INSTRUMENTAŢIE DE MĂSURĂ ŞI CONTROL A PARAMETRILOR DE MEDIU

Constantin Harja INSTRUMENTAŢIE DE MĂSURĂ ŞI CONTROL A PARAMETRILOR DE MEDIU CURS Sisteme informatice de monitorizare a mediului an V UNIVERSITATEA TEHNICĂ GH. ASACHI IAŞI Facultatea de Inginerie Electrică, Energetică şi Informatică Aplicată

CUPRINS I. PROBLEMATICA MEDIULUI... 1 I.1. Introducere. 1 I.2. Poluarea mediului ambiant 4 I.2.1. Poluarea aerului.. 4 I.2.1.1. Natura agenţilor poluanţi ai aerului... 4 I.2.1.2. Natura surselor de poluare a aerului.. 5 I.2.1.3. Efecte ale poluanţilor atmosferici.. 8 I.2.1.4. Pragul de nocivitate... 11 I.2.2. Poluarea apelor 12 I.2.2.1. Natura surselor de poluare apelor.. 13 I.2.2.2. Principalii poluanţi chimici ai apelor şi efectele lor... 14 I.2.3. Poluarea solului... 17 I.2.3.1. Natura surselor de poluare a solului... 17 I.2.3.2. Principalii poluanţi chimici ai solului şi efectele lor.. 19 II. MĂSURĂRI ASUPRA POLUĂRII AERULUI. 21 II.1. Introducere 21 II.2. Senzori de gaz.. 23 II.2.1. Senzori electrochimici de gaze combustibile.. 23 II.2.1.1. Senzor de gaz cu combustie catalitică 23 II.2.1.2. Senzor de gaz cu bioxid de staniu.. 26 II.2.2. Senzori electrochimici de gaze toxice... 27 II.2.3. Microsenzori electronici de gaz 29 II.2.4. Nasul electronic. 31 II.2.4.1. Caracteristicile nasului uman. 31 II.2.4.2. Problematica nasului electronic.. 32 II.3. Metode radiante de analiză a gazelor. 36 II.3.1. Fotometria 36 III.3.1.1. Principiul fotometriei 36 III.3.1.2. Fotometre NIR cu o singură bandă de lungime de undă. 38 III.3.1.3. Fotometre NIR cu două benzi de lungime de undă... 40 III.3.1.4. Fotometre în banda UV. 42 II.3.2. Colorimetria 43 II.3.3. Fluorescenţa în domeniul UV.. 43 II.3.4. Chemiluminiscenţa.. 45 III.3.4.1. Analizoare cu chemiluminiscenţă pentru oxizi de azot. 46 I

III.3.4.2. Analizoare cu chemiluminiscenţă pentru ozon.. 48 II.3.5. Fotometria şi ionizarea în flacără... 48 II.4. Metode electrochimice de analiză a gazelor. 49 II.4.1. Conductometria... 49 II.4.2. Amperometria.. 51 II.4.2.1. Aspecte generale 51 II.4.2.2. Senzor amperometrici de gaz. 51 II.4.2.3. Analizoare de gaz cu senzori amperometrici 53 II.4.3. Coulombmetria şi potenţiometria 55 II.4.3.1. Coulombmetria... 55 II.4.3.2. Potenţiometria 55 II.5. Metode fizice de analiză a gazelor.. 57 II.5.1. Conductibilitatea termică. 58 II.5.2. Susceptibilitatea magnetică. 59 II.5.2.1. Aspecte generale 59 II.5.2.2. Analizor de oxigen prin metoda magnetomecanică 60 II.5.2.3. Analizor de oxigen prin metoda termomagnetică... 62 II.5.3. Cromatografia. 64 II.5.3.1. Principiul de funcţionare 64 II.5.3.2. Detectorul de gaz cu ionizare în flacără.. 65 II.5.3.3. Detectorul de gaz cu captură de electroni... 66 II.5.3.4. Detectorul de gaz cu spectrometru de masă... 67 II.5.3.5. Înregistratorul. 69 Anexă. Teoria spectrometria în ultraviolet şi vizibil (UV VIS).. 71 1. Introducere în spectrometria UV VIS.. 71 2. Teoria cuantică 72 3. Originile chimice ale absorbţiei în ultraviolet şi vizibil... 73 3.1. Consideraţii generale... 73 3.2. Corelarea structurii moleculare şi conjugarea spectrelor... 75 3.3. Cromatoforele.. 75 3.4 Auxochromele.. 76 3.5. Efectul steric 76 3.6. spectrul în vizibil. 76 3.7. Solvenţii.. 77 4. Interacţiunea luminii cu materia. 78 4.1. Legea Lambert (sau Bouguer). 78 4.2. Legea Beer-Lambert 79 II

5. Aplicaţiile spectrometriei în ultraviolet şi vizibil... 80 5.1. Consideraţii generale... 80 5.2. Analiza cantitativă... 81 5.3. Rata de măsurare. 81 5.4. Reacţii chimice 82 III

IV

Capitolul I PROBLEMATICA MEDIULUI I.1. INTRODUCERE Mediul, ca noţiune, desemnează totalitatea factorilor exteriori care acţionează asupra unei fiinţe. Mediul înconjurător, în sens restrâns, reprezintă ansamblul de elemente naturale şi artificiale în care se desfăşoară viaţa. În sens mai larg, prin mediu înconjurător se înţelege totalitatea factorilor naturali şi a celor creaţi de om, care prin interacţiune influenţează echilibrul ecologic (raportul relativ stabil între plante, animale şi microorganisme, precum şi interacţiunea acestora cu mediul în care trăiesc), determină condiţiile de viaţă pentru om şi pe cele de dezvoltare ale societăţii. Viaţa, ca atare, modifică mediul înconjurător, prin prelucrarea elementelor nutritive şi eliminarea deşeurilor provenite din activitatea metabolică. De regulă, aceste deşeuri reintră în ciclurile biologice, astfel încât echilibrul ecologic se menţine. Uneori însă, echilibru ecologic poate fi suprasolicitat, rezultând vătămarea atât a propriului organism, cât şi a altor vieţuitoare din natură proces denumit drept poluare. Factorii naturali ai mediului înconjurător care pot fi supuşi poluării sunt: aerul; apele; solul şi subsolul; pădurile şi orice alte forme de vegetaţie terestră şi acvatică; fauna terestră şi acvatică; rezervaţiile şi monumentele naturii. În sens mai concret, poluarea mediului înconjurător constă în acţiuni care pot conduce la deteriorarea sau chiar ruperea echilibrului ecologic, care pot dăuna sănătăţii, liniştii şi stării de confort a oamenilor, sau pot provoca pagube materiale prin modificarea calităţii factorilor de mediu naturali sau artificiali. Prin urmare, orice acţiune directă sau indirectă care adăugând anumite substanţe sau forme de energie (electromagnetică, fonică etc.) la constituenţii obişnuiţi ai mediului determină alterarea proprietăţilor fizice şi chimice ale acestuia, în mod suficient de pregnant pentru a putea fi detectată de ocupanţii mediului, poartă denumirea de poluare. 1

Poluarea poate fi naturală sau artificială. Poluarea naturală face parte din istoria planetei noastre, fiind principalul factor modelator al climei şi reliefului. Caracteristic pentru poluarea naturală este reversibilitatea efectelor, adică conservarea ciclurilor vitale, biologice şi biochimice care permit refacerea naturii şi vieţii. În această formă de poluare intră erupţiile vulcanice, cutremurele de pământ, alunecările de teren etc. Odată cu progresul exponenţial al umanităţii, elementele vitale aerul, apa şi solul au fost invadate de un volum mare de reziduuri, care depăşeşte capacitatea naturală de transformare şi integrare în factorii de mediu, iar acumularea reziduurilor (gazoase, lichide şi solide) alterează starea naturală a mediului înconjurător. Poluarea artificială este rezultatul activităţii omului, având drept scop îmbunătăţirea condiţiilor de viaţă. Sursele poluante sunt reprezentate de principalele domenii de activitate umană industria, agricultura şi transporturile. Caracteristic pentru poluarea artificială este interferenţa dintre efectele proprii şi fenomenele naturale, cu consecinţe, uneori regretabil de grave, pentru mediul înconjurător: în atmosferă se revarsă fum, gaze, pulberi nocive din coşurile şi gurile de ventilaţie ale întreprinderilor industriale, sau din ţevile de eşapament ale autovehiculelor; în sursele de apă se scurg efluenţi încărcaţi cu resturi organice şi microorganisme evacuate din activităţile casnice sau cu substanţe provenite de la diferite industrii; în sol pătrund substanţe provenite din chimizarea agriculturii, iar pe sol pe adună mari cantităţi de deşeuri provenite din activitatea umană, casnică sau industrială. Factorii de natură fizică, chimică şi biologică care determină degradarea mediului înconjurător se numesc agenţi poluanţi sau pe scurt poluanţi. Se consideră poluanţi toate substanţele care, apărute în concentraţie suficientă, pot produce un efect măsurabil asupra omului, animalelor, plantelor şi materialelor. Când cantitatea de agenţi poluanţi din mediu depăşeşte o anumită limită, aceştia devin nocivi. Concentraţiile maxime admise pentru diverşi poluanţi ai mediului, astfel ca aceştia să nu exercite efecte nocive asupra unei persoane sau colectivităţi, sunt reglementate prin legi şi prevăzute prin STAS-uri şi norme sanitare. Agenţii poluanţi pot acţiona asupra omului direct sau indirect. Indirect, agenţii poluanţi acţionează asupra unor factori fizici sau biologici ai mediului înconjurător, care determină la rândul lor efecte dăunătoare asupra omului (ex.: poluarea apelor duce la distrugerea peştilor şi implicit la pierderea unei surse de hrană pentru om). Acţiunea directă a agenţilor poluanţi asupra omului poate merge de la simpla senzaţie de disconfort (zgomot, căldură excesivă sau insuficientă, miros în aer sau gust neplăcut la apă, fum etc.) până la efecte toxice care afectează starea de sănătate. 2

După natura şi modul de acţiune a agenţilor poluanţi, se deosebesc următoarele forme de poluare a mediului ambiant: chimică datorită unor produşi chimici; fizică determinată de intervenţia unor agenţi fizici; poluarea fizică poate fi de natură termică, fonică, electromagnetică, radioactivă etc.; biologică determinată de agenţi biologici (viruşi, bacterii etc.), care poate lua forma unor contaminări, epidemii, invazii de specii vegetale sau animale; estetică degradarea peisajelor naturale sau a unor zone prin urbanizare şi sistematizare necivilizată, amplasare de construcţii industriale în mediu virgin etc. Acţiunea agenţilor poluanţi, deşi se poate manifesta mai intens asupra unui singur factor de mediu (aer, apă, sol), exercită efecte nedorite şi asupra celorlalţi factori. Odată deversaţi în mediu, poluanţii nu rămân la sursa iniţială de generare, ci se dispersează în mediu pe mai multe căi, cum ar fi: prin forţa mecanică de împrăştiere generată de erupţiile vulcanice sau nucleare; prin trimiterea în atmosferă cu ajutorul coşurilor înalte ale uzinelor şi furnalelor; prin deversare în apele curgătoare, lacuri, mări şi oceane. Apoi, după deversarea în mediul, dispersia poluanţilor continuă prin circulaţie, astfel: prin cădere gravitaţională din atmosferă, pe sol şi pe suprafaţa apelor; prin difuzie şi curenţi aerieni; prin luarea în soluţie sau ca suspensie în apă şi mişcarea lor de-a lungul traseului de circulaţie al apei; prin intermediul microorganismelor vii, ca părţi componente ale lanţurilor trofice. Pe lângă repartiţia, dispersia şi circulaţia poluanţilor în mediu, se mai poate petrece şi o concentrare biologică a acestora cu urmări deosebit de grave în anumite situaţii. Astfel, de la cantităţi reduse de pesticide existente în aer, sol sau apă, se poate ajunge la concentraţii tot mai mari, de la o treaptă la alta a lanţului trofic. Prin urmare, pe lângă efectele benefice ale progresului tehnologic, omenirea suportă astăzi şi reversul medaliei. Este vorba despre alterarea mediului de viaţă, prin cantităţi enorme de noxe şi deşeuri deversate în mediul înconjurător, care nu mai pot fi neutralizate în mod natural. Principalele strategii care trebuie puse în practică în acest sens sunt următoarele: minimizarea deşeurilor aplicată tuturor factorilor de mediu; reducerea emisiilor, mai ales în scopul protecţiei atmosferei; reducerea efectelor (remedierea), aplicată mai ales apelor şi solurilor. 3

I.2. POLUAREA MEDIULUI AMBIANT Cunoaşterea proprietăţilor agenţilor poluanţi, a comportării şi modului de acţiune asupra componentelor mediului natural, permite înţelegerea fenomenului de poluare, conceperea, dezvoltarea şi aplicarea mijloacelor de combatere a acesteia. Poluarea mediului poate fi analizată fie din punct de vedere al formelor de poluare (chimică, fizică etc.), fie din cel al factorilor de mediu poluaţi (aer, apă etc.). I.2.1. POLUAREA AERULUI Aerul este considerat pur, atunci când nu conţine decât acele substanţe care intră în compoziţia sa naturală şi în proporţia naturală de referinţă. Conform definiţiei date de către OMS (Organizaţia Mondială a Sănătăţii) şi CCE (Comisia Consiliului Europei), poluarea atmosferei semnifică prezenţa unor substanţe străine de compoziţia normală a aerului sau variaţii importante ale concentraţiei componenţilor săi, care pot produce, direct sau indirect, afectarea stării de sănătate a oamenilor, detectabilă la nivelul cunoştinţelor ştiinţifice actuale. În cadrul poluării generale a mediului, poluarea atmosferică are importanţă deosebită, deoarece aerul, fiind în permanenţă mişcare, este unul din cei mai rapizi vectori ai agenţilor poluanţi. În general, poluarea aerului este strâns legată de fenomenul de urbanizare şi afectează de regulă atmosfera oraşelor. I.2.1.1. Natura agenţilor poluanţi ai aerului După natura lor, poluanţii emişi în atmosferă se pot clasifica astfel: a) gaze şi vapori: compuşi ai carbonului: CO, CO 2, hidrocarburi, alcooli, eteri etc.; compuşi ai sulfului: SO 2, SO 3, H 2 S, CS 2, mercaptani; compuşi ai azotului: NO, NO 2, NH 3, compuşi organici cu azot; halogeni şi derivaţi: clor, fluor etc. b) particule: particule solide (suspensii şi aerosoli solizi): elemente fără viaţă: netoxice: praf, cărbune, cenuşă, ciment etc.; toxice: metale, metaloizi, compuşi anorganici şi organici; elemente vii: bacterii, viruşi, spori etc.; 4

particule lichide (aerosoli lichizi): acid sulfuric, acid azotic etc. Gazele şi vaporii sunt caracterizaţi prin stabilitate atmosferică ridicată şi putere mare de difuzie. Menţinerea lor în stare gazoasă depinde de caracteristicile fizice ale atmosferei. Astfel, variaţiile de temperatură, presiune şi umiditatea contribuie la schimbarea stării de agregare a substanţelor gazoase. Diversitatea poluanţilor gazoşi este deosebit de mare, având în vedere faptul că sub acţiunea luminii solare sunt iniţiate o serie de reacţii fotochimice. Acestea determină transformarea poluanţilor principali în poluanţi secundari, dintre care unii sunt chiar mai agresivi decât compuşii iniţiali. Poluanţii sub formă de particule sunt dispersii într-un mediu gazos ale unor particule lichide sau solide cu dimensiuni între 0,1 100 m. La dimensiuni mai mari de 100 m stabilitatea în atmosferă este atât de redusă încât sistemul dispers nu se poate constitui, iar dimensiunile sub 0,1 m se înscriu în domeniul dispersiilor moleculare. În funcţie de dimensiune şi comportarea în atmosferă, particulele solide se împart în două categorii: particule sedimentabile cu dimensiuni mai mari de 10 m au putere de difuziune redusă şi stabilitate mică în aer sedimentând în atmosferă imobilă, sub influenţa gravitaţiei, cu viteză uniform accelerată; particule în suspensie cu dimensiuni mai mici de 10 m se caracterizează prin putere de difuziune apreciabilă şi stabilitate mare în atmosferă. Particule în suspensie cu dimensiuni cuprinse între 2-3 m prezintă importanţă deosebită din punct de vedere sanitar, deoarece ele pot ajunge, în cursul respiraţiei, până la nivelul alveolelor pulmonare. Aerosolii lichizi sunt reprezentaţi de gazele sau vaporii condensaţi în atmosferă sau dizolvaţi în aerosolii de apă atmosferică (ceaţă acidă). I.2.1.2. Natura surselor de poluare a aerului Sursele de poluare a aerului, în funcţie de natura lor, pot fi clasificate astfel: a) surse naturale de poluarea aerului şi principalii poluanţi emişi: omul şi animalele prin CO 2 din procesele fiziologice, viruşi etc.; plantele prin fungi, polen, substanţe organice şi anorganice; solul prin viruşi şi pulberi generate de eroziune şi antrenate de vânt la altitudini mari şi transportate la distanţe apreciabile; apa, în special cea maritimă prin aerosoli încărcaţi cu săruri (sulfaţi, cloruri); 5

descompunerea naturală a materiilor organice se poate produce în medii aerobe sau anaerobe (putrefacţie), prin procese enzimatice de natură bacteriană, rezultând emanaţii gazoase (NH 3, H 2 S etc.); incendiile maselor vegetale prin cenuşă, oxizi de sulf, azot, carbon, rezultaţi; radioactivitatea terestră şi cosmică prin radionuclizi emişi de roci; descărcările electrice prin ozon; furtunile de praf şi de nisip prin pulberi terestre. erupţii vulcanice emisiile conţin în principal CO, CO 2, oxizi de sulf, oxizi de azot, H 2 S, HN 3, particule în suspensie (cenuşi vulcanice) etc. b) surse artificiale de poluarea aerului, numite şi surse antropice: procesele de combustie generează ca poluanţi oxizii de sulf, azot, şi carbon, la care se adaugă diverşi compuşi organici, fum şi pulbere; mijloacele de transport, în special cele terestre poluează atmosfera cu monoxid şi dioxid de carbon, oxizi de azot, hidrocarburi nearse şi produşi de oxidare ai acestora, pulberi, funingine şi plumb; procesele industriale: metalurgia feroasă poluează atmosfera cu SO 2, CO, oxizi de fier, mangan, arsen, cărbune, funingine, cenuşă etc.; metalurgia neferoasă elimină în atmosferă particule de oxizi metalici (plumb, zinc, cupru, bariu, cadmiu etc.) alături de compuşi gazoşi ca oxizi de sulf, oxid de carbon, oxid de azot; industria materialelor de construcţii pulberi de ciment (de la fabricile de ciment), fluoruri, silicaţi, CO şi altele (de la fabrici de ceramică, materiale refractare, cărămidă, materiale asfaltice); industria chimică elimină în atmosferă o mare diversitate de substanţe poluante, în funcţie de materiile prime utilizate şi de procesul tehnologic, cele mai poluante fiind obţinerea acidului sulfuric şi azotic, clorului şi derivaţilor lui, îngrăşămintelor superfosfatice şi azotoase etc.; industria petrochimică cei mai importanţi poluanţi fiind hidrocarburi, oxizi de azot, de sulf şi de carbon, hidrogen sulfurat, mercaptani, acizi organici, amoniac şi particule solide; agricultura poluanţii atmosferici principali din acest domeniu sunt amoniacul, oxizii de azot (NO x ), metanul, diverse pesticide, etc. În Europa Centrală şi de Est, sursele mobile (în principal traficul rutier) sunt 6

responsabile pentru 30...60% din emisiile de oxizi ai azotului, 40%...90% din emisiile de monoxid de carbon, între 35%...95% din emisiile de plumb, mai puţin de 10% din emisiile de particule fine şi mai puţin de 5% din emisiile de bioxid de sulf. Sectorul energetic este unul din principalii poluatori ai atmosferei terestre. În medie, la nivel mondial, arderea combustibililor fosili în diferite sectoare de activitate provoacă emisia în aer a 90% din oxizii de sulf, 30...50% din oxidul de carbon, 40% din particulele solide, 55% din compuşii organici volatili, 15...40% din cantitatea de metan emisă şi 55...80% din cantitatea de CO 2, conform Tabelului I.1. Tabel I.1 Poluarea atmosferei datorată utilizării combustibililor Poluantul EA 1 [%] EC 2 [%EA] SO 2 45 90 NO X 75 85 CO 50 30...50 Plumb 100 90 Particule solide Compuşi org. volatili Radio nuclizi 11,4 40 5 55 10 25 CO 2 4 55...80 N 2 O 25-45 75...95 CH 4 60 15...40 Ponderea activităţilor poluante [%EC] - combustia cărbunelui: 80%; - combustia petrolului: 20%; - transport: 51%; - surse staţionare: 49%; - transport: 75%; - surse staţionare: 25%; - transport: 80%; - combustie în surse staţionare: 20%; - transport: 17%; - uzine electrice: 5%; - combustia lemnului: 12%; - industria petrolieră: 15%; - industria gazelor naturale: 10%; - surse mobile: 75%; - mineritul uraniului: 25%; - centrale nucleare şi cu cărbune: 75%; - combustia gazului natural: 19%; - combustia petrolului: 47%; - combustia cărbunelui: 34%; - arderea combustibililor fosili: 85%; - arderea biomasei: 15%; - pierderi de gaz natural: 20...40%; - arderea biomasei: 30...50%. Notă: 1 Emisii antropice (EA), ca procent din totalul emisiilor poluante. 2 Emisii datorită producerii şi utilizării combustibililor (EC), ca procent din totalul emisiilor antropice România înregistrează emisii de 10-12 ori mai mari decât unele ţări europene 7

(Olanda, Belgia, Danemarca, Germania). Cauzele principale ale acestei situaţii sunt utilizarea în energetică a combustibililor fosili cu conţinut mare de sulf şi structura economiei româneşti, orientată pe industrii mari consumatoare de energie şi materii prime. Industria energetică contribuie din plin la această situaţie, emisiile de poluanţi per kwh produs în România comparativ cu Olanda fiind prezentate în Tabelul I.2. Tabelul I.2 Cantitatea de emisii produsă la obţinerea unui kwh Emisii România [g/kwh] Olanda [g/kwh] SO 2 20 0,5 NO x 2,3 1,1 Praf 8,7 0,01 Totuşi, România înregistrează o diminuare a emisiilor poluante (Tabel I.3), însă aceasta se datorează în primul rând reducerii producţiei industriale după anul 1990. Tabelul I.3 Evoluţia emisiilor specifice de poluanţi în România. Poluantul Cantitatea emisă [kg / locuitor / an] 1989 1990 1991 1992 1993 SO 2 65,1 56,1 44,6 41,0 40,0 NO x 23,5 22,4 19,1 15,0 13,3 CH 4 101,7 84,2 74,4 66,0 66,0 CO 143,0 137,0 116,0 108,0 104,9 CO 2 8563 7373 6095 6430 5299 N 2 O 5,3 4,6 3,9 3,0 4,3 NH 3 14,7 12,9 11,5 11,0 9,6 C 2335 2011 1662 1481 1445 I.2.1.3. Efecte ale poluanţilor atmosferici Efectele poluanţilor atmosferici se exercita atât asupra oamenilor (efecte directe) cât şi asupra mediului ambiant, repercutându-se indirect asupra omului (efecte indirecte). Efecte directe sunt reprezentate de modificările care apar în starea de sănătate a populaţiei, alterând funcţiilor normale ale organismului. Gradul perturbărilor poate merge de la o simplă stare de disconfort până la acţiunea toxică manifestă. Efectele asupra sănătăţii pot fi acute (imediate) şi cronice (de lungă durată). Efecte indirecte sunt reprezentate de modificările produse asupra mediului, generând pagube economice şi dezechilibre ecologice, cum ar fi: 8

efecte asupra florei şi faunei, manifestate prin subdezvoltare, îmbolnăviri etc.; acţiuni distructive asupra construcţiilor clădiri, obiecte de artă etc.; reducerea radiaţiei solare antrenează scăderea luminozităţii şi vizibilităţii, răcirea solului, apariţia ceţii şi formarea inversiunilor termice; subţierea stratului de ozon are ca rezultat creşterea acţiunii radiaţiilor UV. a) Efectele nocive ale oxizilor de sulf Din oxidarea sulfului combustibil rezultă peste 95% dioxid de sulf (SO 2 ), restul fiind anhidridă sulfuroasă (SO 3 ). În atmosferă, sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete solare, dioxidul de sulf reacţionează cu oxigenul, rezultând anhidrida sulfuroasă, care la rândul ei se combină cu vaporii de apă şi formează acidul sulfuric (H 2 SO 4 ). Acest proces poate atinge în zilele umede un grad de transformare de până la 15%. Dioxidul de sulf este o substanţă toxică, sesizabilă prin miros şi acţiune iritantă asupra mucoaselor, provocând spasm şi contracţia căilor respiratorii superioare. În concentraţie mai mare provoacă senzaţia de arsură asupra mucoaselor respiratorii şi conjunctivale, tuse tulburări de respiraţie, spasm glotic, senzaţie de sufocare etc. Dioxidul de sulf în mediul ambiant se manifestă prin leziuni directe asupra plantelor şi modificarea compoziţiei apei şi solului. SO 2 în concentraţie mare distruge clorofila din plante, efectul amplificându-se prin sinergism cu dioxidul de azot (NO 2 ). Oxizii de sulf şi acizii care rezultă prin hidratarea lor (acid sulfuric şi sulfuros) provoacă coroziune, decolorarea, reducerea rezistenţei şi elasticităţii unor materiale (amine, polimeri, textile, materiale de construcţii, cabluri electrice etc.). Oxizii de sulf, împreună cu cei de azot, sunt principalele cauze ale ploilor acide care provoacă tulburări de dezvoltarea a plantelor, distrugând pădurile pe suprafeţe considerabile, atât prin efecte directe cât şi prin modificările asupra apei şi solului. b) Efectele nocive ale oxizilor de azot Din cantitatea de oxizi de azot (NO x ) rezultaţi prin ardere, 95% este monoxid (NO), restul fiind dioxid (NO 2 ). Sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete solare din atmosferă, monoxidul de azot reacţionează cu oxigenul rezultând dioxid de azot, care este foarte toxic. Apoi, prin combinare cu apa, dioxidul de azot formează acidul azotic (H 2 NO 3 ). Fiind agresivi şi toxici, oxizii de azot şi acidul azotic, chiar şi în cantităţi foarte mici, cum ar fi 0,5 ppm, sunt extrem de periculoşi pentru organismul uman, atacând căile respiratorii şi mucoasele, provocând paralizii, slăbirea organismului etc. Efectele toxice ale oxizilor de azot cresc foarte mult prin sinergism cu alte substanţe toxice din atmosferă, cum s-a menţionat şi în cazul oxizilor de sulf. 9

Acidul azotic rezultat din reacţia dioxidului de azot cu apa este foarte coroziv, atacând construcţii metalice, cupru, alamă, nichel, reţele electrice, telefonice, mase plastice, lacuri, vopsele, inclusiv materiale rezistente cum ar fi marmura. În ultima vreme s-a constatat acţiunea nocivă şi a protoxidului de azot (N 2 O), care rezultă ca efect secundar al aplicării unor măsuri de reducere a emisiilor de oxizi de azot, prin efect natural din pădurile tropicale şi apele oceanelor, din îngrăşăminte chimice, industrie chimică, autovehicule rutiere etc. Efectul nociv al protoxidului de azot se manifestă pe două direcţii. Una din ele este efectul de seră, estimându-se o contribuţie de 4% a protoxidului de azot la încălzirea globală a atmosferei terestre, iar a doua este distrugerea stratului de ozon, estimându-se în acest sens o contribuţie de 25% a radicalului NO *, care rezultă prin descompunerea protoxidului de azot. c) Efectele nocive ale oxizilor de carbon Oxidul de carbon (CO) este unul din gazele toxice cela mai răspândite în mediul industrial şi urban. Oxidul de carbon pătrunde rapid în sânge (afinitatea hemoglobinei la CO este de 210 ori mai mare decât la O 2 ) şi provoacă intoxicaţie, manifestată prin cefalee, greaţă, ameţeală, oboseală, insomnie, tulburări de memorie şi personalitate. Dioxidul de carbon (CO 2 ) este toxic numai la concentraţii mari (> 5000 ppm), dar influenţează clima prin efect de seră, având în acest sens o pondere de 50%. Până în prezent nu se cunosc soluţii tehnice pentru epurarea emisiilor de CO 2, singura soluţie tehnică fiind reducerea cantitativă a emisiilor de CO 2. Pe cale naturală, CO 2 este consumat în procesul de fotosinteză vegetală, rezultând glucide şi oxigen. d) Efectele nocive ale clorului şi fluorului Clorul şi fluorul reacţionează cu vaporii de apă din atmosfera terestră şi formează acizii respectivi (clorhidric şi fluorhidric). Aceste substanţe pot genera calamităţi considerabile dacă se depăşesc concentraţiile limită. Clorul, împreună cu acidul clorhidric în stare lichidă sau de vapori, are acţiune iritantă asupra mucoaselor, provocând hemoragii, bronhospasm sau edem pulmonar. Fluorul intră în rândul agenţilor care provoacă distrugerea stratului de ozon. e) Efectele nocive ale ozonului Ozonul este un oxidant puternic care poate reacţiona cu orice clasă de substanţe biologice. Membranele celulelor fiind compuse din proteine şi lipide, sunt atacate de ozon. Expunerea la concentraţii orare de peste 200 μg/m 3 provoacă iritaţii ale ochilor, nasului şi gâtului, disconfort toracic, scăderi a funcţiei pulmonare la copii şi tineri. 10

f) Efectele nocive ale particulelor în suspensie şi aerosolilor Particulele în suspensie au un diametru de până la 20 μm şi pot fi toxice sau netoxice. Cele netoxice pătrund prin căile respiratorii şi se depun în plămân, de unde sunt apoi eliminate în mod natural. În acest caz, apar probleme (disfuncţii ale plămânului) numai dacă cantitatea inhalată depăşeşte cantitatea ce poate fi eliminată natural. În cazul în care particulele conţin substanţe toxice, metale grele (Cr, Ni, Cd, As, Pb etc.) ca în cazul cenuşii de cărbune, particulele în suspensie devin foarte agresive şi periculoase, deoarece eliberarea în plasmă şi în sânge a ionilor metalici respectivi poate conduce, în funcţie de metal şi doză, la tulburări fiziologice foarte serioase. O altă acţiunea periculoasă a particulelor în suspensie este cea de vehiculare a unor gaze nocive. De exemplu, monoxidul de carbon poate ajunge la distanţe foarte mari de la locul emis dacă este purtat de praful fin de cenuşă. Aerosolii toxici sunt poluanţi cu efecte foarte nocive. Ei sunt constituiţi din hidrocarburi policiclice aromatice, rezultate ca produse ale arderii incomplete şi imperfecte a combustibililor, care condensează sub formă de particule foarte fine ce plutesc în aer. Aceşti aerosoli sunt foarte periculoşi datorită acţiunii cancerigene. I.2.1.4. Pragul de nocivitate Este important de cunoscut limita tolerabilă a poluanţilor în aer, pentru a se asigura protejarea sănătăţii oamenilor. Cercetările în această direcţie au condus la concluzia că poluarea atmosferei poate determina trei tipuri de riscuri pentru sănătatea umană: Toxicitatea imediată, produsă prin expunerea la concentraţii relativ ridicate ale unui poluant. Acest risc apare rar, neprevăzut, în unele situaţii extraordinare, cum ar fi apariţia unor anomalii accidentale în funcţionarea instalaţiilor industriale. Intoxicarea pe termen lung, produsă prin expunerea la substanţe cu proprietăţi cumulative, reţinute în organism, în stare activă, un anumit timp. Astfel, chiar şi în cazul unor doze mici, prin absorbţia repetată şi eliminarea lor cu întârziere se poate atinge pragul de concentraţie toxică, de nocivitate, pentru organismul uman. Exemple în acest sens sunt metalele grele (plumb, mercur, cadmiu etc.), anhidrida sulfuroasă, acidul sulfuric etc., care contribuie la apariţia bronşitelor cronice. Inducţia proliferărilor maligne, produsă prin expunerea la substanţe cu potenţial cancerigen, cum ar fi substanţele aromatice (dimetilaminobenzenul, benzopirenul emis de motoarele diesel reglate incorect, dimetilaminostilbenul, dietilnitrosamina, derivaţi ai arsenului, cobaltului, zincului, plumbului, cromului etc. Efectul nociv al poluanţilor nu depinde numai de concentraţia lor, ci şi de alţi 11

factori cum ar fi condiţiile meteorologice, acţiunile sinergetice ale altor poluanţi sau stările fiziologice şi variaţiile individuale de sensibilitate ale fiinţei umane. Existând deci incertitudini, mai ales asupra efectelor pe termen lung, pragurile de nocivitate ale agenţilor poluanţi sunt revizuite pe măsura avansării cercetărilor din acest domeniu. O exemplificare cantitativă în acest sens este prezentată în Tabelul I.4. Tabelul I.4 Praguri de nocivitate şi efecte ale unor poluanţi Pragul Poluantul [ppm] 200 5...15 SO 2 2...5 0,1...0,2 10 000 150...160 SO 3 10...100 1...10 0,3...1 1500 150 H 2 SO 4 20 2 2000 CO 100 20 Efecte fiziologice suportabil o oră doza pentru 8 ore pragul perceptibil de miros doza pentru şedere permanentă paralizie respiratorie progresivă atac asupra aparatului respirator iritare accentuată a nasului şi ochilor posibilă iritare a nasului şi ochilor pragul perceptibil de miros moarte rapidă tulburări după 2...3 ore tulburări după 8 ore pragul măsurabil simptoame grave după o oră tulburări după 8 ore neglijabil la şedere permanentă CO 2 5000 tulburări după 8 ore NH 3 4000 100 26 mortal după 30 minute tulburări după 8 ore sesizabil prin miros Hidrocarburi 500 tulburări după 8 ore I.2.2. POLUAREA APELOR Apa întâlnită în natură nu este niciodată în stare pură. Ea conţine impurităţi lichide, solide sau gazoase şi reprezintă de fapt o soluţie apoasă. Apa naturală poate fi folosită de om în scop pur fiziologic (apă potabilă) şi în alte scopuri (menajer, industrial, agro-zootehnic etc.). Apele utilizate de om se încarcă cu diferite elemente fizice, chimice şi biologice cu care vin în contact şi pe care le antrenează în apele naturale schimbându-le compoziţia. Ca urmare, acestea nu mai pot servi utilizărilor din starea lor naturală, devenind ape poluate. 12

Prin poluarea apei se înţelege orice modificare a calităţii acesteia, în special ca urmare a activităţii omului, modificare ce o face mai puţin aptă de a fi folosită în diverse scopuri aşa cum se întâmplă când se află în stare naturală. Prin poluare se limitează utilizarea apei reîntoarsă în natură şi se accentuează lipsa de apă a omenirii. I.2.2.1. Natura surselor de poluare apelor Poluarea apelor poate fi naturală (fără intervenţia omului) şi artificială (datorită activităţii umane). Din păcate, efectele cele mai grave le deţine poluarea artificială. a) Poluarea naturală a apelor Calitatea apelor poate fi modificată de unele procese naturale fizice, chimice şi biologice. La baza acestora stau reziduurile organice de origine vegetală şi animală, care sunt descompuse prin acţiunea bacteriilor prezente în mod natural în apă. Aceste procese au loc cu consumarea oxigenului dizolvat în apă, fapt care determină modificări ale faunei şi florei subacvatice. Impurificarea (poluarea) naturală a apei, cea mai frecventă, este cunoscută sub denumirea de înflorirea apei şi se caracterizează prin dezvoltarea excesivă a algelor, a unor flagelate (clasă de protozoare) şi diatomee (alge microscopice unicelulare). În timp, algele dezvoltate în exces se distrug şi eliberează în apă substanţe toxice care provoacă moartea peştilor sau altor vietăţi acvatice. Poluarea naturală nu are caracter de durată, ci constituie numai o alterare trecătoare a echilibrului dintre diferite ecosisteme acvatice. b) Poluarea artificială a apelor Principala cauză o constituie activităţile umane. Factorii care conduc la poluarea artificială a apelor pot fi grupaţi astfel: factori demografici dependenţi de numărul locuitorilor dintr-o anumită zonă; factori urbanistici dependenţi de gradul de urbanizare a aşezărilor umane; factori industriali sau economici dependenţi de gradul de industrializare. Deşi este un fenomen global, se disting mai multe tipuri de poluare a apelor : poluare biologică (virusologică, bacteriologică şi parazitologică); poluare fizică (radioactivă, termică sau datorată unor particule înglobate); poluare chimică (determinată de pătrunderea în apă a unor substanţe chimice). Poluarea chimică a apelor este cea mai complexă şi antrenează diferite efecte: efectul toxic determinat de potenţialul toxic al substanţelor chimice ajunse în apă, manifestându-se prin intoxicaţii acute sau cronice; 13

modificarea caracteristicilor organoleptice ale apei: gust, miros, turbiditate, culoare, spumare care produc disconfort şi limitează consumul apei; efectul ecologic se referă la perturbarea proceselor biologice care se produc în apele naturale, cu consecinţe asupra utilizării apei în diferite scopuri, cât şi cu consecinţe economice, prin distrugerea florei şi faunei acvatice; dificultate în tratarea apelor. Poluarea apei este mult mai mare atunci când apele uzate de diferite provenienţe sunt deversate fără o epurare corespunzătoare. În funcţie de utilizările apei, cele mai importante surse şi forme de poluare sunt următoarele: poluarea menajeră încărcarea apei, în urma utilizării ei în scopuri gospodăreşti, cu diverse impurităţi de natură organică (acizi aminaţi, acizi graşi, săpun, esteri, detergenţi etc.) sau minerală (săruri dizolvate sub formă de ioni de sodiu, potasiu, calciu, magneziu, amoniu, clorură, azotat, bicarbonat, sulfat, fosfat etc.); poluarea industrială încărcarea apelor uzate este funcţie de natura industriei, incluzând, cel mai frecvent, detergenţi, solvenţi, cianuri, metale grele, acizi minerali şi organice, substanţe azotoase, săruri, coloranţi, compuşi fenolici, etc. poluarea agro-zootehnică provine din reziduurile animale, produşii de eroziune a solului, îngrăşăminte, săruri anorganice, erbicide, pesticide, biostimulatori etc. I.2.2.2. Principalii poluanţi chimici ai apelor şi efectele lor Spre deosebire de atmosferă, care fiind un înveliş foarte mobil al pământului, determină transportul poluaţilor la distanţă, acţionând în sensul dispersării lor, apa are un rol de concentrare a poluaţilor. Prin intermediul apei, poluanţii invadează ciclul alimentar al omului, fie prin consum direct, fie prin intermediul alimentelor de natură vegetală şi animală, care concentrează substanţele poluante în cursul dezvoltării. Nitraţii şi nitriţii provin de regulă din folosirea îngrăşămintelor chimice în agricultură şi din activitatea motoarelor cu combustie internă. Plafonul de nitraţi admis în apele potabile este de 45 mg/l, dar în realitate poate atinge sute de mg/l. Nitriţii ajung în sânge şi blochează hemoglobina, creând un deficit de oxigen, fenomen care în funcţie de intensitate poate conduce la afecţiuni foarte grave. Pe plan mondial pătrund în sol anual circa 9 milioane tone de nitraţi şi nitriţi sub forma de îngrăşăminte chimice, din care mari cantităţi se levigă spre pânza freatică şi de aici trec în apele de suprafaţă (râuri, fluvii), în mări şi oceane. Compuşii fosforului se acumulează în ape în forme solide şi gazoase, provenind 14

din îngrăşăminte fosfatice, detergenţi biodegradabili şi compuşi organofosforici utilizaţi ca anticorozivi în procesele de ardere a benzinei şi a combustibililor aviatici. Mercurul ajunge în apele de suprafaţa sau freatice din scoarţa terestră unde se află sub formă de sulfaţi (HgSO 4 ) şi cloruri (Hg 2 Cl 2 ) sau din industria care utilizează mercur (circa 10 000 de tone anual). Are largi aplicaţii în electrolize sau la prepararea de fungicide şi ierbicide, care sunt deversate treptat în apele de suprafaţă. Plumbul ajunge în apele de suprafaţă din surse naturale (pulberi de silicaţi, aerosoli halogenaţi vulcanici, fumul din incendierea pădurilor). Doze mai concentrate se află în centrele de extracţie şi prelucrare a minereurilor cu plumb şi în zonele unde au loc procese radioactive naturale, respectiv descompunerea radonului (Rn) în 210 Pb. O mare parte din plumbul solid sau lichid deversat în ape provine din industrie (vopsele, cauciuc sintetic, acumulatori, insecticide, coloranţi, aliaje de plumb etc.). O mare parte din cantitatea de plumb evacuată în atmosferă şi ajunsă apoi în apele de suprafaţă provine din gazele de eşapament emise de motoarele cu ardere intensă care folosesc benzină şi motorină tratate cu tetraetil de plumb: (Pb(C 2 H 5 ) 4. Prin ploi şi spălări de salubrizare urbană, plumbul de pe şosele şi străzi trece în apele potabile şi reziduale unde se acumulează în concentraţii mari, de 30 g/l. În apele carbogazoase concentraţia în plumb creşte de peste 10 ori. Din apa potabilă plumbul trece în alimentele vegetale şi animale şi ajunge în organism (în doze de peste 50 g/l de apă), unde se acumulează în diferite organe. Fluorul provine ca efluent gazos din industria siderurgică (în special aluminiu), a sticlei, ceramicei, materialelor refractare şi a îngrăşămintelor fosfatice. Deversările în apa potabilă sau în apele de irigaţii se fac sub forma de gaze hidrosolubile (HF, SiF 4, H 2 SiF 6 ), pulberi, aerosoli (NaF, Na 3 Al 6 + AlF 3 ) sau în combinaţii organice de tipul fluorurii de carbon (CF 4 ). Compuşii fluoruraţi sunt foarte toxici pentru organismele vii. La oameni, în doze peste 5 mg/l, provoacă fluoroza (pătarea smalţului dentar), căderea dinţilor şi dereglarea proceselor generale de calcifiere. La animale provoacă osteofluoroza anchilozantă însoţită de simptoame caracteristice intoxicării. La plante se produc necrozări pe parenchimul foliar, limbul căpătând o culoare castaniu-cenuşie. Cadmiul este un poluant foarte dăunător rezultat din prelucrările industriale, de unde ajunge în apele uzate. Se depune în rinichi, ficat, inimă, creier, testicule, hematii 15

provocând: anemie, blocarea metabolismului glucidic, dereglarea funcţiilor renale. Excesul de săruri apare ca poluare zonală prin dizolvarea unor zăcăminte de sare aflate în subsolul unor teritorii întinse. Prin solvire lentă, creşte valoarea indicatorilor de mineralizare a apelor freatice şi a reţelei apelor de suprafaţă. Pe lângă conţinutul de săruri, poluarea apelor se face şi prin mâluri argiloase sau suspensii organice de provenienţă naturală sau industrială, fenomen întâlnit mai ales în zonele de şes. Hidrocarburile sunt principalii poluanţi chimici deversaţi în reţeaua hidrologică prin scurgerile de petrol din zonele cu activitate de extracţie şi prelucrare a petrolului. La suprafaţa apelor dulci formează o peliculă impermeabilă pentru schimbul de gaze, astfel că plantele sunt lipsite de oxigen şi se reduce capacitatea de epurare biologică. Apă potabilă, contaminată cu produse petroliere, nu poate fi folosită deoarece gustul hidrocarburilor este sesizabil şi dezagreabil la cantităţi foarte mici (1 μg/l de apă). Aceste produse pătrund în sol de 10 ori mai repede decât apa şi migrează cu uşurinţa pe zeci de km pe orizontală şi zeci de m pe verticală. Detergenţii folosiţi în cantităţi din ce în ce mai mari în gospodăriile individuale, cantine, cămine şi unităţi industriale, au determinat apariţia unor valuri de spumă pe apele curgătoare, persistente şi greu degradabile. Detergenţii reduc capacitatea de oxigenare a apelor, inhibând activitatea bacteriilor aerobe din staţiile de epurare biologică. Chiar după epurare apele nu pot fi folosite în consumul uman deoarece produc dereglări fiziologice asupra permeabilităţii membranelor celulare. Nu pot fi folosite nici în apa de irigaţie întrucât blochează procesele de absorbţie radiculară la plantele cultivate. În condiţiile unei anaerobioze relative şi a poluării nerecuperabile a apelor de suprafaţă, dispar moluşte şi unele crustacee (crabi, creveţi etc.). Eutrofizarea apelor poluate reprezintă procesul de proliferare excesivă a unor plante acvatice în reţeaua de râuri şi lacuri, datorită acumulării unor cantităţi mari de fosfaţi, azotaţi şi alte minerale (K, Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, B, Co) din îngrăşămintele chimice neabsorbite de plantele cultivate. Acest proces are loc cu consum intens de oxigen, mai ales în straturile profunde în care se creează condiţii de anaerobioză (descompunere materiei organice şi formarea de H 2 S, CH 4, NH 3 ). Toxicitatea apelor creşte datorită acumulării de amoniac care, în lipsa unei bune aeraţii, nu poate fi nitrificat şi rămâne în stare de gaz ce se solvă în apă dând săruri amoniacale, foarte toxice pentru fauna acvatică (peşti), mai ales la un ph ridicat. Surplusul de materie organică nemineralizată este sedimentat şi contribuie la colmatarea treptată a apelor. 16

I.2.3. POLUAREA SOLULUI Poluarea solului este consecinţa activităţii umane efectuate fără măsuri de precauţie adecvate. Prin poluare, pătrund în sol substanţe chimice care pot perturba metabolismul normal al organismelor solului, substanţe radioactive, substanţe cancerigene şi numeroşi agenţi biologici patogeni. I.2.3.1. Natura surselor de poluare a solului Poluarea solului se poate produce din mai multe surse şi sub mai multe forme: poluare organică, biologică, industrială, radioactivă, agricolă. a) Poluarea organică a solului Poluarea organică a solului se datorează în principal reziduurilor menajere, zootehnice şi unor reziduuri industriale provenite mai ales din industria alimentară. Poluarea organică persistă în sol un timp limitat, datorită capacităţii ridicate a solului de a degrada aceste materii prin intermediul microorganismelor telurice. Prin descompunerea materiei organice şi transformarea ei în substanţe minerale se realizează ciclarea naturală a elementelor chimice, care trec astfel din sol în plante, animale, om, pentru a reveni apoi sub formă organică în sol şi a relua ciclul. Acest ciclu este caracteristic mai ales pentru carbon şi azot, dar şi pentru alte elemente. Poluarea organică a solului se apreciază cu ajutorul unor indicatori chimici care cuprind atât produşi intermediari ai procesului de biodegradare telurică (amoniac, nitriţi, hidrogen sulfurat) cât şi produşi finali mineralizaţi (nitraţi, fosfaţi, sulfaţi). Cel mai utilizat indicator pentru poluarea organică este raportul dintre azotul organic teluric (acizi huminici) şi azotul organic total prezent în sol. Acest raport se numeşte şi cifră sanitară sau indice Hlebnicov (IH). Evident, valoarea IH este subunitară. De exemplu, pentru un grad de poluare medie IH = 0,75-0,85. b) Poluarea biologică a solului Poluarea biologică a solului este în principal o consecinţă a poluării solului cu reziduuri organice, care conţin şi o bogată floră microbiană compusă din microorganisme patogene sau condiţionat patogene, de origine animală (bacterii cu forme sporulate, cum sunt bacilul tetanic, botulinic, clostridiile etc.) sau umană (bacilul tific şi paratific, bacilii dezinterici, vibrionul holeric, viruşii poliomelitici, virusul hepatitei şi numeroşi germeni patogeni şi condiţionat patogeni: streptococi, 17

stafilococi, micrococi). Aceşti agenţi biologici diferă de flora normală, reprezentând flora supraadăugată a solului şi constituie o cale de transmitere directă a bolilor, mai ales în timpul muncilor agricole, a jocurilor copiilor etc. c) Poluarea industrială a solului Poluarea industrială a solului reprezintă o sursă puternică de răspândire pe sol a unor produşi chimici toxici, care pot fi concentraţi de diverse organisme vii din lanţul trofic al omului. Cel puţin 50% din materiile prime utilizate în industrie contribuie la formarea deşeurilor industriale, din care aprox. 15% pot fi considerate toxice sau nocive pentru organismul uman. Nămolul de canalizare industrial depus pe sol poate conţine concentraţii substanţiale de metale grele (cadmiu, crom, mercur, plumb, zinc, cupru etc.) şi cantităţi semnificative de produşi chimici organici sintetici, funcţie de procesul tehnologic. Un alt mod de poluare industrială constă în depunerea pe sol a unor pulberi conţinând elemente toxice (plumb, mercur, fluor), emanate în atmosferă prin coşurile fabricilor. Poluarea industrială a solului se propagă în apele de suprafaţă sau subterane şi apare în culturile vegetale, afectând sănătatea omului şi conducând la degradarea avansată a solului, fapt ce comportă dificultăţi de reintegrare în circuitul agricol. d) Poluarea agricolă a solului Poluarea agricolă a solului este o consecinţă a tendinţei de mărire a productivităţii agricole prin chimizare (îngrăşăminte, biostimulatori, antidăunători). Produsele fertilizante (îngrăşăminte) sunt substanţe minerale sau organice, simple sau compuse, naturale sau obţinute prin sinteză chimică. Îngrăşămintele chimice pot conţine ca elemente primare azot, fosfor, potasiu şi ca elemente secundare sulf, calciu, magneziu sau oligoelemente (microelemente). Substanţele fertilizante pe bază de azot se regăsesc în sol sub formă de nitraţi, care deşi nu sunt toxici pentru oameni, ei devin toxici prin transformare în nitriţi, fiind la origine simptomelor de cianoză. Îngrăşămintele pe bază de potasiu migrează în sol extrem de lent şi nu afectează capacitatea de autoepurare a solului. Totuşi, aceste îngrăşăminte conţin şi ioni de clor care provoacă o salinizare artificială a solului. Pesticidele reprezintă un alt grup de substanţe chimice utilizate pe scară largă în agricultură pentru mărirea producţiei. După compoziţia chimică, pesticidele se clasifică în organoclorurate (derivaţi halogenaţi ai hidrocarburilor alifatice şi aromatice: DDT, aldrin, dieldrin, lindan, toxafen etc.), organofosforice (esteri compleşi ai acizilor fosforului: metil- şi etilplaration, malation, mevinfos), carbamaţi 18

(derivaţi ai acizilor carbamic, tio- şi ditiocarbamic), pesticide cu azot (derivaţi de uree, fenol, guanidină). Unele pesticide se aplică pe partea aeriană a plantelor, altele sunt răspândite pe sol sau introduse în sol odată cu semănatul. Din cantitatea de pesticide aplicată iniţial, cea mai mare parte este îndepărtată de către factorii de mediu vântul şi ploaia. Prin procesul biodegradării pesticidele sunt transformate în compuşi intermediari, uneori mai toxici decât cei iniţiali. Prin urmare, pesticidele se propagă în atmosferă, ape, sol, de unde sunt absorbite de către plante, ajungând până la urmă în alimentele oamenilor şi în hrana animalelor. e) Poluarea radioactivă a solului Poluarea radioactivă a solului este provocată de praful radioactiv rezultat din explozii nucleare şi depus pe sol, precum şi de deşeurile radioactive lichide sau solide depozitate incorect. Comportarea radionuclizilor în sol depinde atât de izotopii implicaţi, cât şi de natura fizico-chimică a solului receptor. Cei mai periculoşi sunt izotopii cu perioadă lungă de înjumătăţire, ca de exemplu 28 Sr (stronţiu) şi 137 Cs (cesiu). Primul este un emiţător de radiaţii cu o perioadă de înjumătăţire de 28 ani, iar al doilea emite atât radiaţii cât şi, având o perioadă de înjumătăţire de 30 ani. Aceşti radionuclizi sunt reţinuţi în sol, mărind fondul radioactiv natural şi pătrunzând în lanţul trofic al plantelor, animalelor şi omului. I.2.3.2. Principalii poluanţi chimici ai solului şi efectele lor Dacă spre deosebire de atmosferă, apa are rolul de concentrare a poluaţilor, solul reprezintă acumulatorul principal, deoarece pe sol şi în sol, pe lângă poluanţii direcţi, se adaugă în plus sedimentarea majorităţii poluanţilor din atmosferă şi ape. Prin poluare a solului nu se înţelege numai pătrunderea unor elemente din afară, ca în cazul aerului sau apelor, ci şi modificarea caracteristicilor naturale ale unui component al solului, care atrage după sine afectarea funcţionării normale a acestuia. Metalele grele (Pb, Cd, Cu, Zn) pot avea efecte negative asupra plantelor dacă accesibilitatea lor pentru plante depăşeşte anumite limite. Acest lucru se întâmplă când sunt condiţii prielnice pentru ca metalele grele să treacă în soluţia solului. Dacă conţinuturile de metale grele în sol sunt importante, acestea prezintă un risc direct de poluare a solului, afectând indirect plantele care le absorb, apoi omul şi animale care consumă plantele respective. În plus, metalele grele pot fi levigate în apa freatică sau de suprafaţă şi de acolo pot să afecteze omul şi animalele prin apa de băut. Hidrocarburile pot polua solul prin erupţia sondelor de petrol, degajarea lor 19

dezordonate în jurul sondelor, rezervoarelor de ţiţei şi produse petroliere, rafinăriilor şi ca urmare a infiltraţiilor în sol datorită scurgerilor din conductele îngropate. Dacă cantitatea de ţiţei este mai mare de 1 kg/mp, începe sa fie afectată viaţa plantelor. O altă formă de poluare a solului cu hidrocarburi este cea provocată de gazul natural scurs din conductele îngropate. Vegetaţia din apropierea conductelor suferă din cauza lipsei de oxigen, ca urmare a epuizării oxigenului din faza gazoasă a solului datorită oxidării gazului metan din sol de către microorganisme. Petrolul şi apa sărată produc o poluare mixtă în zona exploatărilor petroliere, datorită amestecării ţiţeiului cu apă sărată în cursul extracţiei. Raportul între soluţia salină şi petrol variază după poziţia de pe circuit: conţinut minim de hidrocarburi în faza pompării în zăcământ şi maxim între extragere şi staţia de epurare. În industria extractivă de ţiţei din ţara noastră se produc, împreună cu ţiţeiul, prin cele 460 zăcăminte de ţiţei, circa 155000 m 3 de apă zilnic, care este evacuată în subteran sau la suprafaţă (75 % injecţie în scopuri tehnologice, 10-12 % injecţie în scopuri de evacuare, restul până la 100% deversare controlată în râuri, când permeabilitatea nu permite evacuarea în subteran sau pe terenurile înconjurătoare). Din punct de vedere morfologic, solurile poluate cu apă salină prezintă la suprafaţă o pudrare de culoare cenuşiu-albicioasă. Solul saturat cu Na +, în condiţii de umiditate ridicată devine plastic, iar în condiţii de uscăciune devine foarte compact. Eroziunea şi alunecările reprezintă un alt tip de poluare a solului. Acest tip de poluare este de natură fizică, dar are efecte indirecte şi de poluare chimică. Pe lângă cauze naturale, eroziunea şi alunecările de teren sunt provocate în cea mai mare parte de activităţi neraţionale ale omului. Totodată, eroziunea şi alunecările de sunt cei mai importanţi participanţi la poluarea apelor. Particulele de sol degajate, care în cea mai mare parte transportă îngrăşăminte chimice şi pesticide, nu numai că degradează calitatea apei dar şi colmatează râurile, readucându-le capacitatea de navigaţie şi drenare şi reduc capacitatea bazinelor de acumulare a apei. Consecinţele procesului de eroziune a solului şi alunecărilor de teren asupra calităţii mediului înconjurător prin pierderea de sol, respectiv a fertilităţii intrinseci sunt: colmatarea râurilor, lacurilor, bazinelor de acumulare, şoselelor, terenurilor din aval; eutrofizarea lacurilor; dispariţia vegetaţiei, degradarea până la desertificare. Eroziunea este un fenomen care afectează suprafeţe imense ale uscatului, respectiv 31% eroziune prin apă şi 34% eroziune prin vânt, ceea ce are ca rezultat îndepărtarea anuală a 60 mld. tone de sol de pe o suprafaţă de 430 mil. ha, cu consecinţe dezastruoase de perspectivă asupra mediului de viaţă terestru. 20