Zanieczyszczenia atmosfery, litosfery i hydrosfery.
Jakie są ich skutki i źródła?
Postaram się to omówic w mojej pracy.
Zanieczyszczeniami powietrza nazywamy wszelkie substancje (gazy, ciecze, ciała stałe), które znajdują się w powietrzu atmosferycznym, ale nie są jego naturalnymi składnikami. Do zanieczyszczeń powietrza zalicza się również substancje będące jego naturalnymi składnikami, ale występujące w znacznie zwiększonych ilościach.
Źródła zanieczyszczeń powietrza dzielimy na:
a) naturalne zanieczyszczenia powietrza pochodzą z:
- wybuchów wulkanów - popioły wulkaniczne i gazy (CO2 , SO2, H2S),
- pożarów lasów, stepów i sawann (emisja CO2, CO i pyłu),
- opadania pyłu kosmicznego,
- wytwarzania pyłków przez rośliny zielone,
- wydzielania gazów przez tereny bagniste (m.in.CH4, CO2, H2S, NH3),
- parowania słonych wód mórz i oceanów,
- erozji skał i gleb, burz piaskowych na pustyniach (globalnie do 700 mln. t pyłów/rok),
- niektóre procesy biologiczne.
b) Zanieczyszczenia antropogeniczne:
- powstające w wyniku spalania paliw
- opad pyłu, którego źródłem jest przemysł, głównie hutniczy, elektrownie, cementownie i gospodarstwa domowe,
- pył zawieszony w powietrzu (wynik emisji z kominów hutniczych),
- wzrost stężenia tlenków siarki i azotu, tlenku i dwutlenku węgla (procesy produkcyjne, wydzielanie przez samochody, samoloty oraz pochodzące z palenisk domowych.),
- chemizacja rolnictwa i lesnictwa (rozpylane z samolotów środki ochrony roślin oraz nawozy sztuczne),
- radioaktywne zanieczyszczenia - pochodzące np. z zakładów przerabiających rudy uranowe (ich źródłem są także wybuchy jądrowe).
Występujące w atmosferze gazy absorbujące promieniowanie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi - para wodna, dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu oraz freony, zwane gazami cieplarnianymi lub szklarniowymi, powodują tzw. efekt cieplarniany.
Gazy tzw. kwaśne np.; dwutlenek siarki, tlenki azotu wywołują zakwaszenie wody w atmosferze (kwaśne opady).
Związki reagujące z ozonem, tj. freony i tlenki azotu, są przyczyną ubytku ozonu w ozonosferze tworząc tzw. dziurę ozonową.
Skład powietrza w pomieszczeniach zamkniętych zależy głównie od: jakości powietrza atmosferycznego w rejonie, w którym stoi budynek, rodzaju i ilości zanieczyszczeń emitowanych w procesach zachodzących w pomieszczeniu oraz rodzaju i efektywności systemu wentylacji pomieszczenia.
Źródłami zanieczyszczeń są:
1) procesy utleniania: bezpośrednie spalanie paliw (gotowanie posiłków, ogrzewanie wody), palenie tytoniu, procesy oddychania;
2) materiały budowlane lub wykończeniowe.
Skutki zanieczyszczenia powietrza
Jeśli nad warstwą zimnego powietrza zalegnie masa ciepłego powietrza, wtedy zimne, cięższe powietrze nie może przedostać się do góry. Takie zjawisko w meteorologii określa się jako "inwersję temperatury", a to sygnalizuje, że z powodu warunków pogodowych możliwe jest utworzenie się smogu, jeśli jednocześnie w pobliżu powierzchni gleby będą pozostawały przez dłuższy czas szkodliwe substancje zanieczyszczające powietrze.
Smog - utrzymujące się nad terenami wielkich miast i okręgów przemysłowych zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego.
Smog tworzą zanieczyszczenia pierwotne (pyły, gazy i pary emitowane przez zakłady przemysłowe, energetyczne, silniki spalinowe pojazdów mech. itp.) i ich produkty fotochemiczne i chemiczne przemian zachodzących w warunkach inwersji temperatury, podczas braku ruchów powietrza (przy bezwietrznej pogodzie).
Najważniejszym gazem atmosferycznym przyczyniającym się do powstawania efektu cieplarnianego jest dwutlenek węgla, a także metan, tlenek azotu, ozon i freony.
Efekt cieplarniany – zjawisko zachodzące w atmosferze planety powodujące wzrost temperatury planety, w tym i Ziemi. Efekt wywołują gazy atmosferyczne, zwane gazami cieplarnianymi, ograniczające promieniowanie cieplne powierzchni Ziemi i dolnych warstw atmosfery do przestrzeni kosmicznej.
Raport Międzynarodowego Zespołu do Zmian Klimatycznych (1995) przewiduje, że w wyniku efektu cieplarnianego w następnym stuleciu na skutek topnienia lodów poziom wód morskich może wzrosnąć o ok.1 m, zalewając większość delt rzecznych, wysp na atlantyckim wybrzeżu USA, część Chin, wyspy na Oceanie Indyjskim i Spokojnym. Zimy będą cieplejsze, a lata niebezpiecznie dla życia upalne. Zaostrzą się susze, opady deszczu będą prowadziły do nieustających powodzi.
Dziura ozonowa – jest to spadek zawartości ozonu na wysokości 15 - 20 km głównie w obszarze bieguna południowego, obserwowany od końca lat 80. Tempo spadku wynosi ok. 3% na rok. Największe znaczenie mają w tym procesie związki chlorofluorowęglowe, z których uwolniony, pod wpływem promieniowania ultrafioletowego chlor, atakuje cząsteczki ozonu, prowadząc do wyzwolenia tlenu oraz tlenku chloru(II). Tempo globalnego spadku ozonu stratosferycznego pod wpływem działalności człowieka (z wyjątkiem Antarktydy), oszacowane na podstawie badań satelitarnych, wynosi 0,4 - 0,8% na rok w północnych, umiarkowanych szerokościach geograficznych i mniej niż 0,2% w tropikach. Powłoka ozonowa jest naturalnym filtrem chroniącym organizmy żywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym.
Kwaśne deszcze, deszcze zawierają w kroplach wody dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz ich produkty reakcji w atmosferze.
Powstają nad obszarami, gdzie atmosfera jest zanieczyszczana długotrwałą emisją dwutlenku siarki i tlenków azotu (ze źródeł naturalnych albo sztucznych).
Czasami opady kwaśnego deszczu, (a także kwaśnego śniegu) trafiają na obszary bardzo odległe od źródeł zanieczyszczeń atmosfery, dlatego przeciwdziałanie kwaśnym deszczom stanowi problem narodowy. Kwaśne deszcze działają niszcząco na florę i faunę, są przyczyną wielu chorób układu oddechowego (np. zwiększenie śmiertelności niemowląt i osłabienie płuc), znacznie przyspieszają korozję konstrukcji metalowych oraz zabytków, powodują zakwaszenie rzek i jezior oraz degradację gleby.
Ograniczenie emisji zanieczyszczeń ze źródeł antropogenicznych uzyskuje się w wyniku:
1) wzbogacania paliw, np. odsiarczanie węgli energetycznych,
2) zmiany stosowanych surowców, np. spalania paliw o wyższej jakości w okresie niekorzystnych warunków meteorologicznych,
3) zmiany procesów technologicznych,
4) hermetyzacji procesów technologicznych i oczyszczania gazów odlotowych,
5) oczyszczania gazów spalinowych, m.in. odpylania i odsiarczania spalin,
6) utylizacji odpadów przemysłowych i komunalnych,
7) wykorzystania niekonwencjonalnych źródeł energii, np. energii słonecznej, energii wiatru.
Zanieczyszczeniami wód nazywamy wszelkie substancje chemiczne oraz mikroorganizmy, które występują w wodach naturalnych, nie będąc ich naturalnymi składnikami. Do zanieczyszczeń wód zaliczamy również wody podgrzane - zanieczyszczenia termiczne. Do najczęściej występujących substancji zanieczyszczających wody należą: pestycydy, detergenty, barwniki, fenole, substancje powierzchniowo czynne, aminy aromatyczne, sole, jony metali ciężkich, radioizotopy. Wśród organizmów żywych największą rolę w zanieczyszczaniu wód odgrywają bakterie Escherichia coli. Zanieczyszczenia mogą występować w postaci rozpuszczonej, układów koloidalnych lub zawiesin.
Główne źródła zanieczyszczeń wód stanowią:
- odprowadzenia ścieków komunalnych (z miast i wsi) i przemysłowych (poprodukcyjne);
- odprowadzenia wód pochłodniczych z energetyki i przemysłu;
- odprowadzenia wód kopalnianych;
- spływy powierzchniowe z terenów użytkowanych rolniczo;
- spływy z terenów przemysłowych oraz składowisk odpadów przemysłowych i komunalnych;
- zrzuty niezorganizowane ze źródeł lokalnych (bez kanalizacji);
- zanieczyszczenia atmosferyczne.
Źródła zanieczyszczeń hydrosfery dzielimy ze względu na:
a) ze względu na pochodzenie:
* naturalne – takie, które pochodzą z domieszek zawartych w wodach powierzchniowych i podziemnych – np. zasolenie, zanieczyszczenie związkami żelaza;
* sztuczne – inaczej antropogeniczne, czyli związane z działalnością człowieka – np. pochodzące ze ścieków, spływy z terenów rolniczych, składowisk odpadów komunalnych.
b) ze względu na stopień szkodliwości:
* bezpośrednio szkodliwe - fenole, kwasy cyjanowodorowy, kwas siarkowy i siarczany, kwaśny deszcz
* pośrednio szkodliwe - takie, które prowadzą do zmniejszenia ilości tlenu w wodzie poniżej poziomu niezbędnego do utrzymania przy życiu organizmów wodnych.
c) źródło:
* źródła punktowe – ścieki odprowadzane w zorganizowany sposób systemami kanalizacyjnymi, pochodzące głównie z zakładów przemysłowych i z aglomeracji miejskich,
* zanieczyszczenia powierzchniowe lub obszarowe – zanieczyszczenia spłukiwane opadami atmosferycznymi z terenów zurbanizowanych nieposiadających systemów kanalizacyjnych oraz z obszarów rolnych i leśnych,
* zanieczyszczenia ze źródeł liniowych lub pasmowych – zanieczyszczenia pochodzenia komunikacyjnego, wytwarzane przez środki transportu i spłukiwane z powierzchni dróg lub torfowisk oraz pochodzące z rurociągów, gazociągów, kanałów ściekowych, osadowych.
d) Wg. kryterium trwałości zanieczyszczeń:
* rozkładalne – zawierające substancje organiczne, potencjalnie trujące, lecz podlegające przemianom chemicznym do prostych związków nieorganicznych przy udziale bakterii.
* nierozkładalne – zawierające substancje nie ulegające większym przemianom chemicznym i nie atakowane przez drobnoustroje.
* trwałe – zawierające substancje ulegające rozkładowi biologicznemu w niewielkim stopniu i pozostające w środowisku w niezmiennej formie przez długi okres czasu.
W Polsce rozróżnia się trzy klasy czystości wód:
a) klasa I - wody najczystsze, nadające się do:
- bytowania w warunkach naturalnych ryb łososiowatych,
- zaopatrzenia ludności w wodę do picia,
- stosowania w zakładach przemysłowych wymagających wody najwyższej jakości (np. spożywczych, farmaceutycznych),
b) klasa II - wody nadające się do:
- bytowania w warunkach naturlanych ryb innych niż łososiowate,
- hodowli zwierząt gospodarskich,
- celów rekreacyjnych, uprawiania sportów wodnych oraz do urządzania kąpielisk.
c) klasa III - wody nadające się do:
- zaopatrzenia zakładów przemysłowych nie wymagających wody najwyższej jakości,
- nawadniania terenów rolniczych i upraw ogrodniczych.
Ścieki i ich rodzaje
Ścieki są mieszaniną zużytej wody oraz różnego rodzaju substancji płynnych, stałych, gazowych, radioaktywnych oraz ciepła, usuwanych z terenów miast i zakładów przemysłowych.
Ścieki komunalne i przemysłowe oczyszczone tylko częściowo lub w ogóle nie oczyszczone odprowadzane do wód podziemnych powodując skażenia jednych i drugich. Ciągły wzrost liczby ludności na świecie, urbanizacja i rozwój przemysłu powodują zwiększenie masy ścieków komunalnych i przemysłowych obciążonych różnego rodzaju zanieczyszczeniami. Ścieki te odprowadzone do rzek i jezior powodują skażenie wód. zanieczyszczenia wody mogą mieć charakter fizyczny, chemiczny i biologiczny.
Ścieki bytowo - gospodarcze - pochodzą bezpośrednio z otoczenia człowieka, a więc z domów mieszkalnych, miejsc użyteczności publicznej, zakładów pracy. Powstają one w wyniku zaspokajania potrzeb gospodarczych oraz higieniczno - sanitarnych. Ścieki te zawierają dużą ilość zawiesin oraz związków organicznych i nieorganicznych; mogą się w nich także znajdować wirusy i bakterie chorobotwórcze (czerwonki, duru brzusznego, paraduru, żółtaczki zakaźnej, cholery i In.) oraz jaja robaków pasożytniczych, np. nicieni, tasiemców. Skażenie powierzchniowych i podziemnych wód ściekami bytowymi stanowi poważne zagrożenie higieniczne i epidemiologiczne.
Ścieki opadowe - powstają w wyniku spływów deszczowych (kwaśne deszcze), topnienia śniegu, a także przy myciu i polewaniu ulic miast.
Wprowadzanie ścieków do zbiornika może wywołać wiele ujemnych skutków.
Główne z nich to:
1. Odtlenianie wody, co wpływa na życie ryb i innych organizmów wodnych. Nadmierne zużycie tlenu przez ścieki może doprowadzić do całkowitego jego wyczerpania, co w efekcie powoduje powstanie warunków beztlenowych, a tym samym wymarcie organizmów tlenowych.
2. Fizyczne zanieczyszczenie zbiornika, polegające na niekorzystnych zmianach cech fizycznych wody, takich jak barwa, temperatura, zawartość ciał stałych czy przezroczystość.
3. Nieprzyjemny smak i zapach wody - mogą powstać na skutek odprowadzania ścieków produkcyjnych, np. fenoli z chemicznej przeróbki węgla, dwusiarczku węgla z fabryki celulozy, ścieków z garbarni.
4. Bezpośrednie działanie trujące - występuje w przypadku, gdy ścieki zawierają substancje toksyczne w ilościach przekraczających tzw. granicę toksyczności. Najbardziej toksycznymi są związki owado - i chwastobójcze używane w rolnictwie (pestycydy). Również toksyczne są ścieki przemysłu metalowego, zwłaszcza z elektrochemicznej obróbki, zawierające związki metali ciężkich oraz cyjanki, a także przemysłu chemicznego zawierającego wolne kwasy i ługi.
5. Oddziaływanie pobudzające rozwój organizmów wodnych, które występuje wówczas, gdy ścieki zawierają nadmierne ilości składników nawozowych, takich jak azot, fosfor i potas. W sprzyjających warunkach pojawiają się masowe zakwity glonów, co utrudnia wykorzystanie wody do celów wodociągowych oraz przyspiesza eutrofizację zbiorników wodnych.
Wybrane zanieczyszczenia wód i ich charakterystyka:
Detergenty - to syntetyczne substancje czyszczące, obniża on siłę wiązania np. cząstki brudu z podłożem. Stanowią one główny składnik środków piorących, myjących, zwilżających, stosowanych powszechnie w gospodarstwie domowym oraz w dużych ilościach w zakładach przemysłowych np. w przemyśle papierniczym, farbiarskim, gumowym, szklarskim, w budownictwie. Ilość detergentów w ściekach wzrasta i wpływa hamująco na procesy samooczyszczania się wody. Działają toksycznie na organizmy żywe, według norm międzynarodowych woda nie może zawierać detergentów.
Metale ciężkie - dostają się do wód wraz ze ściekami przemysłowymi, z odpadami, ze spływami z pól (gdzie stosowano pestycydy, nawozy mineralne), z hałd hutniczych. Mają zdolność kumulowania się w osadach dennych, wchodzą w szeregi troficzne. Zanieczyszczenie metalami ciężkimi powoduje zachwianie równowagi biologicznej. Metale ciężkie są niezwykle toksyczne dla organizmów wodnych, jak również dla ludzi spożywających w jakiejkolwiek postaci zanieczyszczoną nimi wodę; mogą powodować trwałe i nieodwracalne uszkodzenia różnych narządów, np. nerek, mózgu, rdzenia kręgowego.
Radioizotopy - ich źródłem są nie tylko wybuchy bomb atomowych, wodorowych, ale także reaktory jądrowe, kopalnie oraz tysiące zakładów, laboratoriów i instytucji, posługujących się substancjami promieniotwórczymi do celów naukowych i praktycznych. Zakłady te produkują odpady i zrzuty substancji promieniotwórczych dające ścieki o wysokim stopniu radioaktywności. Najbardziej radioaktywne ścieki powstają w czasie przygotowania paliwa przy wzbogacaniu rudy uranowej, tj. przy chemicznej przeróbce naświetlonego paliwa. Najmniej niebezpieczne są ścieki z laboratoriów badawczych
Pestycydy - zwłaszcza polichlorowęlowodorowe, są szkodliwe ze względu na długi czas rozpadu i zdolność kumulowania się w środowisku oraz łatwość wchodzenia w szeregi troficzne. Do zbiorników wodnych dostają się z rozpuszczalnikami. Są słabo rozpuszczalne w wodzie, trudno ulegają biodegradacji, kumulują się w osadach dennych oraz w tkance tłuszczowej zwierząt wodnych np. mięczaków, ryb.
Fenole - to związki aromatyczne, jedne z najbardziej uciążliwych składników ścieków. Wiele z nich dostaje się do wód wraz z e ściekami komunalnymi oraz przemysłowymi, pochodzącymi z przeróbki paliw, zakładów syntezy organicznej. Naturalnych źródłem fenoli w wodach jest biologiczny rozkład obumarłych organizmów. W wodzie ulegają biodegradacji. Woda zanieczyszczona fenolami ma odrażający smak, a ryby żyjące w wodzie, nabierające tego zapachu nie nadają się do spożycia.
Zanieczyszczeniami nazywamy związki chemiczne, substancje promieniotwórcze a także mikroorganizmy, które znajdują się w glebie w większej niż normalnie ilości. Dostają się one do środowiska w stanie stałym lub ciekłym wraz z odpadami z przemysłu i miast. Zanieczyszczenia gazowe wypuszczane są przez różnego rodzaju zakłady przemysłowe oraz silniki pojazdów spalinowych. Nawozy sztuczne czy środki stosowane do ochrony roślin w rolnictwie także zatruwają środowisko. Głównymi i najbardziej powszechnymi substancjami skażającymi gleby są związki pochodzenia organicznego (np. pestycydy), azotany oraz niektóre metale ciężkie. Zanieczyszczenia te wpływają negatywnie na urodzajność gruntu obniżając ilość i jakość plonów, co wywołane jest zmianami własności chemicznych, fizycznych czy mikrobiologicznych gleb. Skażenia wpływają także na estetykę roślin oraz przyczyniają się do niszczenia trzonów budynków i innych struktur podziemnych, np. różnego typu rurociągów.
Jest to najbardziej powierzchniowa, żywa warstwa litosfery wytworzona ze skał przekształconych pod wpływem organizmów żywych, klimatu, wody, rzeźby terenu i czasu. Narażona jest na działanie różnych czynników - naturalnych i antropogenicznych.
W momencie, gdy do gleby dostanie się substancja lub element niepożądany staje się ona zanieczyszczona.
Głównymi źródłami zanieczyszczenia gleby jest rolnictwo, przemysł (kopalnie, huty metali, transport, nielegalne składowanie odpadów.
Czynniki zagrażające litosferze można podzielić na:
a) naturalne – z którymi człowiek nie ma nic do czynienia:
- erozja, pożary, susza, trzęsienia ziemi,
b) antropogeniczne – spowodowane przez człowieka:
- zatrucie metalami ciężkimi i substancjami toksycznymi obecnymi w nawozach,
- zatrucie chemią roślinną,
- eksploatacja kopalń,
- zabudowa miejska,
- składowanie odpadów.
Do najważniejszych zagrożeń gleby należą:
- Monokultury, które prowadzą do zaburzenia gleby,
- Wycinanie lasów oraz pożary roślinności wzmagające erozję gleby, co prowadzi do pustynnienia obszaru,
- Osuszanie podmokłych terenów i regulacja rzek obniżająca poziom rzek gruntowych,
- Zbyt intensywne nawożenie,
- Ścieki i różnego rodzaju opady niewłaściwie składowane,
- Intensywny wypas bydła prowadzący do erozji,
- Stosowanie chemicznych środków owadobójczych, chwastobójczych i grzybobójczych,
- Zajmowanie obszarów rolniczych pod budownictwo przemysłowe i mieszkalne.
Do najważniejszych zagrożeń gleby należy działalność człowieka obejmująca:
- Monokultury, które prowadzą do zaburzenia gleby,
- Wycinanie lasów o pożary roślinności wzmagające erozję gleby, co prowadzi do pustynnienia obszaru,
- Osuszanie podmokłych terenów i regulacja rzek obniżająca poziom rzek gruntowych,
- Zbyt intensywne nawożenie,
- Ścieki i różnego rodzaju opady niewłaściwie składowane,
- Intensywny wypas bydła prowadzący do erozji,
- Stosowanie chemicznych środków owadobójczych, chwastobójczych i grzybobójczych,
- Zajmowanie obszarów rolniczych pod budownictwo przemysłowe i mieszkalne.
Odczyn chemiczny gruntu ma wpływ na:
- rozpad skał, z których powstaje gleba,
- mineralizację oraz humifikację resztek pochodzenia organicznego,
- proces nitryfikacji, czyli utlenianie do postaci azotanów jonów amonowych,
- zjawisko denitryfikacji, czyli redukcję azotanów, w wyniku której powstaje amoniak lub azot,
- procesy życiowe organizmów glebowych tzw. edafonu oraz rozwój roślin,
- agresywność gruntu.
Skutki zanieczyszczania gleb:
a) zakwaszenie:
- Zmienia fizykochemiczne właściwości gleb oraz narusza funkcjonalne i strukturalne właściwości życia biologicznego. Sprzyja powstawaniu i uruchamianiu składników fitotoksycznych. Zatrucie glinem prowadzi do uszkodzenia systemu korzeniowego i zahamowania wzrostu rośliny. Straty wapnia i magnezu, także obniżające pH gleby, powodują zmniejszanie w roślinach ilości chlorofilu co prowadzi do żółknięcia liści i pędów a nawet obumierania roślin. Brak magnezu obniża odporność drzew leśnych na działanie szkodników i pasożytów.
b) pestycydy:
Szeroko stosowane w Polsce (na obszarze nawet 8 mln ha gruntów rolnych).
Prowadzą do obniżenia wydajności procesów biochemicznych (nitryfikacja i wiązanie azotu atmosferycznego) oraz zmęczenia gleb.
c) metale ciężkie
Chociaż objawy chorobowe jakie powodują one u roślin są rzadkie, to ich niekorzystny wpływ ma jednak istotne znaczenie. Metale ciężkie blokują układy enzymatyczne powodując zmiany fizjologiczne, a u roślin uszkadzają system korzeniowy. Najbardziej szkodliwe są magnez, ołów i kadm, kumulujący się w nerkach i w wątrobie. Metale ciężkie oprócz przewodu pokarmowego są wchłaniane także przez układ oddechowy.
