ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Χρονικές διακυμάνσεις των επιπέδων σωματιδιακής ρύπανσης και μονοξειδίου του άνθρακα στην Θεσσαλονίκη ΛΑΜΠΡΟΥ ΑΝΤΩΝΙΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΉΣ: ΜΕΛΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ 4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΣΤΑ ΑΓΓΛΙΚΑ 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ- ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ 1.1 Ορισµός του ατµοσφαιρικού ρύπου, ατµοσφαιρικής ρύπανσης, κύριοι ατµοσφαιρικοί Τα είδη των ατµοσφαιρικών ρύπων Πηγές εκποµπών των ατµοσφαιρικών ρύπων-χρόνοι παραµονής τους στην ατµόσφαιρα...9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Η ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 2.1 Πληθυσµιακή κατάσταση και γεωγραφική θέση της Θεσσαλονίκης Το κλίµα της Θεσσαλονίκης Περιβαλλοντική κατάσταση της Θεσσαλονίκης 15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΤΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ 3.1 Γενικά για τα αιωρούµενα σωµατίδια Το µέγεθος Υπολογισµός µάζας των σφαιρικών αιωρούµενων σωµατιδίων Χηµική σύσταση Πηγές-Μηχανισµοί αποµάκρυνσης Συνέπειες των αιωρούµενων σωµατιδίων...31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ 4.1 Γενικά για το µονοξείδιο του άνθρακα Ιστορικά στοιχεία Δοµή Πηγές Μέτρηση του CO Αστική ρύπανση Εσωτερική ρύπανση Παραγωγή Χρήσεις Συνέπειες

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 5.1 Εισαγωγή Ετήσια διακύµανση του µονοξειδίου του άνθρακα και των αιωρούµενων σωµατιδίων Εβδοµαδιαία διακύµανση του µονοξειδίου του άνθρακα και των αιωρούµενων σωµατιδίων Ηµερήσια διακύµανση του µονοξείδιου του άνθρακα και των αιωρούµενων σωµατιδίων Εισαγωγή Ετήσια διακύµανση των εκποµπών του µονοξειδίου του άνθρακα και των αιωρούµενων σωµατιδίων Εβδοµαδιαία διακύµανση των εκποµπών του µονοξειδίου του άνθρακα και των αιωρούµενων σωµατιδίων Ηµερήσια διακύµανση των εκποµπών του µονοξειδίου του άνθρακα και των αιωρούµενων σωµατιδίων..59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ.61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΑΝΑΦΟΡΕΣ

4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασία σκοπός µας είναι να ελεχθεί η χρονική διακύµανση των επιπέδων σωµατιδιακής ρύπανσης και µονοξειδίου του άνθρακα στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Για την πραγµατοποίηση της έρευνας αξιολογήθηκαν στοιχεία και δεδοµένα που προέρχονταν από τους σταθµούς της Αγίας Σοφίας και Σίνδου, και κάλυπταν την χρονική περίοδο Παρουσιάζονται τα διαγράµµατα ετήσιας, εβδοµαδιαίας και ηµερήσιας διακύµανσης των συγκεντρώσεων των δύο ρύπων όπως και του ρυθµού εκποµπής των ρύπων για τους δύο σταθµούς. Η µελέτη των στοιχείων µας δείχνει ότι τόσο οι συγκεντρώσεις,όσο και οι εκποµπές των ρύπων είναι υψηλότερες στην περιοχή της Αγίας Σοφίας σε σχέση µε τις αντίστοιχες στην περιοχή της Σίνδου. Επίσης παρατηρούνται αρκετά υψηλές συγκεντρώσεις και ρυθµοί εκποµπών ρύπων κυρίως τους χειµερινούς µήνες του έτους, τις εργάσιµες ηµέρες,τις πρωινές προς µεσηµεριανές ώρες καθώς και τις βραδινές ώρες. Σαφώς χαµηλότερα επίπεδα ρύπανσης διαπιστώνονται τους καλοκαιρινούς µήνες, τις µη εργάσιµες ηµέρες της εβδοµάδας και τις πολύ πρωινές ώρες και αυτό λόγω της µείωσης των γενικών δραστηριοτήτων(µεταφορές, βιοµηχανία). Επιπλέον παρατηρήθηκαν επίπεδα PM σωµατιδίων τα οποία ξεπερνούν κατά πολύ τα όρια ασφαλείας που έχουν θεσπιστεί από την νοµοθεσία και αυτό έχει ως αποτέλεσµα να επιβαρύνεται ο ατµοσφαιρικός αέρας,του κέντρου της Θεσσαλονίκης κυρίως, η ανθρώπινη υγεία όπως και να επηρεάζεται και η ποιότητα ζωής των πολιτών της Θεσσαλονίκης. 4

5 SUMMARY In this project we aim to test the temporal variation in levels of particulate pollution and carbon monoxide in the area of Thessaloniki. To carry out the survey, data coming from the stations of St Sophia and Sindos were evaluated, covering the period Charts of annual, weekly and daily variation in concentrations of two pollutants, as well as the emission rate of pollutants for both stations are presented in this project too. The study of data presents that both concentrations and emissions of pollutants are higher in the area of St Sophia in relation to the ones in Sindos. High concentrations of pollutants as well as high emission rates of pollutants are observed, mostly during the winter months of the year, working days, morning to midday and evening hours. Significantly lower pollution levels are recorded during the summer months, non-weekdays and early morning hours, because of the reduction in overhead activities (transport, industry). Furthermore, levels of PM particles which far exceed safety limits, established by law, were also observed, having as a result the air in the center of Thessaloniki in particular being overloaded, as well as affecting human health and the quality of life of citizens in Thessaloniki. 5

6 1.ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ- ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ 1.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΡΥΠΟΥ, ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ_ΚΥΡΙΟΙ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ Ατµόσφαιρα, ονοµάζεται το αέριο τµήµα του πλανήτη, το οποίο περιβάλλει και τον ακολουθεί στο σύνολο των κινήσεων του. Αν και εκτείνεται µέχρι εκατοντάδες χιλιόµετρα πάνω από τη γη, εντούτοις το 99% σχεδόν του ατµοσφαιρικού αέρα βρίσκεται στα πρώτα 40 km. Η σύσταση και η θερµοκρασία του αέριου αυτού µίγµατος δεν είναι σταθερές, αλλά µεταβάλλονται σηµαντικά µε το ύψος. Η ατµόσφαιρα συµπεριφέρεται σαν ιδανικό αέριο(ειδικά για z>10 km). Δηλαδή: Οι αποστάσεις µεταξύ των µορίων είναι πολύ µεγάλες σχετικά µε τον όγκο που κατέχουν. Οι συγκρούσεις µεταξύ τους αλλά και µε άλλα συστατικά είναι ελαστικές. Η εσωτερική ενέργεια είναι ίση µε την κινητική ενέργεια(ανάλογη της θερµοκρασίας). Το αέριο δεν υφίσταται χηµικούς µετασχηµατισµούς. Η παρακάτω εικόνα δείχνει την δοµή της ατµόσφαιρας: Εικόνα 1.1:Δοµή της ατµόσφαιρας της Γης [19] 6

7 Στον ακόλουθο πίνακα δίνεται η σύσταση του ατµοσφαιρικού αέρα κάτω των 80 km Αέριο Σύµβολο (%)κ.ο Άζωτο N Οξυγόνο O Αργό Ar 0.93 Διοξείδιο του άνθρακα CΟ Νέο Ήλιο Μεθάνιο Κρυπτό Υποξείδιο του Αζώτου Υδρογόνο Ξένο Υδρογόνο Ne He CH4 Kr N2O H Xe O3 Πίνακας 1.1: Σύσταση του ξηρού αέρα [22] Παρατηρείται ότι το άζωτο, το οξυγόνο, το αργό και το διοξείδιο του άνθρακα αποτελούν το 99,996% του ατµοσφαιρικού αέρα. Τα υπόλοιπα αέρια που αναγράφονται στον πίνακα αποτελούν µόλις το 0,004%. Μέσα στα συστατικά της ατµόσφαιρας θεωρείται και το νερό (H 2 O) µε µεταβλητή κατά τις % συγκέντρωση. Τα ποσοστά του κυµαίνονται µεταξύ (0,1-5%). Πρέπει να επισηµανθεί ότι µπορεί η βασική σύσταση της ατµόσφαιρας σε άζωτο και οξυγόνο(99% του ατµοσφαιρικού αέρα) να µην αλλάζει, η αύξηση όµως των συγκεντρώσεων αερίων µε µικρή συµµετοχή στη σύσταση της ατµόσφαιρας κάνει την παραµονή στην γη δυσκολότερη ή στην πιο αισιόδοξη εκδοχή λιγότερο ευχάριστη. 7

8 Ορισµός ατµοσφαιρικής ρύπανσης: Ονοµάζεται η παρουσία στην ατµόσφαιρα ρύπων, δηλαδή κάθε είδους ουσιών, θορύβου ή ακτινοβολίας σε ποσότητα, συγκέντρωση ή διάρκεια τέτοια ώστε να είναι δυνατόν να προκληθούν αρνητικές συνέπειες στην ανθρώπινη υγεία, στους ζωντανούς οργανισµούς και στα οικοσυστήµατα. Αξίζει εδώ να αναφερθεί και ο <<επίσηµος>> ορισµός της ρύπανσης, όπως καταγράφεται στην οδηγία της Ευρωπαϊκής Ένωσης 96/61 για την διαχείριση της ποιότητας του αέρα. Ρύπος κάθε ουσία η οποία διοχετεύεται αµέσως ή εµµέσως από τον άνθρωπο στον αέρα του περιβάλλοντος και ενδέχεται να έχει επιβλαβείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία ή/ και στο περιβάλλον στο σύνολο του [2]. Οι κυριότεροι ρύποι δίνονται στον πίνακα 1.2. Σύµβολο Αέριο CO Μονοξείδιο του άνθρακα Pb Μόλυβδος NO2, NOx Διοξείδιο του Αζώτου, οξείδια του Αζώτου O3 Όζον TSP,PM10,PM2.5 Αιωρούµενα σωµατίδια(ολικά, διαµέτρου µικρότερης των 10 µm, διαµέτρου µικρότερης των 2,5 µm SO2, SOx Διοξείδιο του θείου, Οξείδια του θείου Άλλοι ρύποι OCS,NMHC Καρβονυλικό σουλφίδιο, υδρογονάνθρακες CH4 Μεθάνιο CO2 Διοξείδιο του άνθρακα HFCs,HCFC Φθοριοµένοι Υδρογονάνθρακες, Υδροχλωροφθοράνθρακες N2O Υποξείδιο του αζώτου PFCs Υπερφθορουδροάνθρακες VOC Πτητικές (ασταθείς) οργανικές ενώσεις Πίνακας 1.2: Κυριότεροι Ρύποι [3] 1.2 ΤΑ ΕΙΔΗ ΤΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ Οι ατµοσφαιρικοί ρύποι από πλευράς τρόπου παραγωγής διακρίνονται σε πρωτογενείς κα δευτερογενείς. Πρωτογενείς: ονοµάζονται οι ρύποι οι οποίοι που εκπέµπονται άµεσα από τις πηγές ρύπανσης. Παραδείγµατα πρωτογενών ρύπων αποτελούν το διοξείδιο του θείου, µονοξείδιο του άνθρακα, µονοξείδιο του αζώτου, καπνός, αιωρούµενα σωµατίδια, µόλυβδος κτλ. Οι πρωτογενείς ρύποι που συµµετέχουν στη φωτοχηµική δηµιουργία του όζοντος ονοµάζονται πρόδροµοι ρύποι. 8

9 Δευτερογενείς: καλούνται οι ρύποι που σχηµατίζονται στην ατµόσφαιρα σαν αποτέλεσµα χηµικών αντιδράσεων µεταξύ πρωτογενών ρύπων. Τυπικό παράδειγµα δευτερογενούς ρύπου αποτελεί το όζον. 1.3 ΠΗΓΕΣ ΕΚΠΟΜΠΩΝ ΤΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΡΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ-ΧΡΟΝΟΙ ΠΑΡΑΜΟΝΗΣ ΤΟΥΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Οι πηγές εκποµπών των ρύπων χωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες, στις φυσικές πηγές και στις ανθρωπογενείς πηγές. Ως φυσικές πηγές συνοψίζουµε τις παρακάτω: o έδαφος o ηφαίστεια o πυρκαγιές o ωκεανοί, θάλασσες Ως ανθρωπογενείς πηγές συνοψίζουµε τις παρακάτω o παραγωγή ενέργειας o βιοµηχανία o θέρµανση o µεταφορές Κάθε αέριος ρύπος χαρακτηρίζεται από τον χρόνο παραµονής του στην ατµόσφαιρα ή την ηµιπερίοδο ζωής, η οποία εξαρτάται από το ρυθµό παραγωγής ή καταστροφής του και από την συνολική του κατά µέσο όρο µάζα αυτού στην ατµόσφαιρα. Αν θεωρηθεί ολόκληρη η ατµόσφαιρα, ότι η συγκέντρωση του συστατικού βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση και ότι επικρατούν συνθήκες ισορροπίας, ο χρόνος παραµονής ενός ρύπου στην ατµόσφαιρα δίνεται από τον τύπο [3] : Q Q τ = = R P Όπου: τ χρόνος παραµονής. Q συνολική µάζα του συστατικού εντός του υπό εξέταση όγκου 9

10 P ο ρυθµός εκποµπής ενός συστατικού από διάφορες πηγές εντός του όγκου R ο ρυθµός αποµάκρυνσης του µε διάφορους µηχανισµούς Η συγκέντρωση των ρύπων στην ατµόσφαιρα µετράται σε mg/m 3, µg/m 3,ppm(cm 3 /m 3 ),%,v/v Ρύπος Ο3 NO ΝΟ2 ΝΟ3 ΝΗ4 Η2S SΟ2 SO4 Hg CO CH4 Freon CO2 Χρόνος Παραµονής ηµέρες 4-5 ηµέρες 2-8 ηµέρες 4-20 ηµέρες 7-19 ηµέρες 0,08-2 ηµέρες 0,01-7 ηµέρες 3-5 ηµέρες ηµέρες 0,9-2,7 έτη 1,5-2 έτη 16 έτη 2-10 έτη Πίνακας 1.3 : Μέσοι χρόνοι παραµονής στην ατµόσφαιρα διαφόρων ουσιών [2] 10

11 2.Η ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 2.1 ΠΛΗΘΥΣΜΙΑΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Ο νοµός Θεσσαλονίκης ο οποίος ανήκει στην Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας, έχει πληθυσµό 1,084,001 σύµφωνα µε την τελευταία επίσηµη απογραφή (2001). Συγκεντρώνει ποσοστό 9,5% του πληθυσµού της χώρας µε τάση αύξησης, αφού είχε το τέταρτο µεγαλύτερο ποσοστό φυσικής αύξησης του πληθυσµού το 1997 και το Η Θεσσαλονίκη είναι η δεύτερη σε µέγεθος πόλη της Ελλάδας και η πληθυσµιακή της πυκνότητα είναι 287,2 κάτοικοι ανά km.σχετικά µε την ηλικιακή κατανοµή,ο νοµός παρουσιάζει τα ακόλουθα ποσοστά: Ηλικίες 0-14 :15,53%, Ηλικίες 15-64: 70,34%, Ηλικίες 65 και άνω :14,13%. [28] Ο αστικός πληθυσµός του Νοµού Θεσσαλονίκης, ανέρχεται σε 92,68% του συνολικού πληθυσµού, ενώ ο αγροτικός αποτελεί µόλις το 7,32%. Η πόλη κυκλώνεται από τον κόλπο του Θερµαϊκού για αυτό τον λόγο έχει σχήµα τοξοειδές που εκτείνεται σε 12 χιλιόµετρα κατά µήκος των ακτών. Ωστόσο εκτείνεται τόσο από την Βόρεια όσο και από την Ανατολική πλευρά από λόφους περίπου 200 µέτρων. Βόρεια- βορειανατολικά της πόλης εκτείνεται ο Χορτιάτης, φυσική οχύρωση και πηγή µέρους του νερού που χρησιµοποιείται για την ύδρευση της. Στα δυτικά της πόλης εκβάλουν οι ποταµοί Γαλλικός και Αξιός και η περιοχή είναι σχεδόν επίπεδη. Σε πλάτος, οι κατοικηµένες περιοχές εκτείνονται σε απόσταση 3 χιλιοµέτρων περίπου από την ακτή και είναι κτισµένες κατά µήκος της ανατολικής πλευράς του Θερµαϊκού [27]. Ο νοµός Θεσσαλονίκης, ο οποίος ανήκει στο ευρύτερο γεωγραφικό διαµέρισµα της Κεντρικής Μακεδονίας συνορεύει µε τους Νοµούς Κιλκίς και Σερρών βόρεια και βορειοανατολικά, µε τους νοµούς Ηµαθίας και Πέλλας ανατολικά, µε την Χαλκιδική νότια και νοτιοανατολικά, ενώ νότια βρέχεται από τον Θερµαϊκό Κόλπο και ανατολικά από τον Στρυµονικό Κόλπο [27]. 11

12 Πηγή: Διεύθυνση Περιβαλλοντικού & Χωροταξικού Σχεδιασµού(ΔΙ.ΠΕ.ΧΩ) Η έκταση του είναι m 2 και καταλαµβάνει την 10 η θέση σε µέγεθος ανάµεσα στους νοµούς της Ελλάδας. Πρωτεύουσα του νοµού είναι η Θεσσαλονίκη µε πληθυσµό κατοίκους, µία από τις αρχαιότερες πόλεις της Ευρώπης,η οποία εκτείνεται σε µήκος 12 χλµ προς τον Θερµαϊκό Κόλπο [27]. Το έδαφος του Νοµού Θεσσαλονίκης είναι κατά 2/3 πεδινό. Η κατανοµή του εδάφους είναι η εξής: 63% πεδινό, 20% ηµιορεινό και 18% ορεινό. Εντελώς πεδινό είναι το δυτικό τµήµα του νοµού, όπου απλώνεται η προσχωσιγενής κοιλάδα της Θεσσαλονίκης, η οποία συνεχίζεται και πέρα από τα όρια του νοµού. Τα σηµαντικότερα όρη του Νοµού Θεσσαλονίκης είναι :ο Χορτιάτης (1.201 m, τα όρη της Βόλβης (659 m),τα Κερδύλια(1.091 m) και ο Βερτίσκος(1.103 m). Ο νοµός Θεσσαλονίκης διαρρέεται από τους ποταµούς Αξιό, Λουδία και Γαλλικό. Κύριος ποταµός θεωρείται ο Λουδίας Αυτοί εκβάλουν δυτικά της πόλης ενώ ακόµα νοτιότερα εκβάλλει ο Αλιάκµονας. Υπάρχουν επίσης πολλοί µικροί ποταµοί και χείµαρροι, που εκβάλλουν στις λίµνες. Στο έδαφος της Θεσσαλονίκης υπάρχουν δύο πολύ σηµαντικές λίµνες, η Κορώνεια και η Βόλβη. Ο Ν. Θεσσαλονίκης βρέχεται σε δύο σηµεία από την θάλασσα, στα νοτιοδυτικά και στα ανατολικά. Η Βόλβη αποχετεύει τα πλεονάζοντα νερά στον Στρυµονικό κόλπο. [27] 12

13 2.2 ΤΟ ΚΛΙΜΑ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Το κλίµα της Θεσσαλονίκης µπορεί να θεωρηθεί µεσογειακό και υγρό αλλά εµπεριέχει και ηπειρωτικά στοιχεία. Η θερµοκρασία παρουσιάζει τις µεγαλύτερες τιµές της τον Ιούλιο και τις µικρότερες τον Ιανουάριο,(η µεγαλύτερη θερµοκρασία που έχει σηµειωθεί, είναι τον Ιούλιο, που έφτασε τους 44 o C και η χαµηλότερη κατά τους χειµερινούς µήνες στους -12,6(1968)). Κατά την ψυχρή περίοδο εισβάλλουν απότοµα πολύ ψυχρές αέριες µάζες και συχνά παγώνουν ποταµοί και λίµνες. Χαρακτηριστικές επίσης είναι οι ήπιες και ηλιόλουστες ηµέρες, που παρατηρούνται περίπου στα µέσα του χειµώνα, ο σχετικά µεγάλος αριθµός θερινών και τροπικών ηµερών και η ελάττωση των βροχών το καλοκαίρι [13]. Στο διάστηµα ενός έτους περίπου 140 ηµέρες έχουν µέγιστη θερµοκρασία πάνω από τους 25 ο C και περίπου 70 πάνω από τους 30 ο C, ενώ 107 είναι αίθριες και 73 νεφοσκεπείς. Γενικότερα η Θεσσαλονίκη απολαµβάνει αρκετές ηλιόλουστες ηµέρες κατά την διάρκεια του έτους. Το ετήσιο ύψος βροχής κυµαίνεται γύρω στα 500 χιλιοστά. Το χιόνι επίσης δεν είναι ένα σπάνιο φαινόµενο κυρίως για τα γύρω ορεινά της πόλης. Ως προς τους ανέµους,είναι διάφοροι κατά εποχές: τον χειµώνα επικρατούν βόρειοι, που έρχονται από την κοιλάδα του Αξιού και λιγότερο οι δυτικοί, την άνοιξη γίνονται συχνότεροι οι νοτιοδυτικοί, το καλοκαίρι δεσπόζουν οι βόρειοι και οι νοτιοδυτικοί, όπου οι πρώτοι οφείλονται στο ρεύµα των ετησίων και οι δεύτεροι στη θαλάσσια αύρα, ενώ τον Σεπτέµβριο ελαττώνονται οι νοτιοδυτικοί και από τον Νοέµβριο κυριαρχούν πάλι οι βόρειοι και οι δυτικοί [24]. Αναλυτικότερα το κλίµα στα ορεινά και τα βόρεια τείνει προς το ηπειρωτικό µε ψυχρό και τραχύ χειµώνα, ενώ στα νότια και πεδινά είναι εύκρατο. Οι πιο σηµαντικοί παράγοντες που επιδρούν στη διαµόρφωση του κλίµατος της Θεσσαλονίκης είναι :η θερµοκρασία, οι βροχοπτώσεις, η ατµοσφαιρική πίεση, οι άνεµοι και η υγρασία. α)θερµοκρασία της περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας Κατά την διάρκεια της ψυχρής περιόδου, η διοχέτευση ψυχρού ορεινού αέρα στις κλειστές πεδιάδες, τις κοιλάδες και τις ακτές είναι συχνό φαινόµενο. Αντιπροσωπευτικότερος µήνας κατά την ψυχρή περίοδο είναι ο Ιανουάριος. Την θερµή περίοδο κατά την διάρκεια της ηµέρας η ξηρά, η οποία είναι κακός αγωγός µε µικρή θερµοχωρητικότητα, θερµαίνεται πολύ ταχύτερα από την θάλασσα, πράγµα το οποίο έχει συνέπειες στον υπερκείµενο αέρα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα την ενεργοποίηση του µηχανισµού της θαλάσσιας αύρας και έτσι διατηρούνται στις ακτές θερµοκρασίες σχετικά χαµηλότερες από αυτές της ενδοχώρας. 13

14 β) Βροχοπτώσεις Ένας ακόµη βασικός κλιµατικός παράγοντας µίας περιοχής είναι οι βροχοπτώσεις. Όσον αφορά τη µέση ετήσια κατανοµή της βροχής το σύνθετο ανάγλυφο της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας συντελεί στην αρκετά ανώµαλη κατανοµή της ποσότητας της βροχής σε αυτήν. Η ποσότητα της βροχής που φθάνει στο έδαφος ως βροχή εκφράζεται µε το ύψος της βροχής. Αυτό ορίζεται σαν το ύψος στο οποίο θα έφθανε το νερό της βροχής αν έπεφτε πάνω σε µία οριζόντια επιφάνεια χωρίς να υπάρχει κάποια απώλεια από απορροή, απορρόφηση ή εξάτµιση. Μονάδα µέτρησης του ύψους της βροχής είναι το <<το χιλιοστό ύψους βροχής(mm)>>. Τα µέγιστα ύψη βροχοπτώσεων παρατηρούνται στην περιοχή της Θεσσαλονίκης τον δίµηνο Νοεµβρίου-Δεκεµβρίου. Αρκετά υψηλές τιµές ύψους βροχόπτωσης παρατηρούνται και τον µήνα Οκτώβριο. Το κύριο ελάχιστο ύψος βροχόπτωσης παρατηρείται κατά τον µήνα Αύγουστο. Σε ορισµένους σταθµούς το ελάχιστο εµφανίζεται τον µήνα Ιούλιο. Όσον αφορά τις ακραίες τιµές στα ύψη βροχόπτωσης, για στοιχεία που αναφέρονται την περίοδο , έχουν υπολογιστεί τιµές ύψους βροχόπτωσης ίσες µε το µηδέν όπως για παράδειγµα τον Ιούλιο του 1972, Αύγουστο του 1976, Σεπτέµβριο του 1967 [4]. Ακολουθεί ο πίνακας που µας δείχνει συνοπτικά τις µέγιστες και ελάχιστες τιµές θερµοκρασιών που έχουν παρατηρηθεί στην Θεσσαλονίκη καθώς και την µέση τιµή βροχόπτωσης. Μήνας Μέγιστη θερµοκρασία( o C) Ελάχιστη Θερµοκρασία ( o C) Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μάι Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Βροχόπτωση (mm) Πίνακας 2.1: Οι µέγιστες και ελάχιστες µηνιαίες θερµοκρασίες και η µέση βροχόπτωση που παρατηρείται στην περιοχή της Θεσσαλονίκης [16] Τέλος αναφέρεται ότι για τον υπολογισµό του ετήσιου ύψους βροχής, γίνεται αρχικά επιφανειακή αναγωγή των σηµειακών µετρήσεων για κάθε µήνα 14

15 πολλαπλασιάζοντας τη σηµειακή βροχόπτωση κάθε µήνα µε το αντίστοιχο ποσοστό της επιφάνειας που αντιπροσωπεύει κάθε σταθµός [9]. γ) Άνεµοι Η επίδραση του ανέµου στα επίπεδα ρύπανσης είναι διπλή. Η διεύθυνση του ανέµου καθορίζει την περιοχή προς την οποία θα κατευθυνθούν οι ρύποι ενώ η ταχύτητα του ανέµου προσδιορίζει σε µεγάλο βαθµό τον ρυθµό αραίωσης τους. Η διεύθυνση του ανέµου είναι καθοριστικής σηµασίας ιδιαίτερα στην περίπτωση που η ρύπανση προέρχεται από σηµειακές πηγές(πχ βιοµηχανικές µονάδες) [1]. Η επικρατέστερη διεύθυνση των ανέµων στην περιοχή της Θεσσαλονίκης κατά τους χειµερινούς µήνες είναι Β-ΒΔ µε ένταση µέτρια έως ισχυρή. Συναντούνται επίσης άνεµοι Ν-ΝΑ διεύθυνσης χαµηλότερης έντασης. Συχνή είναι εµφάνιση τοπικού συστήµατος αύρας από τον Θερµαϊκό Κόλπο κατά την θερινή περίοδο του έτους και κατά την διάρκεια της ηµέρας. Κατά την διάρκεια της νύχτας έχουµε την εµφάνιση απόγειας αύρας. Η απόγεια αύρα είναι γενικά ασθενέστερη από την θαλάσσια αύρα. Θα πρέπει εδώ να τονιστεί ότι σηµαντικότερη από πλευράς ατµοσφαιρικής ρύπανσης είναι η θαλάσσια αύρα. Με την απόγεια αύρα,οι ρύποι µεταφέρονται πάνω από την θάλασσα, όπου οι συγκεντρώσεις τους µπορεί να φθάσουν σε επίπεδα τα οποία δεν µπορούν να θεωρηθούν αµελητέα, αλλά η σηµασία τους περιορίζεται από την µεγαλύτερη αφοµοιωτική ικανότητα της θάλασσας [2]. Τις ενδιάµεσες εποχές, άνοιξη και φθινόπωρο εµφανίζονται συνοπτικοί άνεµοι βορείων και νοτίων διευθύνσεων. Τα ποσοστά άπνοιας(u αν =0) είναι σχετικά υψηλά καθ όλη την διάρκεια του έτους µε αποτέλεσµα τον κακό εξαερισµό της πόλης. 2.3 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Η περιοχή της Θεσσαλονίκης αντιµετωπίζει σοβαρά προβλήµατα µε την ποιότητα του αέρα και µε τις συγκεντρώσεις των αιωρούµενων σωµατιδίων τα οποία ξεπερνούν τις πιο πολλές φορές τα όρια νοµοθεσίας που έχουν θεσπιστεί. Αυτό µπορεί να αποδοθεί στις δυσµενείς µετεωρολογικές συνθήκες διασποράς, στην γεωµορφολογία και στη παρουσία βιοµηχανικών εκποµπών, επιπλέον των αστικών εκποµπών. Επίσης η συνεχόµενη αστικοποίηση της πόλης, χωρίς συγχρόνως να γίνονται ανάλογα έργα υποδοµής, έρχεται να επιβαρύνει την ήδη προβληµατική κατάσταση της περιοχής. 15

16 Το κυριότερο πρόβληµα στην πόλη της Θεσσαλονίκης το αντιµετωπίζει το Α Δηµοτικό Διαµέρισµα λόγω της υπερσυγκέντρωσης δραστηριοτήτων και της έντονης κυκλοφοριακής κίνησης και ακολουθούν οι δήµοι των δυτικών προαστίων. Εκτός από την ατµοσφαιρική ρύπανση έχουµε την εµφάνιση και άλλων περιβαλλοντικών προβληµάτων όπως η ρύπανση των υδάτων, συµπεριλαµβανοµένου του Θερµαϊκού Κόλπου,των ποταµών Αξιού και Γαλλικού. Η ρύπανση των υδάτων οφείλεται στην πληµµελή λειτουργία των εγκαταστάσεων επεξεργασίας αστικών λυµάτων και την έλλειψη αποχετευτικού δικτύου σε πολλές περιοχές. Στην περιοχή της Θεσσαλονίκης έχει εγκατασταθεί ένα δίκτυο, από το οποίο µπορούν να συλλεχθούν στοιχεία για την ατµοσφαιρική ρύπανση της περιοχής. Το δίκτυο αυτό αποτελείται από 8 σταθµούς και η αρµοδιότητα τους έχει ανατεθεί,από το Υπουργείο Μακεδονίας,στην Περιφέρεια της Κεντρικής Μακεδονίας. Η χωρική κατανοµή τους παρουσιάζεται στο παρακάτω χάρτη [21] : Σ1: Σίνδος Σ2: Νεοχωρούδα Σ3: Ελευθέριο-Κορδελιό Σ4: Πλ. Δηµοκρατίας Σ5: Πλ. Αγ. Σοφίας Σ6: Α.Π.Θ. Σ7: Πανόραµα Σ8: Καλαµαριά Σχήµα 2.1: Η περιοχή της Θεσσαλονίκης Στον παρακάτω πίνακα δίνονται οι θέσεις των σταθµών, ο χαρακτηρισµός της θέσης, οι µετρούµενοι ρύποι ανά σταθµό και η µέθοδος µέτρησης 16

17 Ρύπος Μέθοδοι µέτρησης ΑΠΘ Αστικό ς Ελευθέρι ο Κορδελι ό Αστικός/ Βιοµηχα -νικός Καλαµ α- ριά Περιαστικός Σταθµός Νεοχω - ρούδα Αγροτι -κός Πανόρ α µα Περιαστικός Πλ. Αγ. Σοφία ς Αστικ ός Πλ. Δηµο κρατίας Αστικός Σίνδος Αγροτι -κός/ Βιοµηχ ανικός SO 2 Διοξείδιο του θείου NOx Οξείδια του αζώτου Ο 3 Όζον CO Μονοξείδι ο του άνθρακα Αιωρούµε να σωµατίδια (ΑΣ 10) Αιωρούµε να σωµατίδια (TSP) Μέθοδος φθορισµού ü ü ü ü ü Μέθοδος χηµειοφωτα ύ- γειας Μέθοδος απορρόφηση ς υπεριώδους Μέθοδος µη διαχεόµενης ακτινοβολίας Απορρόφησ η β ακτινοβολίας Απορρόφησ η β ακτινοβολίας ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Όλοι οι παραπάνω αναλυτές είναι συνεχούς λειτουργίας και καταγράφουν µία τιµή κάθε λεπτό. Στην συνέχεια µέσω ενός επεξεργαστή υπολογίζονται οι µέσες ωριαίες τιµές, οι οποίες µέσω modem µεταβιβάζονται στον κεντρικό υπολογιστή της Υπηρεσίας. Σχήµα 2.2: Σταθµός µέτρησης ατµοσφαιρικής ρύπανσης στο Α.Π.Θ, Θεσσαλονίκη [31] 17

18 ΧΕΙΜΕΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ ΘΕΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ 2004 ΣΤΑΘΜΟΣ: ΑΠΘ Εν συνέχεια, παρουσιάζεται η διακύµανση των κυριότερων ατµοσφαιρικών ρύπων για τα έτη , βάση των στοιχείων που λήφθηκαν από την έκθεση της Διεύθυνση Περιβάλλοντος & Χωροταξίας της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας, για το πολεοδοµικό συγκρότηµα της Θεσσαλονίκης [21]. Διοξείδιο του Θείου ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (µg/m 3 ) ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ 2001 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΪ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΕΛ.ΚΟΡΔ ΚΑΛΑΜ ΑΓΙΑ ΣΟΦΙΑ ΣΙΝΔΟΣ ΣΥ ΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (µg/m 3 ) ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ 2002 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ ΕΤΟΣ:2003 ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ ΕΤΟΣ:2004 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΪ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣ Η µg/m ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΪ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ ΑΠΘ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ ΕΤΟΣ:2005 ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ ΕΤΟΣ:2006 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣ Η µg/m ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΪ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑΣ Χειµερινο εξάµηνο Θερινό εξάµηνο ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (µg/m 3 ) ΣΥΓΚΕΝΤΡ ΩΣΗ µg/m ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΪ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑΣ ΕΛ.ΚΟΡ ΣΙΝΔΟΣ ΕΛ. ΚΟΡ ΣΙΝΔΟΣ Σχήµα 2.3: Η ετήσια διακύµανση του διοξειδίου του θείου στους σταθµούς µέτρησης( ) Από το παραπάνω διάγραµµα παρατηρείται µία αισθητή µείωση στις συγκεντρώσεις του διοξειδίου του θείου σε όλους τους σταθµούς και αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο στην µείωση της περιεκτικότητας των καυσίµων σε θείο. Επίσης φαίνεται µία πτωτική τάση κυρίως τους θερινούς µήνες λόγω της µείωσης των γενικών ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (µεταφορές, κεντρική θέρµανση). 18

19 Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (mg/m 3 ) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ 2001 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΕΛ.ΚΟΡΔΕΛΙΟ ΚΑΛΑΜΑΡΙΑΜΗΝΑΣ ΑΓ.ΣΟΦΙΑ ΣΙΝΔΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (mg/m 3 ) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ 2002 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ mg/m 3 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΕΤΟΣ: 2003 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ ΠΛ.Α.Σ. ΠΛ.ΔΗΜ ΣΙΝΔΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ mg/m 3 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0 ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΕΤΟΣ: 2004 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΕΛ.ΚΟΡ ΜΗΝΑΣ ΚΑΛ 1,6 ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΕΤΟΣ: 2005 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ mg/m 3 1,2 0,8 0,4 0,0 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑΣ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ Σχήµα 2.4: Η ετήσια διακύµανση του µονοξειδίου του άνθρακα στους σταθµούς µέτρησης( ) Το CO παρουσιάζει µία γενική πτωτική τάση στις µέσες ετήσιες τιµές όπως φαίνεται και στο σχήµα 2.4. Αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο στην υποχρεωτική χρήση καταλυτικών µετατροπέων σε όλα τα αυτοκίνητα στην Ελλάδα. Επιπλέον όπως και στο προηγούµενο σχήµα παρατηρείται µία µειωτική τάση κατά τους θερινούς µήνες για τους λόγους που προαναφέρθηκαν. 19

20 Διοξείδιο του αζώτου (ΝΟ 2 ) ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (µg/m 3 ) ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΪ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ Ε.Κ. ΚΑΛ ΠΑΝ Α.Σ. ΣΙΝΔ ΝΕΟΧ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (µg/m 3 ) ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ 2002 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ ΝΕΟ ΠΑΝ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΕΤΟΣ: 2003 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΕΤΟΣ: 2004 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ ΝΕΟ ΠΑΝ ΠΛ.ΔΗΜ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ ΝΕΟ ΠΛ.ΔΗΜ ΠΛ.Α.Σ. ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΕΤΟΣ: 2006 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ ΝΕΟ ΣΙΝΔ Σχήµα 2.5: Η ετήσια διακύµανση του διοξειδίου του αζώτου στους σταθµούς µέτρησης( ) Από το σχήµα 2.5 παρατηρείται µία γενική σταθεροποίηση των τιµών του ΝΟ 2. Ο λόγος για αυτήν την συµπεριφορά πιθανά οφείλεται στην αύξηση των πετρελαιοκίνητων αυτοκινήτων στο κέντρο της πόλης. 20

21 Όζον(Ο 3 ) ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (μg/m 3 ) OZON ΈΤΟΣ: 2001 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗ ΝΑΣ ΑΠΘ ΕΚ ΚΑΛ ΝΕΟΧ ΠΑΝ Α.Σ. ΣΙΝ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (µg/m 3 ) ΟΖΟΝ 2002 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ ΝΕΟ ΠΑΝ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ ΟΖΟΝ ΕΤΟΣ:2003 ΟΖΟΝ ΕΤΟΣ:2004 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΕΛ.ΚΟΡ ΚΑΛ ΝΕΟ ΠΑΝ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΚΑΛ ΝΕΟ ΠΑΝ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ 80 ΟΖΟΝ ΕΤΟΣ: ΟΖΟΝ ΕΤΟΣ:2006 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣ H µg/m 3 40 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΚΑΛ ΝΕΟ ΠΑΝ ΣΙΝΔΟΣ 0 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΑΠΘ ΕΛ.ΚΟΡ ΝΕΟ ΠΑΝ ΣΙΝΔΟΣ Σχήµα 2.6 : Η ετήσια διακύµανση του όζοντος στους σταθµούς µέτρησης( ) Οι συγκεντρώσεις του όζοντος που παρατηρήθηκαν δείχνουν ότι σε µεγαλύτερα ύψη από την επιφάνεια της εδάφους, µετρήθηκαν υψηλότερες συγκεντρώσεις όζοντος από τις αντίστοιχες επιφανειακές τιµές, γεγονός που πιθανότατα εξηγείται από την αλληλεπίδραση της φωτοχηµικής παραγωγής δευτερογενών ρύπων και των τοπικών πεδίων ροής ανέµων. Επιπλέον τα καλοκαίρια συνδέονται µε συστηµατικά υψηλές, τιµές. Για το Ο 3 επίσης καταγράφονται µερικές υπερβάσεις του ορίου για την προστασία της ανθρώπινης υγείας αλλά δεν ακολουθούνται από υπέρβαση του ορίου συναγερµού. 21

22 Αιωρούµενα Σωµατίδια PM10 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ (µg/m 3 ) ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΜΕ ΔΙΑΜΕΤΡΟ <10µm (ΡΜ10) ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΪ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΕΛ.ΚΟΡΔΕΛΙΟ ΠΑΝΟΡΑΜΑ ΠΛ.ΑΓ. ΣΟΦΙΑΣ ΣΙΝΔΟΣ ΣΥ ΓΚΕΝΤΡΩ ΣΗ (µg/m 3 ) ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΜΕ ΔΙΑΜΕΤΡΟ <10µm (PM10) ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΕΛ.ΚΟΡ ΠΑΝ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ME ΔΙΑΜΕΤΡΟ <10µm ΕΤΟΣ: 2003 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΕΛ.ΚΟΡ ΠΑΝ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ME ΔΙΑΜΕΤΡΟ <10µm ΕΤΟΣ: 2004 ΙΑΝ ΜΑΡ ΜΑΙ ΙΟΥΛ ΣΕΠ ΝΟΕ ΜΗΝΑΣ ΕΛ.ΚΟΡ ΠΑΝ ΠΛ.Α.Σ. ΣΙΝΔΟΣ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ME ΔΙΑΜΕΤΡΟ <10µm ΕΤΟΣ: 2005 ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ME ΔΙΑΜΕΤΡΟ <10µm ΕΤΟΣ: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ µg/m ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΕΛ.ΚΟΡ ΜΗΝΑΣ ΣΙΝΔΟΣ 0 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑΣ ΕΛ.ΚΟΡ ΠΑΝ ΣΙΝΔΟΣ Σχήµα 2.7 : Η ετήσια διακύµανση των αιωρούµενων σωµατιδίων στους σταθµούς µέτρησης( ) Από το σχήµα 2.7 παρατηρείται αντίθετη συµπεριφορά από αυτήν του όζοντος. Οι συγκεντρώσεις των σωµατιδίων εµφανίζονται αυξηµένες στις αστικές και βιοµηχανικές περιοχές, ενώ στις περιαστικές περιοχές η τιµή τους δεν υπερβαίνει τα 50 µg/m 3. Όπως για κάθε ρύπο έτσι και για τα αιωρούµενα σωµατίδια ορίζεται µία οριακή τιµή µε σκοπό την προστασία της ανθρώπινης υγείας. Αυτή η οριακή τιµή είναι ίση µε 50 µg/m 3 για την µέση ετήσια συγκέντρωση των αιωρούµενων σωµατιδίων(pm10), η τιµή της οποίας δεν θα πρέπει να υπερβαίνεται περισσότερες από 35 φορές ανά έτος. Επίσης ορίζεται και η οριακή τιµή των 40 µg/m 3 για την µέση ετήσια τιµή. 22

23 Συνοψίζοντας,οι υψηλότερες τιµές ρύπανσης εµφανίζονται το χειµερινό εξάµηνο. Τους θερινούς και εαρινούς µήνες οι συνθήκες αερισµού της πόλης και οι µετεωρολογικές συνθήκες ευνοούν την διασπορά και διάχυση των ρύπων. Επιπλέον τους καλοκαιρινούς µήνες υπάρχει µία αναµενόµενη ύφεση των γενικών δραστηριοτήτων της πόλης. Κύριες πηγές ατµοσφαιρικής ρύπανσης για το κέντρο της πόλης θεωρούνται η κυκλοφοριακή κίνηση και η κεντρική θέρµανση ενώ για το βόρειο και δυτικό τµήµα της πόλης θεωρείται η βιοµηχανική δραστηριότητα η οποία αναπτύσσεται κυρίως στην περιοχή της Σίνδου και Καλοχωρίου. Αυξηµένες τιµές συγκεντρώσεων των ρύπων παρατηρούνται στο κέντρο και δυτικά της πόλης λόγω της υπερσυγκέντρωσης δραστηριοτήτων και της έντονης κυκλοφοριακής κίνησης µε αποτέλεσµα αρκετές ηµέρες του χρόνου να υπάρχει υπέρβαση των ορίων επιφυλακής των ρύπων. Οι υψηλότερες τιµές ρύπανσης σε ηµερήσια βάση παρατηρούνται µεταξύ 7:00-11:00 π.µ και από τις 19:00-23:00 µµ, συµπίπτουν δηλαδή µε τις ώρες αιχµής και τις ώρες λειτουργίας της κεντρικής θέρµανσης κατά τους χειµερινούς µήνες. Στην παρούσα εργασία, οι µετρήσεις που λάβαµε υπόψη προέρχονταν από τους σταθµούς της Αγίας Σοφίας και Σίνδου. Παρατήρηση: Ο σταθµός της Πλ. Αγίας Σοφίας βρίσκεται µέσα σε οδική χαράδρα που επηρεάζει πολύ ισχυρά το πεδίου του ανέµου, µε αποτέλεσµα να µην είναι αντιπροσωπευτικό της ευρύτερης περιοχής. Για αυτό το λόγο και δεν µετρούνται οι µετεωρολογικές παράµετροι σε αυτόν τον σταθµό. Έτσι οι µόνες µετρήσεις της ταχύτητας και της διεύθυνσης του ανέµου που µπορούν να θεωρηθούν αντιπροσωπευτικές για το κέντρο της Θεσσαλονίκης προέρχονται από το σταθµό του Α.Π.Θ 23

24 3.ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Σχήµα3.1: Πληγείσα περιοχή από αιωρούµενα σωµατίδια [25] 3.1 ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Στο προηγούµενο κεφάλαιο αναφερθήκαµε στα αιωρούµενα σωµατίδια. Στο σηµείο αυτό θα αναλυθούν περαιτέρω στοιχεία που αφορούν το µέγεθος τους, την χηµική τους σύσταση, τις πηγές και καταβόθρες του καθώς και οι επιδράσεις αυτών στο κλίµα και στο ανθρώπινο οργανισµό. Ως αιωρούµενα σωµατίδια ορίζονται τα στερεά ή υγρά σωµατίδια, που βρίσκονται σε διασπορά στον αέρα. Τα αιωρούµενα σωµατίδια αποτελούν έναν από τους σηµαντικότερους ρύπους της ατµόσφαιρας των κατοικηµένων περιοχών. Οι επιδράσεις τους είναι σηµαντικές και ποικιλόµορφες σε όλους τους τοµείς του περιβάλλοντος. Συγκεκριµένα τα αιωρούµενα σωµατίδια επηρεάζουν έµµεσα ή άµεσα το κλίµα, καθορίζουν την ποιότητα του αέρα, επηρεάζουν την δηµιουργία νεφών, την ατµοσφαιρική χηµεία,τον τρόπο διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας και συµµετέχουν σε χηµικά και ηλεκτρικά φαινόµενα. Οι επιδράσεις τους στην υγεία εξαρτώνται πολύ από το µέγεθος των σωµατιδίων, την σύσταση τους και τις οπτικές τους ιδιότητες. Ορισµένα από αυτά είναι επικίνδυνα για την υγεία των οργανισµών. Η ατµόσφαιρα στις αστικές όσο και στις αγροτικές περιοχές περιέχει σηµαντικές ποσότητες αιωρούµενων σωµατιδίων των οποίων η αριθµητική συγκέντρωση φθάνει πολλές φορές τα σωµατίδια/cm³. Τα αιωρούµενα 24

25 σωµατίδια ή αεροζόλ, περιλαµβάνουν όπως προείπαµε οποιαδήποτε στερεά ή υγρά σωµατίδια (µε εξαίρεση το νερό και τον πάγο) τα οποία αιωρούνται στην ατµόσφαιρα, όπως µέταλλα, σκόνη, καπνός και σταγόνες θειικού οξέως. Ωστόσο οφείλουµε να επισηµάνουµε ότι τα σωµατίδια διαφέρουν από τα αέρια. Πρώτον ένα αέριο αποτελείται από ξεχωριστά άτοµα ή µόρια τα οποία είναι διαχωρισµένα ενώ ένα σωµατίδιο αποτελείται από µία συνάθροιση µορίων και ατόµων δεσµευµένα µεταξύ τους. Κατά συνέπεια, τα σωµατίδια έχουν µέγεθος µεγαλύτερο από τα άτοµα και τα µόρια των αερίων. Συγχρόνως,σε αντίθεση µε τα αέρια,τα σωµατίδια βρίσκονται σε υγρή ή στερεή φάση. Επιπλέον αναφέρεται ότι ο όρος αερόλυµα χρησιµοποιείται πολύ συχνά ως συνώνυµος όρος µε τον όρο PM. Στην παρούσα εργασία ασχοληθήκαµε µε τα σωµατίδια που έχουν µετρηθεί σε αστική περιοχή καθώς και σε αγροτική-βιοµηχανική περιοχή,που είναι ουσιαστικά το προϊόν ανάµιξης αιωρηµάτων βιοµηχανικών εκποµπών, σωµατιδίων που σχηµατίστηκαν από φυσικές διεργασίες µετατροπής αέριας σε στερεά φάση και σωµατιδίων που µεταφέρθηκαν από άλλες περιοχές στο αστικό περιβάλλον και αντίθετα. 3.2 ΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ Το µέγεθος των αιωρούµενων σωµατιδίων καθορίζεται από την διάµετρο της προβολής σε δύο διαστάσεις του περιγράµµατος των σωµατιδίων. Για σφαιρικά σωµατίδια η παραπάνω διάµετρος είναι αυτή του κύκλου, ενώ για την πιο συνήθη περίπτωση των µη σφαιρικών σωµατιδίων διακρίνονται οι εξής διάµετροι [3] : Διάµετρος Martin: το µήκος γραµµής που χωρίζει το σωµατίδιο σε δύο ίσα µέρη Διάµετρος Feret: η µέγιστη απόσταση από τη µία άκρη του σωµατιδίου έως την άλλη Διάµετρος προβαλλόµενης επιφάνειας: η διάµετρος ενός σφαιρικού σωµατιδίου που έχει προβολή ίσου εµβαδού µε το εν λόγω σωµατίδιο Οι διάµετροι των αιωρούµενων σωµατιδίων παίρνουν τιµές από µερικά nm έως 100µm. Το µέγεθος είναι αυτό που καθορίζει το χρόνο παραµονής τους στην ατµόσφαιρα όπως και τις φυσικές και χηµικές ιδιότητες τους. Επίσης ο χρόνος παραµονής εξαρτάται και από το ατµοσφαιρικό σώµα στο οποίο βρίσκονται. Έτσι ο µέσος χρόνος ζωής τους στην κατώτερη τροπόσφαιρα είναι πέντε ηµέρες,ενώ στην ανώτερη τροπόσφαιρα φθάνει τον ένα µήνα. Όταν τα σωµατίδια βρεθούν στην στρατόσφαιρα πχ λόγω έκρηξης ηφαιστείου, ο χρόνος παραµονής τους φθάνει τα 2-3 χρόνια(λόγω και της θερµοκρασιακής δοµής της στρατόσφαιρας που προκαλεί συνθήκες ευστάθειας) Το µεγαλύτερο µέρος της µάζας των αερολυµάτων βρίσκεται στην κατώτερη τροπόσφαιρα όπου οι συγκεντρώσεις τους είναι 1-2 τάξεις µεγέθους µεγαλύτερες από 25

26 τις αντίστοιχες στην ανώτερη τροπόσφαιρα. Αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο στο γεγονός ότι οι σηµαντικότερες πηγές εκποµπής βρίσκονται κοντά στο έδαφος οπότε οι µικροί σχετικά χρόνοι παραµονής των αερολυµάτων στην ατµόσφαιρα δεν αφήνουν µεγάλα χρονικά περιθώρια για την µεταφορά τους σε µεγάλα ύψη. Αυτό έχει σαν συνέπεια να βελτιώνεται δραµατικά η ορατότητα όταν ξεπεράσουµε τα χαµηλότερα 1-2 χιλιόµετρα της ατµόσφαιρας. Παρακάτω παρατίθεται ο πίνακας 3.1 που µας δείχνει την εξάρτηση της διαµέτρου του σωµατιδίου µε το χρόνο καθίζησης. Διάµετρος σωµατιδίου σε [µm] Χρόνος καθόδου 1km χρόνια χρόνια µέρες ,6 µέρες ,1 ώρες λεπτά Πίνακας 3.1: Χρόνος που απαιτείται για την κάθοδο ενός σωµατιδίου λόγω βαρυτικής καθίζησης κατά 1km στην ατµόσφαιρα. [2] Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες σωµατιδίων: Μικρά (fine) D<2.5 µm Μεγάλα (coarse) D> 2.5 µm Αυτά διαφέρουν ως προς τις πηγές,την χηµική τους σύσταση,τους µηχανισµούς αποµάκρυνσης τους και τις οπτικές ιδιότητες τους. Τα µικρά σωµατίδια χωρίζονται στους πυρήνες συµπύκνωσης (0,005<D< 0.1µm) που προέρχονται από την συµπύκνωση ατµών από καύσεις (αποτελούν µικρό µέρος της ολικής µάζας), και τα συσσωµατώµατα (0,1<D<2.5) που προέρχονται από την συσσωµάτωση πυρήνων και την συµπύκνωση ατµών πάνω σε σωµατίδια(αποτελούν µεγάλο µέρος της ολικής µάζας ) Τα µεγάλα δηµιουργούνται µε µηχανικές διεργασίες, αποτελούνται από ανθρωπογενή σωµατίδια και σκόνη και εναποτίθενται σχετικά γρήγορα. Τα µικρά σωµατίδια αυξάνονται ραγδαία µέσω συµπύκνωσης και µπορούν να παραµείνουν ανασταλµένα για κάποιο χρονικό διάστηµα και έτσι να προκαλέσουν µία προβληµατική κατάσταση λόγω της µεταφορά τους.( η πλευστότητα τους επιτρέπει σε αυτά να µεταφερθούν σε µεγάλες αποστάσεις). Αντίθετα τα µεγαλύτερα αποτίθενται γρήγορα στο έδαφος λόγω βαρυτικής καθίζησης. Πολλές φορές η συγκέντρωση τους αντιπροσωπεύεται από τον αριθµό σωµατιδίων ανά µονάδα όγκου αέρα, αλλά συνήθως µετριέται σαν η µάζα των σωµατιδίων ανά µονάδα όγκου αέρα. Σε αντίθεση µε τους αέριους ρύπους, για τον πλήρη χαρακτηρισµό των αιωρούµενων σωµατιδίων δεν επαρκεί µόνο η συγκέντρωση τους αλλά απαιτούνται και πληροφορίες για την κατανοµή, το µέγεθος και την σύσταση τους. Σωµατίδια µε 26

27 Dp<1µm έχουν συγκέντρωση /cm 3 µόλις 1/cm 3. [3] ενώ για Dp>1 µm έχουν συγκέντρωση Από τους πιο σηµαντικούς ρύπους της κατηγορίας αυτής είναι τα PM10, δηλαδή στερεά σωµατίδια µε διάµετρο µέχρι 10µm Σχήµα 3.2: Μέγεθος των σωµατιδίων PM2,5 και PM10 [33] 3.3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΑΖΑΣ ΤΩΝ ΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Η µάζα µπορεί να καθοριστεί για ένα κυρίως σφαιρικό µόριο από την µικροσκοπία, από την διασπορά και την σκέδαση Mie, από την ηλεκτρική κινητικότητα του µορίου και από την αεροδυναµική του συµπεριφορά. Επίσης η µάζα ενός σφαιρικού σωµατιδίου υπολογίζεται από τον τύπο: 4 w = π pr 3 Όπου w είναι η µάζα του σωµατιδίου σε (gr), όπου r η ακτίνα του σωµατιδίου σε (cm) και p η πυκνότητα του σωµατιδίου (gr/cm 3 ) [8] 3 27

28 3.4 ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ Η χηµική σύσταση των αερολυµάτων αποτελεί σηµαντικό χαρακτηριστικό τους εξαιτίας: Της επίδρασης των ρυπαντών στην ανθρώπινη υγεία αναλογικά µε την χηµική τους συµπεριφορά και ιδιότητες Της αναγνώρισης της πηγής των αερολυµάτων από τη χηµική τους σύσταση Τα κυριότερα συστατικά του ατµοσφαιρικού αερολύµατος είναι τα: 1) Ορυκτογενή µέταλλα από επαναιώρηση σκόνης. 2) Καθαρός άνθρακας από διαδικασίες καύσης. 3) Οργανικές ενώσεις από προϊόντα ηµιτελών καύσεων. 4) Άλατα του αµµωνίου, προϊόντα εξουδετέρωσης όξινων ουσιών στην ατµόσφαιρα από την αµµωνία. 5) Άλατα από θαλασσινό νερό. 6) Άλατα του ασβεστίου από οικοδοµικά υλικά και σκόνη. 7) Θειικά άλατα, προϊόντα αντιδράσεων του διοξειδίου του θείου. 8) Νιτρικά άλατα, προϊόντα αντιδράσεων των οξειδίων του αζώτου. Το µέγεθος και η σύσταση των σωµατιδίων στον αέρα µπορεί να µετατραπεί λόγω: Συµπύκνωσης ατµών διαφόρων ουσιών Εξάτµισης ατµών Συσσωµάτωσης µε άλλα σωµατίδια Χηµικών αντιδράσεων Δηµιουργίας οµίχλης ή νεφοσταγονίδιων Οι κυριότερες µορφές ατµοσφαιρικών αιωρηµάτων είναι [2] : ΣΚΟΝΗ (dust): σχηµατίζεται από διάβρωση ή καταµερισµό στερεών υλικών και είναι στερεά σωµατίδια σχετικά µεγάλου µεγέθους(dp>1 µm). ΟΜΙΧΛΗ (fog): ορατά υδροσταγονίδια σε διασπορά στην ατµόσφαιρα συνήθως κοντά στο έδαφος. ΚΑΠΝΑ (fume): σωµατίδια από συµπύκνωση ατµών, κυρίως από πτητικές ουσίες ή ως αποτέλεσµα (προϊόν) οξειδωτικών αντιδράσεων (D<1 µm). ΑΧΛΥΣ (haze): µικρά σωµατίδια (D<1 µm), µείγµα υδροσταγονιδίων,ρύπων και σκόνης. Μειώνουν την ορατότητα. ΝΕΦΟΣ (smog): συνδυασµός οµίχλης και καπνού. ΚΑΠΝΟΣ (smoke):µικρά σωµατίδια (D<0.01µm) που προέρχονται από ατελή καύση κυρίως άνθρακα ή άλλων καυσίµων,σε ικανή συγκέντρωση ώστε να είναι ορατά. ΑΙΘΑΛΗ (soot): συσσώρευση σωµατιδίων άνθρακα που δηµιουργούνται από την ατελή καύση ανθρακικών ενώσεων. 28

29 ΕΚΝΕΦΩΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ( sea salt aerosols) : σχηµατίζονται όταν ο άνεµος και τα κύµατα εξαναγκάζουν φυσαλίδες αέρα να σκάνε στην επιφάνεια της θάλασσας (D>2 µm) 3.5 ΠΗΓΕΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ Πριν από την εµφάνιση των ανθρώπων και των ανθρωπογενών πηγών υπήρχαν αιωρούµενα σωµατίδια τα οποία προέρχονταν µόνο από φυσικές πηγές. Υπήρχαν σωµατίδια από συµπύκνωση νεφών, σωµατίδια άλατος από την θάλασσα και τους ωκεανούς κατά την εξάτµιση του νερού,γύρη, µύκητες, µούχλα,βακτήρια από την αποσύνθεση της φυτικής και ζωικής ζωής. Σωµατίδια, προερχόµενα µέσω της διάβρωσης από τον άνεµο, που δρούσε σε παραλίες, έρηµο, έδαφος και βράχους. Σωµατίδια από ηφαιστειακές εκρήξεις και άλλες γεωθερµικές εκρήξεις, από δασικές πυρκαγιές που προκαλούνταν από κεραυνούς καθώς και σωµατίδια που εισερχόταν στην τροπόσφαιρα από το διάστηµα. Με την εµφάνιση των ανθρώπων οι πηγές τους είναι πλέον πολυάριθµες και εκτείνονται από την κυκλοφορία,την βιοµηχανία και τις γεωργικές δραστηριότητες µέχρι την σκόνη της ατµόσφαιρας, τα εκνεφώµατα από την επιφάνεια της θάλασσας κ.α. Οι εκποµπές οχηµάτων καθώς και αυτών που προέρχονται από καύση ξύλων και βιοµηχανικών δραστηριοτήτων αποτελούν τις σπουδαιότερες πηγές των αιωρούµενων σωµατιδίων. Αναφέρουµε ότι η πραγµατική φυσική συγκέντρωση υποβάθρου δεν θα είναι ποτέ γνωστή γιατί δεν υπήρχαν άνθρωποι για να την µετρήσουν και όταν οι άνθρωποι άρχισαν να µετράνε τα επίπεδα των PM είχαν ήδη ρυπάνει την ατµόσφαιρα µε σωµατίδια. Το καλύτερο που µπορεί να γίνει τώρα είναι να υποθέσουµε ότι τα επίπεδα των σωµατιδίων σε αποµακρυσµένες περιοχές, όπως στη µέση της θάλασσας, στους πόλους και στις βουνοκορφές προσεγγίζουν την πραγµατική συγκέντρωση υπόβαθρου. Ανάλογα µε τις πηγές τους τα αιωρούµενα σωµατίδια χαρακτηρίζονται σαν πρωτογενή ή δευτερογενή. Τα πρωτογενή είναι αυτά που εκπέµπονται απευθείας στην ατµόσφαιρα, ενώ τα δευτερογενή δηµιουργούνται από φυσικές ή χηµικές διαδικασίες µετατροπής αερίων σε σωµατίδια(πχ προσκόλληση σε κάποιον ρυπαντή πχ SO 2 ) Οι φυσικές πηγές µάλιστα είναι υπεύθυνες για το % του συνόλου των αιωρούµενων σωµατιδίων. Γενικά µπορούµε να πούµε ότι τα αιωρούµενα σωµατίδια προέρχονται κυρίως από την συµπύκνωση αερίων και την δράση του ανέµου πάνω στην επιφάνεια της γης. Τα µικρότερα προέρχονται σχεδόν αποκλειστικά από την συµπύκνωση πρόδροµων αερίων, όπως για παράδειγµα του θειικού οξέος, το οποίο συµπυκνώνεται για τον σχηµατισµό υδάτινων θειικών αλάτων. 29

30 Ο οργανικός άνθρακας αποτελεί ένα µεγάλο µέρος των µικρών σωµατιδίων και αποδίδεται κυρίως στην συµπύκνωση υδρογονανθράκων τόσο βιογενούς όσο και ανθρωπογενούς προέλευσης. Μια ακόµη σηµαντική συνιστώσα των µικρών σωµατιδίων είναι η αιθάλη η οποία παράγεται από την συµπύκνωση αερίων κατά την διάρκεια της καύσης. Η αιθάλη περιλαµβάνει τόσο στοιχειώδη άνθρακα όσο και συµπυκνώσεις µαύρων οργανικών. Η µηχανική δράση του ανέµου πάνω στην επιφάνεια της γης εκπέµπει θαλάσσιο αλάτι,σκόνη από χώµα και σωµατίδια από την βλάστηση διαµέτρου 1-10 µm. Τα σωµατίδια µε διάµετρο µεγαλύτερη από 10 µm είναι δύσκολο να ανυψωθούν από τον άνεµο και έχουν µεγάλες ταχύτητες καθίζησης. Συµπληρωµατικά αξίζει να αναφέρουµε τις εκρήξεις ηφαιστείων οι οποίες τροφοδοτούν την ανώτερη τροπόσφαιρα και στρατόσφαιρα µε σωµατίδια τα οποία περιέχουν στοιχεία του µανδύα της γης. Όσον αφορά τα σωµατίδια που προέρχονται από τις βιοµηχανίες,αυτά µπορούν να εκπεµφθούν από µία χηµική διαδικασία. Εγκαταστάσεις που κατασκευάζουν µία ρητίνη αναµένεται να εκπέµψουν όχι µόνο ρητίνη αλλά και µερικές ουσίες από την πρώτη ύλη και µερικά άλλα προϊόντα που µπορούν ή δεν µοιάζουν µε την ρητίνη. Εγκαταστάσεις που κατασκευάζουν το θειικό οξύ αναµένονται να εκπέµψουν καπνούς. Ένα εργοστάσιο παρασκευής σαπουνιού αναµένεται να εκπέµπει οσµές. Ανάλογα µε την διαδικασία οι εκποµπές θα µπορούσαν να είναι οποιεσδήποτε π.χ συνδυασµός από σκόνη, αερολύµατα, καπνούς ή αέρια. Οι εκποµπές είναι δυνατόν να είναι τοξικές ή εύοσµες. Ορισµένες από τις πρωτογενείς εκποµπές µπορούν να είναι αβλαβείς αλλά στην συνέχεια να αντιδράσουν στην ατµόσφαιρα για να σχηµατίσουν ένα ανεπιθύµητο δευτερογενή ρύπο. Σηµαντική ανθρωπογενή πηγή είναι η φωτοχηµική µετατροπή αερίων σε σωµατίδια. Η φωτοχηµεία µπορεί να είναι ένα σηµαντικό βήµα στην δηµιουργία δευτεροβάθµιων σωµατιδίων που προκύπτουν, όταν χηµικά είδη όπως το όζον εµπλέκονται σε σταδιακές αντιδράσεις µε ρίζες όπως υδροξείδιο(oh) και (NO 3 ). Φωτοχηµεία υφίσταται επίσης µε την παρουσία αέριων ρύπων,όπως το διοξείδιο του θείου (SO 2 ), οξείδια του αζώτου (NOx), καθώς και οργανικών αερίων που εκπέµπονται από ανθρωπογενείς και φυσικές πηγές. Επίσης ο σχηµατισµός ριζών, από χαµηλής πίεσης ατµών, αέρια που εκπέµπονται από πηγές ή σχηµατίζονται στην ατµόσφαιρα, η συµπύκνωση αερίων σε αερολύµατα που βρίσκονται ήδη στην ατµόσφαιρα καθώς και η πήξη των αερολυµάτων µπορούν να συµβάλλουν στην διαµόρφωση των αερολυµάτων. Η χηµική σύνθεση, η µεταφορά και η µοίρα των σωµατιδίων συνδέονται άµεσα µε τα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος αερίου. Ωστόσο η καύση ορυκτών καυσίµων είναι ίσως η σηµαντικότερη ανθρωπογενής πηγή αιωρούµενων σωµατιδίων. 30

31 Παρακάτω στον πίνακα 3.2 γίνεται µία σύντοµη αναφορά στις πηγές ατµοσφαιρικών αιωρηµάτων. ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ Σκόνη από πετρώµατα, Εκποµπές έδαφος Ηφαιστειακή Βιοµηχανική δραστηριότητα Δραστηριότητα Πυρκαγιές δασών Μεταφορές, κατασκευές Θάλασσες Αγροτική εκµετάλλευση της γης Μετατροπή αερίων σε Μετατροπή αερίων σε σωµατίδια σωµατίδια Φωτοχηµική µετατροπή Φωτοχηµική µετατροπή αερίων σε σωµατίδια αερίων σε σωµατίδια Καύση της βιοµάζας Καύσεις Πίνακας 3.2: Πηγές ατµοσφαιρικών αιωρηµάτων. [32] Οι µηχανισµοί αποµάκρυνσης των σωµατιδίων είναι τρείς: Βαρυτική εναπόθεση, στην επιφάνεια της γης Ξηρή εναπόθεση Υγρή εναπόθεση,ενσωµάτωση τους στα υδροσταγονίδια και απόπλυση µε την βροχή Οι πηγές που θεωρήθηκαν ως ευθυνόµενες για τα PM10 στην περιοχή της Θεσσαλονίκης περιλαµβάνουν : την κυκλοφορία των αυτοκινήτων, την καύση πετρελαίου( οικιακή ή βιοµηχανική), την επαναιώρηση σκόνης του δρόµου, βιοµηχανικές µεταλλουργικές και αγροτικές δραστηριότητες. 3.6 ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΤΩΝ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Τα αιωρούµενα σωµατίδια στην ατµόσφαιρα έχουν σηµαντικές περιβαλλοντικές συνέπειες καθώς και συνέπειες για την υγεία των ανθρώπων Επιπτώσεις των αερολυµάτων στην υγεία Έρευνες δείχνουν ότι οι βλαβερές συνέπειες των αερολυµάτων στην υγεία εµφανίζονται ακόµη και σε σχετικά χαµηλές συγκεντρώσεις. Εκτιµάται ότι τα βραχυχρόνια επεισόδια ρύπανσης είναι υπεύθυνα για το 7-10 % των ασθενειών του κατώτερου αναπνευστικού στα παιδιά και ότι το ποσοστό αυτό αυξάνεται στο 20% στις ρυπασµένες αστικές περιοχές. Ακόµη πρόσφατες εκτιµήσεις δείχνουν ότι 4-8% των πρώιµων θανάτων οφείλεται σε έκθεση σε αιωρούµενα σωµατίδια. Η 31

32 διαπερατότητα των κάθε είδους σωµατιδίων στον ανθρώπινο αναπνευστικό σύστηµα είναι συνάρτηση της αεροδυναµικής τους διαµέτρου. Τα τµήµατα του αναπνευστικού συστήµατος που εξετάζουµε είναι ο ρινοφάρυγγας και η τραχεία, ο θώρακας και οι κυψελίδες. Τα σωµατίδια που διαπερνούν την πρώτη περιοχή λέγονται αναπνεύσιµα, τη δεύτερη θωρακικά και την τρίτη εισπνεύσιµα. Με αυτόν τρόπο µπορούµε να διαχωρίσουµε τα σωµατίδια ανάλογα µε την αεροδυναµική τους διάµετρο, Dae, και την διαπερατότητα τους στο αναπνευστικό σύστηµα [2] : Αναπνεύσιµα: 10< Dp <200 µm Θωρακικά: 4< Dp <10µm Εισπνεύσιµα: Dp <4µm Σχήµα 3.3: Διαπερατότητα των αιωρούµενων σωµατιδίων στον ανθρώπινο οργανισµό [20] 32

33 Σχήµα 3.4 Τρεις περιοχές του αναπνευστικού συστήµατος όπου τα αιωρούµενα σωµατίδια αποθηκεύονται. Τα εισπνεύσιµα(inhalable) σωµατίδια παραµένουν στο στόµα και στην περιοχή του κεφαλιού. Τα θωρακικά(thoracic) είναι αυτά που διεισδύουν στους αναπνευστικούς οδούς ενώ τα αναπνεύσιµα( respirable) είναι αυτά που διεισδύουν πιο βαθιά στην περιοχή των κυψελίδων(πνεύµονες) [8] Τα παιδιά, είναι η πιο ευαίσθητη οµάδα του πληθυσµού. Πρόσφατες µελέτες δείχνουν ότι στα παιδιά σε σχέση µε τους ενήλικες, εισπνέουν βαθύτερα στους πνεύµονες τους τα αιωρούµενα σωµατίδια. Τα παιδιά περνούν επίσης περισσότερο χρόνο σε εξωτερικούς χώρους, εκεί κινούνται πιο έντονα και εποµένως οι αναπνοές του γίνονται πιο γρήγορες και πιο βαθιές. Όπως συµβαίνει και µε άλλους ρύπους αέριας ρύπανσης η µεγαλύτερη έκθεση στα αιωρούµενα σωµατίδια είναι στις αστικές περιοχές και γύρω από σηµειακές πηγές ρύπανσης(εργοστάσια, εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας και χυτήρια). Παρόλο αυτά παραβιάσεις ορίων ασφαλείας παρατηρούνται σε όλες τις περιοχές του πλανήτη. Οι επιπτώσεις στην υγεία λόγω των αιωρούµενων σωµατιδίων περιλαµβάνουν επιδείνωση της βρογχίτιδας σε ενήλικες και παιδιά µε προϋπάρχοντα αναπνευστικά προβλήµατα, µικρές αλλά σηµαντικές αλλαγές στην λειτουργία των πνευµόνων σε µικρά παιδιά αλλά µπορεί να φτάσουν ακόµα και σε αιφνίδιο θάνατο σε ηλικιωµένους µε προϋπάρχοντα προβλήµατα στην καρδιά και στους πνεύµονες, αν τα όρια συγκέντρωσης είναι πολύ υψηλά. Προβλήµατα µπορεί να εµφανιστούν σε ασθµατικούς και σε ανθρώπους µε αλλεργίες ειδικά στα θειικά σωµατίδια. Στα σηµερινά επίπεδα συγκέντρωσης αιωρούµενων σωµατιδίων, η ποικιλία και η συχνότητα των συµπτωµάτων (βραχυπρόθεσµα αποτελέσµατα) αυξάνουν µε την αύξηση των αιωρούµενων σωµατιδίων. Μακροπρόθεσµα η έκθεση στα αιωρούµενα σωµατίδια µπορεί να προκαλέσει ζηµιά στους πνευµονικούς ιστούς οδηγώντας σε χρόνια αναπνευστική πάθηση, καρκίνο,πρόωρη ασθένεια και θάνατο. Τα παιδιά που ζουν σε περιοχές µε υψηλότερες συγκεντρώσεις αιωρούµενων σωµατιδίων εµφανίζουν ταχύτερα κρυολογήµατα, βήχα και άλλα συµπτώµατα που δεν εµφανίζουν παιδιά που ζουν σε περιοχές µε λιγότερη ρύπανση. Αιωρούµενα σωµατίδια από βιοµηχανικές πηγές κυρίως κοντά σε χυτήρια συνεισφέρουν στον υψηλό ρυθµό εµφάνισης καρκίνου του πνεύµονα. Τα συµπτώµατα χρόνιας πνευµονικής πάθησης σχετίζονται µε τα επίπεδα των αιωρούµενων σωµατιδίων ενώ οι συχνότητες των θανάτων σχετίζονται µε την ρύπανση από θειικά αιωρούµενα σωµατίδια. [1] 33

34 Τα µικρότερα σωµατίδια είναι συνήθως πιο επικίνδυνα από τα µεγαλύτερα διότι εισπνέονται πιο βαθιά στους πνεύµονες, όπου εγκαθίστανται και προκαλούν βλάβες στους ευαίσθητους ιστούς που εµπλέκονται στην ανταλλαγή αέρα. Τα µικρότερα σωµατίδια παρέχουν επίσης µεγαλύτερη συνολική επιφάνεια(για συγκεκριµένο βάρος σωµατιδίων) για την πραγµατοποίηση χηµικών αντιδράσεων, κάνοντας ευκολότερη την προσκόλληση σε αυτά τοξικών ουσιών (όπως τα ίχνη µετάλλου). ΣΥΝΔΡΟΜΟ ΘΑΝΑΤΟΥ ΤΩΝ ΒΡΕΦΩΝ Ένα από τα πιο πολύπλοκα και τραγικά ιατρικά µυστήρια των προηγούµενων 50 χρόνων ήταν ο αιφνίδιος βρεφικός θάνατος(sids). Το σύνδροµο αναγνωρίσθηκε για πρώτη φορά στις αρχές δεκαετίας του Πολλές αιτίες έχουν προταθεί για το SIDS,συµπεριλαµβανοµένου ενός αριθµού περιβαλλοντικών αιτίων. Η ατµοσφαιρική ρύπανση είναι ένας από τους πιθανούς υπόπτους. Μία πρόσφατη µελέτη, παραδείγµατος χάριν, βρήκε µία στατιστικά σηµαντική σύνδεση µεταξύ της έκθεσης των νεογέννητων νηπίων σε λεπτά αερολύµατα και συνδρόµου SIDS. Η µελέτη διαπίστωσε ότι περίπου 500 των 3800 περιπτώσεων SIDS το 1994 συνδέθηκαν µε τις ανυψωµένες συγκεντρώσεις των αιωρούµενων σωµατιδίων µε αεροδυναµική διάµετρο λιγότερη από 10µm (PM10) στις Η.Π.Α. Η εκτίµηση αυτή βασίζεται µόνο σε µητροπολιτικές περιοχές µε εγκατεστηµένα όργανα ελέγχου PM10. Στοιχεία δείχνουν ότι σχεδόν το 20% του συνόλου των υποθέσεων SIDS κάθε χρόνο στις δώδεκα πιο µολυσµένες περιοχές του µετρό στις Η.Π.Α συνδέονται µε τα PM10. Ο αριθµός των ετήσιων περιπτώσεων SIDS που συνδέονται µε τα PM10 στο Λος Άντζελες,Νέα Υόρκη, Σικάγο, Φιλαδέλφεια και Ντιτρόιτ παρουσιάζουν ένα εύρος Βέβαια υπάρχουν και άλλοι ύποπτοι παράγοντες όπως ο καπνός των πόλεων που περιέχει πολλές ρυπογόνες ουσίες, καθώς και η έκθεση σε ρύπους µέσω καταναλωτικών προϊόντων όπως το πολυβινυλικό χλωρίδιο(pvc). [8] Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις 1. Απορροφούν και διαχέουν την ορατή ακτινοβολία περιορίζοντας την ορατότητα της ατµόσφαιρας και συµβάλλουν αρνητικά στο φαινόµενο του θερµοκηπίου. 2. Τα σωµατίδια ρυπαίνουν τα υφάσµατα, τα κτίρια, και τα αγάλµατα και προκαλούν ζηµιές στα κτίρια και τα υλικά. 3. Έχουν σηµαντικό ρόλο σε χηµικές αντιδράσεις. 4. Χρησιµεύουν σαν πυρήνες συµπύκνωσης νεφών. 5. Μερικές από τις πιο σοβαρές οικολογικές επιπτώσεις οφείλονται στην µετατροπή των αέριων εκποµπών του διοξειδίου του θείου και του µονοξειδίου του αζώτου σε όξινα σωµατίδια, τα οποία ακολούθως πέφτουν στην γη µέσω υγρής(όξινη βροχή, χιόνι) ή ξηρής (σωµατίδια) εναπόθεσης. Τα όξινα σωµατίδια αλλάζουν την χηµεία των γλυκών νερών, αφαιρούν µέταλλα από το έδαφος τα οποία ξεπλένονται αργότερα σε χείµαρρους και σε συνδυασµό µε το όζον συνεισφέρουν στην καταστροφή των δασών. 6. Αποτελούν κύριο συστατικό της ατµοσφαιρικής οµίχλης. 7. Επηρεάζουν άµεσα το κλίµα και την ποιότητα του αέρα. 34