Monitoring środowiska to nic innego, jak badanie, analizowanie oraz przeprowadzanie oceny stanu, w jakim środowisko się znajduje, mające na celu zarejestrowanie zmian z nim zachodzących.

Proces, który generuje degradację naturalnego środowiska, jest złożony. Najważniejsze jego czynniki to:

    • postępująca urbanizacja, zachodząca na obszarze całego świecie, będąca nieodwracalnym procesem;
    • nowe technologie, szczególnie emitujące do powietrza atmosferycznego szkodliwe dla środowiska produkty reakcji;
    • eksploatacja naturalnych zasobów w zbyt intensywny sposób;
    • ogromna produkcja odpadów, które są deponowane na wysypiskach, powodując skażenie wód podziemnych i gleby, a także przyczyniające się do emitowania do atmosfery całego spektrum szkodliwych gazów;
    • naturalne oraz techniczne katastrofy, np. huragany, czy powodzie, często mające antropogeniczną genezę;
    • rolnictwo, w którym chemiczne substancje służą powiększaniu plonów, pojawiając się coraz częściej, również szeroko stosowane środki ochrony roślin;
    • urządzenia i materiały generujące pole elektrostatyczne, jonizujące oraz magnetyczne, stosowane coraz powszechniej.

Taka sytuacja wymaga coraz szerszego stosowania ekologicznego monitoringu powietrza, zwłaszcza w miejscach będących dużymi skupiskami ludzi. Taki monitoring stopnia skażenia powietrza służy:

  • rejestrowaniu parametrów, które określają faktyczne skażenie powietrza atmosferycznego oraz porównywaniu uzyskanych wyników do określonych norm stężeń;
  • rejestrowaniu aktualnych meteorologicznych warunków oraz przewidywaniu ich stanu na czas najbliższy;
  • określaniu przyczynowo-skutkowych związków biorących pod uwagę źródło oraz wielkość emisji, kierunek napływu uwarunkowane np. topograficznymi, czy meteorologicznymi warunkami;
  • ocenianiu, czy nie grozi w danym momencie przekroczenie dopuszczalnych norm oraz podejmowaniu odpowiednich kroków zaradczych, zapobiegających takiej właśnie sytuacji, jak również informowaniu społeczeństwa o ewentualnych zagrożeniach w momencie braku możliwości zaradzenia im oraz podaniu właściwych organizacyjnych zaleceń.

Stan środowiska może być monitorowany pod względem stopnia zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego pyłami oraz gazami, zanieczyszczenia gleb, zanieczyszczenia wód, poziomu hałasu, ilości oraz składu ścieków, wielkości oraz charakterystyki nagromadzanych odpadów, a także obejmować może cały szereg elementów ożywionej przyrody. Parametry mogą być rejestrowane manualnie, bądź automatycznie.

Dzięki przeprowadzaniu monitoringu można podejmować próbę prognozowania stanu środowiska dla określonego przedziału czasu. Takie prognozy mogą stanowić następnie punkt wyjścia do podejmowania administracyjnych decyzji, dążących do ograniczenia środowiskowych stężeń, które pochodzą z różnego rodzaju źródeł zagrożeń, zarówno doraźnych, jak i długofalowych.

Cel ograniczenia nadmiernego stężenia szkodzących atmosferze gazów oraz pyłów uzyskać można na kilku drogach:

    • ścieżka prawna;
    • konsensus pomiędzy producentem przewyższających normy stężenia emisji a różnymi służbami ochrony środowiska oraz terenowymi władzami;
    • modele matematyczne, czyli ujmujące współzależność pomiędzy źródłem emisji (oraz całym szeregiem różnych czynników) z prawnymi wymogami algorytmy;
    • administracyjny nakaz władz terenowych (w wypadku wystąpienia takiej konieczności).

Przykładem mogącym zilustrować wdrożenie w życie przedstawionych powyżej zasad jest funkcjonujący od roku 1991 ekologiczny monitoring skażenia powietrza przeprowadzany w Krakowie. Jest on ważny, ponieważ małopolskie województwo jest jednym z 27 ekologicznie zagrożonych obszarów w Polsce.

Automatyczny system monitorujący poziom zanieczyszczenia powietrza złożony jest z siedmiu stałych oraz jednej ruchomej stacji. Dzięki niemu mierzyć można stężenie następujących substancji: dwutlenku siarki (SO2), dwutlenku azotu (NO2), innych tlenków azotu (NOx), tlenku węgla (CO), ozonu (O3), pyłu zawieszonego (o średnicy < 10 μm). Pył zawieszony pobierany jest do chemicznej analizy w pięciu stacjach, natomiast trzy stacje stale dokonują meteorologicznych pomiarów. Ostatnimi laty prowadzona jest też rejestracja metali ciężkich, czyli: żelaza (Fe), chromu (Cr), cynku (Zn), kadmu (Cd), miedzi (Cu), ołowiu (Pb), nikielu (Ni). Planuje się również okresowo (zimą) mierzyć poziom dioksyn.

Wykorzystywana do monitoringu aparatura pochodzi ze Stanów Zjednoczonych (podarunek), natomiast cała organizacja, montaż oraz uruchomienie sieci stanowi dzieło już krakowskich służb chroniących środowisko. Stacje zostały zlokalizowane w bardzo starannie wybranych miejscach tak, aby otrzymywany obraz skali oraz pochodzenia zanieczyszczeń był w miarę możliwości jak najbardziej czytelny. Istnieje również mobilna stacja wspierająca pozostałe stacje, dzięki której co jakiś czas może być zmieniany teren badań, a to zezwala już na otrzymanie jeszcze bardziej czytelnego, dokładniejszego obrazu powstawania przestrzennego zanieczyszczeń oraz ich rozchodzenia się.

Uzyskane w ciągu miesiąca informacje na temat poziomu zanieczyszczenia powietrza są, po powiązaniu ich z najważniejszymi meteorologicznymi zjawiskami, przekazywane do wiadomości ogólnej.

Stężenia zanieczyszczeń atmosferycznych, które są dopuszczalne, wyrażane są w μm/m3, a określane są w formie:

  • stężenia chwilowego (w czasie 30 minut) - D30;
  • stężenia średnio dobowego (w czasie 24 godzin) - D24;
  • stężenia średnio miesięcznego (określanego według zasady: Σ D24 podzielona przez liczbę dni w miesiącu) - DM;
  • stężenie średnio rocznego (w czasie 1 roku) - DA.

Istnieją odpowiednie normy określające, jakie są dopuszczalne stężenia zanieczyszczenia powietrza dla różnych obszarów (obszarów chronionych, czyli miejsc zamieszkania człowieka, czy dla obszaru chronionego w sposób specjalny). Następująca prawidłowość zachodzi pomiędzy wartościami powyżej przedstawionych stężeń:

DA < DM < D24 < D30

Stacje automatycznie pobierające pomiar skali zanieczyszczeń tworzą łącznie sieć, która za pomocą modemów połączona jest z komputerem centralnym, a ten rejestruje wszystkie zmierzone wartości. Następnie robiona jest analiza wyników i są one opracowywane. Uzyskane dane pozwalają na miedzy innymi postawienie prognozy stanu zagrożenia smogiem. Tę sieć monitoringu automatycznego badającego zanieczyszczenie powietrza wspierają dodatkowo urządzenia pomiarowe pochodzące z Instytutu Meteorologii oraz Gospodarki Wodnej (IMiGW). Dzięki temu badania zostają uzupełnione o dane meteorologiczne, takie jak: prędkość i kierunek wiatru, ilość i rodzaj opadów, temperatura powietrza, ciśnienie, pojawienie się zjawisk inwersji.

Spodziewany poziom skażenia powietrza może być określony w oparciu o prognozę pogody oraz znajomość specjalnego algorytmu, czyli odpowiedniego przepisu matematycznego, udzielającego odpowiedzi na zapytanie o najbardziej prawdopodobny stan stopnia skażenia powietrza, jaki pojawi się w ciągu najbliższej doby.

Dzięki porównaniu spodziewanego stopnia skażenia powietrza oraz dopuszczalnej normy, komputer centralny może dać odpowiedź, czy taki poziom skażenia utrzymuje się w normie, bądź jest on już w stanie ostrzegawczym, czy nawet alarmowym. Stanowi to następnie podstawę wydania odpowiednich administracyjnych decyzji, w wyniku których zostaje np. ograniczony ruch kołowy, zatrzymana produkcja w konkretnych zakładach, zmieniona technologia, zmieniony gatunek paliwa, bądź też następuje ochrona mieszkańców (zwłaszcza dzieci) poprzez np. zamknięcie szkół, przedszkoli, żłobków, polecenie pozostania w domach niektórych grup ludności (osoby starsze, chore), ewakuację ze skażonego terenu. Dodatkowo, uzyskana informacja o możliwości wystąpienia przekroczenia dopuszczalnej normy, stanowi podstawę do poczynienia odpowiednich kroków organizacyjnych, mających na celu nie dopuszczenie do tego.

Swoje źródło w monitoringu stopnia skażenia środowiska mają również przeprowadzane doraźnie lub długofalowo działania wynikające z polityki proekologicznej przedsiębiorstw oraz innych organizacyjnych przedsięwzięć.

Przykładem pozytywnym ustępowania stężeń ponadnormatywnych jest zawartość w powietrzu dwutlenku siarki. W roku 1997 po raz pierwszy od wielu lat dopuszczalna średnioroczna norma (32 μm/m3) dla SO2 została w Krakowie dotrzymana. Co więcej, zachodzi dalszy spadek koncentracji w powietrzu tego zanieczyszczenia, co daje nadzieję na to, że obowiązujące aktualnie normy w dalszym ciągu nie zostaną przekroczone.

Jeśli chodzi o dwutlenek azotu, to średnioroczna jego norma przekraczana jest tylko na Al. Krasińskiego, natomiast w miejscu pozostałych stacji jest dotrzymywana. Rośnie jednak obawa, że wzrastający ruch samochodowy oraz wprowadzone zaostrzenia w obowiązującej dotychczas normie sprawią, że coraz trudniejsze będzie jej dotrzymanie.

Tymczasem stężenie tlenku węgla wydaje się być mniejsze niż poprzednimi laty, jednak średnio dobowe normy będą najprawdopodobniej przekraczane w okresie zagrożenia smogiem, zwłaszcza przy dużych arteriach komunikacyjnych.

W roku 1997 pyłu zawieszonego na terenie miasta zanotowano mniej niż miało to miejsce w poprzednich latach, lecz zanieczyszczenie to nadal przysparza kłopotów, zwłaszcza w okresie zimy oraz w cechujących się niekorzystnymi meteorologicznymi warunkami (brak wiatru, inwersja temperatury) dniach. Niewiele, bo zaledwie 3 μm/m3, brakuje do dotrzymania średniorocznej normy.

Bezpośrednio z pyłem zawieszonym zanieczyszczającym powietrze związane jest niepokojące bardzo zjawisko, jakim jest znaczna ilość benzo-α-pirenu, który to występuje w spalinach samochodów (jak i np. papierosowym dymie), a wykazuje on silne rakotwórcze działanie. Normy dla substancji tej przekraczane są kilkunastokrotnie nawet, zwłaszcza tyczy się to stacji położonych w okolicy dużych komunikacyjnych tras.

Jeśli chodzi o normę zawartości ołowiu, to jest ona przekraczana, ale nieznacznie. Zaobserwowano w 1997 roku znaczny spadek koncentracji ołowiu porównując do lat poprzednich, co prawdopodobnie jest efektem wzrastającej liczby posiadających katalizatory spalin samochodów, jak również stosowania bezołowiowej benzyny.

Zjawiskiem bardzo niepokojącym jest wzrastająca w powietrzu zawartość dioksyn oraz furanów. Związki te od zawsze występowały naturalnie w środowisku człowieka, pochodząc z leśnych pożarów, erupcji wulkanów czy uderzeń pioruna, lecz utrzymana była ich norma stężenia w granicy 1 ng na kilogram masy ciała. Tymczasem obecnie ta norma jest około 40 razy przekroczona. Dioksyny są chyba najbardziej toksycznymi i rakotwórczymi związkami chemicznymi. Powstają one wskutek stosowania niektórych przemysłowych technologii, lecz również w efekcie spalania w domowych piecach odpadów, resztek organicznych, traw na wiosnę, zawierającego chlor papieru oraz w wyniku wszystkich procesów, które przebiegają wraz z niedoborem O2 w temperaturach zbyt niskich. Pochodzą one też ze spalin emitowanych przez samochodowe silniki. W Krakowie przeprowadzono wyrywkowe badania chemicznego składu sadzy, która została pobrana z kominowych przewodów ogrzewanych węglowymi piecami kamienic. Wykazały one szczególnie wysoką zawartość dioksyn, można więc wnioskować, że powszechne jest spalanie pochodzących z domowych gospodarstw odpadów, np. kuchennych, czy sztucznych tworzyw itp. Krakowskie stężenie dioksyn jest około 17 razy wyższe od obserwowanego w krajach zachodnioeuropejskich. Jest ono także około 10 razy większe w czasie miesięcy zimowych niż podczas lata. Zdecydowana większość tych emisji zależna jest od indywidualnego zachowania mieszkańców Krakowa i od nich tylko zależy, czy zawartość wybitnie toksycznych dioksyn zmaleje w powietrzu, czy też wzrośnie jeszcze bardziej.

Podsumowując należy zauważyć, iż stan krakowskiego powietrza stopniowo ulega poprawie, choć nie tyczy się to wszystkich monitorowanych substancji. Zdarza się jednak coraz częściej, że dopuszczalne normy stężenia zanieczyszczeń przekraczane nie są (zwłaszcza tyczy się to rejonów objętych automatyczną siecią monitoringu powietrza). Cały czas prowadzony jest program, który ma na celu zbadanie mechanizmów powstawania oraz propagacji fotochemicznego smogu w trakcie sezonu letniego, aby następnie móc przeciwdziałać skutecznie temu zjawisku. Warto dodać na koniec, iż powietrze krakowskie stało się przez ostatnie dwa lata czystsze o:

  • 430 ton dwutlenku siarki SO2 rocznie;
  • 116 ton tlenków azotu NOx rocznie;
  • 64,932 ton dwutlenku węgla CO2 rocznie;
  • 650 ton tlenku węgla CO rocznie;
  • 459 ton zawieszonego pyłu rocznie.

Dane te pozwalają optymistycznie patrzeć na przyszłość, dając nadzieję, że zanieczyszczenie powietrza w Krakowie będzie stopniowo ulegać poprawie, a dopuszczalne normy nie będą przekraczane w ogóle, albo przynajmniej tylko w niewielkim stopniu.