Jednym z niebezpieczeństw dla całego środowiska naturalnego są zanieczyszczenia powietrza.

Przeważnie, powietrze zanieczyszczane jest przez: tlenki azotu, dwutlenek siarki i pyły.

Źródła zanieczyszczeń powietrza

Zanieczyszczenie powietrza to obecność w powietrzu wszystkich substancji gazowych, stałych i ciekłych, których ilości są większe od ich średnich zawartości. Wśród zanieczyszczeń są substancje naturalne, takie jak pyłki roślin i pyły pochodzące z wybuchów wulkanów, i pochodzące na skutek działań człowieka, m.in. gazy spalinowe i pyły przemysłowe. Generalny podział zanieczyszczeń powietrza jest na zanieczyszczenia pyłowe oraz gazowe.

Według Światowej Organizacji Zdrowia (World Health Organization) zanieczyszczone powietrze jest wtedy, kiedy jego zawartość negatywnie wpływa na wszystkie żywe organizmy, a także na pozostałe elementy natury, m.in. wody i gleby. Zanieczyszczone powietrze jest o tyle groźne, że jest mobilne i może właściwie spowodować skażenie całego środowiska naturalnego. Wśród najczęściej zanieczyszczających atmosferę na obszarach uprzemysłowionych są następujące substancje: tlenek węgla CO, dwutlenek siarki SO2, ozon troposferyczny O3, tlenki azotu NOx, węglowodory HC a także pył zawieszony oraz pył opadający, których podstawowym źródłem jest przemysł energetyczny oraz komunikacja. Do antropogennych źródeł zanieczyszczeń atmosfery zalicza się: chemiczną konwersję paliw, eksploatacja surowców oraz ich transport, przemysł chemiczny, metalurgiczny oraz rafineryjny, cementownie, motoryzację i składowiska surowców, odpadków. Do naturalnych  źródeł zanieczyszczeń atmosfery zalicza się: wybuchy wulkanów, erozję wietrzną skał, pyły kosmiczne, pożary lasów, stepów i część procesów biologicznych. Człowiek oddychając, wchłania wszelkie zanieczyszczenia z powietrza. Powoduje to choroby układu oddechowego, m.in. dychawicę oskrzelową, rozedmę płuc i zapalenie oskrzeli i występowanie alergii. Zanieczyszczenia atmosfery negatywnie wpływają na środowisko kulturowe ludzi. Przyczyniają się do powstawania korozji metali oraz materiałów budowlanych. Mają ujemny wpływ na rośliny, ponieważ zakłócają proces fotosyntezy, oddychania oraz transpiracji. Powodują wtórne skażenie wód i gleb. Mogą wpłynąć na zmianę klimatu.

Zanieczyszczone powietrz atmosferyczne przyczynia się do zwiększenia kwasowości wody pitnej. W wyniku tego, wzrasta zawartość cynku, miedzi, ołowiu, glinu, a także kadmu w wodzie pitnej. Kwaśne wody powodują niszczenie instalacji wodociągowych i wypłukują z niej rozmaite szkodliwe związki.

 Źródła skażenia atmosfery dzieli się na trzy grupy:

  •   punktowe, należą tu przede wszystkim zakłady przemysłowe, które emitują do powietrza tlenki azotu, dwutlenek siarki, tlenki węgla, pyły oraz niektóre metale ciężkie.
  •   powierzchniowe , inaczej rozproszone, należą tu paleniska domowe,  miejscowe kotłownie oraz małe zakłady przemysłowe, które emitują przede wszystkim  dwutlenek siarki i pyły.
  •   liniowe, należy tu przede wszystkim motoryzacja, która emituje tlenki węgla i azotu oraz metale ciężkie (przede wszystkim ołów).

Wśród skutków skażenia powietrza atmosferycznego wymienia się m.in.:

  •   Kwaśny deszcz

Kwaśne deszcze są opadami atmosferycznymi, w których składzie jest m.in. kwas siarkowy (VI), tworzący się z zanieczyszczeń obecnych w atmosferze – z  tlenków siarki pochodzących z procesów spalania węgla z zawartością siarki i jej związków. Kwaśne opady powodują wzrost śmiertelności wśród niemowląt oraz osłabienie płuc, przyczyniają się również do zakwaszenia wód śródlądowych, niszczenia przyrody, degradacji gleb, niszczenia zabytków oraz całej architektury.

Smog jest zanieczyszczonym powietrzem o dużej zawartości trujących gazów oraz pyłów, przede wszystkim pochodzących z komunikacji i przemysłu. Istnieją dwa typy smogu:

  •   smog typu Los Angeles, inaczej smog utleniający, fotochemiczny. Pojawia się w czasie od lipca do października, jeśli temperatura wynosi około 24 - 35°C. Smog ogranicza widoczność do 0,8 - 1,6 km, jest to spowodowane powietrzem o brązowawym zabarwieniu. Zanieczyszczenia wpływające na wystąpienie smogu to przede wszystkim: tlenki azotu, ozon, tlenek węgla, węglowodory aromatyczne, węglowodory  nienasycone oraz pyły przemysłowe. Smog typu Los Angeles pojawia się przy silnym nasłonecznieniu powietrza, żadnego istotnego wpływu na jego pojawienie mają mgła oraz dym.
  •   Smog typu londyńskiego, inaczej "siarkawy", kwaśny. Pojawia się w prze zimowej, jeśli temperatura wynosi około -3¸5°C. Smog ogranicza widoczność do kilkudziesięciu metrów. Zanieczyszczenia wpływające na wystąpienie smogu to przede wszystkim: dwutlenek węgla, dwutlenek siarki oraz pyły. Smog typu londyńskiego wywołuje podrażnienia skóry, duszności, łzawienie oraz zaburzenia w pracy układu krążenia. Działa silnie korozyjnie na środowisko.

  Dziura ozonowa

Dziura ozonowa charakteryzuje się spadkiem ilości ozonu O3, występującego na wysokości około 15 do 20 km. Największy jego spadek obserwuje się przede wszystkim na terenie bieguna południowego, przy końcu lat 80. ubytek ozonu szacuje się na blisko 3% w ciągu roku. Duży wpływ na pojawienie się dziury ozonowej mają freony, czyli związki chlorofluorowęglowe. W wyniku działania promieniowania ultrafioletowego z freonów uwalnia się chlor, który atakując cząsteczki ozonu powoduje uwolnienie tlenu O2 i tlenku chloru ClO. Działalność człowieka przyczynia się do globalnego spadku zawartości ozonu stratosferycznego (oprócz Antarktydy), wynoszącego 0,4-0,8% w skali roku na szerokości geograficznej północnej, umiarkowanej oraz mniejszego od 0,2% na terenach tropikalnych. Warstwa ozonowa stanowi naturalny filtr, który chroni żywe organizmy przed wpływem szkodliwego promieniowania ultrafioletowego. Aby zapobiec wzrostowi dziury ozonowej, podjął inicjatywę UNEP (Program Ochrony Środowiska Narodów Zjednoczonych). W 1987  reprezentanci 31 państw złożyli podpis pod Protokołem Montrealskim, umową, w której  założono 50-procentowy spadek wytwarzania freonów do 2000 roku w porównaniu do 1986. Od 1990 roku sukcesywnie zmniejsza się wzrost freonów w powietrzu atmosferycznym, zmalał z 5% do wartości poniżej 3% na rok. W 1995 roku dwóch chemików M. Molina oraz F.S. Rowland, otrzymali Nagrodę Nobla za prowadzenie badań dotyczących wpływu freonów na ozon atmosferyczny. Nagrodę przyznano również  holenderskiemu chemikowi, P. Crutzenowi za prowadzenie badań dotyczących powstawania ozonu atmosferycznego oraz  jego reakcji.

  •   Freony

Freony są pochodnymi chlorowcowych węglowodorów nasyconych.  Freony zawierają głównie fluor i chlor, mogą także zawierać brom, np. dichlorotetrafluoroetan C2C2F4 (F-114) i dichlorodifluorometan CCl2F2 (F-12). W niskiej temperaturze niższe freony charakteryzują się wysoką prężnością pary oraz dużym ciepłem parowania. Nie posiadają zapachu, albo posiadają zapach eteru, są bezbarwne, nie są trujące, nie są palne, nie wywołują korozji metali, można je łatwo skroplić, charakteryzuje je małe napięcie powierzchniowe oraz mała lepkość. Niższe freony powstają w reakcji tetrachlorometanu i fluorowodoru. Wyższe freony pełnią rolę smarów oraz olejów izolacyjnych. Kiedyś freony w postaci gazowej wykorzystywane były do urządzeń chłodniczych i pełniły rolę propelentów w rozpylaczach kosmetyków oraz gaśnicach. Teraz powoli wycofuje się freony, ponieważ niszczą powłokę ozonową (powstaje dziura ozonowa) w stratosferze. W stratosferze freony w wyniku działania promieniowania UV o długości fali z zakresu 190-220 nm ulegają reakcji fotolizy, która prowadzi do wyzwolenia atomów chloru. Następnie chlor ulega kolejnym reakcjom.

   Cl + O3 = ClO + O2

ClO + O = Cl +O2

Dolna stratosfera zawiera freony o stężeniu około 5 ppb, następuje w niej ciągły wzrost zawartości freonów.

Na rozległych terenach Europy Wschodniej oraz w krajach uprzemysłowionych  nie zauważono istotnej poprawy stanu powietrza atmosferycznego. W Europie Wschodniej (zwłaszcza w dużych miastach „czarnego trójkąta” – Śląsk, Czechy oraz Zagłębie Ruhry), występuje ogromne zanieczyszczenie dwutlenkiem siarki wskutek występowania na tym terenie przemysłu ciężkiego i głównie braku właściwych przepisów. W krajach o szybkim rozwoju gospodarczym i przemysłowym znacznie pogarsza się stan powietrza atmosferycznego, ponieważ przemieszcza się do nich zanieczyszczone powietrze z innych terenów uprzemysłowionych a także brak odpowiednich środków umożliwiających modernizację produkcji.

Zanieczyszczenia w Polsce

Powietrze stanowi mieszaninę gazów, której skład jest następujący: azot - 78%, tlen – 21%, dwutlenek węgla, gazy szlachetne oraz para wodna - 1%. Na jakość powietrza atmosferycznego w Polsce ma wpływ emisja zanieczyszczeń na obszarze Polski, warunki klimatyczne i transport transgraniczny. Pod względem ilości wyemitowanych do atmosfery zanieczyszczeń, Polska jest na III miejscu w świecie. Podwyższony stopień zanieczyszczenia atmosfery ma miejsce na blisko 20% powierzchni Polski.

Na taką sytuację mają wpływ następujące czynniki:

  •   energetyka – używanie węgla kamiennego i brunatnego
  •   rozwinięty, lecz nie doinwestowany ekonomicznie przemysł surowcowy
  •   zbyt mała ilość instalacji oczyszczających gazy odlotowe
  •   intensywnie rozwijający się transport samochodowy  - pojazdy, drogi 
  •   opóźnienie w rozwoju prawa ekonomicznego i jego egzekucji

Na czystość powietrza atmosferycznego na Górnym Śląsku ma wpływ emisja zanieczyszczeń nie tylko z polskich źródeł przemysłowych, ale także z Niemiec oraz Czech. Natomiast z polskich terenów zanieczyszczenia przemieszczają się nad północne i wschodnie tereny krajów przyległych. Polska jest krajem, który wymienia zanieczyszczenia, czyli wielkość "eksportu" zanieczyszczeń jest w przybliżeniu taka sama jak wielkość "importu". Określono, że w Polsce całkowita ilość wyemitowanych zanieczyszczeń gazowych w roku 1994 stanowiła nie mniej niż 10 mln ton - dwutlenek siarki  - 2.6 mln ton (w roku 1989 wyniosła 3,9 mln ton, a w roku 1991- 3,0 mln ton), tlenki azotu - 1,1 mln ton (w roku 1989 wyniosła 1,5 mln ton, a w roku 1991-1,2 mln ton), tlenek węgla - 4,4 mln ton, lotne substancje organiczne - 1,7 mln ton, amoniak - 384 tys. ton, dwusiarczek węgla - 20 tys. ton, siarkowodór - 9 tys. ton oraz związki fluoru - 4 tys. ton. Oprócz tego, emisja dwutlenku węgla jest określana na blisko 400 mln ton. Emisja pyłów w latach 1989-94 uległa zmniejszeniu z 2,4 mln ton do 1,4 mln ton w ciągu roku. Emisja zanieczyszczeń jest rozłożona wysoce nierównomiernie: na terenach wysoko uprzemysłowionych emisja zanieczyszczeń jest największa. Stanowczo w fatalnej sytuacji znajduje się województwo śląskie – tam, na terenie wynoszącym niewiele 2,1% powierzchni Polski jest skoncentrowane nawet 20-25% krajowej emisji tlenków azotu, dwutlenku siarki oraz pyłów. Już od dawna na Śląsku przekracza się dozwolone wartości stężeń głównych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego, wliczając metale ciężkie, tlenek węgla oraz węglowodory. Nadmierne stężenia pyłów i trujących gazów obserwuje się na terenach zurbanizowanych, głównie znajdujących się przy ruchliwych miejskich drogach.

Także w Krakowie środowisko naturalne jest w tragicznym stanie. Na tak duże zagrożenie ekologiczne wpłynęła działalność człowieka. W Krakowie jest bardzo zanieczyszczona atmosfera, wody oraz gleby. Największy wpływ na taki stan przyrody mają zakłady przemysłowe. Kraków oraz niektóre miasta Górnego Śląska posiadają tak skażoną atmosferę, że tworzy się na tych obszarach kwaśny smog typu londyńskiego. Skażenie atmosfery posiada duży wpływ na życie ludzi. Kwaśny smog niekorzystnie działa na układ krążenia, drogi oddechowe oraz oskrzela. Degraduje także zabytki i inne budowle.

W celu poprawienia jakości powietrza atmosferycznego trzeba:

  •   poczynić zmiany technologiczne
  •   zainstalować efektywne urządzenia oczyszczające na wszystkich emitorach zanieczyszczeń - absorbery, cyklony, adsorbery, odpylacze, kompresory, reaktory katalityczne, piece do spalania, kondensatory
  •   wyznaczyć właściwe kryteria oceny zanieczyszczeń

Wraz z początkiem lat 90. zaobserwowano spadek emisji zanieczyszczeń atmosfery. Na początku wynikało to ze zmniejszeniem produkcji przemysłowej, teraz – wynika to z instalowania urządzeń ochronnych. Zwiększyła się również ilość urządzeń odpylających oraz średnia ich efektywność. Tworzy się innowacyjne instalacje do odsiarczania spalin oraz do eliminacji tlenków azotu ze spalin. Zanieczyszczenia, które zostały zatrzymane i zneutralizowane w instalacjach oczyszczających stanowią: pyły - blisko 98% całkowitej ilości zanieczyszczeń, dwutlenek siarki – blisko 26%. Szybkość samooczyszczania powietrza atmosferycznego wynosi kilka dób.