσα από το στρώμα d, που περιλαμβάνει απορρόφηση και εκπομπή, για ένα δεδομένο μήκος κύματος λ θα είναι, di λ = -κ λ Ι λ ρd + κ λ Β λ (Τ) ρd ή dι λ /dm = -κ λ [Ι λ Β λ (Τ)] (.3) όπου, dm = ρd, είναι το στοιχείο της μάζας που διατρέχεται από την ακτινοβολία. Αυτή είναι η εξίσωση του Schwarzchild, που δείχνει ότι είναι δυνατόν θεωρητικά να προσδιορισθεί η ένταση της ακτινοβολίας σε κάθε σημείο της τροπόσφαιρας υπό την προϋπόθεση ότι, η κατανομή της μάζας και των συντελεστών απορρόφησης είναι γνωστά. Αν και η παραπάνω εξίσωση είναι η βασική εξίσωση της μεταφοράς ακτινοβολίας, για την υπέρυθρη ακτινοβολία είναι συχνά προτιμότερο, στις πρακτικές εφαρμογές, να συνάγεται μια διαφορετική μορφή εξίσωσης, η οποία ρητά ενσωματώνει τη συνάρτηση διαπερατότητας Η εξίσωση μεταφοράς ακτινοβολίας Ας θεωρήσουμε ένα ατμοσφαιρικό στρώμα που οριοθετείται από τα οριζόντια επίπεδα z ο και z 1 και ας υποθέσουμε ότι, τα συστατικά στοιχεία που απορροφούν είναι ομοιόμορφα στρωματωμένα κατά την οριζόντια κατεύθυνση. Στη συνέχεια, υπολογίζουμε την ένταση της ακτινοβολίας που εξέρχεται από το στρώμα στο επίπεδο αναφοράς z 1. Κατά συνθήκη, το οπτικό μήκος είναι u = κρd για την εξερχόμενη ακτινοβολία και θεωρείται θετικό προς τα κάτω, αρχίζοντας από το επίπεδο z 1, όπου το u = 0. Υποθέτουμε ότι, η ένταση της κατακόρυφης προς τα πάνω ακτινοβολίας στο κάτω επίπεδο z ο είναι Ι ο. Έστω ότι, εξετάζουμε ένα στοιχειώδες ατμοσφαιρικό στρώμα dz με οπτικό βάθος du=kρd στη στάθμη z. Αν Τ, είναι η θερμοκρασία στη στάθμη αυτή, η ένταση της ακτινοβολίας d που εκπέμπεται προς τα πάνω, δίδεται από τον παράγοντα Β(z)κρdz. Ωστόσο, η ακτινοβολία που εκπέμπεται από το στρώμα θα υποστεί μερική απορρόφηση προτού φθάσει στη στάθμη αναφοράς z 1, έτσι ώστε η διαδιδόμενη ακτινοβολία να είναι, di =τ (z, z 1 )Β(z)κρdz (.33) Η ποσότητα τ (z, z 1 ), είναι η διαπερατότητα μεταξύ των επιπέδων z και z 1, η οποία ορίσθηκε προηγουμένως από τη σχέση, ( z, z1) exp z1 z dz Χρησιμοποιώντας τη τελευταία έκφραση, η εξ. (.33) μπορεί να γραφεί με τη μορφή, di dz (, ) () d z z dz 1 Bz (.34) Η εξ. (.34), γράφεται επίσης, με την κλασική της μορφή, ως συνάρτηση του μήκους της οπτικής διαδρομής u, παρά ως προς το z: Παπαδόπουλος Αντώνιος 39

40 di d ( u) B( T, u) (.35) du du Ολοκλήρωση της εξ. (.34) από το z 0 έως το z 1, οδηγεί στην ισότητα, Σχήμα 5. Μοντέλο που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της διαπερατότητας ενός στρώματος, για την διάχυτη μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία. I 0 και I 1 είναι οι εντάσεις της ακτινοβολίας που προέρχονται από χαμηλά προς τα επίπεδα z 0 και z 1, αντίστοιχα. Η ολοκλήρωση του I 1 για όλες τις ( z ) γωνίες του ημισφαιρίου, οδηγεί στην προς τα πάνω ροή ακτινοβολίας 1 F στο επίπεδο z I I ( z, z ) B( z) dz (.36) ( z0, z1) Εάν ληφθεί η ολοκλήρωση ως προς τη συχνότητα, η εξίσωση γενικεύεται στη μορφή, 1 (.37) I I ( z, z ) d B ( z) d d 1 o ( z0, z1) Υπενθυμίσαμε προηγουμένως ότι, θεωρητικά, η καθαρή ροή ακτινοβολίας για όλες τις συχνότητες είναι δυνατόν να ληφθεί με τη γραμμής προς γραμμή ολοκλήρωση του φάσματος, αλλά στην πράξη άθροιση που να καλύπτει όλες τις φασματικές γραμμές είναι αδύνατη. Άρα, για να παρακαμφθεί αυτή η δυσκολία, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν για τους υπολογισμούς κατάλληλα μοντέλα περιοχών του φάσματος και διαστήματα συχνότητας αρκετά μεγάλου εύρους. Παπαδόπουλος Αντώνιος 40

41 Για ένα δεδομένο διάστημα συχνότητας Δv i, η εξ (.37) μετασχηματίζεται στην αντίστοιχη, o oi i 0 1 i i i ( z0, z1) 1 I I ( z, z ) B ( z) d (.38) O δείκτης i δείχνει ότι, οι τιμές των διαφόρων ποσοτήτων είναι φασματικά κατανεμημένες στο Δv, σε μέσες τιμές. Έτσι, η B i (z) είναι η φασματική μέση τιμή της συνάρτησης του Planck στο Δ i και ορίζεται από τη σχέση, 1 Bi ( z) B ( z) d i i H B v (z) λαμβάνεται ως σταθερή, όταν το φασματικό διάστημα Δν i είναι σχετικά μικρό. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η θερμική ακτινοβολία που εκπέμπεται από τη Γη και την Ατμόσφαιρα δεν διαδίδεται με παράλληλες δέσμες ακτίνων, αλλά κατά διάχυτη μορφή. Συνεπώς, η ακτινοβολία που φθάνει στη στάθμη αναφοράς z 1 προέρχεται απ όλες τις κατευθύνσεις και γι αυτό, πρέπει να ολοκληρώνουμε τις εξισώσεις (.37) και (.38) για όλες τις στερεές γωνίες του ημισφαιρίου, με κέντρο το ειδικό στοιχείο της επιφάνειας στη στάθμη z = z 1. Άρα, πρέπει μετασχηματίσουμε την προσανατολισμένη ένταση Ι 1 σε μια προς τα πάνω ροή F i. 1 i 1 oi 0 1 i i i*( z0, z1) F ( z ) I *( z, z ) B ( z) d * (.39) Το π προκύπτει από την ημισφαιρική ολοκλήρωση για όλες τις γωνίες κάτω από το επίπεδο z = z 1. Η διαπερατότητα τ στην εξ. (.38) αντικαταστάθηκε από την, την ημισφαιρική μέση φασματική διαπερατότητα ή τη διαπερατότητα διάχυσης. Η ποσότητα αυτή, συνήθως, προσεγγίζεται με αναπροσαρμογή και πολλαπλασιασμό του οπτικού πάχους της παράλληλης δέσμης με ένα παράγοντα που έχει τιμή 1.66, έτσι ώστε έχουμε, τ* (u) = τ (1.66 u) (.40) Εάν στην εξ. (3.39) επιλέξουμε την επιφάνεια της Γης ως επίπεδο z ο, τότε η προς τα πάνω ροή στη στάθμη z 1, για το εύρος συχνοτήτων Δv i, δίδεται από τη σχέση, 1 i 1 i i 1 i i *(0, z1 ) F z B (0) *(0, z ) B ( z) d * (.41α) όπου, η στάθμη της επιφάνειας του εδάφους (z = 0) υποτίθεται, ότι συμπεριφέρεται ως μέλαν σώμα, με άλλα λόγια είναι Ι oi = Β i (0). Η αντίστοιχη προς τα κάτω ροή ακτινοβολίας Fi (z 1 ) στη στάθμη αναφοράς z 1, δίδεται από μια παρόμοια της εξ.(3.41α) έκφραση, αλλά με όρια ολοκλήρωσης τα τ =1 και τ* (z i, z 1 ), όπου το z 1 υποδηλώνει ένα πολύ μεγάλο ύψος της ατμόσφαιρας, όπου οι συγκεντρώσεις των στοιχείων απορρόφησης είναι αμελητέες: Παπαδόπουλος Αντώνιος 41

42 1 i i i ( z0, z1) F ( z) B ( z) d * (.41β) Οι ολικές ροές με ολοκλήρωση σε όλα τα διαστήματα συχνοτήτων, δίδονται από την ισότητα: F( z) Fi( z) i (.4) i Σημειωτέον ότι, η χρήση των προηγουμένων εξισώσεων περιορίζεται δραστικά εάν υποτεθεί ότι, η Β είναι σταθερή στο φασματικό διάστημα Δv i. Για να αποφύγουμε αυτόν τον περιορισμό, προβαίνουμε σε μερική ολοκλήρωση της εξ. (3.39), οπότε συνεπάγεται: z1 i 1 oi i 0 i 0 1 i i i 0 1 z0 dbi( zi) F ( z ) I B ( z ) *( z, z ) B ( z ) *( z, z ) (.43) dz H διαδικασία αυτή είναι χρήσιμη, επειδή η db i (z)/dz=[ B i (T)/ T]dT/dz είναι μια αναλυτική συνάρτηση, ενώ η τ i είναι μια εμπειρική ποσότητα. Μια εναλλακτική προσέγγιση της διαδικασίας υπολογισμού των ροών, είναι με τη χρήση της μεθόδου της λεγόμενης αφετικής ικανότητας (ικανότητας εκπομπής), στην οποία η ολοκλήρωση της εκπομπής πάνω από τα φασματικά διαστήματα γίνεται πιο αποτελεσματικά. Εάν ορίσουμε την απορροφητικότητα ως α i * = 1-τ i * και υποθέσουμε ότι, η επιφάνεια της Γης ακτινοβολεί ως μέλαν σώμα, η προηγούμενη εξίσωση γράφεται με τη μορφή, z1 dbi () z F ( z ) B ( z ) *( z, z ) (.44) dz i 1 i 0 i 1 0 Με άθροιση σε όλα τα διαστήματα συχνοτήτων i, η ολική προς τα πάνω υπέρυθρη ακτινοβολία F i γίνεται: Fi ( z ) B( z ) ( z, z ) db( z) z όπου, η σταθμισμένη αφετική ικανότητα δίδεται από τη σχέση, dbi () z ( z, z1) i *( z, z1) i dp() z και η Β(z) ολοκληρώνεται σε όλους τους κυματικούς αριθμούς [πβ(z)=σt 4 (z)]. Εξυπακούεται ότι, η ( zz, 1) εξαρτάται από τη φύση και τη συγκέντρωση των κυριοτέρων συστατικών εκπομπής, καθώς και από την ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία. Παπαδόπουλος Αντώνιος 4

43 Ισοζύγιο ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας Η θέρμανση ή η ψύξη ενός ατμοσφαιρικού στρώματος, η οποία οφείλεται στη μεταβολή της καθαρής ηλιακής και γήινης ακτινοβολίας με το ύψος, μπορεί να υπολογισθεί χρησιμοποιώντας την αρχή της διατήρησης της ενέργειας. Ας θεωρήσουμε ένα στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ των επιπέδων z και z+δz, όπου οι καθαρές κατακόρυφες ροές της ακτινοβολίας είναι F(z) και F(z+Δz), αντιστοίχως. Τότε βρίσκουμε ότι, T F T 1 F cp z z ή t z t c z p (.45) όπου, F F F. Εάν εκφράσουμε την εξ. (.45) σε 0 C/ ημέρα, λαμβάνουμε net 4 T 8.64X10 F t c z p όπου, η απόκλιση δίδεται σε W.m -3, η c p σε J.Kg -1. ο K -1 και η ρ σε Kg.m -3. Η εφαρμογή αυτής της έκφρασης στη μακρού μήκους κύματος συνιστώσα της ακτινοβολίας δείχνει ότι, η συνιστώσα αυτή προκαλεί μια καθαρή ψύξη της τάξεως των.5 ο C την ημέρα. Κατά μέσον όρο, η θέρμανση της ατμόσφαιρας από την απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας είναι της τάξεως του 0.5 ο C την ημέρα και γι αυτό, δεν αναπληρώνεται η ψύξη που προκαλεί η μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία. Η διατήρηση μιας στατικής κατάστασης στην ατμόσφαιρα, είναι δυνατή μόνον μέσω της μεταφοράς αισθητής θερμότητας (ενθαλπίας) και λανθάνουσας θερμότητας (εξάτμισης συμπύκνωσης) από την επιφάνεια της Γης προς την Ατμόσφαιρα. Κατά τη διάρκεια του φωτεινού τμήματος της ημέρας και με αίθριο ουρανό, το καθαρό ισοζύγιο ακτινοβολίας κυριαρχείται από τη βραχέος μήκους κύματος ηλιακή ακτινοβολία, ενώ κατά τη νύκτα το ισοζύγιο εξαρτάται αποκλειστικά από την μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία. Επειδή, οι συγκεντρώσεις μερικών εκ των απορροφητών (π.χ, Η Ο, Ο 3 ) μεταβάλλονται πολύ με το ύψος γι αυτό και οι ροές της ηλιακής και γήινης ακτινοβολίας εξαρτώνται, επίσης, σημαντικά από το ύψος. Γενικά, με αίθριες και νήνεμες νύκτες η ροή μακρού μήκους κύματος ακτινοβολίας αυξάνει με το ύψος, οδηγώντας τη ροή σε απόκλιση και την ατμόσφαιρα σε ψύξη. Τα νέφη έχουν έντονο αποτέλεσμα στη μεταφορά της μακρού μήκους κύματος ακτινοβολίας, επειδή τροποποιούν την αφετική ικανότητα της ατμόσφαιρας σε ορισμένα μήκη κύματος. Τα νέφη είναι σχεδόν, εντελώς αδιαφανή για την υπέρυθρη ακτινοβολία. Ενεργούν σαν να κλείνουν το ατμοσφαιρικό παράθυρο, εμποδίζοντας τη διαφυγή της μακρού μήκους κύματος ακτινοβολίας προς το διάστημα. Το αποτέλεσμα αυτό, είναι αρκετά έντονο και επηρεάζει πολύ την επιφανειακή θερμοκρασία. Η τροπόσφαιρα παρουσιάζει μια καθαρή ψύξη δι ακτινοβολίας κυρίως, λόγω των υδρατμών, η οποία αντισταθμίζεται από την λανθάνουσα και αισθητή θερμότητα που συνδέεται με την κατακόρυφη μεταφορά υγρασίας. Στη Στρατόσφαιρα, συμβαίνει μια πολύ έντονη θέρμανση, λόγω της απορρόφησης της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας από το όζον (και σε μικρότερη έκταση, λόγω της απορρόφησης της μακρού μήκους κύματος γήινης ακτινοβολίας στην περιοχή του μήκους κύματος λ = 9.6 μm (αναφορά στο Σχ.β). Μπορούμε έτσι να παρατηρήσουμε ότι, η θέρμανση από τη μακρού μήκους κύματος Παπαδόπουλος Αντώνιος 43

44 ακτινοβολία είναι δυνατή μόνον λόγω των μικρών συγκεντρώσεων του Ο 3 στην Τροπόσφαιρα. Η ψύξη στη Στρατόσφαιρα οφείλεται στη μακρού κύματος εκπομπή κυρίως, από το CO και σε μικρότερη έκταση, από τους υδρατμούς και το όζον. Στην περιοχή των μηκών λ = 8-1 μm, η ατμόσφαιρα είναι σχεδόν διαφανής στη μακρού κύματος γήινη ακτινοβολία, με εξαίρεση την απορρόφηση από το όζον στο λ =9.6 μm (βλέπε Σχ. β και γ). Η περιοχή αυτή του φάσματος είναι γνωστή ως το ατμοσφαιρικό παράθυρο. Είναι, επίσης, η περιοχή όπου η μακρού κύματος ακτινοβολία της ατμόσφαιρας είναι μέγιστη (βλέπε εξ..6). Έχει ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι, διαμέσου της απορρόφησης στο φασματικό παράθυρο, μικρές αυξήσεις του CO ή άλλων ιχνών αερίων μπορεί να προκαλέσουν επιπτώσεις στο κλίμα. Πράγματι, ο Ramanathan και άλλοι (1985), επέστησαν την προσοχή στο γεγονός ότι, κάποια μικρής ανίχνευσης αέρια, όπως οι χλωροφθοράνθρακες (CFCs), το μεθάνιο (CH 4 ) και τα οξείδια του αζώτου (Ν Ο, ΝΟ ) έχουν, επίσης, γραμμές απορρόφησης στο φασματικό παράθυρο. Η πρόσφατη αύξηση στις συγκεντρώσεις αυτών των αερίων, ίσως οδηγήσει σε επιπρόσθετη παγίδευση της εκπεμπόμενης από την επιφάνεια της Γης ακτινοβολίας και κατ ακολουθία, σε θέρμανση της τροπόσφαιρας και ψύξη της στρατόσφαιρας. Τα περισσότερα από τα ατμοσφαιρικά αέρια, έχουν διαστήματα απορρόφησης στην μικροκυματική περιοχή του φάσματος. Αυτά τα διαστήματα, δεν είναι σημαντικά για τη μεταφορά υπέρυθρης ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα, επειδή στην περιοχή των μικροκυμάτων οι θερμικές ροές ακτινοβολίας είναι ασήμαντες. Εντούτοις, χρησιμοποιούνται για να συναχθούν οι κατακόρυφες κατατομές της θερμοκρασίας, της υγρασίας και της υγρής φάσεως του ύδατος στα νέφη, από εξ αποστάσεως μετρήσεις με αισθητήρες δορυφόρων Το Ισοζύγιο της ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης Η καθαρή ροή ακτινοβολίας στην επιφάνεια της Γης, προκύπτει από το ισοζύγιο μεταξύ των ροών της ηλιακής και της γήινης ακτινοβολίας: F F F SW LW Το βραχέος και μακρού μήκους κύματος ακτινοβολίας ισοζύγιο, μπορεί να εκφραστεί από τις σχέσεις, F F F και SW SW SW F F F LW LW LW Συνεπώς, το συνολικό ισοζύγιο ακτινοβολίας καθίσταται: F F F F F SW SW LW LW όπου, τα βέλη δείχνουν τις εισερχόμενες (προσπίπτουσες) και τις εξερχόμενες (διαφεύγουσες) συνιστώσες της ακτινοβολίας, αντιστοίχως. Παπαδόπουλος Αντώνιος 44

45 Η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία F sw, είναι το άθροισμα της άμεσης και της διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας. Έχει μεγάλη ημερήσια και εποχική μεταβολή και επηρεάζεται έντονα από τα νέφη. Η εξερχόμενη, βραχέος μήκους κύματος ακτινοβολία, είναι το τμήμα της ηλιακής ακτινοβολίας που ανακλάται από το έδαφος FSW FSW, όπου α είναι η λευκαύγεια (albedo) του εδάφους, οπότε η καθαρή βραχέος κύματος ακτινοβολία είναι: F SW (1 ) F SW Η προσπίπτουσα μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία F LW προέρχεται από την ατμόσφαιρα και εξαρτάται από την κατακόρυφη κατατομή (προφίλ) της θερμοκρασίας, από τα νέφη και από την κατακόρυφη κατανομή των απορροφητικών αερίων. Δεν παρουσιάζει σημαντική ημερήσια μεταβολή. Η εξερχόμενη μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία δίδεται από το νόμο των Stefan Boltzmann, υποθέτοντας μια δεδομένη αφετική ικανότητα (ικανότητα εκπομπής) για την επιφάνεια Γης. Όπως είναι αναμενόμενο, ακολουθεί την ημερήσια μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα στην επιφάνεια, με μέγιστη τιμή τις πρώτες μετά τη μεσημβρία ώρες και ελάχιστη νωρίς το πρωί. Οι συνιστώσες της προσπίπτουσας και της διαφεύγουσας μακρού κύματος ακτινοβολίας έχουν την ίδια τάξη μεγέθους, οπότε η καθαρή μακρού κύματος ροή ακτινοβολίας είναι μικρή, συγκρινόμενη με την καθαρή ροή της ηλιακής ακτινοβολίας. Παρά ταύτα, καθίσταται σημαντική κατά η νύχτα, όταν η F sw =0. Συνήθως, η FLW FLW F LW, πράγμα που συνεπάγεται μια ψύξη της επιφάνειας λόγω ακτινοβολίας. Η καθαρή ροή ακτινοβολίας στην επιφάνεια, θα δίδεται τότε, από τη σχέση, 4 F FSW (1 ) T FLW (.46) Η καθαρή αυτή ακτινοβολία είναι εκείνη που θερμαίνει την επιφάνεια του εδάφους. Η υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπεται από την επιφάνεια, η εστ 4, απορροφάται έντονα από τους υδρατμούς (Η Ο) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO ) της ατμόσφαιρας. Με τη σειρά της, η ατμόσφαιρα επανεκπέμπει την ενέργεια που απορροφά, τόσο προς τα πάνω όσο και προς τα κάτω. Το προς τα κάτω τμήμα θα απορροφηθεί από την επιφάνεια της Γης και θα την θερμάνει. Έτσι, η θερμοκρασία της επιφάνειας της Γης θα είναι υψηλότερη απ ότι θα ήταν εάν η ατμόσφαιρα ήταν διαφανής στη μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία. Η παγκοσμίως παρατηρηθείσα αύξηση των συγκεντρώσεων του CO και των άλλων ιχνών αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, πρέπει να έχει προ πολλού αρχίσει να επιτείνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου και να οδηγεί σε μια καθαρή αύξηση της επιφανειακής θερμοκρασίας γύρω από τον πλανήτη. Το μεγαλύτερο ποσοστό της ενέργειας που απορροφάται από την επιφάνεια, χρησιμοποιείται για την εξάτμιση του ύδατος, ένα άλλο ποσοστό της χάνεται στην ατμόσφαιρα ως αισθητή θερμότητα και ένα μικρότερο διοχετεύεται στα υποκείμενα της επιφάνειας στρώματα της γης, ή χρησιμοποιείται για την τήξη των πάγων και των χιονιών. Δηλαδή, υπάρχουν ουσιαστικά 4 μορφές ενεργειακών ροών στην επιφάνεια της Γης. Αυτές είναι η καθαρή ροή ακτινοβολίας, F ακτ, η ροή αισθητής θερμότητας F sh, η ροή λανθάνουσας θερμότητας F lh και η ροή θερμότητας στα υποστρώματα κάτω από την επιφάνεια F g. Κάτω από στατικές συνθήκες, η εξίσωση του ισοζυγίου της ενέργειας δίδεται από τη σχέση: Παπαδόπουλος Αντώνιος 45

46 F F F F F 0 (.47) sh lh g M όπου, η F Μ είναι η ροή ενέργειας που καταναλίσκεται για την τήξη των χιονιών, ή του παγωμένου ύδατος Το παρατηρούμενο ισοζύγιο ακτινοβολίας Όπως είναι γνωστόν, η ακτινοβόλος ενέργεια του Ηλίου αποτελεί τη βασική κινητήρια δύναμη για τις ατμοσφαιρικές και θαλάσσιες γενικές κυκλοφορίες. Άρα, ο σημαντικότερος εξωτερικός παράγων για το κλίμα της Γης, είναι η προσπίπτουσα ολική ηλιακή ακτινοβολία. Η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία χαρακτηρίζεται από την ηλιακή σταθερά, τη λοξότητα, την εκκεντρότητα και το γ. μήκος του περιηλίου για την τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο. Μεταβολές σε αυτούς τους αστρονομικούς παράγοντες ίσως, να συνοδεύονται με μεταβολές του κλίματος της Γης, σε κλίμακες χρόνου χιλιάδων ετών ή και ακόμη μακρότερων. Αλλά, δεν φαίνονται σημαντικές για χρονική κλίμακα 10ετιών Το ισοζύγιο της ακτινοβολίας της γης Μία από τις σημαντικότερες παρατηρητικές συνεισφορές των μετεωρολογικών δορυφόρων, υπήρξε η μέτρηση του ισοζυγίου της ακτινοβολίας στην κορυφή της ατμόσφαιρας. Η μέτρηση περιλαμβάνει τις συνιστώσες τόσο της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας, όσο και της εξερχόμενης γήινης ακτινοβολίας. Οι μετρήσεις της πλανητικής λευκαύγειας (albedo), σε συνδυασμό με τη γνωστή προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία στην κορυφή της ατμόσφαιρας, μας εφοδιάζουν με τις αναγκαίες πληροφορίες για την πρώτη συνιστώσα του ισοζυγίου ακτινοβολίας, την καθαρή είσοδο ηλιακής ακτινοβολίας. Οι αβεβαιότητες των σημερινών τιμών λευκαύγειας, σχετίζονται με την ανεπαρκή ημερήσια δειγματοληψία και την ελλιπή γνώση του τρόπου προεκβολής των τιμών από τις μετρήσεις, για μια ζενιθία γωνία σε τιμές ολόκληρου του Ημισφαιρίου. Η δεύτερη συνιστώσα του ισοζυγίου ακτινοβολίας, εμπλέκει μετρήσεις της μακρού μήκους κύματος, της γήινης ακτινοβολίας. Μικρότερη αβεβαιότητα φαίνεται ότι εμπεριέχεται σ αυτόν τον προσδιορισμό, με εξαίρεση τα αποτελέσματα που σχετίζονται με τον ημερήσιο κύκλο της νέφωσης. Γενικώς, η Γη ως σύνολον και κατά μέσον όρο, βρίσκεται σε ισορροπία ακτινοβολίας για μια περίοδο αρκετών ετών. Με άλλα λόγια, όση ενέργεια διαφεύγει από το σύστημα με τη μορφή μακρού κύματος ακτινοβολία, άλλη τόση πρέπει να εισέρχεται με τη μορφή βραχέος κύματος ακτινοβολία: (.48) TA SW LW F (1 a) F ds F ds 0 όπου, F TA = η σταθερή ροή ακτινοβολίας στην κορυφή της ατμόσφαιρας, F SW = η εισερχόμενη ηλιακή ροή και F LW = η μακρού κύματος ροή προς το διάστημα. Επειδή, η μέση λευκαύγεια της Γης είναι 30% περίπου, ένα ποσοστό ηλιακής ακτινοβολίας που δίδεται από τη σχέση, (πr /4πR ) (1-α) S = 40 W.m - (.49) Παπαδόπουλος Αντώνιος 46

47 απορροφάται από την ατμόσφαιρα και τους ωκεανούς και επανεκπέμπεται αργότερα, ως μακρού κύματος γήινη ακτινοβολία, όπου η ηλιακή σταθερά S = 1370 W.m -. Η τιμή των 40 W.m - είναι ένας χρήσιμος αριθμός αναφοράς για τις μετέπειτα μελέτες, γύρω από τη διαθέσιμη ακτινοβόλο ενέργεια στις ενεργειακές μετατροπές της ατμόσφαιρας και των ωκεανών. Υποθέτοντας ότι, υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ της ηλιακής ενέργειας που δέχεται και της ενέργειας που εκπέμπεται από τη Γη, ως συνόλου και ότι, η Γη ακτινοβολεί όπως το μέλαν σώμα, είναι δυνατόν να υπολογίσουμε την καλούμενη θερμοκρασία ακτινοβόλου ισορροπίας (Τ e ) της Γης, από το νόμο των Stefan Boltzmann, οπότε ισχύει, σ Τ e 4 = 40 W.m - ή Τ e = 55 K ή -18 ο C H εξ. (.46) δείχνει ότι, λόγω της ύπαρξης της ατμόσφαιρας που περιέχει αέρια, τα οποία απορροφούν και εκπέμπουν την μακρού κύματος ακτινοβολία, η θερμοκρασία της επιφάνειας της Γης Τ επιφ είναι μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία εκπομπής (Τ e ). Έτσι, θα έχουμε την ισότητα, Τ επιφ = Τ e + ΔΤ (.50) όπου, το ΔΤ αντιπροσωπεύει το ατμοσφαιρικό φαινόμενο του θερμοκηπίου στην θερμοκρασία της επιφάνειας. Αφού η μέση θερμοκρασία της Γης είναι 88 ο Κ, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, λόγω της παρουσίας της ατμόσφαιρας θα είναι ΔΤ= 33 ο Κ. Εάν η F TA 0, η Γη θα υπόκειτο είτε σε ψύξη είτε σε θέρμανση. Εντούτοις, απ όσα μπορούν να λεχθούν και κάτω από το πρίσμα των αβεβαιοτήτων που υπάρχουν στα δεδομένα (~10W.m - ), κάτι τέτοιο δεν φαίνεται να συμβαίνει. Μια πιθανή εξαίρεση είναι η πλανητική επιφανειακή θέρμανση, η οποία σχετίζεται με τις παρατηρούμενες αυξήσεις του CO και των άλλων αερίων ιχνών που γενικά, αναμένεται να γίνει αισθητή στο προσεχές μέλλον. Για παράδειγμα, ένα ετήσιο πλεόνασμα της τάξης του 1% της απορροφούμενης σε σχέση προς την εκπεμπόμενη ροή ( F TA =.38 W.m - ), θα μπορούσε να είναι το ισοδύναμο προς μια θέρμανση 7 ο Κ περίπου, για το σύνολο της ατμόσφαιρας, ή με μια θέρμανση 1 ο C για τα ανώτερα 5m της επιφάνειας τω ωκεανών, εάν το πλεόνασμα διατηρείτο για περίοδο ενός έτους. Μια τέτοια διαταραχή του ισοζυγίου στο κλιματικό σύστημα θα ήταν ανιχνεύσιμη και θα είχε εντοπισθεί από τις παγκόσμιες ατμοσφαιρικές και ωκεάνιες θερμοκρασιακές σειρές δεδομένων. Τόσο οι υπολογιζόμενες, όσο και οι πραγματικές από μετρήσεις ετήσιες μεταβολές δείχνονται στο Σχ.6. Οι διαφορές μεταξύ των δύο καμπυλών οφείλονται στις μεταβολές της πλανητικής λευκαύγειας. Η διέλευση του Ηλίου, δύο φορές κατ έτος, από τους σχετικά σκοτεινούς τροπικούς κατά τις ισημερίες, συνδέεται με μεγαλύτερη απορρόφηση ακτινοβολίας από τη Γη. Από το άλλο μέρος, κατά το ηλιοστάσιο συμβαίνει μεγαλύτερη ανάκλαση ηλιακού φωτός και λιγότερη απορρόφηση, επειδή ο Ήλιος φωτίζει τους καλυμμένους με πάγους Πόλους. Οι συνδυασμένες επιπτώσεις οδηγούν σε μια ημιετήσια διαφοροποίηση της καμπύλης της καθαρής ακτινοβολίας. Περαιτέρω, υπάρχει μια ασυμμετρία στην απόκριση των δύο Ημισφαιρίων, που προκύπτει από τη μεγάλη εποχική μεταβολή της έκτασης της περιοχής που καλύπτεται από χιόνια στο Β. Ημισφαίριο, σε σύγκριση με τις μικρότερες μεταβολές που παρατηρούνται στο Ν. Ημισφαίριο. Εκτός από τα χιόνια και τους πάγους, οι μεταβολές της νέφωσης και η βλάστηση επηρεάζουν, επίσης, την πλανητική λευκαύγεια. Παρόλα αυτά, η μεταβολή της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας στην κορυφή της ατμόσφαιρας οφείλεται, κατά μεγάλο ποσοστό, στη μεταβολή της απόστασης Γης Ηλίου. Παπαδόπουλος Αντώνιος 47

48 Σχήμα 6. Κατακόρυφες κατανομές της υπολογιζόμενης τιμής της μεταβολής της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα λόγω διαφόρων απορροφητών. Οι γραμμές LW(H O), LW(CO ), LW(O 3 ) δείχνουν την τιμή της μεταβολής της θερμοκρασίας λόγω της μακρού-κύματος εκπομπής και απορρόφησης ακτινοβολίας από τους υδρατμούς, το CO και το O 3, αντίστοιχα. Η γραμμή SW(H O+CO +O 3 ) δείχνει την τιμή της μεταβολής της θερμοκρασίας, λόγω απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας από αυτά τα αέρια. «Καθαρή» σημαίνει την τελική μεταβολή της θερμοκρασίας, λόγω όλων των συστατικών (προσαρμοσμένο από Manabe και Strickler, 1984). Πρόχειρα, κάποιος θα μπορούσε να αναμένει μια αντιστάθμιση της εντονότερης μακρού κύματος ψύξης της Γης κατά τον Ιανουάριο παρά κατά τον Ιούλιο, για να διασφαλίζεται το ισοζύγιο της ακτινοβολίας σε μηνιαία κλίμακα χρόνου. Τα δορυφορικά, όμως, δεδομένα δείχνουν ότι αυτό δεν συμβαίνει. Στην πραγματικότητα, η υπέρυθρη ψύξη παρατηρήθηκε ότι είναι ισχυρότερη τον Ιούλιο απ ότι τον Ιανουάριο Σχ. 7. Αυτή η διεργασία, μπορεί να θεωρηθεί και να ταξινομηθεί ως ένας θετικός τροφοδοτικός μηχανισμός της Γης. Η αιτία εντοπίζεται στην ασυμμετρία των δύο Ημισφαιρίων. Η ατμόσφαιρα του Β. Ημισφαιρίου, υπόκειται σε μεγαλύτερες εποχικές μεταβολές της θερμοκρασίας της, απ ότι, αυτή του Ν. Ημισφαιρίου. Επομένως, η εποχική μεταβολή της πλανητικής θερμοκρασίας τείνει να ακολουθήσει τις εποχές του Β. Ημισφαιρίου, οδηγώντας σε μεγαλύτερη πλανητική απώλεια θερμότητας τον Ιούλιο παρά τον Ιανουάριο. Η νέφωση παίζει επίσης, ένα ρόλο αλλά είναι, βεβαίως, λιγότερο κυρίαρχος από αυτόν της θερμοκρασίας. Παπαδόπουλος Αντώνιος 48

49 Σχήμα 7. Εποχική διακύμανση της καθαρής εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας, όπως παρατηρείται από δορυφόρους στην κορυφή της ατμόσφαιρας (συνεχής καμπύλη) και της υπολογιζόμενης ηλιακής ακτινοβολίας, υποθέτοντας μια ιδεατή τιμή της λευκαύγειας για το έτος (διακεκομμένη καμπύλη). Η μέση ετήσια τιμή της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας (41 Wm - ) έχει αφαιρεθεί. Οι διαφορές μεταξύ των δύο καμπυλών πρέπει να οφείλονται στις εποχικές διαφορές της νέφωσης και της κάλυψης από χιόνι και πάγο, που επηρεάζουν την λευκαύγεια στο σύστημα Γης-Ατμόσφαιρας. Συνδυάζοντας τις εκτιμήσεις του κέρδους σε ηλιακή ακτινοβολία και της απώλειας σε γήινη ακτινοβολία, στο Σχ. 7 βρίσκουμε ότι, η καθαρή ροή ακτινοβολίας στην κορυφή της ατμόσφαιρας υπόκειται σε ένα ετήσιο κύκλο με διαφορές μεταξύ Ιανουαρίου - Ιουλίου της τάξεως των 5 W.m -. Μπορούμε έτσι να εικάσουμε ότι, εάν οι μεγάλες ήπειροι μετακινούνταν από την τωρινή τους θέση στο Βόρειο και Νότιο Ημισφαίριο, ο ετήσιος κύκλος της πλανητικής ακτινοβολίας θα μεταβαλλόταν δραστικά και το ισοζύγιο της ακτινοβολίας ίσως, να επικρατούσε κατά την διάρκεια της πορείας του έτους. Πρέπει να σημειωθεί ότι, πρόσφατα δεδομένα από τον Nimbus και το ERBE (Weare and Soong, 1990) επιβεβαιώνουν τις τιμές που δείχνει το Σχ. 7, αλλά δίδουν μειωμένη τιμή του ετήσιου εύρους, της τάξεως των 8 W.m - για τις τιμές της πλανητικής μακρού κύματος ροής. Με βελτιωμένες δορυφορικές παρατηρήσεις της ηλιακής σταθεράς, της πλανητικής λευκαύγειας και της εκπεμπόμενης πλανητικής μακρού κύματος ροής, θα παρουσιασθούν σύντομα στο μέλλον νέες ευκαιρίες για να μελετηθούν οι προς το παρόν, άγνωστες αλλά σημαντικές πλανητικές διαταραχές της ισορροπίας που ίσως συμβαίνουν σε χρονικές κλίμακες μηνών έως και ετών. Είναι ευνόητο ότι, τέτοιες μεταβολές του ισοζυγίου θα πρέπει να είναι σημαντικές για τις ετήσιες κλιματικές διακυμάνσεις, αλλά και για τις μακροπρόθεσμες κλιματικές αλλαγές. Παπαδόπουλος Αντώνιος 49

50 Σχήμα 8. Ισοζύγιο ακτινοβολίας στην κορυφή της ατμόσφαιρας για την ηλιακή (μικρού-κύματος), τη γήινη (μακρού-κύματος) και την καθαρή ακτινοβολία, ως συνάρτηση του μήνα του έτους. Στο Σχήμα δείχνονται οι αποκλίσεις από τις μέσες ετήσιες τιμές. Τέλος, πρέπει να προσθέσουμε ότι το παρατηρούμενο πλεόνασμα ή έλλειμμα της θερμότητας της Γης, λόγω ακτινοβολίας, κατά τη διάρκεια ενός κανονικού (μέσου) έτους (βλέπε Σχ.8) πρέπει να εμφανίζεται ως ένα αυξημένο ή μειωμένο ενεργειακό επίπεδο της ίδιας της Γης..7. Απορρόφηση της ακτινοβολίας από τα αέρια Η ηλιακή ακτινοβολία αλληλεπιδρά με τα μόρια και τα άτομα της ατμόσφαιρας. Έτσι όταν ένα αέριο της ατμόσφαιρας (σε μοριακή μορφή) απορροφήσει ένα φωτόνιο από την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία (νόμος διατήρησης της ορμής και της ενέργειας), τούτο μεταβαίνει από μια βασική σε μια διεγερμένη κατάσταση. Έτσι, το μόριο αποθηκεύει εσωτερικά ενέργεια με τρεις τρόπους: 1) ηλεκτρονική ενέργεια (Εel), που σχετίζεται με την κατανομή των ηλεκτρονίων στις επιτρεπόμενες στάθμες ενέργειας του μορίου, ) περιστροφική ενέργεια (Erot), που αντιστοιχεί σε περιστροφή του μορίου γύρω από το κέντρο μάζας του, και 3) ταλαντωτική ενέργεια (Evib) που οφείλεται στην ταλάντωση των ατόμων που συγκροτούν το μόριο (Serway et al., 000). Έτσι, εάν η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία έχει αρκετά μικρό μήκος κύματος (πχ. υπεριώδης ή ορατή) η διεγερμένη κατάσταση στην οποία θα βρεθεί το μόριο, αντιστοιχεί σε μια μετάβαση ενός τροχιακού ηλεκτρονίου σε ένα υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο, ανάλογα με τη συχνότητα ν της απορροφούμενης ηλιακής ακτινοβολίας, σύμφωνα με τη σχέση ΔΕ=hν, όπου ΔΕ η ενεργειακή διαφορά μεταξύ της αρχικής και της τελικής ενεργειακής κατάστασης και h η Παπαδόπουλος Αντώνιος 50

51 σταθερά του Planck. Αντίστοιχες οπτικές μεταβάσεις έχουμε μεταξύ ενεργειακών σταθμών περιστροφής και ταλάντωσης ενός μορίου, κάτι που συμβαίνει για απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας με μήκος κύματος στην περιοχή του υπερύθρου (λ >~0.78 μm). Δεδομένου ότι ο χρόνος ζωής της διεγερμένης κατάστασης του μοριακού αερίου είναι περιορισμένος, το μόριο σύντομα θα επιστρέψει στην αρχική του ενεργειακή κατάσταση. Υπάρχουν λοιπόν δύο μηχανισμοί αποδιέγερσης του μορίου: 1) Το ηλεκτρόνιο μεταπίπτει πίσω στη βασική του ενεργειακή κατάσταση εκπέμποντας ένα φωτόνιο που έχει ακριβώς την ίδια ενέργεια και συχνότητα με αυτήν του αρχικού προσπίπτοντος φωτονίου. Το φωτόνιο όμως αυτό εκπέμπεται σε μια τυχαία διεύθυνση. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ακτινοβολητική μετάπτωση (radiativedecay). ) Σε σχετικά υψηλές πιέσεις (~1 atm) τα μόρια της ατμόσφαιρας συνεχώς αλληλεπιδρούν μέσω συγκρούσεων. Έτσι, υπάρχει η πιθανότητα η ενέργεια ΔΕ που εκπέμπεται κατά την αποδιέγερση του μορίου να μετατραπεί σε άλλες μορφές ενέργειας (πχ. κινητική ενέργεια -> θερμότητα). Στην περίπτωση αυτή έχουμε τοπική αύξηση της θερμοκρασίας και λέμε ότι το φωτόνιο έχει απορροφηθεί. Η μετατροπή αυτή της ενέργειας σε θερμότητα ονομάζεται θερμοποίηση (thermalization). Παρατηρούμε λοιπόν ότι η ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάδοσή της στην ατμόσφαιρα εξασθενεί: η εξασθένιση αυτή οφείλεται σε φαινόμενα σκέδασης (Μηχανισμός 1) και απορρόφησης (Μηχανισμός ). Η σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας οφείλεται τόσο στην ύπαρξη των αιωρουμένων σωματιδίων (aerosols) (φαινόμενο σκέδασης Μie), όσο και των μορίων της ατμόσφαιρας (φαινόμενο σκέδασης Rayleigh). Και στις δύο περιπτώσεις το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που επανεκπέμπεται παραμένει σταθερό (ελαστική σκέδαση). Απλά αναφέρουμε εδώ και την ύπαρξη της μη-ελαστικής σκέδασης Raman που οφείλεται στα μόρια της ατμόσφαιρας (πχ. N, O, O 3, H O κλπ.) (Measures, 199). Η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας οφείλεται επίσης στα αιωρούμενα σωματίδια (απορρόφηση στην περιοχή του υπεριώδους, κυρίως από τα αιωρούμενα σωματίδια που περιέχουν πυρίτιο), αλλά κυρίως στα μόρια της ατμόσφαιρας. Στην τελευταία περίπτωση η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας από τα μόρια της ατμόσφαιρας μπορεί να οδηγήσει σε φωτοδιάσπαση του μορίου (έναρξη φωτοχημικών αντιδράσεων) ή σε φωτοϊονισμό (απόσπαση των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας των ατόμων). Τούτο συμβαίνει κυρίως στην υπεριώδη (UV) ηλιακή ακτινοβολία η οποία απορροφάται στα υψηλά ατμοσφαιρικά στρώματα. Τα μεγαλύτερα μήκη κύματος διεισδύουν βαθύτερα στην ατμόσφαιρα, μέχρι ότου να απορροφηθούν και αυτά από τα διάφορα ατμοσφαιρικά αέρια. Όσο πλησιάζουμε στην επιφάνεια της γης τόσο αυξάνεται η πυκνότητα της ατμόσφαιρας και παράλληλα αυξάνεται και η απορρόφηση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Η απορρόφηση οπτικής ακτινοβολίας από τα μόρια της ατμόσφαιρας σχετίζεται κυρίως με τις μεταπτώσεις (οπτικές μεταβάσεις) μεταξύ των επιτρεπόμενων κβαντισμένων ενεργειακών επιπέδων των μορίων. Όπως προαναφέρθηκε, τα ενεργειακά αυτά επίπεδα συσχετίζονται με ηλεκτρονικές, ταλαντωτικές και περιστροφικές μεταπτώσεις, ή σε συνδυασμό ταλαντωτικών - περιστροφικών μεταπτώσεων. Έτσι, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στο έδαφος προκαλείται από τα διάφορα αέρια της ατμόσφαιρας και ειδικότερα από τους υδρατμούς ( H O ), το οξυγόνο ( O ), το όζον ( O 3 ), το διοξείδιο του άνθρακα ( CO ), το μεθάνιο ( CH 4 ), το πρωτοξείδιο του αζώτου ( N O ), κλπ., όπως παριστάνεται στο Σχήμα 9α. Τα παραπάνω αέρια παίζουν επομένως κυρίαρχο ρόλο στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, όπως θα αναλύσουμε στο επόμενο εδάφιο. Στο Σχήμα 9β παριστάνεται η απορροφητικότητα της γήινης ατμόσφαιρας σε ύψος 11 χλμ., ενώ στο Παπαδόπουλος Αντώνιος 51

52 Σχήμα 9γ παρουσιάζεται η συνολική απορροφητικότητα της ατμόσφαιρας που οφείλεται αντίστοιχα στα CH 4, N O, O, O 3, COκαι H O. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι τα αέρια CO, CH4, NO, Ο3, CO και ΗΟ απορροφούν έντονα στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος, ενώ μεταξύ 8-1 μm, παρατηρούμε την ύπαρξη του λεγόμενου ατμοσφαιρικού παράθυρου στο θερμικό υπέρυθρο, εντός του οποίου η απορροφητικότητα της ατμόσφαιρας είναι χαμηλή (εκτός από τη ζώνη απορρόφησης του όζοντος στα 9.6 μm). Οι υδρατμοί απορροφούν στο μακρινό υπεριώδες (λ<186 nm) (ηλεκτρονικές μεταπτώσεις), στο υπέρυθρο στα 6.3 μm (ταλαντωτικές μεταπτώσεις στη ζώνη ν), στα μm (ταλαντωτικές μεταπτώσεις) και σε λ>16 μm (περιστροφικές μεταπτώσεις). Το CO απορροφά έντονα στο υπέρυθρο στα 15 μm (ταλαντωτικές μεταπτώσεις στη ζώνη ν) και στα 4.3 μm (ταλαντωτικές μεταπτώσεις στη ζώνη ν3). Το O 3 απορροφά κυρίως στο υπεριώδες (ηλεκτρονικές μεταπτώσεις) σε συνεχές φάσμα (continuum) από nm (ζώνες Hartley) και στα nm (ζώνες Huggins), αλλά και στο ορατό nm (Chappuis), όπως φαίνεται στο Σχήμα 9. Διαθέτει επίσης τρεις ζώνες απορρόφησης (λόγω ταλαντωτικών-περιστροφικών μεταπτώσεων) στο υπέρυθρο 9.1 μm (ν1), 14.1 μm (ν) και 9.6 μm (ν3), οι οποίες είναι ασθενέστερες από αυτές του υπεριώδους. Το N O απορροφά κυρίως στο υπέρυθρο (4.5 μm, 7.8 μm και 17 μm). Τέλος, το O απορροφά έντονα στο υπεριώδες λόγω φωτο-ιονισμού και φωτοδιάσπασης. Ειδικότερα, η ισχυρή απορρόφηση για λ<100 nm οφείλεται στον φωτο- ιονισμό, μεταξύ nm παρατηρούνται διακριτές ζώνες απορρόφησης αγνώστου προέλευσης, μεταξύ nm παρατηρείται το συνεχές φάσμα (Schumann-Runge continuum) λόγω φωτο-διάσπασης [O-> Ο(3Ρ) +Ο(1D), όπου ένα άτομο οξυγόνου παραμένει στη βασική κατάσταση triplet-p, και το άλλο άτομο μεταβαίνει στη διεγερμένη κατάσταση singlet-d ]. Οι ζώνες Schumann-Runge από nm σχετίζονται με ηλεκτρονικές μεταβάσεις, πάνω στις οποίες υπερτίθενται και ταλαντωτικές μεταβάσεις. Το συνεχές φάσμα του Herzberg (00-60 nm) είναι πολύ σημαντικό, ειδικότερα στα 4 nm, για το σχηματισμό του στρατοσφαιρικού όζοντος, όπως θα αναλύσουμε σε επόμενο εδάφιο. Τέλος, το ΝΟ απορροφά κυρίως στην περιοχή του ορατού (Σχήμα 1). Παπαδόπουλος Αντώνιος 5

53 Σχήμα 9. Απορροφητικότητα της ατμόσφαιρας (%) για τα κυριότερα ατμοσφαιρικά αέρια, (α) από το έδαφος έως την κορυφή της ατμόσφαιρας, (β) από τα 11 χλμ. και άνω και (γ) για επιλεγμένα αέρια σε όλη την ατμόσφαιρα, σε συνάρτηση με το μήκος κύματος (Peixoto and Ort, 1993). Παπαδόπουλος Αντώνιος 53

54 Σχήμα 10 Ενεργός διατομή απορρόφησης του όζοντος σαν συνάρτηση του μήκους κύματος Σχήμα 11 Ενεργός διατομή απορρόφησης του οξυγόνου σαν συνάρτηση του μήκους κύματος Παπαδόπουλος Αντώνιος 54

55 Σχήμα 1 Ενεργός διατομή απορρόφησης του διοξειδίου του αζώτου σαν συνάρτηση του μήκους κύματος (Harwood and Jones, 1994). Παπαδόπουλος Αντώνιος 55

56 3. Ατμοσφαιρική ρύπανση 3.1. Ατμοσφαιρική ρύπανση γενικά Η ατμοσφαιρική ρύπανση μπορεί να οριστεί σαν η κάθε ατμοσφαιρική συνθήκη κατά την οποία είναι παρόντα συστατικά σε συγκεντρώσεις αρκετά υψηλότερες των συνηθισμένων τους τιμών στην ατμόσφαιρα έτσι ώστε να δημιουργούν μετρήσιμα αποτελέσματα στον άνθρωπο, στα ζώα, στην βλάστηση, ή στα υλικά. Με τον όρο «συστατικά» εννοούνται κάθε φυσική ή ανθρωπογενή χημική ουσία ικανή να είναι αερομεταφερόμενη (airborne). Αυτά τα συστατικά μπορούν να υπάρχουν στην ατμόσφαιρα σαν αέρια, σαν υγρές σταγόνες ή σαν στερεά σωματίδια. Ο ορισμός αυτός περικλείει κάθε συστατικό επικίνδυνο ή όχι. Θα εστιάσουμε όμως σε αυτά τα συστατικά που, αποδεδειγμένα, προκαλούν ανεπιθύμητα αποτελέσματα. Γενικότερα η ρύπανση αφορά ουσίες που βρίσκονται σε λάθος τόπο, ποσότητα και χρόνο και προκαλούν βλάβες στον άνθρωπο, στους οργανισμούς, στα οικοσυστήματα και στα υλικά. Διαφορετική έννοια είναι η μόλυνση του περιβάλλοντος που προκαλείται από είσοδο στο περιβάλλον μικροβίων, ιών και γενικά παθογόνων μικροοργανισμών. Η ρύπανση του περιβάλλοντος είναι ένα πάντα επίκαιρο, πολύπλοκο και σοβαρό πρόβλημα: Υγείας, αφού επηρεάζει άμεσα την ανθρώπινη υπόσταση. Οικονομίας, αφού ανεβάζει το κόστος των παραγωγικών δραστηριοτήτων, φθείρει τα υλικά και επιβαρύνει αβάστακτα τις δαπάνες που χρειάζονται για να διατηρηθούν τα οικοσυστήματα σε κάποια σχετική ισορροπία. Προστασίας της φύσης, αφού διαταράσσει την ισορροπία των ζωντανών οργανισμών. Αισθητικής, αφού αλλοιώνει ανεπανόρθωτα την ομορφιά της φύσης και των ανθρωπίνων δημιουργημάτων. Το πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης μπορεί να αποδοθεί συνοπτικά σαν ένα σύστημα αποτελούμενο από τρεις βασικές συνιστώσες: Πηγές Εκπομπής 1 3 Ρύποι Ατμόσφαιρα Ανάμιξη Και χημική μετατροπή Αποδέκτες Είναι σαφές ότι για να εξαλειφθεί η ατμοσφαιρική ρύπανση από τις μεγάλες πυκνοκατοικημένες περιοχές του κόσμου απαιτούνται σημαντικές οικονομικές επενδύσεις και πιθανότατα αλλαγές στον τρόπο ζωής καθώς και αλλαγές στην χρήση της ενέργειας. Είναι επίσης ανεδαφικό να συζητά κανείς την πλήρη εξάλειψη της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Είναι αδύνατο να εξαφανιστούν ολοκληρωτικά όλα τα εκπεμπόμενα από τους ανθρώπους συστατικά στην ατμόσφαιρα. Ουσία έχει να συζητήσει κανείς την μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, ώστε να σμικρυνθούν, κατά το δυνατόν, οι δυσάρεστες επιπτώσεις της. Λόγω του μεγάλου οικονομικού κόστους αυτού του εγχειρήματος Παπαδόπουλος Αντώνιος 56

57 κοινωνικοί και πολιτικοί παράγοντες έχουν ένα σημαντικό ρόλο στην επίτευξη του στόχου αυτού. Προσπάθειες να δημιουργηθεί μια συντονισμένη στρατηγική για τον έλεγχο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης εμποδίστηκαν σε μεγάλο βαθμό από την αδυναμία να αποδειχθεί σαφώς η σχέση μεταξύ των επιπέδων εκπομπών και των συγκεντρώσεων των ρύπων στην ατμόσφαιρα και η σχέση μεταξύ των συγκεντρώσεων των ρύπων και των δυσάρεστων επιπτώσεων τους κυρίως στην ανθρώπινη υγεία. Ειδικά η αδυναμία συσχέτισης μιας συγκεκριμένης δόσης κάποιου ρύπου με κάποια μετρήσιμη επίπτωση στην ανθρώπινη υγεία αποτέλεσε το βασικό εμπόδιο στο να ευαισθητοποιηθεί ο κόσμος στο θέμα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Συνήθως, επικρατεί η άποψη ότι η αέρια ρύπανση είναι ένα φαινόμενο που χαρακτηρίζει κυρίως τα μεγάλα αστικά και βιομηχανικά κέντρα, όπου οι συγκεντρώσεις των ρύπων είναι πολύ υψηλότερες από τις φυσιολογικά αναμενόμενες τιμές τους. Παρόλα αυτά η αέρια ρύπανση αποτελεί ένα παγκόσμιο πρόβλημα διότι η ατμοσφαιρική ρύπανση διαχέεται σε όλη την ατμόσφαιρα. Ας θεωρήσουμε τα στοιχεία που συνθέτουν το πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης σε μια ορισμένη περιοχή. Το σχήμα 13 συνοψίζει τα στοιχεία αυτά. Αυτόματος έλεγχος Ανιχνευτής Πηγή εκπομπής Έλεγχος εκπομπών Ατμόσφαιρα Αποδέκτης Άνθρωποι Ζώα Φυτά Υλικά Νομοθετική ρύθμιση Σχήμα 13: Σύστημα ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Κάθε μπλοκ παριστάνει μια συγκεκριμένη διαδικασία στην αλυσίδα των γεγονότων που οδηγούν στη δημιουργία των ρύπων από την πηγή μέχρι την ανίχνευση των ρύπων από τους αποδέκτες. Οι διακεκομμένες γραμμές δείχνουν τους τρόπους με τους οποίους οι αποκρίσεις γίνονται η βάση για την ρύθμιση των εκπομπών των πηγών και του έλεγχου τους. Η γενεσιουργός αιτία της αέριας ρύπανσης είναι μια πηγή εκπομπής. Οι κύριες πηγές εκπομπής είναι (1) μεταφορά, () παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, (3) καύση απορριμμάτων, (4) βιομηχανική και οικιακή καύση πετρελαίου, και (5) βιομηχανική και αγροτική διαδικασία. Συνδεδεμένα με τις πηγές είναι ο έλεγχος των εκπομπών των πηγών, που γίνεται με συσκευές που έχουν σαν στόχο να εμποδίζουν ορισμένους ρύπους να φθάσουν στην ατμόσφαιρα. Συνήθως ο έλεγχος των εκπομπών των πηγών συνίσταται σε εγκατάσταση συσκευών που κατακρατούν αέριους ρύπους, σε αντικατάσταση κάποιου Παπαδόπουλος Αντώνιος 57

58 καυσίμου από ένα άλλο με λιγότερες εκπομπές, και σε τροποποιήσεις της ίδιας της διαδικασίας. Οι ρύποι εκπέμπονται μέσα στην ατμόσφαιρα, η οποία δρα ως ένα μέσο μεταφοράς, διάλυσης και φυσικοχημικών μετατροπών. Οι ρύποι, ακολούθως, μπορούν να ανιχνευθούν από όργανα ή από τη δράση τους στους ανθρώπους, στα ζώα, στη βλάστηση και τα υλικά. Αυτοί οι διάφοροι «αισθητήρες» βασίζουν την ανίχνευση των ρύπων σε ορισμένη δράση του ρύπου επάνω τους, π.χ. ερεθισμός των βλεννογόνων. Τελικά βάσει της απόκρισης των διαφόρων ανιχνευτών οι πηγές εκπομπής και οι διαδικασίες ελέγχου των εκπομπών μπορούν να τροποποιηθούν είτε δια μέσου ενός αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου των συγκεντρώσεων των ρύπων στην ατμόσφαιρα, είτε δια μέσου κοινωνικής πίεσης προς τους κυβερνώντες και την επακόλουθες νομικές διευθετήσεις. Οι στρατηγικές ελέγχου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης μπορεί να αφορούν είτε την άμεση δέσμευση των ρύπων αμέσως τη στιγμή που εκπέμπονται από τις πηγές, είτε τη δέσμευσή τους αργότερα, αλλά πριν φθάσουν στους διάφορους αποδέκτες. Έτσι η επέμβαση, πρώτον, μπορεί να γίνει στις πηγές εκπομπής ρύπων, η οποία να έχει ως αποτέλεσμα να τροποποιηθούν ποσοτικά ή ποιοτικά οι εκπομπές είτε να αλλάξει η χωροχρονική κατανομή των ρύπων στην ατμόσφαιρα. Δεύτερον, ο έλεγχος μπορεί να γίνει στην ατμόσφαιρα, για παράδειγμα με αλλαγή πορείας των ανέμων ή με απελευθέρωση μέσα στην ατμόσφαιρα μεγάλων ποσοτήτων θερμικής ενέργειας έτσι ώστε να αλλάξει η θερμοκρασιακή κατανομή της ατμόσφαιρας. Τέλος ο έλεγχος μπορεί να γίνεται από τους αποδέκτες της ρύπανσης, π.χ. με χρήση συστημάτων μηχανικού εξαερισμού με φίλτρα καθαρισμού του αέρα ή σε εξαιρετικές περιπτώσεις με μάσκες αερίων. Από αυτές τις τρεις επεμβάσεις η πλέον πρακτική και αποτελεσματική είναι η πρώτη. Δηλαδή ο πιο αποτελεσματικός τρόπος ελέγχου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι να εμποδιστούν οι ρύποι να μπουν στην ατμόσφαιρα. Η εκπομπή ρύπων στην ατμόσφαιρα οφείλεται τόσο σε φυσικές διεργασίες (βιολογικές δραστηριότητες, ηφαίστεια, πυρκαγιές, κ.α.) όσο και σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες (βιομηχανία, παραγωγή ενέργειας, θέρμανση, αυτοκίνητα, κ.α.). Σε παγκόσμια κλίμακα, οι εκπομπές ορισμένων αερίων ρύπων από την ίδια τη φύση είναι μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες που προέρχονται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Επειδή όμως οι ανθρωπογενείς εκπομπές ρύπων στις περιοχές αυτές είναι πολλές φορές μεγαλύτερες από τα επιτρεπτά όρια. Οι ρύποι που εκπέμπονται απ ευθείας στην ατμόσφαιρα ονομάζονται πρωτογενείς (π.χ. SO, NO, υδρογονάνθρακες, κ.α.). Υπάρχουν όμως και ρύποι που δεν εκπέμπονται από κάποια πηγή, αλλά σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα σαν αποτέλεσμα χημικού μετασχηματισμού πρωτογενών ρύπων (π.χ. το SO 3 σχηματίζεται στην ατμόσφαιρα με οξείδωση τοθ πρωτογενούς εκπεμπόμενου SO ) ή σαν προϊόντα διαφόρων αντιδράσεων (π.χ. όζον, νιτρικό υπεροξυ-ακετύλιο, θεικό αμμώνιο, κ.α.). Οι ρύποι αυτοί ονομάζονται δευτερογενείς και ο σχηματισμός τους μπορεί να λάβει χώρα σε χρόνο και τόπο διαφορετικό από το χρόνο και τόπο εκπομπής των πρόδρομων ουσιών (precursors) από τις οποίες προέρχονται. Στον Πίνακα 4 αναφέρονται οι κυριότερες διεργασίες με τις οποίες προκαλείται ανθρωπογενείς ρύπανση της ατμόσφαιρας. Παπαδόπουλος Αντώνιος 58

59 Διεργασία Σκοπός Εκπομπές Καύση Εξάτμιση Τριβή Θέρμανση, μεταφορές, παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Βιομηχανικές εφαρμογές Βιομηχανικές εφαρμογές, αστικές δραστηριότητες Πίνακας 4. Διεργασίες που προκαλούν ρύπανση της ατμόσφαιρας. Αιωρούμενα σωματίδια, καπνός CO, SO, Nox, υδρογονάνθρακες κ.ά. Αέριοι ρύποι (υδρογονάνθρακες, υδρόθειο, πτητικές οργανικές ενώσεις, κ.ά.) Αιωρούμενα σωματίδια 3.. Ατμοσφαιρικοί ρύποι Γενικά Τα κυριότερα αέρια από τα οποία αποτελείται ο ξηρός ατμοσφαιρικός αέρας παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: Πίνακας 5 Ογκομετρική Αέριο Σύνθεση Άζωτο ( N ) Οξυγόνο ( O ) 0.95 Αργόν (Ar) 0.93 Διοξείδιο του άνθρακα ( CO ) ~0.93 Νέον (Ne) 1.8x10-3 Ήλιον (He) 5.4x10-4 Κρυπτόν (Kr) 1.0x10-4 Υδρογόνο ( H ) 5.0x10-5 Ξένο (Xe) 8.0x10-6 Όζον ( O 3 ) 1.0x10-6 Ραδόνιο (Rn) 6.0x10-18 Τα κύρια συστατικά του αέρα είναι το άζωτο και το οξυγόνο. Όλες οι απορριπτόμενες στο περιβάλλον ουσίες μπορούν να θεωρηθούν ρύποι δεδομένου ότι είναι δυνατόν σε μικρότερες ή μεγαλύτερες συγκεντρώσεις να προκαλέσουν κάποιας μορφής ενόχληση στον άνθρωπο. Ακόμα και το άζωτο το οποίο και αποτελεί το πιο σημαντικό συστατικό του ατμοσφαιρικού αέρα σε αυξημένες συγκεντρώσεις προκαλεί ενόχληση στον άνθρωπο δεδομένου ότι δεν συντελεί στην αναπνοή. Το ίδιο ισχύει και για το οξυγόνο η αύξηση της περιεκτικότητας του οποίου στην ατμόσφαιρα μπορεί να οδηγήσει σε οξείδωση του πνευμονικού ιστού. Γίνεται επομένως εύκολα αντιληπτό ότι το πρόβλημα του ορισμού των ρύπων και κατά συνέπεια του καθορισμού οριακών συγκεντρώσεων αυτών είναι ένα ιδιαίτερα πολύπλοκο πρόβλημα. Στις μέρες μας η επιλογή των ρύπων των οποίων επιδιώκεται να περιοριστεί η εκπομπή και οι αντίστοιχες μέγιστες οριακές τιμές εκπομπής γίνεται με βάση την φιλοσοφία της ελαχιστοποίησης της προκαλούμενης ενόχλησης, με Παπαδόπουλος Αντώνιος 59

60 ταυτόχρονη διατήρηση του κόστους επίτευξης του επιδιωκόμενου στόχου σε αποδεκτά επίπεδα Μορφές ατμοσφαιρικών ρύπων Οι ρύποι βρίσκονται στην ατμόσφαιρα είτε στην αέρια κατάσταση (με τη μορφή αερίων ή ατμών), είτε στη στερεή φυσική κατάσταση (με τη μορφή αιωρούμενων στερεών σωματιδίων ή σταγονιδίων). Παρακάτω παρουσιάζονται οι κυριότερες μορφές ατμοσφαιρικών ρύπων. Αέριοι Ρύποι Αέρια (gases). Ουσίες οι οποίες σε φυσική κατάσταση διαχέονται και καταλαμβάνουν το χώρο μέσα στον οποίο περικλείονται. Σε συνήθεις συνθήκες θερμοκρασίες και πίεσης δεν εμφανίζονται σε στερεή ή υγρή κατάσταση. Ατμοί (vapors). Αέριες μορφές ουσιών που σε συνήθεις συνθήκες βρίσκονται σε υγρή ή στερεή κατάσταση. Σωματιδιακοί ρύποι Κόνεις (dusts). Στερεά σωματίδια μεγάλου σχετικά μεγέθους (μέχρι και 00 μm) που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα διάβρωσης ή κατακερματισμού στερεών υλικών ( π.χ. σκόνη εδάφους. Σωματίδια φυτών, κ.ά.) Καπνός (smoke). Λεπτότατα σωματίδια που σχηματίζονται κατά την ατελή καύση ουσιών που περιέχουν άνθρακα. Ιπτάμενη τέφρα (fly ash). Λεπτόκοκκα σωματίδια τέφρας στερεών καυσίμων που παρασύρονται με τα καυσαέρια. Κάπνα (fume). Στερεά σωματίδια που σχηματίζονται δευτερογενώς στην ατμόσφαιρα από συμπύκνωση ουσιών που βρέθηκαν λόγω ειδικών συνθηκών στην αέρια φύση. Ομίχλη (fog). Ορατά σταγονίδια σε διασπορά στην ατμόσφαιρα. Ο όρος χρησιμοποιείται κυρίως στη μετεωρολογία, όπου η ουσία που βρίσκεται σε διασπορά είναι το νερό. Αχλύς (mist). Σταγονίδια αιωρούμενα στην ατμόσφαιρα, που σχηματίζονται από μηχανικές δράσεις ή από συμπύκνωση αερίων. Για τα σωματίδια και σταγονίδια που βρίσκονται σε διασπορά στην ατμόσφαιρα χρησιμοποιείται πολύ συχνά ο γενικός όρος αιωρούμενα σωματίδια (airbone particulates), ενώ τα κολλοειδούς μεγέθους σωματίδια ονομάζονται και αεροζόλ (aerosols). Παπαδόπουλος Αντώνιος 60

61 3..3. Οι κυριότεροι ατμοσφαιρικοί ρύποι Εισαγωγή Στην ατμόσφαιρα των αστικών περιοχών υπάρχει ένα πλήθος από ρύπους, αέριους ή σωματιδιακούς, ανόργανους ή οργανικούς. Οι ατμοσφαιρικοί ρύποι που εξετάζονται είναι εκείνοι, που αποτελούν βασικές παραμέτρους ατμοσφαιρικής ρύπανσης, όπως το διοξείδιο του θείου, τα οξείδια του αζώτου, το μονοξείδιο το άνθρακα, οι υδρογονάνθρακες, το όζον και τα αιωρούμενα σωματίδια. Οι ρύποι αυτοί είναι και θεσμοθετημένοι, δηλαδή έχουν θεσπιστεί ανώτατες επιτρεπτές συγκεντρώσεις τους στην ατμόσφαιρα των κατοικημένων περιοχών Διοξείδιο του θείου ( SO ) Το SO αποτελεί τη σημαντικότερη από τις ενώσεις του θείου που βρίσκουμε στην ατμόσφαιρα (Πίνακας 6). Οι πηγές των θειούχων ενώσεων είναι τόσο φυσικές, όσο και ανθρωπογενείς. Οι ωκεανοί εκπέμπουν μεγάλες ποσότητες οργανικών θειούχων ενώσεων, υδρόθειου και, κυρίως, θειικών αλάτων. Οι θειούχες ενώσεις οξειδώνονται στην ατμόσφαιρα προς SO. Η συνεισφορά των ωκεανών με θειικά αεροζόλ είναι τεράστια. Ωστόσο, πρέπει να τονιστεί ότι, από πλευράς οξύτητας, τα αεροζόλ αυτά είναι σχεδόν ουδέτερα, σε αντίθεση με τα θειικά αεροζόλ που σχηματίζονται δευτερογενώς στην ατμόσφαιρα και είναι όξινα. Η συμμετοχή των ηφαιστείων και των φυσικών πυρκαγιών στην εκπομπή θειούχων ενώσεων είναι σχετικά μικρή. Κατηγορία Ενώσεις Οξείδια (Α) SO, SO 3 Υδρίδια (Α) H S Οργανικά (Α) CH 3 SH, ( CH 3) S, COS, CS Οξέα (Σ) H SO4, H SO3 Άλατα (Σ) ( NH 4 ) SO4, NH 4HSO4,( NH 4) 3 H( SO4 ) Πίνακας 6.Ενώσεις του Θείου στην ατμόσφαιρα Οι ανθρωπογενείς πηγές εκπέμπουν, κυρίως, SO (>90% του SO εκπέμπεται από ανθρωπογενείς πηγές), SO 3 και H SO4. Οι κύριες ανθρωπογενείς δραστηριότητες που εκπέμπουν SO είναι οι καύσεις κάρβουνου, πετρελαίου και πυριτών. Η συμμετοχή των καύσεων αυτών στις συνολικές ανθρωπογενείς εκπομπές SO είναι 60%, 30% και 10%, αντίστοιχα. Οι αντιδράσεις σχηματισμού SO κατά την καύση ορυκτών καυσίμων δίνονται παρακάτω: S O SO SO O SO 3 Παπαδόπουλος Αντώνιος 61

62 Διοξείδιο του θείου σχηματίζεται και με τις διάφορες βιομηχανικές διεργασίες κατά την παραγωγή μετάλλων από θειούχα ορυκτά. Η συγκέντρωση του SO στην ατμόσφαιρα μιας περιοχής αποτελεί μέτρο του βαθμού ρύπανσής της. Σε κατοικημένες περιοχές η συγκέντρωση του SO μπορεί να 3 φθάσει μέχρι και 1.5 ppm (3900 μg/ m ), ενώ σε απομακρυσμένες περιοχές κυμαίνεται 3 μεταξύ ppb (1- g / m ). Ο χρόνος παραμονής του SO στην ατμόσφαιρα είναι περίπου 4 ημέρες. Οι κυριότεροι μηχανισμοί απομάκρυνσης του είναι: Α)Ομογενείς οξείδωση στην αέρια φάση Ομογενείς οξείδωση του SO στην ατμόσφαιρα μπορεί να γίνει με διάφορες αντιδράσει φωτοχημικές, σκοτεινές ή ελευθέρων ριζών, όπως π.χ. SO SO O O SO 3 SO 3 Τελικά, το σχηματιζόμενο SO3 με την υγρασία της ατμόσφαιρας σχηματίζει σταγονίδια H SO4 που διαλύονται στο νερό της βροχής (όξινη βροχή). Οι αντιδράσεις του SO με τα σταθερά χημικά συστατικά της ατμόσφαιρας, π.χ. οξυγόνο, είναι πολύ αργές. Αντίθετα. Οι αντιδράσεις του με δραστικά είδη ή ελεύθερες ρίζες είναι πολύ ταχύτερες. Ωστόσο, οι ομογενείς αντιδράσεις του SO εξηγούν μικρό μόνο ποσοστό της μετατροπής του (<10% ανά ώρα). Το μεγαλύτερο μέρος του SO θεωρείται ότι απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα με ετερογενείς αντιδράσεις. Β)Ετερογενείς οξείδωση σε σταγονίδια Το SO διαλύεται εύκολα (~ 113 g/l) στο νερό. Με τη διάλυση του στην υγρασία της ατμόσφαιρας σχηματίζει θειώδες οξύ, το οποίο στη συνέχεια οξειδώνεται καταλυτικά προς H SO4. Ως καταλύτες δρουν κατιόντα μετάλλων, όπως σίδηρος (Fe), μαγνήσιο (Mn),μαγγάνιο (Mg), V, κ.ά. που κατά κανόνα υπάρχουν στην ατμόσφαιρα των αστικών περιοχών. Αποτέλεσμα όλων των παραπάνω αντιδράσεων είναι ο σχηματισμός σταγονιδίων H SO 4. Το H SO4 με τη μορφή σταγονιδίων, στη συνέχεια αντιδρά με την ατμοσφαιρική αμμωνία προς σχηματισμό θειικών αλάτων του αμμωνίου τα οποία ανάλογα με τη σύσταση των σταγονιδίων και τη σχετική υγρασία μπορούν να παραμείνουν στην υγρή φάση ή να σχηματίσουν στερεά σωματίδια (d<1μm). Γ)Ετερογενείς οξείδωση σε αιωρούμενα σωματίδια Το SO προσροφάτε σημαντικά στην επιφάνεια των αιωρούμενων σωματιδίων, ιδιαίτερα, κοντά σε πηγές εκπομπής όπου η μεγάλη συγκέντρωση σωματιδίων παρέχει Παπαδόπουλος Αντώνιος 6

63 ικανοποιητικά μεγάλη ενεργό επιφάνεια. Το προσροφημένο SO οξειδώνεται καταλυτικά προς H SO4. Ως καταλύτες δρουν και πάλι τα κατιόντα διαφόρων μετάλλων (Fe, Mn, Mg, V, κ.ά.). Fe, Mn,. ά. SO(.) H SO4 Το σχηματιζόμενο H SO4 αντιδρά με την ατμοσφαιρική αμμωνία, η οποία διαχέεται στην επιφάνεια των αιωρούμενων σωματιδίων, προς σχηματισμό και πάλι μερικώς ή πλήρως εξουδετερωμένων αλάτων NH 4HSO4, ( NH 4 ) 3 H( SO4 ) και ( NH 4 ) SO4. Τα θειικά άλατα που σχηματίζονται, είτε σε σταγονίδια, είτε ως στερεά είναι διαλυτά στο νερό της βροχής και συνεισφέρουν σημαντικά στη οξύτητα της. Δ)Ξηρή απόθεση Το SO αποτίθεται απ ευθείας στο έδαφος, τη βλάστηση και τους ωκεανούς ή αποτίθεται προσροφημένο σε αιωρούμενα σωματίδια, τα οποία κατακάθονται εξαιτίας της βαρύτητας. Το SO έχει δυσάρεστη και πνιγηρή οσμή. Σε υψηλές συγκεντρώσεις (> 0 ppm) επιδρά στο αναπνευστικό σύστημα και είναι δυνατό να προκαλέσει τη δημιουργία πνευμονικού οιδήματος. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις ( ppm), αλλά σε μακροχρόνια βάση, παρατηρείται αύξηση των αναπνευστικών νοσημάτων. Η ταυτόχρονη παρουσία καπνού (αιθάλης ) και ομίχλης επιτείνει τα φαινόμενα και αυξάνει τη θνησιμότητα. Το SO επιδρά καταστρεπτικά και σε αρκετά είδη φυτών. Έτσι, παρατηρούνται δηλητηριάσεις του φυτού μετά από μακρόχρονη έκθεση, ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Τα συμπτώματα είναι διαφορετικά για τα διάφορα είδη φυτών. Τα πιο ευαίσθητα φυτά είναι η ελάτη, η ερυθρελάτη, το σπανάκι, το ραδίκι, κ.ά., ενώ ανθεκτικά δέντρα είναι η μαύρη πεύκη, η λεύκη, η δρυς, η μηλιά, κ.ά Οξείδια του αζώτου Με τον όρο οξείδια του αζώτου ( NO ) εννοούμε το μονοξείδιο και το διοξείδιο του x αζώτου, ΝΟ και NO, αντίστοιχα. Τα οξείδια αυτά εξετάζονται μαζί καθώς συμμετέχουν στους ίδιους φωτοχημικούς κύκλους αντιδράσεων. Στη ατμόσφαιρα υπάρχουν και άλλα οξείδια ή ενώσεις του αζώτου. Ανώτερα οξείδια N O και 3 N O4 υπάρχουν σε ισορροπία με τα NO, αλλά σε πολύ χαμηλότερες συγκεντρώσεις. Επίσης, σε χαμηλές συγκεντρώσεις x σχηματίζονται τα NO 3 και N O 5 που είναι σημαντικά ενδιάμεσα προϊόντα στη δημιουργία του φωτοχημικού νέφους. Τέλος, υπάρχει αμμωνία, οξέα, οργανικές καθώς και σωματιδιακές αζωτούχες ενώσεις (Πίνακας 7). Παπαδόπουλος Αντώνιος 63

64 Κατηγορία Ενώσεις Οξείδια (Α) NO, NO, NO3, NO4, NO3, NO5 Υδρίδια (Α) NH 3 Οργανικά (Α) RNO, ) CH 3COO NO PAN ) Οξέα (Σ) HNO, HNO 3 Άλατα (Σ) NH 4 NO3, NH 4Cl Πίνακας 7. Ενώσεις του Αζώτου στην ατμόσφαιρα Η παρουσία των οξειδίων του αζώτου στην ατμόσφαιρα οφείλεται τόσο σε φυσικές, όσο και σε ανθρωπογενείς πηγές. Στον πίνακα 8 δίνονται οι ετήσιες εκπομπές των κυριότερων ενώσεων του αζώτου. Ένωση Πηγή εκατ.τόνοι/έτος NO x Καύση άνθρακα 6,94 Διυλιστήρια 0,7 Καύση πετρελαίου 7,5 Καύση μαζούτ 14,1 Καύση φυσικού αερίου,1 Άλλες καύσεις 1,6 Σύνολο 5,9 ΝΟ Βιολογικές δράσεις 501 N O Βιολογικές δράσεις 59 NH 3 Βιολογικές δράσεις 1160 NH 3 Καύσεις 4 Πίνακας 8. Ετήσια εκπομπή οξειδίων του αζώτου και αμμωνίας στη γήινη ατμόσφαιρα (1970) Όπως φαίνεται, η συμμετοχή των ανθρωπογενών πηγών είναι πολύ μικρή σε σχέση με τις φυσικές. Όμως, πρέπει να σημειωθεί ότι οι εκπομπές των οξειδίων από ανθρωπογενείς πηγές συγκεντρώνονται σε ορισμένες περιοχές και ιδιαίτερα στην ατμόσφαιρα των μεγαλουπόλεων. Τα NO είναι προϊόντα των διαφόρων καύσεων, όπου γίνεται μέρος του αζώτου x της ατμόσφαιρας. Ο σχηματισμός τους αρχίζει σε υψηλές θερμοκρασίες. Η ποσότητα των NO αυξάνει με τη θερμοκρασία καύσης. Στα προϊόντα της καύσης υπερτερεί το ΝΟ, π.χ. x στους 1100 ο C η ποσότητα του σχηματιζόμενου NO είναι 0,5% των συνολικών NO x. Όταν τα προϊόντα της καύσης ψύχονται με αργό ρυθμό, τότε το ΝΟ διασπάται σε N και O. Αντίθετα, αν έχουμε γρήγορη ψύξη, τότε το ΝΟ διατηρείται σε σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις. Η συγκέντρωση των οξειδίων του αζώτου στην ύπαιθρο κυμαίνεται μεταξύ 0,-,0 ppb για το ΝΟ και 0,1-4,0 ppb για το NO. Αντίθετα στις μεγάλες πόλεις φθάνει μέχρι 500 ppb. Παπαδόπουλος Αντώνιος 64

65 Ο μέσος χρόνος παραμονής των οξειδίων του αζώτου στην ατμόσφαιρα είναι 4 ημέρες για το ΝΟ και 3 ημέρες για το NO. Οι κυριότεροι μηχανισμοί απομάκρυνσης τους από την ατμόσφαιρα είναι : Α)Φωτοχημικές αντιδράσεις Τα οξείδια του αζώτου συμμετέχουν σε μεγάλο αριθμό φωτοχημικών αντιδράσεων. Η απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας προκαλεί διέγερση του NO το οποίο αποδιεγειρόμενο εκπέμπει ακτινοβολία στην ορατή περιοχή του φάσματος. NO NO * hv( nm) NO NO * hv( nm) Απορρόφηση ακτινοβολίας σε μικρότερα μήκη κύματος (95<λ<430nm) προκαλεί φωτοδιάσταση του NO. NO hv(95 430) NO O Η αντίδραση αυτή θεωρείται η αρχή σχηματισμού φωτοχημικού νέφους, επειδή τα άτομα οξυγόνου που σχηματίζονται αντιδρούν με το μοριακό οξυγόνο δίνοντας όζον: O O M O3 M Ο κύκλος συμπληρώνεται με την αντίδραση του O 3 με το ΝΟ προς επανασχηματισμό NO. NO O 3 NO O Οι τρείς παραπάνω αντιδράσεις αποτελούν το λεγόμενο φωτολυτικό κύκλο των οξειδίων του αζώτου. HNO Β)Οξείδωση προς 3 Η οξείδωση του NO προς HNO 3 είναι σημαντική σε φωτοχημικές συνθήκες. Ένας μηχανισμός μετατροπής του NO σε HNO3 είναι μέσω του N O 5 κατά τη διάρκεια της νύχτας, σύμφωνα με τις παρακάτω αντιδράσεις: NO NO N 3 O O 5 3 NO NO H O HNO 3 N O O 5 3 Η υδρόλυση του N O 5 είναι ταχύτατη σε σταγονίδια ομίχλης. Το HNO 3 που σχηματίζεται απομακρύνεται ως όξινη βροχή. Παπαδόπουλος Αντώνιος 65

66 ρίζα H. Ένας δεύτερος σημαντικός μηχανισμός στηρίζεται στην αντίδραση του NO με την. O. NO H O HNO Η αντίδραση αυτή λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της ημέρας με ταχύτητα περίπου 0,5 ppb/h. To HNO 3 που σχηματίζεται, μπορεί να φθάσει τα 50 ppb. Αν υπάρχει αρκετή αμμωνία στη ατμόσφαιρα, τότε το HNO 3 θα σχηματίσει δευτερογενή σωματίδια NH NO : 4 3 HNO3 ( g) NH 3( g) NH 4NO3 ( s) Αν δεν υπάρχει αρκετή NH 3 το HNO 3 θα παραμείνει στην αέρια φύση. Γ)Ξηρή απόθεση Το NO αποτίθεται στο έδαφος είτε απ ευθείας, είτε προσροφημένο σε αιωρούμενα σωματίδια. Και τα δυο οξείδια θεωρούνται τοξικές ενώσεις. Πειραματόζωα εκτιθεμένα σε μεγάλες συγκεντρώσεις ΝΟ παρουσιάζουν παράλυση και σπασμούς του νευρικού συστήματος. Το NO είναι πιο τοξικό. Ερεθίζει τα μάτια και τους πνεύμονες. Αντιδρά με τους υδρατμούς των βρόγχων και των κυψελίδων και προκαλεί ερεθισμό. Το βασικό σύμπτωμα είναι πνευμονικό οίδημα, που. Όταν η συγκέντρωση του NO είναι μεγαλύτερη των ppm, προκαλεί το θάνατο. Σε συγκέντρωση μεγαλύτερη από 00 g / m γίνεται αισθητό στην όσφρηση Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) Οι ανθρωπογενείς πηγές του CO περιλαμβάνουν τα αυτοκίνητα, εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας, εγκαταστάσεις θέρμανσης και διάφορες άλλες βιομηχανικές εφαρμογές (π.χ. φούρνοι σύντηξης). Το CO από της πηγές αυτές κυρίως ως προϊόν της ατελούς καύσης του άνθρακα: C O CO (6,4 kcal/mole) C O CO (94.0 kcal/mole) Όπως φαίνεται από τις παραπάνω αντιδράσεις, η ατελής καύση του άνθρακα παρουσιάζει δύο σημαντικά μειονεκτήματα: α) εκπομπή CO αντί του CO που εκπέμπεται από την τέλεια καύση, και β) μεγάλη απώλεια ενέργειας. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία στην επιλογή των συνθηκών καύσης. Γενικά, η αύξηση της αναλογίας αέρας : καύσιμο περιορίζει σημαντικά το σχηματισμό CO. Παπαδόπουλος Αντώνιος 66

67 Άλλες αντιδράσεις σχηματισμού CO είναι η αντίδραση C με CO στους φούρνους σύντηξης: C CO CO Καθώς και θερμική διάσταση του CO σε υψηλές θερμοκρασίες CO CO O Φυσικές πηγές εκπομπής CO είναι τα ηφαίστεια, τα φυσικά αέρια, οι ηλεκτρικές εκκενώσεις των καταιγίδων, οι δασικές πυρκαγιές, διάφορες βακτηριακές δράσεις, καθώς και η οξείδωση υδρογονανθράκων (κυρίως CH 4 ) στην ατμόσφαιρα. Η συγκέντρωση του CO σε απομακρυσμένες περιοχές είναι περίπου 0,1 ppm. Σε κατοικημένες περιοχές, όπου το CO προέρχεται σχεδόν αποκλειστικά από τα αυτοκίνητα, φθάνει τα 15 ppm. Σε δρόμους μεγάλης κυκλοφορίας από τα αυτοκίνητα και σήραγγες αυτοκινητοδρόμων φθάνει τα 50 ppm. Ο μέσος χρόνος παραμονής του CO στην ατμόσφαιρα είναι περίπου 36 ημέρες. Η απομάκρυνσή του οφείλεται τόσο σε χημικές, όσο και σε φυσικές διεργασίες. Έτσι, οξειδώνεται προς CO από άτομα οξυγόνου, όζον ή διοξείδιο του αζώτου: CO O CO 4CO NO 4CO N Επιπλέον, δεσμεύεται από μικροοργανισμούς του εδάφους. Η δέσμευση αυτή έχει διαπιστωθεί και πειραματικά, π.χ. το αποστειρωμένο έδαφος δεν έχει την ικανότητα να δεσμεύει CO. Δυστυχώς, σήμερα, στις αστικές περιοχές δεν υπάρχει ελεύθερο έδαφος για τέτοιους μηχανισμούς αυτοκαθαρισμού της ατμόσφαιρας. Το CO είναι αέριο άχρωμο, άοσμο και άγευστο. Σε υψηλές συγκεντρώσεις (>100 ppm) είναι και θανατηφόρο. Η τοξική του δράση οφείλεται στην μεγάλη χημική συγγένεια που έχει με την αιμογλοβίνη (Hb) του αίματος ( μεγαλύτερη απ ότι του O με την Hb). Η αιμογλοβίνη δρα ως μεταφορέας του οξυγόνου από τους πνεύμονες. Έτσι η παρουσία του CO στον αέρα που εισπνέουμε περιορίζει την οξυγόνωση των κυττάρων επειδή αντικαθιστά το οξυγόνο στην οξυαιμογλοβίνη ( O - Hb) και σχηματίζει την καρβοξυαιμογλοβίνη (CO- Hb), O Hb CO CO HB O Η ανοξαιμία, η οποία προκαλείται, εκδηλώνεται αρχικά στον εγκέφαλο με κεφαλαλγίες, ναυτίες κτλ. Με συνεχή έκθεση σε μεγάλες συγκεντρώσεις CO παρατηρείται ξαφνική απώλεια της συνείδησης χωρίς αναπνευστικές διαταραχές, η οποία συνεχιζόμενη προκαλεί το θάνατο. Θάνατοι από το CO συνέβαιναν συχνά στο παρελθόν, όταν ο κόσμος χρησιμοποιούσε τα μαγγάλια για θέρμανση. Ο καπνός του τσιγάρου περιέχει μεγάλες συγκεντρώσεις μονοξειδίου του άνθρακα. Υπολογίζεται ότι η συγκέντρωση του CO στο κύριο ρεύμα του καπνού του τσιγάρου, που εισπνέει ο καπνιστής, κυμαίνεται μεταξύ 0,15-4% ν/ν ανάλογα με τον τύπο του τσιγάρου. Παπαδόπουλος Αντώνιος 67

68 Έτσι η μέση συγκέντρωση της CO-HB ενός μη καπνιστή είναι της τάξης των 1,3%, ενώ σε καπνιστή των 10 τσιγάρων 3,8% και σε καπνιστή των 40 τσιγάρων φτάνει τα 7% Υδρογονάνθρακες (HCs) Οργανικές ενώσεις (OCs) Η ατμόσφαιρα, ιδιαίτερα αυτή των κατοικημένων περιοχών, περιέχει ένα μεγάλο αριθμό υδρογονανθράκων και άλλων οργανικών ενώσεων: υδρογονάνθρακες κορεσμένους, ακόρεστους, αρωματικούς, κυκλικούς και πολυκυκλικούς, καθώς και τερπένια, αλδεΰδες, κετόνες, οξέα, οργανοχλωριωμένες ενώσεις, κ.α. Πολλές από τις ενώσεις αυτές βρίσκονται στην αέρια φάση, ενώ άλλες κατανέμονται ανάμεσα στην αέρια και τη σωματιδιακή φάση. Γενικά, στην αέρια φάση βρίσκονται οι οργανικές ενώσεις με τάση ατμών μεγαλύτερη από 0,01 mmhg στους 5 ο C, Οι οποίες χαρακτηρίζονται και ως πτητικές οργανικές ενώσεις (Volatile Organic Compounds, VOCs). Χαρακτηριστικές πτητικές οργανικές ενώσεις δίνονται σ τον Πίνακα 8 Τους πτητικούς υδρογονάνθρακες εκτός του μεθανίου του ονομάζουμε και NMHC (Non Methane Hydrocarbons). 8 Οι οργανικές ενώσεις με τάση ατμών mmhg (ή mmhg) ονομάζονται ημιπτητικές οργανικές ενώσεις (Semivolitile Organic Compounds, SVOCs). Οι κυριότερες κατηγορίες των ενώσεων αυτών φαίνονται στον Πίνακα 9 Πτητικές (VOCs) Υδρογονάνθρακες Ημιπτητικές (SVOCs) Πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες μεθάνιο, Αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο, ισοβουτάνιο, πεντάνιο, αιθυλένιο, ακετυλένιο, βουτένιο, βουταδιένιο, βενζόλιο, τολουόλιο, ξυλόλιο Βιοαλκένια ισοπροπένιο, πινένια, μονοτερπένια, κ.ά. Αλδεΰδες/κετόνες φορμαλδεΰδη, ακεταλδεΰδη. Ακετόνη, μεθυλο-αιθυλοκετόνη, κ.ά. Οξέα φορμικό, οξικό, κ.ά. Πίνακας 9. Οργανικές ενώσεις στην ατμόσφαιρα ναφθαλίνιο, φαινανθρένιο, πυρένιο, χρυσένιο, βενζοανθρακένιο, βενζοπυρένιο, κ.ά. Πολυχλωριωμένα διαφαινύλια Οργανωχλωριωμένες ενώσεις DDT, εξαχλωροκυκλοεξάνιο, chlordane, κ.ά. Η κατανομή των ημιπτητικών οργανικών ενώσεων ανάμεσα στην αέρια και τη σωματιδιακή φάση της ατμόσφαιρας εξαρτάται από δυο διεργασίες: α) φυσική προσρόφηση στην επιφάνεια των ατμοσφαιρικών σωματιδίων, κυρίως όταν πρόκειται για σωματίδια ορυκτών εδαφικής προέλευσης, και β)απορρόφηση των οργανικών ενώσεων από την οργανική ύλη των σωματιδίων, π.χ. άμορφος οργανικός άνθρακας από πρωτογενείς εκπομπές, δευτερογενή οργανικά αεροζόλ, κηρώδης επιφάνεια φυτών, κ.α. Η κατανομή αυτή περιγράφεται από την εξίσωση: Παπαδόπουλος Αντώνιος 68

69 F / TSP K p A Όπου Κ =ο συντελεστής κατανομής Α= η συγκέντρωση της οργανικής ένωσης στην αέρια φάση ( ng 3 m ) 3 F= η συγκέντρωση της οργανικής ένωσης στη σωματιδιακή φάση ( ng m ) TSP= η συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα 3 ( g m ) Ο συντελεστής κατανομής K p εξαρτάται από τη θερμοκρασία: log K m / T b Όπου m p και b p είναι σταθερές για εύρος θερμοκρασιών μέχρι 40 ο C. p Από το σύνολο των αέριων υδρογονανθράκων που εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα το 85% είναι μεθάνιο και προέρχεται, κυρίως, από την αναερόβια μικροβιακή αποικοδόμηση ύλης στα νερά, τα ιζήματα και το έδαφος. Σε πολλές περιπτώσεις, όχι μόνον τα αρχικά θρεπτικά υλικά από τα οποία παράγονται τα αέρια με τη βοήθεια μικροβίων, αλλά και το περιβάλλον μέσα στο οποίο δρουν οι μικροοργανισμοί, παρέχονται από ανώτερα φυτά και ζώα. Έτσι τα ανώτερα ζώα παράγουν μεθάνιο από μικροβιακές δράσεις στα έντερά τους. Περίπου 85 εκατομμύρια τόνοι CH 4 προστίθενται κάθε χρόνο στην ατμόσφαιρα σαν αποτέλεσμα αυτής της διεργασίας. Η βλάστηση αποτελεί τη σημαντικότερη φυσική πηγή υδρογονανθράκων εκτός μεθανίου στην ατμόσφαιρα. Το αιθυλένιο εκπέμπεται από ένα πλήθος φυτών. Οι περισσότεροι βιογενείς υδρογονάνθρακες, ωστόσο είναι αλκένια σχετικά δραστικά, όπως ισοπροπένια και μονοτερπένια (λιμονλένια, κυμένια, α- και β- πινένια, κ.α.) που εκπέμπονται από τα φύλλα των δένδρων, κυρίως κωνοφόρων και εσπεριδοειδών. Οι υδρογονάνθρακες αυτοί αποτελούν το 8% περίπου των συνολικών υδρογονανθράκων της ατμόσφαιρας. Μόνον το 1/7 των συνολικών υδρογονανθράκων της ατμόσφαιρας προέρχεται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Οι διαφυγές υγραερίων, η εξάτμιση βενζίνης και πετρελαιοειδών και η καύση υγρών και στερεών καυσίμων αποτελούν τις σημαντικότερες πηγές. Εξαιτίας της ευρείας χρήσης τους στα καύσιμα, οι υδρογονάνθρακες υπερτερούν έναντι των άλλων οργανικών ατμοσφαιρικών ρύπων. Οι υδρογονάνθρακες που περιέχονται στα καύσιμα εισέρχονται στην ατμόσφαιρα, είτε απ ευθείας, είτε ως παραπροϊόντα της μερικής καύσης άλλων υδρογονανθράκων. Τα παραπροϊόντα αυτά είναι ιδιαίτερα σημαντικά επειδή είναι, συνήθως ενώσεις ακόρεστες και σχετικά δραστικές. Τα αλκένια ειδικότερα, εκπέμπονται από τις μηχανές εσωτερικής καύσης και τα διυλιστήρια πετρελαίου. Ορισμένα αλκένια, όπως το αιθυλένιο, το προπυλένιο, το βουταδένιο και το στυρένιο είναι μεταξύ των 50 χημικών ενώσεων με την μεγαλύτερη ετήσια παραγωγή πλαστικών, συνθετικών ελαστικών, κ.ά. Εκτός από την άμεση απελευθέρωση τους στην ατμόσφαιρα, σχηματίζονται και κατά τη μερική καύση και το <<κράκιν> των αλκενίων σε υψηλές θερμοκρασίες, ιδιαίτερα στις μηχανές εσωτερικής καύσης. Από όλα τα παραπάνω φαίνεται ότι το αυτοκίνητο αποτελεί τη σημαντικότερη πηγή εκπομπής υδρογονανθράκων στις αστικές περιοχές. p p Παπαδόπουλος Αντώνιος 69

70 Οι αέριοι υδρογονάνθρακες και, γενικά όλες οι οργανικές που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από τα αυτοκίνητα, εξάτμιση διαλυτών και βενζίνης και άλλες πηγές συμμετέχουν σε ένα πλήθος αντιδράσεων, οι κυριότερες από τις οποίες είναι: Α)Αντιδράσεις με ελεύθερες ρίζες Οι αντιδράσεις των υδρογονανθράκων με ελεύθερες ρίζες, όπως O Ḣ και O H, αποτελούν την καρδία του φωτοχημικού νέφους. Για πολλές κατηγορίες υδρογονανθράκων (π.χ. αλκάνια), η αντίδρασή τους με τη ρίζα O Ḣ αποτελεί τη μόνη σημαντική αιτία απομάκρυνσης τους από την ατμόσφαιρα. Η ταχύτητα αντίδρασης των υδρογονανθράκων με O Ḣ ακολουθεί, γενικά, τη σειρά αλκένια αρωματικά αλκάνια, ενώ η μόνη γνωστή αντίδραση αλκινίου με O Ḣ είναι αυτή του ακετυλενίου και είναι πού αργή... Οι αντιδράσεις των υδρογονανθράκων με τη ρίζα O Ḣ έχουν ιδιαίτερη σημασία για το σχηματισμό φωτοχημικού νέφους, εξαιτίας του ενδιάμεσου σχηματισμού υπεροξύριζών (O H, R O ), οι οποίες αποτελούν την κύρια αίτια παραγωγής όζοντος. Τα τελικά προϊόντα των αντιδράσεων αυτών είναι αλδεΰδες (φορμαλδεΰδη, ακεταλδεΰδη, βεμζαλδεύση, κ.ά.). Οι υδρογονάνθρακες (αλκάνια, αλκένια και αρωματικά) αντιδρούν κατά τη. διάρκεια της νύχτας με τη ρίζα N O3 σχηματίζοντας HNO 3 και άλλες ρίζες.. Β)Αντιδράσεις με όζον. Το O 3 (σε αντίθεση με τις ρίζες H O ) αντιδρά πολύ αργά με τους κορεσμένους και σχεδόν το ίδιο αργά με τους αρωματικούς. Για τα αλκένια, όμως, η ταχύτητα αντίδρασης είναι σημαντική. Τα προϊόντα αυτών των αντιδράσεων είναι διπλές ρίζες (biradicals) και καρβονυλικές ενώσεις. Γ)Αντιδράσεις φωτόλυσης Οι υδρογονάνθρακες απορροφούν την υπεριώδη ακτινοβολία και σχηματίζουν διάφορα προϊόντα οξείδωσης, όπως καρβοξυλικά οξέα, αλδεΰδες, κετόνες, κ.ά. Δ)Αντιδράσεις βιογενών υδρογονανθράκων Το μεθάνιο δεν είναι φωτοχημικό δραστικό και η συμμετοχή του στο φωτοχημικό σχηματισμό όζοντος θεωρείται ασήμαντη. Τα τερπένια, όμως, εξαιτίας του ότι περιέχουν στο μόριο τους ολεφινικούς δεσμούς είναι από τους πιο δραστικούς υδρογονάνθρακες της. ατμόσφαιρας. Αντιδρούν ταχύτατα με τη ρίζα H O, καθώς και με το O 3. Προϊόντα αυτών Παπαδόπουλος Αντώνιος 70

71 των αντιδράσεων είναι αεροζόλ, τα οποία δημιουργούν μια γαλαζωπή αχλύ στην ατμόσφαιρα, ιδιαίτερα σε περιοχές μεγάλης βλάστησης. Πρόσφατα, αποδείχθηκε ότι οι εκπομπές αυτών των υδρογονανθράκων από τα δένδρα των πόλεων συμβάλλουν στο σχηματισμό του φωτοχημικού νέφους Όζον ( O 3 ) Το όζον αποτελεί το σημαντικότερο δευτερογενή αέριο ρύπο της τροπόσφαιρας και το κυριότερο συστατικό του φωτοχημικού νέφους. Για πολλά χρόνια το O 3 ήταν γνωστό ως φυσικό συστατικό της γήινης ατμόσφαιρας. Σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις όζοντος υπάρχουν στη στρατόσφαιρα, όπου παράγεται από τη φωτόλυση του οξυγόνου. Από τα μεγάλα αυτά ύψη, το όζον μεταφέρεται στη χαμηλότερη ατμόσφαιρα, από όπου απομακρύνεται με χημικές αντιδράσεις η απόθεση στην επιφάνεια της γης. Η αναγνώριση του O 3 ως ρύπου της ατμόσφαιρας των αστικών περιοχών έγινε στα τέλη της δεκαετίας του 1940, όταν παρατηρήθηκαν ασυνήθιστα υψηλές συγκεντρώσεις του κατά τη διάρκεια επεισοδίου ατμοσφαιρικής ρύπανσης στο Los Angeles. Σήμερα, είναι γνωστό ότι το όζον είναι προϊόν του φωτολυτικού κύκλου των οξειδίων του αζώτου και ότι στο σχηματισμό του συμβάλλουν σημαντικά οι άκαυστοι υδρογονάνθρακες που εκπέμπονται με τα καυσαέρια των αυτοκινήτων Αιωρούμενα σωματίδια Η ατμόσφαιρα είναι ένα κολλοειδές σύστημα αποτελούμενο από N, O, ευγενή αέρια, CO, H O, ίχνη αερίων και αιωρούμενη ύλη. Με τον όρο <<αιωρούμενα 3 σωματίδια>> εννοούμε τα στερεά σωματίδια και σταγονίδια με διάμετρο μn που βρίσκονται σε διασπορά στην αέρια φάση. Η σκόνη εδάφους, τα σταγονίδια της θάλασσας, ο καπνός, η ομίχλη, η κάπνα, η ιπτάμενη τέφρα, κ.ά. είναι διάφορες κατηγορίες αιωρούμενων σωματιδίων. Τα σωματίδια κολλοειδών διαστάσεων ονομάζονται και αεροζόλ. Η ατμόσφαιρα χαρακτηρίζεται από σημαντικές αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στην αέρια και τη σωματιδιακή φάση. Οι αλληλεπιδράσεις αυτές εξαρτώνται από τις φυσικές ιδιότητες και τη χημική δραστικότητα των συστατικών κάθε φάσης. Η παρουσία των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα οφείλεται σε φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές εκπομπής. Σε παγκόσμια κλίμακα υπερτερούν οι εκπομπές από φυσικές πηγές (ωκεανοί, έδαφος, ηφαίστεια, φυσικές πυρκαγιές), σε τοπική, όμως, κλίμακα υπερτερούν οι ανθρωπογενείς εκπομπές (βιομηχανία, θέρμανση, κυκλοφορία). Οι διεργασίες που προκαλούν την εκπομπή σωματιδίων είναι η καύση, η τριβή, η διάβρωση και ο κατακερματισμός των υλικών. Εκτός από τα εκπεμπόμενα πρωτογενή σωματίδια, στην ατμόσφαιρα σχηματίζονται και δευτερογενή σωματίδια σαν αποτέλεσμα διαφόρων αντιδράσεων. Οι μηχανισμοί που οδηγούν στο σχηματισμό δευτερογενών σωματιδίων στην ατμόσφαιρα είναι, κυρίως, η πυρήνωση (condensation) υπέρκορων ατμών. Τα σωματίδια που σχηματίζονται κατ αυτό τον τρόπο έχουν πολύ μικρό μέγεθος (η διάμετρος τους κυμαίνεται από 0,005 μέχρι 0,1 μm). Τα σωματίδια αυτά που ονομάζονται και πυρήνες Aitken, συσσωματώνονται στη συνέχεια προς μεγαλύτερα σωματίδια με διάμετρο 0,1-,5 μm. Παπαδόπουλος Αντώνιος 71

72 Στον πίνακα 10 δίνεται μια εκτίμηση της ετήσιας παραγωγής ατμοσφαιρικών σωματιδίων με d<100 μm, σε παγκόσμια κλίμακα. Πρωτογενή Σωματίδια Παραγόμενη Ποσότητα Σκόνη εδάφους Θαλάσσια σταγονίδια Ηφαιστειακές εκπομπές Φυσικές Πηγές Δευτερογενή σωματίδια Παραγόμενη Ποσότητα Θειικά από βιογενή αέρια Θειικά από ηφαιστειακό SO Οργανικά από βιογενή VOC Πρωτογενή οργανικά αεροζόλ 6-80 Νιτρικά από NΟx Σύνολο Σύνολο Ανθρωπογενείς Πηγές Βιομηχανικές Εκπομπές πλην αιθάλης Θειικά από SO Αιθάλη Νιτρικά από NΟx 0-50 Καύση Βιομάζας Οργανικά από ανθρωπογενή VOC Σύνολο Σύνολο Πίνακας 10. Παγκόσμια παραγωγή ατμοσφαιρικών σωματιδίων μικρότερων από 100μm(Tg/έτος) Το μέγεθός των αιωρούμενων σωματιδίων εκφράζεται, κατά κανόνα από τη διάμετρο τους. Επειδή, όμως, τα σωματίδια διαφέρουν μεταξύ τους και ως προς το σχήμα και ως προς την πυκνότητά τους, για την ομοιόμορφη έκφραση του μεγέθους τους χρησιμοποιείται, συνήθως, ο όρος ισοδύναμη αεροδυναμική διάμετρος. Ισοδύναμη αεροδυναμική διάμετρος ενός μη σφαιρικού σωματιδίου με πυκνότητα διαφορετική από 1 3 1g / cm είναι η διάμετρος μιας σφαίρας με πυκνότητα ίση με τη μονάδα που έχει την ίδια ταχύτητα πτώσης στον αέρα με το εν λόγω σωματίδιο. Η αεροδυναμική διάμετρος είναι πολύ χρήσιμη παράμετρος, επειδή σχετίζεται με το χρόνο παραμονής των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, καθώς και με την απόθεση τους στο αναπνευστικό σύστημα. Το μέγεθος των αιωρούμενων σωματιδίων καθορίζει την κατανομή τόσο του αριθμού, όσο και της επιφάνειας καθώς και της μάζας τους. Γενικά, ο μεγαλύτερος αριθμός σωματιδίων βρίσκεται σε μικρά μεγέθη (d<0,1 μm) και μειώνεται σημαντικά σε μεγαλύτερες διαμέτρους. Αντίθετα, το μεγαλύτερο μέρος της μάζας των σωματιδίων βρίσκεται στην περιοχή 0,1-1 μm. Στο σχήμα 14 δίνεται η κατά μέγεθος κατανομή της επιφάνειας των σωματιδίων. Παπαδόπουλος Αντώνιος 7

73 Σχήμα 14. Κατανομή της επιφάνειας των σωματιδίων ανάλογα με το μέγεθός τους Όπως φαίνεται, διακρίνονται τρεις περιοχές κατανομής: Α)Περιοχή πυρήνωσης: αποτελείται από σωματίδια με διάμετρος <0, μm, που σχηματίζονται από συμπύκνωση θερμών ατμών ή διάχυση ατμών σε προϋπάρχοντα σωματίδια. Β)Περιοχή συσσώρευσης: αποτελείται από σωματίδια με διάμετρο 0,-,5 μm που σχηματίζονται από τα σωματίδια της περιοχής πυρήνωσης με συσσωμάτωση ή συμπύκνωση ατμών. Τα σωματίδια των περιοχών πυρήνωσης και συσσώρευσης (d<,5 μm) ονομάζονται και μικρά σωματίδια. Γ)Περιοχή μεγάλων σωματιδίων: αποτελείται από σωματίδια με d>,5 μm που σχηματίζονται από διάφορες μηχανικές δράσεις. Διάφοροι άλλοι όροι χρησιμοποιούνται επίσης για την ταξινόμηση της αιωρούμενης ατμοσφαιρικής ύλης της ατμόσφαιρας, όπως: ολικά αιωρούμενα σωματίδια (Total Suspended Particles, TSP), εισπνεύσιμα και αναπνεύσιμα σωματίδια, μαύρος καπνός, κ.ά. Η χημική σύσταση των αιωρούμενων σωματιδίων ποικίλλει σημαντικά και γενικά, αντανακλά την πηγή από την οποία προέρχονται. Στην πραγματικότητα, όμως, η χημική σύσταση αλλοιώνεται από αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων μεταξύ τους ή με αέρια συστατικά της ατμόσφαιρας. Γενικά, τα αιωρούμενα σωματίδια αποτελούνται από μια ανόργανη φάση (στερεό ανόργανο υλικό, υδατοδιαλυτά άλατα, στοιχειακός άνθρακας, κ.ά.) και μια οργανική φάση (οργανικός άνθρακας). Η σχετική συνεισφορά οργανικού και ανόργανου υλικού στη συνολική μάζα των αιωρούμενων σωματιδίων εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως την προέλευσή τους, τις ατμοσφαιρικές συνθήκες και το μέγεθός τους. Έτσι σε ρυπασμένες αστικές περιοχές, τα μικρά σωματίδια μπορεί να περιέχουν μέχρι και 40% άνθρακα, ενώ τα μεγάλα είναι, κυρίως ανόργανα (πυριτικά άλατα, εδαφικής προέλευσης ενώσεις του Al και του Ca, κ.ά.). Τέλος, τα θαλάσσια αεροζόλ είναι υδατικά διαλύματα NaCl και ( NH 4 ) SO4. Οι χημικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων ποικίλουν ανάλογα με τη σύστασή τους. Παπαδόπουλος Αντώνιος 73

74 Οι περισσότερες από τις φυσικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων (π.χ. όγκος, επιφάνεια, ταχύτητα πτώσης, διάχυση Brown, κ.ά.) αποτελούν συνάρτηση του μεγέθους τους. Ταχύτητα Πτώσης: Η ταχύτητα πτώσης των αιωρούμενων σωματιδίων περιγράφεται από το νόμο τους Stokes, ο οποίος ισχύει για σωματίδια με διάμετρο μεγαλύτερη από την ελεύθερη διαδρομή των αερίων. Σύμφωνα με το νόμο του Stokes η οριακή ταχύτητα πτώσης των σωματιδίων στον αέρα είναι ανάλογη του τετραγώνου της ακτίνας τους: g d d r U ' ( ) 9 n Στο σχήμα 15 δίνεται η ταχύτητα πτώσης των σωματιδίων διαφόρων διαμέτρων σε σταθερές ατμοσφαιρικές συνθήκες. Παρατηρούμε ότι τα αιωρούμενα σωματίδια με διάμετρο 10 μm έχουν σημαντική ταχύτητα πτώσης σε σταθερές ατμοσφαιρικές συνθήκες, Τα σωματίδια αυτά αποτελούν ένα ξεχωριστό κλάσμα που ονομάζεται πίπτουσα σκόνη (dust fall) ή ξηρή απόθεση (dry deposition). Τα σωματίδια με διάμετρο <10 μm έχουν πολύ μικρή ταχύτητα πτώσης με αποτέλεσμα να παραμένουν εν αιωρήσει στην ατμόσφαιρα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Σχήμα 15. Ταχύτητα πτώσεις αιρούμενων σωματιδίων σε σχέση με την διάμετρο τους. Προσρόφηση. Η σωματιδιακή ύλη που αιωρείται στην ατμόσφαιρα έχει πολύ μεγάλη ενεργό επιφάνεια ανά μονάδα μάζας, εξαιτίας του μικρού μεγέθους της 6 πλειονότητας των σωματιδίων. Η επιφάνεια αυτή υπολογίζεται σε 10 m / g σε σύγκριση με m / g που έχει ο ενεργός άνθρακας. Τόσο μεγάλη επιφάνεια ευνοεί την προσρόφηση μορίων από την αέρια φάση, ιδιαίτερα για συστατικά με χαμηλή πτητικότητα. Γενικά, μια ουσία με τάση ατμών <0,1 mmhg στους 5 ο C προσροφάται ισχυρά στα Παπαδόπουλος Αντώνιος 74

75 ατμοσφαιρικά σωματίδια. Αυτό σημαίνει ότι, και τα μέταλλα που εξατμίζονται από ηφαιστειακές ή βιολογικές διεργασίες καταλήγουν στα αεροζόλ. Επίσης, ημιπτητικές οργανικές ενώσεις (πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες, οργανοχλωριωμένες ενώσεις, κ.ά._ προσροφώνται σε μεγάλο βαθμό στα αιωρούμενα σωματίδια αυξάνει την επικινδυνότητά τους. Οπτική συμπεριφορά: Τα αιωρούμενα σωματίδια της ατμόσφαιρας αποτελούν την κύρια αιτία μείωσης της ορατότητας σε πολλές περιοχές. Όταν το φως προσπίπτει στα σωματίδια, συμβαίνουν δύο διαφορετικά φαινόμενα: σκεδασμός, δηλαδή επανεκπομπή του φωτός προς όλες τις κατευθύνσεις και απορρόφηση με μετατροπή της απορροφούμενης ενέργειας σε θερμότητα ή χημική ενέργεια. Ο σκεδασμός και η απορρόφηση φωτός από ένα μέσο εκφράζεται από το δείκτη διάθλασης. Στον πίνακα 10 δίνεται ο δείκτης διάθλασης για διάφορα συστατικά της ατμόσφαιρας. Τόσο ο σκεδασμός, όσο και η απορρόφηση του φωτός είναι συνάρτηση της σύστασης, της συγκέντρωσης και του μεγέθους των σωματιδίων. Η μεγαλύτερη μείωση της ορατότητας οφείλεται στο σκεδασμό του φωτός από σωματίδια με μέγεθος στην περιοχή του ορατού φωτός ( nm). Στον πίνακα 1 δίνεται η ορατότητα σε σχέση με τη συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων της ατμόσφαιρας. Ατμοσφαιρικό υλικό Δείκτης διάθλασης Κενό 1 Υδρατμοί 1,0005 Αέρας 1,0003 Νερό 1,33 Πάγος 1,31 NaCl 1,55 SiO 1,55 ( NH 4 ) SO4 1,53 Αιθάλη 1,96 Πίνακας 11. Δείκτης διάθλασης για διάφορα συστατικά της ατμόσφαιρας Περιοχή Αιωρούμενα 3 Σωματίδια( g / m ) Ορατότητα (km) Ύπαιθρος Προάστια Κέντρο Πόλης 00 6 Βιομηχ. Περιοχή 700 1,6 Πίνακας 1. Ορατότητα σε σχέση με τη συγκέντρωση αιωρούμενων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα διαφόρων περιοχών. Παπαδόπουλος Αντώνιος 75

76 3.3. Διασπορά και διάχυση των ατμοσφαιρικών ρύπων. Όταν ένας ατμοσφαιρικός ρύπος στην αέρια ή σωματιδιακή φάση (θεωρητικά χημικά αδρανής) εκπέμπεται από μία πηγή, για να μελετηθεί η πορεία του μέσα στην ατμόσφαιρα, μέχρις ότου απομακρυνθεί από αυτήν ή φτάσει στον αποδέκτη, είναι αναγκαία τα εξής στάδια: Α.Μελέτη των μετεωρολογικών συνθηκών: 1. Ταχύτητα και κατεύθυνση ανέμου.. Θερμοκρασία και σχετική υγρασία της ατμόσφαιρας. 3. Τύρβη. 4. Ατμοσφαιρική ευστάθεια. 5. Τοπογραφικές επιρροές της περιοχής στην μετεωρολογία. Β. Γνώση των χαρακτηριστικών της πηγής εκπομπής. 1. Γεωμετρία της πηγής.. Χρονική διάρκεια εκπομπής. Γ. Εφαρμογή θεωρητικού προτύπου, που υπολογίζει την χωροχρονική διασπορά του ρύπου Μετεωρολογία της αέριας ρύπανσης. Η μετεωρολογία, είναι κατά πολλούς τρόπους στην καρδιά της σχέσης μεταξύ ατμοσφαιρικής ρύπανσης και αποδεκτών της ρύπανσης (άνθρωπο, βλάστηση, ζώα, υλικά). Αυτό οφείλεται στο ότι μεταβολές στις φυσικές και δυναμικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας, σε κλίμακες που ποικίλουν χρονικά από ώρες έως μέρες, επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό την ποιότητα του αέρα. Το τρισδιάστατο πεδίο του ανέμου, και η συνδεδεμένη με αυτό τυρβώδης ροή του αέρα, είναι σημαντικοί παράγοντες στη διασπορά και διάχυση των ρύπων τόσο οριζόντια όσο και κατακόρυφα. Οι κατακόρυφες μεταβολές της θερμοκρασίας και το πώς επηρεάζουν την ατμοσφαιρική ευστάθεια επίσης καθορίζουν το μέγεθος της διάχυσης των ρύπων στην ατμοσφαιρική στήλη και τους ρυθμούς ξηρής και υγρής εναπόθεσης των ρύπων. Οι μετεωρολογικές συνθήκες, ελέγχοντας τον ρυθμό τον χημικών αντιδράσεων, επίσης επηρεάζουν τις χημικές και φυσικές διαδικασίες που έχουν σχέση με τη δημιουργία των δευτερογενών ρύπων. Θα μελετηθεί ο ρόλος που διαδραματίζει η ευστάθεια της ατμόσφαιρας και ο άνεμος στη διάχυση και διασπορά των ρύπων Ατμοσφαιρική ευστάθεια. Θέρμανση της τροπόσφαιρας: Η πηγή ενέργειας της τροπόσφαιρας είναι η ηλιακή ενέργεια. Σε μια καθαρή μέρα η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία περνά μέσα από τα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, όπου απορροφάται πολύ λίγο, και φθάνει στην επιφάνεια της Γης όπου και ολοκληρωτικά απορροφάται. Τα μόρια που έρχονται σε επαφή με το έδαφος θερμαίνονται με αγωγή (conduction), αποκτούν κινητική ενέργεια και εκτοξεύονται προς τα πάνω, μοιράζοντας την ενέργειά τους και σε άλλα μόρια δια μέσου Παπαδόπουλος Αντώνιος 76

77 συγκρούσεων. Ο αέρας όμως είναι κακός αγωγός της θερμότητας και αρκετά πυκνός κοντά στην επιφάνεια της Γης. Γι αυτό, η διαδικασία θέρμανσης της ατμόσφαιρας με αγωγή δεν είναι σημαντική παρά μόνο για λίγα εκατοστά από το έδαφος. Καθώς θερμαίνεται ο αέρας χαμηλά, γίνεται λιγότερο πυκνός από τον υπερκείμενο αέρα. Θερμές μάζες αέρα ανέρχονται προς τα πάνω, ενώ ψυχρές μάζες αέρα πέφτουν προς τα κάτω. Έτσι δημιουργούνται ρεύματα μεταφοράς θερμότητας (thermals or free convection cells), τα οποία μεταφέρουν τη θερμότητα βαθιά μέσα στην ατμόσφαιρα. Ο ανερχόμενος αέρας εκτονώνεται και ψύχεται, ενώ ο κατερχόμενος συμπιέζεται και θερμαίνεται. Εάν ο ανερχόμενος αέρας περιέχει αρκετή υγρασία, συμπυκνώνονται οι υδρατμοί σε σταγονίδια, απελευθερώνοντας λανθάνουσα θερμότητα (latent heat), που θερμαίνει επίσης τον αέρα. Εντωμεταξύ, η Γη συνεχώς (μέρα και νύχτα) εκπέμπει υπέρυθρη ακτινοβολία, που απορροφάται και επανεκπέμπεται από τα αέρια του θερμοκηπίου, όπως οι υδρατμοί και το διοξείδιο του άνθρακα. Καθώς η συγκέντρωση των υδρατμών μειώνεται γρήγορα με το ύψος, η περισσότερη απορρόφηση συμβαίνει στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Συμπερασματικά, η ατμόσφαιρα θερμαίνεται από κάτω. Λόγω του ότι θερμαίνεται στη βάση της η τροπόσφαιρα είναι ασταθής, δημιουργούνται κατακόρυφα ρεύματα, που αποτελούν έναν από τους φυσικούς εκείνους μηχανισμούς που ευνοούν την ανάμιξη και τη διασπορά των ατμοσφαιρικών συστατικών. Κατακόρυφη δομή της θερμοκρασίας στην τροπόσφαιρα: : Η τροπόσφαιρα (1 ± 4km) χαρακτηρίζεται, εν γένει, από ελάττωση της θερμοκρασίας και συγχρόνως από ελάττωση της πίεσης και της πυκνότητας καθώς το ύψος αυξάνει. Ο ρυθμός μεταβολής της θερμοκρασίας με το ύψος ονομάζεται περιβαλλοντική θερμοβαθμίδα (environmental lapse rate, Π.Θ.) και είναι διαφορετικός από περιοχή σε περιοχή και εξαρτάται από το εάν ο αέρας είναι ξηρός ή όχι. Ο μέσος όρος σε παγκόσμια κλίμακα, όπως προέκυψε από μετρήσεις είναι 6.5 ο C/km. H μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος οφείλεται στο ότι μεγαλώνει η απόσταση από τη θερμή επιφάνεια της Γης. Ο ιδεατός κατακόρυφος ρυθμός μεταβολής της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα, έναντι του οποίου συγκρίνονται όλοι οι πραγματικά μετρούμενοι ρυθμοί, είναι ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα. Δηλαδή, η μεταβολή της θερμοκρασίας ανά μονάδα ύψους, που παρατηρείται για μια στοιχειώδη μάζα (air parcel) ξηρού αέρα καθώς ανεβαίνει ή κατεβαίνει κατακόρυφα στην ατμόσφαιρα και εκτονώνεται σε χαμηλότερη πίεση ή συμπιέζεται σε υψηλότερη πίεση χωρίς να ανταλλάσσει θερμότητα με το περιβάλλον του (αδιαβατικά). Τότε η μάζα αυτή ψύχεται ή θερμαίνεται κατά 9.8 ο C/km (συχνά θεωρείται 10 ο C/km) και ο ρυθμός αυτός ονομάζεται ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα (dry adiabatic lapse rate, Ξ.Α.Θ.). Ατμοσφαιρική ευστάθεια: Στο σχήμα 15, σε άξονες (T, z) η διακεκομμένη γραμμή (Α, Α, Β ) εκφράζει την αδιαβατική ψύξη ή τη θέρμανση της μοναδιαίας μάζας αέρα καθώς ανέρχεται ή κατέρχεται μέσα στην ατμόσφαιρα, με κλίση Γ d. Στην πραγματικότητα η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας δεν ακολουθεί σε συνάρτηση με το ύψος αυτή την ευθύγραμμη σχέση. Στο σχήμα 16 παριστάνεται επίσης (με συμπαγή καμπύλη γραμμή) μια πραγματική μεταβολή της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας με το ύψος σε κάποιο τόπο που μετρήθηκε κάποια χρονική στιγμή, π.χ. με ραδιοβόλιση. Παπαδόπουλος Αντώνιος 77

78 Z ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα (DALR) Σχήμα 1 πραγματική θερμοβαθμίδα (ALR) Σχήμα 16: Σύγκριση ξηρής αδιαβατικής θερμοβαθμίδας με πραγματική θερμοβαθμίδα. Έστω μια στοιχειώδης αέρια μάζα, που βρίσκεται στο Α, μετακινείται γρήγορα, δηλαδή πρακτικά αδιαβατικά, προς το Α. Η μάζα ψύχεται ανεβαίνοντας, αλλά η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ αυτής και του αέρα που την περιβάλλει αυξάνει συνεχώς με το ύψος. Η στοιχειώδης αέρια μάζα δέχεται δυο δυνάμεις: αυτήν της βαρύτητας και μια δύναμη με φορά προς τα πάνω λόγω διαφοράς πίεσης. Η συνισταμένη των δυο δυνάμεων ονομάζεται ανωστική δύναμη (buoyancy force). Εάν ρ είναι η πυκνότητα της στοιχειώδους μάζας και ρ αυτή του αέρα, η επιτάχυνση α της μάζας λόγω της ανωστικής δύναμης είναι: α = g ( ρ'-ρ ρ ) = g (Τ-Τ' Τ ) Επομένως, η επιτάχυνση θα αυξάνει με το ύψος και θα συνεχίσει την ανοδική της πορεία (υπεραδιαβατική κατάσταση, superdiabatic). Η κατάσταση τότε της ατμόσφαιρας χαρακτηρίζεται ως ασταθής (unstable) και έχουμε τυρβώδεις αναταράξεις στην ατμόσφαιρα (buoyant generation of turbulence). Αντίθετα, εάν η μάζα κινηθεί από το Β προς το Β η θερμοκρασία της θα γίνεται μικρότερη από αυτήν του περιβάλλοντος και συνεπώς θα τείνει να επανέλθει στο σημείο Β (υποαδιαβατική κατάσταση, subadiabatic). Σε αυτή την περίπτωση που θερμοκρασία της ατμόσφαιρας αυξάνεται με το ύψος, ή θα μπορούσε να μειωνόταν, αλλά με μικρότερο ρυθμό από τον 1 ο C/100 m, η κατάσταση της ατμόσφαιρας λέγεται σταθερή (stable). Εάν η πραγματική θερμοβαθμίδα ταυτιζόταν με την ξηρή αδιαβατική, τότε η αέρια στοιχειώδης μάζα δεν θα είχε την τάση να μετακινηθεί, οπότε η ατμοσφαιρική κατάσταση λέγεται ουδέτερη (neutral). Στην πρώτη περίπτωση, έχουμε αναταράξεις στην ατμόσφαιρα, δημιουργία τυρβώδους ροής (turbulent flow), οι ανωστικές δυνάμεις ευνοούν τη κατακόρυφη κίνηση των αερίων μαζών και συνάμα τη διάχυση των ρύπων. Παπαδόπουλος Αντώνιος 78

79 Στη δεύτερη περίπτωση, οι ανωστικές δυνάμεις εμποδίζουν τις αναταράξεις και επομένως τη διάχυση των ρύπων. Από το σημείο Β (σχ. 14) και πάνω έχουμε αύξηση της θερμοκρασίας της τροπόσφαιρας με το ύψος, δηλαδή το φαινόμενο της θερμοκρασιακής αναστροφής. Μετεωρολογικό φαινόμενο που ευνοεί τον εγκλωβισμό και την συσσώρευση των ρύπων σε μια περιοχή. Συνοψίζοντας η κατάσταση της ατμόσφαιρας μπορεί να είναι: ασταθής εάν Π.Θ.(ELR) > Ξ.Α.Θ (DALR) σταθερή εάν Π.Θ. < Ξ.Α.Θ ουδέτερη εάν Π.Θ. = Ξ.Α.Θ Στην περίπτωση που η θεωρούμενη στοιχειώδης μάζα αέρα περιέχει υδρατμούς, καθώς ανέρχεται ψύχεται με μικρότερο ρυθμό από ότι η αντίστοιχη μάζα ξηρού αέρα, διότι επέρχεται υγροποίηση των υδρατμών και η λανθάνουσα θερμότητα που απελευθερώνεται θερμαίνει την αέρια μάζα. Οι καταστάσεις ατμοσφαιρικής ευστάθειας που αναφέρονται παραπάνω ισχύουν και στην περίπτωση μάζας αέρα που περιέχει υδρατμούς, αλλά λαμβάνοντας υπόψη ότι Γ dry > Γ wet. Έτσι μια ατμόσφαιρα με νέφη είναι κατά κανόνα πιο ασταθής από μια ξηρή ατμόσφαιρα. Ας σημειωθεί ότι η αδιαβατική θερμοβαθμίδα αέρα κορεσμένου με υδρατμούς, Γ wet, εξαρτάται από την θερμοκρασία του αέρα. Αυτό γιατί όσο θερμότερος είναι ο αέρας τόσους περισσότερους υδρατμούς μπορεί να συγκρατεί. Θερμοκρασιακές αναστροφές. Από την σκοπιά της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, σε καταστάσεις όπου η θερμοκρασία αυξάνει με το ύψος ονομάζονται καταστάσεις αναστροφής και έχουν ιδιαίτερη σημασία. Κάτω από τέτοιες συνθήκες η ατμόσφαιρα είναι ιδιαίτερα ευσταθής και τα συστατικά του αέρα αναμιγνύονται πολύ λίγο. Οι αναστροφές δημιουργούνται με δυο τρόπους ή με ψύξη από κάτω ή με θέρμανση από πάνω. Αναστροφές δημιουργούνται ιδιαίτερα τη νύχτα, γιατί ψύχεται το έδαφος μετά την εκπομπή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Οριζόντιες μετακινήσεις αερίων μαζών από πάνω από μια θερμή επιφάνεια (έδαφος) προς μια ψυχρή επιφάνεια (νερό) επίσης δημιουργούν αναστροφή. (Ας σημειωθεί ότι τη νύχτα η στεριά μπορεί να είναι ψυχρότερη από το νερό). Αυτές οι αναστροφές ονομάζονται επιφανειακές αναστροφές Άνεμος Το πεδίο του ανέμου θεωρείται πολλές φορές δυσδιάστατο, αν και στην πραγματικότητα είναι τρισδιάστατο και μεταφέρει και διαχέει τους ρύπους και οριζόντια και κατακόρυφα. Στο πλανητικό οριακό στρώμα, όπου λαμβάνει χώρα κατά κύριο λόγο η διασπορά και διάχυση των ρύπων, ο συνδυασμός τριών δυνάμεων προσδιορίζει σε οριζόντια διεύθυνση την ταχύτητα και διεύθυνση του ανέμου. Οι δυνάμεις αυτές είναι: η δύναμη λόγω διαφοράς πίεσης (θερμοκρασίας), η δύναμη Coriolis (ιδιοπεριστροφή της Γης) και η τριβή με το έδαφος. Ο άνεμος πνέει από την περιοχή υψηλής πίεσης προς την περιοχή χαμηλής πίεσης, υφιστάμενος μια εκτροπή στην πορεία του από τη δύναμη Coriolis. Το μέγεθος της δύναμης Coriolis εξαρτάται τόσο από το γεωγραφικό πλάτος όσο και από την ταχύτητα του ανέμου. Η δύναμη της τριβής είναι η επιβραδύνουσα δύναμη που δέχεται ο άνεμος από τις ανωμαλίες του εδάφους. Δύναμη που εκτός του ότι του μειώνει την Παπαδόπουλος Αντώνιος 79

80 ταχύτητα του αλλάζει και την διεύθυνση του ανέμου σε συνδυασμό με τις υπόλοιπες δυνάμεις. Η διεύθυνση του ανέμου, όπως καθορίζεται από τις τρεις δυνάμεις, ρυθμίζει την κατεύθυνση μεταφοράς των ρύπων. Για παράδειγμα, ένας σταθερός ανατολικός άνεμος σε μια περιοχή, θα μεταφέρει τους ρύπους δυτικά. Αντίθετα, ένας άνεμος μεταβλητής διεύθυνσης, θα διασπείρει τους ρύπους σε μια ευρύτερη περιοχή γύρω από την περιοχή που δημιουργήθηκαν. Η τριβή του εδάφους, όπως επηρεάζει την κατεύθυνση του ανέμου, παίζει σημαντικό ρόλο και στην κατακόρυφη δομή του ανέμου. Η ταχύτητα του ανέμου στο κατακόρυφο επίπεδο μικραίνει όσο πλησιάζουμε προς το έδαφος, όπου η ταχύτητα των αερίων μαζών μηδενίζεται. Η επιρροή του εδάφους στην κατακόρυφη δομή της ταχύτητας του ανέμου φθάνει σε ύψος που είναι μεγαλύτερο όσο μεγαλύτερες είναι οι ανωμαλίες της γήινης επιφάνειας. Οι αέριες μάζες που έρχονται σε επαφή με το έδαφος επιβραδύνονται, αλλά και αυτές που ρέουν από πάνω τους επιβραδύνονται με τη σειρά τους. Έτσι, αναπτύσσονται μέσα στο ρευστό διατμητικές τάσεις. Οι τάσεις αυτές συνήθως στο Π.Ο.Σ., οδηγούν στην ανάπτυξη στροβίλων μέσα στο ρευστό (mechanical turbulence). Η τυρβώδης ροή του αέρα είναι το ατμοσφαιρικό εκείνο χαρακτηριστικό που κατά κύριο λόγο επηρεάζει τη διάχυση των ρύπων. Οφείλεται σε διαταραχές της ταχύτητας και της κατεύθυνσης του ανέμου. Αυτές οι διαταραχές προστίθενται στη μέση ροή του ανέμου, έτσι όταν μελετούμε τα χαρακτηριστικά της ροής του ανέμου αναφερόμαστε και στη μέση ροή και στις διαταραχές της ροής του. Τυρβώδης ροή. Η κίνηση του αέρα στα χαμηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας γίνεται κοντά στο έδαφος, ένα σταθερό όριο, που εμφανίζει διάφορες τιμές θερμοκρασίας και ποικίλες ανωμαλίες, έτσι ώστε η κίνηση αυτή να είναι πάντα τυρβώδης. Η τυρβώδης ροή επηρεάζεται από μηχανικές δυνάμεις (διατμητικές τάσεις και τριβή με το έδαφος) αλλά επηρεάζεται και από δυνάμεις λόγω θερμοκρασιακών διαφορών (άνωση). Δηλαδή, η τύρβη εξαρτάται από τρεις παράγοντες: (α) μηχανιστική επίδραση των αντικειμένων που εμφανίζονται μέσα στη ροή του ανέμου, (β) η κατακόρυφη αύξηση της ταχύτητας του ανέμου με το ύψος και (γ) η κατακόρυφη δομή της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα. Το μέγεθος, και κατά συνέπεια η κλίμακα, των στροβίλων από θερμικές δυνάμεις είναι μεγαλύτερο από το μέγεθος των στροβίλων που προκαλείται από μηχανικές δυνάμεις. Oι δυνάμεις άνωσης έχουν ένα σημαντικό ρόλο να διατηρούν ή να εξαλείφουν την ενέργεια των στροβίλων, οι οποίοι δημιουργήθηκαν από μηχανικές δυνάμεις, στο επιφανειακό στρώμα της ατμόσφαιρας (τα πρώτα 30 έως 50m). Το σχήμα 17 δείχνει μια τυπική ημερήσια μεταβολή της θερμοκρασίας σε συνάρτηση με το ύψος, κοντά στο έδαφος. Παπαδόπουλος Αντώνιος 80

81 π.μ. 4 π.μ. 9 μ.μ. 4 μ.μ. Σχήμα 17: Τυπική ημερήσια μεταβολή της θερμοκρασίας σε συνάρτηση με το ύψος, κοντά στο έδαφος. Στις 4 π.μ. η ακτινοβολία από τη Γη προς το σκοτεινό ουρανό ψύχει το έδαφος σε χαμηλότερη θερμοκρασία από αυτήν του αέρα, δημιουργώντας μια θερμοκρασιακή αναστροφή πάνω στο έδαφος. Στις 9 π.μ. το έδαφος θερμαίνεται γρήγορα μετά την ανατολή του ήλιου (ελαφρά υποαδιαβατική κατάσταση). Στις μ.μ. συνεχίζεται η θέρμανση (υπεραδιαβατική κατάσταση). Στις 4 μ.μ. αρχίζει η απογευματινή ψύξη του εδάφους που επαναφέρει τη δομή της θερμοκρασίας κοντά στην αδιαβατική κατάσταση. Οι ημερήσιες μεταβολές της ηλιακής ακτινοβολίας δημιουργούν ένα κύκλο ψύξηςθέρμανσης του πλανητικού οριακού στρώματος που αντικατοπτρίζεται έντονα στο πεδίο του ανέμου. Τη νύχτα ο αέρας είναι σταθερά διαστρωματωμένος γιατί το έδαφος είναι ψυχρότερο από τον αέρα. Με την ανατολή του ήλιου, σε μια καθαρή μέρα, η ηλιακή ακτινοβολία θερμαίνει γρηγορότερα το έδαφος από τον αέρα. Γρήγορα μετά την αυγή η σχεδόν στρωτή ροή του νυχτερινού, σταθερού αέρα γίνεται τυρβώδης. Αυξανομένου του ύψους από το έδαφος, η δράση των διατμητικών τάσεων από την επιφάνεια του εδάφους μικραίνει ενώ αυξάνει η δράση των ανωστικών δυνάμεων. Τα ζεστά θερμικά ρεύματα αέρα δημιουργούν έντονη μίξη ψηλά. Το πάχος του στρώματος που επηρεάζεται από τη μεταφορά θερμότητας αυξάνει κατά τη διάρκεια της μέρας καθώς συνεχίζεται η θέρμανση του εδάφους. Αργά το απόγευμα, καθώς δεν υπάρχει ροή θερμότητας από το έδαφος προς τον αέρα, η δομή της θερμοκρασίας γίνεται αδιαβατική. Νωρίς το απόγευμα, η θερμοκρασία του αέρα γίνεται μεγαλύτερη από αυτήν του εδάφους και η ροή θερμότητας προς το έδαφος δημιουργεί μια σταθερή διάστρωση της θερμοκρασίας. Το σταθερό στρώμα αυξάνεται κατά τη διάρκεια της νύχτας όπως το ασταθές στρώμα αυξάνεται κατά τη διάρκεια της μέρας. Η ταχύτητα του ανέμου τη νύχτα είναι συχνά πολύ μικρή και τότε ο ρόλος των διατμητικών τάσεων γίνεται ασήμαντος ενώ η διάστρωση κυριαρχεί. Η αδιαβατική κατάσταση στην ατμόσφαιρα συμβαίνει μόνο κάτω από ειδικές συνθήκες, όπως όταν υπάρχουν βαριά σύννεφα στον ουρανό και πνέει μέτριος έως ισχυρός άνεμος. Τα σύννεφα εμποδίζουν την ηλιακή ακτινοβολία να φθάσει στο έδαφος και έτσι επιτυγχάνεται η θερμοκρασία του εδάφους να μη διαφέρει πολύ από τη θερμοκρασία του αέρα ακριβώς από πάνω του. Ο άνεμος συντελεί στην ανάμιξη του αέρα, εξομαλύνοντας τις θερμοκρασιακές διαφορές. Παπαδόπουλος Αντώνιος 81

82 Η πιστοποίηση των στροβίλων στην ατμόσφαιρα γίνεται είτε με καταγραφή του ανέμου είτε της θερμοκρασίας σε μια περιοχή. Οι στρόβιλοι είναι αποτελεσματικοί στη διασπορά των ρύπων όταν το μέγεθος της ρυπασμένης αέριας μάζας που απελευθερώνεται είναι παρόμοιο του μεγέθους των στροβίλων. Μικρότεροι στρόβιλοι (όπως οι μηχανικά δημιουργούμενοι) απλώς διαλύουν λίγο τις άκρες της ρυπασμένης αέριας μάζας, ενώ οι μεγαλύτεροι την μεταφέρουν ως σύνολο. Μια πληθώρα μεθόδων αναπτύχθηκε για να εκτιμηθεί η τυρβώδης ροή της ατμόσφαιρας και κατ επέκταση η ικανότητά της να διασπείρει τους αέριους ρύπους. Κάποιες μέθοδοι βασίζονται σε απευθείας μετρήσεις των διακυμάνσεων του ανέμου με ευαίσθητα συστήματα μέτρησης. Άλλες εκτιμούν τη διασπορά βάσει ταξινόμησης της ατμοσφαιρικής σταθερότητας έμμεσα από την ταχύτητα του ανέμου και εκτιμήσεις της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας ή της εξερχόμενης υπέρυθρης ακτινοβολίας. Οι όροι διασπορά- διάχυση: Στη μετεωρολογία της ατμοσφαιρικής ρύπανσης οι όροι διασπορά και διάχυση χρησιμοποιούνται συνήθως αδιακρίτως. Παρόλα αυτά σημαίνουν διαφορετικά πράγματα. Η διασπορά (dispersion), αναφέρεται στη μεταφορά των ρύπων οριζόντια ή κατακόρυφα από το πεδίο του ανέμου, ενώ η διάχυση (diffusion) αναφέρεται στη διάλυση των ρύπων. Η διασπορά στην κατακόρυφη διεύθυνση είναι σε μεγάλο βαθμό προσδιοριζόμενη από την ευστάθεια της ατμόσφαιρας, ενώ η οριζόντια διασπορά προσδιορίζεται από τη διεύθυνση του ανέμου. Σε αντίθεση, η διάχυση είναι σε μεγάλη έκταση αποτέλεσμα της τύρβης μέσα στην ατμόσφαιρα και εξαρτάται από τη μεταβλητότητα των χαρακτηριστικών του συστήματος του ανέμου. Για το λόγο αυτό η διάχυση, που αναφέρεται και ως τυρβώδης διάχυση (turbulent diffusion), σημαίνει τη διαδικασία κατά την οποία οι εκπεμπόμενοι ρύποι, ένα διακριτό νέφος σωματιδίων, διασκορπίζονται υπό την επίδραση των τυρβωδών στροβίλων (turbulent eddies) ενός ρευστού. Αλλά και η χρήση του όρου διάχυση μπορεί να δημιουργήσει ερωτηματικά. Δεν πρόκειται για μοριακή διάχυση αλλά για τυρβώδη ανάμιξη των συστατικών στην τροπόσφαιρα. Οι εργασίες τυρβώδους ανάμιξης κυριαρχούν έναντι των διεργασιών μοριακής διάχυσης. Διότι, ο συντελεστής διάχυσης είναι ανάλογος της μέσης ελεύθερης διαδρομής και επομένως αντιστρόφως ανάλογος της πυκνότητας. Στην τροπόσφαιρα λοιπόν η μοριακή διάχυση δεν είναι σημαντική Χαρακτηριστικά της πηγής. 1. Η γεωμετρία της εκπομπής έχει μεγάλη σημασία για την εικόνα της διασποράς, τουλάχιστον για αποστάσεις που είναι της ίδιας τάξης μεγέθους ή μικρότερες κάποιων χαρακτηριστικών διαστάσεων της πηγής. Παραδείγματα διαφορετικών περιπτώσεων γεωμετρίας εκπομπής είναι τα παρακάτω: Σημειακή πηγή (point source), π.χ. καμινάδα. Εμβαδική πηγή (area source), π.χ. αστική περιοχή. Γραμμική πηγή (line source), π.χ. μεγάλη οδική αρτηρία. Παπαδόπουλος Αντώνιος 8

83 . Η χρονική διάρκεια της εκπομπής: Στιγμιαία εκπομπή (instantaneous release), π.χ. έκρηξη σε βιομηχανικό συγκρότημα ή εκπομπές μικρής χρονικής διάρκειας της τάξης των δευτερολέπτων. Μακροχρόνια, συνεχή εκπομπή (continuous emission), κατά την οποία η χρονική περίοδος εκπομπής είναι ίση ή μεγαλύτερη από το χρόνο που απαιτείται για να μεταφερθούν οι ρύποι από την πηγή στο σημείο ενδιαφέροντος Ατμοσφαιρικός κύκλος διασποράς Συνοψίζοντας τα στοιχεία που παρουσιάστηκαν παραπάνω, μια ποικιλία ατμοσφαιρικών μηχανισμών είναι υπεύθυνη για τη μεταφορά και τον μετασχηματισμό των αέριων ρύπων που εκλύονται στην ατμόσφαιρα. Το σχήμα 18 δείχνει σχηματικά τις διαδικασίες οι οποίες συντελούν στη διασπορά των αέριων ρύπων που εκπέμπονται από μια καμινάδα. α. Οι αέριοι ρύποι, όταν αφήσουν την καμινάδα, είναι κατά κανόνα θερμότεροι από τον περιβάλλοντα αέρα. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με την αρχική ορμή που έχουν τα καυσαέρια όταν φθάσουν στην κορυφή της καμινάδας, έχει σαν αποτέλεσμα ο θύσανος να ανυψώνεται μέχρι ορισμένου ύψους. Το ύψος αυτό είναι βέβαια υψηλότερο του φυσικού ύψους της καμινάδας και ονομάζεται ενεργό ύψος (effective height) της καμινάδας. Η διαφορά ανάμεσα στο φυσικό και στο ενεργό ύψος της καμινάδας ονομάζεται αρχική ανύψωση του θυσάνου (plume rise). β. Ο καπνός μεταφέρεται μακριά από την πηγή από τον άνεμο. Η οριζόντια μεταφορά (advection) αποτελεί τον πλέον σημαντικό μηχανισμό απομάκρυνσης και αραίωσης των ρύπων. γ. Οι αναταρακτικές κινήσεις του αέρα [τυρβώδεις στρόβιλοι (turbulent eddies)] είναι υπεύθυνες για την κατακόρυφη μεταφορά και τη διαπλάτυνση του θυσάνου, με τελικό αποτέλεσμα την αραίωση. Η διαδικασία αυτή ονομάστηκε διάχυση (diffusion). Η κλίμακα και η ένταση της αραίωσης εξαρτώνται από το βαθμό ανατάραξης της ατμόσφαιρας. Σε συνθήκες ευστάθειας (stable conditions) οι τυρβώδεις στρόβιλοι είναι μικρότερης κλίμακας και η κατακόρυφη διάχυση γίνεται αργά, ενώ σε συνθήκες μεγάλης αστάθειας (very unstable ή convective conditions) οι τυρβώδεις στρόβιλοι είναι μεγαλύτεροι και η διάχυση πολύ έντονη. Η διάχυση (diffusion) των ρύπων γίνεται μέχρι ένα συγκεκριμένο ύψος από την επιφάνεια της γης, το οποίο ονομάζεται ύψος ανάμειξης (mixing height). Το στρώμα, το οποίο περιέχεται ανάμεσα στην επιφάνεια της και το ύψος ανάμειξης, ονομάζεται στρώμα ανάμειξης (mixing layer) ή οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας (atmospheric ή planetary boundary layer). δ. Η μεταφορά των ρύπων από την ατμόσφαιρα στο έδαφος ονομάζεται εναπόθεση (deposition). Γενικά, ξεχωρίζουμε τρεις διαφορετικούς τύπους απόθεσης: Ι. Καθίζηση (sedimentation) ονομάζεται η πτώση λόγω βαρύτητας των σχετικά μεγάλων και βαρέων σωματιδίων. Παπαδόπουλος Αντώνιος 83

84 ΙΙ. Ξηρή εναπόθεση (dry deposition) υφίστανται τα μικρά σωματίδια και οι αέριες ενώσεις, τα οποία ακολουθούν αδρανώς τις κινήσεις του αέρα και τα οποία κατακρατούνται, όταν έρθουν σε επαφή, από την υποκείμενη επιφάνεια. ΙΙΙ. Υγρή εναπόθεση (wet deposition) λαμβάνει χώρα σε περίπτωση υετού, οπότε μπορεί να συμβεί κάποιο από τα παρακάτω ενδεχόμενα: είτε σάρωση των ρύπων από τη βροχή ή το χιόνι [απόπλυση (wash out)] είτε πρόσληψη των ρύπων σε ένα προηγούμενο στάδιο από τα μικρά σταγονίδια νέφους, τα οποία αργότερα ενώνονται μεταξύ τους φτιάχνοντας σταγόνες βροχής [βροχόπλυση και χιονόπλυση (rain out and snow out)]. ε. Κατά το χρόνο της παραμονής τους στην ατμόσφαιρα οι ρύποι υφίστανται διάφορους χημικούς μετασχηματισμούς, λόγω αντιδράσεων, είτε μεταξύ τους είτε με τα συστατικά της καθαρής ατμόσφαιρας. Η ατμόσφαιρα είναι ένα αποτελεσματικό εργαστήριο αντιδράσεων μέσα στο οποίο διοχετεύονται χημικά ενεργά συστατικά με αποτέλεσμα την παραγωγή ενός αριθμού καινούργιων ουσιών. Οι καινούργιες ουσίες παράγονται από αέρια και υγρά, τα οποία αντιδρούν μεταξύ τους και με τα σωματίδια που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Οι χημικές αντιδράσεις των ρύπων μπορεί να δώσουν και ουσίες, οι οποίες δεν είναι ρύποι. Σε πολλές περιπτώσεις όμως, στα προϊόντα των χημικών αντιδράσεων περιλαμβάνονται και νέοι ρύποι, οι οποίοι ονομάζονται δευτερογενείς ρύποι (secondary pollutants) σε αντιδιαστολή με αυτούς που εκπέμπονται από τις πηγές, οι οποίοι ονομάζονται πρωτογενείς ρύποι (primary pollutants). στ. Ένα μέρος της ρύπανσης διαφεύγει από το στρώμα ανάμειξης στη λεγόμενη ελεύθερη ατμόσφαιρα (free atmosphere), από όπου μπορούν τελικά να διασκορπιστούν στην υπόλοιπη ατμόσφαιρα. Σχήμα 18 Σχηματική περιγραφή των διαδικασιών που επηρεάζουν τη διασπορά των αερίων ρύπων Τεχνικοί παράγοντες. Στον ατμοσφαιρικό κύκλο διασποράς υπεισέρχονται και διάφοροι τεχνικοί παράγοντες. Παράδειγμα τεχνικών παραγόντων είναι η θερμοχωρητικότητα των εκπεμπόμενων αερίων, το κατώρευμα (downwash), λόγω της αεροδυναμικής της καμινάδας, η καθίζηση λόγω βαρύτητας των μεγαλυτέρων σωματιδίων, κ.λπ. Παπαδόπουλος Αντώνιος 84

85 Χωρικές και χρονικές κλίμακες διασποράς. Οι ρύποι που εκπέμπονται από μια πηγή φθάνουν στους αποδέκτες με τη βοήθεια των κινήσεων του ατμοσφαιρικού αέρα. Η Γη δέχεται την ηλιακή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και την ανακατανέμει δια μέσου διαφόρων διαδικασιών. Ο συνδυασμός της θέρμανσης από τον ήλιο και της ιδιοπεριστροφής της Γης προκαλεί δυνάμεις, οι οποίες έχουν σαν αποτέλεσμα τις διάφορες ατμοσφαιρικές κινήσεις, δηλαδή τον άνεμο. Κάθε κλίμακα κινήσεων στην ατμόσφαιρα έχει το δικό της ρόλο στην ατμοσφαιρική ρύπανση, αν και με διαφορετική χρονική διάρκεια. Για παράδειγμα οι κινήσεις μικρής κλίμακας επηρεάζουν τη ρύπανση μέσα σε χρόνο κάποιων λεπτών ή ωρών, ενώ κινήσεις μεσαίας κλίμακας επηρεάζουν τη μεταφορά και τη διασπορά των ρύπων για ώρες ή μέρες. Ο όρος μεγάλης κλίμακας μεταφορά ρύπανσης, αφορά την μεταφορά από συνοπτικά συστήματα καιρού (long-range transport). Για την αστική ρύπανση, η περιοχή της ατμόσφαιρας που προσδιορίζει τη μεταφορά και τη διασπορά των ρύπων είναι το πλανητικό οριακό στρώμα, περίπου τα κατώτερα 1000 m της τροπόσφαιρας. Το πλανητικό οριακό στρώμα παριστά την έκταση της επιρροής της επιφάνειας της γης στη δομή του ανέμου. Προκειμένου να μελετήσουμε τη διασπορά των αερίων ρύπων στην ατμόσφαιρα, έχει μεγάλη σημασία να προσδιορίσουμε τις χρονικές και χωρικές κλίμακες που μας ενδιαφέρουν. Ο λόγος είναι διπλός: Από τη μία, οι συγκεντρώσεις των αερίων ρύπων μειώνονται όσο αυξάνεται η απόσταση από την πηγή, ενώ ακόμα η σχετική σημασία των διαφορετικών παραγόντων που αναφέρθηκαν πιο πάνω είναι επίσης συνάρτηση της απόστασης από την πηγή. Στο σχήμα 19 παρουσιάζονται με πολύ σχηματικό τρόπο οι μεταβολές της συγκέντρωσης των ρύπων σα συνάρτηση της απόστασης από μία μεγάλη πηγή. Αξίζει να σημειωθεί ότι και οι δύο άξονες είναι λογαριθμικοί, οπότε η συγκέντρωση μεταβάλλεται περίπου γραμμικά με την απόσταση. Μέχρι τα τέλη περίπου της δεκαετίας του 60, το ενδιαφέρον εστιαζόταν σχεδόν αποκλειστικά στην τοπική κλίμακα (local scale), δηλαδή σε αποστάσεις της τάξης των λίγων χιλιομέτρων από την πηγή. Ο λόγος γι αυτήν την προτίμηση είναι απλός: Ο κόσμος γνώριζε καλύτερα τις άμεσες συνέπειες της ρύπανσης μέσω π.χ. της αναπνοής και γι αυτό το λόγο θεωρείτο ότι οι ρύποι ήταν σχετικά ακίνδυνοι όταν οι συγκεντρώσεις έπεφταν στα χαμηλά επίπεδα που παρατηρούνταν σε αποστάσεις μεγαλύτερες των 10 χιλιομέτρων. Η αλλαγή αυτής της αντίληψης έγινε περίπου το 1968, όταν ένας Σουηδός ερευνητής παρουσίασε μία τεχνική έκθεση, όπου εφιστούσε την προσοχή στη συνεχώς αυξανόμενη οξύτητα της βροχής, γεγονός το οποίο απέδιδε στις εκπομπές ρύπων (κυρίως SO ) στην Κεντρική Ευρώπη και την Μεγάλη Βρετανία. Παρουσίαζε ακόμα και μια σειρά υποθέσεων για το πώς θα επηρεάζονταν τα οικοσυστήματα από αυτή την αύξηση της οξύτητας, υποθέσει οι οποίες συνάντησαν μεγάλες αντιδράσεις από τις χώρες που κατονομάζονταν σαν «χώρες πηγών», οι οποίες όμως αργότερα αποδείχτηκαν αληθινές: καταστροφές δασών, εξαφάνιση ορισμένων ψαριών από λίμνες, κ.λπ. Αυτές οι οικολογικές επιδράσεις προκαλούνται από την ξηρά και τη υγρή εναπόθεση θειούχων (κατά κύριο λόγο) και αζωτούχων ενώσεων. Παπαδόπουλος Αντώνιος 85

86 Σχετική συγκέντρωση Τοπική κλίμακα Μέση κλίμακα Περιφερειακή κλίμακα Παγκόσμια κλίμακα Απόσταση (km) Σχήμα 19 Σχηματική παρουσίαση της μείωσης των συγκεντρώσεων σα συνάρτηση της απόστασης από μία μεγάλη πηγή. Η διασπορά των ρύπων σε τοπική κλίμακα (0-10 χιλιόμετρα) προσδιορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη διαδικασία της διάχυσης λόγω των αναταρακτικών κινήσεων της ατμόσφαιρας. Οι μέγιστες συγκεντρώσεις εδάφους πρωτογενών ρύπων λόγω των εκπομπών από κάποια υπερυψωμένη πηγή εμφανίζονται συνήθως σ αυτή την κλίμακα. Λόγω των σχετικά μικρών αποστάσεων, ο άνεμος θεωρείται ομοιογενής, τουλάχιστον σε περιοχές χωρίς έντονο ανάγλυφο. Οι χημικοί μετασχηματισμοί θεωρείται ότι έχουν μικρότερη σημασία σε τοπική κλίμακα (με αρκετές εξαιρέσεις όμως, μια από τις οποίες είναι τα οξείδια του αζώτου). Πολύ μεγάλη σημασία έχουν επίσης διάφορα φαινόμενα που έχουν να κάνουν με την ίδια την πηγή, όπως η ανύψωση του θυσάνου. Αν και η απόθεση μπορεί σε μερικές περιπτώσεις να είναι σημαντική, κατά κανόνα όμως η μεγαλύτερη ποσότητα των ρύπων βρίσκεται ακόμα στην ατμόσφαιρα. Σε αποστάσεις μικρότερες του 1 χιλιομέτρου κυριαρχούν τα τεχνικά στοιχεία, όπως π.χ. το κατώρευμα (downwash), λόγω της αεροδυναμικής των κτιρίων. Στη μέση κλίμακα (mesoscale) (10 μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα) η τυρβώδης διάχυση παραμένει σημαντική αλλά το πεδίο ανέμου δεν μπορεί πλέον να θεωρηθεί ομοιογενές ή στάσιμο. Ο άνεμος μπορεί να διαφέρει από το ένα σημείο στο άλλο και θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί κάποιο μοντέλο για τον υπολογισμό του τρισδιάστατου πεδίου ανέμου στην υπό μελέτη περιοχή. Σε συνθήκες αστάθειας μπορεί κανείς να υποθέσει ότι οι ρύποι είναι καλά αναμεμειγμένοι μέσα στο οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας. Οι χημικοί μετασχηματισμοί και η απόθεση παίζουν όλο και πιο σημαντικό ρόλο. Στην περιφερειακή κλίμακα (regional scale) (μερικές εκατοντάδες μερικές χιλιάδες χιλιόμετρα) η διάχυση των ρύπων γίνεται πια από συνοπτικά συστήματα καιρού. Οι χημικοί μετασχηματισμοί και η απόθεση αποτελούν σημαντικούς παράγοντες, ενώ το μεγαλύτερο μέρος της μεταφοράς λαμβάνει ακόμα χώρα μέσα στο ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα. Σε συνδυασμό με μετωπικές δραστηριότητες, καθώς με αναταρακτικές κινήσει μέσα σε σύννεφα cumulus μεταφέρονται ποσότητες ρύπων στην ελεύθερη ατμόσφαιρα. Αν οι ρύποι βρίσκονται σε κατάλληλη μορφή, η διαδικασία της απόπλυσης απομακρύνει το μεγαλύτερο μέρος τους από την ατμόσφαιρα, γιατί οι διαδικασίες που αναφέρθηκαν παραπάνω συχνά συνοδεύονται από βροχή. Παπαδόπουλος Αντώνιος 86

87 Μερικές από τις εκπεμπόμενες ενώσεις, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, έχουν μεγάλο χρόνο παραμονής στην ατμόσφαιρα και προλαβαίνουν να αναμειχθούν σε όλη την τροπόσφαιρα και ακόμη να εισέλθουν στην στρατόσφαιρα. Ο κύκλος της διασποράς σε αυτή την περίπτωση γίνεται σε παγκόσμια κλίμακα (global scale). Ο ρυθμός εκπομπής αρκετών από αυτές τις ενώσεις είναι σήμερα μεγαλύτερος από το ρυθμό απομάκρυνσής τους, πράγμα το οποίο οδηγεί σε μία συσσώρευσή τους στην ατμόσφαιρα. Αυτή η συσσώρευση είναι δυνατό να επηρεάσει τους γεωχημικούς κύκλους των ενώσεων αυτών και αναμένεται να οδηγήσει, ανάμεσα στα άλλα, και σε κλιματικές αλλαγές Μοντέλα διασποράς των ρύπων στην ατμόσφαιρα. Ένας βασικός στόχος στη μελέτη της ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι να μπορεί να περιγραφεί με μαθηματικές σχέσεις η χωρική και χρονική κατανομή των ρυπογόνων ουσιών που απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα. Παπαδόπουλος Αντώνιος 87

88 Εκπομπές Συντεταγμένες πηγής Φυσικό ύψος Περίμετρος καπνοδόχου Ταχύτητα εξόδου αεριών από την καπνοδόχο Θερμοκρασία αερίων στην καπνοδόχο Ρυθμός εκπομπής ρύπων Μετεωρολογία Διεύθυνση ανέμου Ταχύτητα ανέμου Τάξεις ευστάθειας κατά Pasquill Θερμοκρασία Ύψος ανάμιξης Αποδέκτες Συντεταγμένες Ύψος Προσομοίωση ατμοσφαιρικών χημικών και φυσικών διεργασιών Εκτιμήσεις των συγκεντρώσεων των ατμοσφαιρικών ρύπων στους αποδέκτες Σχήμα 0 Σχηματική παράσταση μοντέλου διασποράς Η αναγκαιότητα των μοντέλων είναι ιδιαίτερα φανερή στην περίπτωση π.χ. ανέγερσης καπνοδόχου σε μια βιομηχανική μονάδα. Τα περισσότερα κράτη έχουν θεσπίσει όρια ποιότητας για τις εκπομπές των καμινάδων και για να πραγματοποιηθεί η κατασκευή πρέπει να δοθεί άδεια από το κράτος. Η αίτηση λοιπόν για την κατασκευή πρέπει να Παπαδόπουλος Αντώνιος 88

89 περιλαμβάνει εκτιμήσεις των εκπομπών της καμινάδας, εκτιμήσεις που μπορούν να γίνουν μόνο από τον υπεύθυνο μηχανικό με τη βοήθεια μοντέλων. Το σχήμα 0 παρουσιάζει σχηματικά τα δεδομένα εισόδου, τον μηχανισμό και τα στοιχεία εξόδου ενός μοντέλου διασποράς. Εδώ, θα παρουσιαστεί ένα τέτοιο, απλό μοντέλο διασποράς. Δίνεται παρακάτω το πλαίσιο των εμπειρικών εξισώσεων που είναι η βάση για την εκτίμηση συγκεντρώσεων από σημειακή πηγή εκπομπής, που συνήθως αναφέρεται ως μοντέλο του θυσάνου (ή λοφίου) του Gauss (Gaussian plume model). Για τους θεωρητικούς υπολογισμούς απαιτούνται δεδομένα για τον άνεμο και δεδομένα για την ατμοσφαιρική ευστάθεια και παρουσιάζεται πρώτα η σχετική πληροφορία για τα αυτά τα στοιχεία εισόδου Τάξεις ατμοσφαιρικής ευστάθειας κατά Pasquill (Pasquill stability classes). Για την εκτίμηση της διασποράς των αερίων ρύπων είναι αναγκαίος ο προσδιορισμός της ευστάθειας της ατμόσφαιρας. Ο προσδιορισμός αυτός για λόγους πρακτικούς, πρέπει να βασίζεται σε συνηθισμένες μετεωρολογικές παρατηρήσεις. Για το σκοπό αυτό ο Pasquill (1961) εισήγαγε μια μέθοδο για τον προσδιορισμό των συνθηκών ευστάθειας της ατμόσφαιρας, που είναι η απλούστερη, αν και όχι ιδιαίτερα ακριβής. Η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει την θεώρηση τόσο της μηχανικά δημιουργούμενης τύρβης όσο και της τύρβης λόγω ανωστικών δυνάμεων. Τα κύρια χαρακτηριστικά της μεθόδου φαίνονται στον Πίνακα 13. Η μηχανικά δημιουργούμενη τύρβη λαμβάνεται υπόψη με το συνυπολογισμό της ταχύτητας του ανέμου κοντά στο έδαφος (περίπου σε 10 μέτρα ύψος). Η ενίσχυση της δημιουργίας των στροβίλων λόγω άνωσης λαμβάνεται υπόψη δια μέσου της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Η καταστολή των στροβίλων της τύρβης λόγω των θερμικών δυνάμεων λαμβάνεται υπόψη δια μέσου της νέφωσης κατά τη διάρκεια της νύχτας. Όσο μικρότερη η νέφωση τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια που διαφεύγει στο διάστημα με μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Ο Πίνακας 13 περιέχει έξι τάξεις ευστάθειας για πέντε τάξεις ανέμων επιφανείας, τρεις τάξεις ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια της ημέρας και δύο τάξεις νέφωσης κατά τη διάρκεια της νύχτας. Όπως προκύπτει απ αυτό τον πίνακα, οι τάξεις ευστάθειας παρέχουν μόνο μία ποιοτική εκτίμηση της ατμοσφαιρικής ευστάθειας και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη λεπτομερή περιγραφή των συνθηκών ευστάθειας. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι, η ακρίβειά τους εξαρτάται πολύ από τις ιδιαίτερες συνθήκες της υπό μελέτη περιοχής και μπορεί σε πολλές περιπτώσεις να οδηγήσουν σε λάθος εκτιμήσεις. Παπαδόπουλος Αντώνιος 89

90 Τάξεις ευστάθειας σε σχέση με τις καιρικές συνθήκες. Α: ΠΟΛΥ ΑΣΤΑΘΕΙΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ D: ΟΥΔΕΤΕΡΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ* Β: ΜΕΤΡΙΑ ΑΣΤΑΘΕΙΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Ε: ΕΛΑΦΡΑ ΕΥΣΤΑΘΕΙΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ C: ΕΛΑΦΡΑ ΑΣΤΑΘΕΙΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ F: ΜΕΤΡΙΑ ΕΥΣΤΑΘΕΙΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Άνεμος Ηλιακή ακτινοβολία** Νύχτα Επιφάνειας Λεπτή Νέφωση Έντονη Μέση Λίγη (m/s) Η>4/8 < >6 Α Β Β C C A-B B B-C C-D D B C C D D - E D D D Χαμηλή Νέφωση <3/8 - F E D D * Ισχύει υπό συνθήκες νέφωσης, τόσο κατά τη διάρκεια της ημέρας όσο και της νύχτας. ** Έντονη ηλιακή ακτινοβολία αντιστοιχεί σε ύψος ηλίου >60 ο πάνω από τον ορίζοντα, ενώ λίγη ακτινοβολία μεταξύ 15 ο και 35 ο ύψος ηλίου. Πίνακας 13. Το σχήμα 19 δίνει τους τύπους κατακόρυφης δομής της θερμοκρασίας που απαντώνται στην κατώτερη ατμόσφαιρα και συνδέονται με τις τάξεις ατμοσφαιρικής ευστάθειας (ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες ανέμου, νέφωσης και ηλιοφάνειας) σε αντιστοιχία με τον Πίνακας 13. Οι τάξεις ευστάθειας της ατμόσφαιρας χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των συντελεστών διασποράς σ y και σ z. (τυπικές αποκλίσεις της κατανομής Gauss) κατά την εφαρμογή του μοντέλου του Gauss. Οι συντελεστές αυτοί σε κάθε σημείο του χώρου δίνονται σε πίνακες ή σε γραφήματα σαν συνάρτηση του x Εμπειρικός τύπος για την ταχύτητα του ανέμου. Ένα άλλο στοιχείο, απαραίτητο στο μοντέλο που θα αναπτυχθεί παρακάτω, είναι η μέση τιμή u της ταχύτητας του ανέμου. Η ταχύτητα του ανέμου είναι βέβαια διάνυσμα, αλλά συνήθως σε μια ορισμένη περιοχή κυριαρχεί μια ορισμένη διεύθυνση. Μια στιγμιαία μέτρηση της ταχύτητας θα αποτελείται από μια μέση τιμή συν την τιμή της διαταραχής λόγω τύρβης, δηλαδή: U = u + u όπου U = στιγμιαία τιμή, u = μέση τιμή ταχύτητας και u = τιμή της διαταραχής Γενικά η ταχύτητα u αυξάνει με το ύψος μέσα στο πλανητικό οριακό στρώμα, από μηδέν στην επιφάνεια της Γης μέχρι μια μέγιστη τιμή, σε ύψος όπου οι δυνάμεις από την επιφάνεια της Γης παύουν να την επηρεάζουν, και έχει την τιμή u. Την τιμή αυτή την αποκτά περίπου πάνω από τα 50m στην εξοχή και πάνω από τα 500m στις αστικές περιοχές. Παπαδόπουλος Αντώνιος 90

91 Τα ανεμόμετρα μετρούν την ταχύτητα του ανέμου σε ύψος 10m από το έδαφος, που αναφέρεται ως u 10. Για να υπολογιστεί η ταχύτητα σε ύψος z, u z, χρησιμοποιείται ο παρακάτω εκθετικός νόμος: u z u 10 z z 10 p όπου: u z = ταχύτητα (οριζόντια) σε ύψος z. u 10 = ταχύτητα (οριζόντια) σε ύψος 10m. z = ύψος z (χείλος καμινάδας). z 10 = 10m p = σταθερά Η σταθερά p εξαρτάται από την ατμοσφαιρική σταθερότητα, τις ανωμαλίες του εδάφους και από το βάθος του στρώματος. Για περιπτώσεις χαμηλής ταχύτητας έχει τιμές του Πίνακα 14: Τάξεις Ευστάθειας A B - C D E-F Πίνακας 14. Αγροί Δάσος Z = 400m 0.8 Αστικό Αστικό z = 500m 0.4 Παπαδόπουλος Αντώνιος 91

92 4. Επιπτώσεις ατμοσφαιρικής ρύπανσης 4.1. Επιπτώσεις ατμοσφαιρικής ρύπανσης στον πλανήτη ως αποτέλεσμα ανθρωπογενών δράσεων Για μεγάλο μέρος της ανθρώπινης ιστορίας, η επιρροή του ανθρώπου στην επιφάνεια της γης, υπήρξε αμελητέα. Η επιρροή αυτή όμως, αυξήθηκε αλματωδώς τα τελευταία χιλιάδες χρόνια. Τα αποτελέσματα της αλλαγής αυτής είναι εμφανή και μετρήσιμα στην επιφάνεια της γης, στην ατμόσφαιρα, στα ύδατα. Στην ατμόσφαιρα, για παράδειγμα, απόδειξη αλλαγής συνιστούν φαινόμενα όπως οι αυξανόμενες παγκόσμιες μέσες θερμοκρασίες και οι συγκεντρώσεις ορισμένων αερίων σε αυτή. Η αλλαγή δεν αποτελεί όμως το μοναδικό πρόβλημα. Αυξανόμενες ανησυχίες προκαλεί παγκοσμίως ο βαθμός κατά τον οποίο συντελούνται οι αλλαγές προκαλούμενες από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Από τις απαρχές της ζωής στον πλανήτη, διάφορες αλλαγές στο κλίμα διαμόρφωσαν και την κατανομή και συμπεριφορά των ειδών. Σήμερα, η αύξηση των ατμοσφαιρικών συγκεντρώσεων των αερίων του θερμοκηπίου, αναμένεται να προκαλέσει αλλαγές στο κλίμα του πλανήτη οι οποίες δεν είχαν παρουσιαστεί για εκατοντάδες χρόνια. Τουλάχιστον σε κάποιο βαθμό, η παγκόσμια αύξηση οφείλεται σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες, και σαφώς, τοπικές επιδράσεις όπως τα αστικά φαράγγια (urban heat islands) επηρεάζουν τις τοπικές κλιματολογικές συνθήκες. Κάθε χρόνο ως αποτέλεσμα ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, δισεκατομμύρια τόνοι διοξειδίου του άνθρακα ( CO ) κυρίως από την καύση ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο) καθώς και άλλων αερίων, όπως το μεθάνιο και το υποξείδιο του αζώτου, απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα αλλάζοντας τη σύσταση των αερίων που παρέμενε σταθερή για δεκάδες χιλιάδες χρόνια. Η ανατροπή αυτή αναμένεται να αλλάξει δραστικά το κλίμα τις ερχόμενες δεκαετίες. Η παραγωγή και διάθεση αποβλήτων αποτελεί ένα από τους τρόπους με τον οποίο οι άνθρωποι επιβαρύνουν την ατμόσφαιρα με αέρια του θερμοκηπίου. Αναδυόμενο παγκόσμιο ζήτημα αποτελούν τα ηλεκτρονικά απόβλητα (E-waste), λόγω της ύπαρξης μολύβδου, υδραργύρου, επιβραδυντών φλόγας που περιέχουν βρώμιο, και άλλων τοξικών ουσιών. Κάποιες τάσεις παγκόσμιας σημασίας οι οποίες εμφανίσθηκαν μεταξύ των ετών 1980 και 000, μπορεί επίσης να συμβάλλουν στην απώλεια των δασικών οικοσυστημάτων, όπως είναι για παράδειγμα η υπερθέρμανση του πλανήτη, τα φαινόμενα El Nino, αλλαγές στις νεφώσεις, στη δυναμική των ισχυρών ανέμων, και μια αύξηση σε ποσοστό 9,3% στο ατμοσφαιρικό CO. Μια από τις σημαντικότερες πρόσφατες κλιματικές αλλαγές, είναι η μείωση της κάλυψης τροπικών νεφών, η οποία αν συνεχιστεί, σε συνδυασμό με μειωμένες βροχοπτώσεις, θα οδηγήσει τα τροπικά οικοσυστήματα να αντιμετωπίσουν θέματα ζωτικής σημασίας, όπως η λειψυδρία, η έλλειψη παραγωγικότητας, καθώς και φαινόμενα διαταραχών. Οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες επιδρούν στην ατμόσφαιρα της γης με τρόπο άμεσο ή έμμεσο: Ως άμεσες επιδράσεις θα μπορούσαν να αναφερθούν η παραγωγή και απελευθέρωση ρύπων που βλάπτουν την ατμόσφαιρα, και η προσθήκη CO και άλλων αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, τα οποία συμβάλλουν στην αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη και στις αλλαγές του παγκόσμιου κλίματος. Άλλες ανθρώπινες επιδράσεις, όπως η ρύπανση των υδάτων, η υποβάθμιση των εδαφών, οι απώλειες στις Παπαδόπουλος Αντώνιος 9

93 βιοποικιλότητας που προκαλούνται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες, μπορούν να επηρεάσουν δυσμενώς την ατμόσφαιρα με έμμεσο τρόπο. Μαζική μετανάστευση λόγω οικολογικών κρίσεων, εξάπλωση ασθενειών, επιδείνωση της υγείας ιδιαίτερα των πιο φτωχών, αύξηση του αριθμού και της έντασης των φυσικών καταστροφών, απώλειες εδαφών, ειδών και οικοσυστημάτων, απειλή καταστροφών στα δίκτυα αποχέτευσης, τις λιμενικές εγκαταστάσεις και τα συστήματα επεξεργασίας των λυμάτων, αυξημένη πίεση σε παραγωγικές δραστηριότητες που βρίσκονται στην παράκτια ζώνη, είναι μερικά από τα αναμενόμενα αποτελέσματα που σε κάποιο βαθμό ήδη βιώνει η ανθρωπότητα τα τελευταία χρόνια. Τα τελευταία 50 χρόνια παρατηρείται σε παγκόσμιο επίπεδο σταθερή αύξηση της συχνότητας (υπερ-τετραπλασιασμός) των φυσικών φαινομένων μεγάλης έντασης (πλημμύρες, τυφώνες κ.α.) αλλά κυρίως της σφοδρότητας τους, με αποτέλεσμα να υπερδεκαπλασιαστεί την ίδια περίοδο το ύψος των ζημιών που προκαλούν στις υποδομές. Στα επίσημα στοιχεία πρέπει να προστεθεί και το κόστος που συνεπάγεται η μείωση της παραγωγής (γεωργική, κτηνοτροφική, αλιευτική, τουριστική κ.α.), η άνοδος των τιμών των σχετικών προϊόντων, η απώλεια θέσεων εργασίας και η καταστροφή στο οικοσύστημα που δεν αποτιμάται σε χρήματα. Στο κεφάλαιο αυτό, παρατίθενται κάποια από τα φαινόμενα πρωταρχικής σημασίας τα οποία αφορούν στην ανθρώπινη επίδραση στην ατμόσφαιρα: η υπερθέρμανση του πλανήτη, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, η τρύπα του όζοντος, η αλλαγή του παγκόσμιου κλίματος, η όξινη βροχή κτλ. 4.. Φαινόμενο του θερμοκηπίου Ο όρος <<Φαινόμενο του Θερμοκηπίου>> χρησιμοποιείται για να εκφράσει την πιθανολογούμενη αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της γης, ως συνέπεια της συνεχούς αύξησης της συγκέντρωσης κυρίως διοξειδίου του άνθρακα ( CO ) αλλά και άλλων αερίων στην ατμόσφαιρα. Το διοξείδιο του άνθρακα απορροφά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μήκους κύματος γύρω στα 15μm, δηλαδή στην περιοχή του μεγίστου της θερμικής ακτινοβολίας της γης, ενώ αφήνει να περάσει ανενόχλητα η ηλιακή ακτινοβολία. Κατά συνέπεια, αύξηση της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να αλλοιώσει το ισοζύγιο ενέργειας στην γη, οδηγώντας σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες με πιθανές επιπλοκές στην τήξη πάγων στους πόλους (και συνεπώς την ανύψωση της στάθμης των θαλασσών) και σημαντική μεταβολή του γήινου κλίματος. Πιο αναλυτικά, το «Φαινόμενο του Θερμοκηπίου» είναι μια φυσική διαδικασία. Χάρη στο φαινόμενο αυτό διατηρείται η γη ζεστή με μέση θερμοκρασία περίπου στο επίπεδο των 15 ο C, επιτρέποντας την ανάπτυξη και την ύπαρξη της ζωής επάνω σε αυτή. Δίχως το φυσικό «Φαινόμενο του Θερμοκηπίου», οι θερμοκρασίες πάνω στην γη θα ήταν πολύ χαμηλότερες απ ότι είναι σήμερα (περίπου -0 ο C), και η ζωή πάνω στον πλανήτη δεν θα ήταν εφικτή. Η κύρια πηγή θέρμανσης του πλανήτη είναι ο ήλιος. Ένα ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της γης, απορροφάται από τη γη και την ατμόσφαιρα ( περίπου 51% και 19% αντίστοιχα). Στη συνέχεια, η γη επανεκπέμπεται την υπόλοιπη ακτινοβολία, ένα τμήμα της οποίας φεύγει προς το διάστημα. Το υπόλοιπο τμήμα της ανακλώμενης αυτής ακτινοβολίας, απορροφάται από το στρώμα των αερίων του θερμοκηπίου και στη συνέχεια επανεκπέμπεται προς την επιφάνεια του εδάφους. Τα αέρια του θερμοκηπίου (που περιλαμβάνουν κυρίως το Παπαδόπουλος Αντώνιος 93

94 CO και τους υδρατμούς), σχηματίζουν ένα στρώμα πάνω από το έδαφος της γης σε ένα ορισμένο ύψος. Το στρώμα των παραπάνω αερίων, επιτρέπει τη διέλευση της ακτινοβολίας, αλλά ταυτόχρονα την εγκλωβίζει Ο Κύκλος του άνθρακα Σημαντικό ρόλο στο «Φαινόμενο του Θερμοκηπίου» έχει ο άνθρακας και οι διάφορες ενώσεις του. Ο άνθρακας είναι το χημικό στοιχείο με βάση το οποίο δομούνται όλες οι οργανικές ενώσεις και συνεπώς όλα τα βιολογικά μακρομόρια και αποτελεί κατά μέσο όρο το 49% του ξηρού βάρους των οργανισμών. Ακόμη οι ενώσεις του συμμετέχουν στις περισσότερες βιολογικές διαδικασίες, όπως η φωτοσύνθεση και η αναπνοή. Οι κύριοι μηχανισμοί ανταλλαγής του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αποτελούν η φωτοσύνθεση και η διαπνοή. Κατά τη διάρκεια της ημέρας τα φύλλα των φυτών απορροφούν ηλιακή ακτινοβολία και κατακρατούν διοξείδιο του άνθρακα (φωτοσύνθεση). Παράλληλα, τα φυτά, τα ζώα και τα διάφορα μικρόβια που καταναλώνουν οργανική ύλη που περιέχει ενώσεις άνθρακα αποδίδουν στο περιβάλλον σημαντικές ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα (διαπνοή). Και οι δυο αυτοί μηχανισμοί ανταλλαγής άνθρακα στην φύση είναι πολύ σημαντικοί και εκτιμάται ότι είναι περίπου μια τάξη μεγέθους πιο σημαντικοί από την εκπομπή CO ανθρωπογενούς προέλευσης (καύση ορυκτών καυσίμων άνθρακας/πετρέλαιο, καύση τροπικών δασών, κλπ). Σχήμα 1 Οι κυριότερες πηγές CO στην ατμόσφαιρα (NASA Earth Observatory, ( Ειδικότερα, η καύση τροπικών δασών (αποψίλωση για αγροτικές καλλιέργειες) είναι υπεύθυνες όχι μόνο για την εκπομπή τεράστιων ποσοτήτων CO, αλλά και άλλων σημαντικών αερίων, που παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή, όπως, τα αιωρούμενα σωματίδια, CH 4, CO, NO x, κλπ.. Επιπλέον, η εξαφάνιση τεράστιων δασικών εκτάσεων από τον πλανήτη μειώνει δραστικά την φυτική κάλυψη (άρα και την κατανάλωση CO μέσω της φωτοσύνθεσης). Επιπλέον, η αποσύνθεση των φυτών από τα κατεστραμμένα δάση αποφέρει και αυτή σημαντικά ποσά CO στην ατμόσφαιρα. Επομένως, είναι κατανοητό ότι ο δασικός πλούτος της γης έχει τη μοναδική ικανότητα να αποθηκεύει τεράστιες ποσότητες CO, τις οποίες και αποδεσμεύει όταν καταστραφεί. Παπαδόπουλος Αντώνιος 94

95 Σημαντικό όμως ρόλο παίζουν στο γήινο ισοζύγιο του CO και οι ωκεανοί. Στους ωκεανούς η διανταλλαγή του CO με την ατμόσφαιρα επηρεάζεται σημαντικά από την θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας, τα θαλάσσια ρεύματα και τις βιολογικές διεργασίες της φωτοσύνθεσης και της διαπνοής. Το CO διαλύεται εύκολα στο θαλασσινό νερό και έτσι οι ωκεανοί είναι ικανοί να κατακρατούν (όπως και τα δάση) τεράστιες ποσότητες CO, κάτι που επίσης επηρεάζεται και από τις ήδη υπάρχουσες ποσότητες CO που είναι ήδη διαλυμένες στους ωκεανούς. Αυτή όμως η κατακράτηση επηρεάζεται ταχύτερα απ ότι στα δάση από την διαδικασία φωτοσύνθεσης και διαπνοής. Είναι επίσης σημαντικό να αναφέρουμε ότι τα κρύα θαλάσσια ρεύματα επηρεάζουν θετικά την κατακράτηση από τους ωκεανούς (καθοδικά στην περιοχή του Β. Ατλαντικού), ενώ αντίθετα τα θερμά θαλάσσια ρεύματα (ανοδικά στην περιοχή των τροπικών) επιταχύνουν την εκπομπή CO από τους ωκεανούς. Έτσι, ο Νότιος ωκεανός γύρω από την Ανταρκτική πιστεύεται ότι κατακρατά περίπου το 40-50% του CO που εκπέμπεται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες (Sarmiento and Gruber, 00). Στο Σχήμα παρουσιάζεται η συγκέντρωση του CO (σε ppmv) όπως καταγράφεται στο Αστεροσκοπείο Mauna Loa στην Χαβάη των Η.Π.Α, κατά τη χρονική περίοδο (Robert Simmon, από δεδομένα της NOAA Climate Monitoring & Diagnostics Laboratory). Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός της έντονης αυξητικής τάσης της μετρούμενης συγκέντρωσης του CO με ρυθμό περίπου 0.35% το χρόνο, που είναι άμεσο αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας. Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι λόγω των ανθρωπογενών εκπομπών του CO στην ατμόσφαιρα, οι συγκεντρώσεις του αερίου αυτού στην ατμόσφαιρα είναι σήμερα κατά 30% υψηλότερες από αυτές που αντιστοιχούσαν στην περίοδο πριν τη βιομηχανική επανάσταση (Sarmiento and Gruber, 00). Σχήμα. Συγκέντρωση του CO (σε ppmv) όπως καταγράφεται στο Αστεροσκοπείο Mauna Loa στην Χαβάη των Η.Π.Α, κατά τη χρονική περίοδο (Robert Simmon, από δεδομένα της NOAA Climate Monitoring & Diagnostics Laboratory). Παπαδόπουλος Αντώνιος 95

96 4... Παγκόσμια κλιματική αλλαγή ως αποτέλεσμα των αερίων του θερμοκηπίου Η Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή (ΠΚΑ) ορίζεται ως η αργή και σταθερή μεταβολή του γήινου κλίματος, τόσο μέσω των φυσικών, όσο και των ανθρωπογενών επιδράσεων. Η αυξανόμενη συγκέντρωση των αερίων του θερμοκηπίου, η επέκταση της τρύπας του όζοντος, η συστηματική καταστροφή των τροπικών δασών και άλλοι παράγοντες συντελούν στην ΠΚΑ. Ήδη, η αύξηση της μέσης τιμής της θερμοκρασίας του πλανήτη μας κατά 0.6 ο C κατά τα τελευταία 100 χρόνια (με σημαντική επιτάχυνση την τελευταία εικοσαετία, καθόσον ο 0ός αιώνας παρουσίασε τις υψηλότερες θερμοκρασίες των τελευταίων 000 ετών) συνεπικουρεί την ύπαρξη της ΠΚΑ, με τελικό πιθανό αποτέλεσμα την απορρύθμιση του γήινου κλίματος. Η κατακράτηση ακτινοβολίας, που προκαλείται λόγω διαταραχής της συγκέντρωσης ενός αερίου ιχνηθέτη, ορίζεται από την καθαρή μεταβολή της ροής ακτινοβολίας στην τροπόπαυση, εάν όλα τα άλλα αέρια ιχνηθέτες παραμείνουν σε σταθερή συγκέντρωση. H μεταβολή αυτή υπολογίζεται από ένα μονοδιάστατο μοντέλο διάδοσης της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα, και μπορεί να είναι είτε θετική (positive radiative forcing) είτε αρνητική (negative radiative forcing). Η μεταβολή αυτή αφορά μόνο το σύστημα επιφάνεια γηςτροπόσφαιρα. Εκτός από το CO και άλλα αέρια, όπως τα CH 4, O 3, N O, NO x, H O, αλλά και τα αιωρούμενα σωματίδια παίζουν σημαντικό ρόλο στην ΠΚΑ. Τα αιωρούμενα σωματίδια επηρεάζουν το ενεργειακό ισοζύγιο της γης, 1ον) μέσω της σκέδασης και της απορρόφησης της προσπίπτουσας ηλιακής και της εκπεμπόμενης γήινης ακτινοβολίας, κάτι που εξαρτάται από τη χημική τους σύσταση (φαινόμενο που στη διεθνή βιβλιογραφία αναφέρεται ως direct aerosol effect ), και ον) ενεργούν σαν πυρήνες συμπύκνωσης (cloud condensation nuclei: CCN) των υδρατμών και επομένως, καθορίζουν τη συγκέντρωση των υδροσταγονιδίων, επηρεάζουν τις βροχοπτώσεις και το χρόνο ζωής των θερμών νεφών (Lohmann and Feichter, 001), (φαινόμενο που στη διεθνή βιβλιογραφία αναφέρεται ως indirect aerosol effect ). Έτσι, τα σύννεφα που εμφανίζονται λευκά αποτελούνται από μικρά υδροσταγονίδια και παρουσιάζουν μεγάλη λευκότητα και επομένως, σκεδάζουν έντονα την προσπίπτουσα σε αυτά ηλιακή ακτινοβολία. Αντίθετα, τα σκούρα σύννεφα αποτελούνται από μεγάλα υδροσταγονίδια και παρουσιάζουν έντονη απορρόφηση της προσπίπτουσας σε αυτά ηλιακής ακτινοβολίας. Η ταξινόμηση των αιωρούμενων σωματιδίων, αναφορικά με τη χημική τους σύσταση, περιλαμβάνει τα σωματίδια που περιέχουν θειικά, νιτρικά, αμμωνιούχα άλατα καθώς και ενώσεις με βάση τον άνθρακα. Τα τελευταία, διαχωρίζονται σε αυτά που περιέχουν οργανικό άνθρακα (organic carbon: OC) και αυτά που περιέχουν κυρίως αιθάλη (black carbon: BC). Τα σωματίδια OC προέρχονται από χημικές διαδικασίες καύσης, ενώ τα ΒC προέρχονται από καύση βιομάζας και καύση ορυκτών καυσίμων. Τα OC σωματίδια και αυτά που περιέχουν θειικά άλατα προκαλούν έντονη σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας και επομένως προκαλούν τοπική ψύξη της ατμόσφαιρας (φαινόμενο που στη διεθνή βιβλιογραφία αναφέρεται ως direct cooling effect ). Αντίθετα, τα σωματίδια BC και αυτά που περιέχουν άλατα πυριτίου και σιδήρου (mineral dust) απορροφούν έντονα την ηλιακή και τη γήινη υπέρυθρη ακτινοβολία, με αποτέλεσμα να προκαλούν τοπική θέρμανση της ατμόσφαιρας (φαινόμενο που στη διεθνή βιβλιογραφία αναφέρεται ως direct warming effect ) (βλ. Σχήμα 3). Παπαδόπουλος Αντώνιος 96

97 Σχήμα 3. Διάφορα φαινόμενα αλληλεπίδρασης ηλιακής ακτινοβολίας και αιωρούμενων σωματιδίων. Στο Σχήμα 4 παρουσιάζεται η μέση κατακράτηση ακτινοβολίας (σε Wm-) που προκαλείται από τα βασικότερα αέρια του φαινομένου του θερμοκηπίου ( CO, CH 4, O 3, N O, NO x, αιωρούμενα σωματίδια, νέφη, κλπ.), με βάση το έτος αναφοράς 1750 (πριν την βιομηχανική επανάσταση) και σύγκριση με το έτος 000, με βάση ένα κλιματικό μοντέλο. Σχήμα 4. Η μέση κατακράτηση ακτινοβολίας (σε Wm-) που προκαλείται από τα βασικότερα αέρια του φαινομένου του θερμοκηπίου (CO, CH4, O3, NO, NΟx, αιωρούμενα σωματίδια, κλπ.), με βάση το έτος αναφοράς 1750 (πριν την βιομηχανική επανάσταση) και σύγκριση με το έτος 000 (Houghton et al., 001). Παπαδόπουλος Αντώνιος 97

98 Στο Σχήμα αυτό παρουσιάζονται επίσης και οι φυσικές μεταβολές της ηλιακής σταθεράς από το έτος 1850 έως σήμερα. Σε όλες τις περιπτώσεις παρουσιάζεται και η αβεβαιότητα υπολογισμού της μέσης κατακράτηση ακτινοβολίας (error bars). Από το Σχήμα αυτό είναι προφανές ότι το CO προκαλεί τη μεγαλύτερη θετική κατακράτηση ακτινοβολίας (1.4 Wm-), και ακολουθούν το CH 4 (+0.5 Wm-), το τροποσφαιρικό O 3 (+0.4 Wm-) και τα αιωρούμενα σωματίδια BC, από καύση ορυκτών καυσίμων (+0.35 Wm-). Αντίθετα. η ελάττωση του στρατοσφαιρικού όζοντος προκαλεί τοπική ψύξη, δηλ. αρνητική κατακράτηση ακτινοβολίας (-0. Wm-), όπως και τα OC σωματίδια και αυτά που περιέχουν θειικά άλατα (-0.1 Wm- και -0.4 Wm-, αντίστοιχα). Επίσης, και το έμμεσο φαινόμενο indirect aerosol effect από τα σωματίδια προκαλεί έντονη αρνητική κατακράτηση ακτινοβολίας (με αρκετά μεγάλη αβεβαιότητα - Wm-) (Houghton, et al., 001). Διάφορα κλιματικά μοντέλα προβλέπουν μια αύξηση της μέσης θερμοκρασίας κατά oC εντός του 1ου αιώνα (αύξηση κατά 0.1 o C έως 0.4 o C /δεκαετία). Ένα τέτοιο παράδειγμα παρουσιάζεται στο Σχήμα 5 όπου παρουσιάζεται η αύξηση της μέσης o C θερμοκρασίας (σε ) του πλανήτη το έτος 070 (Κλιματικό Μοντέλο του Max Planck Institut fuer Meteorologie, Hamburg, Γερμανίας). Σύμφωνα με αυτήν την εφιαλτική πρόβλεψη μια αύξηση της τάξης των 4-5 o C αναμένεται στην περιοχή του Β. Πόλου, με καταστροφικές επιπτώσεις στην τήξη των πάγων και βίαιη αλλοίωση της βιόσφαιρας. Σχήμα 5. Προβλεπόμενη αύξηση της μέσης θερμοκρασίας (σε o C ) του πλανήτη για το έτος 070 (Κλιματικό Μοντέλο του Max Planck Institut fuer Meteorologie, Hamburg, Γερμανίας). Οι βασικότερες επιπτώσεις του φαινόμενου του θερμοκηπίου στην Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή είναι πολλές, οι οποίες σε συνδυασμό με άλλα φυσικά ή ανθρωπογενή φαινόμενα (πχ. El Ninio, μείωση της στιβάδας του όζοντος, καταστροφή των τροπικών δασών) αναμένεται να κυριαρχήσουν στο κλίμα της γης (Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή) Παπαδόπουλος Αντώνιος 98

99 στον 1 ο αιώνα που διανύουμε, δεδομένου ότι η ανθρώπινη επέμβαση στο φυσικό περιβάλλον γίνεται ολοένα και πιο καταστρεπτική. Σύμφωνα με την Διακυβερνητική Επιτροπή για τις Κλιματικές Αλλαγές (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC) υπό την αιγίδα του ΟΗΕ, η μέση παγκόσμια θερμοκρασία θα μεταβληθεί με διπλάσιο ρυθμό από ότι αρχικά προβλεπόταν. Έτσι αναμένεται μέσα στις επόμενες δεκαετίες μια επιπλέον αύξηση της μέσης θερμοκρασίας στην επιφάνεια του πλανήτη κατά 1,4 ο C 5,5 ο C. Η αναμενόμενη αυτή θέρμανση της επιφάνειας του πλανήτη οφείλεται στον εντεινόμενο <<Φαινόμενο του Θερμοκηπίου>>. Οι επιστήμονες πιστεύουν πως τα υψηλά επίπεδα της εκπομπής του διοξειδίου του άνθρακα, θα μπορούν να προκαλέσουν το μαζικό θάνατο των δασών και σημαντική άνοδο της στάθμης της θάλασσας, αλλά και ακραία καιρικά φαινόμενα. Αυτό το ενδεχόμενο φέρνει με τον πιο δραματικό τρόπο στο προσκήνιο την κλίμακα στην οποία ο άνθρωπος έχει διαταράξει το παγκόσμιο κλίμα. Αναφορικά με την άνοδο της θαλάσσιας στάθμης, λόγω του λιώσιμου των πάγων και της θερμική διαστολής των ωκεανών, αυτή παρατηρείται ήδη, με ρυθμό ενός εκατοστού ανά χρόνο, ενώ αναμένεται αύξηση από 0,5m-m έως τέλος του επόμενου αιώνα. Μια τέτοια αύξηση θα οδηγήσει σε καταστροφή πολλών παραθαλάσσιων περιοχών και κοραλλιονήσων. Οι πλημμύρες αναμένονται να πλήξουν 00 εκ. ανθρώπους παγκοσμίως μέχρι το 080. Άλλες συνέπειες, πιθανώς μη αναστρέψιμες, περιλαμβάνουν μεταβολές στις κατά τόπους θερμοκρασίες, στα μοντέλα των βροχοπτώσεων και πιο συχνά ακραία καιρικά φαινόμενα. Αναμένεται να παρατηρηθούν σημαντικές μεταβολές στην οικολογία του πλανήτη, οι οποίες θα επηρεάσουν τη βιοποικιλότητα, θα οδηγήσουν σε εξαφάνιση ορισμένα είδη, θα μεταβάλουν τα μοντέλα εγκατάστασης των ειδών. Ταυτόχρονα, θα επηρεασθούν οι ανθρώπινες κοινωνίες, λόγω των επιπτώσεων στη γεωργία, στην παροχή και ποιότητα νερού, στην υγεία και στα μοντέλα εγκατάστασης των ειδών. Η κλιματική αλλαγή θα επιφέρει αυξανόμενες πιέσεις σε υποανάπτυκτα και αναπτυσσόμενα κράτη, καθώς δεν είναι σε θέση να προσαρμοσθούν και να αντιμετωπίσουν έγκαιρα τις συνέπειές της. Η αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη, μπορεί να επιφέρει και κάποια θετικά αποτελέσματα, δημιουργώντας νέες γεωργικές εκτάσεις ή εκτάσεις προς δασική εκμετάλλευση, όπως έχει ήδη συμβεί κατά τα τελευταία 30 χρόνια στην Ισλανδία. Παρόλα αυτά, οι αρνητικές συνέπειες της μη ελεγχόμενης αύξησης της θερμοκρασίας του πλανήτη, υπερβαίνουν οποιεσδήποτε θετικές. Παπαδόπουλος Αντώνιος 99

100 Οι συνέπειες του <<Φαινομένου του Θερμοκηπίου>> δίδονται παρακάτω: Αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης Σταδιακό λιώσιμο των πάγων Αύξηση της στάθμης των θαλασσών από 0-40 εκατοστά Αύξηση της θερμότητας των θαλασσών Εξαφάνιση πολλών θαλάσσιων ειδών Πιθανή καταβύθιση παράκτιων περιοχών όπως Αίγυπτος, Μπαγκλαντές, Νησιά Καραϊβικής, περιοχές Μεσογείου και Νοτίου Ειρηνικού Μείωση απορρόφησης άνθρακα από ωκεανούς Μείωση απορρόφησης άνθρακα από δάση Διαφοροποίηση στην χωρική κατανομή χλωρίδας πανίδας και διαταραχές Αύξηση βροχών και χιονοπτώσεων σε κάποιες περιοχές και επικίνδυνη μείωση σε άλλες. Πιθανές συνέπειες στην παγκόσμια αγροτική παραγωγή, λόγω ανακατανομής της υγρασίας Λειψυδρία Ξηρασία Πλημμύρες πολλών δέλτα ποταμών Συρρίκνωση ποταμών Φονικοί τυφώνες Αύξηση του πλήθους των εντόμων Αύξηση πιθανότητας εμφάνισης και διάδοσης μολυσματικών ασθενειών λόγω κλιματικής αλλαγής Σταδιακό λιώσιμο των παγετώνων των Άλπεων Αύξηση καταστροφικών χιονοπτώσεων στης ΗΠΑ Αύξηση θερμοκρασίας στην Ανταρκτική Αύξηση της θερμοκρασίας στη Σιβηρία περισσότερο από ποτέ Αύξηση καταστροφικών βροχών στη Ρωσία Αύξηση θερμοκρασίας στην Ελλάδα από 1-5 βαθμούς Κελσίου, κίνδυνος λειψυδρίας, ξηρασίας, καυσώνων και καταστροφικών πλημμύρων Όξινη βροχή Γενικά Με τον όρο όξινη βροχή (acid rain) εννοούμε τη βροχή με ph χαμηλότερο του φυσιολογικού. Ως φυσιολογικό ph για την καθαρή βροχή θεωρείται η τιμή 5,6 η οποία αντιστοιχεί στο ph του αποσταγμένου νερού, που βρίσκεται σε ισορροπία με το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας. Η οξύτητα του νερού της βροχής οφείλεται κυρίως στην παρουσία κυρίως ισχυρών οξέων. Σε μερικές περιπτώσεις συνυπάρχουν και άλλα ανόργανα ή οργανικά οξέα, συνήθως όμως όχι σε σημαντικές ποσότητες. Τα χλωριούχα ανιόντα βρίσκονται σε σχετικά μεγάλες συγκεντρώσεις και προκύπτουν κυρίως από ουδέτερα άλατα, συνήθως θαλάσσιας προέλευσης παρά από HCL. Ακόμη μπορεί να υπάρχουν και άλλα οξέα, όπως H CO, που 3 σχηματίζεται από την αντίδραση του CO της ατμόσφαιρας με το νερό. Η φύση αυτής της αντίδρασης είναι τέτοια, ώστε η συμμετοχή του H CO 3 στην οξύτητα να ελαττώνεται, καθώς αυξάνει η συμμετοχή των ισχυρών οξέων. Παπαδόπουλος Αντώνιος 100

101 Η πρώτη αναφορά στο φαινόμενο της όξινης βροχής έγινε το 185 από τον Άγγλο χημικό R.A. Smith κατά τη μελέτη της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στο Manchester της Αγγλίας. Το 198, σε ειδική συνδιάσκεψη των Ηνωμένων Εθνών για την οξίνιση του περιβάλλοντος, η όξινη βροχή αναγνωρίστηκε ως ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα διασυνοριακής ρύπανσης. Σήμερα η αναγνώριση του φαινομένου αυτού και η σύνδεσή του με ανθρώπινες δραστηριότητες δεν αποτελεί κάτι καινούργιο. Παρ όλα αυτά, το φαινόμενο της όξινης βροχής, με την πολυπλοκότητα που το χαρακτηρίζει, άρχισε να γίνεται πραγματικά κατανοητό μόλις τα λίγα τελευταία χρόνια. Το φαινόμενο συνδέεται με πολλούς παράγοντες: χημικούς, γεωλογικούς, μετεωρολογικούς και βιολογικούς. Έτσι στη σχέση ανάμεσα στις εκπομπές ρύπων, την όξινη βροχή και την καταστροφή του περιβάλλοντος υπεισέρχονται οι καιρικές μεταβολές, διάφορα είδη εδαφών, διάφορα είδη φυτών και ζώων, η παρουσία άλλων ρύπων κ.ά Σχηματισμός όξινης βροχής Η όξινη βροχή αποτελεί το ένα σκέλος ενός γενικότερου φαινομένου, του φαινομένου της όξινης απόθεσης (acid deposition). Η όξινη απόθεση οφείλεται κυρίως στα οξείδια θείου και αζώτου, τα οποία οξειδώνονται προς θειικό και νιτρικό οξύ στην ατμόσφαιρα και στο έδαφος. Από την αντίδραση των οξειδίων αυτών με αμμώνια σχηματίζεται, επίσης, θειικό αμμώνιο, ενώσεις οι οποίες από μόνες τους δεν είναι όξινες, αλλά μπορούν να προκαλέσουν οξίνιση του εδάφους κατά την πρόσληψή τους από τα φυτά ή την αποικοδόμηση τους από μικροοργανισμούς. Υπολογίζεται ότι το μισό της συνολικής όξινης απόθεσης αντιπροσωπεύεται από την ξηρή απόθεση. Κατ αυτήν τα οξείδια θείου και αζώτου αποτίθενται στο έδαφος προσροφημένα σε αιωρούμενα σωματίδια ή προσροφούνται απ ευθείας από το έδαφος και τα φυτά. Η απόθεση αυτή παρατηρείται κυρίως σε περιοχές κοντά στις πηγές εκπομπής των οξειδίων. Όσο περισσότερο παραμένουν τα οξείδια στην ατμόσφαιρα, τόσο πιο πιθανό είναι να υποστούν οξείδωση και να επανέλθουν στη γη ως οξέα διαλυμένα στο νερό της βροχής. Η υγρή απόθεση μπορεί να συμβεί ίσως και χιλιόμετρα μακριά από την πηγή εκπομπής των οξειδίων θείου και αζώτου. Πράγματι κατά κανόνα, η όξινη βροχή δεν εμφανίζεται στις περιοχές όπου γίνεται η εκπομπή των πρόδρομων ενώσεων SOκαι NO, αλλά σε μακρινές περιοχές προς τις οποίες κατευθύνονται τα μέτωπα κακοκαιρίας. Η πιθανότητα να δεχθεί μια περιοχή όξινη βροχή εξαρτάται, κυρίως, από την προέλευση και την τροχιά των αερίων μαζών που προκαλούν τις βροχές. Στην Ελλάδα, κατά κανόνα, το μεγαλύτερο ποσοστό (35-45%) των βροχών προκαλείται από αέριες μάζες με δυτική-νοτιοδυτική προέλευση. Στην πορεία των αερίων αυτών μαζών δεν υπάρχουν σημαντικές πηγές εκπομπής SOκαι NO x. Γι αυτό και οι βροχές αυτές εμφανίζουν, κατά κανόνα, ph παρόμοιο με εκείνο της <<καθαρής βροχής>>. Ένα εξίσου μεγάλο ποσοστό (30-40%) βροχών έχουν νότια προέλευση(αίγυπτο, Λιβύη). Οι βροχές αυτές χαρακτηρίζονται συνήθως από υψηλό ph (αλκαλικές) και σκόνη την οποία μεταφέρουν από τη Σαχάρα (λασποβροχές). Περίπου το 0-5% των βροχών έχει προέλευση την κεντρική Ευρώπη, όπου υπάρχουν σημαντικές πηγές εκπομπής SO και NO x. Οι βροχές αυτές έχουν ph χαμηλότερο από εκείνο της <<καθαρής>> βροχής (ασθενώς όξινες βροχές). Τέλος, υπάρχουν και οι τοπικές βροχές, που μπορεί να είναι όξινες ανάλογα με την παρουσία τοπικών πηγών εκπομπής και την επικράτηση συνθηκών Παπαδόπουλος Αντώνιος 101

102 που ευνοούν την οξείδωση των εκπεμπόμενων οξειδίων, π.χ. τοπικές βροχές που εκδηλώνονται μετά από παρατεταμένες περιόδους θερμοκρασιακών αναστροφών και έντονης ηλιοφάνειας. Ανεξάρτητα από την προέλευση της βροχής, η ρύπανση της τοπικής ατμόσφαιρας παίζει σημαντικό ρόλο στη χημική σύσταση της βροχής, αφού αυτή κατά την πτώση της διαλύει διάφορα συστατικά της ατμόσφαιρας. Τα συστατικά που μπορούν να προκαλέσουν εξουδετέρωση της οξύτητας της βροχής είναι κυρίως η ατμοσφαιρική αμμωνία και η αιωρούμενη σκόνη εδαφικής προέλευσης Επιπτώσεις στο περιβάλλον Έχει διαπιστωθεί ότι το φαινόμενο της όξινης βροχής έχει επιπτώσεις σ όλα σχεδόν τα συστατικά της βιόσφαιρας: το έδαφος, τα δάση και τις καλλιέργειες, τις λίμνες και την υδρόβια ζωή, τα διάφορα υλικά, τα κτίρια, τους σωλήνες ύδρευσης και τα μνημεία Επιπτώσεις στο έδαφος Είναι γνωστό ότι τα οξέα που σχηματίζονται στη φύση παίζουν σημαντικό ρόλο στα χαρακτηριστικά των εδαφών. Η αύξηση της συγκέντρωσης H στο νερό της βροχής οδηγεί σε απομάκρυνση βασικών συστατικών τους, σαν συνέπεια του φαινομένου ιονανταλλαγής που λαμβάνει χώρα. Κατά το φαινόμενο αυτό τα ιόντα Ca και Mg ανταλλάσσονται στο έδαφος από ιόντα H. Η ανταλλαγή ευνοείται από την υψηλή περιεκτικότητα της όξινης βροχής σε SO 4, τα οποία ελάχιστα συγκρατούνται από το έδαφος και φεύγουν στο νερό συνοδευόμενα από κατιόντα. Μια άλλη πηγή ιόντων θεωρούνται τα αεροζόλ θαλασσινού νερού, τα οποία παρέχουν ένα εύκολα ανταλλασσόμενο κατιόν, το νάτριο, καθώς κι της διεργασίας, δεν έχει ακόμη εκτιμηθεί. Σχετικά με την επίδραση των NO 3 στο έδαφος, πιστεύεται ότι αυτά μπορούν να προκαλέσουν οξίνιση του εδάφους τουλάχιστο σε περιοχές με μικρή βλάστηση. Αντίθετα, σε περιοχές όπου υπάρχει βλάστηση, η οξίνιση του εδάφους από το HNO 3 είναι μηδενική, όταν η ταχύτητα παραγωγής NO 3 δεν είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα βιολογικής πρόσληψης τους. Τοξικά μέταλλα όπως μόλυβδος, χαλκός, ψευδάργυρος, κάδμιο και υδράργυρος μπορούν να αποδεσμευτούν από το έδαφος, να φτάσουν στα υπόγεια νερά, τους ποταμούς, τις λίμνες και τα ρεύματα, που χρησιμοποιούνται για την προμήθεια πόσιμου νερού, να μπουν στη τροφική αλυσίδα και να καταλήξουν στον άνθρωπο. Η αποδέσμευση καδμίου, ιδιαίτερα, προκαλεί σοβαρές ανησυχίες, καθώς τα φυσιολογικά επίπεδα στην τροφή του ανθρώπου πλησιάζουν ήδη την ανώτατη επιτρεπτή ημερήσια πρόσληψη. Γενικά, το έδαφος αντιστέκεται καλύτερα στις επιπτώσεις της όξινης βροχής σε σχέση με τα ποτάμια και τις λίμνες. Η ευπάθειά του διαφέρει ανάλογα με τον τύπο του, το είδος του βραχώδους υποστρώματος που καλύπτει και τη χρήση, στην οποία υποβάλλεται. Τα πιο ευπαθή εδάφη είναι αυτά που έχουν βραχώδες υπόστρωμα από γρανίτη, γνεύσιο ή χαλαζία. Η περιεκτικότητα των εδαφών αυτών σε ανθρακικό ασβέστιο είναι χαμηλή, επομένως η ικανότητα τους να εξουδετερώνουν τα οξέα που δέχονται είναι μικρή. Παπαδόπουλος Αντώνιος 10

103 Επιπτώσεις στα δάση και τις καλλιέργειες Τα όξινα κατακρημνίσματα φαίνεται πως έχουν σαφή επίδραση στη χημεία και τη μικροβιολογία του εδάφους. Οι επιδράσεις τους όμως στην ανάπτυξη των φυτών και των δέντρων είναι λιγότερο εμφανείς και σχετίζονται με πλήθος άλλων παραγόντων η συμβολή και η σπουδαιότητα των οποίων δεν έχει πλήρως διαλευκανθεί. Γεγονός είναι ότι τα δάση στις ΗΠΑ και τον Καναδά, τη Σουηδία, τη Γερμανία και γενικότερα την Κεντρική Ευρώπη, παρουσιάζουν σημαντική ελάττωση της ετήσιας αύξησής τους. Ειδικότερα το 5% των δασών της Γερμανίας, έχει νεκρωθεί, ενώ ένα ποσοστό 30-50% έχει υποστεί λιγότερο ή περισσότερο σοβαρές βλάβες και ακολουθούν κατά σειρά η πεύκη, η ερυθρυλάτη και η οξιά. Πάντως, πρέπει να σημειωθεί ότι δεν υπάρχει συμφωνία των επιστημόνων σχετικά με τις αιτίες που προκαλούν τη φθορά των δασών, εκτός από το ότι αυτές πρέπει να είναι περισσότερες από μια. Έτσι π.χ. βλάβες δασών διαπιστώθηκαν τόσο σε περιοχές, όπου υπάρχουν υψηλές εκπομπές SO όσο και σε περιοχές με καθαρή ατμόσφαιρα. Επίσης, βλάβες παρατηρήθηκαν σε εδάφη με διαφορετικό ph και περιεκτικότητα σε αλκαλικά συστατικά. Τέλος, όλα τα δεδομένα δείχνουν ότι τα δέντρα δεν επηρεάζονται απ ευθείας από τη βροχή, όταν το ph αυτής είναι μεγαλύτερο του 4. Ένα άλλο σημαντικό σημείο είναι ο ρόλος του αργιλίου. Η απομάκρυνση ασβεστίου και μαγνησίου από το έδαφος, με ελάττωση του ph γύρω στο 4.0, μπορεί να προκαλέσει 3 σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις διαλυμένου Al και Mn. Τα ιόντα αυτά προκαλούν βλάβη στο λεπτό ριζικό σύστημα, με αποτέλεσμα τη νέκρωση του δέντρου. Παρ όλα αυτά υπάρχουν περιπτώσεις κατά τις οποίες υγιή δέντρα αναπτύσσονται σε συγκεντρώσεις Al>0ppm, ενώ αντίθετα βλάβες μπορούν να εμφανιστούν ακόμη και σε ασβεστούχα εδάφη. Μια ευρύτερη θεώρηση του φαινομένου της φθοράς των δασών αποτελεί η θεωρία της πολλαπλής έντασης. Σύμφωνα μ αυτή, η συνολική επίδραση αέριων ρύπων κατά τις προηγούμενες δεκαετίες και ο συνδυασμός με διάφορα άλλα φαινόμενα, οδηγεί σε σημαντική ελάττωση της παραγωγής υδατανθράκων στα δασικά δέντρα. Τα φυτά χάνουν το σφρίγος τους, οι ρίζες κι οι βλαστοί δεν αναπτύσσονται κανονικά και παρατηρείται μια αυξημένη προδιάθεση για προσβολή από έντομα και μύκητες καθώς και για καταστροφή από παγετό η ξηρασία Επιπτώσεις στις λίμνες και τους υδρόβιους οργανισμούς Όταν μια λίμνη υποστεί όξινη απόθεση, η οξύτητα της παραστατικά ακολουθεί το σχήμα μιας καμπύλης τιτλοδότησης. Το ph της ελαττώνεται αργά, σχεδόν ανεπαίσθητα, ώσπου να εξαντληθεί η ρυθμιστική ικανότητα του εδάφους και του νερού, οπότε παρατηρείται μια μάλλον απότομη αλλαγή της οξύτητας. Η ελάττωση αυτή του ph συνοδεύεται από σημαντική αύξηση των διαλυμένων μετάλλων. Κάθε μέταλλο μπορεί να φθάσει σε συγκέντρωση θανατηφόρα για τα ψάρια, ο δε συνδυασμός των φαινομένων, που μπορεί να είναι συνεργιστικά, να οδηγήσει σε μαζικούς θανάτους ψαριών. Εξίσου σοβαρό είναι το πρόβλημα των μακρόχρονων συνεπειών της όξινης βροχής στις λίμνες. Με την αύξηση της οξύτητας η γονιμότητα των ψαριών ελαττώνεται, τα αυγά δεν εκκολάπτονται κι έτσι παρατηρείται σταδιακή απώλεια ψαριών και άλλων ειδών της υδρόβιας ζωής. Ως καρδιά του προβλήματος θεωρείται το γεγονός ότι η βροχή με ph 4,6 μπορεί να κάνει πράγματα όπου η βροχή με ph 5,6 δεν μπορεί. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία για το αργίλιο, το οποίο ενώ σε ph 5,6 δεν είναι πολύ διαλυτό, σε ph 4,5 διαλύεται αρκετά. Όταν Παπαδόπουλος Αντώνιος 103

104 ισχυρά οξέα έρχονται σ επαφή με το έδαφος, αντιδρούν ταχύτατα με ενώσεις του αργιλίου, αποδεσμεύοντας ιόντα αργιλίου στο νερό. Αν η ρυθμιστική ικανότητα του εδάφους είναι αρκετά υψηλή και το νερό της βροχής συγκρατείται για αρκετό χρονικό διάστημα από το έδαφος, τα αλκαλικά συστατικά του εδάφους συγκρατούν το αργίλιο κι έτσι αυτό δε μεταφέρεται στα νερά της λίμνης, όπως θα συνέβαινε στην αντίθετη περίπτωση. Σχετικά με την επίδραση του αργιλίου στα ψάρι, πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι οι θάνατοι των ψαριών οφείλονται στην τοξικότητα του μετάλλου. Αντίθετα, άλλοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι το αργίλιο ερεθίζει τα βράγχια των ψαριών και τα αναγκάζει να παράγουν μια προστατευτική βλέννα. Αυτό οδηγεί σε σταδιακή απόφραξη των βραγχίων με αποτέλεσμα τα ψάρια να πεθαίνουν πολύ αργά. Υπάρχουν πάρα πολλές λίμνες οι οποίες είναι φυσικά όξινες. Πρόκειται για τις λίμνες που έχουν κίτρινα ή καστανόχρωμα νερά, γνωστές και ως δυστροφικές λίμνες. Το χρώμα των νερών τους οφείλεται στην παρουσία οργανικών οξέων (χουμικών και φουλβικών οξέων) ή τανινών, που συμβάλλουν στην ελάττωση του ph. Οι λίμνες αυτές χαρακτηρίζονται από υψηλές συγκεντρώσεις διαλυμένου οργανικού άνθρακα και μικρή διαπερατότητα. Αντίθετα, οι λίμνες που έγιναν όξινες εξαιτίας της όξινης απόθεσης, έχουν συνήθως καθαρά νερά και χαμηλές συγκεντρώσεις διαλυμένου οργανικού άνθρακα, που σπάνια ξεπερνούν μερικά mg / L. Το σημαντικότερο είναι ότι τα οργανικά οξέα στις φυσικά όξινες λίμνες ελαττώνουν την τοξικότητα των μετάλλων. Κατά συνέπεια, πολλά είδη ψαριών μπορούν να επιζήσουν σ αυτές τις λίμνες, ακόμη και σε συγκεντρώσεις μετάλλων (οργανικά ενωμένων), οι οποίες σε διαφορετική περίπτωση θα ήταν θανατηφόρες. Τέλος η υψηλή περιεκτικότητα των λιμνών αυτών σε διαλυμένα στερεά και η αυξημένη βιολογική δραστηριότητα έχουν σαν αποτέλεσμα τα νερά τους να εμφανίζουν μεγάλη ρυθμιστική ικανότητα. Οι λόγω ρύπανσης όξινες λίμνες δίνουν την εντύπωση νεκρών λιμνών. Στην πραγματικότητα έχουν ζωή, αλλά μια ζωή παράξενη και χωρίς ισορροπία. Τα περισσότερα ή όλα τα είδη ψαριών εξαφανίζονται, όπως επίσης και πολλά είδη ζωοπλαγκτόν που τρέφονται με άλγη. Σε ph < 4 μόνον ινώδη άλγη και μύκητες αναπτύσσονται στον πυθμένα. Το λιώσιμο του χιονιού την άνοιξη έχει συχνά θανατηφόρα επίδραση στα ψάρια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι όλα τα οξέα, που είχαν συσσωρευτεί κατά τη διάρκεια του χειμώνα στο χιόνι, αποδεσμεύονται απότομα και μάλιστα σε μια εποχή που ο γόνος των ψαριών μόλις έχει εκκολαφθεί. Ακόμη, όχι μόνο αποδεσμεύονται τα οξέα, αλλά και συσσωρεύονται στο πρώτο κλάσμα του λιωμένου χιονιού. Η ανακρυστάλλωση του χιονιού, σε συνδυασμό με το φαινόμενο της ελάττωσης του σημείου πήξης, έχει σαν αποτέλεσμα οι πιο όξινοι κρύσταλλοι του χιονιού να λιώσουν πρώτοι. Μ αυτό τον τρόπο το 50-80% των ρύπων απομακρύνεται στα πρώτα 30% του λιωμένου χιονιού. Το παραπάνω φαινόμενο είναι γενικότερα γνωστό ως ανοιξιάτικη ελάττωση του ph. Η ανοιξιάτικη ελάττωση του ph είναι ότι πιο επικίνδυνο μπορεί να συμβεί σε μια λίμνη που δέχεται όξινη απόθεση, η δε δριμύτητα του φαινομένου διαφέρει από χρόνο σε χρόνο ανάλογα με τις ανοιξιάτικες καιρικές συνθήκες. Εκτός από τα ψάρια, εξαιρετικά ευαίσθητα στην ελάττωση του ph είναι και τα αμφίβια. Έχει διαπιστωθεί ότι τιμή ph=4 προκαλεί 50% θνησιμότητα στα περισσότερα απ αυτά. Και πάλι, ως σημαντικότερος παράγοντας θεωρείται η συγκέντρωση του διαλυμένου αργιλίου, παρά η οξύτητα αυτή καθαυτή. Η ελάττωση του πληθυσμού των αμφιβίων και των ψαριών αποτελεί μακροπρόθεσμο κίνδυνο για τα υδάτινα και τα χερσαία οικοσυστήματα, καθώς πολλά πτηνά και θηλαστικά τρέφονται αποκλειστικά με ψάρια, βατράχια, σαλαμάνδρες κ.ά. Παπαδόπουλος Αντώνιος 104

105 Η όξινη βροχή καταστρέφει την υδρόβια ζωή στις λίμνες και τα ποτάμια μόνο σε περιοχές, όπου η ικανότητα του εδάφους να εξουδετερώνει το οξύ που δέχεται είναι μικρή. Έτσι εξετάστηκε η δυνατότητα χρησιμοποίησης κάποιου αντιδραστηρίου εξουδετέρωσης, που θα μπορούσε να αυξήσει τη ρυθμιστική ικανότητα του νερού στις λίμνες και τα ποτάμια. Οι περισσότεροι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν για το σκοπό αυτό στηρίζονται στην προσθήκη σβησμένου ασβέστη ή ασβεστόλιθου. Από την εφαρμογή της παραπάνω διαδικασίας σε ήδη όξινες λίμνες διαπιστώθηκε ότι το ph του νερού επανέρχεται στην κανονική του τιμή. Παράλληλα, οι συγκεντρώσεις των διαλυμένων μετάλλων ελαττώνονται σημαντικά, καθώς αυτά καταβυθίζονται με μορφή υδροξειδίων σε ουδέτερο ph.παρ όλα αυτά, φαίνεται πως τα μέταλλα συνεχίζουν να παραμένουν σε τοξικές για τα ψάρια συγκεντρώσεις και, το σπουδαιότερο, τα ψάρια είναι πολύ ευαίσθητα σε κάθε αλλαγή της χημείας του νερού. Γι αυτό και η εξουδετέρωση δε θεωρείται ικανή να καταστήσει τις όξινες λίμνες κατάλληλες ν αναπτύξουν υδρόβια ζωή. Η εφαρμογή της τεχνικής αυτής χαρακτηρίζεται από σχετικά υψηλό κόστος, κυρίως όταν πρόκειται για μεγάλες λίμνες Επιπτώσεις στα υλικά Η όξινη βροχή διαβρώνει τα δομικά υλικά (μάρμαρο, γρανίτη, ασβεστόλιθο, κ.ά.). Ιδιαίτερο πρόβλημα αποτελεί η καταστροφή που προκαλείται σε ιστορικής αξίας κτίρια και μνημεία. Η διάβρωση των μνημείων οφείλεται, κυρίως, σε αντιδράσεις οξέων-βάσεων που λαμβάνουν χώρα στην επιφάνεια τους. Αποτέλεσμα της αντίδρασης αυτής είναι ο σχηματισμός επιφανειακά ενός στρώματος γύψου, που είναι περισσότερο ευδιάλυτος εύθραυστος και ογκώδης. Έτσι, απομακρύνεται εύκολα με το νερό της βροχής. Η διεργασία μετατροπής του CaCO 3 σε γύψο ονομάζεται γυψοποίηση του μαρμάρου. Ανάλογη αντίδραση με το CaCO 3 μπορεί να δώσει και το HNO 3 της βροχής, αν και δεν έχει διαπιστωθεί η παρουσία κρυσταλλικού Ca (NO 3 ) στην επιφάνεια των μαρμάρων. Είναι πολύ δύσκολο να γίνει διάκριση ανάμεσα στη διάβρωση που προκαλείται από την όξινη βροχή και τη διάβρωση που προκαλεί η ξηρή όξινη απόθεση. Το SO αποτίθεται στις μαρμάρινες επιφάνειες είτε απ ευθείας, είτε προσροφημένο στα σωματίδια της επικαθημένης σκόνης. Με την παρουσία υγρασίας, διαλύεται, διαλύεται ταχύτατα και οξειδώνεται στην υγρή φάση με την καταλυτική επίδραση διάφορων κατιόντων. Αντίθετα το NO έχει την τάση να οξειδώνεται στην αέρια φάση από το O3 και το σχηματιζόμενο N O 5 διαλύεται, στη συνέχεια, στην υγρασία που περιβάλλει το μνημείο. Η διαδικασία σχηματισμού H SO4. Έτσι, σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί το HNO3 να ξεπλένεται πριν αντιδράσει με το ανθρακικό ασβέστιο. Εκτιμάται ότι η συμμετοχή της ξηρής όξινης απόθεσης στη διάβρωση των μνημείων είναι σημαντική. Έρευνες έχουν δείξει ότι, σε ρυπασμένες περιοχές, τα τμήματα των μαρμάρων που είναι εκτεθειμένα στη βροχή υφίστανται μικρότερες βλάβες από εκείνα που είναι προφυλαγμένα. Γενικά η γυψοποίηση λαμβάνει χώρα με διαφορετική ταχύτητα στα διάφορα τμήματα των μνημείων, ανάλογα με το πορώδες του μαρμάρου, την ποσότητα της σκόνης που επικάθεται, την κλίση της μαρμάρινης επιφάνειας και την έκθεσή της στη βροχή. Η όξινη απόθεση έχει προκαλέσει ανεπανόρθωτες καταστροφές στην πολιτιστική κληρονομιά πολλών χωρών. Παπαδόπουλος Αντώνιος 105

106 4.4. Καταστροφή της στιβάδας του στρατοσφαιρικού όζοντος Το στρατοσφαιρικό όζον Το όζον ανακαλύφθηκε στα μέσα της δεκαετίας του Πρόκειται για ένα μόριο το οποίο περιλαμβάνει τρία άτομα οξυγόνου γι αυτό και ο χημικός του τύπος είναι O 3. Στην ατμόσφαιρα ανιχνεύονται και οι μικρές ποσότητες του όζοντος, εξαιτίας της ιδιαίτερης μυρωδιάς που έχει. Διακρίνονται δυο κατηγορίες όζοντος, το τροποσφαιρικό και το στρατοσφαιρικό όζον, η κατανομή των οποίων παρουσιάζεται στο σχήμα 6. Σχήμα 6 Κατακόρυφη κατανομή ατμοσφαιρικού όζοντος Το 90% του όζοντος ανιχνεύεται στην στρατόσφαιρα. Πρόκειται για το στρατοσφαιρικό όζον, γνωστό και ως η στιβάδα τους όζοντος. Το στρατοσφαιρικό όζον, γνωστό και ως στιβάδα του όζοντος. Το στρατοσφαιρικό όζον παράγεται από χημικές αντιδράσεις, στις οποίες απαιτείται υπεριώδης ηλιακή ακτινοβολία και μόρια οξυγόνου, που αποτελούν το 1% της σύστασης της ατμόσφαιρας. Παπαδόπουλος Αντώνιος 106

107 Η στρατοσφαιρική στιβάδα όζοντος απορροφά σημαντικό μέρος της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Χωρίς αυτήν την στιβάδα, σημαντικό μέρος αυτής της ακτινοβολίας θα έφθανε μέχρι την επιφάνεια του εδάφους, προκαλώντας μεταξύ των άλλων και σοβαρή αύξηση των περιστατικών καρκίνου του δέρματος. Επίσης είναι επιβλαβής για τα επιδερμικά κύτταρα των φυτών, για τους μονοκύτταρους οργανισμούς και για τα υδρόβια οικοσυστήματα. Διάφοροι αέριοι ρύποι που εκλύονται ως συνέπεια ανθρωπίνων δραστηριοτήτων (π.χ. μονοξείδιο αζώτου από αεροπλάνα που πετούν σε μεγάλο ύψος και αλογονούχοι υδρογονάνθρακες από διαφυγές στην επιφάνεια το εδάφους) είναι σε θέση να δεσμεύσουν το όζον, και μάλιστα στα πλαίσια καταλυτικών αντιδράσεων, οδηγώντας έτσι σε θεαματική μείωση του ολικού όζοντος. ΟΙ χημικές ενώσεις όπως οι χλωροφθοράνθρακες (CFC) παρασύρονται προς τα επάνω και χρειάζονται οχτώ χρόνια για να φτάσουν στη στρατόσφαιρα. Εκεί μπορούν να διατηρηθούν μέχρι και έναν αιώνα. Διασπώνται με την ακτινοβολία και μετατρέπονται σε κοινό οξυγόνο αποδεσμεύοντας χλώριο. Κάθε μόριο από CFC επιζεί, καταστρέφοντας χιλιάδες μόρια όζοντος. Το φθινόπωρο του 198 για πρώτη φορά οι επιστήμονες ανακάλυψαν την ύπαρξη προβλήματος με το όζον πάνω από την Ανταρκτική (Σχήμα 7). Οι έρευνες που ακολούθησαν έδειξαν ότι και σε άλλες περιοχές, όπως στο μεγαλύτερο μέρος της εύκρατης ζώνης (Ευρώπη, Β. Αμερική, πρώην Σοβιετική Ένωση, Βόρεια Κίνα, Ιαπωνία κ.ά.), η κατάσταση δεν ήταν καλύτερη (Σχήμα 7). Η μικρή ποσότητα ακτινοβολίας που περνούσε μέχρι τότε το στρώμα του όζοντος ήταν η κύρια αιτία του καρκίνου του δέρματος. Σχήμα 7. Η τρύπα του Όζοντος πάνω από την Ανταρκτική Παπαδόπουλος Αντώνιος 107

108 Σχήμα 8. Η ολική στήλη του όζοντος όπως καταγράφηκε από τον δορυφόρο TOMS της NASA στις 60803, πάνω από την γη (NASA-Goddard Space Flight Center). Οι χλωροφθοράνθρακες (CFC) πρωτοχρησιμοποιήθηκαν στον δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο για την προώθηση αερίων. Μετά βρήκαν μεγάλη εφαρμογή στα διάφορα σπρέι, τις μονώσεις, τα ψυγεία και τους κλιματισμού. Τον Οκτώβριο του 000, η τρύπα στην Ανταρκτική έφτασε στο μεγαλύτερο μέγεθός της μέχρι σήμερα, βοηθούμενη εν μέρει και από τις ισχύουσες μετεωρολογικές συνθήκες. Επιστήμονες προβλέπουν πως η τρύπα του στρώματος του όζοντος πάνω στην Ανταρκτική θα μειώνεται με την πάροδο του χρόνου και μάλιστα μπορεί να κλείσει μέσα σε 50 έτη. Ισχυρίζονται πως αυτό θα γίνει εξ αιτίας της επιβληθείσας απαγόρευσης εκείνων των χημικών ενώσεων, που δημιούργησαν την καταστροφή του προστατευτικού καλύμματος της γης της οζονόσφαιρας. Το μέτρο της απαγόρευσης της χρήσης αυτών των χημικών ουσιών, δείχνει σημάδια επιτυχίας και όπως τονίζουν οι ειδικοί το στρώμα του όζοντος θα αρχίσει να επιδιορθώνεται μόνο του αλλά σε ένα χρονικό διάστημα, που εξαρτάται από την εμμονή των χωρών στην απαγόρευση των χλωροφθορανθράκων. Η απαγόρευση το 1987 έθεσε τη βάση για την καταπολέμηση του φαινομένου. Αλλά οι ειδικοί προειδοποιούν τις κυβερνήσεις πως απαιτείται η λήψη πρόσθετων μέτρων για τον περιορισμό της εκπομπής των αερίων του θερμοκηπίου. Παρ όλο που οι χλωροφθοράνθρακες παραμένουν στην ατμόσφαιρα επί δεκαετίες, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι θα απαιτηθούν περίπου 50 χρόνια πριν τα επίπεδα του όζοντος επανέλθουν στις φυσιολογικές τιμές. Αυτό αποδίδεται στη διάρκεια ζωής των διαφόρων αερίων που συμβάλλουν στο σχηματισμό της τρύπας του όζοντος. Ως διάρκεια ζωής, ορίζεται ο χρόνος που απαιτείται για να μεταφερθεί ή να μετατραπεί περίπου το 60% του αερίου στην ατμόσφαιρα. Η διάρκεια ζωής μπορεί να είναι μικρότερη από ένα χρόνο και μεγαλύτερη από 100 χρόνια. Αέρια με μικρή διάρκεια ζωής καταστρέφονται στην τροπόσφαιρα και έτσι μόνο ένα μέρος του εκπεμπόμενου αερίου συμβάλλει στην καταστροφή του στρατοσφαιρικού όζοντος. Το δυναμικό καταστροφής του όζοντος, είναι ένα εργαλείο σύγκρισης της αποτελεσματικότητας κάποιων ουσιών, να καταστρέφουν το στρατοσφαιρικό όζον. Έτσι ένα αέριο με μεγάλη τιμή ODP έχει μεγάλη πιθανότητα, να καταστρέψει το όζον σε όλη τη διάρκεια της ζωής του στην ατμόσφαιρα. Παπαδόπουλος Αντώνιος 108

109 Σημαντικό ρόλο για την παράταση του προβλήματος διαδραματίζει και το φαινόμενο του θερμοκηπίου, το οποίο προκαλεί θέρμανση των κατώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας και πτώση της θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα, συνθήκη ευνοϊκή για τη διάσπαση του όζοντος. Όσο χαμηλότερες είναι οι θερμοκρασίες στη στρατόσφαιρα, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μείωση του όζοντος. Γι αυτό και η μεγαλύτερη τρύπα του όζοντος εμφανίζεται στο πιο ψυχρό μέρος του πλανήτη, την Ανταρκτική. Η επαναφορά του στρώματος του όζοντος θα καθυστερήσει εξαιτίας του φαινομένου του θερμοκηπίου κατά δέκα περίπου χρόνια. Τα επίπεδα του όζοντος στη Αρκτική έπεσαν δραματικά τον χειμώνα του 000, καθώς βρέθηκαν απώλειες μέχρι και 60% σε ύψος 18 km πάνω από την πολική περιοχή, μεταξύ Ιανουαρίου και Μαρτίου 000. Είναι οι μεγαλύτερες απώλειες σε αυτό το ύψος της στρατόσφαιρας κατά τα 10 τελευταία χρόνια, αλλά δε συνεπάγεται ότι υπάρχει τρύπα όπως αυτή που υπάρχει στην Ανταρκτική. Η ποσότητα του όζοντος είναι σήμερα 15 % κάτω από τα επίπεδα του μέσου όρου πριν το Επιπτώσεις της καταστροφής του όζοντος Το στρατοσφαιρικό όζον απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία και έτσι περιορίζεται το μέγεθος αυτής που πλησιάζει την επιφάνεια της γης. Το πραγματικό μέγεθος τη UV ακτινοβολίας που πλησιάζει την επιφάνεια της γης, εξαρτάται από ένα σύνολο παραμέτρων όπως η θέση του ηλίου στον ουρανό, η συννεφιά και η ατμοσφαιρική ρύπανση. Η UV ακτινοβολία δημιουργεί ερυθρήματα ή εγκαύματα. Μάλιστα ο μέσος όρος εγκαυμάτων από UV ακτινοβολία έχει αυξηθεί με ένα μικρό ποσοστό από το 1979 μέχρι το 199. Ο δείκτης UV μετρά καθημερινά τα επίπεδα της UV ακτινοβολίας, τα οποία συνδέονται με τις επιδράσεις της στην ανθρώπινη επιδερμίδα. Αυτός ο δείκτης χρησιμοποιείται διεθνώς, ώστε να ενημερώνονται οι άνθρωποι σχετικά με τις αρνητικές επιδράσεις της UV ακτινοβολίας στην ανθρώπινη υγεία και να λαμβάνουν μέτρα για την προστασία της. Ο καρκίνος του δέρματος εμφανίζεται στους ανθρώπους σε μεγάλο χρονικό διάστημα από τη στιγμή έκθεσης τους στον ήλιο. Σύμφωνα με τις προβλέψεις του Πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ, το οποίο ρυθμίζει την παραγωγή των αερίων που καταστρέφουν το όζον, τα περιστατικά καρκίνου του δέρματος θα αυξηθούν μέχρι τα μέσα του 1 ου αιώνα με τις αναμενόμενες μειώσεις των εκπομπών των αλογονούχων ενώσεων, ο αριθμός των περιστατικών εμφάνισης καρκίνου αναμένεται να επιστρέψει στα επίπεδα του Καθώς όμως η μείωση του στρατοσφαιρικού όζοντος και η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι άρρηκτα συνδεδεμένες μεταξύ τους, αναμένονται συνέπειες ζωτικής σημασίας στα φυτά, τα θαλάσσια οικοσυστήματα, τους βιογεωχημικούς κύκλους και στα υλικά Ανάκαμψη του όζοντος Οι ελάχιστες τιμές των συγκεντρώσεων του όζοντος αναμένονται, να εμφανιστούν πολύ πριν από το 00 και η ουσιαστική ανάκαμψη του όζοντος θα πραγματοποιηθεί στα μέσα του 1 ου αιώνα. Το 05 οι ποσότητες των Halon στην στρατόσφαιρα αναμένεται να πλησιάσουν τα επίπεδα του 1980 πριν την εμφάνιση της τρύπας του όζοντος. Παρ όλα αυτά το 050, άλλα φαινόμενα της ατμόσφαιρας δεν θα παρουσιάσουν εικόνα αντίστοιχη με αυτή του Παπαδόπουλος Αντώνιος 109

110 Αυξήσεις στις εκπομπές του μεθανίου ( CH 4 ) και των οξειδίων του αζώτου ( NO x ) εξαιτίας των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, επηρεάζουν σημαντικά την ανάκαμψη του στρατοσφαιρικού όζοντος. Σε περίπτωση μιας ή περισσοτέρων εκρήξεων ηφαιστείου, θα αυξηθούν τα σωματίδια στην ατμόσφαιρα και θα καθυστερήσει η ανάκαμψη της στιβάδας του όζοντος. Το στρατοσφαιρικό όζον επηρεάζεται από μεταβολές στη θερμοκρασία και στους ανέμους στη στρατόσφαιρα. Για παράδειγμα χαμηλές θερμοκρασίες και ισχυροί πολικοί άνεμοι, συμβάλουν στον να επεκταθεί η καταστροφή του όζοντος κατά τη διάρκεια του πολικού χειμώνα. Καθώς η επιφάνεια της γης αναμένεται να ζεσταθεί λόγω αύξησης των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα, η στρατόσφαιρα αναμένεται να κρυώσει. Έτσι θα επεκταθεί το χρονικό διάστημα στο οποίο εμφανίζονται τα πολικά στρατοσφαιρικά νέφη και ίσως αυξηθεί και η καταστροφή του όζοντος το χειμώνα. Αυτές οι αλλαγές θα καθυστερήσουν την ανάκαμψη της στιβάδας του όζοντος Αιθαλομίχλη (Νέφος) Αυξημένα επίπεδα ανθρωπογενών εκπομπών ρύπων έχουν ως συνέπεια σε τοπική κλίμακα τον σχηματισμό αιθαλομίχλης, δηλαδή την προσωρινή συσσώρευση ρύπων στην ευρύτερη περιοχή των πηγών ρύπανσης. Διακρίνονται δύο κατηγορίες αιθαλομίχλης: Η κλασική αιθαλομίχλη Σχηματίζεται όταν στην ατμόσφαιρα υπάρχει υψηλή συγκέντρωση ρύπων, όπως το διοξείδιο του θείου ( SO ) και αιωρούμενα σωματίδια σε συνδυασμό με σχετικά χαμηλή θερμοκρασία και υψηλή υγρασία. Το φαινόμενο της αιθαλομίχλης είναι εντονότερο κατά τους χειμερινούς μήνες και κυρίως τις πρωινές ώρες, κατά τις οποίες επικρατούν οι προαναφερθείσες καιρικές συνθήκες. Ονομάζεται και ατμοσφαιρική ρύπανση <<τύπου Λονδίνου>>, καθώς πρώτη φορά παρουσιάστηκε στην πρωτεύουσα της Αγγλίας, με σοβαρότερο επεισόδιο το 195, οπότε πέθαναν εκατοντάδες άνθρωποι, λόγω των ακραίων συνθηκών ατμόσφαιρας που δημιουργήθηκαν Η φωτοχημική αιθαλομίχλη Η φωτοχημική αιθαλομίχλη ή το φωτοχημικό νέφος χαρακτηρίζεται από το φωτοχημικό σχηματισμό δευτερογενών ρύπων με οξειδωτικές ιδιότητες, όπως είναι το O 3, το NO κ.ά. Για να δημιουργηθεί φωτοχημικό νέφος σε μια περιοχή πρέπει να πληρούνται οι παρακάτω προϋποθέσεις: Α)Να επικρατεί άπνοια και ταυτόχρονη θερμοκρασιακή αναστροφή Β)Εκπομπή πρωτογενών ρύπων, όπως υδρογονάνθρακες, οξείδια του αζώτου, κ.ά. Γ)Ηλιακή ακτινοβολία μεγάλης έντασης Το φωτοχημικό νέφος μελετήθηκε για πρώτη φορά στο Los Angeles. Στο νέφος της περιοχής αυτής αναφέρεται ένας τεράστιος όγκος διεθνούς βιβλιογραφίας. Αργότερα, διαπιστώθηκε ότι το φαινόμενο αυτό αποτελεί κοινό πρόβλημα των περισσότερων αστικών περιοχών. Η αιτία που το προκαλεί είναι η εκπομπή NO και υδρογονανθράκων με τα x Παπαδόπουλος Αντώνιος 110

111 καυσαέρια των αυτοκινήτων. Αυτό αποδείχθηκε από πειράματα μέσα σε ειδικούς θαλάμους, όπου γίνεται προσομοίωση των ατμοσφαιρικών συνθηκών και παρακολούθηση της μετατροπής των πρωτογενών ρύπων (καυσαέρια αυτοκινήτων) σε δευτερογενείς. Με την ανατολή του ηλίου και την έναρξη των φωτοχημικών αντιδράσεων μειώνονται οι συγκεντρώσεις HC και NO,ενώ παράλληλα αρχίζει σταδιακή αύξηση των συγκεντρώσεων των δευτερογενών ρύπων NO, O3 και αλδεϋδών. Η μέγιστη συγκέντρωση του O3 εμφανίζεται, κατά κανόνα, το απόγευμα. Ο χρόνος σχηματισμού της μέγιστης συγκέντρωσης O3 εξαρτάται από το λόγο HC/NO, το είδος των υδρογονανθράκων, καθώς και από τις τοπικές κλιματολογικές συνθήκες. Το είδος των υδρογονανθράκων έχει πολύ σημαντική επίδραση τόσο στο χρόνο σχηματισμού του μέγιστου όζοντος, όσο και στην παραγόμενη ποσότητα όζοντος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι υδρογονάνθρακες διαφέρουν ως προς τη φωτοχημική τους δραστηριότητα. Η φωτοχημική δραστικότητα των υδρογονανθράκων εκφράζεται από την ταχύτητα αντίδρασής τους με τη ρίζα H O ή από την ταχύτητα με την οποία οξειδώνουν το ΝΟ προς NO όταν μίγμα υδρογονάνθρακα ΝΟ ακτινοβοληθεί με υπεριώδες φως. Πιο δραστικοί φωτοχημικά υδρογονάνθρακες είναι τα αλκένια, τα αλκαδιένια και τα κυκλοπεντένια Επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου Γενικά Πολλές μελέτες έχουν πλέον καταστήσει φανερό το γεγονός ότι οι ατμοσφαιρικοί ρύποι απειλούν σοβαρά και τον άνθρωπο και το περιβάλλον του. Ανάλογα με τη δράση τους μπορούν να χωριστούν σε δυο κατηγορίες: Τοξικοί ατμοσφαιρικοί ρύποι (Toxicants): είναι κάθε ουσία της ατμόσφαιρας που μπορεί να προκαλέσει ή να συνεισφέρει σε μια αύξηση της θνησιμότητας ή να οδηγήσει σε σοβαρές ασθένειες, ή να απειλεί καθοιονδήποτε τρόπο την ανθρώπινη υγεία. Ο ορισμός επεκτείνεται και για ανάλογες δυσμενείς επιπτώσεις και στα ζώα και τα φυτά. Επικίνδυνοι ατμοσφαιρικοί ρύποι (Hazardous): είναι εκείνα τα συστατικά που μπορούν να είναι τοξικά, διαβρωτικά, ισχυρά αντιδραστήρια, εύφλεκτα, ραδιενεργά ή μεταδότες μολυσματικών ασθενειών ή όλα από τα παραπάνω Τοξικότητα ατμοσφαιρικών ρύπων Η τοξικότητα της κάθε ουσίας είναι κάτι που δεν είναι απλό να προσδιοριστεί, διότι η δράση της κάθε ουσίας εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως η δόση, η υγεία, η ηλικία και το φύλο του ανθρώπου ή του ζώου που εκτίθεται καθώς και οι ιδιαίτερες συνθήκες που υπάρχουν κατά τη διάρκεια της έκθεσης. Παράδειγμα η βιταμίνη Α, μια βασική θρεπτική ουσία. Ανά τον κόσμο χιλιάδες παιδιά πεθαίνουν από έλλειψη αυτής της βιταμίνης. Παρόλα αυτά ενέχεται για ανωμαλίες σε νεογέννητα βρέφη που οι μητέρες τους κατά την εγκυμοσύνη έπαιρναν υψηλές δόσης βιταμίνης Α. Παπαδόπουλος Αντώνιος 111

112 Μια ουσία μπορεί να οδηγεί σε άμεσα δυσμενή αποτελέσματα (acute effects), όπως π.χ. ζάλη, από την εισπνοή ατμών βενζίνης ή να έχει μακροπρόθεσμες συνέπειες (chronic effects), όπως η δράση του βενζολίου στα λευκά αιμοσφαίρια του αίματος που οδηγεί στη λευχαιμία. Μπορεί μια ουσία, ανάλογα με την δόση που θα δεχτεί ένα άτομο, να προκαλεί βραχυπρόθεσμα δυσμενή αποτελέσματα αλλά όχι μακροπρόθεσμα ή και αντιστρόφως ή να προκαλεί και τα δυο, σύμφωνα τουλάχιστον με τα υπάρχοντα μέχρις στιγμής στοιχεία. Εάν τύχει να εισπνεύσει κανείς υδράργυρο για λίγο, δεν έχει διαπιστωθεί ότι θα πάθει κάτι. Εάν όμως για χρόνια εκτίθεται σε ατμούς υδραργύρου, τότε προκαλούνται σοβαρές βλάβες στο νευρικό σύστημα του ατόμου. Υψηλές δόσεις υδρόθειου είναι πολύ τοξικές. Μακροχρόνια έκθεση σε χαμηλές δόσεις υδρόθειου π.χ. που βρίσκονται σε ιαματικά νερά, δεν διαπιστώθηκε ότι προκαλεί μακροχρόνια βλάβες. Ένα τελευταίο παράδειγμα, για την τρίτη εκδοχή, είναι το όζον: σε υψηλές συγκεντρώσεις προκαλεί σε πολύ σύντομο χρόνο σοβαρά προβλήματα υγείας. Διαπιστώθηκε όμως ότι εισπνοή όζοντος, ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις, προκαλεί αθροιστικές βλάβες στους πνεύμονες. Μια ουσία εισέρχεται στον ανθρώπινο οργανισμό δια μέσου της αναπνευστικής οδού, του πεπτικού συστήματος ή του δέρματος. Η ουσία μπορεί είτε να αποβληθεί γρήγορα είτε να περάσει στο κυκλοφορικό σύστημα από όπου και κατανέμεται σε όλο το σώμα, εισερχόμενη στα διάφορα όργανα. Στα διάφορα όργανα μπορεί να υποστεί χημικό μετασχηματισμό είτε να συσσωρευτεί είτε τελικά να αποβληθεί από το σώμα. Εκτός από την σκόπιμη, απευθείας έκχυση στο αίμα κάποιας ουσίας, η εισπνοή είναι ο γρηγορότερος τρόπος με τον οποίο μια ουσία μπαίνει στον οργανισμό και ασκεί δράση. Η λειτουργία του αναπνευστικού συστήματος, βασίζεται στην ανταλλαγή Ο και CO δια μέσου του κυκλοφοριακού συστήματος. Το Σχήμα 9 δείχνει την ανατομία του ανθρώπινου αναπνευστικού συστήματος. Παπαδόπουλος Αντώνιος 11

113 Σχήμα 9. Ανατομία του ανθρώπινου αναπνευστικού συστήματος Αποτελείται από το ρινικό σύστημα, την τραχεία, τους βρόγχους και τις πνευμονικές κυψελίδες (750 εκατομμύρια και επιφάνεια 100m ). Αντιδρά διαφορετικά στα σωματίδια και στα αέρια, αλλά είναι κατανοητό ότι μαζί με τον εισπνεόμενο αέρα, ρύποι εισβάλλουν στο αναπνευστικό και κατόπιν στο κυκλοφορικό. Το αναπνευστικό έχει διάφορους τρόπους με τους οποίους απομακρύνει σωματίδια από το σύστημά του. Τα τοιχώματα του ρινικού συστήματος και των βρόγχων είναι καλυμμένα με βλέννα. Τα σωματίδια που εναποτίθενται στα τοιχώματα αυτά, απομακρύνονται με φτάρνισμα, βήχα, φύσημα της μύτης ή με κατάποση. Οι βρόγχοι της τραχείας φέρουν βλεννογόνο χιτώνα που έχει στην επιφάνειά του κροσσωτό επιθήλιο, οι κροσσοί του οποίου κινούνται διαρκώς προς τα έξω και με τις κινήσεις αυτές μεταφέρονται τα σωματίδια, που έχουν αναμιχθεί με τη βλέννα, προς τα επάνω από όπου με κατάποση οδηγούνται στο πεπτικό σύστημα. Πολύ μικρά σωματίδια, που μπορούν να φθάσουν στις κυψελίδες, ή περνούν στο κυκλοφορικό σύστημα ή περιτριγυρίζονται από μακροφάγα κύτταρα των κυψελίδων και μετακινούνται προς τα επάνω από το κροσσωτό επιθήλιο. Τα αέρια ή διαλύονται στη βλέννα των βρόγχων ή περνούν στο πνευμονικό σύστημα των κυψελίδων, όπου οδηγούνται στο κυκλοφορικό σύστημα. Οι αέριοι ρύποι συνήθως επηρεάζουν τα νευρικά κύτταρα στο αναπνευστικό και η αντίδρασή του είναι το φτάρνισμα, ο βήχας, σύσφιξη με αναπνευστικές δυσκολίες και η γρήγορη αναπνοή. Κάποια στιγμή περνούν στο κυκλοφορικό ή εκκρίνονται δια μέσου του πεπτικού συστήματος. Ιδιαίτερο πρόβλημα προκαλούν τα αιωρούμενα σωματίδια τα οποία προσβάλλουν το αναπνευστικό σύστημα στο οποίο εισέρχονται με την αναπνοή. Στο αναπνευστικό σύστημα εισέρχονται σωματίδια με d 10 μm, που αποτελούν το εισπνεύσιμο κλάσμα των σωματιδίων. Τα μεγαλύτερα από αυτά αποτίθενται στη ρινική κοιλότητα, ενώ όσο μικραίνει η διάμετρός τους εισχωρούν βαθύτερα στους αεραγωγούς και τις κυψελίδες. Τα σωματίδια Παπαδόπουλος Αντώνιος 113

114 που διαπερνούν το ανώτερο τμήμα της αναπνευστικής οδού (ρινοφάρυγγας) ονομάζονται και θωρακικά σωματίδια ( d 7,0 μm ). Τέλος, τα σωματίδια με διάμετρο d,5 μm αποτελούν το αναπνεύσιμο κλάσμα, το οποίο και είναι το σημαντικότερο από πλευράς επιπτώσεων στην υγεία. Για τα σωματίδια με διάμετρο 10 μm, περίπου το 80% της μάζας τους είναι αναπνεύσιμο, το 50% είναι θωρακικό, ενώ το ελάχιστο ποσοστό είναι αναπνεύσιμο. Αντίθετα, σχεδόν το 90% της μάζας των σωματιδίων με διάμετρο,5 μm είναι αναπνεύσιμο. Η αποδόμηση των εισπνεόμενων σωματιδίων δεν είναι πλήρως γνωστή. Τα υδατοδιαλυτά συστατικά των σωματιδίων διαλύονται στην υγρή φάση των βρόγχων και εισέρχονται στη λέμφο ή την κυκλοφορία σε κάποιο επίπεδο του αναπνευστικού συστήματος. Τα σωματίδια, που είναι αδιάλυτα σε υδατικές φάσεις, έχει αποδειχθεί ότι φαγοκυτταρώνονται μέσα σε λίγες ώρες από τα κυψελιδικά μακροφάγα. Δεν έχει, όμως υπολογιστεί σε ποια έκταση μεταφέρονται εκτός αναπνευστικού με τα λεμφαγγεία. Η βιολογική ημίστια ζωή τους κυμαίνεται από μέρες μέχρι χρόνια, ανάλογα με τη χημική τους σύσταση. Μακροχρόνια εισπνοή σωματιδίων προκαλεί διάφορες μορφές πνευμονοκονιάσεων, άσθμα ή, και σε ορισμένες περιπτώσεις, καρκινογένεση. Συνηθισμένες είναι οι επαγγελματικές ασθένειες που οφείλονται στην εισπνοή κόνεων, π.χ. πυριτίαση, βαρίωση, κασσιτέρωση κ.ά. Οι οργανικές κόνεις προκαλούν πολλές φορές και αλλεργικές αντιδράσεις όπως για παράδειγμα η βισίνωση που προκαλείται από τη σκόνη βαμβακιού. Ιδιαίτερα επικίνδυνη θεωρείται η σκόνη που περιέχει ίνες αμιάντου. Οι ίνες αυτές εισέρχονται απ ευθείας στις κυψελίδες των πνευμόνων. Ο οργανισμός δεν μπορεί να τις αποβάλει και, προσπαθώντας να τις απομονώσει, τις περιβάλλει με λεπτό ιστό. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να χάνουν οι πνεύμονες την ελαστικότητά τους και να προκαλείται αμιάντωση, μεσοθηλίωμα ή καρκίνος των πνευμόνων. Περισσότερο επικίνδυνες θεωρούνται οι ίνες με μήκος μεγαλύτερο από 5 μm, πλάτος μικρότερο από 3 μm και λόγο μήκους/πλάτους μεγαλύτερο του 3. Ο μολυσμένος από μικροσωματίδια ατμοσφαιρικός αέρας μπορεί να ενεργοποιήσει βιολογικούς μηχανισμούς, όπως θρόμβωση, αρρυθμίες, αθηροσκλήρυνση κ.ά., που μπορούν να υποκινήσουν ένα καρδιαγγειακό επεισόδιο. Μελέτες καταδεικνύουν ότι η μακροχρόνια αύξηση (τουλάχιστον για ένα έτος) των μικροσωματιδίων στην ατμόσφαιρα κατά 10 μιλιγκράμ ανά κυβικό μέτρο αυξάνει τη συνολική θνητότητα σε ποσοστό 4%, την καρδιοαναπνευστική θνητότητα (6%) και τη θνητότητα από καρκίνο του πνεύμονα κατά 8%. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας έχει επισημάνει ότι η μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης μπορεί να σώσει ζωές. Σε έκθεση που δημοσιεύθηκε τον Οκτώβριο του 006 τα Ηνωμένα Έθνη αναφέρουν ότι ο περιορισμός ενός μόνο τύπου ατμοσφαιρικού ρύπου θα μπορούσε να μειώσει κατά 15% το ποσοστό θανάτων σε μολυσμένες πόλεις. Η ίδια έκθεση αναφέρει επίσης ότι ο περιορισμός των ατμοσφαιρικών ρύπων μπορεί να συνεισφέρει στην προσπάθεια χωρών να μειώσουν την έκταση αναπνευστικών και καρδιακών προβλημάτων, καθώς και του καρκίνου των πνευμόνων σε διεθνές επίπεδο. Επίσης έχει βρεθεί ότι υψηλά επίπεδα ρύπανσης μπορεί να επηρεάσουν ακόμη και την έκταση της κύησης. Έχει παρατηρηθεί ότι σε περιοχές όπου υπάρχει υψηλή ρύπανση, μεγάλο ποσοστό βρεφών γεννιέται με μικρότερο βάρος από το αναμενόμενο, ενώ υπάρχουν επιπτώσεις και στην ενδομήτρια ανάπτυξη. Παπαδόπουλος Αντώνιος 114

115 Μελέτη των τοξικών ατμοσφαιρικών ρύπων και όρια ποιότητας Οι τρόποι με τους οποίους οι ατμοσφαιρικοί ρύποι επηρεάζουν τους ανθρώπους είναι ποικίλοι και συνήθως έχουμε τρεις τρόπους για την μελέτη των επιπτώσεών τους στην υγεία : (α) επιδημιολογικές μελέτες, (β) κλινικές μελέτες και (γ) τοξικολογικές μελέτες. Ο κάθε τρόπος παρέχει ορισμένες δυνατότητες αλλά εμφανίζει και αδυναμίες. Για παράδειγμα οι επιδημιολογικές μελέτες σε μια ομάδα ανθρώπων έχουν το πλεονέκτημα της φυσικής έκθεσης στους ρύπους, αλλά είναι δύσκολο να εκτιμηθεί η έκθεση στον κάθε ρύπο χωριστά. Η δράση ενός ρύπου στα ζώα δίνει τη δυνατότητα να συσχετισθεί οσοδήποτε μεγάλη δόση ενός ρύπου με ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα, αλλά πέρα του ότι η μέθοδος αυτή δεν είναι αποδεκτή από πολλούς ανθρώπους, τα συμπεράσματα δεν είναι βέβαιο ότι ισχύουν και για τον άνθρωπο. Για ορισμένους ρύπους η δράση τους στην ανθρώπινη υγεία έχει θεμελιωθεί με μετρήσεις των συγκεντρώσεών τους σε συνδυασμό με επιδημιολογικές κυρίως μελέτες, αλλά και με την βοήθεια των άλλων μεθόδων. Κρίσιμοι ρύποι θεωρούνται πρωταρχικά το SO, αιωρούμενα σωματίδια, NO, CO, O3 και Pb, υπεροξυακετυλονιτρίλια, αλδεΰδες. Για αυτούς τους ρύπους έχουν θεσπιστεί όρια ποιότητας, δηλαδή η μέγιστη επιτρεπτή ατμοσφαιρική τους συγκέντρωση και ο αντίστοιχος χρόνος έκθεσης στη συγκέντρωση αυτή, μετά την πάροδο του οποίου εμφανίζονται προβλήματα υγείας ή άνεσης. Τα όρια ποιότητας, όπως αναφέρθηκε στην εισαγωγή, θεσπίστηκαν μετά τον θάνατο αρκετών ανθρώπων κατά τη διάρκεια επεισοδίων ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Σε όλο τον κόσμο σχεδόν, έχουν πλέον εγκατασταθεί σταθμοί παρακολούθησης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Στα ερευνητικά κέντρα της χώρας μας, σε θέματα περιβάλλοντος, υπάρχουν σταθμοί μέτρησης αέριων ρύπων αλλά και σε όλη τη χώρα υπάρχουν διάσπαρτοι τέτοιοι σταθμοί. Παράδειγμα το κρατικό δίκτυο του ΥΠΕΧΩΔΕ και το Δημοτικό Δίκτυο Ελέγχου Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης και Μετεωρολογικών Παραμέτρων του Δήμου Θεσσαλονίκης. Οι ρύποι που μετρούν αυτοί οι σταθμοί κατά κύριο λόγο είναι: O 3, ΝΟ, NO, CO, SO, H S, αιωρούμενα σωματίδια και υδρογονάνθρακες. Όταν οι σταθμοί παρακολούθησης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης δείχνουν υπέρβαση των ορίων ποιότητας (επεισόδια ρύπανσης), όρια διεθνώς αποδεκτά, λαμβάνονται κατάλληλα μέτρα για να μειωθούν οι τιμές των ρύπων. Για να εκτιμηθεί η έκθεση των ανθρώπων σε κάποιο ρύπο το πρώτο είναι η συστηματική παρακολούθηση των συγκεντρώσεων των ρύπων και στη συνέχεια η μελέτη της διασποράς τους. Για παράδειγμα, για να εκτιμηθεί η έκθεση σε κάποιο ρύπο μας ενδιαφέρει να μελετήσουμε τη διασπορά του μετά την εκπομπή του από μια πηγή. Γ ια παράδειγμα ένα τέτοιο δείγμα μελέτης στις Η.Π.Α., όπου προέκυψε ότι το SO και τα 4 SO - συνήθως βρίσκονται σε μεγάλες συγκεντρώσεις κοντά στην πηγή τους, αλλά κατά την κατεύθυνση του πνέοντος ανέμου οι συγκεντρώσεις τους μειώνονται. Συγκεκριμένα, για συγκέντρωση SO 0.0 ppm (0 ppb) στην πηγή της εκπομπής του και προς κατεύθυνση του πνέοντος ανέμου, οι συγκεντρώσεις του μειώνονται από 80% - 99% των τιμών που είχαν στην πηγή. Το ίδιο συμβαίνει και με τα θειικά ιόντα. Η μεγαλύτερη πηγή CO σε αστικό περιβάλλον είναι τα αυτοκίνητα. Στην περίπτωση αυτή, μετρώντας τη συγκέντρωση του CO μέσα σε αυτοκίνητα που βρίσκονται στην κίνηση του Λος Άντζελες, έδωσε καλύτερη αντίληψη της έκθεσης των οδηγών στον ατμοσφαιρικό αυτόν ρύπο. Για την ακρίβεια, εάν θέλουμε να εκτιμήσουμε την έκθεση του οδηγού σε CO, μετρήσεις των συγκεντρώσεων του CO έξω από το αυτοκίνητο (σε σταθμό παρακολούθησης, ανά 30min) δείχνουν ότι στο 1% του χρόνου που διήρκεσαν οι μετρήσεις Παπαδόπουλος Αντώνιος 115

116 θα υπερβούμε τα 7 ppm. Ενώ αν οι μετρήσεις γίνουν με τον αναλυτή μέσα στο αυτοκίνητο, να μετρά τη συγκέντρωση του CO ανά 1 min (είτε παίρνοντας αέρα από το εσωτερικό του αυτοκινήτου είτε από έξω), τότε οι τιμές δείχνουν ότι στο 1% του χρόνου που διήρκεσαν οι μετρήσεις θα υπερβούμε τα 40 ppm. Παπαδόπουλος Αντώνιος 116

117 5. Νομοθεσία και οδηγίες της Ε.Ε. για την ατμοσφαιρική ρύπανση και η Ελληνική νομοθεσία 5.1. Η Στρατηγική της Ε.Ε Εισαγωγή Οι δράσεις της Ε.Ε. για την αντιμετώπιση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης έχουν επικεντρωθεί στον καθορισμό ελάχιστων προτύπων για την ποιότητα του περιβάλλοντος αέρα και στην αντιμετώπιση των προβλημάτων της όξινης βροχής και του τροποσφαιρικού όζοντος. Παρ όλες τις αξιοσημείωτες βελτιώσεις, η ατμοσφαιρική ρύπανση εξακολουθεί να έχει σοβαρές επιπτώσεις. Με αυτά τα δεδομένα, στο Έκτο Κοινοτικό Πρόγραμμα Δράσης για το περιβάλλον, προβλέπεται η διαμόρφωση θεματικής στρατηγικής για την ατμοσφαιρική ρύπανση με σκοπό την επίτευξη <<επιπέδων ποιότητας του αέρα που δεν θα έχουν ουσιαστικές αρνητικές επιπτώσεις και κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον>>. Κατόπιν της ανακοίνωσης της σχετικά με το πρόγραμμα <<Καθαρός αέρας για την Ευρώπη>>, η Επιτροπή εξέτασε κατά πόσον η ισχύουσα νομοθεσία επαρκεί για την επίτευξη των στόχων του 6 ου Προγράμματος Δράσης έως το 00. Στην ανάλυση αυτή εξετάστηκαν οι μελλοντικές εκπομπές και οι επιπτώσεις στην υγεία και το περιβάλλον και χρησιμοποιήθηκαν οι βέλτιστες διαθέσιμες επιστημονικές και υγειονομικές πληροφορίες. Η ανάλυση έδειξε ότι θα εξακολουθήσουν να υπάρχουν ουσιαστικές αρνητικές επιπτώσεις ακόμη και με αποτελεσματική εφαρμογή της ισχύουσας νομοθεσίας. Επομένως, στην παρούσα θεματική στρατηγική, η οποία ανακοινώθηκε από την Επιτροπή προς το Συμβούλιο και το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο την 1 η Σεπτεμβρίου 005, καθορίζονται ενδιάμεσοι στόχοι για την ατμοσφαιρική ρύπανση στην Ε.Ε. και προτείνονται ενδεδειγμένα μέτρα για την επίτευξη τους. Συνίσταται ο εκσυγχρονισμός της ισχύουσας νομοθεσίας, η επικέντρωση της στους σοβαρότερους ρύπους και η αύξηση των ενεργειών για την ενσωμάτωση της περιβαλλοντικής μέριμνας σε άλλες πολιτικές και προγράμματα Μέτρα ελέγχου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην Ε.Ε Εισαγωγή Η επίτευξη των οποιοδήποτε τιθέμενων ορίων επιπέδων ρύπανσης προϋποθέτει μια κατάλληλη στρατηγική ελέγχου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, δηλαδή μια δέσμη μέτρων για τον έλεγχο των εκπομπών ρύπων με στόχο να μην ξεπεραστούν τα μέγιστα επιτρεπόμενα επίπεδα ρύπανσης. Στα μέτρα για τον έλεγχο των εκπομπών ρύπων μεταξύ των άλλων να περιλαμβάνονται: Περιορισμοί εκπομπών Ποινές και φορολογική επιβάρυνση για ρυπαντές Κίνητρα για την εφαρμογή τεχνολογιών αντιρρύπανσης Μετεγκατάσταση βιομηχανιών Συντήρηση αυτοκινήτων Μείωση του όγκου κυκλοφορίας Βελτίωση των μέσων μαζικής κυκλοφορίας Παπαδόπουλος Αντώνιος 117

118 Επιπλέον των γενικών κατασταλτικών μέτρων για την ατμοσφαιρική ρύπανση υφίστανται τα προληπτικά μέτρα, δηλαδή αυστηρότερες ρυθμίσεις που τίθενται σε ισχύ σε περιόδους αυξημένης ρύπανσης. Παραδείγματα για τα κατασταλτικά μέτρα είναι η απαγόρευση της κυκλοφορίας, ο αναγκαστικός περιορισμός της βιομηχανικής δραστηριότητας και οι δραστικοί περιορισμοί στις οικιακές καύσεις, κυρίως όσον αφορά τη θέρμανση Εξάρτηση των επιπέδων ρύπανσης από τις εκπομπές ρύπων Για την βελτιστοποίηση της στρατηγικής ελέγχου της ρύπανσης, δηλαδή της στρατηγικής αντιρρύπανσης, αλλά και για το ορθό βιομηχανικό και χωροταξικό σχεδιασμό, είναι απαραίτητη η κατανόηση της σχέσης ανάμεσα στις εκπομπές ρύπων και τα επίπεδα ρύπανσης. Βάση για την οποιαδήποτε περιγραφή της εξάρτησης των επιπέδων ρύπανσης από τις εκπομπές ρύπων αποτελεί η γνώση και διαθεσιμότητα των εξής στοιχείων. Χωρική κατανομή και χρονική διακύμανση των εκπομπών ρύπων: Μολονότι η αναγκαιότητα αυτών των στοιχείων είναι προφανής στις περισσότερες πρακτικές εφαρμογές η διαθέσιμη απογραφή πηγών ρύπανσης είναι αναξιόπιστη και ελλιπής. Τοπογραφικά στοιχεία για την περιοχή ενδιαφέροντος: Με τον όρο τοπογραφικά στοιχεία εννοούνται το υψόμετρο και η χρήση γης σε ένα πλέγμα διακριτικότητας m. Η απόκτηση των στοιχείων αυτών διευκολύνεται σήμερα σημαντικά με την εφαρμογή των σύγχρονων μεθόδων της τηλεπισκόπησης. Μετεωρολογικά δεδομένα για την περιοχή ενδιαφέροντος: Εδώ κυρίως ενδιαφέρουν συνοπτικά στοιχεία, ιδιαίτερα για περιόδους που ευνοούν την εμφάνιση επεισοδίων ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Δεδομένα αναφορικά με τους κύριους μηχανισμούς εναπόθεσης: Αν εξαιρεθεί ο φυσικοχημικός μετασχηματισμός, οι ρύποι απομακρύνονται από την ατμόσφαιρα είτε με απόπλυση και υγρή εναπόθεση (για παράδειγμα όταν βρέχει) ή με ξηρή εναπόθεση. Οι μηχανισμοί εναπόθεσης εξαρτώνται κατά πολύπλοκο τρόπο, από το είδος του ρύπου και το είδος του αποδέκτη (για παράδειγμα έδαφος, φυτά). Πολλά ερωτήματα σχετικά με τους μηχανισμούς εναπόθεσης παραμένουν ακόμα αναπάντητα, με αποτέλεσμα μέχρι σήμερα να μην έχει κατορθωθεί να περιγραφούν με την απαραίτητη αξιοπιστία. Στοιχεία σχετικά με τον φυσικοχημικό μετασχηματισμό ρύπων: Πρόκειται για πληροφορίες σχετικά με φυσικοχημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στην ατμόσφαιρα της υπό εξέταση περιοχής, οδηγώντας στον σχηματισμό δευτερογενών ρύπων που συχνά είναι επιβλαβέστεροι σε σύγκριση με τους εκπεμπόμενους πρωτογενείς ρύπους. Εκτός από την επίγνωση τους είδους των μετασχηματισμών, απαιτούνται γνώσεις σχετικά με την κινητική των αντιδράσεων. Οι πληροφορίες που είναι Παπαδόπουλος Αντώνιος 118

119 σήμερα διαθέσιμες είναι σε μεγάλο βαθμό ατελείς, κυρίως διότι προέρχονται από εργαστηριακές μετρήσεις, λόγος για τον οποίο είναι προβληματικοί η γενίκευση τους για τα ισχύοντα στην ατμόσφαιρα. Επειδή το κόστος ενός δικτύου μετρήσεων πεδίου που θα ήταν απαραίτητο για μια λεπτομερή ποσοτική ανάλυση της εξάρτησης των επιπέδων ρύπανσης από τις εκπομπές ρύπων είναι ιδιαίτερα υψηλό, κατά κανόνα επιδιώκεται η διεξαγωγή εργαστηριακών μετρήσεων σε συνδυασμό με την ανάπτυξη ενδεδειγμένων μαθηματικών μοντέλων. Η αξιοπιστία των μοντέλων ελέγχεται με την βοήθεια καταλλήλων συγκρίσεων με υπάρχουσες μετρήσεις Στρατηγική αντιρρύπανσης Στόχος μιας ορθολογική στρατηγική αντιρρύπανσης πρέπει να είναι η διατήρηση των επιπέδων ρύπανσης κάτω από τιθέμενα όρια, που πρέπει να υπαγορεύονται κατά κύριο λόγο από παράγοντες φυσιολογίας και μόνο δευτερευόντως από αισθητικές και οικονομικές παραμέτρους. Μια θεμιτή μεθοδολογία για την επιλογή της στρατηγικής αντιρρύπανσης θα έπρεπε να συνίσταται στον προσδιορισμό των μεγίστων ανεκτών επιπέδων ρύπανσης, και την θεσμοθέτηση επεμβάσεων που να εξασφαλίζουν ότι δεν ξεπερνιούνται τα επίπεδα αυτά με το χαμηλότερο δυνατό κόστος, αλλά η εμπειρία από την πράξη αποδεικνύει την δυσκολία υλοποίησης της μεθοδολογίας αυτής. Το απαραίτητο δυναμικό στοιχείο στην στρατηγική αντιρρύπανσης μπορεί να επιτευχθεί με δύο βήματα, τα οποία αφορούν τη στρατηγική, γνωστή ως στρατηγική τρίτης και τέταρτης βαθμίδας. Το πρώτο βήμα συνίσταται στον έλεγχο της αποδοτικότητας των μέτρων. Έτσι, η στρατηγική τέταρτης βαθμίδας διαθέτει τον κατάλληλο μηχανισμό ελέγχου για τη διασφάλιση της αποτελεσματικότητας της: από την σύγκριση της προσδοκώμενης ποιότητας αέρα με τιθέμενα όρια <<ανοχής>> μπορεί να εξακριβωθεί, ποιο από τα σενάρια, που αποτρέπουν την υπέρβαση των ορίων, είναι το τεχνικό-οικονομικά βέλτιστο, και με βάση αυτό μπορούν να προσδιορισθούν τα ενδεικνυόμενα μέτρα. Μια ορθή στρατηγική αντιρρύπανσης πρέπει να εμπεριέχει: Δυναμικές τράπεζες δεδομένων για τις εκπομπές ρύπων όπως επίσης και για στοιχεία τοπογραφίας, μετεωρολογίας και επιπέδων ρύπανσης. Η γνώση των δεδομένων αυτών, ιδιαίτερα των επιπέδων εκπομπών ρύπων, αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση για τη βέλτιστη επιλογή επεμβάσεων. Σύστημα ανάλυσης των επιπέδων ρύπανσης για διάφορα σενάρια επεμβάσεων στις εκπομπές ρύπων. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατή η αξιολόγηση διαφόρων μέτρων αντιρρύπανσης με βάση την επίδρασή τους στα επίπεδα ρύπανσης. Μετά από κατάλληλη επαλήθευση, το σύστημα ανάλυσης μπορεί να χρησιμεύει και για την πρόγνωση επιπέδων ρύπανσης. Μόνιμο δίκτυο μετρήσεων μετεωρολογικών μεγεθών και επιπέδων ρύπανσης για την ορθή αποτίμηση των αποτελεσμάτων των επεμβάσεων. Παπαδόπουλος Αντώνιος 119

120 Μηχανισμό διαρκούς ελέγχου της στρατηγικής, δηλαδή παρακολούθηση του βαθμού υλοποίησης των προτεινόμενων μέτρων ώστε, λαμβανομένης υπόψη και της αποτελεσματικότητας των διαφόρων επεμβάσεων, να είναι δυνατή η αναπροσαρμογή ή ακόμα και η αναθεώρηση των μέτρων. Προφανώς, στο μηχανισμό αυτό εμπλέκονται διάφοροι φορείς με σαφώς καθορισμένες αρμοδιότητες Μέτρα ελέγχου και αντιμετώπισης Τα μέτρα ελέγχου και αντιμετώπισης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, θα πρέπει να εστιάζουν γενικά στους ακόλουθους τομείς, και είτε να βασίζονται στην ανεξάρτητη θεώρηση των μέτρων αυτών, ή στις αλληλεπιδράσει μεταξύ αυτών, ανάλογα με το επιδιωκόμενο κάθε φορά αποτέλεσμα και το ρεαλιστικό βαθμό υλοποίησης των σχεδιαζόμενων παρεμβάσεων: Εξοικονόμηση ενέργειας: αυτή θα επιτευχθεί με μείωση της κατανάλωσης καυσίμων προς παραγωγή ενέργειας (βελτίωση μόνωσης στα κτίρια, απόδοσης οικιακών συσκευών, κινητήρων αυτοκινήτων, απόδοσης εγκαταστάσεων στη βιομηχανία). Βελτίωση μεταφορών: είναι δυνατή μέσω της βελτίωσης των συνθηκών κυκλοφορίας και αύξηση της χρήσεως των μαζικών μέσων μεταφοράς. Εισαγωγή ευγενέστερων καυσίμων όπως το φυσικό αέριο και οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Έλεγχος πηγών ρύπανσης, με τη δημιουργία <<εθνικού μητρώου>> απογραφής των εκπομπών και επέκταση του δικτύου παρακολούθησης με εναρμόνιση των μεθόδων μέτρησης των διαφόρων σταθμών. Ενημέρωση του κοινού με τη δημιουργία κέντρου πληροφοριών περιβάλλοντος και τεχνολογίας αντιρρύπανσης. Επεμβάσεις στις εκπομπές των βιομηχανιών με την εισαγωγή φίλτρων σε αυτές, μεταφορά χυτηρίων εκτός των μεγάλων πόλεων, μείωση απωλειών εξάτμισης στη βιομηχανίας πετρελαίου και των παραγώγων του και ανάπτυξη μηχανολογικού εξοπλισμού αντιρρύπανσης χημικών διεργασιών. Στην πράξη, τα τελευταία χρόνια στην Ε.Ε. παρατηρήθηκε σημαντική μείωση των εκπομπών ατμοσφαιρικών ρύπων που προέρχονται από την κίνηση των οχημάτων, λόγω της εφαρμογής συγκεκριμένων μέτρων: Σύστημα Euro: Σημαντική πρόοδος στη μείωση των εκπομπών των οχημάτων σημειώθηκε στα αντιρρυπαντικά πρότυπα για τα οχήματα και την ποιότητα των καυσίμων καθώς επίσης και στη θέσπιση νέων χαμηλότερων ορίων εκπομπών (σύστημα Euro). Παπαδόπουλος Αντώνιος 10

121 Προώθηση βιοκαυσίμων: Τα επόμενα χρόνια αναμένεται σημαντική αύξηση της παραγωγής όλων των βιοκαυσίμων και ειδικότερα στην Ευρώπη εξαιτίας της οδηγίας 003/30/EC της Ευρωπαϊκής Ένωσης για την προώθηση των βιοκαυσίμων στις μεταφορές. Συγκεκριμένα, στην Ευρωπαϊκή Ένωση σταδιακά τα βιοκαύσιμα θα καταλάβουν το 010 το 5,75% της αγοράς καυσίμων έναντι του % για το 005 όπως ορίζεται από την παραπάνω οδηγία. Επιπρόσθετα, στην Πράσινη Βίβλο για την ασφάλεια του ενεργειακού εφοδιασμού της Ευρωπαϊκής Ένωσης, προτείνεται ως μακροπρόθεσμος στόχος για τις οδικές μεταφορές η αντικατάσταση κατά 0% των συμβατικών καυσίμων με εναλλακτικά καύσιμα έως το 00. <<Καθαρό Πετρέλαιο>>: Η Ε.Ε. καθόρισε με την οδηγία 98/70/EC, σε αναλογία της οδηγίας των ορίων εκπομπών Euro των οχημάτων, την περιεκτικότητα του θείου για το 005 (50 parts per million) ενώ με την πρόσφατη οδηγία 003/17/EC του Ιανουαρίου 003 καθόρισε την μέγιστη περιεκτικότητα του πετρελαίου σε θείο στα 10 ppm για το 009. Εισαγωγή καταλυτών: Η εισαγωγή καταλυτών στα οχήματα, έχει τη δυνατότητα να μειώσει τις εκπομπές ατμοσφαιρικών ρύπων σε σημαντικό ποσοστό. Βέβαια, ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να εφίσταται στη χρήση του αυτοκινήτου, καθώς ο καταλύτης <<καταστρέφεται>> λόγω φθορών στις εσωτερικές επιστρώσεις των μετάλλων από απότομες εναλλαγές θερμότητας, λόγω έγχυσης βενζίνης από κακή οδήγηση, λόγω χρησιμοποίησης βενζίνης με μόλυβδο και λόγω χρησιμοποίησης βενζίνης κακής ποιότητας. Επίσης, <<δηλητηριάζεται από μόλυβδο ή το σχηματισμό ορισμένων θειούχων ενώσεων. Ο καταλύτης θα πρέπει να συνοδεύεται από τον αισθητήρα λ, δηλαδή μια συσκευή στην έξοδο των καυσαερίων που μετρά τη σχέση οξυγόνου-hc του μίγματος εξόδου, προσεγγίζοντας την πλήρη καύση, η οποία εγγυάται αφενός τη μέγιστη οικονομία καυσίμου και αφετέρου τους λιγότερους ρύπους. Η μείωση ατμοσφαιρικών ρύπων στην οποία στοχεύουν τα καταλυτικά αυτοκίνητα, δεν είναι πανάκεια εφ όσον δε συνοδεύεται από τη σωστή χρήση του αυτοκινήτου, για τους ακόλουθους λόγους : Ο κρύος κινητήρας και ειδικά στα καταλυτικά αυτοκίνητα, ρυπαίνει μέχρι και 70 φορές περισσότερο, επειδή λόγω της ατελούς καύσης εκλύονται ασταθείς χημικές ενώσεις. Ο καταλύτης για να λειτουργήσει αποτελεσματικά πρέπει να φτάσει σε κάποια θερμοκρασία και αυτό επιτυγχάνεται μετά από 15-0 περίπου λεπτά από την έναρξη λειτουργίας του κινητήρα. Καθώς όμως ο μέσος χρόνος διαδρομής στις πόλεις δεν είναι σημαντικά μεγαλύτερος από την παραπάνω διάρκεια, πολλές φορές ο καταλύτης επιφέρει μεγαλύτερη ρύπανση. Παπαδόπουλος Αντώνιος 11

122 5.. Οι στόχοι της θεματικής στρατηγικής της Ε.Ε. Η επιλεγείσα στρατηγική θέτει στόχους για θέματα υγείας και περιβάλλοντος, καθώς και στόχους για μείωση των εκπομπών των κυριότερων ρύπων. Οι στόχοι αυτοί θα υλοποιούνται σταδιακά έτσι ώστε να προστατεύονται τόσο οι κάτοικοι της Ε.Ε. από έκθεση στα σωματίδια και το όζον που υπάρχουν στον αέρα όσο κατά τα οικοσυστήματα από την όξινη βροχή, την υπερβολική χρήση αζωτούχων λιπασμάτων και το όζον. Έως σήμερα, δεν έχει καταστεί δυνατός ο προσδιορισμός ενός βαθμού έκθεσης σε σωματίδια και τροποσφαιρικό όζον που να μην παρουσιάζει κανένα κίνδυνο για τον άνθρωπο. Εντούτοις, μια σημαντική μείωσή τους, θα είναι επωφελής για τη δημόσια υγεία αλλά και για τα οικοσυστήματα. Σε σχέση με την κατάσταση που επικρατούσε το 000, η στρατηγική καθορίζει συγκεκριμένους μακροπρόθεσμους στόχους έως το 00: Αναφορικά με θέματα υγείας και περιβάλλοντος: Κατά 47% μείωση της απώλειας προσδόκιμου επιβίωσης εξαιτίας της έκθεσης σε σωματίδια Κατά 10% μείωση των περιπτώσεων οξείας θνησιμότητας εξαιτίας το όζοντος Μείωση των πλεονασμάτων όξινων επικαθίσεων κατά 74% και 39% στις δασικές ζώνες και στις επιφάνειες γλυκών νερών αντιστοίχως. Κατά 43% μείωση των ζωνών στον οποίων τα οικοσυστήματα παρατηρείται ευτροφισμός. Αναφορικά με τη μείωση των εκπομπών των κυριότερων ρύπων Κατά 8% μείωση των εκπομπών SO Κατά 60% μείωση των εκπομπών NO x Κατά 51% μείωση των εκπομπών πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) Κατά 7% μείωση των εκπομπών NH 3 Κατά 59% μείωση των εκπομπών PM. 5 Κόστη και οφέλη στρατηγικής Σταδιακή αύξηση του κόστους σε 7,1 δισεκατομμύρια ευρώ ετησίως Εξοικονόμηση πόρων υγείας κατά 4 δισεκατομμύρια ευρώ ετησίως Μείωση του αριθμού των πρόωρων θανάτων από το 000 σε το 00 (έναντι το 00 χωρίς την εν λόγω στρατηγική). Αναφορικά με το περιβάλλον, είναι δύσκολο να εκτιμηθεί το οικονομικό κόστος της υποβάθμισης οικοσυστημάτων και τα κέρδη που προκύψουν χάρη στη στρατηγική, οι θετικές επιπτώσεις όμως θα είναι σημαντικές, αφού θα περιοριστούν τόσο η όξινη βροχή όσο και οι απαιτήσεις σε αζωτούχα λιπάσματα με αποτέλεσμα τη καλύτερη προστασία της βιοποικιλότητας. Συν τοις άλλοις, θα περιορισθούν και οι ζημιές σε κτίρια και υλικά. Ομοίως, για τις γεωργικές καλλιέργειες, οι ζημιές μειώνονται ετησίως κατά 0,3 δισεκατομμύρια ευρώ περίπου. Παπαδόπουλος Αντώνιος 1

123 Παρόλο που δεν αναμένεται καμιά καθαρή αύξηση της απασχόλησης, πρόκειται να μειωθεί η απώλεια παραγωγής που οφείλεται σε κακή υγεία και μπορεί να ωφεληθούν περισσότερο οι ομάδες ατόμων χαμηλού εισοδήματος, που εν γένει εκτίθενται στα υψηλότερα επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Ένα μέρος της στρατηγικής θα τεθεί σε εφαρμογή μέσω αναθεώρησης της ισχύουσας νομοθεσίας για την ποιότητα του αέρα του περιβάλλοντος, που περιλαμβάνει τα εξής κύρια στοιχεία: Τον εκσυγχρονισμό των κειμένων διατάξεων και συγχώνευση πέντε νομοθετικών πράξεων σε μια και μόνη οδηγία: Με τον τρόπο αυτό, θα υπάρξει ελάφρυνση του διοικητικού φόρτου και τα κράτη-μέλη θα είναι σε θέση να υπερβούν τις δυσκολίες που αντιμετώπισαν κατά την συμμόρφωση προς τους ισχύοντες κανόνες. Η Επιτροπή θα προσπαθήσει επίσης να βελτιώσει τη συνέπεια των εκτιμήσεων της ποιότητας του αέρα, να διαδώσει τις βέλτιστες πρακτικές και να προωθήσει τον εποικοδομητικό διάλογο μέσω των ακόλουθων προτάσεων: Εφ όσον τα κράτη-μέλη είναι σε θέση να αποδείξουν ότι έχουν λάβει κάθε εύλογο μέτρο, θα μπορούσε να τους επιτραπεί να ζητήσουν παράταση της προθεσμίας για συμμόρφωση στις πληττόμενες ζώνες που αντιμετωπίζουν έντονα προβλήματα. Όσον αφορά την υποβολή εκθέσεων, αυτή γίνεται σήμερα με τη διαβίβαση πληροφοριών στο κοινό και στην Επιτροπή, από περίπου θέσεις παρακολούθησης ποιότητας αέρα. Η επιτροπή, σε συνεργασία με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Περιβάλλοντος, προτείνει στροφή προς ένα σύστημα ηλεκτρονικής υποβολής εκθέσεων, βασιζόμενο σε σύστημα ανταλλαγής χωρικών πληροφοριών. Την εισαγωγή νέων προτύπων ποιότητας του αέρα για τα λεπτά σωματίδια (PM. 5 ) στην ατμόσφαιρα: Καθώς υπάρχουν τεκμήρια που δείχνουν ότι τα λεπτά σωματίδια (PM, 5 ) είναι πιο επικίνδυνο από τα μεγαλύτερα σωματίδια, ο έλεγχος της έκθεσης των ατόμων σε PM, 5 στον αέρα του περιβάλλοντος θα μπορούσε να επιτευχθεί μέσω των ακολούθων προτάσεων: Έλεγχος της έκθεσης των ατόμων σε PM, 5 στον αέρα του περιβάλλοντος 3 μέσω ανώτατου ορίου συγκέντρωσης 5 g / m για τα σωματίδια PM, 5, το οποίο δεν φαίνεται να δημιουργεί επιπρόσθετες επιβαρύνσεις, εκτός από τις περιοχές της Ε.Ε. που εμφανίζουν την υψηλότερη ρύπανση. Εκτενέστερη παρακολούθηση των επιπέδων των σωματιδίων PM 5, στο περιβάλλον σε αστικές περιοχές. Παπαδόπουλος Αντώνιος 13

124 Ενιαίος ενδιάμεσος στόχος μείωσης της τάξεως του 0% για όλα τα κράτη μέλη, που πρέπει να έχει επιτευχθεί μεταξύ 010 και 00. Την αναθεώρηση της οδηγίας σχετικά με τα εθνικά όρια εκπομπών, ώστε να εξασφαλισθεί περιορισμός των εκπομπών οξειδίων του αζώτου, διοξειδίου του θείου, πτητικών οργανικών ενώσεων, αμμωνίας και πρωτογενών σωματιδίων, που να συμβαδίζει με τους ενδιάμεσους στόχους οι οποίοι προτείνονται για το 00. Παρ όλο που δεν προβλέπεται περαιτέρω αλλαγή για εγκαταστάσεις καύσης μεγαλύτερες των 50 MW, πέραν όσων προβλέπονται στις κείμενες οδηγίες για τις μεγάλες εγκαταστάσεις καύσης και την ολοκληρωμένη πρόληψη και έλεγχο της ρύπανσης (IPPC), θα εξετασθούν οι εναλλακτικές δυνατότητες για εκσυγχρονισμό της ισχύουσας νομοθεσίας που καλύπτει τις βιομηχανικές εκπομπές. Την ενσωμάτωση της περιβαλλοντικής διάστασης στους ακόλουθους συναφής τομείς: Ενέργεια: Ο τομέας της ενέργειας μπορεί να συμβάλει σε μείωση των εκπομπών βλαβερών ρύπων. Σημαντικοί συντελεστές εδώ είναι ορισμένοι στόχοι που έχουν τεθεί και αφορούν κυρίως την παραγωγή ενέργειας και ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές (1% και 1% αντιστοίχως από σήμερα μέχρι το 010) ή τα βιοκαύσιμα. Μικρότερες εγκαταστάσεις καύσης: Προβλέπεται ενδεχόμενη επέκταση της οδηγίας IPPC (ολοκληρωμένη πρόληψη και έλεγχος της ρύπανσης) και της οδηγίας για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων στις μικρές εγκαταστάσεις καύσης. Εκπομπές Πτητικών Οργανικών Ενώσεων (ΠΟΕ) σε πρατήρια καυσίμων: Λόγω του ρόλου των πτητικών οργανικών ενώσεων στον σχηματισμό τροποσφαιρικού, η Επιτροπή θα εξετάσει τις δυνατότητες για περαιτέρω περιορισμό των εκπομπών ΠΟΕ σε πρατήρια ανεφοδιασμού καυσίμων. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να αναφερθεί πως, σύμφωνα με μελέτη που διεξήχθη από τον Οργανισμό Ρυθμιστικού Σχεδίου και Προστασίας Περιβάλλοντος Θεσσαλονίκης, αποδείχθηκε πως για τις συνθήκες διασποράς των ατμοσφαιρικών ρύπων στην εγγύς περιοχή των πρατηρίων βενζίνης, πρωτεύοντα ρόλο διαδραματίζουν τα τοπογραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής, όπως ο αριθμός των ανοιγμάτων γύρω από το πρατήριο, το πλάτος του δρόμου, η θέση του πρατηρίου σε πολυκατοικία ή ανεξάρτητο και ο αριθμός ορόφων των κτηρίων. Μεταφορές: Περαιτέρω ενθάρρυνση προς λιγότερο ρυπογόνους τρόπους μεταφοράς, εναλλακτικά καύσιμα, μείωση της κυκλοφοριακής συμφόρησης και ενσωμάτωση του εξωτερικού κόστους στο κόστος μεταφορών. Γεωργία: Η στρατηγική καλεί σε προώθηση μέτρων που αποσκοπούν σε μείωση του αζώτου που χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές και τα λιπάσματα. Παπαδόπουλος Αντώνιος 14

125 5.3. Η νομοθεσία της Ευρωπαϊκής Ένωσης Η προστασία τους περιβάλλοντος και η ενσωμάτωσή του στις επί μέρους πολιτικές αποτελεί βασική υποχρέωση των κρατών-μελών της Ε.Ε.. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τη <<Συνθήκη για την Ίδρυση της Ε.Ε.>>, << η Κοινότητα έχει ως αποστολή, με τη δημιουργία κοινής αγοράς, οικονομικής και νομισματικής ένωσης και με την εφαρμογή των κοινών πολιτικών ή δράσεων, να προάγει στο σύνολο της Κοινότητας την αρμονική, ισόρροπη και αειφόρο ανάπτυξη των οικονομικών δραστηριοτήτων, υψηλό επίπεδο απασχόλησης και κοινωνικής προστασίας, ισότητα μεταξύ ανδρών και γυναικών, αειφόρο, μη πληθωριστική ανάπτυξη, υψηλό βαθμό ανταγωνιστικότητας και σύγκλισης των οικονομικών επιδόσεων, υψηλό επίπεδο προστασίας και βελτίωσης της ποιότητας του περιβάλλοντος, την άνοδο του βιοτικού επιπέδου και της ποιότητας ζωής, την οικονομική και κοινωνική συνοχή και την αλληλεγγύη μεταξύ κρατών-μελών>>. Επίσης, << οι απαιτήσεις της περιβαλλοντικής προστασίας πρέπει να ενταχθούν στο καθορισμό και την εφαρμογή των κοινοτικών πολιτικών και δράσεων, ιδίως προκειμένου να προωθηθεί η αειφόρος ανάπτυξη>>. Πιο συγκεκριμένα, η πολιτική της Κοινότητας στο τομέα του περιβάλλοντος συμβάλλει στην επιδίωξη των ακόλουθων στόχων: Τη διατήρηση, προστασία και βελτίωση της ποιότητας του περιβάλλοντος Την προστασία της υγείας του ανθρώπου Τη συνεπή και ορθολογική χρησιμοποίηση των φυσικών πόρων Την προώθηση, σε διεθνές επίπεδο, μέτρων για την αντιμετώπιση των περιφερειακών ή παγκοσμίων περιβαλλοντικών προβλημάτων. Η πολιτική της Κοινότητας στον τομέα του περιβάλλοντος αποβλέπει σε υψηλό επίπεδο προστασίας και λαμβάνει υπόψη την ποικιλομορφία των καταστάσεων στις διάφορες περιοχές της Κοινότητας. Στηρίζεται στις αρχές της προφύλαξης και της προληπτικής δράσης, της επανόρθωσης των καταστροφών του περιβάλλοντος, κατά προτεραιότητα στην πηγή, καθώς και στην αρχή << ο ρυπαίνων πληρώνει>>. Είναι λοιπόν προφανές πως στο επίπεδο των αρχών, η προστασία του περιβάλλοντος απολαμβάνει αναγνώρισης και ενσωμάτωσης στο θεσμικό πλαίσιο των κρατών-μελών της Ε.Ε.. Έτσι, η προστασία και αναβάθμιση του περιβάλλοντος αποτελεί υποχρέωση της κάθε χώρας, όπως αυτή εξειδικεύεται στις διάφορες Κοινοτικές Οδηγίες και στα αντίστοιχα εθνικά νομοθετήματα. Υποχρεώσεις για το κάθε κράτος-μέλος, πηγάζουν και από το διεθνές περιβαλλοντικό δίκαιο. Οι σημαντικές εξελίξεις που χαρακτηρίζουν το διεθνές περιβαλλοντικό δίκαιο κατά τα τελευταία τριάντα χρόνια είναι άμεσα συνυφασμένες με τη ραγδαία εξέλιξη στο τομέα των επιστημών του περιβάλλοντος, οι οποίες τεκμηριώνουν τη σοβαρότητα της δίχως γεωγραφικά όρια περιβαλλοντικής κρίσης και συχνά καταδεικνύουν λύσεις. Το συνέδριο του ΟΗΕ για το Ανθρώπινο Περιβάλλον στη Στοκχόλμη το 197, το Συνέδριο του ΟΗΕ για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη στο Ρίο ντε Τζανέιρο το 199, και η Παγκόσμια Συνδιάσκεψη για την Αειφόρο Ανάπτυξη στο Γιοχάνεσμπουργκ το 00, αποτελούν ορόσημα της ανάπτυξης και ωρίμανσης αυτής της πτυχής τους διεθνούς δικαίου. Μέσα από αυτές τις διεθνείς διασκέψεις τέθηκαν οι βάσεις και αρχές του περιβαλλοντικού δικαίου, οδηγώντας στην σύναψη πολλών περιβαλλοντικών συμβάσεων οι οποίες φέρουν δεσμευτικές διατάξεις, αλλά και διεθνών οργανισμών για να συντονίζουν Παπαδόπουλος Αντώνιος 15

126 τις αυξανόμενες ανάγκες που χαρακτηρίζουν την περιβαλλοντική προστασία. Η σύμβαση για τη διεθνή εμπορία απειλούμενων ειδών πανίδας και χλωρίδας και την ίδρυση του Περιβαλλοντικού προγράμματος του ΟΗΕ, η Σύμβαση-Πλαίσιο του ΟΗΕ για τις Κλιματικές Αλλαγές, καθώς και η Σύμβαση για την Βιοποικιλότητα και η Επιτροπή Αειφόρου Ανάπτυξης του ΟΗΕ που συμφωνήθηκαν στη Διάσκεψη του Ρίο είναι τα πιο χαρακτηριστικά προϊόντα των διεργασιών για την επίτευξη διεθνούς περιβαλλοντικής νομοθεσίας. Οι διατάξεις των συμβάσεων αυτών προσαρμόζονται με βάση τις επιστημονικές και τεχνολογικές εξελίξεις, όπως έχει γίνει με την Σύμβαση της Βιέννης για την προστασία του Στρατοσφαιρικού Όζοντος και το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ. Οι αποφάσεις και τα ψηφίσματα των διεθνών διασκέψεων, συχνά δεν είναι αυστηρά δεσμευτικά και αποτελούν μέρος του ήπιου δικαίου. Αυτού του είδους οι ήπιοι κανόνες δικαίου συμπεριλαμβάνονται σε ψηφίσματα των διεθνών οργανισμών, τα οποία κατά κανόνα έχουν συμφωνηθεί ομόφωνα από τα κράτη-μέλη του ΟΗΕ. Αν και δεν είναι αυστηρά δεσμευτικά, θέτουν κανόνες συμπεριφοράς, οι οποίοι είθισται να γίνονται σεβαστοί από τα κράτη. Συχνά οι σημαντικές πολιτικές θέσεις που καθορίζονται από αυτά τα αρχικά μη δεσμευτικά κείμενα με τον καιρό αποκτούν άλλο βάρος και κωδικοποιούνται σε μορφή διεθνούς σύμβασης. Αναφορικά με την ατμοσφαιρική ρύπανση, η σχετική νομοθεσία των κρατών-μελών απορρέει από τις υποχρεώσεις των χωρών έναντι της Σύμβασης Πλαισίου των Ηνωμένων Εθνών για τις Κλιματικές Αλλαγές (199), του Πρωτοκόλλου του Κιότο (1997) και του Κοινοτικού δικαίου για τις κλιματικές αλλαγές και την ατμοσφαιρική ρύπανση. Στόχος του Πρωτοκόλλου του Κιότο είναι η μείωση από τις οικονομικά ανεπτυγμένες χώρες κατά 5.% (σε σχέση με τα επίπεδα του 1990) των εκπομπών έξι αερίων ρύπων που συμβάλλουν στο φαινόμενο του Θερμοκηπίου μέχρι την περίοδο Μετά την επικύρωση του και από τη Ρωσία, το Πρωτόκολλο του Κιότο τέθηκε σε εφαρμογή στις 16 Φεβρουαρίου 005 και αποτελεί πλέον διεθνή δεσμευτικό νόμο για τις 18 χώρες που το έχουν επικυρώσει. Το Πρωτόκολλο προβλέπει τη λήψη μέτρων που θα οδηγήσουν τα κράτη-μέλη σε σημαντική πρόοδο μέσα στο 005. Οι στόχοι του Πρωτοκόλλου πρέπει να επιτευχθούν κυρίως μέσω εθνικών δράσεων, πολιτικών και μέτρων ενώ ταυτόχρονα προβλέπεται και η συνεργασία με άλλα κράτη. Επίσης, το Πρωτόκολλο του Κιότο περιλαμβάνει τρεις ευέλικτους μηχανισμούς που αποσκοπούν στη συμπίεση του κόστους μείωσης των εκπομπών αεριών που συμβάλλουν στο φαινόμενο του Θερμοκηπίου και είναι συμπληρωματικοί των εγχώριων δράσεων. Οι μηχανισμοί αυτοί, που βασίζονται στην ιδέα ότι όλα τα αέρια θερμοκηπίου καταλήγουν στην κοινή για όλους ατμόσφαιρα και οδηγούν σε κλιματικές αλλαγές, είναι η Κοινή Εφαρμογή από αναπτυγμένες χώρες προγραμμάτων μείωσης των εκπομπών από τα οποία θα επωφελούνται όλες οι εμπλεκόμενες χώρες, ο Μηχανισμός Καθαρής Ανάπτυξης με συμμετοχή αναπτυσσόμενων χωρών και αναπτυξιακή βοήθεια για μεταφορά νέων τεχνολογιών από τις ανεπτυγμένες προς τρίτες χώρες και το Εμπόριο Εκπομπών Ρύπων (σύμφωνα με το οποίο, μια βιομηχανικά αναπτυγμένη χώρα που έχει μειώσει τις εκπομπές της πέραν των αρχικών στόχων που προβλέπει το Πρωτόκολλο, μπορεί να πουλήσει αυτή την επιπλέον μείωση σε άλλη χώρα που αντιμετωπίζει δυσκολίες στο να επιτύχει το στόχο της). Για την επίτευξη του κοινού στόχου του Πρωτοκόλλου, τα 15 κράτη-μέλη της Ένωσης οφείλουν να μειώσουν συλλογικά τις εκπομπές τους κατά 8% σε σύγκριση με το Βάσει διακανονισμού, κάθε κράτος μέλος αναλαμβάνει συγκεκριμένες δεσμεύσεις. Στην Ελλάδα δίνεται η δυνατότητα να αυξήσει την εκπομπή ρύπων ως και 5% μέχρι το 010. Παπαδόπουλος Αντώνιος 16

127 Ο καταμερισμός των ευθυνών ανά χώρα, σύμφωνα με το Πρωτόκολλο του Κιότο περιλαμβάνεται στον Πίνακα 15 Πρωτόκολλο Του Κιότο Προβλεπόμενη μείωση των εκπομπών για την περίοδο Ευρωπαϊκή Ένωση των 15, Βουλγαρία, Εσθονία, Λετονία, Λιθουανία, Ρουμανία, Σλοβακία, Σλοβενία, Τσεχία -8% ΗΠΑ -7% Καναδάς, Ιαπωνία, Ουγγαρία, Πολωνία -6% Κροατία -5% Νέα Ζηλανδία, Ουκρανία, Ρωσία 0% Νορβηγία 1% Αυστραλία 8% Ισλανδία 10% Πίνακας 15. Αν και ο συνολικός στόχος της Ευρωπαϊκής Ένωσης είναι η μείωση των εκπομπών κατά 8% ο διακανονισμός των επιμέρους υποχρεώσεων ανάμεσα στα κράτη μέλη παρουσιάζει σημαντικές διαφοροποιήσεις. Οι επιμέρους στόχοι παρουσιάζονται στο Πίνακα 16. Καταμερισμός Υποχρεώσεων Μείωσης Των Εκπομπών Στο Εσωτερικό της Ε.Ε Λουξεμβούργο -8,0% Γαλλία, Φιλανδία 0,0% Γερμανία, Δανία -1,0% Σουηδία 4,0% Αυστρία -13,0% Ιρλανδία 13,0% Εσθονία, Λετονία, Λιθουανία, Σλοβακία, Σλοβενία, Τσεχία -8,0% Ισπανία 15,0% Βέλγιο -7,5% Ελλάδα 5,0% Ιταλία -6,5% Πορτογαλία 7,0% Ουγγαρία, Πολωνία, Ολλανδία -6,0% Βρετανία -1,5% Πίνακας 16. Παπαδόπουλος Αντώνιος 17

128 Όπως φαίνεται, στην Ελλάδα έχει επιτραπεί να αυξήσει τις εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου κατά 5% μέχρι το 010 σε σχέση με τα επίπεδα του Όμως σύμφωνα, με στοιχεία του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών, μέχρι το 00 οι εκπομπές της Ελλάδας είχαν ήδη αυξηθεί κατά 6,5%,ενώ σύμφωνα με τις προβλέψεις, η αύξηση των εκπομπών κατά το 010 θα ανέρχεται στο 35,8%. Η μη τήρηση των στόχων θα έχει οδυνηρές συνέπειες για την Ελλάδα, αφού σε μια τέτοια περίπτωση προβλέπονται αυστηρά πρόστιμα. Γι αυτό και είναι επιτακτική η ανάγκη να προωθηθούν μέτρα που θα συμβάλλουν στην εξοικονόμηση ενέργειας, στην ταχεία ανάπτυξη των καθαρών πηγών ενέργειας και εν τέλει στη μείωση των επικίνδυνων αερίων που αποσταθεροποιούν την ατμόσφαιρα της Γης και πυροδοτούν κλιματικές αλλαγές. Σύμφωνα με την οδηγία 003/87 για την Εμπορία Δικαιωμάτων Εκπομπών Αερίων του Θερμοκηπίου, κάθε κράτος-μέλος της Ε.Ε. έχει την υποχρέωση να συντάξει και να υποβάλλει στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή Εθνικό Σχέδιο Δικαιωμάτων Εκπομπών (ΕΣΚΔΕ) για την τριετία Το ΕΣΚΔΕ προσδιορίζει τη συνολική ποσότητα των δικαιωμάτων, την κατανομή μεταξύ των υπόχρεων εγκαταστάσεων και το σύνολο των βασικών κανόνων που διέπουν την κατανομή δικαιωμάτων, καθώς και τη λειτουργία του σχετικού συστήματος Οδηγίες Πράξεις της Ε.Ε. Οδηγία 004/4/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 1ης Απριλίου 004, για τον περιορισμό των εκπομπών πτητικών οργανικών ενώσεων που οφείλονται στη χρήση οργανικών διαλυτών σε χρώματα διακόσμησης και βερνίκια και σε προϊόντα φανοποιΐας αυτοκινήτων και για την τροποποίηση της οδηγίας 1999/13/ΕΚ (L ) Οδηγία 004/9/EK του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 11ης Φεβρουαρίου 004, για την επιθεώρηση και τον έλεγχο της ορθής εργαστηριακής πρακτικής (ΟΕΠ) (Κωδικοποίηση) (Κείμενο που παρουσιάζει ενδιαφέρον για τον ΕΟΧ) (L ) Οδηγία 003/87/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 13ης Οκτωβρίου 003, σχετικά με τη θέσπιση συστήματος εμπορίας δικαιωμάτων εκπομπής αερίων θερμοκηπίου εντός της Κοινότητας και την τροποποίηση της οδηγίας 96/61/ΕΚ του Συμβουλίου (Κείμενο που παρουσιάζει ενδιαφέρον για τον ΕΟΧ) (L ) Οδηγία 003/76/ΕΚ της Επιτροπής, της 11ης Αυγούστου 003, για τροποποίηση της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ του Συμβουλίου σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από εκπομπές προερχόμενες από οχήματα με κινητήρα (Κείμενο που παρουσιάζει ενδιαφέρον για τον ΕΟΧ) (L ) Οδηγία 00/80/ΕΚ της Επιτροπής, της 3ης Οκτωβρίου 00, για την προσαρμογή στην τεχνική πρόοδο της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ του Συμβουλίου σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από εκπομπές προερχόμενες από μηχανοκίνητα οχήματα (Κείμενο που παρουσιάζει ενδιαφέρον για τον ΕΟΧ) (L ) Οδηγία 00/51/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 19ης Ιουλίου 00, για την μείωση του επιπέδου ρυπαντικών εκπομπών των δίκυκλων και τρίκυκλων οχημάτων με κινητήρα και την τροποποίηση Παπαδόπουλος Αντώνιος 18

129 της οδηγίας 97/4/ΕΚ (Κείμενο που παρουσιάζει ενδιαφέρον για τον ΕΟΧ) - Δήλωση της Επιτροπής - Συμπληρωματική δήλωση της Επιτροπής (L ) Οδηγία 00/3/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 1ης Φεβρουαρίου 00, σχετικά με το όζον στον ατμοσφαιρικό αέρα (L ) Οδηγία 001/100/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 7ης Δεκεμβρίου 001, για τροποποίηση της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ του Συμβουλίου για την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών που αφορούν τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της ρύπανσης του αέρος από τις εκπομπές των οχημάτων με κινητήρα (Κείμενο που παρουσιάζει ενδιαφέρον για τον ΕΟΧ) (L ) Οδηγία 001/81/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 3ης Οκτωβρίου 001, σχετικά με εθνικά ανώτατα όρια εκπομπών για ορισμένους ατμοσφαιρικούς ρύπους (L ) Οδηγία 001/80/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 3ης Οκτωβρίου 001, για τον περιορισμό των εκπομπών στην ατμόσφαιρα ορισμένων ρύπων (L ) Οδηγία 001/7/ΕΚ της Επιτροπής, της 10ης Απριλίου 001, για την προσαρμογή στην τεχνική πρόοδο της οδηγίας 88/77/EΟΚ του Συμβουλίου για την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά των εκπομπών αερίων και σωματιδιακών ρύπων από τους κινητήρες ανάφλεξης με συμπίεση που χρησιμοποιούνται σε οχήματα, καθώς και κατά των εκπομπών αερίων ρύπων από κινητήρες επιβαλλόμενης ανάφλεξης που τροφοδοτούνται με φυσικό αέριο ή υγραέριο και χρησιμοποιούνται σε οχήματα (Κείμενο που παρουσιάζει ενδιαφέρον για τον ΕΟΧ) (L ) Οδηγία 001/1/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της ας Ιανουαρίου 001, για τροποποίηση της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ του Συμβουλίου σχετικά με μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της ρύπανσης του αέρα από τις εκπομπές των μηχανοκίνητων οχημάτων (L ) Οδηγία 000/5/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της ας Μαΐου 000, σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά των εκπομπών ρυπογόνων αερίων και σωματιδίων από κινητήρες προοριζόμενους για την πρόωση γεωργικών ή δασικών ελκυστήρων, και για την τροποποίηση της οδηγίας 74/150/ΕΟΚ του Συμβουλίου (L ) Οδηγία 1999/10/ΕΚ της Επιτροπής, της 15ης Δεκεμβρίου 1999, σχετικά με την προσαρμογή στην τεχνική πρόοδο της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ του Συμβουλίου όσον αφορά τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της ρύπανσης του αέρα από τις εκπομπές των οχημάτων με κινητήρα (Κείμενο που παρουσιάζει ενδιαφέρον για τον ΕΟΧ) (L ) Οδηγία 1999/96/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 13ης Δεκεμβρίου 1999 για την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά των εκπομπών αερίων και σωματιδιακών ρύπων από τους κινητήρες ανάφλεξης με συμπίεση που χρησιμοποιούνται σε οχήματα, καθώς και κατά των εκπομπών αερίων ρύπων από κινητήρες επιβαλλόμενης ανάφλεξης που τροφοδοτούνται με φυσικό αέριο ή υγραέριο και χρησιμοποιούνται σε Παπαδόπουλος Αντώνιος 19

130 οχήματα, και σχετικά με την τροποποίηση της οδηγίας 88/77/ΕΟΚ (L ) Οδηγία 1999/30/ΕΚ του Συμβουλίου της ας Απριλίου 1999 σχετικά με τις οριακές τιμές διοξειδίου του θείου, διοξειδίου του αζώτου και οξειδίων του αζώτου, σωματιδίων και μολύβδου, στον αέρα του περιβάλλοντος (L ) Οδηγία 1999/13/ΕΚ του Συμβουλίου της 11ης Μαρτίου 1999 για τον περιορισμό των εκπομπών πτητικών οργανικών ενώσεων που οφείλονται στη χρήση οργανικών διαλυτών σε ορισμένες δραστηριότητες και εγκαταστάσεις (L ) Οδηγία 1998/77/ΕΚ της Επιτροπής της ας Οκτωβρίου 1998 για την προσαρμογή στην τεχνική πρόοδο της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ του Συμβουλίου σχετικά με την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών όσον αφορά τα μέτρα που επιβάλλεται να ληφθούν για την καταπολέμηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από εκπομπές μηχανοκινήτων οχημάτων (Κείμενο που παρουσιάζει ενδιαφέρον για τον ΕΟΧ) (L ) Οδηγία 1998/69/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 13ης Οκτωβρίου 1998 σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από τις εκπομπές των οχημάτων με κινητήρα και με την τροποποίηση της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ του Συμβουλίου (L ) Οδηγία 1996/69/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 8ης Οκτωβρίου 1996 για τροποποίηση της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ για την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της ρύπανσης του αέρα από τις εκπομπές οχημάτων με κινητήρα (L ) Οδηγία 1996/6/ΕΚ του Συμβουλίου της 7ης Σεπτεμβρίου 1996 για την εκτίμηση και τη διαχείριση της ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος (L ) Οδηγία 1996/61/ΕΚ του Συμβουλίου της 4ης Σεπτεμβρίου 1996 σχετικά με την ολοκληρωμένη πρόληψη και έλεγχο της ρύπανσης (L ) Οδηγία 1996/44/ΕΚ της Επιτροπής της 1ης Ιουλίου 1996 για την προσαρμογή στην τεχνική πρόοδο της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ του Συμβουλίου σχετικά με την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών σχετικά με τα προς λήψη μέτρα κατά της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από τις εκπομπές μηχανοκινήτων οχημάτων (Κείμενο που παρουσιάζει ενδιαφέρον για τον ΕΟΧ) (L ) Οδηγία 1996/1/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της ας Ιανουαρίου 1996 για την τροποποίηση της οδηγίας 88/77/ΕΟΚ για την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά των εκπομπών αερίων και σωματιδιακών ρύπων από ντηζελοκινητήρες προοριζόμενους να τοποθετηθούν σε οχήματα (L ) Οδηγία 1994/67/ΕΚ του Συμβουλίου της 16ης Δεκεμβρίου 1994 για την αποτέφρωση των επικίνδυνων αποβλήτων (L ) Οδηγία 1994/66/ΕΚ του Συμβουλίου της 15ης Δεκεμβρίου 1994 για τροποποίηση της οδηγίας 88/609/ΕΟΚ για τον περιορισμό των εκπομπών στην ατμόσφαιρα ορισμένων ρύπων από μεγάλες εγκαταστάσεις καύσης (L ) Παπαδόπουλος Αντώνιος 130

131 Οδηγία 1994/63/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 0ής Δεκεμβρίου 1994 για τον έλεγχο των εκπομπών πτητικών οργανικών ουσιών (VOC) που προέρχονται από την αποθήκευση βενζίνης και τη διάθεσή της από τις τερματικές εγκαταστάσεις στους σταθμούς διανομής καυσίμων (L ) Οδηγία 1994/1/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 3ης Μαρτίου 1994 περί των μέτρων που πρέπει να ληφθούν κατά της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από τις εκπομπές των οχημάτων με κινητήρα και περί τροποποίησης της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ (L ) Οδηγία 1993/59/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 8ης Ιουνίου 1993 για την τροποποίηση της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ για την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της ρύπανσης του αέρα από τις εκπομπές των οχημάτων με κινητήρα (L ) Οδηγία 199/11/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 15ης Δεκεμβρίου 199 για τον καθορισμό των διαδικασιών εναρμόνισης των προγραμμάτων περιορισμού της ρύπανσης που προκαλούν τα απόβλητα της βιομηχανίας διοξειδίου του τιτανίου, με προοπτική την εξάλειψή της (L ) Οδηγία 199/7/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 1ης Σεπτεμβρίου 199 σχετικά με την ατμοσφαιρική ρύπανση από το όζον (L ) Οδηγία 1991/54/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 1ης Οκτωβρίου 1991 για την τροποποίηση της οδηγίας 88/77/ΕΟΚ για την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά των εκπομπών αερίων ρύπων από ντηζελοκινητήρες προοριζόμενους να τοποθετηθούν σε οχήματα (L ) Οδηγία 1991/441/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 6ης Ιουνίου 1991 για την τροποποίηση της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ σχετικά με την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών για τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της ρύπανσης του αέρα από τις εκπομπές οχημάτων με κινητήρα (L ) Οδηγία 1989/458/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 18ης Ιουλίου 1989 για την τροποποίηση, όσον αφορά τα ευρωπαϊκά πρότυπα εκπομπής για αυτοκίνητα κυβισμού μικρότερου των cm3, της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ περί προσεγγίσεως των νομοθεσιών των κρατών μελών σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από εκπομπές οχημάτων με κινητήρα (L ) Οδηγία 1989/49/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 1ης Ιουνίου 1989 σχετικά με τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης που προκαλείται από τις νέες εγκαταστάσεις καύσης αστικών απορριμμάτων (L ) Οδηγία 1989/47/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 1ης Ιουνίου 1989 που τροποποιεί την οδηγία 80/779/ΕΟΚ για τις οριακές τιμές και τις καθοδηγητικές τιμές ποιότητας της ατμόσφαιρας για το διοξείδιο του θείου και τα αιωρούμενα σωματίδια (L ) Οδηγία 1989/369/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 8ης Ιουνίου 1989 σχετικά με την πρόληψη της ατμοσφαιρικής ρύπανσης που προκαλείται από τις νέες εγκαταστάσεις καύσης αστικών απορριμμάτων (L ) Παπαδόπουλος Αντώνιος 131

132 Οδηγία 1988/609/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 4ης Νοεμβρίου 1988 για τον περιορισμό των εκπομπών στην ατμόσφαιρα ορισμένων ρύπων από μεγάλες εγκαταστάσεις καύσης (L ) Οδηγία 1988/436/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 16ης Ιουνίου 1988 για την τροποποίηση της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ περί προσέγγισης των νομοθεσιών των κρατών μελών οι οποίες αφορούν τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της μόλυνσης του αέρος από τα αέρια που προέρχονται από κινητήρες με τους οποίους είναι εφοδιασμένα τα οχήματα με κινητήρα (Περιορισμός των εκπομπών ρυπογόνων σωματιδίων από τους κινητήρες ντήζελ) (L ) Οδηγία 1988/76/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 3ης Δεκεμβρίου 1987 για την τροποποίηση της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ για την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών όσον αφορά τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της μόλυνσης του αέρος από τα αέρια που προέρχονται από τους κινητήρες οχημάτων (L ) Οδηγία 1985/406/ΕΟΚ της Επιτροπής της 11ης Ιουλίου 1985 για την προσαρμογή στην τεχνολογική πρόοδο της οδηγίας 84/533/ΕΟΚ του Συμβουλίου σχετικά με την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών που αφορούν την επιτρεπτή στάθμη ακουστικής ισχύος των μηχανοκίνητων αεροσυμπιεστών (L ) Οδηγία 1985/03/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 7ης Μαρτίου 1985 σχετικά με τις προδιαγραφές ποιότητας του αέρα για το διοξείδιο του αζώτου (L ) Οδηγία 1984/360/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 8ης Ιουνίου 1984 σχετικά με την καταπολέμηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από βιομηχανικές εγκαταστάσεις (L ) Οδηγία 1983/351/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 16ης Ιουνίου 1983 για την τροποποίηση της οδηγίας 70/0/ΕΟΚ περί προσέγγισης των νομοθεσιών των κρατών μελών αφορούσαν τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά της μόλυνσης του αέρος από τα αέρια που προέρχονται από κινητήρες με επιβαλλόμενη ανάφλεξη με τους οποίους είναι εφοδιασμένα τα οχήματα με κινητήρα (L ) Οδηγία 198/884/EOK του Συμβουλίου της 3ης Δεκεμβρίου 198 για την οριακή τιμή του μολύβδου που περιέχεται στην ατμόσφαιρα (L ) Οδηγία 1981/857/EOK του Συμβουλίου της 19ης Οκτωβρίου 1981 περί προσαρμογής, λόγω της προσχωρήσεως της Ελλάδος, της οδηγίας 80/779/EOK περί των οριακών τιμών και των ενδεικτικών τιμών της ποιότητας της ατμόσφαιρας για το διοξείδιο του θείου και το αιωρούμενα σωματίδια (L ) Οδηγία 1980/779/EOK του Συμβουλίου της 15ης Ιουλίου 1980 περί των οριακών τιμών και των ενδεικτικών τιμών της ποιότητος της ατμοσφαίρας για το διοξείδιο του θείου και τα αιωρούμενα σωματίδια (L ) Παπαδόπουλος Αντώνιος 13

133 6. Η Ελληνική νομοθεσία και η εναρμόνισης της με το νομοθετικό Πλαίσιο της Ε.Ε. σχετικά με την την προστασία της ατμόσφαιρας 6.1. Εισαγωγή Η οικονομική ανάπτυξη ιδιωτών και κράτους, οφείλει να έχει ως όριο την επιτακτική ανάγκη να προστατευθεί το φυσικό περιβάλλον και η πολιτιστική κληρονομιά. Η δεοντολογική αυτή συνάδει με τις αρχές της Αειφόρου Ανάπτυξης και στηρίζεται σε επιστημονικές διαπιστώσεις που επιβάλλουν την ταχεία λήψη νομοθετικών και διοικητικών μέτρων για την προστασία της φύσης από την οικονομική δράση των ανθρώπων. Στην Ελλάδα οι Συνταγματικές Διατάξεις μέχρι το έτος 1974, δεν αντιμετώπιζαν ευθέως το ζήτημα της προστασίας του περιβάλλοντος. Ρύθμιζαν εμμέσως τα συναφή ζητήματα και διακρίνονταν για την προσήλωσή τους στην προστασία του ανθρώπου. Κατ ακολουθία, η συνταγματική θεμελίωση κανόνων για την προστασία του περιβάλλοντος, μπορούσε να πραγματοποιηθεί μόνο βάσει των γενικών διατάξεων για την προστασία της υγείας και της ζωής, δηλαδή της οντότητας των ατόμων. Με το πέρασμα των χρόνων, όπου η έντονη βιομηχανική και τεχνολογική ανάπτυξη όξυνε ιδιαίτερα τα περιβαλλοντικά προβλήματα, συμπεριλήφθηκαν στο ισχύον Σύνταγμα ειδικές και γενικές διατάξεις, με τις οποίες καθιερώθηκε η υποχρέωση του Κράτους να λαμβάνει μέτρα αποτελεσματικά για τη διαφύλαξη του περιβάλλοντος, αλλά και οι πολίτες να οφείλουν να προστατεύουν κατά περίπτωση. Σήμερα, το σοβαρό έλλειμμα αποτελεσματικής εφαρμογής της περιβαλλοντικής νομοθεσίας έχει πλέον αναδειχθεί σε έναν από τους βασικότερους παράγοντες συνεχούς υποβάθμισης της ποιότητας του περιβάλλοντος στην Ελλάδα. Παρ όλα αυτά, μέχρι σήμερα δεν έχει γίνει καμία προσπάθεια συνολικής αποτίμησης της κατάστασης και της πορείας εφαρμογής της περιβαλλοντικής νομοθεσίας στην Ελλάδα, ώστε να υπάρχει μια πλήρης εικόνα του προβλήματος και να είναι εφικτή μια ολοκληρωμένη προσέγγιση για την τεκμηρίωση υλοποιήσιμων προτάσεων. Για το λόγο αυτό, κρίνεται επιτακτική η αποτίμηση της εφαρμογής της περιβαλλοντικής νομοθεσίας στην Ελλάδα, ο εντοπισμός των προβλημάτων που τη δυσχεραίνουν και η τεκμηρίωση προτάσεων για τη βελτίωση της κατάστασης. Σημαντικό εργαλείο για την αποτίμηση της παραπάνω κατάστασης, αποτελεί η έρευνα του WWF Ελλάς, η οποία απεστάλλει σε 9 σχετικούς φορείς στην Ελλάδα, όπως το Υπουργείο Περιβάλλοντος, Χωροταξίας και Δημοσίων Έργων (Υ.ΠΕ.ΧΩ.ΔΕ.), η Ειδική Υπηρεσία Επιθεωρητών Περιβάλλοντος (Ε.Υ.Ε.Π.), Διευθύνσεις Περιβάλλοντος Νομαρχιών και Δασαρχεία. Για την κατάσταση εφαρμογής της περιβαλλοντικής νομοθεσίας και ειδικά αυτής που διέπει τα ζητήματα ατμοσφαιρικής ρύπανσης, εξετάζονται ο βαθμός ενσωμάτωσης της αντίστοιχης διεθνούς και Κοινοτικής Νομοθεσίας, η σαφήνεια και λειτουργικότητα της, η ύπαρξη καταγγελλόμενων παραβάσεων (είτε προς και από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή είτε από στοιχεία δικαστηρίων), ο συντονισμός τω αρμόδιων υπηρεσιών, η ύπαρξη χρηματοδοτήσεων και η διάθεση επαρκούς πληροφόρησης προς το κοινό. Παπαδόπουλος Αντώνιος 133

134 6.. Το ευρύτερο θεσμικό πλαίσιο Το Σύνταγμα της Ελλάδας περιέχει σαφέστατη επιταγή για την προστασία του περιβάλλοντος ως κοινού αγαθού. Στο άρθρο 4 του Συντάγματος του 001 αναφέρονται μεταξύ άλλων τα εξής: «1. Η προστασία του φυσικού και πολιτιστικού περιβάλλοντος αποτελεί υποχρέωση του Κράτους και δικαίωμα του καθενός. Για τη διαφύλαξη του το Κράτος έχει υποχρέωση να παίρνει ιδιαίτερα προληπτικά ή κατασταλτικά μέτρα στο πλαίσιο της αρχής την αειφορίας.» Βασικός ελληνικός νόμος για το περιβάλλον είναι ο Νόμος 1650/1986 «για την προστασία του περιβάλλοντος». Σκοπός αυτού του νόμου-πλαίσιο για το περιβάλλον, «είναι η θέσπιση θεμελιωδών κανόνων και η καθιέρωση κριτηρίων και μηχανισμών για την προστασία του περιβάλλοντος έτσι ώστε ο άνθρωπος, ως άτομο και ως μέλος του κοινωνικού συνόλου να ζει σε ένα υψηλής ποιότητας περιβάλλον μέσα στο οποίο να προστατεύεται η υγεία του και να ευνοείται η ανάπτυξη της προσωπικότητάς του. Η προστασία του περιβάλλοντος, θεμελιώδες και αναπόσπαστο μέρος της πολιτιστικής και αναπτυξιακής διαδικασίας και πολιτικής, υλοποιείται κύρια μέσα από το δημοκρατικό προγραμματισμό». Ο Νόμος 1650/1986, ο οποίος αποτέλεσε ένα μεγάλο βήμα εκσυγχρονισμού του ελληνικού θεσμικού πλαισίου για την προστασία του περιβάλλοντος, αν και στερείτο συστηματικής προσέγγισης του αντικειμένου. Δυστυχώς όμως, έμεινε σε μεγάλο μέρος του ανεφάρμοστος. Επίσης, η προστασία του περιβάλλοντος και η ενσωμάτωση του στις επί μέρους πολιτικές αποτελεί βασική υποχρέωση των κρατών-μελών της Ε.Ε.. Έτσι η προστασία του περιβάλλοντος απολαμβάνει αναγνώρισης και ενσωμάτωσης στο θεσμικό πλαίσιο τόσο της Ελλάδας, όσο και των υπολοίπων κρατών-μελών της Ε.Ε.. Η προστασία και αναβάθμιση του περιβάλλοντος αποτελεί υποχρέωση της Ελλάδας, όπως αυτή εξειδικεύεται στις διάφορες, Κοινοτικές Οδηγίες και στα αντίστοιχα εθνικά νομοθετήματα. Υποχρεώσεις για την Ελλάδα πηγάζουν και από το διεθνές περιβαλλοντικό δίκαιο. Όμως, παρά την ύπαρξη μηχανισμών παρακολούθησης της συμμόρφωσης των κρατώνμελών, οι πιέσεις που μπορούν να ασκήσουν είναι περιορισμένες, καθώς οι διεθνείς σχέσεις συνεχίζουν να βασίζονται στην έννοια της εθνικής κυριαρχίας. Παρ όλα αυτά, οι διεθνείς υποχρεώσεις που επιβάλλει η κάθε περιβαλλοντική συνθήκη είθισται να λαμβάνονται σοβαρά υπόψη από τα κράτη. Επίσης, τόσο σε εθνικό επίπεδο όσο και σε επίπεδο Ευρωπαϊκής Ένωσης υπάρχει μια γενική τοποθέτηση υπέρ της συμμόρφωσης με τις διεθνείς απαιτήσεις, στόχος που επιτυγχάνεται σε διαφορετικούς βαθμούς, ανάλογα με την περίσταση. Έτσι, η Ελλάδα έχει δεσμευτεί, τουλάχιστον σε πολιτικό επίπεδο, να τηρήσει τις υποσχέσεις που εσωκλείονται στα ψηφίσματα σημαντικών διεθνών συναντήσεων, όπως της Γενικής Συνέλευσης του ΟΗΕ για τη νέα χιλιετία στην οποία συμπεριλήφθηκαν τα συμπεράσματα κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του Σημαντική είναι και η Διακήρυξη της Παγκόσμιας Συνδιάσκεψης για την Αειφόρα Ανάπτυξη καθώς και το Σχέδιο Εφαρμογής το οποίο συμφωνήθηκε στην ίδια συνδιάσκεψη, καθώς περιλαμβάνει και χρονικές και ποσοτικές δεσμεύσεις. Στην Ελλάδα, θεματοφύλακας της ορθή εφαρμογής του άρθρου 4 του Συντάγματος που αφορά το περιβάλλον και της περιβαλλοντικής νομοθεσίας, είναι το Συμβούλιο της Επικρατείας (ΣτΕ), του οποίου η νομολογία συχνά δείχνει το δρόμο για την κατάργηση συγκεκριμένων νόμων και την ανάγκη θέσπισης ολοκληρωμένων πολιτικών σχεδιασμού του χώρου και διαχείρισης του περιβάλλοντος. Στο επίπεδο του Κοινοτικού δικαίου, τελικός κριτής της εφαρμογής του είναι το Δικαστήριο των Ευρωπαϊκών Κοινοτήτων (ΔΕΚ). Παπαδόπουλος Αντώνιος 134

135 6.3. Εφαρμογή περιβαλλοντικής νομοθεσίας στην Ελλάδα Πρόσβαση σε περιβαλλοντική πληροφορία Το δικαίωμα πρόσβασης των πολιτών σε πληροφορίες σχετικές με το περιβάλλον, ουσιαστική παράμετρος της συμμετοχικής δημοκρατίας, ρυθμίζεται από το κοινωνικό και το διεθνές δίκαιο και αποτελεί υποχρέωση της χώρας. Ιδιαίτερης σημασίας είναι η Σύμβαση Aarhus για την ελεύθερη πρόσβαση στην περιβαλλοντική πληροφορία η οποία τέθηκε σε εφαρμογή το 001 και κυρώθηκε συνολική στις 17 Φεβρουαρίου 005. Η σχετική νομοθεσία στην Ελλάδα είναι προϊόν προσαρμογής του εσωτερικού δικαίου προς το κοινοτικό δίκαιο περιβάλλοντος. Η Ελλάδα ενσωμάτωσε την Οδηγία 90/313/ΕΟΚ σχετικά με την ελεύθερη πληροφόρηση για θέματα περιβάλλοντος στο εσωτερικό δίκαιο με δυο Κοινές Υπουργικές Αποφάσεις (Κ.Υ.Α.) του 1995 και του 1998, με καθυστέρηση τριών ετών από την εκπνοή της προβλεπόμενης προθεσμίας και κατόπιν πιέσεων από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή. Η προθεσμία ενσωμάτωσης της νέας Οδηγίας 003/4/ΕΚ Πρόσβαση του κοινού σε περιβαλλοντικές πληροφορίες και για την κατάργηση της Οδηγίας 90/313/ΕΟΚ του Συμβουλίου, η οποία διευρύνει το πεδίο εφαρμογής της 90/313/ΕΟΚ, ήταν η 14 η Φεβρουαρίου 005. Η Ελλάδα προσάρμοσε στην νομοθεσία της την οδηγία αυτή με το ΦΕΚ Β 37/ προκαλώντας έτσι την παραίτηση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής από την προσφυγή κατά της Ελλάδας στο ΔΕΚ (υπόθεση C-85/06) Εκτίμηση περιβαλλοντικών επιπτώσεων Ο ελληνικός νόμος Ν. 3010/00 ενσωματώνει στο εθνικό δίκαιο την Οδηγία 97/11/ΕΚ μαζί με την οδηγία 96/61/ΕΚ <<σχετικά με την ολοκληρωμένη πρόληψη και έλεγχο της ρύπανσης>>, τροποποιώντας τα αντίστοιχα άρθρα του Ν. 1650/1986 <<για το περιβάλλον>>. Η Ελλάδα καθυστέρησε τρία χρόνια να ενσωματώσει την Οδηγία 97/11/ΕΚ στο εθνικό δίκαιο. Έτσι επιχείρησε με τον ίδιο νόμο, τον 3010/00 (ΦΕΚ-91 Α ), την ενσωμάτωση δυο οδηγιών, της 97/11/ΕΚ και της 96/61/ΕΚ, για καθυστέρηση ενσωμάτωσης της οποίας η Ελλάδα είχε επίσης καταδικαστεί από το ΔΕΚ. Η οδηγία 001/4/ΕΚ <<Στρατηγική εκτίμηση περιβαλλοντικών επιπτώσεων ορισμένων σχεδίων και προγραμμάτων>>, η οποία έθετε ως προθεσμία εναρμόνισης την 1 η Ιουλίου προσαρμόστηκε στο εθνικό δίκαιο με καθυστέρηση δυο ετών με την Κοινή Υπουργική Απόφαση ΚΥΑ (ΦΕΚ Β 15/ ). Η καθυστέρηση αυτή προκάλεσε την παραπομπή της Ελλάδας στο ΔΕΚ (υπόθεση C-68/06), η οποία όμως με τη δημοσίευση σε ΦΕΚ της ΚΥΑ ενσωμάτωσης προκάλεσε την παραίτηση της Επιτροπής από την προσφυγή. Η ΚΥΑ ενσωμάτωσης, όμως, δεν αντανακλά την πολιτική σημασία της οδηγίας ΣΠΕ (Στρατηγική Περιβαλλοντική Εκτίμηση) για την ουσιαστική ενσωμάτωση του περιβάλλοντος στον σχεδιασμό έργων και προγραμμάτων, αλλά την αντιμετωπίζει ως μια τυπική διαδικασία που μάλλον θα επιβαρύνει παρά θα διευκολύνει τη διαδικασία περιβαλλοντικής αδειοδότησης των παρεμβάσεων που εμπίπτουν στις διατάξεις της. Τα βασικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζει η ΚΥΑ είναι τα εξής: Ελλιπής συνάρθρωση με τις διαδικασίες έγκρισης σχεδίων που προβλέπει η υπόλοιπη περιβαλλοντική νομοθεσία Περιορισμένες διαδικασίες διαβούλευσης Περιορισμένο πεδίο εφαρμογής Παπαδόπουλος Αντώνιος 135

136 Εφαρμογή διατάξεων που αφορούν την ατμοσφαιρική ρύπανση Αναφορικά με την ατμοσφαιρική ρύπανση, η σχετική νομοθεσία της Ελλάδας, απορρέει από τις υποχρεώσεις της έναντι της Σύμβασης Πλαισίου των Ηνωμένων Εθνών για τις Κλιματικές Αλλαγές (199), του Πρωτόκολλου του Κιότο (1997) και του Κοινοτικού δικαίου για τις κλιματικές αλλαγές και την ατμοσφαιρική ρύπανση. Μετά από κοινή απόφαση (Απόφαση 00/358/ΕΚ) της Ευρωπαϊκής Ένωσης, η Ελλάδα κύρωσε το Πρωτόκολλο με τον Ν. 3017/00 (ΦΕΚ Α 117/00) τον Μάιο του 00. Για την επίτευξη του κοινού στόχου του Πρωτοκόλλου, τα 15 κράτη-μέλη της Ένωσης οφείλουν να μειώσουν συλλογικά τις εκπομπές τους κατά 8% σε σύγκριση με το Βάσει διακανονισμού, κάθε κράτος μέλος αναλαμβάνει συγκεκριμένες δεσμεύσεις. Στην Ελλάδα δίνεται η δυνατότητα να αυξήσει την εκπομπή ρύπων ως και 5% μέχρι το 010. Η οδηγία 003/87/ΕΚ <<σχετικά με τη θέσπιση συστήματος για την εμπορία των δικαιωμάτων εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στην Ευρωπαϊκή Κοινότητα>> αποτελεί ένα από τα βασικά μέτρα που έχει λάβει η Ευρωπαϊκή Ένωση για την εκπλήρωση των στόχων του Πρωτοκόλλου του Κιότο. Η οδηγία προβλέπει την σύνταξη Εθνικού Σχεδίου Κατανομής Δικαιωμάτων Εκπομπών (ΕΣΚΔΕ) που καθορίζει τη συνολική ποσότητα εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα που θα διατεθούν στις επιχειρήσεις και θα ενταχθούν στο σύστημα εμπορίας. Προβλέπει επίσης τη δημιουργία και λειτουργία ενός εσωτερικού συστήματος εμπορίας δικαιωμάτων εκπομπής αερίων που συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Για τη μη των στόχων προβλέπονται αυστηρά πρόστιμα ή υποχρέωση <<αγοράς>> επιπρόσθετων δικαιωμάτων εκπομπής ρύπων από άλλες χώρες. Μέχρι το τέλος του 007, το σύστημα εμπορίας καλύπτει μόνο εκπομπές CO, του κυριότερου αερίου του θερμοκηπίου, από μεγάλες σταθερές πηγές. Οι προδιαγραφές αυτές καλύπτουν εγκαταστάσεις στην Ε.Ε. των κρατών-μελών, από τις οποίες 141 βρίσκονται στην Ελλάδα. Η οδηγία 003/87/ΕΚ ενσωματώνεται στην Ελληνική Νομοθεσία με το ΦΕΚ αριθμ. 1931/ Από τα δεδομένα για τον πρώτο κύκλο συμμόρφωσης προκύπτει ότι όταν εξέπνευσε η αντίστοιχη προθεσμία στις 30 Απριλίου 006, περίπου εγκαταστάσεις είχαν ανταποκριθεί στις υποχρεώσεις τους για υποβολή εκθέσεων σχετικά με τις εκπομπές του κατά το 005. Οι εν λόγω εγκαταστάσεις αντιπροσωπεύουν ποσοστό μεγαλύτερο του 99% των δικαιωμάτων εκπομπής που είχαν κατανεμηθεί στις εγκαταστάσεις των 1 κρατών μελών που διέθεταν στις 30 Απριλίου 006 εν λειτουργία ηλεκτρονικά μητρώα. Από την ανεξάρτητη εξακρίβωση των δεδομένων προέκυψε ότι οι εκπομπές αερίων θερμοκηπίου ήσαν χαμηλότερες των αναμενόμενων. Στο βαθμό που αυτό αντανακλά το γεγονός ότι ορισμένες εταιρείες μείωσαν τις εκπομπές του ήδη κατά το πρώτο έτος εφαρμογής του ΕΣΚΕΔΕ, η εν λόγω εξέλιξη πρέπει να θεωρηθεί θετική. Αντίθετα, στο βαθμό που το φαινόμενο αυτό αντανακλά την υπερεκτίμηση των εκπομπών αναφοράς, σημαίνει ότι οι θετικές περιβαλλοντικές συνέπειες του συστήματος κατά την πρώτη περίοδο θα είναι μικρότερες τόσο των δυνατών, όσο και των αναγκαίων για την δέουσα αντιμετώπιση της αλλαγής του κλίματος. Δεν πρόκειται για φαινόμενο άνευ προηγουμένου όσον αφορά το αρχικό στάδιο ενός συστήματος εμπορίας εκπομπών: ανάλογα φαινόμενα σημειώθηκαν και στις Ηνωμένες Πολιτείες όταν άρχισε το αντίστοιχο σύστημα για το διοξείδιο του θείου. Τα κράτη μέλη είχαν την υποχρέωση να υποβάλλουν εθνικά σχέδια κατανομής των δικαιωμάτων εκπομπής για την περίοδο στην Επιτροπή έως τις 30 Ιουνίου 006, και τα αποτελέσματα του πρώτου κύκλου συμμόρφωσης συμβάλλουν στη διαμόρφωση ενός στέρεου και διαφανούς υπόβαθρου για τα εν λόγω σχέδια. Για να εξασφαλισθεί η τήρηση των διατάξεων της οδηγίας και των άρθρων 87 και 88 της συνθήκης ΕΚ, η αυστηρότητα των εν λόγω εθνικών σχεδίων κατανομής για την περίοδο θα Παπαδόπουλος Αντώνιος 136

137 πρέπει να βασιστεί στα συνολικά και επαληθευμένα δεδομένα εκπομπής για το 005, στην τήρηση των δεσμεύσεων που έχουν αναλάβει τα κράτη μέλη βάσει του Πρωτοκόλλου του Κιότο και σε άλλα κριτήρια διανομής. Όλα τα εθνικά σχέδια κατανομής για την πρώτη περίοδο εμπειρίας έχουν πλέον ολοκληρωθεί και τα αντίστοιχα μητρώα έχουν ενεργοποιηθεί σε όλα τα κράτη μέλη. Καθ όλη τη διάρκεια του πρώτου σταδίου οι αρμόδιες αρχές και οι συμμετέχουσες εταιρείες αποκόμισαν πολύτιμα μαθήματα τα οποία θα μας επιτρέψουν να προπαρασκευαστούμε αρτιότερα για την περίοδο εμπορίας και θα τροφοδοτήσουν εποικοδομητικά την όλη διαδικασία επανεξέτασης. Η Τελευταία επίσημη εθνική απογραφή εκπομπών/απορροφήσεων αερίων του θερμοκηπίου (έκθεση και πίνακες αναφοράς των υπολογιζόμενων εκπομπών) υποβλήθηκε τον Φεβρουάριο του 006 στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή και στη Γραμματεία της Σύμβασης Πλαίσιο των Ηνωμένων Εθνών για την Κλιματική Αλλαγή και καλύπτει την περίοδο Τα αποτελέσματα της απογραφής εκπομπών/απορροφήσεων για την περίοδο παρουσιάζονται στον πίνακα παρακάτω. Παπαδόπουλος Αντώνιος 137

138 Πίνακας Εκπομπές 8176, , ,17 886, , , , , , , , , , , ,69 Βιομηχανικές διεργασίες 8845, ,96 874,3 9409,91 985, ,86 130, , , , , , ,5 1394, ,91 Διαλύτες 169,71 175,78 17,84 170,1 163, 154,65 15,16 153,07 15,39 159,96 157,33 154,67 155,1 155,50 155,87 Γεωργία 13519, , , , , , , ,8 134,4 1364,7 1357, ,8 1079, , ,71 Απόβλητα 4445, ,1 4457,09 449, ,4 4433, , , , , ,16 348,3 3391, ,09 361,83 Σύνολο 10874, , , , , , , , ,1 1679, , , , , ,01 ΧΓΑΧΓΔ -3193,7-3567,97-991, , , , ,7-3905,6-3453,0-445,74-958,93-598, ,1-558,53-540,3 Β. Εκπομπές / Απορροφήσεις αερίων του θερμοκηπίου ανά αέριο (χωρίς ΧΓΑΧΓΔ) CO 84313, ,76 854, , , ,1 896, , , , , , , , ,16 CH 9119, ,30 913,0 9098, , , ,6 999, ,51 918, ,41 856,50 855, ,6 841,0 NO 14113, , , , , , ,6 1337, , , , , ,9 1351, , HFC 935, ,8 908, ,65 143,93 341, , ,86 513,38 613,37 58,43 503,33 597, , ,43 PFC 57,6 57,56 5,30 15,59 93,6 8,97 71,74 165,34 03,75 131,7 148,38 91,38 88,33 77,30 71,71 SF 3,07 3,16 3,6 3,35 3,45 3,59 3,68 3,73 3,78 3,87 3,99 4,06 4,5 4,5 4,47 Σύνολο 10874, , , , , , , , , 1679, , , , , ,01 Γ. Επομπές / Απορροφήσεις αερίων του θερμοκηπίου από ΧΓΑΧΓΔ CO -348,0-3596, , , ,4-4406, , -3957, ,8-4436, ,90-533, , , ,5 CH 49,87 5,48 75,40 66,35 6,5 34,76 1,75 46,65 15,11 9,71 166,10,88 3,0 4,48 11,08 NO 5,06,59 7,65 6,73 6,3 3,53,1 4,73 1,70 0,99 16,86,3 0,33 0,45 1,1 Σύνολο -3193,7-3567,97-991, , , , ,6-3905,6-3453,01-445,73-958,94-598, ,0-558,53-540,3 Παπαδόπουλος Αντώνιος 138

139 Σύμφωνα με την Απόφαση 00/358/ΕΚ για την έγκριση εξ ονόματος της Ευρωπαϊκής Κοινότητας του Πρωτοκόλλου του Κιότο και την από κοινού τήρηση των σχετικών δεσμεύσεων, η Ελλάδα δεσμεύεται για τον περιορισμό της αύξησης των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου κατά την περίοδο στο 5% σε σχέση με τις εκπομπές του έτους βάσης. Ως έτος βάσης για τις εκπομπές CO,CH 4 και N O λαμβάνεται το 1990, ενώ για τα F-gases ( PFCs, HFCs, SF6 ) λαμβάνεται το Δεδομένου ότι ο τομέας Χρήσεις Γης, Αλλαγές Χρήσεων Γης και Δασοπονία (ΧΓΑΧΓΔ) το 1990 ήταν καταβόθρα εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, οι σχετικές απορροφήσεις αερίων του θερμοκηπίου από τον τομέα αυτό δεν λαμβάνονται υπόψη στον υπολογισμό της Καταλογιζόμενης Ποσότητας Εκπομπών της χώρα για την πρώτη περίοδο δέσμευσης του Πρωτοκόλλου (008-01) σύμφωνα με το άρθρο 3.7 του Πρωτοκόλλου. Έτσι, οι εκπομπές βάσης για την Ελλάδα υπολογίζονται σε t CO eq. Οι συνολικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου στην Ελλάδα το 004 (χωρίς εκπομπές (χωρίς τις εκπομπές/απορροφήσεις από τον τομέα ΧΓΑΧΓΔ) έχουν αυξηθεί κατά 3,9% σε σχέση με τις εκπομπές βάσης. Η καταλογιζόμενη Ποσότητα Εκπομπών της χώρας για την πρώτη περίοδο δέσμευσης του Πρωτοκόλλου (008-01) - ή, με άλλα λόγια, οι επιτρεπόμενες συνολικές εκπομπές αερίων θερμοκηπίου στην Ελλάδα κατά την πενταετία αυτήν υπολογίζονται από τις εκπομπές βάσης της χώρας και σε συνδυασμό με τον ποσοστιαίο στόχο περιορισμού των εκπομπών (5% ως προς τις εκπομπές βάσης). Συγκεκριμένα, με βάση τα παραπάνω, οι συνολικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου στην Ελλάδα κατά την περίοδο δεν θα πρέπει να υπερβαίνουν τους t CO eq (δηλαδή 5 x 1,5 εκπομπές βάσης). Για την διευκόλυνση των υπολογισμών στη συνέχεια, έχει θεωρηθεί ότι ο στόχος περιορισμού των εκπομπών (5%) σε ετήσια βάση για την περίοδο ανέρχεται σε t CO eq (δηλαδή 1,5 x εκπομπές βάσης). Το ο Εθνικό Πρόγραμμα για την Κλιματική Αλλαγή συντάχθηκε και υιοθετήθηκε το 00 (ΠΥΣ 5/7--003) και είχε ως στόχο τον προσδιορισμό μίας δέσμης πρόσθετων πολιτικών και μέτρων περιορισμού των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου προκειμένου η Ελλάδα να εκπληρώσει τις εθνικές υποχρεώσεις που απορρέουν από την εφαρμογή του Πρωτοκόλλου του Κιότο για την πρώτη περίοδο δέσμευσης (008-01) και συγκεκριμένα τον περιορισμό της αύξησης των συνολικών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στο 5% κατά την προαναφερθείσα πενταετία σε σχέση με τις εκπομπές βάσης. Οι κύριες δράσεις που προβλέπονται στο ο Εθνικό Πρόγραμμα περιλαμβάνουν: Περαιτέρω διείσδυση του φυσικού αερίου σε όλους τους τομείς τελική ζήτησης και της ηλεκτροπαραγωγής, συμπεριλαμβανομένης και της συμπαραγωγής. Προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Εξοικονόμηση ενέργειας στη βιομηχανία και στον οικιακό τριτογενή τομέα. Προώθηση ενεργειακά αποδοτικών συσκευών και ενεργειακού εξοπλισμού στον οικιακό-τριτογενή τομέα. Διαρθρωτικές αλλαγές στη γεωργία και στη χημική βιομηχανία Δράσεις περιορισμού εκπομπών στις μεταφορές και στη διαχείριση απορριμμάτων. Παπαδόπουλος Αντώνιος 139

140 Το ο Εθνικό Πρόγραμμα στοχεύει στην εκπλήρωση του στόχου του Κιότο για τη χώρα με την υλοποίηση κατά βάση εγχώριων πολιτικών και μέτρων περιορισμού των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, χωρίς ταυτόχρονα να αποκλειστεί και η χρήση των ευέλικτων μηχανισμών του Πρωτοκόλλου εφόσον αυτό κριθεί αναγκαίο. Η υλοποίηση των εν λόγω πολιτικών και μέτρων προχωρά αρκετά ικανοποιητικά και επικαιροποιημένες ποσοτικές εκτιμήσεις σχετικά με την εξέλιξη εφαρμογής τους δίνονται τόσο στην 4 η Εθνική Έκθεση για την Κλιματική Αλλαγή όσο και στην Έκθεση Προόδου της χώρας μέχρι το 005 ως προς τους στόχους του Κιότο. Στο πλαίσιο εκπόνησης του ΕΣΚΔΕ επικαιροποιήθηκαν οι προβλέψεις εξέλιξης των εκπομπών του θερμοκηπίου, προκειμένου ο προσδιορισμός της συνολικής ποσότητας δικαιωμάτων εκπομπών να βασισθεί στις πλέον πρόσφατες πληροφορίες που θα απεικονίζουν με τον κατά το δυνατόν τρόπο τις αναπτυξιακές τάσεις ανά τομέα. Για την εκτίμηση της εξέλιξης των εκπομπών στον ενεργειακό τομέα χρησιμοποιήθηκε το υπολογιστικό εργαλείο ENPEP (Energy and Power Evaluation Program), ενώ στους μη ενεργειακούς τομείς οι υπολογισμού βασίσθηκαν σε προσαρμοσμένα μοντέλα τάσης, τα οποία υπολογίζουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου με βάση την εξέλιξη των δεδομένων δραστηριότητας, κατάλληλους συντελεστές εκπομπής και συγκεκριμένες παραδοχές ανά τομέα και με εφαρμογή μεθοδολογίας υπολογισμού ανά τομέα/αέριο αντίστοιχης αυτής που εφαρμόζεται στην ετήσια Απογραφή Εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Άλλες βασικές οδηγίες που θεσπίζουν οριακές τιμές για συγκεκριμένους ρύπους, οι οποίες είναι δεσμευτικές για τα κράτη-μέλη από το 005 (CO, SO, PM 10, μόλυβδος) ή από το 010 είναι η 1996/6/ΕΚ «για την εκτίμηση και διαχείριση της ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος» έχει συμπληρωθεί η οποία έχει συμπληρωθεί με τις οδηγίες 1999/30/ΕΚ «για τις οριακές τιμές διοξειδίου του θείου, οξειδίων του αζώτου, σωματιδίων και μολύβδου, στον αέρα του περιβάλλοντος (ενσωμάτωση με την ΠΥΣ 34/00- ΦΕΚ 15/Β/5-6-00), 000/69/ΕΚ «για τις οριακές τιμές βενζολίου και μονοξειδίου του άνθρακα στον αέρα του περιβάλλοντος» (ενσωμάτωση με την ΚΥΑ 938/004) και 00/3/ΕΚ «σχετικά με το όζον στον ατμοσφαιρικό αέρα». Η οδηγία 00/3/ΕΚ «σχετικά με το όζον στον περιβάλλοντα αέρα» έχει ως στόχο τον καθορισμό μακροπρόθεσμων μέτρων αλλά και τιμές ορίων για τις συγκεντρώσεις όζοντος στο ατμοσφαιρικό περιβάλλον, βάσει κατευθυντήριων γραμμών από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας. Επίσης υποχρεώνει τα κράτη-μέλη να ενημερώνουν τους πολίτες για τις συγκεντρώσεις όζοντος και κυρίως να τους προειδοποιεί να μείνουν στα σπίτια τους και να έχουν κλειστά τα παράθυρα όταν οι συγκεντρώσεις όζοντος στα χαμηλά ατμοσφαιρικά στρώματα (αιθαλομίχλη) φθάνουν τα όρια συναγερμού, καθώς επίσης να λαμβάνουν μέτρα για τη μείωση της συγκέντρωσης του όζοντος, π.χ. περιορίζοντας την οδική κυκλοφορία. Παπαδόπουλος Αντώνιος 140

141 7. Η Ατμοσφαιρική ρύπανση στη Θεσσαλονίκη 7.1. Εισαγωγή Η Θεσσαλονίκη παρουσιάζει σημαντικά προβλήματα ατμοσφαιρικής ρύπανσης που συνδέονται με τις εκπομπές ρύπων από διάφορες πηγές και τη γενικότερη κλιματολογία και τοπογραφία της περιοχής. Οι όγκοι των εκπομπών είναι αναπόφευκτα σημαντικοί, αφού πρόκειται για μια πόλη που έχει ξεπεράσει τους κατοίκους, πυκνοκατοικημένη, με ελάχιστους ανοικτούς χώρους, με ένα στόλο οχημάτων της τάξεως των οχημάτων και με βιομηχανικές μονάδες εγκατεστημένες στα βόρεια και βορειοδυτικά της πόλης και σε μικρή απόσταση από τα όρια του πολεοδομικού συγκροτήματος. Οι στενοί δρόμοι με ψηλά κτίρια και με ελάχιστους ανοικτούς χώρους, συνδυασμένοι με κλιματολογικές συνθήκες άπνοιας ή ασθενών ανέμων και ταυτόχρονα απουσίας της βροχής στα δυο τρίτα των ημερών του έτους, συμβάλλουν στη συσσώρευση ρύπων στην ατμόσφαιρα. Η σημαντική ηλιοφάνεια που υπάρχει καθ όλη τη διάρκεια του έτους, συνδυασμένη με τις εκπομπές ρύπων και τις υπόλοιπες κλιματολογικές συνθήκες, συμβάλλει στην πραγματοποίηση ατμοσφαιρικών φωτοχημικών αντιδράσεων και στη δημιουργία φωτοχημικής ομίχλης. Η συγκριτική αξιολόγηση των μετρήσεων της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από τους σταθμούς των διάφορων φορέων δεν μπορεί να είναι αυτόματη, εξαιτίας της ανυπαρξίας συντονισμού και διαβαθμονόμησης των οργάνων μέτρησης. Πάντως, εποχιακά, οι μεγαλύτερες τιμές ρύπων εμφανίζονται κατά την ψυχρή περίοδο του έτους, γεγονός που οφείλεται στο συνδυασμό λειτουργίας των πηγών ρύπανσης με τις μετεωρολογικές συνθήκες που ευνοούν τη συσσώρευση ρύπων το χειμώνα. Έτσι, κατά τη διάρκεια της ημέρας εμφανίζονται εκτεταμένες κορυφές ρύπανσης το πρωί μέχρι το μεσημέρι και το απόγευμα μέχρι το βράδυ, που δίνουν περισσότερο την εντύπωση ενός συνεχούς «πλατώ» ρύπανσης κατά τη διάρκεια των εργάσιμων ωρών, παρά διακριτές κορυφές. Τα φαινόμενα αυτά συνδέονται τόσο με τη συγκεκριμένη λειτουργία της πόλης όσο και με τα ιδιαίτερα μετεωρολογικά χαρακτηριστικά που επικρατούν κατά τη διάρκεια της ημέρας και ευνοούν την εμφάνιση των συγκεκριμένων εξάρσεων ρύπανσης. Οι ημέρες κατά τις οποίες εμφανίζονται υπερβάσεις των καθιερωμένων ορίων ποιότητας της ατμόσφαιρας ή που γενικότερα εμφανίζονται αυξημένες τιμές ρύπων, είναι περισσότερες κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Είναι επίσης χαρακτηριστικό ότι όταν συμβαίνουν επεισόδια, αυτά συνήθως αφορούν όλη την ευρύτερη περιοχή Θεσσαλονίκης και όχι κάποια μεμονωμένη περιοχή. Στους δρόμους του πολεοδομικού συγκροτήματος, οι συνθήκες διασποράς των ρύπων δεν είναι ευνοϊκές, και οι διακυμάνσεις των τιμών των ρύπων που σχετίζονται με τα οχήματα ακολουθούν τις ίδιες πορείες με τους υπόλοιπους ρύπους. Η εμφάνιση υψηλών τιμών ρύπανσης σε δρόμους της Θεσσαλονίκης, δεν ερμηνεύεται μόνο με το κυκλοφοριακό φόρτο, αλλά αποτελεί συνδυασμό διαφόρων παραγόντων, όπως: ο κυκλοφοριακός φόρτος, οι μετεωρολογικές συνθήκες, το πλάτος της οδού, η ταχύτητα των οχημάτων, το ύψος των κτιρίων και η πυκνή δόμηση. Η εμφάνιση του φαινομένου της «οδικής χαράδρας» σε δρόμους της πόλης, καθορίζει επίσης τις εμφανιζόμενες υψηλές τιμές ρύπανσης. Από τους διάφορους συνδυασμούς παραγόντων διαμόρφωσης υψηλών τιμών ρύπων, καθοριστικό ρόλο διαδραματίζει η ύπαρξη κυκλοφοριακού φόρτου στο κρίσιμο Παπαδόπουλος Αντώνιος 141

142 χρονικό διάστημα 8.00 μ.μ π.μ., που συμπίπτει με το δωδεκάωρο άπνοιας και το χαμηλό ύψος θερμοκρασιακής αναστροφής στη Θεσσαλονίκη. Η εμφάνιση υψηλών τιμών ρύπανσης νωρίς το πρωί και ιδιαίτερα το βράδυ, καθορίζει σε σημαντικό βαθμό τις συνολικές τιμές ρύπανσης. 7.. Η πόλη της Θεσσαλονίκης Η Θεσσαλονίκη, με τουλάχιστον ένα εκατομμύριο κατοίκους, στο πολεοδομικό της συγκρότημα, αναπτύσσεται στο μύχο του Θερμαϊκού κόλπου, κατά μήκος της βορειοανατολικής ακτής του. Στα βόρεια και ανατολικά της πόλης υπάρχει μια λογο-σειρά, με υψόμετρο που κυμαίνεται από 300 μέχρι 100 μέτρα. Το κλίμα της Θεσσαλονίκης είναι τυπικά μεσογειακό, με κρύους και υγρούς χειμώνες και θερμά και ξηρά καλοκαίρια. Τα ζητήματα του περιβάλλοντος στην Ευρύτερη Περιοχή Θεσσαλονίκης, όπως και σε όλες τις αστικές περιοχές, είναι ιδιαιτέρως πολύπλοκα. Η μεγάλη συγκέντρωση πληθυσμού κάνει και τη Θεσσαλονίκη έναν σημαντικό παράγοντα που συμβάλλει στην τοπική, περιφερειακή και παγκόσμια περιβαλλοντική αλλαγή. Οι πιέσεις στο αστικό περιβάλλον προέρχονται από την αέρια ρύπανση, το θόρυβο, την κυκλοφορία, τις χρήσεις γης, αλλά και τη μεταφερόμενη ρύπανση από τους γειτονικούς νομούς ή/και γειτονικές χώρες. Παράλληλα, η αστική περιοχή είναι υπεύθυνη για την παραγωγή πιέσεων στους φυσικούς πόρους και στο περιβάλλον, όπως τα υγρά απόβλητα, τα απορρίμματα και η αέρια ρύπανση. Οι αλλαγές στην ποιότητα του αστικού περιβάλλοντος της Θεσσαλονίκης έχουν αφετηρία τα ίδια τα πρότυπα των αστικών δραστηριοτήτων: το μέγεθος της πόλης, η ίδια η δομή της και ο τρόπος ζωής αντανακλώνται, προφανώς, στη ζήτηση για γη, στη ροή πόρων και στην ποιότητα του περιβάλλοντος, φυσικού και ανθρωπογενούς. H Θεσσαλονίκη, με σημερινό πληθυσμό παραπάνω από 1 εκατομμύριο κατοίκους, είναι μια πόλη που το μέγεθός της υπερδιπλασιάστηκε σε μια περίοδο σαράντα χρόνων, από το 1961 μέχρι σήμερα. Ο πληθυσμός του Πολεοδομικού Συγκροτήματος της Θεσσαλονίκης, δηλαδή του συνεκτικού τμήματος της Ευρύτερης Περιοχής της Θεσσαλονίκης, αντιπροσωπεύει περίπου το 85%. Η συνολικά πολεοδομημένη περιοχή του ΠΣΘ ανέρχεται σε εκτάρια, μια συνεκτική κατά βάθος περιοχή με πολύ υψηλές πυκνότητες και πολύ έντονα τα προβλήματα του συνωστισμού. Παράλληλα, κυρίαρχο χαρακτηριστικό της σύγχρονης αστικής ανάπτυξης της Θεσσαλονίκης είναι η έντονη ανοικοδόμηση στην περιαστική ζώνη, τόσο εντός των πολεοδομημένων τμημάτων της, όσο και στην εκτός σχεδίου περιοχή. Γενικά, η έντονη διάχυση κατοικίας και όλων σχεδόν των οικονομικών δραστηριοτήτων στον περιαστικό χώρο αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά της δομής της πόλης με επιπτώσεις τόσο στις αστικές ροές και την ποιότητα του περιβάλλοντος, όσο και στην ίδια τη δυνατότητα διαχείρισης αυτών των επιπτώσεων. Από τα διαθέσιμα στοιχεία για τη Θεσσαλονίκη δεν μας είναι γνωστή η συμβολή της πόλης στην κατανάλωση πόρων. Ωστόσο, από τη γενική βιβλιογραφία είναι γνωστό ότι κατά μέσο όρο μια ευρωπαϊκή πόλη ενός εκατομμυρίου κατοίκων καταναλώνει κάθε μέρα τόνους ορυκτών καυσίμων, τόνους νερού και.000 τόνους τροφίμων. Όπως προκύπτει από τα στοιχεία της πρόσφατης Γενικής Κυκλοφοριακής Μελέτης, σε μια τυπική εργάσιμη ημέρα το σύνολο των μετακινήσεων (συμπεριλαμβανομένων και των μετακινήσεων πεζή με χρόνο πάνω από 10 λεπτά) ανέρχεται σε , από τις οποίες μόνο το 1/5, γίνονται με δημόσιες συγκοινωνίες, 6% πεζή και όλες οι υπόλοιπες, σε ποσοστό 73%, γίνονται με Ι.Χ. Παπαδόπουλος Αντώνιος 14

143 Το ιστορικό περιβάλλον, η έκφραση της γνώσης, των αξιών και των μορφών της πολιτιστικής ταυτότητας μιας πόλης, αποτελεί, επίσης, έναν πολύ σημαντικό και μη ανανεώσιμο πόρο για την πόλη της Θεσσαλονίκης. Η Θεσσαλονίκη και ιδιαιτέρως το ιστορικό της κέντρο παρουσιάζει έναν εξαιρετικά ενδιαφέροντα χαρακτήρα, που οφείλεται στην ιστορική συνέχεια του χώρου, στα μεμονωμένα μνημεία, στα ιστορικά σύνολα, αλλά και στις σημαντικές επεμβάσεις που υπέστη μέσα στο χρόνο. Οι πολύ υψηλοί συντελεστές δόμησης στην κεντρική περιοχή, οι υψηλές αξίες, η υψηλή ζήτηση των ακινήτων, οι νέες επενδυτικές τάσεις, η ύπαρξη ελάχιστων αδόμητων χώρων, αλλά και οι υφιστάμενες ανάγκες εξυπηρέτησης των χρηστών του κέντρου, αποτελούν παράγοντες πιέσεων στο ιστορικό περιβάλλον και, ειδικότερα, στην προστασία των ιστορικών χώρων. Η πόλη της Θεσσαλονίκης παρουσιάζει σημαντικά προβλήματα ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Αν και τα σημερινά δεδομένα δεν δείχνουν έντονες υπερβάσεις των θεσμοθετημένων ή προτεινόμενων οριακών τιμών, διαπιστώνεται ότι η ποιότητα του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος υποβαθμίζεται συνεχώς. Το μέγεθος της πόλης, οι στενοί δρόμοι, οι ελάχιστοι ανοικτοί χώροι, ο συνεχώς αυξανόμενος αριθμός οχημάτων, η εγκατάσταση βιομηχανικών μονάδων σε επαφή σχεδόν με τον πολεοδομικό ιστό, σε συνδυασμό με τις κλιματολογικές συνθήκες άπνοιας ή ασθενών ανέμων και μειωμένων βροχοπτώσεων, συμβάλλουν στη συσσώρευση ρύπων στην ατμόσφαιρα και, ειδικότερα, στο συνεχώς εξελισσόμενο φωτοχημικό νέφος και στη ρύπανση από στερεά σωματίδια και διάφορους ρύπους. Σημαντικό ρόλο στην επιδείνωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης παίζει η κυκλοφορία των οχημάτων, των οποίων ο αριθμός αυξάνεται συνεχώς Η συμβολή της κυκλοφορίας των οχημάτων στην ατμοσφαιρική ρύπανση Το σημαντικότερο πρόβλημα για τη Θεσσαλονίκη, είναι τα αιωρούμενα σωματίδια. Η κυκλοφορία των οχημάτων και ιδιαίτερα των πετρελαιοκίνητων είναι η σημαντικότερη πηγή εισπνεύσιμων αιωρούμενων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα της Ε.Π.Θ. (Ευρύτερης Περιοχής Θεσσαλονίκης) και ακολουθεί η καύση πετρελαίου στη θέρμανση και τη βιομηχανία. Είναι χαρακτηριστικό ότι, ενώ η κυκλοφορία των οχημάτων συμβάλλει στο 5% των συνολικών εκπομπών σωματιδίων στην περιοχή της Θεσσαλονίκης, είναι υπεύθυνη για το 47% περίπου τις συγκέντρωσης των σωματιδίων στον αέρα που αναπνέουν οι πολίτες στην περιοχή Κορδελιό της Δυτικής Θεσσαλονίκης και για το 60% της Πλατείας Δημοκρατίας που βρίσκεται στο κέντρο της πόλης. Γενικότερα η σημερινή κατάσταση του συστήματος μεταφορών της Θεσσαλονίκης χαρακτηρίζεται ως μη αποδεκτή. Η ραγδαία επέκταση της πόλης και των δραστηριοτήτων της, η μεγάλη άνοδος του δείκτη ιδιοκτησίας οχημάτων και οι διαρκώς αυξανόμενες ανάγκες για μετακινήσεις, την ελλειμματική έως κακή διαχείριση της υφιστάμενης υποδομής, την έλλειψη πολιτικής αστικών μεταφορών και τη συνεχιζόμενη ατολμία στη λήψη αποφάσεων και μέτρων, έχουν ως επακόλουθο την σημερινή κυκλοφοριακή ασφυξία της πόλης. Παπαδόπουλος Αντώνιος 143

144 Σχήμα 30. Το οδικό δίκτυο της Ευρύτερης Περιοχής της Θεσσαλονίκης Η κατασκευή του Μετρό, του οποίου η ολοκλήρωση αναμένεται το 013, θα δώσει μια σοβαρή εναλλακτική λύση στη μετακίνηση μέσα στη πόλη και θα βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα ζωής των κατοίκων της, διευκολύνοντας μετακινήσεις, μειώνοντας το κυκλοφοριακό και επομένως την ατμοσφαιρική ρύπανση που προκαλείται λόγω της κυκλοφορίας. Σε πρώτη φάση το έργο περιλαμβάνει 9,6 χλμ γραμμής με 13 σταθμούς, με στόχο να εξυπηρετεί επιβάτες ημερησίως. Ταυτόχρονα μελετάται η επέκταση του προς Καλαμαριά και Σταυρούπολη, μήκους 10, χλμ, με 10 επιπλέον σταθμούς. Παπαδόπουλος Αντώνιος 144

145 Σχήμα 31. Το Μετρό της Θεσσαλονίκης Συμπληρωματικό έργο στο Μετρό, ως προς την αποσυμφόρηση του κέντρου της Θεσσαλονίκης, είναι η κατασκευή της υποθαλάσσιας αρτηρίας. Πρόκειται για ένα μικρό άξονα 6,5 χλμ από τα οποία τα 4 χλμ υπόγεια, το οποίο ξεκινάει από τη δυτική είσοδο της πόλης (οδό Κωλέττη) και θα καταλήγει μέσω της λεωφόρου Μεγάλου Αλεξάνδρου στην οδό Συνδίκα. Ο κύριος κορμός της αρτηρίας θα έχει τρεις λωρίδες κυκλοφορίας ανά κατεύθυνση και έκτακτης ανάγκης. Σύμφωνα με τις μελέτες, την υποθαλάσσια αρτηρία θα χρησιμοποιούν καθημερινά περίπου οχήματα παρακάμπτοντας το κέντρο της πόλης, με αποτέλεσμα τη μείωση του κυκλοφοριακού φόρτου κατά 40% - 50% και αντίστοιχες συνέπειες στην ατμοσφαιρική ρύπανση της πόλης. Ο συνεχώς αυξανόμενος αριθμός των πάσης φύσεως οχημάτων που κυκλοφορούν, είναι η κυριότερη αιτία ατμοσφαιρικής ρύπανσης καθώς και στο υψηλό μέσο όρο ηλικίας των οχημάτων αυτών αλλά και στα κυκλοφοριακά προβλήματα. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο μέσος όρος των ΙΧ αυτοκινήτων και ελαφρών φορτηγών αγγίζει τα 1 έτη και των βαρέων οχημάτων ξεπερνά τα 17 έτη. Στα επόμενα σχήματα εμφανίζονται ορισμένα χαρακτηριστικά του στόλου των οχημάτων που κυκλοφορούν. Παπαδόπουλος Αντώνιος 145

146 Σχήμα 3. Κατανομή κυκλοφορούντων επιβατικών οχημάτων ανά ηλικία Σχήμα 33. Κατανομή κυκλοφορούντων ελαφρών φορτηγών ανά ηλικία Παπαδόπουλος Αντώνιος 146

147 Σχήμα 34. Κατανομή κυκλοφορούντων μεσαίων και βαρέων φορτηγών ανά ηλικία Σχήμα 35. Κατανομή κυκλοφορούντων λεωφορείων ανά ηλικία Παπαδόπουλος Αντώνιος 147

148 Σχήμα 36. Κατανομή κυκλοφορούντων μοτοσικλετών ανά ηλικία Τα προβλήματα που σχετίζονται με την κυκλοφορία και αποτελούν γενεσιουργές αιτίες περιβαλλοντικών πιέσεων εντοπίζονται σε αρκετά επίπεδα: Στρατηγικό επίπεδο Θέματα στρατηγικής για την οργάνωση του συστήματος μεταφορών σε επίπεδο πόλης και θέματα πολιτικής για την κυκλοφορία και τη στάθμευση των οχημάτων, αλλά και την κυκλοφορία των πεζών. Αυτό οδηγεί σε αποσπασματική μελέτη των κυκλοφοριακών θεμάτων με αντίστοιχη αποσπασματικότητα στην εφαρμογή των κάθε είδους μέτρων αντιμετώπισης των προβλημάτων. Θέματα συντονισμού χωροταξικού/πολεοδομικού και συγκοινωνιακού σχεδιασμού. Δεν συντονίζονται πάντα όλες οι παράμετροι που σχετίζονται με την κυκλοφορία και στάθμευση των οχημάτων (πολεοδομικός σχεδιασμός χρήσεις γης, συγκοινωνιακά στοιχεία, περιβαλλοντικές παράμετροι, οικονομικά στοιχεία, πληθυσμιακά στοιχεία). Επίπεδο υποδομής Έλλειψη χώρων στάθμευσης για μετεπιβίβαση, αλλά και χώρων στάθμευσης μικρής διάρκειας. Η έλλειψη των χώρων αυτών έχει σαν επακόλουθο την παράνομη στάθμευση και τελικό αποτέλεσμα την δυσλειτουργία στην κυκλοφοριακή ροή. Έλλειψη κατάλληλων χώρων υποδοχής εμπορευμάτων. Λειτουργικό επίπεδο Θέματα σχεδιασμού στη δρομολόγηση των μεταφορικών μέσων. Θέματα αξιοπιστίας στα δρομολόγια. Παπαδόπουλος Αντώνιος 148

149 Θέματα συστηματικής και συνεχούς επιτήρησης των κανόνων κυκλοφορίας και στάθμευσης. Μη τακτική παρακολούθηση των κυκλοφοριακών στοιχείων και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της εφαρμογής των κυκλοφοριακών παρεμβάσεων. Θεσμικό-οικονομικό επίπεδο Θέματα οργάνωσης και στελέχωσης των Ο.Τ.Α. σε συγκοινωνιακά θέματα. Αλληλοεπικάλυψη αρμοδιοτήτων μεταξύ των αρμόδιων φορέων και θέματα συντονισμού μεταξύ τους Η συμβολή της βιομηχανίας στην ατμοσφαιρική ρύπανση Η Θεσσαλονίκη, όπως και όλες οι πόλεις υπάρχει συγχρόνως ως ιστορικός τόπος, ως τόπος κοινωνικών συγκρούσεων και αντιθέσεων, ως τόπος με ιδιαίτερα φυσικά και οικολογικά χαρακτηριστικά, ως τόπος κατανάλωσης και ως τόπος παραγωγής. Η Θεσσαλονίκη αποτελεί το δεύτερο βιομηχανικό κέντρο της χώρας, με έντονη παρουσία σημαντικών κλάδων, όπως τα είδη διατροφής, η κλωστοϋφαντουργία, τα ρούχα, τα πλαστικά, τα βασικά μεταλλικά προϊόντα, τα πετροχημικά, κλπ που βρίσκονται σε διαδικασία δραστικής αναδιάρθρωσης. Παρουσιάζει, επίσης, έντονες τάσεις ανάπτυξης των τριτογενών δραστηριοτήτων και ιδιαιτέρως των νέων μορφών όπως χρηματοπιστωτικές υπηρεσίες και έδρες επιχειρήσεων, αλλά και δραστηριοτήτων εμπορικού χαρακτήρα καθώς και εξειδικευμένων υπηρεσιών εκπαίδευσης, υγείας, τουρισμού, πολιτισμού και αναψυχής. Η πόλη της Θεσσαλονίκης συγκεντρώνει το μεγαλύτερο μέρος των δραστηριοτήτων του νομού. Αποτελεί το δεύτερο βιομηχανικό κέντρο της χώρας, με εξειδίκευση σε παραδοσιακούς κλάδους. Βεβαίως, πρόσφατα τα δεδομένα αρχίζουν να αλλάζουν μέσα από την ανάπτυξη σύγχρονων κλάδων του δευτερογενούς αλλά και του τριτογενούς τομέα. Ειδικότερα, το Πολεοδομικό Συγκρότημα της Θεσσαλονίκης, συγκεντρώνει μεγάλο μέρος του οικονομικά ενεργού πληθυσμού του (3,1%) στη βιομηχανία, σε σχέση τόσο με το σύνολο χώρας (15,6%) όσο και με το Πολεοδομικό Συγκρότημα Αθηνών (18,8%). Στη βιομηχανία υπήρξε τάση μείωσης της απασχόλησης στο ΠΣ Θεσσαλονίκης από τη δεκαετία του 1980, που είναι όμως πού μικρότερη από την αντίστοιχη τόσο του ΠΣ Αθήνας όσο και του συνόλου της χώρας. Το ΠΣ Θεσσαλονίκης (65%) συγκεντρώνει πολύ μεγάλο μέρος του οικονομικά ενεργού πληθυσμού του στον τριτογενή τομές, όπως εξάλλου και το ΠΣ Αθηνών (7,8%), σε σχέση με το σύνολο της χώρας (54,8%). Στο ΠΣ Θεσσαλονίκης υπήρξε τάση αύξησης της απασχόλησης στον τριτογενή τομέα από τη δεκαετία του 1980, αύξηση που είναι υψηλότερη από την αντίστοιχη της Αθήνας αλλά χαμηλότερη από αυτή του συνόλου της χώρας. Η διάχυση της βιομηχανικής παραγωγής στον ιστό της πόλης δεν αποτελεί αναχρονισμό ή ένδειξη τεχνολογικής καθυστέρησης. Τα παραδείγματα από τη Νέα Υόρκη, το Λονδίνο, το Παρίσι, το Μιλάνο, τη Μπολόνια, τη Φλωρεντία, το Πράτο, το Οπόρτο κ.ά. δείχνουν ότι σε διαφορετικές συνθήκες, διαφορετικά μεγέθη πόλεων και διαφορετικοί βιομηχανικοί κλάδοι διαπλέκονται με το αστικό ιστό και αναπαράγουν τους σύγχρονους όρους ύπαρξης της «διάχυτης εκβιομηχάνισης». Οι επιχειρήσεις που αναπτύσσονται μέσα στη πόλη, χαρακτηρίζονται από αδύνατες ή λιγοστές «εσωτερικές οικονομίες κλίμακας», έχουν την ανάγκη μιας ευέλικτης τοπικής αγοράς εργασίας και, κυρίως, θεωρούν καθοριστική τη δυνατότητα για συνεργασία «πρόσωπο με πρόσωπο». Όσο πιο πυκνά και ανεπτυγμένα είναι τα δίκτυα της κάθετης και οριζόντιας παραγωγικής αποκέντρωσης, των Παπαδόπουλος Αντώνιος 149

150 βιομηχανικών διασυνδέσεων και των διαπροσωπικών σχέσεων, τόσο μεγαλύτερη είναι και η δυναμική της αστικής ανάπτυξης. Αυτό ισχύει ιδιαιτέρως για μεσαίου μεγέθους πόλεις, όπως η Θεσσαλονίκη, η οποίες δεν έχουν διοικητικές αρμοδιότητες εθνικού επιπέδου και δεν αποτελούν μητροπολιτικούς πόλους ενός διεθνούς ή ευρωπαϊκού δικτύου μεγαλουπόλεων. Παράλληλα, με τη διάχυση της βιομηχανίας στο εσωτερικό της πόλης δημιουργήθηκαν με απρογραμμάτιστο τρόπο και «άτυπες βιομηχανικές ζώνες», όπως αυτή της Θέρμης, του Ωραιοκάστρου ή ακόμη και της Νέας Σάντας στο Κιλκίς, η οποία ουσιαστικά λειτουργεί ως βιομηχανική ζώνη της Θεσσαλονίκης. Στην ουσία μετά την δεκαετία του 60 το δυτικό τμήμα της πόλης δέχθηκε όλη τη «βιομηχανική άνθηση» και από μια ημιαστική περιοχή από την οποία δεν έλειπαν οι γεωργοκτηνοτροφικές μονάδες εξελίχθηκε σε βιομηχανική ζώνη με την ανάπτυξη σ αυτήν πετροχημικών εργοστασίων, διυλιστηρίων, βυρσοδεψείων κι άλλων επιβαρυντικών για το περιβάλλον μονάδων. Αντιθέτως η Ανατολική Θεσσαλονίκη εξελίχθηκε σε μια αστική περιοχή με ελάχιστη βιομηχανική παρουσία. Η βιομηχανική δραστηριότητα στην πόλη της Θεσσαλονίκης εντείνει το πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και των συνεπειών της με άμεσο αντίκτυπο στην υγεία των κατοίκων της. Η σύνδεση των περιβαλλοντικών επιδράσεων αυτής και της αύξησης των θανάτων τα τελευταία χρόνια είναι μεγαλύτερη απ ότι έως τώρα είχε εκτιμηθεί. Η θανατηφόρα αυτή σχέση είναι περισσότερο ευδιάκριτη στη στατική επεξεργασία που έγινε σε περισσότερα από σαράντα χιλιάδες πιστοποιητικά θανάτου ατόμων από τη Δυτική και την Ανατολική Θεσσαλονίκη και στη σύγκριση αυτών των δύο περιοχών ( η πρώτη βιομηχανική, η δεύτερη αστική) του πολεοδομικού συγκροτήματος. Κατά την έρευνα μελετήθηκαν πιστοποιητικά θανάτου και μολονότι τα ήταν από τις δυτικές βιομηχανικές συνοικίες την περίοδο και τα περισσότερα (35.461) από τις ανατολικές περιοχές την περίοδο , τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντική αύξηση των θανάτων από θρομβοεμβολικά νοσήματα (καρδιαγγειακά, ισχαιμικά και εγκεφαλικά επεισόδια κ.ά.) στις δυτικές περιοχές, αύξηση που αγγίζει το 1/3 του συνολικού αριθμού θανάτων. Επίσης, παρά την αύξηση των θρομβοεμβολικών παθήσεων στην Ανατολική Θεσσαλονίκη την τελευταία δεκαετία, το ποσοστό αυτό είναι ίσο με εκείνο που είχε παρατηρηθεί ήδη κατά την δεκαετία του 70 στη δυτική περιοχή. π.χ. : Υπάρχουν μεμονωμένες αναφορές τις επίδρασης των βιομηχανικών ρυπαντών όπως Ο μόλυβδος δρα ως τοξικός παράγοντας στα ερυθρά αιμοσφαίρια του ανθρώπου Η ηχορύπανση επιδρά βλαπτικά, εκτός από την ακοή, και στην αιμόσταση Ραδιενεργοί ή χημικοί παράγοντες, όπως είναι τα παράγωγα του βενζολίου, προκαλούν βλάβη στην αιμοποίηση (λευχαιμία, απλαστική αναιμία). Ως υλικό μελέτης υπό τον τίτλο «η επίδραση των περιβαλλοντικών μεταβολών στους θανάτους (καρκίνοι) και θρομβοεμβολικά νοσήματα», επιλέχθηκαν τα πιστοποιητικά θανάτου των τελευταίων 40 χρόνων για να γίνει σύγκριση στις αιτίες θανάτου μεταξύ μιας Αστική και μιας Βιομηχανικής περιοχής της πόλης. Η λεπτομερής εξέταση ιατρικών φακέλων έδειξε σταδιακή αύξηση της συχνότητας των θρομβοεμβολικών νοσημάτων, μεγαλύτερη εκείνης του καρκίνου. Παπαδόπουλος Αντώνιος 150

151 Η ομάδα ερευνητών κατέγραψε, από το 1953, και μετά την συχνότητα των θρομβοεμβολικών νοσημάτων, κατηγορία στην οποία συμπεριλαμβάνονται Καρδιαγγειακά νοσήματα Οξύ έμφραγμα του μυοκαρδίου Στηθάγχη και ασταθής στηθάγχη Πνευμονική εμβολή Οξεία και χρόνια ισχαιμία του κεντρικού νευρικού συστήματος Περιφερικές φλεβικές ή αρτηριακές αγγειακές παθήσεις Και άλλες λιγότερο γνωστές παθήσεις των αγγείων. Μέση ηλικία των ασθενών τα 46,8 έτη (μικρότερη ηλικία 3 έτη και μεγαλύτερη τα 70). Εξ αυτών, οι περισσότεροι ήταν άνδρες (65.516, ποσοστό 63,75%). Με την πάροδο των ετών παρατηρείται σταδιακή αύξηση της συχνότητας θρομβοεμβολικών νοσημάτων επί των νοσηλευόμενων ασθενών: από 0,89% που ήταν το 1953 αυξήθηκε σε 10,07% το 00, γεγονός που υποδηλώνει τη σημαντική επίδραση των περιβαλλοντικών συνθηκών, οι οποίες έχουν μεταβληθεί στην Θεσσαλονίκη μετά τη δεκαετία του 50, περίοδος κατά την οποία μεγάλες περιοχές μετατράπηκαν από αγροτικές σε βιομηχανικές. Η πλειοψηφία των θρομβοεμβολικών νοσημάτων αφορά καρδιαγγειακά νοσήματα και ακολουθούν τα επιβεβαιωμένα ισχαιμικά ή εμβολικά αγγειακά εγκεφαλικά επεισόδια, τα οποία, το 00, αποτελούν το 1%. Είναι παρήγορο, πάντως, όπως προκύπτει από την επεξεργασία των στοιχείων, ότι λόγω της χρησιμοποίησης ακριβέστερων διαγνωστικών μεθόδων, η συχνότητα των περιφερικών αγγειακών νοσημάτων σταδιακά ελαττώνεται, ενώ παρατηρείται και μείωση των επιπλοκών (όπως τη πνευμονικής εμβολής, η οποία ελαττώθηκε από το 1973 έως το 00 στο 1/3) πιθανόν λόγω καλύτερων θεραπευτικών επιλογών. Δυτική Θεσ/νίκη Θάνατοι Ανατολική Θεσ/νίκη α/α Καρκίνοι(%) Θρομβοεμβολικές(%) Καρκίνοι(%) Θρομβοεμβολικές(%) ,4 17, ,9 4, ,5 31, 18,9 15, ,3 34,4 18,4 3,4 Πίνακας 18. Από τον ίδιο τον αριθμό ιατρικών φακέλων, έγιναν συγκρίσεις μεταξύ των θρομβοεμβολικών νοσημάτων και των περιπτώσεων καρκίνου. Από την επεξεργασία προέκυψε σημαντική αύξηση τόσο των θρομβοεμβολικών νοσημάτων όσο και των νεοπλασιών κατά την διάρκεια των τελευταίων πέντε δεκαετιών. Ο αριθμός των ασθενών αυξήθηκε κατά 8,34 φορές περίπου, από το 1963 έως το 00. Την ίδια περίοδο, ο αριθμός Παπαδόπουλος Αντώνιος 151

152 των ασθενών με κακοήθεια αυξήθηκε κατά 7,66 φορές, ενώ ο αριθμός των ασθενών θρομβοεμβολικά νοσήματα κατά 59,0 φορές. Η αύξηση της συχνότητας των θρομβοεμβολικών νοσημάτων είναι σημαντικά μεγαλύτερη από την αντίστοιχη των νεοπλασιών, εύρημα απροσδόκητο, δεδομένου ότι αναμένεται μεγαλύτερη καρκινογένεση μετά το πυρηνικό δυστύχημα του Τσερνομπίλ και του πρόσφατου πολέμου στη Γιουγκοσλαβία. Οι περιβαλλοντικές επιδράσεις, όπως φαίνεται τελικά συμβάλλουν σε μεγαλύτερο βαθμό στην ανάπτυξη των θρομβώσεων από τι μέχρι τώρα έχει εκτιμηθεί. Αριθμός θρομβοεμβολικών νοσημάτων και νεοπλασιών ανά έτος Έτος Αριθμός νοσηλευθέντων ασθενών Θρομβοεμβολικά νοσήματα % Νεοπλασίες % ,89 6 4, , , ,05 390, ,5 431, , , , ,9 Πίνακας 19. Ετήσια Συχνότητα των θρομβοεμβολικών παθήσεων ανά κατηγορία α/α 1953(%) 1963(%) 1973(%) 1983(%) 1993(%) 00(%) Καρδιαγγειακά Νοσήματα 53,8 5,8 36,4 49,18 68,5 67,78 Πνευμονική Εμβολή 0 8,6 1,37 0,79 0,41 0,8 Περιφερικές αγγειακές παθήσεις Ισχαιμικά ή εμβολικά αγγειακά εγκεφαλικά νοσήματα ΘΕΝ ως επιπλοκή άλλων νοσημάτων 38,4 41,4 14,01 11,9 10,98 9,98 7,78,4 47,75 37,67 0,13 0, ,01 0,01 0,7 Πίνακας 0 Παπαδόπουλος Αντώνιος 15

153 7.5. Η περιβαλλοντική πολιτική για την ατμοσφαιρική ρύπανση στη Θεσσαλονίκη Η ποιότητα του αστικού περιβάλλοντος είναι συνάρτηση τόσο των φυσικών στοιχείων όσο και της ποιότητας ζωής στην πόλη. Η ποιότητα της ατμόσφαιρας, των υδάτων και του εδάφους είναι κεντρικά περιβαλλοντικά ζητήματα, όπως είναι, επίσης, η ύπαρξη πρασίνου και ανοικτών χώρων, η ποιότητα κατοικίας, το αστικό τοπίο και η διατήρηση της πολιτιστικής κληρονομιάς. Παρά τη διάκριση μεταξύ φυσικού και ανθρωπογενούς περιβάλλοντος το ζήτημα της βιωσιμότητας τίθεται ουσιαστικά από τη σχέση και αλληλεξάρτησή τους στο πλαίσιο του αστικού συστήματος. Αν και τα στοιχεία του φυσικού περιβάλλοντος έχουν υποστεί δραστικό μετασχηματισμό και σε πολλές περιπτώσεις έχουν ενταχθεί ή καλυφθεί από το δομημένο περιβάλλον η ανάγκη ή/και παρουσία τους γίνεται συχνά φανερή (π.χ. σε περιπτώσεις κρίσης όπως η έλλειψη νερού, οι πλημμύρες, το φωτοχημικό νέφος, κ.λπ.) με έντονο τρόπο. Τα περιαστικό δάσος, ο Θερμαϊκός κόλπος, η διαχείριση των ρεμάτων, η διαχείριση των στερεών αποβλήτων, η εξασφάλιση της ποιότητας και ποσότητας των νερών και της ποιότητας της ατμόσφαιρας και των εδαφών, αλλά και η διασφάλιση της αισθητικής και των φυσικών χαρακτηριστικών του τοπίου αποτελούν τα κεντρικά στοιχεία της προσπάθειας για ένα Στρατηγικό Σχέδιο βιώσιμης ανάπτυξης της πόλης. Τα ζητήματα του περιβάλλοντος στην Ευρύτερη Περιοχή Θεσσαλονίκης, όπως και σε όλες τις αστικές περιοχές, είναι ιδιαιτέρως πολύπλοκα. Η μεγάλη συγκέντρωση πληθυσμού κάνει και τη Θεσσαλονίκη έναν σημαντικό παράγοντα που συμβάλλει στην τοπική, περιφερειακή και παγκόσμια περιβαλλοντική αλλαγή. Οι πιέσεις στο αστικό περιβάλλον προέρχονται από την αέρια ρύπανση, το θόρυβο, την κυκλοφορία, τις χρήσεις γης, αλλά και τη μεταφερόμενη ρύπανση από τους γειτονικούς νομούς ή/και γειτονικές χώρες. Παράλληλα, η αστική περιοχή είναι υπεύθυνη για την παραγωγή πιέσεων στους φυσικούς πόρους και στο περιβάλλον, όπως τα υγρά απόβλητα, τα απορρίμματα και η αέρια ρύπανση. Οι αλλαγές στην ποιότητα του αστικού περιβάλλοντος της Θεσσαλονίκης έχουν αφετηρία τα ίδια τα πρότυπα των αστικών δραστηριοτήτων: το μέγεθος της πόλης, η ίδια η δομή της και ο τρόπος ζωής αντανακλώνται, προφανώς, στη ζήτηση για γη, στη ροή πόρων και στην ποιότητα του περιβάλλοντος, φυσικού και ανθρωπογενούς. Η πόλη της Θεσσαλονίκης παρουσιάζει σημαντικά προβλήματα ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Αν και τα σημερινά δεδομένα δεν δείχνουν έντονες υπερβάσεις των θεσμοθετημένων ή προτεινόμενων οριακών τιμών, διαπιστώνεται ότι η ποιότητα του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος υποβαθμίζεται συνεχώς. Το μέγεθος της πόλης, οι στενοί δρόμοι, οι ελάχιστοι ανοικτοί χώροι, ο συνεχώς αυξανόμενος αριθμός οχημάτων, η εγκατάσταση βιομηχανικών μονάδων σε επαφή σχεδόν με τον πολεοδομικό ιστό, σε συνδυασμό με τις κλιματολογικές συνθήκες άπνοιας ή ασθενών ανέμων και μειωμένων βροχοπτώσεων, συμβάλλουν στη συσσώρευση ρύπων στην ατμόσφαιρα και, ειδικότερα στο συνεχώς εξελισσόμενο φωτοχημικό νέφος και στη ρύπανση από στερεά σωματίδια και διάφορους ρύπους. Η συμβολή μιας πόλης με το μέγεθος της Θεσσαλονίκης στην κατανάλωση πόρων σε ημερήσια βάση είναι σημαντική. Υπολογίζεται ότι καταναλώνει κάθε μέρα τόνους ορυκτών καυσίμων, τόνους νερού και.000 τόνους τροφίμων. Σε μια τυπική εργάσιμη ημέρα το σύνολο των μετακινήσεων, συμπεριλαμβανομένων και των μετακινήσεων πεζή με χρόνο πάνω από 10 λεπτά, ανέρχεται σε , από τις οποίες μόνον το 1/5, γίνονται με δημόσιες συγκοινωνίες, 6% πεζή και όλες οι υπόλοιπες, σε ποσοστό 73%, γίνονται με Ι.Χ. Παπαδόπουλος Αντώνιος 153

154 Όλο το επιφανειακό υδατικό σύστημα είναι σοβαρά υποβαθμισμένο με κύρια χαρακτηριστικά τις υψηλές συγκεντρώσεις κάθε είδους ρύπων βιομηχανικής, γεωργικής και αστικής προέλευσης. Ο Θερμαϊκός κόλπος, συστατικό τμήμα του φυσικού περιβάλλοντος και ιδιαιτέρως ο κλειστός και αβαθής όρμος της Θεσσαλονίκης, εμφανίζει μια χρόνια κατάσταση ρύπανσης, πρόβλημα που αναμένεται να υποχωρήσει με την ολοκλήρωση των εγκαταστάσεων επεξεργασίας των λυμάτων και, ενδεχομένως, να εξαλειφθεί αν επιτευχθεί η σύνδεση των εκτός ΒΙΠΕ βιομηχανικών εγκαταστάσεων με αυτές. Πολύ σημαντικό είναι το πρόβλημα της μεταφερόμενης ρύπανσης των υγρών αποδεκτών από γειτονικές περιοχές εντός και εκτός του ελλαδικού χώρου, το οποίο θέτει επιτακτικά και το πρόβλημα της γεωγραφικής εμβέλειας των περιβαλλοντικών πολιτικών και δράσεων. Το ζήτημα της διαχείρισης των απορριμμάτων είναι ένα εξίσου σημαντικό ζήτημα, στο οποίο πρέπει να αναλάβουμε τολμηρές πρωτοβουλίες, αναζητώντας σύγχρονες μεθόδους διαχείρισης, αντίστοιχες με αυτές που εφαρμόζονται σε προηγμένες ευρωπαϊκές χώρες. Αλλά και δίνοντας ιδιαίτερο βάρος στην ανακύκλωση, στην οποία οι επιδόσεις παραμένουν ακόμη φτωχές. Η κατασκευή του Μετρό με τις μελλοντικές του όμως επεκτάσεις, η κατασκευή της υποθαλάσσιας αρτηρίας καθώς και άλλων έργων, είναι παρεμβάσεις που μπορούν να συμβάλλουν στην μείωση των μετακινήσεων με Ι.Χ. και τη στροφή στη χρήση των Μέσων Μαζικής Μεταφοράς. Η πρώτη προσπάθεια για την εκπόνηση μιας γενικής κυκλοφοριακής μελέτης στη Θεσσαλονίκη ξεκίνησε το 1988 από τον Οργανισμό Ρυθμιστικού Σχεδίου και Προστασίας Περιβάλλοντος Θεσσαλονίκης (ΟΡΘ). Σύμφωνα με τη μελέτη αυτή, ο στόλος των οχημάτων στη Θεσσαλονίκη αυξήθηκε κατά 65% στη δεκαετία Επίσης, οι μετακινήσεις ανά μεταφορικό μέσο στη Θεσσαλονίκη έχουν αλλάξει σε σημαντικό βαθμό στην ίδια δεκαετία. Συγκεκριμένα, το μεγαλύτερο ποσοστό μετακινήσεων (περισσότερο από 40%) στην αρχή της δεκαετίας του 1990, κατείχαν αθροιστικά τα μέσα μαζικής μεταφοράς και τα ταξί, ενώ σήμερα το μεγαλύτερα ποσοστό κατέχουν οι μετακινήσεις με Ι.Χ. Στα πλαίσια της Γενικής Κυκλοφοριακής Μελέτης, διαμορφώθηκαν διάφορα σενάρια για τα έτη 004, 014 και για την περίοδο μετά το 014. Οι προτάσεις που εμπεριέχονται σε όλα τα σενάρια εξετάσθηκαν και αξιολογήθηκαν χρησιμοποιώντας το συγκοινωνιακό μοντέλο ΕΜΜΕ/. Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης των τριών αυτών σεναρίων συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα του σεναρίου του έτους βάσης, το οποίο είναι το 1998, και θεωρείται το έτος μηδενικής παρέμβασης. Όλα τα σενάρια καλύπτουν οδικά έργα υποδομών, σταθμούς αυτοκινήτων και δράσεις προώθησης των δημόσιων συγκοινωνιών. Με βάση τα παραπάνω προέκυψε ότι οι εκπομπές όλων σχεδόν των ατμοσφαιρικών ρύπων αναμένεται να εμφανίσουν μία συνεχή διαχρονική μείωση στους σημαντικότερους δρόμους της Θεσσαλονίκης κατά τη διάρκεια όλων των σεναρίων και ιδίως από το 014 και έπειτα, οφειλόμενη καθοριστικά στη βελτίωση των κυκλοφοριακών φόρτων και της ταχύτητας των οχημάτων, που θα επιφέρουν τα διάφορα έργα και παρεμβάσεις. Όσον τη ρύπανση από τις βιομηχανίες, η εισαγωγή αντιρρυπαντικών τεχνολογιών στις βασικότερες πηγές ρύπανσης,όπως στην βιομηχανική περιοχή της Σίνδου και της τσιμεντοβιομηχανίας ΤΙΤΑΝ στην περιοχή Ωραιοκάστρου, έως το 015 θα επιφέρει αισθητή μείωση στις εκπεμπόμενες ποσότητες αερίων ρύπων. Παπαδόπουλος Αντώνιος 154

155 Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων, οι βασικές κατευθύνσεις της περιβαλλοντικής πολιτικής του Ο.Ρ.Θ. είναι ο περιβαλλοντικός σχεδιασμός, η αναδιάταξη των χρήσεων γης, οι πολεοδομικές ρυθμίσεις, η επιβολή μέτρων προστασίας, η εκτίμηση περιβαλλοντικών επιπτώσεων, η συνεχής παρακολούθηση της ποιότητας του περιβάλλοντος, ο έλεγχος της αποτελεσματικότητας των μέτρων και η συνεργασία με όλους τους εμπλεκόμενους φορείς Δίκτυο μετρήσεων ατμοσφαιρικών ρύπων Γενικά Ο Δήμος Θεσσαλονίκης παρατηρώντας τα ατμοσφαιρικά προβλήματα της πόλης προχώρησε στη δημιουργία ενός Δικτύου Μετρήσεων Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης και των μετεωρολογικών παραμέτρων, με άμεσο στόχο την έγκαιρη και έγκυρη ενημέρωση των τοπικών αρχών, του τύπου και των πολιτών για την εξέλιξη του φαινομένου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στα όρια ευθύνης του Δήμου Θεσσαλονίκης. Έτσι εγκαταστάθηκε ο πρώτος Δημοτικός Σταθμός Ελέγχου της Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης στη συμβολή των οδών Εγνατίας και Βενιζέλου για τη μέτρηση της ποιότητας της ατμόσφαιρας του εμπορικού κέντρου της Θεσσαλονίκης, το Νοέμβριο του Οι ατμοσφαιρικοί ρύποι που ελέγχονται είναι οι «κοινά ελεγχόμενοι» ατμοσφαιρικοί ρύποι, που ελέγχονται διεθνώς και καθορίζουν την ποιότητα του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος των μεγάλων αστικών κέντρων. Η συστηματική παρακολούθηση και καταγραφή των μετρήσεων του Δημοτικού Δικτύου Ελέγχου Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης, από το 1989 έως και σήμερα, έδειξε ότι το φαινόμενο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης δείχνει μια ιδιαίτερη δυναμική τάση μεταβλητότητας, που σχετίζεται με το χρόνο, την ανάπτυξη των λειτουργιών της πόλης στο χώρο, τα κλιματολογικά στοιχεία και τη γεωμορφολογία της περιοχής. Κύριο πρόβλημα του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος της Θεσσαλονίκης, ήταν και παραμένει να είναι οι υψηλές συγκεντρώσεις των εισπνεύσιμων αιωρούμενων σωματιδίων ΡΜ10, που παρατηρούνται σε όλους τους σταθμούς του Δημοτικού Δικτύου, οι οποίες υπερβαίνουν τα ισχύοντα όρια της κοινοτικής και εθνικής νομοθεσίας. Άλλο ένα πρόβλημα είναι κατά τη δεκαετία του 1990, παρατηρήθηκε μια μετάλλαξη του «νέφους» της Θεσσαλονίκης, από νέφος καπνομίχλης σε φωτοχημικό νέφος. Παρατηρείται, δηλαδή, μια μείωση των πρωτογενών ατμοσφαιρικών ρύπων στο κέντρο της πόλης και μια αύξηση των φωτοχημικών στην περιφέρεια της πόλης Δίκτυο μετρήσεων Το έτος 1996 λειτουργούσαν στα όρια του Δήμου Θεσσαλονίκης πέντε Σταθμοί Ελέγχου Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης και δυο Μετεωρολογικοί Σταθμοί. Την ευθύνη παρακολούθησης των σταθμών είχε το Τμήμα Περιβάλλοντος του Δήμου Θεσσαλονίκης, ενώ η συντήρηση είχε ανατεθεί στην εταιρεία Ι. Καμπάς καθώς και στις εταιρείες Ηλιοδύναμη (αναλυτής αιωρούμενων σωματιδίων Σταθμού Βενιζέλου). Οι θέσεις των Σταθμών φαίνονται στον παρακάτω σχήμα. Παπαδόπουλος Αντώνιος 155

156 Σχήμα 37. Χάρτης δημοτικού δικτύου ελέγχου ατμοσφαιρικής ρύπανσης Παρακάτω ακολουθεί μια συνοπτική παρουσίαση των χαρακτηριστικών των Σταθμών Ελέγχου Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης και στη συνέχεια παρουσιάζονται αναλυτικότερα. α/α Σταθμός (όνομα) Διεύθυνση (Συμβολή Οδών) Στίγμα Έναρξη Λειτουργίας (Έτος) Υψόμετρο (Επιφ. Θάλασσας) 1 Α' Δημ. Διαμέρισμα (Εμπορικό Κέντρο) Εγνατία-Βενιζέλου 40 38' 15'' Ν 0 56' 30'' Ε ,6 m Ε' Δημ. Διαμέρισμα (Ανατολική Θεσ/νίκη) 5ης Μαρτίου - Καρακάση 40 36' 05'' Ν 0 57' 38'' Ε ,4 m 3 Β' Δημ. Διαμέρισμα (Δυτική Θεσ/νίκη) 4 Γ' Δημ. Διαμέρισμα 5 Δ' Δημ. Διαμέρισμα Λαγκαδά-Κουτηφάρη 40 39' 1'' Ν 0 56' 06'' Ε Επταπύργιο 40 38' 41'' Ν 0 57' 41'' Ε Γρ. Λαμπράκη-Περραιβού 40 36' 39'' Ν 0 56' 08'' Ε ,3 m m m Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά Σταθμών Ελέγχου Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης Παπαδόπουλος Αντώνιος 156

157 Σταθμός δημαρχείου ή σταθμός Εγνατίας Βενιζέλου Α Δημοτικό Διαμέρισμα (έναρξη λειτουργίας 1989, υψόμετρο 11,6m από επιφάνεια θάλασσας, ελάχιστη απόσταση από θάλασσα 650m). Ο σταθμός αυτός βρίσκεται στη συμβολή του κυριότερου από πολεοδομικής και κυκλοφοριακής άποψης οδικού άξονα της Θεσσαλονίκης, που είναι ο άξονας Εγνατίας Μοναστηρίου, στο τμήμα που παρουσιάζει το μεγαλύτερο κυκλοφοριακό φόρτο (από Πλ. Δημοκρατίας έως Αγίας Σοφίας) και της οδού Βενιζέλου, που συνδέει το Λιμάνι της Θεσσαλονίκης με την Άνω Πόλη και θεωρείται ο σημαντικότερος εμπορικός κάθετος άξονας της πόλης στην αγορά της Θεσσαλονίκης. Η απόσταση του σταθμού από το Λιμάνι είναι 800m (σε ευθεία γραμμή). Σε μια πόλη με μονοκεντρική δομή όπως η Θεσσαλονίκη, η περιοχή εγκατάστασης του σταθμού αυτού θεωρείται εκτός από Εμπορικό, Διοικητικό, Επιχειρηματικό και Οικονομικό κέντρο της πόλης. Στην κεντρική αυτή περιοχή συναντώνται τα υψηλότερα κτίρια του πολεοδομικού συγκροτήματος της Θεσσαλονίκης. Η εξέλιξη, που παρατηρείται στη χρήση γης στην περιοχή, είναι μια τάση εκτόπισης της κατοικίας σε όφελος του τριτογενούς τομέα (γραφεία). Η συμβολή του σταθμού της Εγνατίας στο δίκτυο ελέγχου ατμοσφαιρικής ρύπανσης, είναι να καταγράφει τις μέγιστες συγκεντρώσεις ατμοσφαιρικής ρύπανσης για όλους τους άλλους ρύπους, πλην του όζοντος και ταυτόχρονα να προειδοποιεί έγκαιρα για επικείμενο επεισόδιο ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Έτσι, οι τιμές του σταθμού αυτού χρησιμοποιούνται σαν «βαρόμετρο» των βραχυπρόθεσμων εξελίξεων του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος της Θεσσαλονίκης Σταθμός Επταπυργίου Γ Δημοτικό Διαμέρισμα (έναρξη λειτουργίας 199, υψόμετρο 195m από επιφάνεια θάλασσας, ελάχιστη απόσταση από θάλασσα 400m). Ο σταθμός αυτός είναι εγκατεστημένος στα όρια του Δήμου Θεσσαλονίκης και του Δήμου Συκεών, στην κορυφογραμμή ενός λόφου, στη συμβολή των οδών Αγράφων και Αγίας Αναστασίας στην Άνω Πόλη (εντός των τειχών της παλιάς, ιστορικής Θεσσαλονίκης). Η θέση εγκατάστασης του σταθμού δεσπόζει του Πολεοδομικού Συγκροτήματος Θεσσαλονίκης (Π.Σ.Θ.), με άνοιγμα και θέα προς τη βιομηχανική περιοχή της Θεσσαλονίκης, που βρίσκεται σε απόσταση 1 περίπου χιλιομέτρων από το σταθμό. Παράλληλα, ο σταθμός Επταπυργίου διαθέτει το πλεονέκτημα να μην επηρεάζεται άμεσα από καμιά αξιόλογη πηγή ατμοσφαιρικής ρύπανσης (οι οδοί Αγράφων και Αγίας Αναστασίας είναι δρόμοι εξυπηρέτησης των περιοίκων με αμελητέο κυκλοφοριακό φόρτο). Η πλησιέστερη αξιόλογη πηγή ρύπανσης είναι η περιφερειακή οδός της Θεσσαλονίκης, που βρίσκεται σε απόσταση 1300m από το σταθμό. Η χρήση γης στην περιοχή εξυπηρετεί αποκλειστικά την κατοικία, με χαμηλά κτίρια (διώροφα, το πολύ τριώροφα) και κατά συνέπεια η περιοχή διαθέτει έναν από τους χαμηλότερους δείκτες πυκνοκατοίκησης του Π.Σ.Θ. Η Άνω Πόλη είναι χαρακτηρισμένη παραδοσιακός οικισμός και έχει ειδικούς όρους και περιορισμούς δόμησης για νέες οικοδομές. Ο σταθμός του Επταπυργίου λόγω του σχετικά μεγάλου ύψους εγκατάστασής του, βρίσκεται πάνω από τις χαμηλές θερμοκρασιακές αναστροφές και επηρεάζεται λιγότερο από το έντονο ανάγλυφο της δομημένης αστικής περιοχής της πόλης. Ο σταθμός του Επταπυργίου προσδιόριζε αρχικά και συνεχίζει και σήμερα, τα χαμηλότερα επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης, στα οποία εκτίθεται ο πληθυσμός της Θεσσαλονίκης. Με τη μετεξέλιξη όμως της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, από αναγωγική (τύπου Λονδίνου) σε οξειδωτική (τύπου Λος Άντζελες), που παρατηρείται τον τελευταίο Παπαδόπουλος Αντώνιος 157

158 καιρό, ο σταθμός αυτός, μαζί με το σταθμό της Τούμπας, ο οποίος ακολουθεί ανάλογη πορεία, καταγράφει ταυτόχρονα τις υψηλότερες συγκεντρώσεις όζοντος (δείκτη φωτοχημικής ρύπανσης) που εμφανίζονται στο Π.Σ.Θ Σταθμός Λαγκαδά Β Δημοτικό Διαμέρισμα (έναρξη λειτουργίας 199, υψόμετρο 18,3m από επιφάνεια θάλασσας, ελάχιστη απόσταση από θάλασσα 100m). Ο σταθμός αυτός είναι εγκατεστημένος στη συμβολή των οδών Λαγκαδά και Κουτηφάρη, στο κέντρο της Δυτικής Θεσσαλονίκης, στα όρια των Δήμων Θεσσαλονίκης, Νεάπολης, Αμπελόκηπων και Σταυρούπολης. Η οδός Λαγκαδά από πολεοδομικής άποψης είναι η σημαντικότερη οδική αρτηρία της Δυτικής Θεσσαλονίκης και αποτελεί έξοδο της πόλης προς την Ανατολική Μακεδονία και τη Θράκη και εξυπηρετεί τις υπεραστικές και εμπορικές μεταφορές. Ήδη, με την κατασκευή της Εγνατίας Οδού αποτελεί τη συντομότερη πρόσβαση προσωπικού και εμπορευμάτων στη Βόρεια Ελλάδα. Στον κυκλοφοριακό της φόρτο, η συμβολή των πετρελαιοκίνητων οχημάτων, είναι σαφώς μεγαλύτερη από εκείνη που παρατηρείται στο κέντρο της πόλης (Σταθμός Δημαρχείου). Ο σταθμός της Λαγκαδά βρίσκεται σε απόσταση επιρροής (περίπου 1000m) από το Σιδηροδρομικό Σταθμό Θεσσαλονίκης. Η Δυτική Θεσσαλονίκη είναι η περιοχή της πόλης, στην οποία εντοπίζονται οι σημαντικότερες πηγές ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Τόσο η βαριά βιομηχανία (όπως για παράδειγμα τα διυλιστήρια πετρελαίου της ΕΚΟ), όσο η μεσαία και μικρή βιομηχανία και βιοτεχνία, έχουν προτιμήσει την εγκατάστασή τους στις παρυφές της Δυτικής Θεσσαλονίκης, επωφελούμενες από την εγγύτητα του εργατικού δυναμικού, των προμηθευτών και των πελατών, το σχετικά χαμηλό κόστος γης, τη μικρή απόσταση από το λιμάνι και τέλος τη γρήγορη πρόσβαση, τόσο στο Σιδηροδρομικό Σταθμό, όσο και στο εθνικό οδικό δίκτυο. Ο σταθμός της Λαγκαδά είναι εγκατεστημένος σε έναν από τους ελάχιστους ελεύθερους χώρους, που διαθέτει σήμερα η Δυτική Θεσσαλονίκη, ανάμεσα σε δύο νεκροταφεία (Συμμαχικά νεκροταφεία Ζεϊντελίκ και νεκροταφείο Αγίας Παρασκευής). Οι συγκεντρώσεις ατμοσφαιρικής ρύπανσης, που παρατηρούνται στο σταθμό αυτό, έρχονται σε δεύτερη θέση αμέσως μετά τις τιμές του κέντρου Σταθμός 5ης Μαρτίου Ε Δημοτικό Διαμέρισμα (έναρξη λειτουργίας 1990, υψόμετρο 1,4m από επιφάνεια θάλασσας, ελάχιστη απόσταση από θάλασσα 1100m). Ο σταθμός αυτός είναι εγκατεστημένος στη συμβολή των οδών 5ης Μαρτίου και Καρακάση, στο κέντρο περίπου της Ανατολικής Θεσσαλονίκης, εάν συνυπολογίσουμε και το Δήμο Καλαμαριάς. Η οδός 5ης Μαρτίου ανήκει στο δευτερεύον αστικό δίκτυο της Θεσσαλονίκης και είναι ένας κάθετος δρόμος (δύο λωρίδων κυκλοφορίας) με μέτριο κυκλοφοριακό φόρτο, που συνδέει δύο κύριους οδικούς άξονες που διασχίζουν κατά μήκος την πόλη, τις λεωφόρους Βασιλίσσης Όλγας και Κωνσταντίνου Καραμανλή (Νέα Εγνατία). Η οδός Καρακάση, στο σημείο εγκατάστασης του σταθμού, σύμφωνα με το γενικό πολεοδομικό σχέδιο της Θεσσαλονίκης είναι ένας υπό διάνοιξη πεζόδρομος, που θα ενώνει τις πλατείες Πατρικίου και Καλούδη, με αμελητέο σήμερα κυκλοφοριακό φόρτο. Τα οχήματα που κυκλοφορούν στην περιοχή είναι κυρίως βενζινοκίνητα. Από οικιστικής άποψης, η περιοχή χαρακτηρίζεται σαν γενική κατοικία με διάσπαρτες επαγγελματικές Παπαδόπουλος Αντώνιος 158

159 χρήσεις λιανικού κυρίως εμπορίου. Τα επίπεδα ρύπανσης, που παρατηρούνται στο σταθμό της 5ης Μαρτίου, κυμαίνονται σε μεσαία επίπεδα, συγκρινόμενα με τα υψηλότερα των σταθμών της Εγνατίας και της Τούμπας. Ο ρόλος του σταθμού αυτού στο Δημοτικό Δίκτυο, είναι να προσεγγίζει τα μέσα επίπεδα ρύπανσης, στα οποία εκτίθεται ο γενικός πληθυσμός της Θεσσαλονίκης Σταθμός Λαμπράκη Δ Δημοτικό Διαμέρισμα ( έναρξη λειτουργίας 1995, υψόμετρο 76m από την επιφάνεια της θάλασσας, ελάχιστη απόσταση από τη θάλασσα 650m) Η οδός Γρηγορίου Λαμπράκη είναι ένας δρόμος, που ανήκει στο κύριο οδικό δίκτυο της Θεσσαλονίκης, έχει μέτριο κυκλοφοριακό φόρτο και χρησιμοποιείται κυρίως από βενζινοκίνητα οχήματα. Η οδός Περραιβού είναι ένας δρόμος με ασήμαντο κυκλοφοριακό φόρτο στο σημείο εγκατάστασης του σταθμού (αρχή του δρόμου). Από οικιστικής άποψης, η περιοχή έχει χαρακτήρα αστικού προαστίου και εξυπηρετεί αποκλειστικά την κατοικία, σε μεσαίου ύψους κτίρια με πυλωτές και πρασιές. Το πάρκο δάσος του Κέδρινου Λόφου (Δάσος Σέιχ Σου) στρεμμάτων, βρίσκεται σε απόσταση 50 μέτρων από το σταθμό και αποτελεί όριο οικιστικής ανάπτυξης της πόλης προς την πλευρά του δάσους. Η περιφερειακή οδός της Θεσσαλονίκης, διερχόμενη από τις παρυφές του δάσους του Κέδρινου Λόφου, προσεγγίζει το σταθμό σε απόσταση 80m. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι υψηλές τιμές του όζοντος (δείκτης φωτοχημικής ρύπανσης), που παρατηρούνται τα τελευταία χρόνια στο σταθμό της Τούμπας, φαινόμενο που εμφανίζεται και στο σταθμό του Επταπυργίου Εξοπλισμός σταθμών ελέγχου ατμοσφαιρικής ρύπανσης Το δίκτυο των σταθμών ελέγχων του Δήμου Θεσσαλονίκης διαθέτει προγραμματιζόμενους βαθμονομητές πολλών αερίων με σύστημα αραίωσης VE 3M και MGC 101 της εταιρείας Environnement S.A., κατάλληλους για τη διαβαθμονόμηση των αναλυτών SO, NOx, O3 και H S. Οι αναλυτές παρέχουν τη δυνατότητα βαθμονόμησης με φυσίγγια διαπερατότητας ή φιάλες αερίων γνωστής συγκέντρωσης και υπόκεινται σε βαθμονόμηση μία φορά την εβδομάδα και οι μετρήσεις τους κρίνονται γενικά αξιόπιστες. Η βαθμονόμηση των αναλυτών όζοντος, καπνού και αιωρούμενων σωματιδίων δε γίνεται με άμεσα ελεγχόμενη μέθοδο, όπως συμβαίνει με τους άλλους αέριους ρύπους, με συνέπεια η πιθανότητα λάθους στις συγκεντρώσεις των προαναφερόμενων ρύπων να είναι οπωσδήποτε μεγαλύτερη. Παπαδόπουλος Αντώνιος 159

160 Σταθμός Α' Δημ. Διαμέρ. Ε' Δημ. Διαμέρ. Β' Δημ. Διαμέρ. Γ' Δημ. Διαμέρ. Δ' Δημ. Διαμέρ. (1) NO, NO CL (AC30M)* CL (AC30M) CL (AC30M) CL (AC30M) CL (AC30M) Αναλυτές (Κατασκευάστρια Εταιρεία Environnement S.A.) () SO UVF (AF1M) UVF (AF1M) UVF (AF1M) UVF (AF1M) UVF (AF1M) (3) O 3 AUV (O341M) AUV (O341M) AUV (O341M) AUV (O341M) AUV (O341M) (4) Καπνός BSM (Filtromat) BSM (Filtromat) BSM (Filtromat) BSM (Filtromat) BSM (Filtromat) (5) Σκόνη BRA (MPSI100) BRA (MPSI100) BRA (MPSI100) BRA (MPSI100) BRA (MPSI100) (6) CO NDIR (CO11M) NDIR (CO11M) NDIR (CO11M) (7) S H UVF (SH0m) UVF (SH0m) UVF (SH0m) - - NDIR (CO11M) - Πίνακας. Εξοπλισμός σταθμών ελέγχου ατμοσφαιρικής ρύπανσης (1) CL : Ο προσδιορισμός των οξειδίων του αζώτου γίνεται με τη μέθοδο της χημειοφωταύγειας. *Τύπος αναλυτού : AC30M και AC31M της ENVIRONNEMENT Βαθμονόμηση : με φυσίγγια διαπερατότητας ή φιάλες γνωστής συγκέντρωσης ΝΟ. () UVF : Ο προσδιορισμός του διοξειδίου του θείου γίνεται με τη μέθοδο του φθορισμού της υπεριώδους ακτινοβολίας. Βαθμονόμηση : με φυσίγγια διαπερατότητας ή φιάλες γνωστής συγκέντρωσης SO. (3) AUF : Ο προσδιορισμός του όζοντος γίνεται με τη μέθοδο της απορρόφησηςτης υπεριώδους ακτινοβολίας. Βαθμονόμηση : με εξωτερική βαθμονομημένη γεννήτρια όζοντος ή με εσωτερική γεννήτρια όζοντος (η μέθοδος αυτή παρουσιάζει αδυναμίες). (4) BSM : Ο προσδιορισμός της αιθάλης γίνεται με τη μέθοδο του μαύρου καπνού (ημιαυτόματη μέθοδος μία μέτρηση την ημέρα), η δειγματοληψία γίνεται με Filtromat σε χάρτινο φίλτρο Whatman No1 (διάμετρος κηλίδας,6cm) και ο δείκτης αμαυρότητας μετράται με ανακλώμετρο Eel τύπου 43D της DIFFUSION SYSTEMS Ltd. Βαθμονόμηση : δεν υπάρχει πρότυπη πειραματική μέθοδος βαθμονόμησης για τον καπνό. (5α) BRA : Ο προσδιορισμός των αναπνεύσιμων αιωρούμενων σωματιδίων γίνεται με τη μέθοδο απορρόφησης των ακτίνων βήτα (πηγή βήτα ακτινοβολίας 147 ή C 14). (5β) Ο αναλυτής ΤΕΟΜ 1400a PM10 RUPPRECHT & PATASHNICK μετρά συνεχώς τα αναπνεύσιμα αιωρούμενα σωματίδια, μεγέθους κάτω των 10μm. Ο αναλυτής αυτός στηρίζεται στην αρχή δονούμενου στοιχείου. Παπαδόπουλος Αντώνιος 160

161 Βαθμονόμηση : δεν υπάρχει πρότυπη πειραματική μέθοδος βαθμονόμησης για τα αιωρούμενα σωματίδια. (6) NDIR : Ο προσδιορισμός του μονοξειδίου του άνθρακα γίνεται με τη μέθοδο της μη διαχεόμενης υπέρυθρης ακτινοβολίας. Βαθμονόμηση : με φιάλες γνωστής συγκέντρωσης μονοξειδίου του άνθρακα. (7) UVF : Ο προσδιορισμός του υδρόθειου γίνεται με τη μέθοδο του φθορισμού της υπεριώδους ακτινοβολίας. Βαθμονόμηση : με φυσίγγια διαπερατότητας ή με φιάλες γνωστής συγκέντρωσης. Ο προσδιορισμός του διοξειδίου του θείου ( SO ) βασίζεται στη μέθοδο του παλμικού φθορισμού. Υπεριώδης ακτινοβολία σε παλμούς εστιάζεται μέσω ενός στενού φίλτρου, που επιτρέπει την δίοδο σε μικρή περιοχή μηκών κύματος, σ ένα θάλαμο φθορισμού. Ένα δεύτερο φίλτρο επιτρέπει μόνο σ αυτήν την ακτινοβολία να προσπέσει σ ένα φωτοπολλαπλασιαστή. Ένα σύστημα επεξεργασίας του ηλεκτρονικού σήματος μετατρέπει τη φωτεινή ενέργεια, που δέχεται ο φωτοπολλαπλασιαστής, σε ηλεκτρικό σήμα, που είναι ανάλογο της συγκέντρωσης του SO στο αέρι δείγμα, που αναλύεται. Το σήμα, αφού ενισχυθεί, μετατρέπεται από αναλογικό σε ψηφιακό, το οποίο τελικά εμφανίζεται στην οθόνη του αναλυτή. Ο προσδιορισμός των αιωρούμενων σωματιδίων ( αναπνεύσιμη σκόνη <10μm) στηρίζεται στην αρχή της απορρόφησης της β- ακτινοβολίας από το δείγμα της σκόνης ( αυτόματη μέθοδος-μέτρηση ανά ώρα). Η μέθοδος βασίζεται στη δειγματοληψία γνωστού όγκου αέρα μέσα από χάρτινο φίλτρο, όπου κατακρατούνται τα αιωρούμενα σωματίδια, σχηματίζοντας γκρι κηλίδα. Το δείγμα ακτινοβολείται από μια χαμηλής έντασης ραδιενεργό 14 πηγή ( C ). Η β-ακτινοβολία απορροφάται από τη μάζα της σκόνης, που κατακρατείται στο φίλτρο, ακολουθώντας έναν εκθετικό νόμο και η μέτρηση συνίσταται στον υπολογισμό της μεταβολής της απορρόφησης της β-ακτινοβολίας μεταξύ λευκού φίλτρου, πριν αρχίσει η διαδικασία της συλλογής και του ίδιου φίλτρου μετά τη συλλογή του δείγματος. Τα αποτελέσματα αυτά είναι πρακτικά ανεξάρτητα της φύσης και της μορφής των σωματιδίων. Η μέθοδος προσδιορισμού του μονοξειδίου του άνθρακα βασίζεται στην ιδιότητα, που έχει το CO να απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία (IR). Η υπέρυθρη ακτινοβολία περνά διαδοχικά από δύο τμήματα ενός περιστρεφόμενου δίσκου, που περιέχουν αντίστοιχα άζωτο και μονοξείδιο του άνθρακα. Ο δίσκος αυτός βρίσκεται πριν το θάλαμο απορρόφησης της υπέρυθρης ακτινοβολίας από το δειγματοληπτούμενο αέρα. Έτσι, όταν η IR ακτινοβολία περνά από το τμήμα του δίσκου, που περιέχει το CO, τότε έχουμε ολική απορρόφηση της ενέργειας, που θα μπορούσε να απορροφηθεί από το CO του δείγματος και η οποιαδήποτε άλλη απορρόφηση οφείλεται σε αέρια παρεμβολών, που περιέχονται στο δείγμα. Όταν η IR ακτινοβολία περνά από το τμήμα του δίσκου, που περιέχει το άζωτο, που δεν απορροφά στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος, τότε η απορρόφηση της ακτινοβολίας οφείλεται, τόσο στο CO, όσο και στα άλλα αέρια παρεμβολών του δείγματος. Η διαφορά επομένως των δύο σημάτων που λαμβάνει ο ανιχνευτής από τα διαδοχικά περάσματα της ακτινοβολίας, από το τμήμα του δίσκου με το άζωτο και το τμήμα του δίσκου με το μονοξείδιο του άνθρακα, οφείλεται μόνο στο μονοξείδιο του άνθρακα, που υπάρχει στο αέριο δείγμα και είναι ανάλογη με τη συγκέντρωσή του σ αυτό. Η μέθοδος μέτρησης των οξειδίων του αζώτου ( NO, NO ) στηρίζεται στην αρχή της χημειοφωταύγειας, στην οποία το μονοξείδιο του αζώτου αντιδρά με το όζον και παράγει διοξείδιο του αζώτου σε μια ηλεκτρονικά διεγερμένη κατάσταση. Η εκπεμπόμενη Παπαδόπουλος Αντώνιος 161

162 φωτεινή ενέργεια κατά την αποδιέγερση του NO είναι ανάλογη της συγκέντρωσης του ΝΟ, που αντιδρά με το όζον. Ο δειγματοληπτούμενος αέρας οδηγείται στην διαδρομή αντιδράσεως του ΝΟ και στη διαδρομή αντιδράσεως NO x (μετατροπής NO σε ΝΟ σε υψηλή θερμοκρασία). Η διαφορά των συγκεντρώσεων των δύο διαδρομών δίνει τη δυνατότητα υπολογισμού του NO. Η μέθοδος προσδιορισμού του όζοντος ( O 3 ) βασίζεται στην εκλεκτική απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας από το O 3 του δείγματος. Η συγκέντρωση του όζοντος είναι ανάλογη της μείωσης, που υφίσταται η δέσμη της υπεριώδους ακτινοβολίας (λ=45nm) κατά τη διέλευση της από το θάλαμο απορρόφησης του αναλυτή, από τον οποίο περνά ο δειγματοληπτούμενος αέρας. Μία γεννήτρια όζοντος, η οποία παρέχει γνωστές συγκεντρώσεις O 3 και χρήζει συχνού εξωτερικού ελέγχου, χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμηση του αναλυτή. Η αξιοπιστία των μετρήσεων των αναλυτών εξασφαλίζεται με συχνές (ανά εβδομάδα) βαθμονομήσεις με ειδικά φυσίγγια διαπερατότητας (permeation tubes) για τους ρύπους NO, SO, H S, με γεννήτρια σταθερής συγκέντρωσης για το όζον ( O 3 ), ή φιάλες γνωστής συγκέντρωσης για τους αέριους ρύπους NO, SO, CO.Παράλληλα, σε τακτά χρονικά διαστήματα γίνονται έλεγχοι των επί μέρους τμημάτων (οπτικών, ηλεκτρονικών κλπ.) των αναλυτών για την πιστοποίηση της εύρυθμης λειτουργίας των. Σαν όριο ποιότητας της ατμοσφαιρική ρύπανσης ορίζεται η τιμή εκείνη, την οποία δεν πρέπει να ξεπερνούν οι μετρήσεις ατμοσφαιρικής ρύπανσης σε μια καθορισμένη χρονική περίοδο, ή να εμφανίζεται λιγότερο από μια ορισμένη συχνότητα. Τα όρια ποιότητας αναφέρονται στις συγκεντρώσεις των ρύπων κατά τη διάρκεια είτε ενός έτους, είτε μιας ημέρας, είτε μιας περιόδου (πχ ψυχρή περίοδος του έτους), αναλόγως των επιδράσεων του ρύπου, που εξετάζεται. Παπαδόπουλος Αντώνιος 16

163 7.7. Μετρήσεις ατμοσφαιρικών ρύπων Τα παρακάτω διαγράμματα προέκυψαν ύστερα από επεξεργασία των αρχείων των καταγεγγραφθέντων συγκεντρώσεων των ρύπων, τα οποία μας παραχώρησε η Διεύθυνση Πρασίνου του Δήμου Θεσσαλονίκης. Ως έτη αναφοράς επιλέχτηκαν το 1995 και 005 με σκοπό να παρατηρηθεί η διαχρονική εξέλιξη των ρύπων ανά δεκαετία Μετρήσεις SO Τα οξείδια του θείου SO και SO3 προέρχονται από την καύση του θείου, που υπάρχει σε στερεά και υγρή καύσιμα (άνθρακας, μαζούτ, ντίζελ) σε μικρή συνήθως αναλογία. Τα καυσαέρια από αυτή την καύση περιέχουν 98% SOκαι 1,5% SO 3. Η συνύπαρξη SO και καπνού δημιουργεί το φαινόμενο της αιθαλομίχλης. Σε αστικό περιβάλλον, κύριες πηγές SO είναι η ηλεκτροπαραγωγή, η βιομηχανία, η κεντρική θέρμανση και τα πετρελαιοκίνητα οχήματα. Το SO είναι αέριο άχρωμο, με χαρακτηριστική οσμή, ενώ διαλυόμενο στην υγρασία της ατμόσφαιρας μετατρέπεται σε ασταθές H SO, 3 το οποίο στη συνέχεια οξειδώνεται σε τριοξείδιο του θείου SO3 από το οποίο εύκολα παράγεται H SO4. Τα οξείδια του θείου αποτελούν τα κύρια συστατικά της όξινης βροχής, με τις γνωστές καταστρεπτικές συνέπειες σε δάση, λίμνες και μνημεία. Από τα διαθέσιμα στοιχεία φαίνεται ότι η ετήσια εγχώρια παραγωγή SO ξεπερνά τους 50Κtn, εκ των οποίων 370Ktn αποδίδονται στον τομέα της ηλεκτροπαραγωγής. Τα παρακάτω διαγράμματα παρουσιάζουν την μεταβολή του ρύπου SO ανά δεκαετία για τα έτη 1995 και 005. Παπαδόπουλος Αντώνιος 163

164 Σταθμός Δημαρχείου: Διάγραμμα 1. Μέση συγκέντρωση SO για τον Σταθμό Δημαρχείου Σταθμός Μαρτίου Διάγραμμα. Μέση συγκέντρωση SO για τον Σταθμό Μαρτίου Παπαδόπουλος Αντώνιος 164

165 Σταθμός Λαγκαδά Διάγραμμα 3. Μέση συγκέντρωση SO για τον Σταθμό Λαγκαδά Σταθμός Επταπυργίου Διάγραμμα 4. Μέση συγκέντρωση SO για τον Σταθμό Επταπυργίου Παπαδόπουλος Αντώνιος 165

166 Σταθμός Τούμπας Διάγραμμα 5. Μέση συγκέντρωση SO για τον Σταθμό Τούμπας Για όλους τους Σταθμούς Διάγραμμα 6. Μέση συγκέντρωση SO για όλους τους Σταθμούς Παρατηρώντας τα διαγράμματα μπορούμε να διαπιστώσουμε αμέσως την πτωτική τάση της συγκέντρωσης του SO σε όλους τους σταθμούς. Η μεγαλύτερη μείωση παρατηρείται στο σταθμό δημαρχείου που φτάνει το 60,77% σε σχέση με τα επίπεδα του Παπαδόπουλος Αντώνιος 166

167 Ακολουθούν μειώσεις των συγκεντρώσεων του SO ανά σταθμό Διάγραμμα 7. Μείωση συγκεντρώσεων SO για όλους τους Σταθμούς Εποχικά, οι υψηλότερες συγκεντρώσεις SO παρατηρούνται το χειμώνα, λόγω της λειτουργίας της θέρμανσης και της αυξημένης κυκλοφορίας, σε σχέση με το καλοκαίρι. Στην Ελλάδα και ιδιαίτερα στην περιοχή της Θεσσαλονίκης, τα μέτρα που απέδωσαν θετικά αποτελέσματα στον περιορισμό της αιθαλομίχλης (βασικός δείκτης της οποίας είναι το SO ) είναι οι νομοθετικές ρυθμίσεις για τον περιορισμό της περιεκτικότητας των καυσίμων σε θείο, η καθιέρωση των καταλυτικών αυτοκινήτων νέας τεχνολογίας, η κατάργηση της βενζίνης τύπου «super», η χρήση του φυσικού αερίου στην πόλη, η λειτουργία της περιφερειακής οδού, η λειτουργία των εγκαταστάσεων αποθείωσης στα διυλιστήρια των ΕΛΠΕ, η μετεγκατάσταση βιομηχανιών και βιοτεχνιών από το κέντρο της πόλης στη βιομηχανική περιοχή και η συρρίκνωση της βιομηχανικής δραστηριότητας στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Η οδηγία 1999/30/ΕΚ της Ευρωπαϊκής Ένωσης προβλέπει για το SO τα εξής όρια: 3 Για χρονική βάση 1 ώρας, 350 g / m των οποίων δεν πρέπει να σημειώνεται υπέρβαση περισσότερο από 4 φορές ανά ημερολογιακό έτος. 3 Για χρονική βάση 4 ωρών, 15 g / m των οποίων δεν πρέπει να σημειώνεται υπέρβαση περισσότερο από 3 φορές ανά ημερολογιακό έτος. Παπαδόπουλος Αντώνιος 167

168 Στα παρακάτω διαγράμματα παρουσιάζονται οι υπερβάσεις ανά δεκαετία και ανά σταθμό. Διάγραμμα 8. Αριθμός υπερβάσεων Ημερησίου και Ωριαίου Ορίου SO Όπως παρατηρούμε από το διάγραμμα στην δεκαέτια του 90 υπήρχαν κάποιες αξιοπρόσεκτες υπερβάσεις των ορίων που οστώσω λόγω των προαναφερθέντων μέτρων κατά την δεκαετία του 00 τείνουν να μηδενιστούν Μετρήσεις PM 10 Ο όρος αιωρούμενα σωματίδια είναι ένας ευρύς όρος, ο οποίος, στον τομέα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, καλύπτει όλες τις ουσίες της ατμόσφαιρας, που δεν είναι αέρια. Σε σύγκριση με τους αέριους ρύπους, τα αιωρούμενα σωματίδια είναι δύσκολο να χαρακτηριστούν, εξαιτίας της πολύπλοκης χημικής τους σύστασης και του μεγάλου εύρους, που καλύπτει το μέγεθός τους, το οποίο μπορεί να κυμαίνεται από μερικά νανόμετρα, έως αρκετά μικρόμετρα. Πρωτογενή μικρά σωματίδια εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα, κυρίως από πηγές καύσης (εξατμίσεις αυτοκινήτων, οικιακή θέρμανση, βιομηχανία). Τα σωματίδια αυτά αποτελούν πυρήνες, γύρω από τους οποίους συμπυκνώνονται αέρια συστατικά, με αποτέλεσμα τη δημιουργία δευτερογενών αεροζόλ. Επίσης, δευτερογενή σωματίδια σχηματίζονται από αέριες πρόδρομες ενώσεις, κυρίως διοξείδιο του θείου ( SO ), οξείδια του ( NO ) και πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs), με πολύπλοκες φυσικοχημικές x διεργασίες. Το ενδιαφέρον από υγειονομική άποψη, περιορίζεται στα σωματίδια με διάμετρο 0,1-10 μm (γνωστά και ως PM 10 ), που εισχωρούν στο αναπνευστικό σύστημα του ανθρώπου. Τα παρακάτω διαγράμματα παρουσιάζουν την μεταβολή των αιωρούμενων σωματιδίων PM 10 ανά δεκαετία για τα έτη 1995 και 005. Παπαδόπουλος Αντώνιος 168

169 Σταθμός Δημαρχείου Διάγραμμα 9. Μέση συγκέντρωση PM 10 για τον σταθμό Δημαρχείου Σταθμός Μαρτίου Διάγραμμα 10. Μέση συγκέντρωση PM 10 για τον σταθμό Μαρτίου Παπαδόπουλος Αντώνιος 169

170 Σταθμός Λαγκαδά Διάγραμμα 11. Μέση συγκέντρωση PM 10 για τον σταθμό Λαγκαδά Σταθμός Επταπυργίου Διάγραμμα 1. Μέση συγκέντρωση PM 10 για τον σταθμό Επταπυργίου Παπαδόπουλος Αντώνιος 170

171 Σταθμός Τούμπας Διάγραμμα 13. Μέση συγκέντρωση PM 10 για τον σταθμό Τούμπας Για όλους τους Σταθμούς Διάγραμμα 13. Μέσες συγκέντρωσης PM 10 για όλους τους σταθμούς Εξετάζοντας τα παραπάνω διαγράμματα, παρατηρούμαι ότι οι υψηλότερες συγκεντρώσεις αιωρούμενων σωματιδίων, παρατηρούνται στο κέντρο της πόλης (Σταθμός Δημαρχείου), κατά την χειμερινή κυρίως περίοδο. Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στη συνδυασμένη δράση της έντονης κυκλοφοριακής κίνησης, με τη λειτουργία της κεντρικής Παπαδόπουλος Αντώνιος 171

172 θέρμανσης και τη συμβολή δυσμενών τοπικών μετεωρολογικών συνθηκών, όπως η άπνοια και οι θερμοκρασιακές αναστροφές, που ευνοούν τη συσσώρευση ρύπων το χειμώνα. Η διαχρονική εξέλιξη των τιμών δείχνει, ότι στη Θεσσαλονίκη, η γενική τάση μεταβολής των συγκεντρώσεων των PM 10 είναι πτωτική σε όλους τους σταθμούς του δημοτικού δικτύου. Η πτωτική αυτή τάση έχει ιδιαίτερη σημασία, διότι καταγράφεται, παρά την αύξηση των αστικών δραστηριοτήτων, την επέκταση της πόλη προς τα έξω (προαστιοποίηση) και κυρίως την αύξηση του στόλου των κυκλοφορούντων οχημάτων. Ακολουθούν μειώσεις των συγκεντρώσεων του PM 10 ανά σταθμό Διάγραμμα 14. Μείωση συγκεντρώσεων PM 10 για όλους τους Σταθμούς Η μεγαλύτερη μείωση της συγκέντρωσης των 10 PM αλλά και ο μικρότερος αριθμός μικρότερος αριθμός των υπερβάσεων του ορίου παρατηρείται στο σταθμό Επταπυργίου. Αυτό οφείλεται, λόγω του ότι ο συγκεκριμένος σταθμός βρίσκεται σε μεγαλύτερο ύψος από τους υπόλοιπους σταθμούς του Δημοτικού Δικτύου (195m από την επιφάνεια της θάλασσας), οπότε και επηρεάζεται λιγότερο από το έντονο ανάγλυφο της πόλης και τις χαμηλές θερμοκρασιακές αναστροφές, που παγιδεύουν τα αιωρούμενα σωματίδια στους άλλους σταθμούς κατά τη διάρκεια της νύχτας. Οι υψηλές συγκεντρώσεις στους υπόλοιπους σταθμούς, οφείλονται πιθανότατα στη μειωμένη ικανότητά τους να μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις με τη βοήθεια του ανέμου, αλλά και στη θαλάσσια περιοχή του Όρμου Θεσσαλονίκης. Τα αιωρούμενα σωματίδια εγκλωβίζονται πάνω από την πόλη, αλλά και από τον Όρμο και με τη συμβολή της θαλάσσιας και απόγειας αύρας, πραγματοποιείται μια ανακύκλωση των ρυπασμένων αέριων μαζών. Παπαδόπουλος Αντώνιος 17

173 Η οδηγία 199/30/ΕΚ της Ευρωπαϊκής Ένωσης προβλέπει για τα PM 10 τα εξής όρια: 3 Για χρονική βάση 4 ωρών, 50 g / m των οποίων δεν πρέπει να σημειώνεται υπέρβαση περισσότερο από 35 φορές ανά ημερολογιακό έτος και μείωση των ημερήσιων υπερβάσεων σε 7 μετά το έτος Για χρονική βάση 1 έτους, 40 g / m και μείωση της μέσης ετήσιας 3 συγκέντρωσης σε 0 g / m μετά το έτος 010. Διάγραμμα 15. Αριθμός υπερβάσεων Ημερησίου Ορίου PM 10 Τα αιωρούμενα σωματίδια αποτελούν το σημαντικότερα πρόβλημα για το ατμοσφαιρικό περιβάλλον της Θεσσαλονίκης, διότι παρουσιάζουν σημαντικές υπερβάσεις των θεσμοθετημένων ορίων και ο αριθμός αυτών των υπερβάσεων δεν φαίνεται να 3 μειώνεται δραστικά. Όσον αφορά ειδικά το όριο των 0 g / m για το έτος 010, φαίνεται να μην επιτυγχάνεται σε καμία θέση μέτρησης Μετρήσεις CO Το μονοξείδιο του άνθρακα CO αποτελεί προϊόν ατελούς καύσης, συνήθως σε συνθήκες έλλειψης οξυγόνου και χαμηλής θερμοκρασίας (<600 ο C). Σαν αέριο, το CO είναι άχρωμο και άοσμο, ελάχιστα διαλυτό στο νερό, θεωρείται δε τοξικό και ασφυξιογόνο. Τα παλιότερα χρόνια το CO έγινε αιτία θανάτου πολλών ανθρώπων, που πέθαιναν από «μαγκάλια» και «σόμπες», όταν δεν υπήρχε αρκετός αέρας για την τέλεια μετατροπή του άνθρακα σε CO. Σε αστικές περιοχές, η σημαντικότερη πηγή CO, είναι οι μηχανές εσωτερικής καύσης (μηχανές αυτοκινήτων) και σε μικρότερη κλίμακα η θέρμανση και η βιομηχανία. Παπαδόπουλος Αντώνιος 173

174 Τα παρακάτω διαγράμματα παρουσιάζουν την μεταβολή του ρύπου CO ανά δεκαετία για τα έτη 1995 και 005. Σταθμός Δημαρχείου Διάγραμμα 16. Μέση συγκέντρωση CO για τον σταθμό Δημαρχείου Σταθμός Μαρτίου Διάγραμμα 17. Μέση συγκέντρωση CO για τον σταθμό Μαρτίου Παπαδόπουλος Αντώνιος 174

175 Σταθμός Λαγκαδά Διάγραμμα 18. Μέση συγκέντρωση CO για τον σταθμό Λαγκαδά Σταθμός Επταπυργίου Ο σταθμός Επταπυργίου είναι σταθμός αστικού υποβάθρου και δεν γίνονται μετρήσεις του CO. Σταθμός Τούμπας Ο σταθμός Τούμπας είναι αστικού υποβάθρου στον οποίο οι μετρήσεις του CO σταμάτησαν το 003. Διάγραμμα 19. Μέση συγκέντρωση CO για τον σταθμό Τούμπας Παπαδόπουλος Αντώνιος 175

176 Για όλους τους Σταθμούς Διάγραμμα 0. Μέσες συγκέντρωσης CO για όλους τους σταθμούς Το μονοξείδιο του άνθρακα CO ελέγχεται πλέον μόνο στους κυκλοφοριακούς σταθμούς, εκτός από το σταθμό της Τούμπας στον οποίο οι μετρήσεις σταμάτησαν το 003, οπότε και χρησιμοποιούνται τα στοιχεία αυτού του έτους για τον σταθμό αυτό. Από τα διαγράμματα εύκολα παρατηρούμε μια έντονη πτωτική τάση της συγκέντρωσης του CO σε όλους τους σταθμούς του Δημοτικού Δικτύου που οφείλεται στην αποτελεσματικότητα μετατροπής του CO σε CO από τις καταλυτικές εξατμίσεις. Διάγραμμα 1. Μείωση συγκεντρώσεων CO για όλους τους Σταθμούς Παπαδόπουλος Αντώνιος 176

177 Εποχικά, οι υψηλότερες τιμές παρατηρούνται την ψυχρή περίοδο, λόγω της έντονης κυκλοφοριακής κίνησης, των χειρότερων συνθηκών λειτουργίας των μηχανών των οχημάτων (ξεκίνημα με κρύα μηχανή) και των δυσμενών μετεωρολογικών συνθηκών διάχυσης. Άλλη ένα σημαντικό πρόβλημα είναι η εμφάνισης υψηλών συγκεντρώσεων που καταγράφονται χαμηλά στο επίπεδο του δρόμου σε σχέση με τις τιμές που καταγράφονται από τους σταθμούς. Η αύξηση αυτή αποτελεί μια ένδειξη εμφάνισης του φαινομένου της οδικής χαράδρας δηλαδή της συσσώρευσης αερίων ρύπων χαμηλά στο επίπεδο του δρόμου, σε σχετικά στενούς δρόμους, με μεγάλη κυκλοφορία και υψηλά κτίρια. Στη Θεσσαλονίκη, το φαινόμενο αυτό αποτελεί σημαντική αιτία εμφάνισης υψηλών συγκεντρώσεων αερίων ρύπων σε πολλούς δρόμους της πόλης. Η οδηγία 000/69/ΕΚ της Ευρωπαϊκής Ένωσης προβλέπει για τo CO τo εξής όριo: Μέγιστη ημερήσια τιμή κυλιόμενου 8ώρου τα 10 3 mg / m Την δεκαετία του 90 καταγράφηκαν αρκετές υπερβάσεις του ορίου αυτού σε όλους τους κυκλοφοριακούς σταθμούς και ιδιαίτερα αυξημένες στο σταθμό του Δημαρχείου, οι οποίες όπως φαίνεται και στο διάγραμμα παρουσιάζουν την δεκαετία του 00 θεαματικής μείωση για όλους τους σταθμούς, παρά τη σημαντικής αύξηση του στόλου των οχημάτων. Διάγραμμα. Αριθμός υπερβάσεων Ημερησίου Ορίου CO Παπαδόπουλος Αντώνιος 177

178 Μετρήσεις NO Το διοξείδιο του αζώτου NO είναι αέριο, με χρώμα καφεκίτρινο και δηκτική, γλυκίζουσα οσμή. Αν και εκλύεται σε μικρές ποσότητες πρωτογενώς με τα καυσαέρια (παραγωγή NO καυσίμου από τις προσμίξεις ενώσεων του αζώτου στα καύσιμα), x θεωρείται γενικά δευτερογενής ρύπος, διότι σε αστικό περιβάλλον παράγεται σε πολύ μεγαλύτερες ποσότητες. Στην ατμόσφαιρα, το NO παράγεται και διασπάται μέσω φωτοχημικών αντιδράσεων. Πρακτικά τα οξείδια του αζώτου παράγονται από κινητήρες μηχανών εσωτερικής καύσης και από θαλάμους καύσης σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, βιομηχανιών και συστημάτων κεντρικής θέρμανσης. Το NO θεωρείται ρύπος, ενώ το ΝΟ αποτελεί πρόδρομο ένωση του διοξειδίου του αζώτου. Το NO θεωρείται επίσης από τις κύριες αιτίες δημιουργίας της όξινης βροχής. Στην ατμόσφαιρα, υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας, μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο κατά το σχηματισμό του φωτοχημικού νέφους. Η φαιοκίτρινη «ομίχλη», που εμφανίζεται πάνω από την πόλη και αποτελεί ορατή ένδειξη παρουσίας φωτοχημικού νέφους, οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο διοξείδιο του αζώτου NO και στα λεπτά σωματίδια (αεροζόλ), που ακολουθούν το σχηματισμό του. Βασικό χαρακτηριστικό του διοξειδίου του αζώτου είναι ότι επιδεικνύει ένα σημαντικό υπόβαθρο ρύπανσης, το οποίο εξομαλύνει τις πιθανές διακυμάνσεις των τιμών από μέρα σε μέρα. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται, επειδή οι δευτερογενείς ατμοσφαιρικό ρύποι, όπως το NO, οφείλουν την παραγωγή και τη διάσπασή τους σε πολλούς παράγοντες (εκπομπές πηγών, άνεμος, μετεωρολογικό ύψος ανάμειξης, κύκλος ηλιοφάνειας, ένταση υπεριώδους ακτινοβολίας), που αλληλοαναιρούνται, συμβάλλοντας στη σταθερότητα των συγκεντρώσεων του. Τα παρακάτω διαγράμματα παρουσιάζουν την μεταβολή του ρύπου NO ανά δεκαετία για τα έτη 1995 και 005. Παπαδόπουλος Αντώνιος 178

179 Σταθμός Δημαρχείου Διάγραμμα 3. Μέση συγκέντρωση NO για τον σταθμό Δημαρχείου Σταθμός Μαρτίου Διάγραμμα 4. Μέση συγκέντρωση NO για τον σταθμό Μαρτίου Παπαδόπουλος Αντώνιος 179

180 Σταθμός Λαγκαδά Διάγραμμα 5. Μέση συγκέντρωση NO για τον σταθμό Λαγκαδά Σταθμός Επταπυργίου Διάγραμμα 6. Μέση συγκέντρωση NO για τον σταθμό Επταπυργίου Παπαδόπουλος Αντώνιος 180

181 Σταθμός Τούμπας Διάγραμμα 7. Μέση συγκέντρωση NO για τον σταθμό Τούμπας Για όλους τους Σταθμούς Διάγραμμα 8. Μέσες συγκέντρωσης NO για όλους τους σταθμούς Όπως παρατηρούμε από τα διαγράμματα το NO παρουσιάζει μικρές διαφορές, από περιοχή σε περιοχή, σε όλους τους σταθμούς εκτός από αυτό του Δημαρχείου στον οποίο εμφανίζονται αρκετά υψηλότερες τιμές. Η μεγαλύτερη πτωτική τάση εμφανίζεται στον σταθμό του Λαγκαδά Παπαδόπουλος Αντώνιος 181

182 Διάγραμμα 9. Μείωση συγκεντρώσεων NO για όλους τους Σταθμούς Εποχικά, στη Θεσσαλονίκη, οι υψηλότερες τιμές NO εμφανίζονται κατά τους φθινοπωρινούς μήνες και οφείλονται κατά κύριο λόγο, σε δυσμενείς για τη διάχυση των ατμοσφαιρικών ρύπων μετεωρολογικές συνθήκες, όπως η άπνοια και η εμφάνιση χαμηλών θερμοκρασιακών αναστροφών, σε συνδυασμό με την έντονη για την εποχή ηλιοφάνεια, που επικρατεί συνήθως το φθινόπωρο στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Η οδηγία 1999/30/ΕΚ της Ευρωπαϊκής Ένωσης προβλέπει για τo NO τα εξής όρια: 3 Την μέση ωριαία τιμή των 00 g / m, των οποίων δεν πρέπει να σημειώνεται υπέρβαση για περισσότερο από 18 ώρες ανά έτος. Ετήσια οριακή τιμή για την προστασία της ανθρώπινης υγείας τα 40 3 g / m Παπαδόπουλος Αντώνιος 18

183 Διάγραμμα 30. Αριθμός υπερβάσεων Ημερησίου Ορίου NO Την δεκαετία του 90 είχαμε αρκετές υπερβάσεις του ανώτατου επιτρεπτού ορίου των 00 3 g / m για τον κυκλοφοριακό σταθμό τους Δημαρχείου και λιγότερο συχνά για τους άλλους σταθμούς. Την δεκαετία του 00 οι υπερβάσεις του NO είναι αρκετά λιγότερους αφού οι συγκεντρώσεις του NO παραμένουν σταθερά κάτω από το επιτρεπτό όριο, παρά την αύξηση των κυκλοφορούντων οχημάτων. Το γεγονός οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στη σύγχρονη αντιρρυπαντική τεχνολογία και συγκεκριμένα στο σύστημα ανακύκλωσης των καυσαερίων. Αυτό σημαίνει ότι ένα μικρό ποσοστό των καυσαερίων επιστρέφει στην πολλαπλή εισαγωγή της μηχανής του αυτοκινήτου και αναμιγνύεται με τον αέρα εισαγωγής. Έτσι δημιουργήθηκε το σύστημα ανακύκλωσης ή επανακυκλοφορίας καυσαερίων, που μειώνει σημαντικά τις συγκεντρώσεις των εκπεμπόμενων NO και έχει καθιερωθεί να ονομάζεται ERG. x Παπαδόπουλος Αντώνιος 183

184 Μετρήσεις O 3 Το τροποσφαιρικό όζον O 3 είναι μια αλλοτροπική μορφή του οξυγόνου (τριατομικό οξυγόνο O 3 ) και πήρε το όνομα του από τα ελληνικά (όζειν), επειδή μυρίζει και μάλιστα σε πολύ μικρή συγκέντρωση στον αέρα. Το τροποσφαιρικό όζον είναι αποτέλεσμα πολύπλοκων φωτοχημικών αντιδράσεων, που λαμβάνουν χώρα στην ατμόσφαιρα και αποτελεί σημαντικό δείκτη φωτοχημικής ρύπανσης. Άλλη πηγή τροποσφαιρικού όζοντος είναι το όζον που φτάνει στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, προερχόμενο από τη στρατόσφαιρα. Έτσι, το πολύ ένα 0% του τροποσφαιρικού όζοντος προέρχεται από το όζον της στρατόσφαιρας. Το όζον, σαν αλλοτροπική μορφή του οξυγόνου είναι ιδιαίτερα ασταθές και θεωρείται ως ένα από τα ισχυρότερα οξειδωτικά μέσα. Το όζον είναι ένα αέριο, που μπορεί να ερεθίσει πολύ τα μάτια και τα αναπνευστικά όργανα του ανθρώπου, προκαλώντας βήχα άσθμα. Επειδή δεν διαλύεται εύκολα στο νερό, κατορθώνει να φτάνει μέχρι τους πνεύμονες, επηρεάζοντας τους και προκαλώντας ευαισθησία σε λοιμώξεις. Το όζον είναι ένα από τα κύρια συστατικά της φωτοχημικής ρύπανσης, της οποίας αποτελεί δείκτη. Μεταξύ των κύριων συστατικών της φωτοχημικής ρύπανσης περιλαμβάνονται, πέρα από το όζον, το υπεροξυακετυλονιτρίλιο (PAN), το υπεροξυβενζολονιτρίλιο (PBN), η ακρολέϊνη, η φορμαλδεΰδη και άλλες πολλές χημικές ενώσεις. Από μελέτες που έχουν γίνει για την επίδραση της φωτοχημικής ρύπανσης στον άνθρωπο, προκύπτει ότι αυτή είναι πολύ ισχυρότερη απ ότι το άθροισμα των επιδράσεων των επί μέρους ρύπων, το οποίο και αποκαλείται συνεργιστική δράση. Τα παρακάτω διαγράμματα παρουσιάζουν την μεταβολή του ρύπου CO ανά δεκαετία για τα έτη 1995 και 005. Παπαδόπουλος Αντώνιος 184

185 Σταθμός Δημαρχείου Διάγραμμα 31. Μέση συγκέντρωση O 3 για τον σταθμό Δημαρχείου Σταθμός Μαρτίου Διάγραμμα 3. Μέση συγκέντρωση O 3 για τον σταθμό Μαρτίου Παπαδόπουλος Αντώνιος 185

186 Σταθμός Λαγκαδά Διάγραμμα 33. Μέση συγκέντρωση O 3 για τον σταθμό Λαγκαδά Σταθμός Επταπυργίου Διάγραμμα 34. Μέση συγκέντρωση O 3 για τον σταθμό Επταπυργίου Παπαδόπουλος Αντώνιος 186

187 Σταθμός Τούμπας Διάγραμμα 35. Μέση συγκέντρωση O 3 για τον σταθμό Τούμπας Για όλους τους Σταθμούς Διάγραμμα 36. Μέσες συγκέντρωσης O3 για όλους τους σταθμούς Εποχικά, οι υψηλότερες τιμές παρουσιάζονται τη θερινή περίοδο, λόγω έντασης και διάρκειας της ηλιακής ακτινοβολίας. Η μεγαλύτερη ανοδική τάση των συγκεντρώσεων του όζοντος, παρατηρείται στο σταθμό του Επταπυργίου, που βρίσκεται κοντύτερα στους τόπους παραγωγής των πρόδρομων ενώσεων και ακολουθούν ο σταθμός της Τούμπας και ο σταθμός Μαρτίου. Ο σταθμός του Δημαρχείου είναι ο μόνος στον οποίο παρουσιάζεται μια μικρή μείωση. Παπαδόπουλος Αντώνιος 187

188 Η οδηγία 00/3/ΕΟΚ για την προστασία της ανθρώπινης υγείας προβλέπει για το O τα εξής όρια: 3 3 Για χρονική βάση 1 ώρας, 10 g / m, για το οποίο δεν πρέπει να υπέρβαση για περισσότερες από 5 ημέρες, κατά μέσο όρο για διάστημα 3 ετών. Το όριο αυτό αποτελεί τιμή στόχο για το έτος 010 Επίσης η οδηγία αυτή ορίζει για πρώτη φορά Όριο Ενημέρωσης και Όριο Συναγερμού. 3 Όριο Ενημέρωσης: Μέσος όρος 1 ώρας 180 g / m 3 Όριο Συναγερμού: Μέσος όρος 1 ώρας 40 g / m Παπαδόπουλος Αντώνιος 188

189 Διάγραμμα 30. Αριθμός υπερβάσεων Ωριαίου Ορίου O 3 Διάγραμμα 30. Αριθμός υπερβάσεων Ορίου Ενημέρωσης και Ορίου Συναγερμού O 3 3 Όσον αφορά τις υπερβάσεις του ορίου των 10 g / m παρατηρούμε ότι στην δεκαετία του 90 υπήρξε ένας σημαντικός αριθμός υπερβάσεων, εκτός από το σταθμό Μαρτίου, οι οποίες όμως αυξήθηκαν δραστικά την δεκαετία του 00 και πιο πολύ στους σταθμούς της Τούμπας και του Επταπυργίου. Αυτό οφείλεται για τον σταθμό της Τούμπας στο ότι βρίσκεται προς την φορά των επικρατούντων ανέμων (θαλάσσια αύρα) κατά την θερινή κυρίως περίοδο και για τον σταθμό Επταπυργίου στο ότι βρίσκεται κοντύτερα στους τόπους παραγωγής των πρόδρομων ενώσεων (κεντροδυτικά της πόλης). Παπαδόπουλος Αντώνιος 189