ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ "Μεταβολή των επιπέδων σωματιδιακής ρύπανσης στη Θεσσαλονίκη κατά τη διάρκεια του χειμώνα"

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΦΥΣΙΚΗΣ & ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ "Μεταβολή των επιπέδων σωματιδιακής ρύπανσης στη Θεσσαλονίκη κατά τη διάρκεια του χειμώνα" ΦΑΝΗ ΑΛΕΞΑΝΔΡΗ Επιβλέπων καθηγητής: Δημήτριος Μελάς Θεσσαλονίκη, Σεπτέμβριος 2014

2 2

3 Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον υπεύθυνο καθηγητή μου κ. Δημήτριο Μελά, για τις σημαντικές γνώσεις που μου προσέφερε και για την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με ένα τόσο αξιόλογο και επίκαιρο θέμα που αφορά την πόλη από όπου κατάγομαι. Το φιλικό κλίμα συνεργασίας που υπήρχε, σε συνδυασμό με την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και την υπομονή του συνετέλεσαν καθοριστικά στην εκπόνηση της παρούσας εργασίας. Ευχαριστώ θερμά τον διδάκτορα Περιβαλλοντικής Επιδημιολογίας του London School of Hygiene and Tropical Medicine (LSHTM), Τριαντάφυλλο Πλιάκα, για τις πολύτιμες συμβουλές, τη βοήθειά του και την ενθάρρυνση του ώστε να ασχοληθώ με θέματα περιβάλλοντος και ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια και τους φίλους μου, που μου παρείχαν στήριξη και συμπαράσταση όλο αυτό το χρονικό διάστημα. 3

4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η αναπτυξιακή πολιτική που εφαρμόζεται στις σύγχρονες κοινωνίες και οι αυξημένες ανθρώπινες δραστηριότητες, σχετίζονται άμεσα με την παραγωγή και τη χρήση ενέργειας. Αποτέλεσμα αυτών, είναι η υποβάθμιση του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος εξαιτίας των ρύπων "ενέργειας" που εκλύονται στον αέρα. Τα τελευταία χρόνια, η υποβάθμιση αυτή, παίρνει πλέον και κοινωνικές προεκτάσεις ως απόρροια της οικονομικής-ενεργειακής κρίσης που επικρατεί. Οι καταναλωτές ενέργειας, αναγκάζονται να περιορίσουν τις δαπάνες τους και στρέφονται σε ακατάλληλες μεθόδους θέρμανσης, χωρίς να υπολογίζουν ζητήματα υγείας και περιβάλλοντος. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας λοιπόν, θα προσπαθήσουμε να μελετήσουμε τη μεταβολή των επίπεδων σωματιδιακής ρύπανσης που προκαλείται από τα σωματίδια PM10, δηλαδή αυτά που έχουν αεροδυναμική διάμετρο μικρότερη των 10μm, στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης για τη χρονική περίοδο Οι τιμές που χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων και των αντίστοιχων διαγραμμάτων, προέρχονται από τους σταθμούς μέτρησης της Πλατείας Αγ. Σοφίας, του Κορδελιού και του Πανοράματος, που ανήκουν στο Δίκτυο Παρακολούθησης Αέρα της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας. Στην εργασία, παρουσιάζονται διαγράμματα της διαχρονικής μεταβολής, της εποχικής μεταβολής, που αφορά τη χειμερινή και θερινή περίοδο, και της εβδομαδιαίας πορείας των συγκεντρώσεων των PM10 για τους χειμώνες πριν την οικονομική κρίση ( ) και τους χειμώνες μετά την οικονομική κρίση ( ). Ακόμη, εξετάζουμε τη μεταβολή των συγκεντρώσεων του μονοξειδίου του άνθρακα, για την ίδια περίοδο, που λειτουργεί συμπληρωματικά. Από την επεξεργασία των δεδομένων που είχαμε στη διάθεση μας, αρχικά προέκυψε ότι η διαχρονική εξέλιξη των συγκεντρώσεων των PM10 είναι πτωτική και στους τρεις σταθμούς μελέτης. Ο ρυθμός μείωσης όμως των PM10 είναι βραδύτερος σε σχέση με τον αντίστοιχο του CO. Ακόμη, διαπιστώσαμε ότι τη χειμερινή περίοδο οι συγκεντρώσεις των PM10 είναι υψηλότερες, μειώνονται όμως πιο γρήγορα από τις αντίστοιχες της θερινής περιόδου. Τέλος, διαπιστώσαμε ότι η μέση εβδομαδιαία πορεία των PM10 τους χειμώνες της οικονομικής-ενεργειακής κρίσης ( ), εμφανίζει πολύ χαμηλότερες συγκεντρώσεις συγκριτικά με αυτές των χειμώνων της περιόδου προ κρίσης ( ). Το συμπέρασμα αυτό έρχεται σε αντιδιαστολή με το φαινόμενο των αυξημένων καύσεων ακατάλληλης ξυλείας και βιομάζας για θέρμανση. 4

5 ABSTRACT The developmental policy implemented in modern societies and the increased human activities are directly linked to the production and use of energy. Τhe result is the degradation of the atmospheric environment due to the "energy" pollutants emitted in the air. The last few years, this degradation is assumed a social aspect owing to the existing economic and energy crisis. The energy consumers are forced to limit their expenses and turn to inappropriate ways of heating, without considering the negative impact on public health and environment. The present study shall try to examine the variation of pollution caused by particulate matter PM10, that is particles that have aerodynamic diameter less than 10μg, in the broader area of Thessaloniki during the period The rates used for extracting conclusions and forming the respective diagrams were taken by the measuring stations of Agia Sophia s square, Kordelio and Panorama, which all belong to the Air Quality Monitoring Network of the Region of Central Macedonia. The study presents diagrams of the diachronic variation, the seasonal variation concerning winter and summer periods and the weekly rates of the concentrations of PM10 for the winters before the economic crisis ( ) and the winters after the economic crisis ( ). Furthermore, we examine the variation in concentrations of CO, for the same period, which is complementary to the PM10 variation. The first result after processing the available data, is that the diachronic trend of PM10 concentrations is decreasing in all stations. The rate of decline of PM10, yet, is slower than the rate of CO. Also, we determined that the concentrations of PM10 in the winter period are higher, though they decrease faster than the summer's period concentrations. Our last conclusion is that the weekly rates of PM10 during the winters of the economic and energy crisis ( ) are lower compared to the rates of the winters before the crisis ( ), unlike the increased combustions of biomass and inappropriate wood for heating. 5

6 6

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 4 ABSTRACT... 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο Εισαγωγή Περιβαλλοντικό πρόβλημα Γενικά για την ατμοσφαιρική ρύπανση Η περιβαλλοντική κατάσταση σε Ελλάδα και Θεσσαλονίκη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο Αιωρούμενα σωματίδια Γενικά Κατανομή σωματιδίων κατά μέγεθος Πηγές εκπομπής αιωρούμενων σωματιδίων Χημική σύσταση αιωρούμενων σωματιδίων Καύση βιομάζας Χρόνοι παραμονής και μηχανισμοί απομάκρυνσης των αιωρούμενων σωματιδίων Τοξικότητα επιπτώσεις αιωρούμενων σωματιδίων στην ανθρώπινη υγεία Επιπτώσεις στο περιβάλλον Η κατάσταση στην Ευρώπη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο Μονοξείδιο του άνθρακα Χαρακτηριστικά μονοξειδίου του άνθρακα και ανθρώπινες πηγές Φυσικές πηγές παραγωγής του μονοξειδίου του άνθρακα Φυσικοί μηχανισμοί απομάκρυνσης του μονοξειδίου του άνθρακα Τοξικότητα του μονοξειδίου του άνθρακα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο H μορφολογία και η τοπογραφία της Θεσσαλονίκης Το κλίμα της Θεσσαλονίκης Ρύπανση στη Θεσσαλονίκη Δίκτυο ελέγχου αέριας ρύπανσης στη Θεσσαλονίκη Χρονική διακύμανση των συγκεντρώσεων των μετρούμενων ρύπων Νομοθεσία ποιότητας αέρα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο Αποτελέσματα Εισαγωγή Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων συγκεντρώσεων των αιωρούμενων σωματιδίων PM10 και του μονοξειδίου του άνθρακα

8 5.3 Εποχική μεταβολή των αιωρούμενων σωματιδίων PM10 και του μονοξειδίου του άνθρακα Μέση εβδομαδιαία μεταβολή των αιωρούμενων σωματιδίων PM10 και του μονοξειδίου του άνθρακα για όλους τους χειμώνες ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο Συμπεράσματα Βιβλιογραφία

9 9

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο Εισαγωγή 1.1 Περιβαλλοντικό πρόβλημα Τα θέματα με περιβαλλοντικό περιεχόμενο βρίσκονται συνέχεια στην επικαιρότητα εδώ και μερικά χρόνια. Οι προβληματισμοί μάλιστα γύρω από τα παραπάνω ζητήματα έχουν ξεπεράσει πλέον τα στενά τοπικά ή κρατικά όρια και παίρνουν οικουμενικές διαστάσεις. Το φαινόμενο βέβαια εξηγείται εύκολα αν λάβει κανείς υπόψη, πρώτον ότι το πρόβλημα της αλλοίωσης και καταστροφής του φυσικού περιβάλλοντος, αλλά και στοιχείων της πολιτιστικής κληρονομιάς του ανθρώπου οξύνεται καθημερινά και δεύτερον ότι ορισμένες μορφές οικολογικών αλλοιώσεων παρουσιάζουν από τη φύση τους παγκόσμιο χαρακτήρα (επιπτώσεις από πυρηνικές δοκιμές και πυρηνικά ατυχήματα, ρύπανση του υδάτινου και εναέριου χώρου, κλιματικές αλλαγές κ.ά.). Εξάλλου τα μοντέλα ανάπτυξης, με τα οποία συνδέονται στενά τα περιβαλλοντικά προβλήματα, εφαρμόζονται τις τελευταίες δεκαετίες σε παγκόσμια κλίμακα με αποτέλεσμα οι κάθε μορφής θετικές ή αρνητικές επιπτώσεις να επηρεάζουν, αν όχι ολόκληρη, τουλάχιστον μεγάλα τμήματα της Γης. Η εικόνα σε ολόκληρο τον πλανήτη δείχνει μια ανησυχητική παρακμή που επιταχύνεται κάθε χρόνο. Επομένως έχει κυριαρχήσει στη συνείδηση όλων, τόσο των επιστημόνων όσο και των απλών ανθρώπων, το γεγονός ότι η ποιότητα του περιβάλλοντος συνεχώς χειροτερεύει, με μακροχρόνιες συνέπειες που δεν είναι τόσο εύκολο να εκτιμηθούν. Είναι γεγονός ότι το περιβάλλον διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στην ανθρώπινη υγεία. Στη σύγχρονη ανθρωποκεντρική θεώρηση των ζητημάτων προστασίας του περιβάλλοντος, ένας από τους βασικούς λόγους που το περιβάλλον πρέπει να διατηρείται σε καλή κατάσταση είναι η διασφάλιση της δημόσιας υγείας και η αποτροπή δυσμενών περιβαλλοντικών επιδράσεων στη λειτουργία του ανθρώπινου οργανισμού. Όμως η αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού και η κυριαρχία του, με την υπερεκμετάλλευση των πλουτοπαραγωγικών πόρων και την απόρριψη των κάθε είδους αποβλήτων στο έδαφος, τα νερά και την ατμόσφαιρα αλλοιώνει και καταστρέφει το περιβάλλον. Όλες αυτές οι διαχρονικές αλλοιώσεις ενεργούν σε βάρος της βιωσιμότητας αλλά και της ισορροπίας των οικοσυστημάτων, δημιουργώντας μη αναστρέψιμα 10

11 προβλήματα ρύπανσης του αέρα, του εδάφους και των υδατικών πόρων. Ο άνθρωπος ζει σήμερα σε 'θερμοκήπιο' με αυξανόμενη θερμοκρασία, δέχεται όλο και μεγαλύτερη ποσότητα υπεριώδους ακτινοβολίας αφού η μείωση της πυκνότητας του στρατοσφαιρικού όζοντος είναι γεγονός. Η ατμοσφαιρική ρύπανση αλλάζει τις κλιματολογικές συνθήκες, το κατάλληλο για πόση και οικιακή-γεωργική-βιομηχανική χρήση νερό λιγοστεύει, τα επικίνδυνα λύματα και απόβλητα - μεταξύ των οποίων τοξικά και ραδιενεργά - αλλάζουν τους φυσικοχημικούς χαρακτήρες των οικοσυστημάτων, δημιουργώντας συνθήκες για μείωση και εξαφάνιση ειδών χλωρίδας και πανίδας. Στην κορυφή της πυραμίδας της περιβαλλοντικής υποβάθμισης των ανεπτυγμένων κοινωνιών παραμένει η ρύπανση του αέρα. Βέβαια, η παρουσία της ρύπανσης του αέρα δεν είναι καινούριο φαινόμενο, αλλά χρονολογείται ακόμα από τα Μεσαιωνικά χρόνια όπου εμφανιζόταν με τη μορφή καπνού και αιθάλης και είναι στενά συνδεδεμένη με τη Βιομηχανική Επανάσταση και τη χρήση του κάρβουνου. Η εκβιομηχάνιση όλο και περισσότερων χωρών είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση του βιοτικού τους επιπέδου και κατ' επέκταση την ανοδική τάση του πληθυσμού ο οποίος συγκεντρώθηκε στα αστικά κέντρα, δυσχεραίνοντας έτσι την ποιότητα της ατμόσφαιρας στην οποία άρχισαν να προστίθενται συνεχώς μεγάλες ποσότητες τοξικών αερίων και σωματιδίων λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Ο άνθρωπος εισπνέει καθημερινά 20m 3 αέρα και θεωρείται πλέον δεδομένο, ότι η αναπνοή αποτελεί τον κυριότερο τρόπο έκθεσης του ανθρώπου σε αυτές τις επικίνδυνες ουσίες. Ως αίτια λοιπόν της υποβάθμισης του περιβάλλοντος και της ατμόσφαιρας, υπολογίζονται οι αυξανόμενες ενεργειακές ανάγκες του υπεράριθμου πληθυσμού, η εκβιομηχάνιση, η χωροθέτηση δραστηριοτήτων χωρίς προγραμματισμό και η κακή χρήση των επιτευγμάτων της τεχνολογίας. Έτσι το ενδιαφέρον σήμερα για την κατάσταση του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος είναι μεγάλο εξαιτίας των δυσμενών επιπτώσεών του στη δημόσια υγεία, στο φυσικό περιβάλλον, στα στοιχεία του ανθρώπινου πολιτισμού και στις κλιματικές αλλαγές. 1.2 Γενικά για την ατμοσφαιρική ρύπανση Όπως αναφέρθηκε λοιπόν, η ατμόσφαιρα της Γης άρχισε να μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου γιατί μαζί με τις χημικές και βιολογικές επιδράσεις που διαμορφώνουν τη σύστασή της, αλλά και τη δράση των ηφαιστείων και των θερμών πηγών, έρχονται να προστεθούν και οι δραστηριότητες του ανθρώπου (που έχουν και αυτές σημαντικές 11

12 επιπτώσεις στο περιβάλλον). Έτσι, θα μπορούσαμε να ορίσουμε την ατμοσφαιρική ρύπανση ως κάθε κατάσταση στην οποία υπάρχουν ουσίες στην ατμόσφαιρα σε συγκεντρώσεις αρκετά υψηλότερες από τα φυσιολογικά επίπεδα του περιβάλλοντος, οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν μετρήσιμα αποτελέσματα στους ανθρώπους, στα ζώα, στη βλάστηση και στα υλικά. Με τον όρο "ουσίες" εννοούμε κάθε φυσική ή ανθρωπογενή χημική ένωση ή χημικό στοιχείο που υπάρχει στην ατμόσφαιρα σε αέρια, υγρή ή στερεά μορφή (Καραθανάσης, 2006). Όμως δεν είναι καθόλου εύκολο να χαρακτηρίσουμε μια ουσία που εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα ως ρύπο, ή ακόμα περισσότερο ως μη επιβλαβή. Ένας πολύ γενικός ορισμός είναι να θεωρήσουμε ως ρύπο οτιδήποτε προστίθεται στην ατμόσφαιρα άμεσα ή έμμεσα και προκαλεί απόκλιση από τη μέση γεωχημική της σύνθεση και έχει επιβλαβείς συνέπειες στον άνθρωπο και στο περιβάλλον (Καραθανάσης, 2006). Οι ατμοσφαιρικοί ρύποι μπορεί να εκπέμπονται κατευθείαν στην ατμόσφαιρα είτε από φυσικές πηγές όπως οι βιολογικές δραστηριότητες, τα ηφαίστεια, τα θαλάσσια σταγονίδια, οι πυρκαγιές, κ.α. είτε από ανθρωπογενείς πηγές όπως είναι οι βιομηχανικές, εμπορικές, αγροτικές δραστηριότητες, οι μεταφορές, η θέρμανση κ.α. Οι ουσίες λοιπόν, οι οποίες εκπέμπονται κατευθείαν από την πηγή, ονομάζονται πρωτογενείς ρύποι. Υπάρχει όμως και η περίπτωση να σχηματίζονται από φωτοχημικές αντιδράσεις μεταξύ των πρωτογενών ρύπων και άλλων αερίων ή σωματιδίων της ατμόσφαιρας και τότε ονομάζονται δευτερογενείς ρύποι (Καραθανάσης, 2006). Στον πίνακα 1.1 παρουσιάζονται οι διεργασίες που προκαλούν ανθρωπογενή ρύπανση της ατμόσφαιρας. Διεργασία Σκοπός Εκπομπές Καύση Θέρμανση, μεταφορές, παραγωγή Αιωρούμενα σωματίδια ηλεκτρικής ενέργειας καπνός, CO, SO 2, NO x υδρογονάνθρακες κ.α. Εξάτμιση Βιομηχανικές εφαρμογές Αέριοι ρύποι (υδρογονάνθρακες υδρόθειο, πτητικές οργανικές ενώσεις, κ.α. Τριβή Βιομηχανικές εφαρμογές, αστικές δραστηριότητες Αιωρούμενα σωματίδια Πίνακας 1.1: Διεργασίες που προκαλούν ανθρωπογενή ρύπανση της ατμόσφαιρας (Φυτιάνος, 2010). 12

13 Τέλος, ανάλογα με τη φυσική κατάσταση των ρύπων, η ρύπανση μπορεί να διαχωριστεί σε αέρια ρύπανση και σωματιδιακή ρύπανση, ενώ οι κυριότερες ουσίες οι οποίες επηρεάζουν την ποιότητα του αέρα είναι: το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) τα οξείδια του αζώτου (NO x ) το διοξείδιο του θείου (SO 2 ) οι οργανικοί υδρογονάνθρακες πλην του μεθανίου (NMVOCs) το όζον (O 3 ) τα αιωρούμενα σωματίδια (PM2.5, PM10) Σε παγκόσμια κλίμακα ο ρυθμός εκλύσεως των ρύπων που προέρχονται από τη φύση ξεπερνά το ρυθμό παραγωγής τους από τον άνθρωπο. Επειδή όμως η ανθρωπογενής παραγωγή των αερίων ρύπων βρίσκεται συγκεντρωμένη στα αστικά και βιομηχανικά κέντρα, οι συγκεντρώσεις τους σ' αυτές τις περιοχές είναι πολύ μεγαλύτερες. Όμως πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η ατμοσφαιρική ρύπανση είναι ένα παγκόσμιο φαινόμενο, αφού τελικά οι ρύποι διασπείρονται σε ολόκληρη την ατμόσφαιρα, επηρεάζοντας όλο τον πλανήτη. 1.3 Η περιβαλλοντική κατάσταση σε Ελλάδα και Θεσσαλονίκη Οι ελληνικές μεγαλουπόλεις αντιμετωπίζουν και αυτές μεγάλο περιβαλλοντικό πρόβλημα λόγω της αστικοποίησης του πληθυσμού σε συνδυασμό με την οικονομική ανάπτυξη της χώρας τα τελευταία σαράντα χρόνια. Ο μεγάλος στόλος των οχημάτων, η καύση λιγνίτη και πετρελαίου στον τομέα της ηλεκτροπαραγωγής αλλά και η στροφή του πληθυσμού σε εναλλακτικές μεθόδους θέρμανσης, που βασίζονται στην καύση οργανικών υλικών (κάρβουνο, ξύλο, βιομάζα), είναι από τις σημαντικότερες αιτίες για τις οποίες η ατμόσφαιρα των περισσότερων ελληνικών πόλεων πλήττεται από αυξημένες συγκεντρώσεις ρύπων και συγκεκριμένα αιωρούμενων σωματιδίων. Ειδικά από τότε που η οικονομική κρίση άρχισε να μαστίζει την Ελλάδα, έχοντας ως αποτέλεσμα τη μείωση των εισοδημάτων και την έξαρση του φαινομένου της "ενεργειακής φτώχιας", τα ποσοστά των σωματιδίων που αιωρούνται στον αέρα εκτοξεύθηκαν στα ύψη. Το μεγαλύτερο πρόβλημα εντοπίζεται στο αναπνεύσιμο κλάσμα δηλαδή στα σωματίδια με διάμετρο d<=2,5 μm (PM2.5) και στο εισπνεύσιμο κλάσμα δηλαδή στα σωματίδια με διάμετρο d<=10μm (PM10), τα οποία θα μας απασχολήσουν στην παρούσα εργασία. 13

14 Για το λόγο αυτό η Ευρωπαϊκή νομοθεσία, βασιζόμενη στις κατευθυντήριες οδηγίες του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας, καθορίζει ανώτατα όρια για τις συγκεντρώσεις αέριων ή σωματιδιακών ρύπων, με σκοπό να αποφεύγονται, να προλαμβάνονται ή τουλάχιστον να μειώνονται οι επιβλαβείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία και στο σύνολο του περιβάλλοντος. Οι οριακές αυτές τιμές ισχύουν παντού εκτός από τους χώρους εργασίας, συνεπώς και σε επίπεδο δρόμου όπου εντοπίζονται και τα κύρια σημεία αιχμής της ρύπανσης σε αστικές περιοχές. Από έρευνες που έχουν γίνει τα τελευταία 10 περίπου χρόνια, πολλές Ευρωπαϊκές πόλεις ξεπερνούν κατά πολύ αυτά τα θεσμοθετημένα όρια. Στις πρώτες θέσεις των πόλεων που έχουν τη χειρότερη ποιότητα αέρα παγκοσμίως, φιγουράρει το όνομα της Εικόνα 1.2: Πόλεις με τις υψηλότερες μέσες συγκεντρώσεις PM10 παγκοσμίως (WHO, 2013). Θεσσαλονίκης (2008). Αυτό αποδεικνύεται και από το σχήμα 1.2, στο οποίο παρουσιάζονται ανά γεωγραφική περιοχή, οι πόλεις με τις υψηλότερες μέσες συγκεντρώσεις PM10, σύμφωνα με έρευνα του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (WHO) που δημοσιεύτηκε το Η περιοχή που μας ενδιαφέρει και την οποία θα μελετήσουμε είναι η ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης, για την οποία τα μέχρι στιγμής δεδομένα δείχνουν σημαντική ατμοσφαιρική ρύπανση, κυρίως από αιωρούμενα σωματίδια PM10. Η συνδυασμένη δράση της έντονης κυκλοφοριακής κίνησης και η λειτουργία της κεντρικής θέρμανσης μαζί με τη λειτουργία μεγάλων βιομηχανικών μονάδων, που σε αρκετές περιπτώσεις βρίσκονται κοντά σε κατοικημένες περιοχές, δημιουργούν προβλήματα αστικής και βιομηχανικής ρύπανσης. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του μικροκλίματος, οι τοπικές μετεωρολογικές συνθήκες καθώς και το πλήθος, αλλά και το χαμηλό ύψος των σημείων εκπομπής (επίπεδο δρόμου) είναι λόγοι που δυσχεραίνουν τη διάχυση των ρύπων στο αστικό περιβάλλον της 14

15 Θεσσαλονίκης. Σημαντικός ενισχυτικός παράγοντας στη βεβαρημένη ατμόσφαιρα της πόλης είναι η εκτεταμένη χρήση βιομάζας και καυσόξυλων αμφιβόλου ποιότητας, που είναι συνέπειες της οικονομικής-ενεργειακής κρίσης που πλήττει τα μεγάλα αστικά κέντρα της χώρας. Όλοι αυτοί οι παράγοντες καθιστούν ανησυχητική την κατάσταση, όσον αφορά τις αυξημένες συγκεντρώσεις των PM10. Η Θεσσαλονίκη επομένως, είναι μια πόλη που επηρεάζεται καθημερινά από τις δυσάρεστες συνέπειες της περιβαλλοντικής υποβάθμισης, ενώ εκτός από την ατμοσφαιρική ρύπανση, αντιμετωπίζει και αλλά περιβαλλοντικά προβλήματα όπως είναι η πυκνή δόμηση και η έλλειψη πρασίνου, η μόλυνση των υδάτων του Θερμαϊκού κόλπου, η ηχορύπανση στο κέντρο της πόλης κ.α. Εικόνα 1.3: Ομίχλη στη Θεσσαλονίκη. Εικόνα 1.4: Καπνός από καμινάδες. 15

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο Αιωρούμενα σωματίδια 2.1 Γενικά Με τον όρο αιωρούμενη σωματιδιακή ύλη (suspended particulate matter, SPM) εννοούμε κάθε συστατικό, εκτός από το καθαρό νερό, που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα ως υγρό ή στερεό, κάτω από φυσιολογικές συνθήκες και έχει μέγεθος της τάξεως των μm ή και μικρότερο, αλλά μεγαλύτερο από τη μοριακή διάσταση (περίπου 2 ) (Καραθανάσης, 2006). Οι μορφές με τις οποίες τα αιωρούμενα σωματίδια εμφανίζονται στην ατμόσφαιρα είναι οι παρακάτω (Μπάης, 2011): Σκόνη (dust): σχηματίζεται από διάβρωση ή κατακερματισμό στερεών υλικών και είναι στερεά σωματίδια μεγάλου σχετικά μεγέθους (d>1μm). Καπνός (smoke): μικρά σωματίδια (d>0.01μm) που προέρχονται από ατελή καύση κυρίως άνθρακα ή άλλων καυσίμων, σε ικανή συγκέντρωση ώστε να είναι ορατά. Ομίχλη (fog): ορατά υδροσταγονίδια σε διασπορά στην ατμόσφαιρα, συνήθως κοντά στο έδαφος. Κάπνα (fume): σωματίδια που προκύπτουν από συμπύκνωση ατμών, κυρίως από πτητικές ουσίες, ή ως αποτέλεσμα οξειδωτικών αντιδράσεων (d<1μm). Αχλύς (haze): μικρά σωματίδια (d<1μm) μίγμα υδροσταγονιδίων, ρύπων και σκόνης. Μειώνουν την ορατότητα. Νέφος (smog): συνδυασμός ομίχλης και καπνού. Ιπτάμενη τέφρα (fly ash): λεπτόκοκκα σωματίδια τέφρας στερεών καυσίμων που παρασύρονται με τα καυσαέρια. Αιθάλη (soot): συσσώρευση σωματιδίων άνθρακα που δημιουργούνται από την ατελή καύση ανθρακικών ενώσεων. Τα αιωρούμενα σωματίδια είναι ιδιαίτερα πολύπλοκα. Περιλαμβάνουν ουσίες διαφορετικής χημικής σύνθεσης, που δεν είναι δυνατό να αποτελέσουν μια ομάδα. Γι αυτό μια πλήρης περιγραφή των ατμοσφαιρικών σωματιδίων απαιτεί καθορισμό όχι μόνο της συγκέντρωσής τους αλλά και του μεγέθους τους, της χημικής τους σύνθεσης, της φυσικής τους κατάστασης (υγρά ή στερεά) και της μορφολογίας τους. 16

17 Εικόνα 2.1: Σύννεφο σκόνης στην Αριζόνα. Εικόνα 2.2: Ποδηλάτης με μάσκα οξυγόνου μέσα σε νέφος αιθαλομίχλης. Μια άλλη ονομασία που χρησιμοποιούμε είναι τα αερολύματα. Με τον όρο αερολύματα (aerosols) αναφερόμαστε στα σχετικά σταθερά αιωρήματα στερεών ή υγρών σωματιδίων σε αέριο. Τα αερολύματα διαφέρουν από τα σωματίδια κατά το ότι τα αερολύματα συμπεριλαμβάνουν και τα σωματίδια και το αέριο στο οποίο αυτά αιωρούνται (Σκούλλος, 2010). Οι λόγοι για τους οποίους μελετάμε τα ατμοσφαιρικά αιωρήματα είναι (Μελάς, 2004): Αποτελούν βασικό παράγοντα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Χρησιμεύουν ως πυρήνες συμπύκνωσης για τη δημιουργία νεφοσταγονιδίων και κατ' επέκταση νεφών. Απορροφούν και διαχέουν την ορατή ακτινοβολία περιορίζοντας την ορατότητα της ατμόσφαιρας και συμβάλλοντας αρνητικά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Έχουν σημαντικό ρόλο σε χημικές αντιδράσεις και ηλεκτρικά φαινόμενα. 2.2 Κατανομή σωματιδίων κατά μέγεθος Το μέγεθος των αιωρούμενων σωματιδίων εκφράζεται κατά κανόνα από τη διάμετρό τους. Επειδή όμως τα σωματίδια διαφέρουν μεταξύ τους και ως προς το σχήμα και ως προς την πυκνότητα 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 g/cm 3 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 17

18 ατμόσφαιρα, καθώς και με την απόθεση τους στο αναπνευστικό σύστημα (Φυτιάνος, 2006). Τα οριοθετημένα κλάσματα των αιωρούμενων σωματιδίων είναι τα εξής: Ολικά αιωρούμενα σωματίδια (Total Suspended Particles, TSP) με αεροδυναμική διάμετρο <50 μm. Χονδρόκοκκα σωματίδια ή PM10 (coarse particles) με αεροδυναμική διάμετρο <10 μm. Λεπτόκοκκα σωματίδια ή PM2,5 (fine partcles) με αεροδυναμική διάμετρο <2,5 μm. Υπέρλεπτα σωματίδια ή PM1 (ultra fine particles, UFP) με αεροδυναμική διάμετρο <1 μm. Νανοσωματίδια με αεροδυναμική διάμετρο <0,1 μm. Για να γίνει αντιληπτό το μέγεθος αυτών των αιωρούμενων σωματιδίων, στην εικόνα 2.3 φαίνεται η σύγκριση της διαμέτρου για κάθε κατηγορία σωματιδίων. Εικόνα 2.3: Σύγκριση τους μεγέθους των PM με τη διάμετρο του κόκκου της άμμου και της τρίχας ανθρώπου (EPA, 2010). Το μέγεθος των αιωρούμενων σωματιδίων καθορίζει την κατανομή τόσο του αριθμού, όσο και της επιφάνειας καθώς και της μάζας τους. Γενικά ο μεγαλύτερος αριθμός των σωματιδίων βρίσκεται σε υπερ-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 2.4 δίνεται η κατά μέγεθος κατανομή της επιφάνειας των σωματιδίων. 18

19 Σχήμα 2.4: Σχηματική αναπαράσταση της κατανομής επιφανείας ατμοσφαιρικών σωματιδίων. Παρουσιάζονται οι πηγές, οι βασικές διεργασίες και οι μηχανισμοί σχηματισμού και απομάκρυνσης των σωματιδίων (Φυτιάνος, 2010). Τυπικά διακρίνουμε την ύπαρξη τριών μεγίστων, εξαιτίας του μηχανισμού δημιουργίας των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Έτσι έχουμε (Φυτιάνος, 2010): Την περιοχή πυρήνωσης που αποτελείται από σωματίδια με διάμετρο <0,1 μm, και προκύπτουν από συμπυκνώσεις αέριων ρύπων που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα (με διάμετρο<0,1 μm). Αέριοι ρύποι που εκλύονται στην ατμόσφαιρα πυρηνοποιούνται και μετατρέπονται σε σωματίδια, κάτω από υψηλές θερμοκρασίες. Την περιοχή συσσώρευσης που αποτελείται από σωματίδια με διάμετρο 0,1-2,5 μm που σχηματίζονται από τα σωματίδια της περιοχής πυρήνωσης, όταν πάνω σε αυτά συμπυκνώνονται υδρατμοί, ή όταν αυτά συσσωματώνονται. Έτσι αυξάνει το μέγεθός τους και γι αυτό ονομάζονται και προσαυξημένα σωματίδια. Την περιοχή κατακάθισης που αποτελείται από σωματίδια με d>2.5 μm που σχηματίζονται από διάφορες μηχανικές δράσεις πχ σωματίδια εδαφικής σκόνης από δυνατούς ανέμους (χονδρόκοκκα σωματίδια). 19

20 2.3 Πηγές εκπομπής αιωρούμενων σωματιδίων Η παρουσία των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα οφείλεται σε φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές εκπομπής. Σε παγκόσμια κλίμακα υπερτερούν οι εκπομπές από φυσικές πηγές, σε τοπική όμως κλίμακα υπερτερούν οι ανθρωπογενείς εκπομπές. Οι διεργασίες που προκαλούν την εκπομπή σωματιδίων είναι η καύση, η τριβή, η διάβρωση και ο κατακερματισμός των υλικών. Σημαντικές φυσικές πηγές αιωρούμενων σωματιδίων είναι η διάβρωση του εδάφους και των βράχων (σκόνη) και η δράση των ηφαιστείων όπου κατά την έκρηξή τους τα σωματίδια μπορεί να φτάσουν εντός της τροπόσφαιρας, καθώς και στη στρατόσφαιρα. Τα κύματα των ωκεανών εκτινάσσουν σε μεγάλες αποστάσεις σταγονίδια ύδατος, τα οποία εξατμιζόμενα αφήνουν στον αέρα σωματίδια αλάτων διαμέτρου 1 και 10 μm. Φυσικές πηγές αποτελούν και οι φωτιές των δασών όπου η καύση της βιομάζας εκπέμπει αιωρούμενα σωματίδια στην ατμόσφαιρα, η βλάστηση όπου γύρη και σπόροι καταλήγουν στην ατμόσφαιρα ύστερα από τη μηχανική δράση του ανέμου και οι χημικές αντιδράσεις μεταξύ φυσικά εκπεμπόμενων σωματιδίων. Τέλος, η μετατροπή αερίων σε σωματίδια και κυρίως η συμπύκνωση πρόδρομων αερίων αποτελεί μια από τις σημαντικότερες πηγές φυσικής προέλευσης, χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο οργανικός άνθρακας -ένας από τους συχνότερους ρύπους αεροζόλ- που προκύπτει από τη συμπύκνωση υδρογονανθράκων. Εικόνα 2.5: Έκρηξη ηφαιστείου Eyjafjallajokull στην Ισλανδία, Εικόνα 2.6: Τα κύματα των ωκεανών εκτινάσσουν σταγονίδια ύδατος. 20

21 Οι κυριότερες ανθρώπινες πηγές σωματιδίων, που παράγουν ποσότητες σωματιδίων συγκρίσιμες με τις φυσικές διεργασίες, είναι οι βιομηχανικές διαδικασίες και η καύση των υγρών αλλά κυρίως των στερεών καύσιμων υλών, η θέρμανση και οι μεταφορές (αυτοκίνητα). Η σύσταση των βιομηχανικών σωματιδίων εξαρτάται από τον τύπο της παραγωγικής διαδικασίας, η δε διάμετρός τους είναι γύρω στο 1 μm. Παραδείγματα αυτών παρουσιάζονται στον πίνακα 2.7. Ανθρωπογενείς πηγές Εκπομπές βιομηχανικής "σκόνης" Διαδικασία παραγωγής αιωρούμενων σωματιδίων Προέρχονται από: την ατελή καύση καυσίμων την παρασκευή τσιμέντου τη μεταλλουργία την καύση στερεών αποβλήτων Σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Μεταφορές την καύση λιγνίτη, πετρελαίου, φυσικού αερίου. τις καύσεις των αυτοκινήτων/εξατμίσεις αυτοκινήτων, τις φθορές φρένων και ελαστικών. Κεντρική θέρμανση Επαναιώρηση σκόνης εδάφους τους καυστήρες πετρελαίου, τις ξυλόσομπες, την καύση βιομάζας. την κίνηση οχημάτων τις αγροτικές δραστηριότητες τις κατασκευές Πίνακας 2.7: Ανθρωπογενείς πηγές και διαδικασία παραγωγής αιωρούμενων σωματιδίων (Μελάς, 2004). Εκτός από τα εκπεμπόμενα πρωτογενή σωματίδια, δηλαδή αυτά που εκπέμπονται άμεσα είτε από φυσικές διεργασίες είτε από ανθρώπινες δραστηριότητες, στην ατμόσφαιρα σχηματίζονται και δευτερογενή σωματίδια. Τα δευτερογενή σωματίδια παράγονται έμμεσα στην ατμόσφαιρα ανάλογα με τις φυσικοχημικές συνθήκες που επικρατούν, όπως η παρουσία υδρατμών και η ηλιακή ακτινοβολία. Οι μηχανισμοί που οδηγούν στο σχηματισμό δευτερογενών σωματιδίων είναι κυρίως η πυρηνοποίηση και η συμπύκνωση αερίων. Τα σωματίδια που σχηματίζονται κατ' αυτόν τον τρόπο έχουν πολύ μικρό μέγεθος (η διάμετρός τους κυμαίνεται από 0,005 0,1 μm). Άλλοι μηχανισμοί είναι η συσσωμάτωση λεπτόκοκκων σωματιδίων και η συσσώρευση πολλών σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Τα σωματίδια που δημιουργούνται από αυτές τις διαδικασίες είναι μεγαλύτερα και έχουν συνήθως διάμετρο 0,1-2,5 μm. 21

22 2.4 Χημική σύσταση αιωρούμενων σωματιδίων Όσον αφορά τη χημική σύσταση των αιωρούμενων σωματιδίων ποικίλει ανάλογα με την πηγή προέλευσης των σωματιδίων, ενώ παρουσιάζει μεγάλη ανομοιογένεια περιλαμβάνοντας χημικές ενώσεις πολλών διαφορετικών ομάδων. Άλλωστε σε αυτό έγκειται και η δυσκολία που παρουσιάζουν οι μελέτες στο να κατανοήσουν τη συμπεριφορά τους μέσα στην ατμόσφαιρα. Τα αιωρούμενα σωματίδια αποτελούνται από μια ανόργανη (στερεό ανόργανο υλικό, υδατοδιαλυτά ανόργανα άλατα, στοιχειακό άνθρακα κ.α.) και μια οργανική φάση. 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 (Φυτιάνος, 2010). Στο σχήμα 2.8 παρουσιάζεται η κατανομή της μάζας των κυριότερων συστατικών των αιωρούμενων σωματιδίων. Σχήμα 2.8: Σχηματική κατανομή της μάζας των αιωρούμενων σωματιδίων η οποία εμφανίζει ένα τυπικό καταμερισμό των χημικών ειδών σε μικρά και μεγάλα σωματίδια (Μελάς, 2007). Παρατηρούμε ότι κύρια συστατικά είναι ορυκτογενή μέταλλα από επαναιώρηση σκόνης, καθαρός άνθρακας από διαδικασίες καύσης, άλατα του αμμωνίου, άλατα από το θαλασσινό νερό, άλατα του ασβεστίου από οικοδομικά υλικά και σκόνη, θειικά άλατα και οργανικές ενώσεις από προϊόντα ημιτελών καύσεων. 22

23 Παρακάτω παρουσιάζεται η χημική και ορυκτολογική σύσταση των PM10, σχήμα 2.9, που εμφανίστηκαν στη Θεσσαλονίκη στους σταθμούς Αγ. Σοφίας (ΑΣ) και Κορδελιού (ΕΚ). Τα αποτελέσματα αυτά παρουσιάστηκαν από ερευνητές του τμήματος Χημείας ΑΠΘ και του τμήματος Γεωλογίας ΑΠΘ στο 21 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Χημείας το Σχήμα 2.9: Χημική σύσταση των PM10 στο Ελευθέριο-Κορδελιό και την Πλ. Αγίας Σοφίας (Σαμαρά, 2011). Η χημική σύσταση των PM10 στις δύο θέσεις δειγματοληψίας είναι παρόμοια, γεγονός που δείχνει ότι και οι δύο θέσεις επηρεάζονται από πηγές ίδιου τύπου. Διαπιστώνουμε ότι επικρατούν τα συστατικά που αναφέραμε και παραπάνω δηλαδή εδαφογενή στοιχεία, ιχνοστοιχεία, οργανική ύλη, στοιχειακός άνθρακας και ιοντικά συστατικά. 2.5 Καύση βιομάζας Η χημική σύσταση και η κατανομή του μεγέθους των αιωρούμενων σωματιδίων είναι τα δύο χαρακτηριστικά που διαμορφώνουν την τοξική δράση των PM10 και τα καθιστούν επικίνδυνα για το κλίμα και τη δημόσια υγεία. Οι διεργασίες σχηματισμού των αιωρούμενων σωματιδίων είναι αυτές που καθορίζουν τα δύο αυτά χαρακτηριστικά. Μια τέτοια διαδικασία είναι οι ανεξέλεγκτες καύσεις που πραγματοποιούνται κυρίως κατά τη χειμερινή περίοδο, με σκοπό τη θέρμανση των κατοικιών. Καθίσταται απαραίτητη η 23

24 περαιτέρω ανάλυση του συγκεκριμένου θέματος, καθώς τα τελευταία τρία με τέσσερα χρόνια εξελίσσεται σε μείζον πρόβλημα πολλών, αστικών κυρίως, περιοχών της Ελλάδας. Στις ημέρες της οικονομικής-ενεργειακής κρίσης που βιώνει ως χώρα η Ελλάδα, όλοι οι καταναλωτές ενέργειας αναζητούν εναλλακτικές και βιώσιμες λύσεις ώστε να μειώσουν το κόστος θέρμανσης, μη υπολογίζοντας συχνά θέματα υγείας και περιβάλλοντος. Η αναζήτηση αυτή για "φθηνότερη ενέργεια" κορυφώθηκε ιδιαίτερα μετά τη μεγάλη αύξηση στην τιμή του πετρελαίου θέρμανσης. Αυτή η αύξηση σε συνδυασμό με την δυσμενή οικονομική συγκυρία οδήγησε στην αύξηση χρήσης βιομάζας ή ακατάλληλης ξυλείας για οικιακή χρήση. Αυτό φυσικά είχε σοβαρές επιδράσεις στην ποιότητα του αέρα. Η βιομάζα αποτελεί μια ήπια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, βάση της οποίας είναι το οργανικό υλικό που προέρχεται από φυτά, όπως το ξύλο, οι καλλιέργειες αλλά και από τα ζωικά απόβλητα. Κατέχει την τέταρτη θέση ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, καθώς μπορεί να ανανεώνεται σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα και καλύπτει περίπου το 14% των ενεργειακών απαιτήσεων παγκοσμίως (Ζωσιμά, 2013). Η καύση της βιομάζας είναι μια εδραιωμένη τεχνική θερμικής μετατροπής για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού. Η απότομη μετάβαση όμως στη βιομάζα, όταν γίνεται χωρίς προδιαγραφές και πρότυπα, συμβάλλει στη δημιουργία του φαινομένου της αιθαλομίχλης. Μελέτες που έχουν γίνει αποδεικνύουν ότι παρουσιάζει αυξημένες εκπομπές, σε σχέση με το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, στους εξής βασικούς ρύπους: μονοξείδιο του άνθρακα (CO), οξείδια του αζώτου (NOx) και φυσικά αιωρούμενα σωματίδια (PM). Λόγω των συγκεντρώσεων αζώτου (Ν), θείου (S), και χλωρίου (Cl) σε διάφορα είδη βιομάζας, κατά την καύση της εν λόγω βιομάζας, προκαλούνται και άλλοι ρύποι όπως διοξείδιο του θείου (SO 2 ), υδροχλώριο (HCl), πτητικοί υδρογονάνθρακες (VOC) και πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAH). Η εκπομπή αιωρούμενης σωματιδιακής ύλης, στην οποία εστιάζουμε το ενδιαφέρον μας, αλλά και των περισσότερων ρύπων που αναφέραμε, επηρεάζεται κυρίως από την τεχνολογία καύσης και τις φυσικές ιδιότητες του καυσίμου (πχ περιεχόμενη υγρασία, ανόργανα, κ.α.). Τις προηγούμενες δεκαετίες, η κύρια μορφή βιομάζας που χρησιμοποιούνταν σε κατοικίες για θέρμανση χώρων ήταν στη μορφή καυσόξυλων (log wood). Τα τελευταία χρόνια ωστόσο, αυξήθηκε η χρήση εξευγενισμένων καυσίμων βιομάζας στην Ευρώπη, όπως πελλέτες (pellets) και μπριγκέτες (briquettes). Στον οικιακό τομέα εγκαθίστανται πλήθος διαφορετικών τεχνολογιών καύσης, όπως λέβητες, σόμπες και τζάκια. Επειδή όμως είναι πιο οικονομική η χρήση παλαιότερης τεχνολογίας, δηλαδή κλειστών εστιών καύσης αλλά και ανοιχτών εστιών (τζάκια), είναι συνηθέστερη και έχει σαν 24

25 αποτέλεσμα τις πολλαπλάσιες εκπομπές αιωρούμενων σωματιδίων και των υπόλοιπων προϊόντων της ατελούς καύσης. Ακόμη, εάν λάβει κανείς υπόψη ότι στην αγορά διατίθενται μη πιστοποιημένα προϊόντα (εστίες καύσης) αλλά και το γεγονός ότι χρησιμοποιείται ακατάλληλη καύσιμη ύλη σε πάσης φύσεως εγκαταστάσεις, διαπιστώνει ότι η κατάσταση επιβαρύνεται ακόμα περισσότερο. Στην επόμενη εικόνα, διάγραμμα 2.10, παρουσιάζονται οι δείκτες εκπομπών ανά τύπο καυσίμου και ιδιαίτερα στην περίπτωση της χρήσης βιομάζας και ανά διαθέσιμη τεχνολογία. Διάγραμμα 2.10: Δείκτες εκπομπών ανά τύπο καυσίμου και τεχνολογίας θέρμανσης (Εργαστήριο ατμοκινητήρων και λεβήτων, ΕΜΠ 2013). Οι τιμές του διαγράμματος δίνονται στον πίνακα 2.11 καθώς και ο βαθμός απόδοσης της κάθε τεχνολογίας (ως προς την κατώτερη θερμογόνο ικανότητα). 25

26 Πίνακας 2.11: Δείκτες εκπομπών ανα τύπο καυσίμου και τεχνολογίες θέρμανσης / Βαθμός απόδοσης ανά τεχνολογία θέρμανσης (Εργαστήριο ατμοκινητήρων και λεβήτων, ΕΜΠ 2013). Ενδεικτικές εκπομπές σωματιδίων Αυτοκίνητο 1992 (30km) 0,50g Αυτοκίνητο 2009 (30km) 0,15g Καυστήρας με pellets (4 ώρες) 5-20g Καυστήρας πετρελαίου (4 ώρες) 2g Καυστήρας με φυσικό αέριο (4 ώρες) 0,2g Τζάκι ή ξυλόσομπα (4 ώρες) 150g Πίνακας 2.12: Ενδεικτικές εκπομπές σωματιδίων (Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, 2013). Από τους προηγούμενους πίνακες, πίνακας 2.11 και 2.12, διαπιστώνουμε ότι οι εκπομπές των σωματιδίων πολλαπλασιάστηκαν πολύ τα χρόνια της οικονομικής κρίσης, αν αναλογιστεί κανείς την ευρεία χρήση των τζακιών και τις ανεξέλεγκτες καύσεις ξυλείας ή βιομάζας κατά τη διάρκεια της χειμερινής περιόδου. Ένας καυστήρας φυσικού αερίου εκπέμπει 2g αιωρούμενων σωματιδίων σε διάστημα 4 ωρών, ενώ για την ίδια χρήση ένα τζάκι εκπέμπει 150g. Ακόμη διαπιστώνουμε ότι ένα τζάκι εκπέμπει τόσα αιωρούμενα 26

27 σωματίδια, όσα 1000 αυτοκίνητα νέας τεχνολογίας. Ύστερα από έρευνα που έγινε για το μέγεθος και τη χημική σύσταση των σωματιδίων που παράγονται από την καύση ξύλου, φάνηκε πως είναι το ίδιο επικίνδυνα για την ανθρώπινη υγεία με τα σωματίδια από την κυκλοφορία των οχημάτων και τις άλλες πηγές καύσης. Συγκεκριμένα για την περιοχή της Θεσσαλονίκης, παρουσιάζουμε τους παρακάτω χάρτες με την κατανομή των συγκεντρώσεων των αιωρούμενων σωματιδίων πάνω από το πολεοδομικό συγκρότημα της πόλης, σύμφωνα με έρευνα που διεξήχθη από το Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής του ΑΠΘ το Το σύστημα που χρησιμοποιούν ονομάζεται "Σύστημα Διαχείρισης Ποιότητας Αέρα στη Θεσσαλονίκη". Με τη χρήση δύο σεναρίων, ενός βασικού που αντιπροσωπεύει την πρώιμη κατάσταση που ίσχυε πριν το 2010 και ενός σεναρίου 70% υποκατάστασης των συστημάτων πετρελαίου από συστήματα βιομάζας, υπάρχει η δυνατότητα σύγκρισης της συνεισφοράς της υποκατάστασης στην επιβάρυνση της ατμόσφαιρας της ευρύτερης περιοχής. Σχήμα 2.13: Μέσες συγκεντρώσεις PM10 κατά τη διάρκεια μιας ολιγοήμερης χειμερινής περιόδου με δυσμενή μετεωρολογία, κατά τη βασική κατάσταση και κατά την υποκατάσταση 70% από καύσεις βιομάζας. (Σύστημα Διαχείρισης Ποιότητα Αέρα στη Θεσσαλονίκη, Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής ΑΠΘ, 2013). Η σύγκριση των δύο σεναρίων δείχνει μεγάλη αύξηση έως και 50% στις μέσες συγκεντρώσεις των PM10 κατά τη διάρκεια μιας ολιγοήμερης χειμερινής περιόδου με 27

28 δυσμενή μετεωρολογία και μετατόπιση του μεγίστου από τα δυτικά προς το κέντρο και τα ανατολικά. Συμπεραίνουμε λοιπόν, ότι η εκτεταμένη χρήση βιομάζας εντός αστικών περιοχών σε υποκατάσταση υφιστάμενων τεχνολογιών θέρμανσης μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένες συγκεντρώσεις σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, ιδιαίτερα στα αστικά κέντρα. Η ένταση του φαινομένου αναμένεται να είναι πολλαπλάσια όταν γίνεται εκτεταμένη χρήση τζακιών ανοιχτού τύπου, ιδιαίτερα όταν οι καταναλωτές χρησιμοποιούν ανεξέλεγκτα ακατάλληλα καύσιμα, όπως πάσης φύσεως βαμμένα ξύλα, έπιπλα, χαρτιά, πλαστικά, υφάσματα, απορρίμματα και ελαστικά. Καθίσταται επιτακτική η ανάγκη αποκατάστασης των τιμών των ορυκτών καυσίμων και ιδιαίτερα του πετρελαίου σε βιώσιμα επίπεδα, ώστε να σταματήσει η αλόγιστη καύση ξυλείας. Ο καθένας μας θα πρέπει να αναλάβει ατομική ευθύνη, να ενημερώνεται, να μην αδιαφορεί και να τηρεί ορισμένους κανόνες, για τη διαφύλαξη της ποιότητας του περιβάλλοντος, των οικοσυστημάτων και κατ' επέκταση της ανθρώπινης ζωής. 2.6 Χρόνοι παραμονής και μηχανισμοί απομάκρυνσης των αιωρούμενων σωματιδίων Οι χρόνοι παραμονής των αιωρούμενων σωματιδίων εξαρτώνται σε σημαντικό βαθμό από την αεροδυναμική τους διάμετρο, η οποία και καθορίζει τη συμπεριφορά των σωματιδίων στις διεργασίες που λαμβάνουν μέρος. Βασικός παράγοντας που επηρεάζει το χρόνο ζωής ή παραμονής τους στην ατμόσφαιρα είναι η ταχύτητα πτώσης των σωματιδίων. Η ταχύτητα πτώσης περιγράφεται από το νόμο του Stokes, σύμφωνα με τον οποίο, η οριακή ταχύτητα πτώσης των σωματιδίων μέσω του αέρα είναι ανάλογη του τετραγώνου της ακτίνας τους (Φυτιάνος, 2010). Έτσι για τα αιωρούμενα σωματίδια, που η διάμετρος τους είναι μεταξύ 0,01 και 1 μm, ο χρόνος παραμονής κυμαίνεται από μερικές μέρες έως μερικές εβδομάδες, σε αντίθεση με τα χονδρόκοκκα, των οποίων ο χρόνος ζωής στην ατμόσφαιρα κυμαίνεται από μερικές ώρες έως μερικές ημέρες. Στην πραγματικότητα βέβαια, ο χρόνος παραμονής των αιωρούμενων σωματιδίων εξαρτάται και από άλλες παραμέτρους όπως η συγκέντρωση των υδρατμών κυρίως, αλλά και άλλων συστατικών του ατμοσφαιρικού αέρα τα οποία είναι χημικά δραστικά και επηρεάζουν την εξέλιξη της σύστασης και του μεγέθους των ατμοσφαιρικών σωματιδίων. 28

29 Τα αιωρούμενα σωματίδια υπόκεινται σε ένα πλήθος διεργασιών στην ατμόσφαιρα, αποτέλεσμα των οποίων μπορεί να είναι η μετατροπή τους (αύξηση του μεγέθους τους, αλλοίωση της χημικής τους σύστασης), η μεταφορά ή η απομάκρυνσή τους. Πιο συγκεκριμένα (Μελάς, 2007): Οριζόντια μεταφορά: Τα αιωρούμενα σωματίδια μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις με τη βοήθεια του επιφανειακού ανέμου. Η μεγάλη ταχύτητα του ανέμου έχει ως αποτέλεσμα την ταχύτερη διασπορά των ρύπων, επομένως επηρεάζει το βαθμό αραίωσής τους, ενώ η διεύθυνση του ανέμου καθορίζει την κατεύθυνση προς την οποία θα μεταφερθούν. Κατακόρυφη μεταφορά: Από τη στιγμή που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα, παραμένουν για κάποιο διάστημα μέσα στο ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα, μέσα στο οποίο κυριαρχούν τυρβώδεις κινήσεις οι οποίες συμβάλλουν στην αραίωση των σωματιδίων, ενώ ανάλογα με το ύψος του οριακού στρώματος οι τυρβώδεις κινήσεις είναι έντονες ή ασθενείς. Ξηρή απόθεση: Τα αιωρούμενα σωματίδια αποτίθενται κατευθείαν στο έδαφος, τους ωκεανούς ή τη βλάστηση λόγω βαρυτικής καθίζησης μέσω του οριακού στρώματος. Η ταχύτητα ξηρής απόθεσης των σωματιδίων εξαρτάται από το μέγεθος τους αλλά και από τη φύση της επιφάνειας απόθεσης και τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες. Υγρή απόθεση: Τα ατμοσφαιρικά σωματίδια είναι δυνατόν να προσληφθούν από τα νεφοσταγονίδια των νεφών, της βροχής ή του χιονιού και να καταλήξουν στο έδαφος. 2.7 Τοξικότητα επιπτώσεις αιωρούμενων σωματιδίων στην ανθρώπινη υγεία Η κυριότερη ανησυχία μας για τη σωματιδιακή ύλη που αιωρείται στην ατμόσφαιρα προέρχεται από το γεγονός ότι τα σωματίδια κάποιου μεγέθους εισπνέονται και κατακρατούνται από το ανθρώπινο αναπνευστικό σύστημα. Ωστόσο, η τοξικολογία της σωματιδιακής ύλης απαιτεί γνώση τόσο του μεγέθους των σωματιδίων όσο και της χημικής τους σύνθεσης. Στην εικόνα 2.14 περιγράφεται η σύνδεση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης με την υγεία του πληθυσμού που εκτίθεται σε αυτήν. 29

30 Εικόνα 2.14: Αποτίμηση των επιπτώσεων της αέριας ρύπανσης στην υγεία (Kuhlbusch et al. 2006). Σε ολόκληρο τον πληθυσμό και ειδικότερα σε ομάδες υψηλού κινδύνου όπως οι ηλικιωμένοι, τα παιδιά, οι ασθενείς με καρδιαγγειακά προβλήματα ή προβλήματα άσθματος και οι καρκινοπαθείς είναι απαραίτητος ο συνεχής έλεγχος της υγείας σε περιοχές με υψηλά επίπεδα ρύπανσης. Παράλληλα, απαιτείται και η συνεχής παρακολούθηση της αέριας ρύπανσης και οι συνεχείς μετρήσεις των συγκεντρώσεων των ρύπων στην ατμόσφαιρα. Από μελέτες της τοξικολογίας είναι αρκετά γνωστές οι επιδράσεις διαφόρων ουσιών στον ανθρώπινο οργανισμό όπως π.χ. τα βαρέα μέταλλα όπως το κάδμιο, ο χαλκός και ο ψευδάργυρος. Κάνοντας μία αντιπαραβολή τις ουσίες που έχουν βρεθεί σε σωματίδια με αυτές που επιδρούν αρνητικά στον ανθρώπινο οργανισμό, το αποτέλεσμα θα είναι αποκαρδιωτικό. Οι περισσότερες επικίνδυνες ουσίες βρίσκονται στον αέρα σε μορφή σωματιδίων και μάλιστα εκπέμπονται κυρίως από ανθρωπογενείς πήγες. Συνθέτοντας την παρακολούθηση της υγείας με τον έλεγχο της αέριας ρύπανσης και την τοξικολογία μπορούν να εκτιμηθούν ποσοτικά και με καλή ακρίβεια οι επιπτώσεις της αέριας ρύπανσης τον ανθρώπινο οργανισμό. Η ικανότητα του αναπνευστικού συστήματος να προστατεύεται από τη σωματιδιακή ύλη καθορίζεται κυρίως από το μέγεθος των σωματιδίων. Τα σωματίδια λοιπόν, που απασχολούν περισσότερο την επιστημονική κοινότητα είναι: 30

31 Τα λεγόμενα PM10 ή αλλιώς εισπνεύσιμα σωματίδια (inhalable particles), τα οποία εισέρχονται στο ανώτερο σύστημα της αναπνευστικής οδού (ρινοφάρυγγας) και έχουν αεροδυναμική διάμετρο έως 10 μm. Τα θωρακικά σωματίδια (thoracic particles) που αποτελούν το κλάσμα των εισπνεύσιμων σωματιδίων που καταφέρνουν να διαπερνούν το ανώτερο τμήμα της αναπνευστικής οδού (ρινοφάρυγγας) και θεωρείται ότι έχουν αεροδυναμική διάμετρο μικρότερη των 7 μm. Τα λεγόμενα PM2,5 ή αλλιώς αναπνεύσιμα σωματίδια (respirable partcles) τα οποία καταφέρνουν γενικά να διεισδύσουν ως τα βάθη των πνευμόνων, άρα είναι τα πιο σημαντικά από άποψη επιπτώσεων στην ανθρώπινη υγεία και έχουν αεροδυναμική διάμετρο έως 2,5 μm. Η διάταξη των αιωρούμενων σωματιδίων στο αναπνευστικό σύστημα ανάλογα με το μέγεθός τους παρουσιάζεται στην εικόνα Εικόνα 2.15 : Διάταξη των αιωρούμενων σωματιδίων στο αναπνευστικό σύστημα (Harvard Press, 1996). Οι επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία εκφράζονται πρακτικά με δείκτες όπως η μείωση του προσδόκιμου ορίου ζωής, οι εισαγωγές στα νοσοκομεία, πρόωροι θάνατοι, αυξημένη ιατροφαρμακευτική περίθαλψη και ημέρες μειωμένης παραγωγικότητας. Η εισπνοή λεπτών σωματιδίων λοιπόν, συνδέεται με επιπτώσεις στην υγεία που χρίζουν εισαγωγή στο νοσοκομείο, ακόμα και στην εντατική, όπως προβλήματα καρδιάς και πνευμόνων, συμπτώματα στο αναπνευστικό σύστημα, μειωμένη πνευμονική λειτουργία, 31

32 καρκινογένεση και μπορούν να οδηγήσουν ακόμα και σε πρόωρο θάνατο. Μέταλλα, όπως ο μόλυβδος (Pb) και το νικέλιο (Ni), υπό τη μορφή σκόνης ή σύνθετων μορίων έχουν τη χειρότερη φήμη από άποψη τοξικότητας. Η εισπνοή των λεπτών σωματιδίων που προέρχονται από την καύση της βενζίνης των αυτοκινήτων, που είναι εμπλουτισμένη σε μόλυβδο, έχει κατηγορηθεί για τα υψηλά επίπεδα μολύβδου στον ανθρώπινο οργανισμό με διάφορες συνέπειες στην υγεία. Η ραδιενεργός τέφρα είναι άλλη μια μορφή ρύπου υψηλού κινδύνου για την ανθρωπότητα. Αυτή μπορεί να προσληφθεί και από την τροφική αλυσίδα. Τοξικά σωματίδια οργανικής ύλης, όπως πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες περιλαμβάνονται κυρίως σε εντομοκτόνα ή προέρχονται από αποτεφρώσεις βιομάζας. Τέλος, η πνευμονοκονίαση είναι μια συνηθισμένη αρρώστια για τους ανθρώπους που έρχονται λόγω επαγγέλματος σε συχνή επαφή με ατμόσφαιρα πλούσια σε σωματιδιακούς ρύπους, όπως οι ανθρακωρύχοι, οι εργάτες εργοστασίων, οι μηχανικοί της βιομηχανίας κτλ. Έχουν γίνει πολλές έρευνες ώστε να ποσοτικοποιηθούν οι παραπάνω επιπτώσεις. Τα αποτελέσματα αυτών των ερευνών παρουσιάζονται στον πίνακα Πίνακας 2.16: Σχέσεις έκθεσης απόκρισης (Εργαστήριο Περιβαλλοντικής Μηχανικής, 2013). Για αύξηση 10μg/m 3 PM2,5 έχουμε αύξηση της τάξης του 6% στη θνητότητα παγκοσμίως (WHO, 2008). 32

33 Για αύξηση 10μg/m 3 PM10 έχουμε αύξηση της τάξης του 4% στην παιδική θνητότητα παγκοσμίως (WHO, 2008). 2.8 Επιπτώσεις στο περιβάλλον Τα αιωρούμενα σωματίδια προκαλούν τη διατάραξη της ισορροπίας του φυσικού περιβάλλοντος καθώς επιδρούν στο κλίμα και κατ' επέκταση στο περιβάλλον με άμεσο αλλά και έμμεσο τρόπο. Επιδρούν άμεσα στην ηλιακή ακτινοβολία την οποία σκεδάζουν και απορροφούν. Κατά τη διαδικασία της σκέδασης απομακρύνουν μέρος της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, ελαττώνοντας έτσι τη θερμοκρασία του πλανήτη, ενώ κατά την απορρόφηση (κυρίως από το στοιχειακό άνθρακα) μετατρέπουν την ακτινοβολία σε θερμότητα προκαλώντας την αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη. Μέσω των μηχανισμών αυτών τα αιωρούμενα σωματίδια επιδρούν στο ενεργειακό ισοζύγιο της Γης προκαλώντας τη θέρμανση και κυρίως την ψύξη της ατμόσφαιρας της Γης. Ο τρόπος με τον οποίον λειτουργούν οι μηχανισμοί αυτοί, εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις αλλά και τις φυσικές οπτικές και τις χημικές ιδιότητες των αερολυμάτων. Ως έμμεση επίδραση των αερολυμάτων λογίζεται η δυνατότητα που έχουν, ιδιαίτερα αυτά που είναι υγροσκοπικά και έχουν αυξημένη διαλυτότητα στο νερό, να λειτουργούν ως πυρήνες συμπύκνωσης (Φυτιάνος, 2010). Αυτό συνεπάγεται αύξηση του πλήθους των σταγονιδίων στο νέφος, καθώς και μείωση της κατανομής του μεγέθους των σταγονιδίων, στοιχεία που καθορίζουν σημαντικά το ρυθμό κατακρήμνισής τους. Με τον τρόπο αυτό καθυστερεί η εκδήλωση βροχόπτωσης. Έτσι έχουμε μια εκτεταμένη νεφοκάλυψη, που λόγω της ανάκλασης μέρους της ηλιακής ακτινοβολίας συνεισφέρει και αυτή στη μείωση της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας. Τα αποτελέσματα αυτά έχουν άμεση σχέση με τη διατήρηση και εξέλιξη της ζωής στον πλανήτη και έρχονται σε αντιδιαστολή με το φαινόμενο του θερμοκηπίου και την αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλεί. Τέλος, η αέρια σωματιδιακή ρύπανση δρώντας ως φίλτρο μειώνει και αλλοιώνει την ηλιακή ακτινοβολία και οδηγεί σε ελαττωμένη ορατότητα. Ακόμα, προκαλεί επιφανειακές αλλοιώσεις σε σχεδόν κάθε επιφάνεια του εσωτερικού και εξωτερικού περιβάλλοντος, φυτά, δέντρα, μεταλλικές επιφάνειες, υφάσματα, χρωματισμένες επιφάνειες, ηλεκτρονικά κυκλώματα κ.α. μέσω της διάβρωσης και της επικάθισης. 33

34 2.9 Η κατάσταση στην Ευρώπη Οι οριακές τιμές (που εφαρμόστηκαν από το 2005) και οι τιμές στόχοι που έχουν θεσμοθετηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση για τα αιωρούμενα σωματίδια, ξεπεράστηκαν ευρέως στην Ευρώπη για το 2011, όπως δείχνουν τα δεδομένα της Ευρωπαϊκής βάσης δεδομένων για την ποιότητα του αέρα "AirBase (Mol and Hooydonk, 2013)" και παρουσιάζονται στο σχήμα Πίνακας 1.17: Μέσες ετήσιες συγκεντρώσεις PM10 στην Ευρώπη για το 2011 (AirBase). Οι ετήσιες οριακές τιμές για τα PM10 ξεπεράστηκαν αρκετά συχνά (κόκκινες και σκούρες κόκκινες κουκκίδες) στην Πολωνία, Ιταλία, Σλοβακία, στη Βαλκανική χερσόνησο, στην Τουρκία και σε διάφορες άλλες αστικές περιοχές. Συγκεντρώσεις με ετήσιο μέσο άνω των 31μg/m 3, αντιστοιχούν και σε υπερβάσεις της ημερήσιας οριακής τιμής. Το ημερήσιο θεσμοθετημένο όριο υπερέβη (πορτοκαλί κουκκίδες) σε διάφορες πόλεις των προαναφερθέντων χωρών, όπως και σε πολλές χώρες της κεντρικής, δυτικής και νότιας 34

35 Ευρώπης. Πόλεις στη Λετονία, τη Σουηδία και το Ηνωμένο Βασίλειο επίσης υπερέβησαν το ημερήσιο όριο για τα PM10. Τα σημεία στα οποία γίνεται η δειγματοληψία είναι τεσσάρων ειδών: σταθμοί με έντονη κυκλοφορία, αστικοί και περιαστικοί (όχι κυκλοφορίας) σταθμοί, βιομηχανικοί σταθμοί και σταθμοί γεωργικού χαρακτήρα. Το 2011 παρουσιάστηκε υπέρβαση της ημερήσιας οριακής τιμής των PM10 κατά 43% στις περιοχές με έντονη κυκλοφορία, κατά 38% στις αστικές περιοχές, κατά 26% σε "άλλες" περιοχές (κυρίως βιομηχανικές) και κατά 15% στις αγροτικές περιοχές. Το ημερήσιο όριο είναι πιο αυστηρό σε σχέση με το ετήσιο και γι αυτό το υπερβαίνουν πιο συχνά οι περισσότερες χώρες. Στο σχήμα 2.18 παρουσιάζεται η επιτευξη ή όχι των στόχων των κρατών-μελών της Ευρωπαικής Ένωσης αναφορικά με το ημερήσιο όριο που έχει θεσπιστεί για τα PM10. Σχήμα 2.18: Επίτευξη των στόχων των κρατών-μελών της Ε.Ε. αναφορικά με το ημερήσιο όριο των PM10 (AirBase). Σημείωση: Τα κουτάκια παρουσιάζουν το εύρος των συγκεντρώσεων σε όλους τους τύπους σταθμών (σε μg/m 3 ) που έχουν επίσημα ανακοινωθεί από τα κράτη μέλη και πως οι συγκεντρώσεις αυτές συνδέονται με το όριο που έχει θεσπιστεί από την Ε.Ε. (κόκκινη γραμμή). Το διάγραμμα δείχνει τις ελάχιστες και μέγιστες παρατηρήσεις και τις μέσες τιμές. Παρατηρούμε ότι υπερβάσεις του ημερήσιου ορίου έχουν γίνει σε 22 κράτη-μέλη σε έναν ή περισσότερους σταθμούς για το 2011, ανάμεσα σε αυτά και η Ελλάδα. Μόνες εξαιρέσεις είναι η Εσθονία, Φινλανδία, Ιρλανδία, Μάλτα και Λουξεμβούργο για τις οποίες δεν παρατηρείται καμία υπέρβαση. 35

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο Μονοξείδιο του άνθρακα 3.1 Χαρακτηριστικά μονοξειδίου του άνθρακα και ανθρώπινες πηγές Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο, ελάχιστα διαλυτό στο νερό, αναφλέξιμο και ιδιαίτερα τοξικό. Ο χρόνος παραμονής του στην τροπόσφαιρα κυμαίνεται από 30 έως 90 ημέρες. Είναι από τους μαζικότερα παραγόμενους πρωτογενείς ρύπους (Γεντεκάκης, 2010). Γενικά στις αστικές περιοχές η κύρια ποσότητα του CO προέρχεται από την ατελή καύση των υδρογονανθράκων που χρησιμοποιούνται ως καύσιμα στα αυτοκίνητα, σε ποσοστό περίπου 71%, ενώ κατά κάποιο μικρότερο ποσοστό συνεισφέρουν και οι μονάδες θέρμανσης, οι βιομηχανικές κατεργασίες και η καύση των στερεών αποβλήτων. Αυτή η ατελής καύση συμβαίνει όταν υπάρχει ανεπαρκής ποσότητα οξυγόνου ή χρόνου για την πλήρη μετατροπή των υδρογονανθράκων και ανθράκων σε CO 2 (πλήρης καύση). Οι βενζινοκινητήρες των αυτοκινήτων βασίζονται στη σχεδόν στιγμιαία καύση (υπό μορφή έκρηξης) ενός μίγματος καυσίμου με αέρα και κατά συνέπεια παράγουν ποσότητες CO. Εικόνα 3.1 : Εκπομπές ρύπων από τα καυσαέρια των αυτοκινήτων. Εικόνα 3.2 : Εκπομπές από εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η παραγωγή CO, αντί για CO 2, κατά τις καύσεις έχει επίσης ως αποτέλεσμα την απώλεια των 2/3 της διαθέσιμης θερμικής ενέργειας. Οι οικιακές μονάδες θέρμανσης παράγουν συγκριτικά περισσότερο CO ανά ποσότητα καταναλισκόμενου καυσίμου, αλλά εντούτοις όλες οι στάσιμες πηγές καύσης προσθέτουν μόνο κατά ~10% στο συνολικό CO 36

37 που παράγεται. Η παγκόσμια έκλυση εκτιμάται στο ποσό των Tg(CO)/yr, δηλαδή 5-7,4 εκατομμύρια τόνους/ημέρα, αποκλειστικά σχεδόν παραγομένη από το βόρειο ημισφαίριο (Γεντεκάκης, 2010). Στον πίνακα 3.3, φαίνεται η εκτίμηση της δυναμικότητας παραγωγής του CO στην ατμόσφαιρα από τις διάφορες πηγές. Πηγές CO στην ατμόσφαιρα Εκτίμηση Τg(CO)/έτος Πρωτογενώς Καύσεις ορυκτών καυσίμων και Βιομηχανίες Καύσεις βιομάζας Ωκεανοί/θάλασσες Διάσπαση χλωροφύλλης Δευτερογενώς Οξείδωση CH4 της ατμόσφαιρας Οξείδωση VOCs της ατμόσφαιρας Συνολική δυναμικότητα πηγών Πίνακας 3.3: Εκτίμηση δυναμικότητας παραγωγής CO στην ατμόσφαιρα από διάφορες πηγές (IPCC, 1995). 3.2 Φυσικές πηγές παραγωγής του μονοξειδίου του άνθρακα Το CO παράγεται δευτερογενώς και με φυσικές διαδικασίες στην ατμόσφαιρα. Η πιο σημαντική από άποψη ποσότητας, με φυσικό τρόπο δευτερογενής παραγωγή CO, είναι η οξείδωση του ατμοσφαιρικού μεθανίου. Το μεθάνιο που παράγεται κατά την αποσύνθεση της οργανικής ύλης, αντιδρά με τις υδροξυλικές ρίζες. Ένας τρόπος παραγωγής των υδροξυλικών ριζών είναι μέσω της αντίδρασης ατομικού οξυγόνου με υδρατμούς, σύμφωνα με τις παρακάτω αντιδράσεις (Γεντεκάκης, 2010): Οι μεθυλικές ρίζες με μερικές επιπρόσθετες αντιδράσεις, δίνουν τελικά CO. CH 4 + OH. C. H 3 + H 2 O CO 37

38 Η ατμοσφαιρική οξείδωση του CH 4 ευθύνεται για την παραγωγή του μεγαλύτερου ποσοστού του CO που μετριέται στις μη κατοικημένες περιοχές. Η δυναμικότητα αυτής της πηγής μαζί με την οξείδωση άλλων υδρογονανθράκων της ατμόσφαιρας, εκτιμάται στο ποσό των Tg(CO)/yr. Μια δεύτερη φυσική πηγή CO είναι η επιφάνεια των ωκεανών. Δείγματα από ύδατα της επιφάνειας των ωκεανών σε σύγκριση με την μερική πίεση του CO που επικρατούσε ακριβώς επάνω από αυτά τα ύδατα, έδειξαν μια συγκέντρωση ενενήντα φορές μεγαλύτερη από αυτή της ισορροπίας. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μια συνεχής μεταφορά μάζας CO από τον ωκεανό προς την ατμόσφαιρα. Ο βαθμός υπερκορεσμού του CO στα επιφανειακά στρώματα των θαλασσών αυξάνεται με την παρουσία ηλιακού φωτός. Ο μηχανισμός του φαινομένου αυτού δεν είναι γνωστός, μπορεί όμως να υποτεθεί ότι συμβαίνει διαμέσου φωτοχημικής οξείδωσης της θαλάσσιας οργανικής ύλης, είτε διαμέσου βιολογικής οξείδωσης από θαλάσσιους οργανισμούς. Η έκλυση CO από την εν λόγω πηγή, μαζί με αυτή της αποσύνθεσης της χλωροφύλλης, αποτελούν πηγές συνολικής δυναμικότητας έκλυσης CO στην ατμόσφαιρα κατά ~ Tg(CO)/yr. Άλλες φυσικές πηγές παραγωγής CO, μικρότερης σημασίας είναι τα ηφαίστεια, οι ηλεκτρικές εκκενώσεις κατά τη διάρκεια των καταιγίδων και οι δασικές πυρκαγιές. 3.3 Φυσικοί μηχανισμοί απομάκρυνσης του μονοξειδίου του άνθρακα Οι εκλυόμενες ποσότητες του CO, τόσο από τις ανθρώπινες δραστηριότητες, όσο και από τις φυσικές διεργασίες, θα έπρεπε κανονικά να διπλασιάζουν τη συγκέντρωση του CO στην ατμόσφαιρα κάθε 5 περίπου χρόνια. Εντούτοις αυτό δε συμβαίνει και η έρευνα έχει στραφεί στη διαπίστωση των φυσικών μηχανισμών απομάκρυνσης και καταστροφής του CO, ώστε να κατανοηθεί ο γεω-υδρο-αερο-βιοχημικός κύκλος του CO στη φύση. Οι κυριότεροι φυσικοί μηχανισμοί απομάκρυνσης του CO είναι η φωτοχημική οξείδωση του CO στην ατμόσφαιρα, η αντίδραση του CO με ρίζες υδροξυλίου στην ατμόσφαιρα, η καταστροφή του CO από τα βακτήρια του εδάφους, η απορρόφηση του CO από τους ωκεανούς. 38

39 Η αντίδραση οξείδωσης του ατμοσφαιρικού CO από το Ο 2 και άλλα οξειδωτικά στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας είναι σχετικά βραδεία, επιταχύνεται όμως με την παρουσία ηλιακού φωτός. 2CO + O 2 2CO 2 Υπολογίστηκε ότι αντιδρά το 0,1% του CO για κάθε ώρα ηλιοφάνειας. Με βάση κινητικά δεδομένα προκύπτει ότι ο μέσος χρόνος ζωής του CO στην ατμόσφαιρα είναι περίπου 3,5 min. Η αντίδραση του CO με τις υδροξυλικές ρίζες στον αέρα προς σχηματισμό CΟ 2 απομακρύνει περίπου το 50% του ατμοσφαιρικού CO, πριν έρθει αυτό σε επαφή με το έδαφος. Επικρατέστερος μηχανισμός αυτής της απομάκρυνσης είναι ο εξής: Με τον ίδιο μηχανισμό καταστρέφεται το CO και στην τροπόσφαιρα, ενώ επιπρόσθετα στην επαφή του με το έδαφος καταστρέφεται και με βιολογικούς μηχανισμούς βάση των αντιδράσεων: ή ά Σε αποστειρωμένα εδάφη δεν πραγματοποιείται καταστροφή του CO. Έτσι είναι βέβαιο ότι η καταστροφή του βάσει των δύο τελευταίων αντιδράσεων γίνεται διαμέσου βακτηριδίων. Πρέπει να τονιστεί ότι η έλλειψη εδάφους στις μεγαλουπόλεις συντελεί στην περιορισμένη απομάκρυνση του CO σε αυτές τις περιοχές. Μύκητες του εδάφους αλλά και μερικά φυτά έχουν επίσης μια σχετική ικανότητα απορρόφησης CO, με ρυθμούς της τάξης των 2μg/s ανά m 2 επιφανείας εδάφους. Οι μηχανισμοί δεν είναι επακριβώς γνωστοί αλλά τους περιγράφουμε γενικά από τις παρακάτω εξισώσεις: CO + φύλλα φυτών αμινοξέα (την ημέρα) CO + φύλλα φυτών CO 2 (τη νύχτα) Τέλος, ένας ακόμα μηχανισμός που μπορεί να συμβάλει στην απομάκρυνση του CO από την ατμόσφαιρα, είναι: CO + O. CO 2 39

40 Υπάρχουν πιθανά και άλλοι τρόποι, οι σπουδαιότεροι όμως είναι αυτοί που αναλύσαμε προηγουμένως. Όλοι αυτοί οι μηχανισμοί συμβάλλουν στην υποβάθμιση του προβλήματος που θα μπορούσε να ήταν σοβαρότατο εάν τα επίπεδα του CO αυξάνονταν αντί να κρατούνται χαμηλά ή και να μειώνονται καλύτερα. 3.4 Τοξικότητα του μονοξειδίου του άνθρακα Το CO δεν είναι διαβρωτικό των υλικών. Δεν έχει δυσμενείς επιδράσεις στα ανώτερα φυτά, όταν αυτά βρίσκονται σε ατμόσφαιρα CO συγκέντρωσης μέχρι 115 mg/m 3, 25 o C (100 ppm) για μερικές εβδομάδες. Το CO όμως είναι τοξικό για τον άνθρωπο και τα ζώα, σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες των 100 ppm επιφέρει το θάνατο (Σκούλλος, 2010). Πρώτα συμπτώματα από τη δηλητηρίαση με CO είναι η μειωμένη διαύγεια που εξελίσσεται σε πονοκέφαλο και μπορεί να φτάσει ως το θάνατο. Είναι γνωστές από παλιά οι δηλητηριάσεις και οι θάνατοι από CO με τη χρησιμοποίηση μαγκαλιών για τη θέρμανση των κατοικιών. Τα αναμμένα κάρβουνα μη έχοντας την επάρκεια οξυγόνου (Ο 2 ) παρήγαγαν μονοξείδιο του άνθρακα. Οι κυριότερες πηγές CO για το αναπνευστικό σύστημα του ανθρώπου είναι το κάπνισμα, οι εξατμίσεις των αυτοκινήτων και γενικότερα οι διεργασίες ατελούς καύσης. Η τοξική δράση του CO, όπως είπαμε, σχετίζεται με το αναπνευστικό σύστημα. Ανταγωνίζεται έντονα τη δέσμευση του οξυγόνου από την αιμοσφαιρίνη του αίματος, τον μεταφορέα δηλαδή του οξυγόνου στους ιστούς ενός οργανισμού, παράγοντας καρβοξυαιμοσφαιρίνη. Αυτή είναι ένα μόριο που δεν έχει πλέον την ικανότητα δέσμευσης και μεταφοράς οξυγόνου (Γεντεκάκης, 2010). Όταν η αιμοσφαιρίνη (Hb) έρθει σε επαφή με Ο 2 σχηματίζει οξυαιμοσφαιρίνη Hb + Ο 2 HbΟ 2 η οποία μεταφέρει το οξυγόνο στους ιστούς για τις αναγκαίες καύσεις του οργανισμού. Η χημική συγγένεια του CO με την ενεργή θέση της αιμοσφαιρίνης για τη δέσμευση του οξυγόνου είναι φορές μεγαλύτερη από αυτή του οξυγόνου, με αποτέλεσμα να αρκούν αρκετά μικρές μερικές πιέσεις του CO για να δεσμεύσουν ισχυρά, σημαντική ποσότητα αιμοσφαιρίνης σχηματίζοντας καρβοξυαιμοσφαιρίνη (HbCO): Hb + CO HbCO. Έτσι παρεμποδίζεται η μεταφορά οξυγόνου από τους πνεύμονες στους ιστούς. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση της φυσικής και πνευματικής ικανότητας του 40

41 ανθρώπου καθώς έχει και σοβαρές επιπτώσεις στα διάφορα λειτουργικά όργανα του και κυρίως στον εγκέφαλο. Τα ανώτερα επιτρεπτά όρια για το CO, που ορίστηκαν από την USA-EPA (Environmental Protection Agency) για την προστασία της υγείας των εργαζομένων, είναι 11,3 mg/m 3 (9ppm) για περίοδο 8 ωρών ημερησίως. Τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά όταν ο οργανισμός εκτεθεί σε υψηλότερες συγκεντρώσεις CO. Κάτι τέτοιο επιφέρει πονοκέφαλο, ζάλη, ατονία, ερεθισμό των ματιών, πόνο στα αυτιά, ναυτία, εμετικές τάσεις, δυσφορία στο στήθος, δυσκολία στην αναπνοή, μυϊκή αδυναμία, αναισθησία και τελικά τον θάνατο. Αν ο οργανισμός απομακρυνθεί από το περιβάλλον υψηλών συγκεντρώσεων CO, επέρχεται σιγά σιγά (4-5 ώρες) επαναφορά στη φυσιολογική λειτουργία, εφόσον η αντίδραση Hb + CO HbCO είναι έστω και με αργό ρυθμό, αντιστρεπτή. Δεν πρέπει όμως να επαναπαυόμαστε, διότι πρόσφατες ιατρικές έρευνες έδειξαν συσχέτιση καρδιακών προβλημάτων από παρατεταμένες εκθέσεις σε υψηλές συγκεντρώσεις CO. Το CO φαίνεται να ευθύνεται κατά παρόμοιο τρόπο με την χοληστερόλη, στη δημιουργία λιπαρού στρώματος στα αιμοφόρα αγγεία (αθηρωματική πλάκα). Η δράση του είναι προσθετική. Στον καθαρό αέρα το αίμα του ανθρώπου αναπτύσσει μια ποσότητα καρβοξυαιμοσφαιρίνης της τάξης του 0,5%, που οφείλεται στη φυσική καταστροφή μορίων αιμοσφαιρίνης. Ποσοστά μεγαλύτερα από αυτό, οφείλονται στο εισπνεόμενο CO. Το παραπάνω ποσοστό καρβοξυαιμοσφαιρίνης θα είναι το επίπεδο που εμφανίζεται στους μη καπνιστές. Οι καπνιστές έχουν επίπεδα καρβοξυαιμοσφαιρίνης της τάξης του 5-10%, ενώ οι μηχανικοί των συνεργείων και οι τροχονόμοι μπορούν να φτάσουν ως και 18%, επίπεδα που προκαλούν βλάβη στην υγεία, τουλάχιστον σύμφωνα με τα όρια που δίνονται στα "Κριτήρια Ποιότητας του Αέρα". Εικόνα 3.4: Εκπομπές CO από τσιγάρο. Εικόνα 3.5: Τροχονόμος εν ώρα εργασίας φορώντας μάσκα προσώπου. 41

42 Στη συνέχεια παρουσιάζεται, πίνακας 3.6, η συσχέτιση της περιεκτικότητας της καρβοξυαιμοσφαιρίνης στο αίμα με τα συμπτώματα δηλητηρίασης του ατόμου. HbCO στο αίμα (%) Συμπτώματα CO αέρα (ppm) <1.0 Κανένα σύμπτωμα Πρώτα συμπτώματα στη συμπεριφορά Προσβολή του κεντρικού νευρικού συστήματος, διαταραχές στην όραση και στις κινήσεις >5.0 Καρδιακές και πνευμονικές διαταραχές Πονοκέφαλος, κόπωση, κώμα, αδυναμία αναπνοής, θάνατος < Πίνακας 3.6: Συσχέτιση της εκατοστιαίας περιεκτικότητας της καρβοξυαιμοσφαιρίνης στο αίμα με τα συμπτώματα δηλητηρίασης του ατόμου (Moore and Moore, 1976). Οι άνθρωποι που καπνίζουν βρίσκονται σε μια συνεχή υψηλή έκθεση σε CO. Ο καπνός του τσιγάρου περιέχει περίπου ppm CO. Με την εισπνοή αραιώνεται περίπου φορές, δηλαδή στον αέρα την πνευμόνων η συγκέντρωση είναι περίπου ppm. Αντίστοιχα η συγκέντρωση του CO στον αέρα είναι περίπου 40 ppm (Σκούλλος, 2010). Αυτή η υψηλή συγκέντρωση, προκαλεί αύξηση της συγκέντρωσης HbCO στο αίμα των καπνιστών. Με τη συνεχή κατανάλωση τσιγάρων αυξάνεται η συγκέντρωση του CO σε εσωτερικούς χώρους όπου παραμένουν και οι μη καπνιστές. 42

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο Η περιοχή της Θεσσαλονίκης και τα δεδομένα 4.1 H μορφολογία και η τοπογραφία της Θεσσαλονίκης Ο νομός Θεσσαλονίκης είναι διοικητική διαίρεση στο κέντρο της Μακεδονίας. Συνορεύει στα βόρεια με τους νομούς Κιλκίς και Σερρών, στα ανατολικά βρέχεται από τον κόλπο του Ορφανού (Στρυμονικό), στα νότια συνορεύει με το νομό Χαλκιδικής και ένα τμήμα του βρέχεται από το Θερμαϊκό Κόλπο ενώ από τα δυτικά συνορεύει με τους νομούς Ημαθίας και Πέλλας. Έχει έκταση 3683 km 2 και πληθυσμό κατοίκους, σύμφωνα με την απογραφή του 2011, η πυκνότητα των κατοίκων ανά km 2 είναι 287,2 και συγκεντρώνει ποσοστό 9,4% του πληθυσμού της χώρας, έχοντας μάλιστα αυξητική τάση. Η πόλη της Θεσσαλονίκης είναι έδρα της Περιφερειακής Ενότητας Θεσσαλονίκης, της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας. Αποτελεί τη δεύτερη μεγαλύτερη πόλη της Ελλάδας από άποψη πληθυσμού, οικονομικής, ιστορικής και πολιτιστικής σημασίας και έχει γεωγραφική θέση (40 ο 38' Ν, 22 ο 56' Ε). Το "Πολεοδομικό Συγκρότημα Θεσσαλονίκης" έχει μόνιμο πληθυσμό κατοίκους και αποτελείται από έξι Δήμους (Θεσσαλονίκης, Καλαμαριάς, Νεάπολης-Συκεών, Παύλου Μελά, Κορδελιού-Εύοσμου, Αμπελοκήπων- Μενεμένης) και μια Διοικητική Ενότητα (Δήμος Πυλαίας-Χορτιάτη). Το έδαφος του νομού Θεσσαλονίκης είναι γενικά πεδινό. Από τη συνολική έκταση του νομού, 62% είναι πεδινή, 20% ημιορεινή και μόνο 18% ορεινή. Εντελώς πεδινό είναι το δυτικό τμήμα του νομού, όπου απλώνεται η προσχωσιγενής κοιλάδα της Θεσσαλονίκης, η οποία συνεχίζει και πέρα από τα όρια του νομού. Το ανατολικό τμήμα περικλείεται από το Βερτίσκο (1.103 m) και τον Κερδύλλιο (1.091 m) που απολήγει στο Στρυμονικό κόλπο. Και τα δύο αυτά όρη αποτελούν συνέχεια της Κερκίνης. Βόρεια του Βερτίσκου βρίσκονται τα υψώματα του Λαχανά. Στο νότιο τμήμα του νομού υψώνεται ο Χορτιάτης, του οποίου η κορυφή Προφήτης Ηλίας (738 m) βρίσκεται έξω από τη Θεσσαλονίκη και ανατολικότερα οι βόρειες απολήξεις του Στρατονικού όρους. 43

44 Μεταξύ των οροσειρών Βερτίσκου-Κερδυλλίου και Χορτιάτη-Στρατονικού σχηματίζεται η ταφροειδής λεκάνη του Λαγκαδά, στην οποία βρίσκονται οι λίμνες Κορώνεια (ή Αγίου Βασιλείου ή Λαγκαδά) και Βόλβη, οι οποίες συγκεντρώνουν τα νερά της λεκάνης του Λαγκαδά. Η Κορώνεια έχει έκταση 57 km 2 και η Βόλβη 73 km 2. Βορειότερα από τις λίμνες αυτές υπήρξαν, οι αποξηραμένες τώρα, Μαυρούδας και Λάντζας. Βασικός ποταμός του νομού είναι ο Αξιός, ο οποίος στις εκβολές του σχηματίζει μεγάλη προσχωματική βαλτώδη περιοχή. Στην ίδια περιοχή εκβάλλει και ο Γαλλικός και δυτικότερα, ο Λουδίας, ο οποίος καθορίζει τα σύνορα του νομού με το νομό Πέλλας. Εικόνα 4.1: Χάρτης της περιοχής της Θεσσαλονίκης (ψηφιακά δεδομένα Δήμου Θεσσαλονίκης Τμήμα Περιβάλλοντος). 4.2 Το κλίμα της Θεσσαλονίκης Περίπου το 56% της επιφάνειας της χώρας μας κατατάσσεται στο "Θαλάσσιο κλίμα με διακριτό ξερό και πολύ θερμό θέρος" (Csa), το αντιπροσωπευτικό "Μεσογειακό" κλίμα. Και η Θεσσαλονίκη έχει κλίμα Μεσογειακό σύμφωνα με την κατάταξη Köppen Csa. Χαρακτηρίζεται από θερμά και ξηρά καλοκαίρια και από κρύους και πολύ χειμώνες που μπορεί να είναι πολύ δριμείς όταν εισβάλλουν απότομα ψυχρές αέριες μάζες. Αναλυτικότερα, η θερμοκρασία παρουσιάζει τις μεγαλύτερες τιμές τον Ιούλιο και τις μικρότερες τον Ιανουάριο, το ετήσιο θερμομετρικό εύρος υπερβαίνει τους 20 o C, ενώ κατά την ψυχρή περίοδο εισβάλλουν απότομα πολύ ψυχρές αέριες μάζες και συχνά παγώνουν ποταμοί και λίμνες, ακόμα και ο Θερμαϊκός κοντά στις ακτές. Χαρακτηριστικό 44

45 επίσης, είναι οι ήπιες και ηλιόλουστες ημέρες που παρατηρούνται γύρω στα μέσα του χειμώνα, ο μεγάλος σχετικά αριθμός θερινών και τροπικών ημερών και η ελάττωση των βροχών το καλοκαίρι. Η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα κυμαίνεται γύρω στους 16 o C, η χαμηλότερη μέση θερμοκρασία (Ιανουάριος) γύρω στους 5,5 o C και η υψηλότερη μέση (Ιούλιος) γύρω στους 26-26,5 o C. Η απόλυτα μέγιστη έχει φτάσει στους 44 o C και σημειώθηκε στις 25/7/2007 στο Αεροδρόμιο "Μακεδονία" και η απολύτως ελάχιστη έχει φτάσει τους -14 o C και σημειώθηκε στις 26/1/1963 στον ίδιο σταθμό. Σύμφωνα με στατιστικές μελέτες, κατά τη διάρκεια ενός έτους περίπου οι 140 ημέρες παρουσιάζουν μέγιστη θερμοκρασία πάνω από τους 25 o C και περίπου 70 πάνω από τους 30 o C, ενώ 107 ημέρες είναι αίθριες και 73 νεφοσκεπείς. Όσον αφορά τις βροχοπτώσεις, το ετήσιο ύψος βροχής κυμαίνεται γύρω στα 500 mm, ενώ το μεγαλύτερο ύψος βροχής παρατηρείται το Νοέμβριο και το Δεκέμβριο. Το χιόνι δεν είναι σπάνιο φαινόμενο, αλλά όσο χιόνι φτάνει στο έδαφος συνήθως λιώνει μέσα σε λίγες ώρες. Καιρικά φαινόμενα όπως η θαλάσσια αύρα και οι τοπικές ομίχλες χαρακτηρίζουν την περιοχή και οφείλονται στην άμεση επίδραση της θάλασσας στο μικροκλίμα της πόλης. Η πόλη είναι προσβάλλεται εύκολα από απότομες καιρικές μεταβολές που εμφανίζονται σε βορειότερες περιοχές και όταν φτάσουν σε αυτήν έχουν ιδιαίτερη βιαιότητα, όπως ψυχρές και θερμές εισβολές. Οι ανεμολογικές συνθήκες της Θεσσαλονίκης είναι δυσμενείς αφού κυριαρχεί η ύπαρξη ασθενών ανέμων, ενώ παρουσιάζεται άπνοια σε ποσοστό 37% ανά έτος, με μέγιστο κατά τη θερινή περίοδο. Γενικά όμως, οι άνεμοι που πνέουν είναι διάφοροι και εμφανίζονται ανάλογα με την εποχή. Το χειμώνα λοιπόν επικρατούν οι βόρειοι, που προέρχονται από την κοιλάδα του Αξιού. Ο πιο γνωστός άνεμος σε αυτή την κατηγορία είναι ο "Βαρδάρης". Είναι ισχυρός τοπικός άνεμος, που προκαλεί αίθριο καιρό, με χαρακτηριστική πτώση της θερμοκρασίας, πτώση της υγρασίας και άνοδο του ποσοστού εξάτμισης και ηλιοφάνειας. Κατά την εμφάνισή του παρατηρείται νεφοδιάλυση και έχει ευεργετικές συνέπειες στη μεταφορά και διασπορά των αερολυμάτων. Μικρότερης συχνότητας άνεμοι το χειμώνα είναι οι δυτικοί (Φλόκας, 1997). Την άνοιξη γίνονται συχνότεροι οι νοτιοδυτικοί (θαλάσσιες αύρες). Το καλοκαίρι δεσπόζουν οι βόρειοι που οφείλονται στο ρεύμα των Ετησίων και οι νοτιοδυτικοί που οφείλονται στη θαλάσσια αύρα. Η θαλάσσια αύρα δημιουργείται 45

46 στις παράκτιες περιοχές, συνήθως με αίθριο καιρό και απουσία ισχυρών ανέμων και οφείλεται στην έντονη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ξηράς και θάλασσας. Αυτό που συμβαίνει είναι, ο αέρας πάνω από την ξηρά να είναι θερμότερος από τον γειτονικό του θαλασσινό αέρα, κατά τη διάρκεια της ημέρας. Ο θερμός αέρας του εδάφους ανεβαίνει προς τα επάνω και το κενό που αφήνει έρχεται να αναπληρώσει ο δροσερός αέρας από τη θάλασσα, σχηματίζοντας ένα κλειστό δακτύλιο κυκλοφορίας. Το τοπικό αυτό σύστημα παίζει σημαντικό ρόλο στην ατμοσφαιρική ρύπανση. Με τη θαλάσσια αύρα οι ρύποι μεταφέρονται πάνω από την ξηρά, με αποτέλεσμα να αυξάνονται οι συγκεντρώσεις εφόσον η ξηρά δεν έχει την αφομοιωτική ικανότητα της θάλασσας (Μελάς, 2004). Το Σεπτέμβριο ελαττώνονται οι νοτιοδυτικοί και έτσι κλείνει ο κύκλος των ανέμων και επανέρχονται οι βόρειοι και δυτικοί. 4.3 Ρύπανση στη Θεσσαλονίκη Η συστηματική παρακολούθηση και καταγραφή των επιπέδων της ρύπανσης του αέρα της Θεσσαλονίκης, από το Δημοτικό Δίκτυο Ελέγχου Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης, την περίοδο από το 1989 μέχρι σήμερα, έδειξε ότι το φαινόμενο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης παρουσιάζει μια ιδιαίτερα δυναμική τάση μεταβλητότητας. Αυτή σχετίζεται με το χρόνο, την ανάπτυξη των λειτουργιών της πόλης στο χώρο, τα κλιματολογικά στοιχεία και την γεωμορφολογία της περιοχής. Διαπιστώθηκε ότι κατά τη δεκαετία του 1990, έγινε μια μετάλλαξη του νέφους της Θεσσαλονίκης, από νέφος καπνομίχλης σε φωτοχημικός νέφος. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι παρατηρείται μείωση των πρωτογενών ρύπων στο κέντρο της πόλης και αύξηση των φωτοχημικών, δείκτης των οποίων είναι το όζον, στην περιφέρεια της πόλης. Ωστόσο το κύριο πρόβλημα του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος της Θεσσαλονίκης ήταν και συνεχίζει να είναι οι υψηλές συγκεντρώσεις των PM10. Οι συγκεντρώσεις αυτών υπερβαίνουν τα ισχύοντα όρια της κοινοτικής και εθνικής νομοθεσίας. Η Θεσσαλονίκη χαρακτηρίζεται από μεγάλα και ψηλά οικοδομικά έργα και κτιριακές εγκαταστάσεις με κακή ρυμοτομία. Οι αποστάσεις μεταξύ τους είναι πολύ μικρές, δεν επιτρέπουν τον εξαερισμό της πόλης και δημιουργούν αστικές χαράδρες. Παράλληλα στο κέντρο της πόλης εκτείνονται μεγάλες κυκλοφοριακές αρτηρίες με μεγάλη κυκλοφορία 46

47 οχημάτων, ενώ γενικά ο αριθμός των αυτοκινήτων είναι συνεχώς αυξανόμενος. Στην πόλη υπάρχουν λίγες εκτάσεις πρασίνου μιας και είναι πολύ πυκνά ρυμοτομημένη και χαρακτηρίζεται από έντονη βιομηχανική δραστηριότητα που είναι εγκατεστημένη σε επαφή σχεδόν με τον πολεοδομικό ιστό. Τέλος, πρέπει να αναφερθεί ότι από το 2006 ξεκίνησε η δημιουργία μετρό μέσα στην πόλη και σαν άμεσο αποτέλεσμα ήταν η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης αλλά και της ρύπανσης. Όλα τα προηγούμενα, 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. Εικόνα 4.2: Το αστικό τοπίο της Θεσσαλονίκης, φωτογραφία Ν.Δ Η λειτουργία των καυστήρων κεντρικής και ατομικής θέρμανσης, αποτελεί επίσης σημαντική πηγή σωματιδίων. Η εκτεταμένη χρήση καυσόξυλων και βιομάζας σε τζάκια και ξυλόσομπες επιβαρύνει ακόμα περισσότερο την ποιότητα του αέρα κατά τη διάρκεια της χειμερινής περιόδου. Πολλοί επιστήμονες τα τελευταία τέσσερα χρόνια έστρεψαν την προσοχή τους στη μελέτη αυτών των καύσεων, αποδεικνύοντας τη ραγδαία αύξηση της μέσης μηνιαίας συγκέντρωσης σωματιδίων τους χειμερινούς μήνες. Ειδικότερα, η καύση ξύλων ήταν υπεύθυνη σχεδόν αποκλειστικά, με συνεισφορά άνω του 90%, για τις υψηλές συγκεντρώσεις των σωματιδίων τις νυχτερινές ώρες, τότε που σωματίδια και αέρια παγιδεύονται σε ένα στρώμα λίγων εκατοντάδων μέτρων πάνω από το έδαφος, σχηματίζοντας έτσι ισχυρό μέγιστο. 47

48 4.4 Δίκτυο ελέγχου αέριας ρύπανσης στη Θεσσαλονίκη Στη χώρα μας ισχύουν νομοθετημένα όρια και στόχοι για συγκεκριμένους ρύπους, όπως το μονοξείδιο του άνθρακα, τα αιωρούμενα σωματίδια κ.α., σύμφωνα με τα όρια ποιότητας της ατμόσφαιρας που έχουν καθιερωθεί στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Τα όρια αυτά αναφέρονται τόσο στην προστασία της ανθρώπινης υγείας όσο και των οικοσυστημάτων. Επομένως σύμφωνα με την εθνική και κοινοτική νομοθεσία αποτελεί υποχρέωση της χωράς η λειτουργία δικτύου σταθμών μέτρησης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Για το σκοπό αυτό δημιουργήθηκε το Εθνικό Δίκτυο Παρακολούθησης της Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης (ΕΔΠΑΡ) που λειτουργεί από το Πιο συγκεκριμένα, πρέπει να σημειώσουμε ότι στην Ευρύτερη Περιοχή Θεσσαλονίκης (ΕΠΘ) λειτουργούν τρία δίκτυα παρακολούθησης ποιότητας αέρα: Το δίκτυο που λειτουργεί υπό την ευθύνη και εποπτεία της Γενικής Διεύθυνσης Περιβάλλοντος της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας, ως μέρος του επίσημου Εθνικού Δικτύου του Υπουργείου Περιβάλλοντος Ενέργειας και Κλιματικής Αλλαγής (ΥΠΕΚΑ). Κάθε χρόνο εκδίδεται σχετική έκθεση, ενώ τα στοιχεία αυτά αποστέλλονται μέσω του ΥΠΕΚΑ στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Περιβάλλοντος. Το δίκτυο σταθμών που λειτουργεί υπό την ευθύνη και εποπτεία του Δήμου Θεσσαλονίκης εντός των ορίων του, ο οποίος δημοσιοποιεί μόνο τις μέγιστες και όχι τις ωριαίες τιμές κάθε ρύπου. Το δίκτυο σταθμών που λειτουργεί ο Δήμος Εχεδώρου, ο οποίος δημοσιοποιεί τα στοιχεία αυτά μόνο μέσω των αντίστοιχων ετήσιων εκθέσεων. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία για την αποτύπωση της κατάστασης αναφορικά με το μονοξείδιο του άνθρακα και τα PM10, είναι από το Δίκτυο Καταγραφής Αέριας Ρύπανσης της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας. Συνολικά η Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας καταγράφει αέριους ρύπους σε 7 σταθμούς μέτρησης, οι οποίοι φαίνονται στην εικόνα 4.3, από τους οποίους οι περισσότεροι πλέον διαθέτουν σύστημα μέτρησης αιωρούμενων σωματιδίων PM10. 48

49 Εικόνα 4.3: Χάρτης περιοχής της Θεσσαλονίκης που εμφανίζονται οι θέσεις μέτρησης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης (ΥΠΕΚΑ 2012). Η ακριβής θέση των σταθμών, ο χαρακτηρισμός της θέσης και οι μετρούμενοι ρύποι ανά σταθμό δίνονται στον πίνακα 4.4. Ο χαρακτηρισμός του σταθμού διέπεται από τρεις παραμέτρους: (α) τον τύπο του σταθμού, (β) την ταξινόμηση του σταθμού ως προς το Ο 3 και (γ) τον τύπο της περιοχής του σταθμού. Πίνακας 4.4: Χαρακτηριστικά των σταθμών μέτρησης ατμοσφαιρικής ρύπανσης (ΥΠΕΚΑ 2012). 49

50 Παράλληλα με τα δεδομένα ποιότητας της ατμόσφαιρας καταγράφονται και μετεωρολογικά δεδομένα (ταχύτητα και διεύθυνση ανέμου, θερμοκρασία και υγρασία) σε όλους τους σταθμούς με εξαίρεση τον σταθμό στην Πλατεία Αγίας Σοφίας που βρίσκεται μέσα σε οδική χαράδρα με αποτέλεσμα να μην είναι αντιπροσωπευτικός των μετεωρολογικών συνθηκών της ευρύτερης περιοχής. Στον πίνακα 4.5 παρουσιάζεται η μέθοδος μέτρησης για κάθε ρύπο. Η μέτρηση ρύπων γίνεται σε συνεχή βάση και καταγράφεται μία τιμή κάθε λεπτό. Στη συνέχεια μέσω ενός επεξεργαστή υπολογίζονται οι μέσες ωριαίες τιμές, οι οποίες μέσω modem μεταβιβάζονται στον κεντρικό υπολογιστή της Υπηρεσίας. Τα όργανα βαθμονομούνται κατά τακτά χρονικά διαστήματα με σκοπό τον έλεγχο της καλής λειτουργίας τους ή τη ρύθμισή τους. Πίνακας 4.5: Μέθοδος μέτρησης των ρύπων (ΥΠΕΚΑ 2012). Στη συγκεκριμένη εργασία για την εξαγωγή αποτελεσμάτων, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από τους σταθμούς της Πλ. Αγίας Σοφίας, του Κορδελιού και του Πανοράματος, έχοντας έτσι μια σφαιρική άποψη για το ποια είναι η ποιότητα του αέρα σε τρεις περιοχές της Θεσσαλονίκης που έχουν διαφορετικού τύπου ρύπανση. α) β) γ) Σχήμα 4.6: Δίκτυο μετρητικών σταθμών ατμοσφαιρικής ρύπανσης της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας α) Πλ. Αγίας Σοφίας, β) Κορδελιό, γ) Πανόραμα. 50

51 4.5 Χρονική διακύμανση των συγκεντρώσεων των μετρούμενων ρύπων Στο σημείο αυτό θα παρουσιάσουμε τη χρονική διακύμανση των συγκεντρώσεων των κυριότερων ατμοσφαιρικών ρύπων για τα έτη , έτσι όπως παρουσιάστηκε από τη Διεύθυνση Περιβάλλοντος και Χωρικού Σχεδιασμού της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας για το Πολεοδομικό Συγκρότημα της Θεσσαλονίκης στην "Ετήσια Έκθεση Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης" για το έτος Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, οι εκπομπές των κυριότερων ατμοσφαιρικών ρύπων έχουν μειωθεί σημαντικά στην Ευρώπη. Η καθοδική αυτή τάση στις εκπομπές των ρύπων αντικατοπτρίζεται, σε γενικές γραμμές, και στις μετρούμενες συγκεντρώσεις του SO 2, του CO, του NO 2 και των PM10 στους σταθμούς του ΕΔΠΑΡ στην Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας, από το 2001 μέχρι το Η διαχρονική εξέλιξη των τιμών δείχνει ότι, παρόλο που υπάρχουν στις διάφορες θέσεις, αυξομειώσεις των μέσων ετήσιων τιμών ρύπανσης από χρόνο σε χρόνο, υπάρχει γενικά πτωτική τάση ή τάση σταθεροποίησης, ανάλογα με το ρύπο. Αντιθέτως, το Ο 3 δεν εμφανίζει σταθερή τάση (ΥΠΕΚΑ 2012). Για το διοξείδιο του θείου υπάρχει σημαντική τάση μείωσης των τιμών του, που συνδέεται με τις μειώσεις της περιεκτικότητας του θείου τόσο στο πετρέλαιο κίνησης και θέρμανσης όσο και στην αμόλυβδη βενζίνη. Για το μονοξείδιο του άνθρακα, παρουσιάζεται τάση σταθεροποίησης ή μείωσης των τιμών στους περισσότερους σταθμούς, που οφείλεται κυρίως στο σύστημα της απόσυρσης αυτοκινήτων παλαιάς τεχνολογίας με παροχή οικονομικών κινήτρων. Για το διοξείδιο του αζώτου, υπάρχει τάση σταθεροποίησης ή μείωσης των τιμών τα τελευταία χρόνια. Για το όζον, η συμπεριφορά του είναι συνάρτηση του τύπου του σταθμού: παρατηρείται σταθεροποίηση των συγκεντρώσεων στους περισσότερους αστικούς σταθμούς και μεταβλητή συμπεριφορά στους περιαστικούς σταθμούς. Για τα αιωρούμενα σωματίδια, γενικά παρατηρείται μικρή μείωση στις συγκεντρώσεις, με αναστροφή της τάσης κατά τη διάρκεια του 2011 στην περιοχή των περιαστικών σταθμών και σταθεροποίηση το

52 4.6 Νομοθεσία ποιότητας αέρα Το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο και το Συμβούλιο της Ευρωπαϊκής Ένωσης της 21 ης Μαΐου του 2008 προχώρησε στην έκδοση της οδηγίας 2008/50/ΕΚ για την ποιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα και καθαρότερο αέρα στην Ευρώπη, η οποία συσσωματώνει την 96/62/ΕΚ και τις τρεις θυγατρικές της (1999/30/ΕΚ, 2000/69/ΕΚ, και 2002/3/ΕΚ), όπως και την απόφαση 97/101/ΕΚ για την καθιέρωση διαδικασίας για την αμοιβαία ανταλλαγή πληροφοριών και δεδομένων ατμοσφαιρικής ρύπανσης από μεμονωμένους σταθμούς και δίκτυα. Τα μέτρα τα οποία θεσπίζονται με την οδηγία 2008/50/ΕC έχουν ως στόχο: τον προσδιορισμό και καθορισμό των στόχων για την ποιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα, ώστε να αποφεύγονται, να προλαμβάνονται ή να μειώνονται οι επιβλαβείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία και στο σύνολο του περιβάλλοντος. την εκτίμηση της ποιότητας του ατμοσφαιρικού αέρα στα κράτη μέλη βάσει κοινών μεθόδων και κριτηρίων. τη συγκέντρωση πληροφοριών όσον αφορά την ποιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα ώστε να διευκολυνθεί η καταπολέμηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και των οχλήσεων καθώς και η παρακολούθηση των μακροπρόθεσμων τάσεων και βελτιώσεων που προκύπτουν από τα εθνικά και κοινοτικά μέτρα. την εξασφάλιση της διάθεσης αυτών των πληροφοριών σχετικά με την ποιότητα του αέρα στο κοινό. τη διατήρηση της ποιότητας του ατμοσφαιρικού αέρα όταν είναι καλή, και τη βελτίωση της στις άλλες περιπτώσεις. την προαγωγή μεγαλύτερης συνεργασίας μεταξύ των κρατών μελών σε ό,τι αφορά τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Η Ελλάδα ως κράτος-μέλος συμμορφώθηκε με τους κανόνες της Ευρωπαϊκής Ένωσης προχωρώντας στην έκδοση της ΚΥΑ ΗΠ 14122/549/Ε103 (ΦΕΚ 488Β/ ) "Μέτρα για τη Βελτίωση της ποιότητας της ατμόσφαιρας, σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της οδηγίας 2008/50/ΕC''. 52

53 Επιπρόσθετα, με την Απόφαση 9452/08 του γ.γ. της ΠΚΜ (ΦΕΚ 1652Β/08) θεσμοθετείται σχέδιο δράσης για την αντιμετώπιση επεισοδίων ατμοσφαιρικής ρύπανσης σε περιπτώσεις που κυρίως λόγω εξαιρετικά δυσμενών μετεωρολογικών συνθηκών για τη διάχυση της ρύπανσης, αναμένεται αύξηση των τιμών ρύπανσης. Τα μέτρα λαμβάνονται όταν οι μετρούμενες τιμές υπερβούν ή προσεγγίσουν τα όρια έκτακτων μέτρων (συναγερμού), πίνακας 4.7, και ταυτόχρονα υπάρχει πρόβλεψη για μετεωρολογικές συνθήκες που ευνοούν τη διατήρηση ή αύξηση των τιμών ρύπανσης για τις επόμενες ή την επόμενη μέρα. Πίνακας 4.7: Νομοθετημένες οριακές τιμές για την ποιότητα του αέρα (ΥΠΕΚΑ 2012). Σημείωση: Τα όρια ενημέρωσης και συναγερμού που αναγράφονται κάτω από τη διακεκομμένη γραμμή με πλάγια γραφή, έχουν εφαρμογή μόνο στο πολεοδομικό συγκρότημα Θεσσαλονίκης (ΦΕΚ 1652Β/08) και πρέπει να επαληθεύονται τουλάχιστον σε δύο γειτονικούς σταθμούς. (*) Αποτελεί Τιμή Στόχο και όχι νομοθετημένη οριακή τιμή. Σε αυτό το σημείο, καλό είναι να επισημάνουμε και να ορίσουμε ορισμένες έννοιες οι οποίες εμφανίζονται στον πίνακα 4.7 και γενικά στην οδηγία της Ευρωπαϊκής Ένωσης (2008/50/EC): Οριακή Τιμή: επίπεδο καθορισμένο βάσει επιστημονικών γνώσεων, με σκοπό να αποφεύγονται, να προλαμβάνονται ή να μειώνονται οι επιβλαβείς επιπτώσεις στην 53