Περιβαλλοντικά Συστήματα Ενότητα 6: Το Φαινόμενο της Όξινης Βροχής Χαραλαμπίδης Γεώργιος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα του ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας και της Ανώτατης Εκκλησιαστικής Ακαδημίας Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Ο φοιτητής μετά την ολοκλήρωση της μελέτης της ενότητας αυτής θα πρέπει να: Αναγνωρίζει την ύπαρξη του φαινομένου της όξινης βροχής, τις ουσίες που συμβάλλουν στην απόθεσή της, τα αίτια και τους μηχανισμούς σχηματισμού της. Αντιλαμβάνονται και εκτιμούν τις επιπτώσεις στο περιβάλλον. Προτείνουν λύσεις πρόληψης και αποκατάστασης ρυπασμένων φυσικών αποδεκτών. 4
Περιεχόμενα ενότητας Απόθεση Οξέων. Εκπομπές Ουσιών που οδηγούν σε Απόθεση Οξέων. Μεταφορά και Απόθεση. Επιδράσεις στο Περιβάλλον. Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις στα Εθνικά Ιστορικά Μουσεία. Όξινη Προσβολή Φαινόμενα Γυψοποίησης. 5
Το Φαινόμενο της Όξινης Βροχής Απόθεση Οξέων (1/4) Η απόθεση οξέων, γνωστή ως «όξινη βροχή», είναι ένα από τα πιο σύνθετα περιβαλλοντικά προβλήματα των μεταβιομηχανικών κοινωνιών, τα οποία απαιτούν άμεση αντιμετώπιση. 6
Το Φαινόμενο της Όξινης Βροχής Απόθεση Οξέων (2/4) Από τα στοιχεία προκύπτει ότι τόσο το θείο όσο και το άζωτο συμμετέχουν στην οξίνιση του νερού, ως κύρια δομικά στοιχεία των όξινων αέριων ρυπαντών. 7
Το Φαινόμενο της Όξινης Βροχής Απόθεση Οξέων (3/4) Επισημαίνεται ότι στα τέλη της δεκαετίας του 60 και τις αρχές της δεκαετίας το 70 υπάρχει συσχέτιση ανάμεσα στις μετρήσεις οξύτητας του θείου στη βροχή και στην οξίνιση νερού και εδάφους, στη Σουηδία (Σχήμα 1). 8
Το Φαινόμενο της Όξινης Βροχής Απόθεση Οξέων (4/4) Οδηγία της Ευρωπαϊκής Ένωσης 2001/81/EC : Περιλαμβάνει τις εθνικές «οροφές όρια» των φυσικών αποδεκτών εκπομπών διοξειδίου του θείου, οξειδίων του αζώτου, αμμωνίας αλλά και ακόρεστων κυκλικών υδρογονανθράκων (Πίνακας 1). 9
Στοιχεία οξίνισης υδάτων στη Σουηδία Σχήμα 1. Στοιχεία οξίνισης υδάτων στη Σουηδία, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.244, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 10
Εθνικά όρια εκπομπής SO 2, NO x, VOC και NH 3, 2001/81/EC Πίνακας 1. Εθνικά όρια εκπομπής SO2, NOx, VOC και NH3, 2001/81/EC, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.246, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 11
Η μακροχρόνια επίδραση της όξινης βροχής στα εδάφη Σχήμα 2. Η μακροχρόνια επίδραση της όξινης βροχής στα εδάφη, τροποποίηση από: Σαββίδης Σ., 2012, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, Εκδόσεις S.G.S., Σ.Γ. Σαββίδης, σελ. 210. 12
Το έδαφος ως υποδοχέας ρύπων Σχήμα 3. Το έδαφος ως υποδοχέας ρύπων, τροποποίηση από: Σαββίδης Σ., 2012, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, Εκδόσεις S.G.S., Σ.Γ. Σαββίδης, σελ. 196. 13
Μείωση εκπομπών SO 2 στην ΕΕ, σύμφωνα με το ΕΜΕΡ Σχήμα 4. Μείωση εκπομπών SO2 στην ΕΕ, σύμφωνα με το ΕΜΕΡ, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.248, Εκδόσεις Α. Σταμούλη. 14
Μείωση εκπομπών ΝOx στην ΕΕ, σύμφωνα με το ΕΜΕΡ Σχήμα 5. Μείωση εκπομπών ΝOx στην ΕΕ (1990-1999), σύμφωνα με το ΕΜΕΡ, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.251, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 15
Μείωση εκπομπών ΝH3 στην ΕΕ, σύμφωνα με το ΕΜΕΡ Σχήμα 6. Μείωση εκπομπών ΝΗ3 στην ΕΕ (1990-1999), σύμφωνα με το ΕΜΕΡ, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.252, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 16
Μεταφορά και απόθεση (1/4) Ο παραγόμενος αέριος ρυπαντής, μετά την εκπομπή του στην ατμόσφαιρα αναμιγνύεται με τον αέρα που τον δέχεται κατά τρόπο που εξαρτάται κατά πολύ από το ύψος εκπομπής και τις επικρατούσες ατμοσφαιρικές συνθήκες. 17
Μεταφορά και απόθεση (2/4) Οι εκπομπές που εκλύονται σε σχετικά μεγάλα ύψη, όπως αυτές από τους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, εγκαταλείπουν την καπνοδόχο με σχετικά μεγάλες ταχύτητες. Η απομάκρυνση ενός συγκεκριμένου αέριου ρυπαντή από μία δέσμη καυσαερίων μπορεί να συμβεί με ξηρή, υγρή, ή κρυφή εναπόθεση: 18
Μεταφορά και απόθεση (3/4) Ξηρή εναπόθεση: Η απευθείας απορρόφηση ενός αερίου ρυπαντή από μία επιφάνεια ή η πρόσληψή του από τα φυτά. Η διαδικασία αυτή επηρεάζεται από την ταχύτητα κατακάθησης και από την επικρατούσα ατμοσφαιρική ισορροπία. Υγρή εναπόθεση: Συνδυάζεται με τα υδάτινα κατακρημνίσματα (βροχή, χιονόνερο, χιόνι, χαλάζι). 19
Μεταφορά και απόθεση (4/4) Κρυφή εναπόθεση: Διείσδυση σταγονιδίων νερού, που περιέχουν όξινα συστατικά, από την υγρασία της ατμόσφαιρας στη βλάστηση ή σε οποιαδήποτε άλλη επιφάνεια. Ο όρος απόθεση οξέων χρησιμοποιείται για να συμπεριλάβει όλες τις παραπάνω διαδικασίες. 20
Σχηματική απεικόνιση παραγωγής και εναπόθεσης οξέων Σχήμα 7. Σχηματική απεικόνιση παραγωγής και εναπόθεσης οξέων, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.253, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 21
Επιπτώσεις οξίνισης νερού σε υδάτινα οικοσυστήματα Πίνακας 1. Επιπτώσεις οξίνισης νερού σε υδάτινα οικοσυστήματα, τροποποίηση από Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.258, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. σαλιγκάρια μύδια και μαλάκια καραβίδες μαρίδες σαλαμάνδρες πέστροφες σφουγγάρια ζωοπλαγκτόν βατράχια ph 6,5 ph 6 ph 5,5 ph5 ph4,5 22
Όρια (μg/m 3 ) όξινων αέριων ρύπων Πίνακας 2. Στόχοι ποιότητας όρια λήψης μέτρων (μg/m3) για όξινους αέριους ρύπους, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.260, Εκδόσεις Α. Σταμούλη. Στόχος Χρονική βάση Τιμή στόχος Στάδιο προειδοποίησης Λήψη μέτρων α βαθμού Λήψη μέτρων β βαθμού SO 2 24h 125 250 300 400 NO 2 1h 200 400 500 700 23
Μηχανισμός σχηματισμού της όξινης βροχής Διοξείδιο του θείου (SO 2 ) σχηματίζει Όξινη βροχή. SO 2 + ½O2 σχηματίζει SO 3. SO 3 + H 2 O σχηματίζει H 2 SO 4. Αδρανοποίηση της όξινης βροχής - γυψοποίηση. CaCO 3 + SO 2 + 1/2O 2 + 2H 2 O σχηματίζει CaSO 4 2H 2 O. 24
Μηχανισμός γυψοποίησης των μνημίων Γυψοποίηση των μνημείων από την δράση της όξινης βροχής. CaCO 3 + H 2 SO 4 σχηματίζει CaSO 4. Η 2 Ο + CO 2. 25
Διαχρονική πορεία γυψοποίησης (1/2) Σχήμα 8. Διαχρονική πορεία γυψοποίησης, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.265, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 26
Διαχρονική πορεία γυψοποίησης (2/2) Σχήμα 9. Διαχρονική πορεία γυψοποίησης παρουσία προστατευτικών επικαλύψεων, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.266, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 27
Διαχρονική εξέλιξη παραγωγής SO 2 Σχήμα 10. Διαχρονική εξέλιξη παραγωγής SO2 από τον εγχώριο τομέα παραγωγής, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.273, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 28
Διαχρονική εξέλιξη παραγωγής ΝO Χ Σχήμα 11. Διαχρονική εξέλιξη παραγωγής ΝOΧ από τον εγχώριο τομέα παραγωγής, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., σελ.273, Εκδόσεις Α. Σταμούλη. 29
Ατμόσφαιρα - Άνθρωπος Αν και το τμήμα της ατμόσφαιρας στο οποίο ο άνθρωπος αναπνέει και έρχεται σε άμεση επαφή είναι η τροπόσφαιρα εντούτοις κάθε τμήμα ξεχωριστά δουλεύει σαν φίλτρο προστασίας και σαν αόρατη ασπίδα για τη ζωή στη γη. Εικόνα Ατμόσφαιρα Άνθρωπος, Διαφ. 10 (Ανακτήθηκε 10 Νοεμβρίου, 2014). 30
Αντανάκλαση των ραδιοκυμάτων από την ιονόσφαιρα Για την επικοινωνία των ανθρώπων που βρίσκονται πολύ μακριά μεταξύ τους. Εικόνα Αντανάκλαση των ραδιοκυμάτων από την ιονόσφαιρα, Διαφ. 9 (Ανακτήθηκε 10 Νοεμβρίου, 2014). 31
Φαινόμενο Θερμοκηπίου Κατά τη διάρκεια της μέρας ή γη θερμαίνεται από τον ήλιο ενώ κατά τη διάρκεια της νύχτας ψύχεται ακτινοβολώντας την θερμότητα της στο διάστημα. Οι άνθρωποι με τις δραστηριότητες τους παράγουν ρύπους οι οποίοι εκλύονται στην ατμόσφαιρα και τυλίγουν τη γη σαν μια κουβέρτα εμποδίζοντας την να ψυχθεί. Έτσι σταδιακά ανεβαίνει η θερμοκρασία του πλανήτη με αρνητικές για τον άνθρωπο επιπτώσεις και γενικότερα τη ζωή στη γη. Εικόνα Φαινόμενο του Θερμοκηπίου (Ανακτήθηκε 10 Νοεμβρίου, 2014). 32
Κατακόρυφη Θερμοβαθμίδα Γενικό σχήμα της κάθετης δομής της ατμόσφαιρας και διακύμανση της θερμοκρασίας σε σχέση με το υψόμετρο. Σχήμα 12. Κατακόρυφη διακύμανση θερμοκρασίας, τροποποίηση από ΠΕΡΠΑ (1989). 33
Βιβλιογραφία 1. Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, 2005, Τόμος Ι., Εκδόσεις Α. Σταμούλη. 2. Σαββίδης Σ., 2012, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, Εκδόσεις S.G.S., Σ.Γ. Σαββίδης,. 3. 1gym-xylok.kor.sch.gr/geografia/atmosfera.ppt#265,9. 4. Wikimedia. 34
Τέλος Ενότητας