Légszennyező anyagok forrásai és hatásaik

A környezet állapotának vizsgálata és szabályozása szempontjából egyaránt fontos a kibocsátott légszennyező anyagok minőségének és mennyiségének pontos ismerete. Ez teszi lehetővé az okozott károk megbecslését a kibocsátás (emisszió) függvényében, illetve annak felmérését, hogy a környezeti és egészségügyi előírások betartásához milyen mértékű emisszió csökkentés szükséges. Fontos továbbá annak ismerete is, hogy egy adott ipari, technológiai eljárás, vagy egy gépjármű üzemeltetése milyen mértékű kibocsátással jár. Meg kell azonban jegyeznünk, hogy az emberi tevékenység mellett bizonyos természeti folyamatok (pl. növényzet bomlása, a tengeri és szárazföldi állatvilág anyagcsere folyamatai) is jelentős mennyiségű gázokat juttatnak a légkörbe, amelyek később számos légköri átalakuláson, kémiai változáson mennek keresztül.

Hogyan kerülnek a szennyezőanyagok a légkörbe?

A légszennyező források jellege igen különböző lehet. Általában két nagyobb csoportra szokás bontani: ipari és mezőgazdasági forrásokra. Az ipari forrásokba beleértjük az energiatermelést és a gépjármű-közlekedést is, míg a mezőgazdasági források a biomassza (fák, bokrok) égetését, az állattenyésztést, a földművelést és a műtrágyázást foglalják magukba.

A fosszilis (szén, olaj, tűzifa stb.) tüzelőanyagok elégetése során jelentős mennyiségű szén-dioxid (CO2) kerül a légkörbe. Ennek közvetlen egészségügyi hatásai jelentéktelenek, viszont az éghajlat szabályozásában kiemelkedő a szerepe. Ha az égési folyamat nem tökéletes, szén-monoxid (CO) is kerül a levegőbe. Ennek mennyisége a szén-dioxidhoz képest kicsi (kb. 3 %), ennek ellenére a kibocsátás abszolút értéke igen jelentős. A CO emisszió mintegy 80 %-áért a gépjárműforgalom felelős.

A különböző fosszilis tüzelőanyagok mintegy 1%-os tömegarányban tartalmaznak kénvegyületeket. Elégetéskor a kén egy része a salakban marad, másik része kén-dioxid (SO2) formájában a levegőbe kerül. Ennek mennyisége a tüzelőanyag minőségétől és a tüzelés módjától függ. Az utóbbi évtizedben Magyarországon jelentősen csökkent a kibocsátott kén-dioxid mennyisége, ami az ipari termelés átalakulásával, illetve a hagyományos erőművek környezetkímélő korszerűsítésével magyarázható.

A tüzelőanyagok nitrogént is tartalmaznak. Ennek jelentős része nitrogén-monoxidként (NO) tüzelésnél a levegőbe kerül. Másrészt a magas hőmérsékletű égésnél a levegő nitrogénje és oxigénje NO-dá egyesül. Az ipari forradalom óta a globális kibocsátás mintegy 60-szorosára növekedett. A kén-dioxid kibocsátáshoz hasonlóan a nitrogén-monoxid is elsősorban Észak-Amerika, Európa és Ázsia fölött kerül a levegőbe, nem kis mértékben a személy- és tehergépkocsi forgalom következtében. A járművek üzemeltetésénél az üzemanyag nem teljes égése miatt viszonylag nagy mennyiségű nem-metán illékony szerves vegyület is jut a levegőbe. A helyhez kötött források (ipar, erőművek) a teljes kibocsátás mintegy 20 %-áért felelősek.

Az energiatermeléshez szükséges szén- és lignit-bányászat metán (CH4) felszabadulással jár. E mellett jelentős metánforrást jelent a földgáz kitermelése és szállítása, valamint a tárolt hulladékban végbemenő bomlási folyamatok.

Égés során szilárd szén részecskék is a légkörbe jutnak. Valószínűleg ezek többsége a lehűlő füstgázban már a levegőben keletkezik. Hasonlóan már a levegőben jön létre kondenzáció során számos nehézfémet tartalmazó aeroszol részecske. Ezek a fémek nyomokban fordulnak elő a tüzelőanyagban. Így jól ismert, hogy az olaj elégetésekor nikkel és vanádium tartalmú aeroszol részecskék keletkeznek. Ezen kívül a fosszilis tüzelőanyagok felhasználásakor cink és réz is jut a levegőbe. Korábban az ólomtartalmú benzin elégetésekor igen jelentős volt a légkör ólomszennyezése is, ez mára minimálisra csökkent.

A legfontosabb légszennyező források

Légszennyező anyagok természetes és mesterséges forrásokból egyaránt kerülnek a légkörbe. Természetes úton a legtöbb szennyezőanyag a vulkánkitörések és az erdőtüzek alkalmával jut a levegőbe, illetve az óceánokból és a talajból a párolgás és a légmozgás segítségével. Az emberi tevékenység levegőszennyező hatásának legfontosabb elemei az ipar, a mezőgazdaság, a háztartási fűtés és a közlekedés. Míg az ipar kibocsátása a környezetvédelmi intézkedések hatására folyamatosan csökken, addig a mezőgazdaság levegőszennyezése a technika fejlődésének .köszönhetően. rendkívüli módon megugrott az elmúlt évtizedekben. A szervetlen trágyázás és a kártevők elleni védekezés számos oda nem illő anyagot juttat a levegőbe, különösen a repülőgépes permetezés elterjedése óta. A háztartási fűtéshez és a közlekedéshez felhasznált technológiák rengeteget korszerűsödtek, ellenben az ezekből származó kibocsátás mennyisége kis mértékben bár, de folyamatosan növekszik, ahogy a gépjárműforgalom és a lakóhelyek száma bővül.

A légszennyező anyagok fizikai és kémiai átalakulása és kiülepedése

A kibocsátott szennyezőanyagok nagy része a levegőben másodlagos szennyező vegyületté alakul, amelyek a környezetre és az emberi egészségre sokszor veszélyesebbek, mint a forrásokból közvetlenül kikerülő komponensek. Tekintve, hogy a levegő oxidáló közeg, a kémiai átalakulások oxidációt jelentenek. A levegőben azonban néhány speciális esettől eltekintve nem maga az oxigén molekula lép reakcióba, hanem az oxigén tartalmú szabad gyökök, amelyek igen reakcióképesek és a levegő kémiai folyamatainak szabályozásában fontos szerepet játszanak.

A légkörben a kémiai átalakulások jelentős része az energiát a napsugárzásból nyeri. Ezeket a fotokémiai folyamatokat termikus reakciók követik, amelyek sebessége a hőmérséklet növekedésével egyre jelentősebbé válik. Napsütéses, magas hőmérsékletű, esetleg inverziós időjárási helyzetekben a másodlagos szennyezőanyagok keletkezése a levegő minőségének meghatározója. Ilyen feltételek mellett keletkezik a fotokémiai szmog, amelyet először Kaliforniában észleltek.

A kémiai átalakulások fontos esete, amikor a reakciók gőzöket hoznak létre, amelyek a levegőben kondenzálódnak (fizikai átalakulás) és kicsiny részecskékből álló aeroszolt képeznek.

A légszennyező anyagok akkor fejezik be légköri ciklusukat, amikor a levegőből kiülepednek és más környezeti szférába (bioszféra, hidroszféra stb.) kerülnek. Ennek, a csapadékhullás nélküli helyzetekben száraz ülepedésnek nevezett folyamatnak alapvető feltétele, hogy a kisméretű aeroszol részecskéket, illetve gázmolekulákat a turbulens diffúzió a felszín közelébe szállítsa. A nagyobb aeroszol részecskék száraz ülepedését viszont elsősorban a nehézségi erőtérben való szedimentáció szabályozza.

Kémiai reakciók nemcsak gáz- hanem folyadékfázisban (sőt a légkörben található szilárd részecskék felületén) is végbemennek. Ilyenkor a felhő- és csapadékelemek elnyelik a különböző gázokat, amelyek egy része a vízben átalakul. Ha a felhő elpárolog, akkor a keletkezett anyagok, általában aeroszol részecskéket alkotva, a levegőben maradnak. Csapadékhullás alkalmával viszont a vízzel együtt elhagyják a légkört, és a növényzetre, a talajra, vagy a felszíni vizekre kerülnek. Ezt a folyamatot nedves ülepedésnek nevezzük. Az ülepedésnek ez a formája a légkör öntisztulásában fontos szerepet játszik. Másrészt a különböző ökoszisztémáknak könnyen felvehető oldott tápanyagokat szolgáltat. Ha azonban a légkör szennyezettsége meghalad egy bizonyos szintet, a csapadékvízzel leülepedő anyagok a bioszférában komoly károkat okozhatnak . gondoljunk például a savas esőkre.

A meteorológiai helyzet, mint a legfontosabb levegőminőség szabályozó tényező

A levegő minőségét nagyban befolyásolja az időjárási helyzet. Legfőképpen az anyagok levegőben való terjedését, illetve levegőből való kiülepedését határozza meg az időjárás. A kiülepedés egyik formáját, a száraz ülepedést a különböző légmozgások segíthetik, vagy éppen akadályozhatják is. A nedves ülepedést, vagyis a gázok és aeroszol részecskék légkörből való kimosását a csapadék végzi, másrészt viszont a légkörben található szilárd részecskék nélkülözhetetlenek is a csapadékképződés folyamatában.

A szennyezőanyagok a különböző légmozgások hatására terjednek, koncentrációjuk - a meteorológiai helyzet függvényében - kisebb vagy nagyobb mértékben hígul. A terjedést meghatározó meteorológiai elemek a felszín közeli szélirány és szélsebesség, a szél és a hőmérséklet magasság szerinti változása, és a keveredési réteg vastagsága. A keveredési réteg nem más, mint a levegő azon alsó rétege (kivéve a legalsó talaj közeli, nagy érdességű réteget), ahol az instabil légköri viszonyok miatt a levegő folyamatosan keveredhet. Az instabilitás napközben jellemző, amikor a napsugárzás a földfelszín közvetítésével alulról melegszik, és mivel a felette levő rétegek még hidegebbek, ezért az alsó melegebb levegő felszáll. Ebben az időjárási helyzetben felfelé haladva egyre hidegebb van, ám a folytonos keveredés miatt ez a hőmérsékleti gradiens általában nem jelentős. Éjszaka a felszín gyorsan lehűl, és alulról lehűti a levegőt is. Ekkor a hőmérsékleti gradiens pont fordított képet mutat, felfelé haladva egyre melegebb a levegő, ami egy stabil hőmérsékleti rétegződést jelent. A levegő függőleges irányban nem keveredik, a keveredési réteg tulajdonképpen eltűnik. Mivel a levegő . főként, ha szélcsend is társul az időjárási helyzethez - nem mozdul, a hőmérséklet gyorsan melegszik a talajtól felfelé haladva. Ezekben a helyzetekben a levegőben lévő szennyezőanyag kevéssé hígul, míg nappal a keveredési rétegen belül (felette, a magasabb légrétegekben napközben is inverziós a rétegződés) a szennyezőanyag függőleges irányban is szétterjed. A felszíni szél a szennyezőanyagot horizontális irányban terjeszti, míg a szél sebességének és irányának függőleges irányú változása (a talaj közelében az érdesség miatt kisebb a szélsebesség, mint a felső levegőrétegekben, és az iránya is módosul a domborzat vagy az épületek hatására) olyan ún. turbulenciákat hoz létre, melyek ugyancsak segítik a szennyezőanyagok hígulását.

Általánosságban tehát elmondható, hogy az éjszakai inverziós helyzetekben hajnalra megrekedő szennyező felhő, a nap folyamán a keveredés hatására felhígul, a szél pedig bizonyos távolságba szállítja el az anyagokat. Ez a távolság függ az adott anyagra jellemző légköri tartózkodási időtől (pl. milyen könnyen reagál más anyagokkal, vagy mennyire vesz részt a gravitációs ülepedésben), illetve a forrás magasságától is (magasabb kéményekből származó szennyezőanyag távolabbra juthat).

A szennyeződés terjedését akadályozó időjárási helyzetek napközben is előfordulhatnak, amikor egy magasnyomású anticiklon tartózkodik a terület felett. A Kárpát-medencében például nem ritka egy-egy anticiklon több napos tartózkodása, aminek során a levegőállapot jelentősen romlik.

Oszd meg a barátaiddal:

Cikkek

x
OLVASD EL!