ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ
ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΘΕΜΑ:
Η ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ ΣΤΗΝ ΠΟΛΗ ΤΗΣ ΜΥΤΙΛΗΝΗΣ
ΓΑΡΟΦΑΛΑΚΗ ΣΟΦΙΑ
ΓΑΡΓΑΕΤΙΔΗΣ ΧΡΥΣΟΒΑΛΑΝΤΗΣ
ΜΥΤΙΛΗΝΗ 2005
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
ΜΕΡΟΣ Α’
ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1………. 7
ΕΙΣΑΓΩΓΗ……….. 7
1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ………. 7
1.2 ΚΑΘΑΡΟΣ ΑΕΡΑΣ………. 8
1.3 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ………. 9
1.4 ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ………. 10
1.5 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ……… 12
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2……… 15
ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ……….. 15
2.1 ΓΕΝΙΚΑ……… 15
2.2 ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ………. 15
2.3 ΤΕΧΝΗΤΕΣ ΠΗΓΕΣ………. 16
2.4 ΚΙΝΗΤΕΣ ΠΗΓΕΣ………. 16
2.5 ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΠΗΓΕΣ……….. 19
2.6 ΣΗΜΕΙΑΚΕΣ, ΓΡΑΜΜΙΚΕΣ ΚΑΙ ΕΜΒΑΔΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ………. 20
2.7 ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ………. 21
2.8 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΕΚΠΟΜΠΩΝ……… 21
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3……… 23
ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΡΥΠΑΝΣΗΣ……….. 23
3.1 ΓΕΝΙΚΑ……… 23
3.2 Η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΡΥΠΟΥ………. 23
3.3 Η ΘΕΣΗ ΚΑΙ ΤΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΠΗΓΗΣ………. 24
3.4 ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ……….. 25
3.5 ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΕΠΕΙΣΟΔΙΩΝ ΡΥΠΑΝΣΗΣ (ΝΕΦΟΥΣ)……….. 29
3.6 ΤΟ ΚΛΙΜΑ ΣΤΙΣ ΠΟΛΕΙΣ……… 29
3.7 Η ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ………. 30
3.8 Η ΥΠΑΡΞΗ ΑΛΛΩΝ ΡΥΠΩΝ……… 31
3.9 Η ΘΕΣΗ ΤΟΥ ΑΠΟΔΕΚΤΗ……….. 32
3.10 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΡΥΠΩΝ ΣΕ ΜΕΓΑΛΕΣ ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ………. 33
3.11 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΑΠΟ ΣΤΑΘΕΡΗ ΠΗΓΗ………. 35
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4……… 39
ΚΛΙΜΑΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ………. 39
4.1 ΓΕΝΙΚΑ……… 39
4.2 ΤΟΠΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ………. 40
4.3 ΑΣΤΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ……….. 40
4.4 ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ……… 41
4.5 ΔΙΗΠΕΙΡΩΤΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ………. 42
4.6 ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΛΙΜΑΚΑ……… 42
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5……… 44
ΦΑΣΜΑ ΕΠΙΔΡΑΣΕΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ………. 44
5.1 ΓΕΝΙΚΑ……… 44
5.2 ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΥΓΕΙΑ……… 44
5.3 ΟΞΕΙΔΙΑ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ……… 46
5.4 ΟΞΕΙΔΙΑ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ……… 47
5.5 ΦΩΤΟΧΗΜΙΚΑ ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΑ………. 47
5.6 ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΟ ΚΛΙΜΑ……….. 48
5.7 ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΗ ΧΛΩΡΙΔΑ……… 49
5.8 ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΠΑΝΙΔΑ……… 50
5.9 ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΑ ΥΛΙΚΑ……… 51
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6……… 53
ΟΡΙΑ ΚΑΙ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ……….. 53
6.1 ΟΡΙΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ……… 53
6.2 ΟΡΙΑ ΣΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ……… 54
6.3 ΟΡΙΑ ΣΤΙΣ ΕΚΠΟΜΠΕΣ……… 55
6.4 ΟΡΙΑ ΛΗΨΗΣ ΕΚΤΑΚΤΩΝ ΜΕΤΡΩΝ……… 55
6.5 ΟΡΙΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗΣ ΕΝΩΣΗΣ……….. 57
6.6 ΣΤΟΧΟΙ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟΥ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ ΥΓΕΙΑΣ (W.H.O.)………. 62
6.7 ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ……….. 63
ΜΕΡΟΣ Β’ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7……… 71
7.1 ΜΥΤΙΛΗΝΗ……… 71
7.2 ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ………. 42
7.3 ΑΡΧΗ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ………. 76
7.4 ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ……… 79
7.5 ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΡΥΠΑΝΣΗΣ……… 80
7.6 ΕΒΔΟΜΑΔΙΑΙΑ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΡΥΠΑΝΣΗΣ……… 81
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8……… 82
8.1 ΝΟx (NO, NO2)……….. 82
8.2 ΕΒΔΟΜΑΔΙΑΙΑ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΝΟ, ΝΟ2 ΚΑΙ ΝΟΧ……… 83
8.3 ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΝΟ, ΝΟ2 ΚΑΙ ΝΟx……… 85
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9……… 88
9.1 ΦΩΤΟΧΗΜΙΚΑ ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΑ……….. 88
9.2 ΕΒΔΟΜΑΔΙΑΙΑ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΟΥ ΟΖΟΝΤΟΣ………. 89
9.3 ΟΚΤΑΩΡΗ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΟΥ ΟΖΟΝΤΟΣ………. 90
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10……… 92
10.1 ΟΞΕΙΔΙΑ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ………. 92
10.2 ΕΒΔΟΜΑΔΙΑΙΑ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΙΜΩΝ SO2……… 93
10.3 ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΤΙΜΩΝ SO2………. 94
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11……… 96
ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ………. 96
11.1 ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΛΥΣΗ ΤΩΝ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΠΟΥ ΔΗΜΙΟΥΡΓΟΥΝ ΟΙ ΚΙΝΗΤΕΣ ΠΗΓΕΣ………. 96
11.2 ΧΡΗΣΗ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΝΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ……… 97
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ………. 100
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι ……….. 102
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΕΒΔΟΜΑΔΙΑΙΑΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗΣ ΤΩΝ ΝΟx,O3 KAI SO2……….. 102
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ……….. 110
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΗΜΕΡΗΣΙΑΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗΣ ΤΩΝ ΝΟx,O3 KAI SO2……….. 110
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙΙ……… 156
ΠΙΝΑΚΕΣ ΤΙΜΩΝ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΩΝ ΝΟx,O3 KAI SO2 (ppb) ΣΕ 24ΩΡΗ ΒΑΣΗ………. 156
ΠΙΝΑΚΕΣ Πίνακας 1.1: Η σύσταση του καθαρού αέρα σε ξηρή και υγρή. ……… 10
Πίνακας 1.2: Κατάταξη των ρυπαντών. ……… 14
Πίνακας 2.1: Κινητές πηγές και εκπομπές τους. ……… 17
Πίνακας 2.2: Ρύποι ανά κατηγορία οχημάτων και κατάσταση κίνησης (ενδεικτικά). ……… 18
Πίνακας 2.3: Ρύποι κατά κλάδο βιομηχανίας. ………. 19
Πίνακας 3.1: Κλιματικές διαφορές μεταξύ πόλεων και απομακρυσμένων περιοχών. ………. 30
Πίνακας 3.2: Ισοζύγιο θείου. ……… 34
Πίνακας 3.3: Τάξεις ατμοσφαιρικής σταθερότητας. ……… 35
Πίνακας 4.1: Ατμοσφαιρικά φαινόμενα και οι συνήθεις διαστάσεις τους. ……….. 39
Πίνακας 5.1: Χρόνιες επιδράσεις ρύπων στην ανθρώπινη υγεία. ……… 45
Πίνακας 6.1: Όρια εκτάκτων μέτρων. ……….. 56
Πίνακας 6.2: Τιμές ορίων για το SO2 εκπεφρασμένες σε μg/m3. ………. 57
Πίνακας 6.3: Τιμές ορίων για αιωρούμενα σωματίδια εκπεφρασμένες σε μg/m3. ……….. 58
Πίνακας 6.4: Τιμές ορίων για σωματίδια μολύβδου εκπεφρασμένες σε μg/m3. ……….. 58
Πίνακας 6.5: Τιμές ορίων για το NO2 εκπεφρασμένες σε μg/m3. ………. 58
Πίνακας 6.6: Τιμές ορίων για το O3 εκπεφρασμένες σε μg/m3. ……… 59
Πίνακας 6.7: Ρύποι, όρια και έτος εφαρμογής σύμφωνα με τις οδηγίες της Ε.Ε. ……….. 60
Πίνακας 6.8: Όρια του όζοντος σύμφωνα με την Οδηγία 2002/3/ΕΕ. ………. 61
Πίνακας 6.9: Κατευθυντήριες γραμμές (στόχοι) W.H.O. ……….. 62
ΣΧΗΜΑΤΑ
Σχήμα 1.1: Κατακόρυφη δομή της ατμόσφαιρας. ……… 9
Σχήμα 1.2: Πρωτογενείς και δευτερογενείς ρύποι. ………. 13
Σχήμα 3.1: Ύψος πηγής ρύπανσης. ………. 24
Σχήμα 3.2: Μεταβολή της ποσότητας αεροζόλ σε δρόμο με μεγάλη κυκλοφορία. ……… 25 Σχήμα 3.3: Μορφές του νέφους των καπναερίων. ………. 26
Σχήμα 3.4: Βαρομετρικά συστήματα και κατακόρυφος άνεμος. ……….. 27
Σχήμα 3.5: Σχηματική αναπαράσταση αναστροφής θερμοκρασίας. ………. 28
Σχήμα 3.6: Κατανομή ρύπανσης κατά μήκος του άξονα του νέφους των καπναερίων. ……….. 32
Σχήμα 3.7: Κατανομή ρύπανσης κατά πλάτος του άξονα του νέφους των καπναερίων. ……… 33
Σχήμα 3.8: Νομογράφημα για τον υπολογισμό του σy. ……… 36
Σχήμα 3.9: Νομογράφημα για τον υπολογισμό του σz. ……….. 37
Σχήμα 4.1: Χωρική και χρονική κλιμάκωση διαφόρων ατμοσφαιρικών οντοτήτων. ……… 40
Σχήμα 6.1: Καμπύλες οριακών συνδυασμών. ………. 53
Σχήμα 6.2: Επεξήγηση της εφαρμογής της τιμής στόχου και της οριακής τιμής με βάση τις Οδηγίες της Ε.Ε. ……….. 61
Σχήμα 7.1: Συνεισφορά κάθε κατηγορίας οχημάτων στις εκπομπές NOx από οδικές μεταφορές ανά έτος. ……….. 73
Σχήμα 7.2: Συγκριτική παρουσίαση εκπομπών NOx αυτοκινήτων συμβατικής τεχνολογίας (ECE 15-04) και καταλυτικών Euro II (κυκλοφορία 1996). ………. 74
Σχήμα 7.3: Εκπομπές βαρέων οχημάτων με βάση την τεχνολογία του κινητήρα τους. ………. 75
Σχήμα 7.4: Εκπομπές λεωφορείων με βάση την τεχνολογία του κινητήρα τους. ………. 75
Σχήμα 8.1:Εβδομαδιαία συγκέντρωση του ΝΟ. ………. 83
Σχήμα 8.2:Εβδομαδιαία συγκέντρωση του ΝΟ2. ……….. 84
Σχήμα 8.3:Εβδομαδιαία συγκέντρωση του ΝΟx. ……….. 84
Σχήμα 8.4: Μέση Ημερήσια συγκέντρωση του ΝΟ……… 86
Σχήμα 8.5: Μέση Ημερήσια συγκέντρωση του ΝΟ2. ………. 86
Σχήμα 8.6: Μέση Ημερήσια συγκέντρωση του ΝΟx………. 87
Σχήμα 9.1: Ημερήσια διακύμανση συγκέντρωσης του NO,NO2 & O3. ……….. 89
Σχήμα 9.2: Εβδομαδιαία συγκέντρωση του Ο3. ………. 89
Σχήμα 9.3: Μέση Οκτάωρη συγκέντρωση του Ο3 σε συνάρτηση με την μέση ημερήσια συγκέντρωση του ΝΟ, ΝΟ2……… 90
Σχήμα 10.1: Εβδομαδιαία συγκέντρωση (με βάση τη διάμεση τιμή) του SΟ2. ……… 93
Σχήμα 10.2: Ημερήσια συγκέντρωση (με βάση τη διάμεση τιμή) του SΟ2. ……… 94
ΜΕΡΟΣ Α’
ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ
Η ατμοσφαιρική ρύπανση δεν είναι καινούργιο φαινόμενο. Η ρύπανση, για παράδειγμα ,από καπνό δημιούργησε τα πρώτα προβλήματα από τη στιγμή που ο άνθρωπος άρχισε να χρησιμοποιεί τη φωτιά για θέρμανση, μαγείρεμα, μεταλλουργία κ.τ.λ.
Πολύ παλιές είναι και οι πρώτες προσπάθειες για τη λήψη μέτρων προστασίας. Αναφέρεται ότι στην αποικία της Σύβαρης, στον κόλπο του Τάραντα, είχε απαγορευτεί με ειδικό νόμο η λειτουργία καμινιών στο κέντρο της πόλης με στόχο να περιοριστεί ο καπνός. Στην Αγγλία, τον 13ο αιώνα θεσπίστηκαν οι πρώτες διατάξεις ελέγχου του καπνού. Το 1306 απαγορεύτηκε από το βασιλιά Εδουάρδο Ι η καύση λιθάνθρακα κατά την διάρκεια των συνόδων του κοινοβουλίου και μάλιστα έγιναν και εκτελέσεις για παραβάσεις της απαγόρευσης.
Το πρόβλημα του καπνού ήταν γενικά το κυρίαρχο πρόβλημα των περασμένων αιώνων που οξύνθηκε με την βιομηχανική επανάσταση και την αύξηση της κατανάλωσης κάρβουνου, σαν πρώτη ύλη για την κάλυψη των αναγκών ενέργειας.
Το πρώτο σοβαρό επεισόδιο ατμοσφαιρικής ρύπανσης έγινε 1875 στο Λονδίνο όπου υπήρξαν αρκετές περιπτώσεις θανάτων, ανθρώπων και ζώων.
Το 1905 χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά ο όρος «καπνομίχλη», από την συγχώνευση των λέξεων «καπνός» και «ομίχλη», με την διαπίστωση ότι οι δυο αυτή παράγοντες δρούσαν συνεργιστικά στην πρόκληση βλαβών στην ανθρώπινη υγεία.
Το 1909 η ύπαρξη καπνομίχλη θεωρήθηκε η κύρια αιτία για 1000 περίπου θανάτους ανθρώπων στη Γλασκόβη και στο Εδιμβούργο.
Το 1930 τον Δεκέμβριο έγινε ένα δεύτερο σημαντικό επεισόδιο καπνομίχλης στην βιομηχανική περιοχή της κοιλάδας του Μες στο Βέλγιο. Στην διάρκεια ενός εξαιρετικά ομιχλώδους τετραήμερου εκατοντάδες άτομα αρρώστησαν από τα οποία τα 60 πέθαναν στις επόμενες μέρες.
Το 1948 στις Η.Π.Α. η μικρή πόλη της Δονόρα καλύφθηκε από πυκνό νέφος βιομηχανικών καπναερίων για 4 ημέρες. Σαν αποτέλεσμα οι μισοί από τους 1300 κατοίκους της αρρώστησαν και 15 γυναίκες και 5 άνδρες πέθαναν.
Παρόμοια γεγονότα έχουν συμβεί κατά καιρούς σε διάφορες περιοχές. Το πιο τραγικό όμως και το πιο γνωστό είναι το επεισόδιο του Λονδίνου που έγινε το Δεκέμβριο του 1952. Το επεισόδιο άρχισε στις 4 Δεκεμβρίου και σε δυο ημέρες η ορατότητα σε μερικές περιοχές της πόλης είχε μειωθεί μόλις στο 1 μέτρο.
Εκτός από τον καπνό και την ομίχλη σημειώθηκαν ισχυρές τιμές και σε ένα άλλο ρύπο, στο διοξείδιο του θειου, που συνδέεται, όπως και ο καπνός, άμεσα με την καύση του κάρβουνου. Περίπου 4000 θάνατοι σε διάστημα τεσσάρων ημερών αποδόθηκαν στην ισχυρή ατμοσφαιρική ρύπανση που ο χαρακτήρας της (καπνός, ομίχλη και διοξείδιο του θειου ) οδήγησε στη δημιουργία του όρου «καπνομίχλη τύπου Λονδίνου» και στην ψήφιση ενός σημαντικού για την Αγγλία νόμου (νόμος για καθαρό αέρα -1956) που έθεσε το πρόβλημα της ρύπανσης στη χώρα αυτή κάτω από ικανοποιητικό έλεγχο.
Με την πάροδο του χρόνου, ο άνθρακας αντικαταστάθηκε από το πετρέλαιο, αλλά τα προβλήματα στην ποιότητα του αέρα έγιναν οξύτερα εξαιτίας της συνεχώς αυξανόμενης κατανάλωσης ενέργειας ενώ συνάμα ένας νέος τύπος ρύπανσης άρχισε να εμφανίζεται. Αντί μόνο του καπνού, της τέφρας και του διοξειδίου του θειου ανιχνεύονται πλέον στον αέρα διάφορα οξειδωτικά, υπεροξείδια, οζονίδια και γενικά προϊόντα χημικών αντιδράσεων υδρογονανθράκων με τα φυσικά συστατικά της ατμόσφαιρας που δημιουργούνται με τη βοήθεια του ηλιακού φωτός. Ο νέος τύπος ρύπανσης, γνωστός σαν «φωτοχημική καπνομίχλη» ή πιο σωστά σαν «φωτοχημική ρύπανση», πρωτοεμφανίζεται στο Λος Άντζελες των Η.Π.Α. στην δεκαετία του 1940, συνδέεται άμεσα με την χρήση ελαφρών καυσίμων κίνησης στα μέσα μεταφοράς και είναι χημικά πολυπλοκότερος και, σε ορισμένες συνθήκες, πιο επικίνδυνος για τον άνθρωπο από όσο η καπνομίχλη (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.,1989 [1]).
Τα παραδείγματα που αναφέρθηκαν δεν πρέπει να μας απατούν και αυτό γιατί το πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης υπό τη σημερινή του μορφή και διάσταση αποτελεί πράγματι πρόβλημα της τελευταίας 20ετίας. Από αυτήν την άποψη και όσον αφορά τη δυνατότητά μας να προσφέρουμε πρακτικές λύσεις, υπάρχουν πολύ λίγα τα οποία μπορούμε να μάθουμε από την ιστορία του και πάρα πολλά τα οποία πρέπει να επινοήσουμε εμείς.
Η παρούσα εργασία αποσκοπεί στην καταγραφή και κριτική αποτίμηση του προβλήματος της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην πόλη της Μυτιλήνης. Τα στοιχεία που παρουσιάζονται καθώς και τα συμπεράσματα δεν επαρκούν για μια ασφαλή εκτίμηση του προβλήματος, ωστόσο γίνεται μια προσπάθεια προσέγγισης του θέματος.
1.2 ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ
Η Ατμόσφαιρα αποτελεί το αέριο περίβλημα της Γης με πάχος πάνω από 500 χιλιόμετρα. Το πάχος αυτό εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος και είναι μεγαλύτερο στον Ισημερινό και μικρότερο στους Πόλους. Σύμφωνα με ορισμένα φυσικά ή χημικά χαρακτηριστικά της, η κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα χωρίζεται σε τέσσερις ζώνες, στην Τροπόσφαιρα, στην Στρατόσφαιρα, στην Μεσόσφαιρα και στην θερμόσφαιρα. (Σχήμα 1.1)
Η Τροπόσφαιρα: είναι το κατώτερο τμήμα όπου γίνονται όλα τα μετεωρολογικά φαινόμενα και η παραγωγή, η μεταφορά και η διάχυση των διάφορων ρύπων. Ένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της Τροπόσφαιρας είναι η ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος. Η μεταβολή αυτή οφείλεται στην διαφορά του ισοζυγίου θερμότητας μεταξύ γης και αέρα που προκύπτει από την διαφορά της θερμοχωρητικότητας τους. Μέρος της θερμότητας του εδάφους αποδίδεται από τα κατώτερα στα ανώτερα στρώματα του αέρα με
φθίνουσα πρόοδο. Το μέσο ύψος της Τροπόσφαιρας από το έδαφος είναι της τάξης των 10 χιλιομέτρων.
Η Στρατόσφαιρα: αρχίζει από ένα ορισμένο ύψος όπου η θερμοκρασία αντί να ελαττώνεται αρχίζει προοδευτικά να αυξάνει σε συνάρτηση με την αύξηση των συγκεντρώσεων του όζοντος που έχει την ιδιότητα να απορροφά μέρος από την υπεριώδη ακτινοβολία και να αποταμιεύει έτσι θερμότητα. Το μέσο ύψος της Στρατόσφαιρας εκτείνεται από τα 10 μέχρι περίπου τα 50 χιλιόμετρα από το έδαφος.
Η Μεσόσφαιρα: χαρακτηρίζεται από σταδιακή ελάττωση του όζοντος που έχει σαν αποτέλεσμα την αντίστοιχη ελάττωση της θερμοκρασίας. Το μέσο ύψος της Μεσόσφαιρας εκτείνεται από τα 50 μέχρι περίπου τα 80 χιλιόμετρα από το έδαφος.
Η Θερμόσφαιρα: χαρακτηρίζεται από μια συνεχή αύξηση της θερμοκρασίας, που όμως παρουσιάζει μεγάλες διάφορες τόσο με το γεωγραφικό πλάτος όσο και με τις ώρες της ημέρας. Η αύξηση της θερμοκρασίας σχετίζεται εδώ με τον ιονισμό των αερίων από την υπεριώδη ακτινοβολία.
Ανάμεσα στις προηγούμενες ζώνες υπάρχουν περιοχές όπου γίνεται η αλλαγή κλίσης των μεταβολών της θερμοκρασίας και οι οποίες αναφέρονται, σε συνάρτηση με την αμέσως κατώτερη τους ζώνη, με τις ονομασίες:
Τροπόπαυση, Στρατόπαυση και Μεσόπαυση.
Σημειώνεται ότι μέχρι και την Μεσόπαυση διατηρείται η αναλογία 4 προς 1 του αζώτου προς το οξυγόνο (Ομόσφαιρα).
Αντίθετα, πάνω από την Μεσόπαυση το οξυγόνο υπερτερεί (Ετερόσφαιρα).
Τέλος, στα όρια της Ατμόσφαιρας υπάρχουν περιοχές που εμφανίζουν αποκλειστικά ατομικό οξυγόνο και υδρογόνο (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]).
Σχήμα 1.1: Κατακόρυφη δομή της ατμόσφαιρας (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]).
1.3 ΚΑΘΑΡΟΣ ΑΕΡΑΣ
Ο αέρας είναι μίγμα που περιέχει μία σειρά αερίων με σχετικά σταθερή περιεκτικότητα και μία άλλη σειρά με περιεκτικότητα μεταβαλλόμενη στο χώρο και το χρόνο. Ο καθαρός αέρας είναι μία ιδεατή κατάσταση, δηλαδή, το πως θα ήταν η σύνθεσή του αν οι άνθρωποι και τα έργα τους δεν υπήρχαν στη Γη (Πίνακας 1.1). Προφανώς, μία σύσταση ορισμένη με αυτόν τον τρόπο, δεν υπάρχει. Ακόμα και στις πιο απομακρυσμένες περιοχές της θάλασσας, των Πόλων, των ερήμων ή και των βουνών, ο αέρας θα πρέπει να θεωρηθεί καλύτερα ως αραιωμένος ρυπασμένος αέρας. Μπορεί να πλησιάζει πολύ τον καθαρό, διαφέρει όμως στο ότι σίγουρα παρουσιάζει υπολείμματα διασκορπισμένης και παλαιωμένης ανθρωπογενούς ρύπανσης.
Πίνακας 1.1: Η σύσταση του καθαρού αέρα σε ξηρή και υγρή βάση.
Ξηρός αέρας Υγρός αέρας ppm V μg/m3 ppm V μg/m3 Άζωτο (Ν2) 780.000 8,95x108 756.500 8,67x108 Οξυγόνο (Ο2) 209.400 2,74x108 202.900 2,65x108
Νερό (Η2Ο) - - 31.200 2,30x107 Αργό (Ar) 9.300 1,52x107 9.000 1,47x107
CO2 315 5,67x105 305 5,49x105
Νέο (Ne) 18 1,49x104 17,4 1,44x104 Ήλιο (He) 5,2 8,50x102 5,0 8,25x102 Μεθάνιο (CH4) 1,0-1,2 6,56-
7,87x102 0,97-1,16 6,35 -
7,6x102 Κρυπτό (Kr) 1,0 3,43x103 0,97 3,32x103
Ν2Ο 0,5 9,00x102 0,49 8,73x102
Υδρογόνο (Η2) 0,5 4,13 0,49 4,00 Ξένο (Xe) 0,08 4,29x102 0,08 4,17x102
Οργανικοί 0,02 - 0,02 -
Η αληθινή ατμόσφαιρα είναι κάτι περισσότερο από ένα ξηρό μίγμα μονίμων αερίων. Έχει και άλλες ουσίες σε περιορισμένη προφανώς έκταση, όπως ατμούς νερού και οργανικών, καθώς και σωματιδιακή ύλη. Πάνω από τη θερμοκρασία συμπύκνωσής τους, τα μόρια των ατμών συμπεριφέρονται ως μόνιμα μόρια αερίων της ατμόσφαιρας. Οι ατμοί που κυριαρχούν στον αέρα είναι οι ατμοί του νερού. Κάτω από τη θερμοκρασία συμπύκνωσής τους, αν ο αέρας είναι κορεσμένος, το νερό αλλάζει φάση από ατμό σε υγρό. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό καθώς εμφανίζεται ως ομίχλη ή ως συμπυκνωμένο νερό στα παράθυρα και σε άλλες κρύες επιφάνειες εκτιθεμένες στον αέρα. Η ποσότητα του υδρατμού στον αέρα ποικίλλει από τη σχεδόν απόλυτη ξηρότητα στην απόλυτη υγρασία, δηλαδή, μεταξύ 0% και 4% κατά βάρος. Η διαφορά μεταξύ υγρού και ξηρού καθαρού αέρα εντοπίζεται κυρίως στην περιεκτικότητά του σε ατμούς νερού. (Γεντεκάκης, 1999)
1.4 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ
Η ατμοσφαιρική ρύπανση έχει οριστεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους.
Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (W.H.O.), ορίζεται ως η ύπαρξη στην ατμόσφαιρα ουσιών (ρύπων) για αρκετό χρονικό διάστημα και σε τέτοια συγκέντρωση, ώστε να είναι δυνατόν να είναι βλαβερές για τους ζωντανούς οργανισμούς (ανθρώπους, ζώα, φυτά) και τις υλικές κατασκευές, ή ακόμη να επηρεάζουν δυσμενώς τις συνθήκες διαβίωσης του ανθρώπου (W.H.O.).
Με ευρύτερη έννοια, ρυπασμένος θεωρείται ο αέρας από τον οποίο λείπουν κάποιες ποσότητες από τα φυσικά του συστατικά ή κάποιες ιδιότητες του, απαραίτητες για τον άνθρωπο (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]).
Κάθε αέριο που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα και δεν αποτελεί συστατικό αυτής ή η περιεκτικότητά του είναι μεγαλύτερη από την κανονική, θεωρείται ατμοσφαιρικός ρύπος. Μία τέτοια ουσία μπορεί να είναι ένα τοξικό αέριο με κάποια μακροχρόνια αποτελέσματα σε ένα οργανισμό, που δεν είναι κατ’
ανάγκη άμεσα αντιληπτά. Μπορεί ακόμη να είναι ένα μη ορατό ραδιενεργό, το οποίο έχει καταστροφικά αποτελέσματα στην εξέλιξη της ζωής. Ρύποι, επίσης, θεωρούνται οποιαδήποτε υλικά είναι δυνατόν να εισέλθουν στην ατμόσφαιρα, είτε εσκεμμένα, είτε διαμέσου κάποιας φυσικής διαδικασίας, και να έχουν έστω
και έμμεσα αποτελέσματα, όπως για παράδειγμα, μείωση του οξυγόνου της ατμόσφαιρας ή κάποια άλλη αλλαγή της σύστασης του αέρα.
Ένας ατμοσφαιρικός ρύπος δεν είναι απαραίτητα ανθυγιεινός, με την έννοια ότι προκαλεί άμεσα αποτελέσματα στους ζώντες οργανισμούς. Η δημιουργία, από διάφορα μόρια ή μικροσωματίδια, ενός καλύμματος που συγκρατεί ορισμένα μήκη κύματος της ηλιακής ακτινοβολίας πολύ απαραίτητα για τη ζωή στη Γη, είναι επίσης μία μορφή ρύπανσης της ατμόσφαιρας. Το επικάλυμμα αυτό μπορεί επίσης να αποτρέψει την αντανάκλαση θερμότητας από τη Γη στον ουρανό, με αποτέλεσμα την ενίσχυση του ήδη υπάρχοντος φαινόμενο του θερμοκηπίου, γεγονός που συμβάλλει στην αλλαγή του καιρού και της θερμοκρασίας του πλανήτη, με τις επακόλουθες επιδράσεις στους ζώντες οργανισμούς. Ουσίες που καταφέρνουν να φτάσουν στο στρατοσφαιρικό στρώμα του όζοντος, που προστατεύει τον πλανήτη από την επικίνδυνη, για τη ζωή, υπεριώδη (UV) ακτινοβολία και να το καταστρέψουν, αφορούν επίσης το θέμα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης (Γεντεκάκης, 1999).
Οι επιδράσεις της ατμοσφαιρικής ρύπανσης εξαρτώνται από το είδος των ρύπων, τη συγκέντρωσή τους και το χρόνο έκθεσης σε αυτούς. Στον άνθρωπο μπορεί να προκαλέσουν από απλό ερεθισμό στα μάτια, μέχρι σοβαρές διαταραχές στο αναπνευστικό και το κυκλοφορικό σύστημα, δερματικές παθήσεις, καρκίνο κ.τ.λ. Μπορεί ακόμη να προκαλέσει σοβαρές βλάβες στις καλλιέργειες, όπως π.χ. νεκρωτικές κηλίδες στα φύλλα των φυτών, περιορισμό καρποφορίας κ.τ.λ. Γνωστή είναι επίσης και η διαβρωτική επίδραση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στις μεταλλικές κατασκευές και τα υλικά των οικοδομών.
Τέλος, άρχισαν να είναι εμφανείς οι επιπτώσεις της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στο κλίμα, τόσο σε μεγάλη κλίμακα, όσο και τοπικά. Έτσι, στις αστικές περιοχές παρατηρείται αύξηση της συχνότητας εμφάνισης της ομίχλης, ελάττωση της ορατότητας, αύξηση της νέφωσης και των βροχοπτώσεων και μεταβολή του ισοζυγίου ακτινοβολιών. Αλλά και σε παγκόσμια κλίμακα η έκλυση των ρύπων στην ατμόσφαιρα έχει ως πιθανό αποτέλεσμα τη μεταβολή του θερμικού ισοζυγίου του συστήματος Γης- ατμόσφαιρας. Οι μηχανισμοί με τους οποίους επιδρά η ρύπανση στο κλίμα είναι αρκετά πολύπλοκοι και υπάρχει αλλεξάρτηση μεταξύ τους, ώστε να μην είναι δυνατόν να προβλεφθεί το κλιματικό μέλλον της Γης (Καρράς, 1994).
Το πρόβλημα, λοιπόν, είναι ευρύ και αναπόφευκτα ενδιαφέρον. Είναι δε συνεχώς μεταβαλλόμενο και διευρυνόμενο, καθώς οι γνώσεις για την έμμεση ή άμεση βλαβερή επίδραση διαφόρων ουσιών στους ζώντες οργανισμούς εμπλουτίζεται συνεχώς.
1.5 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ
Ο αέρας περιέχει φυσικούς ρύπους όπως η γύρη, οι διάφοροι σπόροι, οι μύκητες και οι μικροοργανισμοί, ο λεπτός διαμοιρασμός αλάτων, καθώς και ο καπνός και η σκόνη από πυρκαγιές δασών και εκρήξεις ηφαιστείων. Περιέχει, επίσης, φυσικά παραγόμενο μονοξείδιο του άνθρακα (CO) από το μεθάνιο (CH4), υδρογονάνθρακες υπό τη μορφή τερπενίων από τα πεύκα και υδρόθειο (H2S) και μεθάνιο (CH4) από την αναερόβια αποσύνθεση της οργανικής ύλης.
Πέρα, όμως, από τις φυσικές πηγές ρύπανσης του αέρα υπάρχουν και ρυπαντές ανθρωπογενούς προέλευσης.
Η χρήση ορυκτών καυσίμων για θέρμανση και ψύξη, για μεταφορές, για τη βιομηχανική παραγωγή και για την παραγωγή ενέργειας και η καύση των διαφόρων τύπων βιομηχανικών, δημοτικών και οικιακών αποβλήτων συμμετέχουν στη ρύπανση της ατμόσφαιρας. Το ίδιο κάνουν και οι λειτουργίες διακίνησης και επεξεργασίας διαφόρων βιομηχανιών. Οι πηγές αυτών των ρυπαντών είναι τόσες πολλές και ποικίλες που κατατάσσονται σε τέσσερις μεγάλες ομάδες:
α) μεταφορές (αυτοκίνητα, αεροπλάνα, τραίνα, πλοία και διακίνηση ή και εξάτμιση της βενζίνης)
β) σταθερή καύση (οικιακή, εμπορική και βιομηχανική, παραγωγή ενέργειας και θέρμανση, περιλαμβανομένων και των ατμοηλεκτρικών μονάδων)
γ) βιομηχανικές διεργασίες (χημικές, μεταλλουργικές, χαρτοποιϊες και διυλιστήρια πετρελαίου)
δ) διάθεση στερεών αποβλήτων (οικιακά και εμπορικά σκουπίδια, υπολείμματα λιθάνθρακα και αγροτικές καύσεις) (Τσιούρης, 2001).
Ένα αξιοσημείωτο ποσοστό των υλικών που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα σε σημαντικές ποσότητες είναι απλά, σχετικά, μόρια: μονοξείδιο του άνθρακα (CO), διοξείδιο του άνθρακα (CO2), διοξείδιο του θείου (SO2), οξείδια του αζώτου (ΝΟ, ΝΟ2 και Ν2Ο), υδρόθειο (H2S), αμμωνία (ΝΗ3), υδροχλώριο (HCl), υδροφθόριο (HF) κ.τ.λ., καθώς και διάφοροι διαλύτες και υδρογονάνθρακες που εξατμίζονται λόγω πτητικότητας, όπως αλκάνια, αλκένια και αρωματικοί υδρογονάνθρακες με σχετικά απλή δομή.
Επιπρόσθετα με αυτά τα υλικά, η ατμόσφαιρα δέχεται και άλλες εκπομπές, κυρίως από τη βιομηχανία, που περιλαμβάνουν πιο πολύπλοκα μόρια πολυαρωματικών υδρογονανθράκων και διοξινών, τα οποία μάλιστα συχνά αναφέρονται ως τοξικά αέρια. Ουσίες σαν αυτές που αναφέρθηκαν παραπάνω και οι οποίες εκπέμπονται απευθείας από την πηγή ονομάζονται πρωτογενείς ρύποι.
Πρέπει να τονιστεί ότι το φαινόμενο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης δεν είναι αποτέλεσμα αποκλειστικά και μόνο των πρωτογενών ρύπων. Στην ατμόσφαιρα συμβαίνουν διάφορες χημικές αντιδράσεις, τόσο μεταξύ των ρύπων όσο και μεταξύ των ρύπων με μόρια που απαρτίζουν την καθαρή ατμόσφαιρα.
Η ατμόσφαιρα θα πρέπει να θεωρηθεί ως ένας τεράστιος αντιδραστήρας, μέσα στον οποίο λαμβάνουν χώρα διάφορες χημικές μεταβολές στα μόρια των ρύπων, διαμέσου φωτοχημικών, ομογενών αλλά και ετερογενών (κατόπιν συμμετοχής και της σωματιδιακής ύλης) αντιδράσεων. Έτσι προκύπτει η παραγωγή νέων οντοτήτων που ονομάζονται δευτερογενείς ρύποι. Οι δευτερογενείς ρύποι είναι υπεύθυνοι, κατά κύριο λόγο, για τα φαινόμενα του φωτοχημικού νέφους, της μειωμένης ορατότητας, του ερεθισμού των ματιών και των αναπνευστικών προβλημάτων, αλλά και για μία σειρά καταστροφών στη χλωρίδα, την πανίδα και τα υλικά. Αν είναι γνωστή η χημική διαδικασία, μέσω της οποίας παράγεται ένας δευτερογενής ρύπος, ο πλέον ενδεδειγμένος τρόπος για να ελεγχθεί, είναι η παρέμβαση στη δημιουργία του πρωτογενούς ρύπου, από τον οποίο προέρχεται (Σχήμα 1.2) (Γεντεκάκης, 1999).
Οι ρύποι, ανεξάρτητα από το αν είναι πρωτογενείς ή δευτερογενείς μπορούν να καταταχθούν και σύμφωνα με τη χημική τους σύνθεση. Οι οργανικές
ενώσεις περιέχουν άνθρακα και υδρογόνο και πολλές επίσης περιέχουν στοιχεία τέτοια, όπως το οξυγόνο, το άζωτο, ο φώσφορος και το θείο. Οι υδρογονάνθρακες είναι οργανικές ενώσεις που περιέχουν μόνο άνθρακα και υδρογόνο. Άλλες οργανικές ενώσεις που σχετίζονται με τη ρύπανση του αέρα είναι τα καρβοξυλικά οξέα, οι αλκοόλες, οι αιθέρες, οι εστέρες, οι αμίνες και οι οργανικές θειούχες ενώσεις.
Ανόργανα υλικά βρίσκονται στην ατμόσφαιρα ως ρυπαντές και είναι το μονοξείδιο του άνθρακα, το διοξείδιο του άνθρακα, τα ανθρακικά παράγωγα, τα οξείδια του θείου, τα οξείδια του αζώτου, το όζον, το υδροφθόριο και το υδροχλώριο.
Οι ατμοσφαιρικοί ρύποι, βάσει της κατάστασης της ύλης διακρίνονται σε σωματίδια ή αέρια (Πίνακας 1.2). Τα σωματίδια διαιρούνται σε στερεά και υγρά, συμπεριλαμβανομένων της σκόνης, της αιθάλης, του καπνού, της ιπτάμενης τέφρας και της ομίχλης. Υπό κατάλληλες συνθήκες τα σωματίδια μπορούν να κατακαθήσουν. Οι αέριοι ρύποι, αμορφοποίητα ρευστά που καταλαμβάνουν πλήρως το χώρο που τους διατίθεται, συμπεριφέρονται όμοια με τον αέρα και δεν κατακάθονται. Αντίθετα με τις ουσίες που είναι αέρια σε κανονική θερμοκρασία και πίεση, οι αέριοι ρύποι περιλαμβάνουν ατμούς ουσιών που είναι υγρές ή στερεές σε κανονική θερμοκρασία και πίεση. Μεταξύ των κοινών αερίων ρύπων είναι τα οξείδια του άνθρακα, τα οξείδια του θείου, τα οξείδια του αζώτου, οι υδρογονάνθρακες και τα οξειδωτικά (Γεωργιάδου, 2001).
Σχήμα 1.2: Πρωτογενείς και δευτερογενείς ρύποι, Πηγή: Γεντεκάκης, 1999
Πίνακας 1.2: Κατάταξη των ρυπαντών, Πηγή: Ε.Ρ.Α.
Κυριότερες
κατηγορίες Υποκατηγορίες Τυπικά μέλη των υποκατηγοριών Στερεά Σκόνη, καπνός, αιθάλη, τέφρα
Σωματίδια
Υγρά Ομίχλη (σταγονίδια)
Αέρια
Οργανικά Υδρογονάνθρακες Εξάνιο, βενζόλιο, αιθυλένιο, μεθάνιο, βουτάνιο, βουταδιένιο
Αλδεϋδες και κετόνες Φορμαλδεϋδη, ακετόνη
Άλλα οργανικά Χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες, αλκοόλες Ανόργανα Οξείδια του άνθρακα Μονοξείδιο και διοξείδιο
Οξείδια του θείου Διοξείδιο και τριοξείδιο Οξείδια του αζώτου Διοξείδιο και νιτρικό οξείδιο Άλλα ανόργανα Υδρόθειο, υδροφθόριο, αμμωνία
Ανάλογα με τη δραστικότητά που παρουσιάζουν οι ατμοσφαιρικοί ρύποι διακρίνονται σε δύο κατηγορίες. Η πρώτη κατηγορία είναι οι τοξικοί ή υψηλής τοξικότητας ρύποι. Είναι ουσίες πολύ δραστικές, γι’ αυτό και εξαφανίζονται δρώντας ταχύτατα. Έχουν το χαρακτηριστικό ότι έστω και σε μικρή συγκέντρωση δημιουργούν άμεσες επιδράσεις στην ανθρώπινη υγεία. Τέτοιοι ρύποι είναι ο αμίαντος (δημιουργείται κυρίως από το φρενάρισμα των αυτοκινήτων), οι ατμοί υδραργύρου και το μεταλλικό βηρύλιο (δημιουργούνται σε διάφορους εργασιακούς χώρους) κ.ά.
Η δεύτερη κατηγορία είναι οι συνηθισμένοι ή κοινωνικοί ρύποι. Είναι ουσίες που μπορεί να υπάρχουν σε μία φυσική ατμόσφαιρα, μπορεί όμως και να μην υπάρχουν. Έχουν μακρόχρονη δράση, επειδή είναι, χημικά, σχετικά αδρανείς και δεν έχουν άμεσες επιδράσεις στον άνθρωπο. Παραδείγματα τέτοιων ρύπων είναι τα CO, SO2 και ΝΟx (Καρράς, 1994).
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ
2.1 ΓΕΝΙΚΑ
Ως πηγές ατμοσφαιρικής ρύπανσης ορίζονται οι φυσικές διεργασίες ή οι ανθρώπινες δραστηριότητες, από τις οποίες παράγονται και διοχετεύονται στην ατμόσφαιρα οι ρύποι (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]).
Οι πηγές της ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι τόσες πολλές όσοι και οι άνθρωποι πάνω στη Γη. Στην πραγματικότητα, κάθε άνθρωπος είναι εν δυνάμει μία πηγή ρύπανσης, μέσω των καθημερινών του δραστηριοτήτων.
Διακρίνονται σε φυσικές και τεχνητές (Γεντεκάκης, 1999).
Στις φυσικές πηγές υπάγονται η ηφαιστειακή δραστηριότητα, από την οποία εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα μεγάλες ποσότητες αερίων και σωματιδίων, η αποσάθρωση του εδάφους, η σήψη οργανικών ουσιών, οι πυρκαγιές των δασών, η θάλασσα, από την οποία μετακινούνται προς την ατμόσφαιρα σταγονίδια θαλασσινού νερού, οι έρημοι, τα υπολείμματα από την καύση μετεωριτών, λόγω της τριβής τους με τον αέρα κ.τ.λ.
Στις τεχνητές πηγές υπάγονται όλες οι ανθρώπινες δραστηριότητες, από τις οποίες μπορούν να παραχθούν ρύποι. Οι πηγές αυτές διακρίνονται σε κινητές και σταθερές (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]).
2.2 ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
Οι εκλύσεις μίας έκρηξης ηφαιστείου μπορούν να είναι τέτοιου μεγέθους ώστε να βλάψουν το περιβάλλον. Ένα ηφαίστειο που εκρήγνυται εκλύει σωματίδια ύλης, καθώς και διάφορα αέρια, όπως διοξείδιο του θείου, υδρόθειο, μεθάνιο, φθορίδια κ.τ.λ. Νέφη ηφαιστειακής σωματιδιακής ύλης και αερίων μεταφέρονται μέσω του αέρα για πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Οι φωτιές στα δάση και σε μεγάλες εκτάσεις κατατάσσονται συνήθως στις φυσικές πηγές, παρά το γεγονός ότι μπορεί να προήλθαν αρχικά από ανθρώπινη αμέλεια και ασυνειδησία. Τέτοιες φωτιές εκλύουν μεγάλες ποσότητες ρύπων με τη μορφή καπνού, άκαυστων υδρογονανθράκων, μονοξειδίου και διοξειδίου του άνθρακα, οξειδίων του αζώτου και ιπτάμενης τέφρας. Εκτεταμένες πυρκαγιές σε δάση μπορούν να δημιουργήσουν νέφος, το οποίο να προκαλέσει μείωση της ορατότητας και του ηλιακού φωτός σε μεγάλες αποστάσεις από την πηγή.
Δυνατοί άνεμοι που συχνά συμβαίνουν σε πολλά μέρη του κόσμου, οι οποίοι μετακινούν μεγάλες ποσότητες σωματιδιακής ύλης, αποτελούν μία συνηθισμένη πηγή ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Ακόμα και μία σχετικά μικρή καταιγίδα, αυτής της μορφής, μπορεί να προκαλέσει το διασκορπισμό σωματιδίων της ύλης σε επίπεδα μιας ως και δύο τάξεων μεγέθους πάνω από τα ασφαλή όρια που θέτουν τα «Κριτήρια Ποιότητας του Αέρα».
Η σωματιδιακή ύλη που μεταφέρεται μέσω ανέμων από τις ερήμους προκαλεί σοβαρά προβλήματα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα για τη Ελλάδα είναι ο άνεμος με την επωνυμία Λίβας ή Σιρόκος, που προκαλεί συχνά έντονη μείωση της ορατότητας, λόγω της χρυσοκόκκινης σκόνης που μεταφέρει από την έρημο της Λιβύης ή από τη Σαχάρα.
Οι ωκεανοί και οι θάλασσες αποτελούν μία τεράστια φυσική πηγή ρύπων. Ο ωκεανός εκλύει συνεχώς αιωρούμενα σωματίδια στην ατμόσφαιρα, με τη μορφή σωματιδίων άλατος (NaCl), τα οποία είναι διαβρωτικά για τα μέταλλα και τις κατασκευές. Οι ωκεανοί αποτελούν επίσης σημαντική πηγή πρωτογενών ρύπων όπως CO, SO4-2, κ.τ.λ., λόγω αντιδράσεων και μετατροπών που μπορεί να συμβαίνουν στη μάζα τους.
Μία εκτεταμένη πηγή φυσικών ρύπων είναι τα φυτά και τα δέντρα. Αν και τα πράσινα φυτά παίζουν σημαντικό ρόλο στη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε οξυγόνο μέσω της φωτοσύνθεσης, παραμένουν η κύρια πηγή εκπομπής υδρογονανθράκων για τον πλανήτη. Το γαλάζιο σύννεφο ομίχλης πάνω από δασικές περιοχές προέρχεται σχεδόν όλο από ατμοσφαιρικές αντιδράσεις, στις οποίες συμμετέχουν πτητικές οργανικές ενώσεις που παράγονται από τα δέντρα του δάσους. Ένας άλλος αέριος ρύπος, ο οποίος οφείλεται στην πανίδα, είναι η γύρη, η οποία προκαλεί δύσπνοια και αλλεργίες στους ανθρώπους.
Άλλες φυσικές πηγές, όπως οι λίμνες με γλυκό ή αλμυρό νερό, έχουν συνήθως τοπικής κλίμακας επιπτώσεις στο περιβάλλον. Τα θειούχα αέρια από τις θερμές πηγές ανήκουν επίσης στην κατηγορία των φυσικών πηγών. Η μυρωδιά τους είναι ιδιαίτερα έντονη κοντά στην πηγή, αλλά εξαφανίζεται μερικά χιλιόμετρα πιο πέρα (Γεντεκάκης, 1999).
Παρά τη σημαντικότητά τους, οι φυσικές πηγές σπάνια επηρεάζουν άμεσα τον άνθρωπο, είτε γιατί εκτείνονται σε μεγάλη γεωγραφική κλίμακα, είτε γιατί η ύπαρξή τους εντάσσεται στα πλαίσια της εξέλιξης των πλανητικών συνθηκών, είτε γιατί δρουν από πολλά χρόνια και έχουν αναπτυχθεί από τον άνθρωπο κατάλληλοι μηχανισμοί άμυνας απέναντί τους. Από τον κανόνα εξαιρούνται, βέβαια, αιφνίδια φυσικά γεγονότα που μπορούν να επηρεάσουν σε τοπική κυρίως κλίμακα (π.χ. διαρροή φυσικού αερίου κοντά σε κάποιο οικισμό) (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]).
2.3 ΤΕΧΝΗΤΕΣ ΠΗΓΕΣ
Οι τεχνητές πηγές διακρίνονται σε κινητές και σε σταθερές πηγές. Σε αντίθεση με τις φυσικές πηγές ατμοσφαιρικής ρύπανσης, οι τεχνητές πηγές λειτουργούν στον ίδιο χώρο που ζει ο άνθρωπος, παράγουν συνεχώς νέες και σύνθετες ποικιλίες ρύπων, έχουν άμεση επίδραση πάνω του και απρόβλεπτες βλαπτικές συνέπειες στο περιβάλλον (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]).
2.4 ΚΙΝΗΤΕΣ ΠΗΓΕΣ
Ως κινητή πηγή ρύπανσης χαρακτηρίζεται η πηγή εκείνη που μετακινείται από το ένα μέρος στο άλλο με ενέργεια που παράγει η ίδια (Γεντεκάκης, 1999). Οι κινητές πηγές περιλαμβάνουν όλα τα μεταφορικά μέσα που χρησιμοποιούνται για τη διακίνηση ανθρώπων και εμπορευμάτων, όπως
αεροπλάνα, τραίνα, πλοία και φυσικά αυτοκίνητα. Όλα τα ανωτέρω χρησιμοποιούν μηχανές διαφορετικών κύκλων και διαφορετικά καύσιμα.
Εκπέμπουν, επίσης, μία ποικιλία, στην ποσότητα και το είδος, απλών και σύνθετων ρύπων (Πίνακας 2.1). Τα αυτοκίνητα (ιδιωτικά επιβατηγά, ταξί, λεωφορεία, φορτηγά και μοτοποδήλατα) αποτελούν συνολικά τη σημαντικότερη πηγή ρύπανσης στις σύγχρονες πόλεις (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]). Στις Η.Π.Α. το 1990 βρίσκονταν σε κυκλοφορία πάνω από 100 εκατομμύρια αυτοκίνητα, συμπεριλαμβανομένων και των φορτηγών, λεωφορείων (15 εκατομμύρια) και δικύκλων (4 εκατομμύρια).
Πίνακας 2.1: Κινητές πηγές και εκπομπές τους, Πηγή: Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 2000 Τύπος μηχανής Καύσιμο Κύριοι ρύποι Μέσο
Τετράχρονη
(Otto) Βενζίνη HC, CO, CO2, NOx Αυτοκίνητα, δίτροχα Δίχρονη Βενζίνη HC, CO, CO2, NOx,
σωματίδια Δίτροχα, εξωλέμβιες Πετρελαίου
(Diesel)
Πετρέλαιο NOx, SOx, CO2, σωματίδια
Αυτοκίνητα Τουρμπίνα
(αεροπλάνα)
Κεροζίνη ΝΟx, σωματίδια, CO2 Αεροπλάνα, τραίνα Ατμομηχανή Πετρέλαιο,
C NOx, SOx, σωματίδια, CO2
Πλοία
Η ρύπανση οφείλεται καταρχήν στα προϊόντα καύσης των κινητήρων και περιλαμβάνει σχεδόν όλους τους γνωστούς ρύπους, καπνό, υδρογονάνθρακες, μονοξείδιο και διοξείδιο του αζώτου, διοξείδιο του θείου, και μικρά και μεγάλα σωματίδια με ποικιλία σύνθεσης και χημικής σύστασης, από τα οποία τα σπουδαιότερα για την υγεία είναι τα σωματίδια του μολύβδου.
Ειδικά για τα σωματίδια σημειώνεται ότι ένα σημαντικό ποσοστό τους παράγεται από την τριβή των ελαστικών στο οδόστρωμα, από την τριβή των φρένων και των μεταλλικών εξαρτημάτων μεταξύ τους, καθώς και από το κατακαθήμενο, στο οδόστρωμα, υλικό που επαναιωρείται από τα ρεύματα του αέρα, που δημιουργούνται από τις διελεύσεις των οχημάτων.
Οι αέριοι υδρογονάνθρακες και το μονοξείδιο του άνθρακα προκύπτουν γενικά από τις ατελείς καύσεις.
Επίσης, υδρογονάνθρακες, σε αέρια ή και σε υγρή μορφή, διαφεύγουν στην ατμόσφαιρα από το θάλαμο καύσης και από τη δεξαμενή καυσίμων των οχημάτων.
Οι εκπομπές οξειδίων του αζώτου προκύπτουν από τη χημική ένωση του αζώτου με το οξυγόνο του ατμοσφαιρικού αέρα στη διάρκεια της καύσης, κάτω από τις υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται και στη διάρκεια της διαδρομής των καπναερίων μέχρι την έξοδό τους από την εξάτμιση. Ειδικά το διοξείδιο του αζώτου παράγεται, κυρίως δευτερογενώς, από το μονοξείδιο του στον ελεύθερο αέρα, σαν προϊόν φωτοχημικών αντιδράσεων.
Το διοξείδιο του θείου που παράγεται έχει άμεση σχέση με την περιεκτικότητα του καυσίμου σε θείο και έτσι οι μεγαλύτερες ποσότητες του προκύπτουν από τα ντηζελοκίνητα οχήματα, εφόσον το πετρέλαιο τύπου
Diesel έχει πολύ μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε θείο, από την σχεδόν μηδενική περιεκτικότητα σε θείο που έχει η βενζίνη.
Σημαντικό ρόλο στην ποιότητα και κυρίως στην ποσότητα των ρύπων παίζουν οι συνθήκες κίνησής του, όπως η κίνηση στο «ρελαντί», η επιτάχυνση, η επιβράδυνση και το μέγεθος της ομαλής ταχύτητας (Πίνακας 2.2).
Η παραγωγή ρύπων από τα οχήματα καθορίζεται γενικά και από ένα μεγάλο πλήθος άλλων παραγόντων, μερικοί από τους οποίους είναι:
α) η ποιότητα του καυσίμου που χρησιμοποιείται β) η ιπποδύναμη του οχήματος
γ) τα κατασκευστικά στοιχεία του οχήματος δ) η ηλικία του οχήματος
ε) η κατάσταση του οχήματος από άποψη συντήρησης στ) ο τρόπος οδήγησης
ζ) οι εξωτερικές μετεωρολογικές συνθήκες η) η κλίση του δρόμου
θ) η κατάσταση του οδοστρώματος
ι) το βάρος του μεταφερόμενου ωφέλιμου φορτίου.
Τέλος, έμμεση παραγωγή ρύπων μπορεί να προκύψει από τις πρώτες ύλες και από τα προϊόντα που μεταφέρουν ορισμένες κατηγορίες οχημάτων (φορτηγά, βυτιοφόρα κ.τ.λ.) (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]).
Πίνακας 2.2: Ρύποι ανά κατηγορία οχημάτων και κατάσταση κίνησης (ενδεικτικά),
Πηγή: Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989
Βενζινοκίνητα Πετρελαιοκίνητα Ρύποι
Ρελ. Επχ. Επβ. Ταχ. Ρελ. Επχ. Επβ. Ταχ.
Μονοξείδιο του άνθρακα
ΧΧΧ ΧΧ Χ Χ Ο Ο Ο Ο
Υδρογονάνθρακες ΧΧ Χ Χ ΧΧ ΧΧ Χ Χ ΧΧΧ Οξείδια
υδρογονανθράκων Χ Χ Χ Ο ΧΧ Χ Χ ΧΧ Οξείδια αζώτου Χ ΧΧ Χ Χ Χ ΧΧ Χ Χ Διοξείδιο θείου Ο Ο Ο Ο Χ Χ Χ Χ Μόλυβδος Χ Χ Χ Χ Ο Ο Ο Ο Σωματίδια Χ Χ Χ ΧΧ ΧΧ ΧΧΧ ΧΧ ΧΧ
Οσμές Χ Χ Χ ΧΧ ΧΧ ΧΧ ΧΧ ΧΧΧ Συμμετοχή στη
φωτοχημική ρύπανση
ΧΧΧ Χ
Εξήγηση
Ρελ. = Ρελαντί Επχ. = Επιτάχυνση Επβ. = Επιβράδυνση Ταχ. = Ομαλή ταχύτητα
Ποσότητες Ο = Μηδέν Χ = Λίγες ΧΧ = Μέτριες ΧΧΧ = Πολλές
Η ρύπανση που προέρχεται από τα αεροπλάνα είναι σε ποιότητα ίδια περίπου με εκείνη που προέρχεται από τα οχήματα. Η ρύπανση αυτή έχει τοπικό κυρίως χαρακτήρα και αφορά τις περιοχές των αεροδρομίων. Πρέπει όμως να αναφερθεί ότι τα αεροπλάνα τύπου «τζετ» παράγουν σημαντικά μεγάλες ποσότητες οξειδίων του αζώτου και, επειδή το μεγαλύτερο διάστημα της πτήσης τους γίνεται σε ύψη πάνω από 7 km, θεωρούνται υπαίτια για την καταστροφή του όζοντος της στρατόσφαιρας, που οδηγεί σε απρόβλεπτες, ακόμη, συνέπειες για το κλίμα της Γης.
Η ρύπανση που προέρχεται από τα πλοία και τα τραίνα εξαρτάται από το είδος του καυσίμου, που χρησιμοποιούν οι πηγές αυτές.
Παλαιότερα, χρήση κάρβουνου δημιουργούσε μεγάλες ποσότητες καπνού και διοξειδίου του θείου. Σήμερα, η χρήση μαζούτ ή ακόμη και ηλεκτρικής ενέργειας στα τραίνα υποβάθμισε σημαντικά το ρόλο των πηγών αυτών (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]).
2.5 ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΠΗΓΕΣ
Οι σταθερές πηγές περιλαμβάνουν τις βιομηχανίες, τις βιοτεχνίες και τις εστίες θέρμανσης (Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989 [1]).
Η εξάρτηση του σύγχρονου ανθρώπου από τη βιομηχανία για την παραγωγή των αναγκαίων προϊόντων διαβίωσης, έχει σαν αποτέλεσμα την κατάταξη της βιομηχανίας σε ένα από τους κυριότερους παράγοντες ρύπανσης. Ένα μεγάλο ποσοστό της βιομηχανικής ρύπανσης προέρχεται από την επεξεργασία πρώτων υλών όπως ορυκτών, ξυλείας, αργού πετρελαίου κ.τ.λ., με σκοπό την παραγωγή εξειδικευμένων προϊόντων και ενέργειας (Γεντεκάκης, 1989).
Στις βιομηχανίες υπάγονται, με κριτήριο συνήθως την ιπποδύναμη τους, οι μεγάλες μονάδες παραγωγής, όπως οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, τα διυλιστήρια, τα χαλυβουργεία, οι τσιμεντοβιομηχανίες κ.τ.λ. Οι ρύποι που παράγονται είναι οι τυπικοί ρύποι της καύσης (καπνός, διοξείδιο του θείου, οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες κ.τ.λ.), αλλά και άλλοι χημικοί ρύποι που συνδέονται με την παραγωγική διαδικασία και αποτελούν διάφορες ποικιλίες σωματιδίων και χημικών ενώσεων (Πίνακας 2.3).
Πίνακας 2.3: Ρύποι κατά κλάδο βιομηχανίας, Πηγή: Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε., 1989
Βιομηχανίες Ρύποι
Θερμοηλεκτρικοί σταθμοί Καπνός, σωματίδια, οξείδια του θείου, οξείδια του αζώτου,
υδρογονάνθρακες
