Zanieczyszczenia wody,
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Zanieczyszczenia wody, powietrza i gleby. Sposoby ich ochrony
1 Zanieczyszczenia atmosfery
Źródła zanieczyszczeń
Źródłami zanieczyszczeń są rzeczy wytworzone przez człowieka np.: samochody. To właśnie
szczególnie przez nie nasza atmosfera jest ciągle bombardowana trującymi gazami. Jednak nie tylko
samochody zatruwają powietrze. Bardzo duży wpływ mają także fabryki i elektrownie, a
szczególnie ich odpady i produkty uboczne procesów przemysłowych. Na przykład fabryki oprócz
sprzętów potrzebnych człowiekowi wytwarza całkiem niepotrzebne śmieci, które magazynuje na
wolnym powietrzu tworząc tak zwane „hałdy”. Wiatr z biegiem czasu porywa pyły z tych hałd,
które trafiają nie gdzie indziej, jak do atmosfery. Jednak fabryki wytwarzają nie tylko hałdy, lecz
także dymy. Przez kominy fabryki pozbywają się dymów, które są też niebagatelnym źródłem
zanieczyszczeń atmosfery. Jednak niektóre zanieczyszczenia na ogromną skalę były nieświadomie
spowodowane przez człowieka. Weźmy na przykład katastrofę w Czarnobylu. Powodem była
błędna decyzja, która jednak skończyła się zakażeniem całej Europy i wzrostem zachorowań na
nowotwory. Jednak to nie tylko człowiek zanieczyszcza atmosferę. Naturalne pożary lasów
deszczowych i erupcje wulkanów też przyczyniają się do zanieczyszczenia powietrza. Jeśli
wymieniamy naturalne czynniki szkodzące atmosferze, to nie sposób nie wspomnieć chociażby o
meteorze tunguskim, przez którego do atmosfery dostała się ogromna ilość pyłów.
Co zanieczyszcza atmosferę?
Pierwszym czynnikiem zanieczyszczającym atmosferę, którym chcę się tutaj zająć są pyły
przemysłowe. Pyły te to cząstki stałe o średnicy ziaren do 100 um, powstałe w wyniku spalania
paliw kopalnych i innych procesów produkcyjnych, są unoszone z dymem. Pyły przemysłowe
powodują różne schorzenia dróg oddechowych u ludzi narażonych na ich długotrwałe działanie.
Nadmierna koncentracja pyłów przemysłowych w powietrzu, zwłaszcza w dużych ośrodkach
miejsko-przemysłowych, prowadzi do zmniejszenia dopływu promieniowania słonecznego do
powierzchni ziemi, zwiększenie opadów(poprzez zwiększenie liczby jąder kondensacji), zwłaszcza
bakteriobójczego ultrafioletu i jest jedną z przyczyn powstawania smogu. Jednak oprócz smogu
istnieją inne czynniki szkodzące powietrzu. Mianowicie są to gazy. Chyba najsłynniejszym gazem
zanieczyszczającym powietrze jest dwutlenek węgla. Jest to główny czynnik efektu cieplarnianego –
im jest go więcej tym temperatura na ziemi się coraz bardziej podnosi. Co się więc stanie, jeśli ilość
dwutlenku węgla będzie dalej rosnąć? Niektóre obliczenia wskazują na to, że przy dwukrotnym
wzroście jego zawartości w powietrzu, średnia temperatura podniesie się o 6oC. Taka zmiana
będzie miała kolosalny wpływ na życie na Ziemi.
Wprawdzie szacuje się, że dwutlenek węgla w dwóch trzecich odpowiada za wzrost temperatury na
kuli ziemskiej w dwudziestym wieku, nie można jednak pominąć wpływu innych substancji
chemicznych. Na przykład metan – produkt uboczny wielu procesów technologicznych w przemyśle
– zatrzymuje ciepło 25 razy efektywniej niż dwutlenek węgla i zdaniem naukowców w 15%
odpowiada za ocieplenie klimatu. Za pozostałe 8% odpowiedzialne są chlorofluorowęglowce – gazy
syntetyczne w skrócie zwane CFC.
Skutki zanieczyszczenia atmosfery gazami
Zanieczyszczeniem pyłami zająłem się w poprzedniej części, tą chcę przeznaczyć na skutki
dostawania się gazów do atmosfery, który są dużo poważniejsze.
Skutek dostawania się do atmosfery gazów takich jak np.: dwutlenek węgla każdy powinien znać.
Jest to efekt cieplarniany (inaczej globalne ocieplenie). Globalne ocieplenie jest prawdopodobnie
skutkiem rozwoju przemysłu i motoryzacji. Wprawdzie podwyższenie temperatury jest niemal
niezauważalne przez człowieka, ale wpływ ocieplenia może być katastrofalny w skutkach.
Rezultatem ocieplenia klimatu Ziemi mogą być susze, katastrofalne powodzie, huraganowe wiatry i
pożary. Zauważalne zmiany mogą dotyczyć również świata roślin i zwierząt. Dla naukowców
pytanie o przyczyny ocieplania klimatu i poszukiwanie sposobów przeciwdziałania temu procesowi
jest równie ważne jak przewidywanie jego skutków.
Jeśli przyczyną wzrostu temperatury na kuli ziemskiej nie byłaby działalność człowieka,
odpowiedzi należałoby szukać w naturalnych procesach, jakie od milionów lat zachodzą na Ziemi.
Badając dzieje Ziemi geolodzy odkryli ślady co najmniej kilku wielkich epok lodowcowych, kiedy
następował nagły spadek temperatury, a znaczna część naszej planety pokrywała się lodem.
Również w czwartorzędzie, młodszym okresie kenozoiku trwającym od ok. 2 milionów lat temu do
dziś, lodowce pokryły ogromne obszary kuli ziemskiej. Młodsza epoka czwartorzędu, trwająca
obecnie – holocen, traktowana jest przez wielu naukowców za interglacjał, czyli cieplejszy okres
między dwoma glacjałami (zlodowaceniami), kiedy to lodowce zanikają lub ograniczają swój zasięg
do małych obszarów. Na przestrzeni dziejów temperatura na Ziemi była znacznie wyższa niż
obecnie. Wyraźne ocieplenie klimatu miało miejsce na przykład w pliocenie, najmłodszej epoce
trzeciorzędu trwającej od ok. 5 do ok. 2 mln lat temu, kiedy to poziom morza był o 30 – 35 metrów
wyższy niż obecnie. Epoki lodowcowe są najprawdopodobniej wynikiem zmiany kąta nachylenia
osi ziemskiej i jej orbity w stosunku do Słońca. Zmiany temperatury mogą mieć również związek z
ilością wysyłanej w kierunku Ziemi energii słonecznej, ilością pyłu wulkanicznego w atmosferze i
wreszcie w pewnym, choć ciągle trudnym do oszacowania stopniu z działalnością człowieka.
Naukowcy dysponują dowodami, że w ciągu ostatnich 100 lat temperatura na Ziemi wzrosła o 0,5
stopnia. Obecnie rośnie prawdopodobnie o 0,3 stopnia w ciągu 10 lat. Jeśli człowiek będzie nadal
zanieczyszczał atmosferę, 21 wieku średnia temperatura Ziemi może wzrosnąć od 1 do 5 stopni.
Jak to się dzieje?
Jedną z przyczyn wzrostu temperatury Ziemi jest nadmierne nagromadzenie w atmosferze pary
wodnej, dwutlenku węgla, tlenku azotu, dwutlenku siarki i metanu. Znaczne ilości tych gazów
dostają się do atmosfery również w wyniku procesów naturalnych. Jednak za wzrost koncentracji
tych związków w atmosferze w ostatnim stuleciu odpowiedzialny jest głównie człowiek.
Porównanie sposobu, w jaki nagromadzone w atmosferze gazy oddziałują na bilans cieplny Ziemi
do procesów zachodzących w szklarni jest jak najbardziej adekwatne. Atmosfera ziemska, podobnie
jak ściany szklarni, przepuszcza krótkofalowe promieniowanie Słońca (światło i promieniowanie
ultrafioletowe), dzięki czemu znaczna część energii cieplnej dociera do powierzchni Ziemi. Tu
zamieniana jest na ciepło, czyli na promieniowanie długofalowe, które Ziemia wypromieniowałaby
z powrotem w przestrzeń kosmiczną, gdyby nie atmosfera, a właściwie para wodna i inne gazy,
które są taką samą pułapką dla ciepła, jak ściana szklarni.
Część promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni Ziemi nie jest pochłaniana i
zamieniana na ciepło, lecz ulega odbiciu i wraca w przestrzeń kosmiczną. Stosunek ilości
promieniowania na daną powierzchnię określa się mianem albedo. Jego wartość zależy od
charakteru powierzchni – szczególnie dużym albedo charakteryzuje się pokrywa śnieżna i górna
powierzchnia chmur. Dlatego im mniejsze stają się obszary pokryte wiecznym śniegiem, tym
mniejsza część promieniowania ulega odbiciu i tym szybciej rośnie temperatura na Ziemi.
Koncentracja gazów
Naukowcy spierają się, co do pochodzenia i przyczyn wahań obecnych w atmosferze gazów
cieplarnianych. Jak już pisałem, najbardziej znanym jest dwutlenek węgla. CO2 jest naturalnym
składnikiem atmosfery, powstającym w procesach oddychania, gnicia i spalania. Gaz ten jest
wchłaniany w procesie asymilacji, w którym z wody i dwutlenku węgla pod wpływem światła
słonecznego powstaje materia organiczna. Uzupełnieniem tego procesu jest oddychanie, w którym z
materii organicznej i tlenu powstaje energia, woda i dwutlenek węgla, który jest wydalany do
atmosfery. W ten sposób rośliny biorą udział w regulowaniu ilości CO2 w atmosferze. Wahania
stężenia CO2 w warstwie przyziemnej są zatem związane z metabolizmem roślin. W dzień jest go
organiczna. Mniej niż w nocy w związku z intensywną asymilacją, więcej w pochmurny dzień i
zimą, kiedy do Ziemi dociera mniej światła słonecznego, a procesy asymilacji ulegają spowolnieniu.
Duże ilości CO2 magazynowane są przez wody mórz i oceanów. Między atmosferą i oceanami
zachodzi wymiana CO2, dzięki czemu stosunek ilości tego gazu w powietrzu i w wodzie jest stały.
Rola mórz i oceanów polega również na tym, że są one środowiskiem życia fitoplanktonu. Ma on te
samą zdolność do asymilacji dwutlenku węgla, co rośliny lądowe. Nadmiar fitoplanktonu może być
jednak niebezpieczny. Co jakiś czas opinię publiczną alarmują doniesienia o toksycznych zakwitach
fitoplanktonu na wodach przybrzeżnych, które mają związek z wyższą temperaturą wód morskich i
koncentracją zanieczyszczeń działających na plankton jak nawozy na rośliny uprawne.
Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wzrasta także na wskutek działalności człowieka. W
wielkich miastach przemysłowych ilość CO2 osiąga nawet do 0,05-0,07% (średnie stężenie CO2 w
atmosferze wynosi 0,03%), szczególnie w zimie przy pochmurnej pogodzie. Dwutlenek węgla jest
ubocznym produktem spalania drewna i paliw kopalnych – węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego.
Uzależnienie naszej cywilizacji od tych paliw jako podstawowego źródła energii w połączeniu z
eksplozją demograficzną spowodowały wzrost ilości dwutlenku węgla emitowanego do atmosfery.
Ogromne ilości tego gazu powstają również przy wypalaniu lasów – najpopularniejszej w wielu
rejonach świata metodzie zdobywania nowych pól i pastwisk.
Efektem spalania paliw kopalnych jest również emisja dwutlenku siarki. Silniki wszechobecnych
samochodów wytwarzają tlenek azotu.
Metan (CH4) jest produktem beztlenowej fermentacji celulozy pod wpływem bakterii metanowych.
Środowiskiem życia tych organizmów są podmokłe gleby, zamulone dna zbiorników wodnych,
bagna, ścieki komunalne i przewody pokarmowe przeżuwaczy oraz termitów, Część metanu
uwięziona jest w regionach polarnych w wiecznej zmarzlinie (stale zamarznięta warstwa gruntu). W
miarę ocieplania klimatu i wytapiania pokrywy lodowej oraz wiecznej zmarzliny metan jest
uwalniany do atmosfery. Istotnym źródłem metanu w atmosferze są również procesy zachodzące w
przewodach pokarmowych zwierząt domowych. Szacuje się, że w ciągu ostatnich stu lat ilość
metanu w atmosferze podwoiła się.
Freony to gazy stosowane w chłodziarkach oraz jako gazy nośne w opakowaniach aerozolowych. Po
zużyciu opakowań, te bardzo trwałe gazy przedostają się do atmosfery i gromadzą w stratosferze na
wysokości 20-25 km. Tu powodują rozbijanie zbudowanych z trzech atomów tlenu cząsteczek
ozonu. Tak niszczona warstwa ozonowa przepuszcza do powierzchni Ziemi więcej promieniowania
ultra fioletowego, co przyczynia się do ocieplenia klimatu.
Wpływ ocieplenia na ekosystem
Ocieplenie klimatu, o którym pisałem wcześniej, ma ogromny wpływ na cały ziemski ekosystem.
Ten proces może doprowadzić do topnienia pokryw lodowych. Przypuszcza się nawet, że pęknięcie
w ostatnich latach w pokrywie lodowej Zachodniej Antarktydy jest właśnie wynikiem ocieplenia
klimatu. Topnienie pokryw lodowych może spowodować podwyższenie poziomu mórz i zagrożenie
dla milionów ludzi żyjących na nisko położonych wybrzeżach i w pobliżu ujść rzek. Szacuje się, że
poziom morza podnosi się o 6 cm w ciągu 10 lat. Jeśli temperatura na Ziemi będzie dalej wzrastać,
miasta takie jak Rotterdam, Londyn, Nowy Orlean czy Wenecja znajdą się pod wodą. Z praw fizyki
wynika również, że wzrost temperatury wody spowoduje wzrost jej objętości, co może jeszcze
spotęgować efekt wywołany topnieniem lodu.
W miarę ocieplania się klimatu wiele regionów nawiedzają katastrofalne susze – obszary te stają się
bardziej zagrożone pożarami. Przykładem może być trudny do opanowania wielki pożar Parku
Narodowego Yellowstone w 1992 roku, czy pożary regularnie nawiedzające obszary górskie krajów
śródziemnomorskich. Pożary są wprawdzie naturalnym zjawiskiem w miejscach takich jak
Yellowstone, czy śródziemnomorska makia, wydaje się jednak, że powierzchnia obszarów suchych
i częstotliwość pożarów w ostatnich latach wzrasta.
Człowiek spalając coraz więcej paliw, wycinając lasy i zakładając na ich miejscu miasta i pola
uprawne, przyczynia się bezpośrednio do globalnego ocieplenia i zmiany klimatu. W niektórych
rejonach brakuje wody, co powoduje obniżenie plonów w wielu dotychczas żyznych rejonach
świata. Charakterystyczne dla obecnych zmian klimatu jest również obserwowane już od pewnego
czasu w wielu rejonach świata częstsze pojawienie się katastrofalnych huraganów, Wzrost
temperatury powoduje też uwolnienie wody uwięzionej dotychczas w wysokogórskich pokrywach
śnieżnych, lodowcach i otoczonych lodowymi barierami jeziorach, co prowadzi do nasilenia
zjawisk powodziowych. Katastrofalne powodzie maja też związek z wycinaniem górskich lasów.
Pozbawione roślinności stoki nie zatrzymują wody, są bardziej podatne na erozje i stanowią
zagrożenie dla mieszkańców górskich miasteczek i wiosek. W maju 1998 roku w górach w
okolicach Neapolu w południowych Włoszech pod błotną lawiną zginęło kilkaset osób. O skali
zagrożenia najlepiej świadczy o tym, że góry stanowią 40% lądów.
Nawet na małe zmiany temperatury mają poważny wpływ na świat żywych istot. Wzrost
temperatury powoduje migrację zwierząt i przesuwanie obszarów występowania roślin ku
chłodniejszym dotychczas regionom – na północ na półkuli północnej i na południe na półkuli
południowej.
Doskonałym przykładem takiej migracji jest zachowanie znanego zarówno w Europie, jak i
Ameryce motyla – rusałki admirała. Do niedawna naukowcy uważali, że admirały nie zimują w
Wielkiej Brytanii, przybywają tam dopiero wiosną z cieplejszych krajów Europu. Jednak od kilku
lat liczne obserwacje potwierdzają fakt zimowania tego motyla ( w postaci imago – dorosłego
osobnika) w stosunkowo chłodnej Wielkiej Brytanii. Prawdopodobnie wyjaśnieniem tego zjawiska
jest właśnie ocieplenie klimatu.
Dziura ozonowa
Dziurze ozonowej chciałem poświęcić oddzielną część pracy, ponieważ jest to problem nabierający
coraz poważniejszych kształtów w rzeczywistości. Jeszcze 20 lat temu niewielu ludzi słyszało o
warstwie ozonowej. Obecnie, dzięki odkryciom naukowców, zdaliśmy sobie sprawę z jej znaczenia
dla ochrony życia na Ziemi i z wynikającej stąd konieczności jej zachowania. W wesołych
miasteczkach można nieraz spotkać stanowisko ze zderzającymi się miniaturowymi
samochodzikami. Unosi się tam często charakterystyczny, ostry zapach. To właśnie ozon –
niebieskawy gaz o cząsteczkach zbudowanych z trzech atomów tlenu, a nie jak w przypadku
zwykłego tlenu atmosferycznego – dwóch. Ozon powstaje m.in. w czasie wyładowań elektrycznych.
W wesołym miasteczku samochodziki zasilane są prądem, który dociera do silnika za
pośrednictwem długiego pręta przypominającego nieco tramwajowy pantograf. Zakończenie owego
pręta, ślizgając się po znajdującej się pod napięciem siatce rozpiętej nad samochodami, powoduje
iskrzenie, które jest wynikiem niewielkich wyładowań elektrycznych. Produktem ubocznym tego
zjawiska jest właśnie ozon.
Ozon znalazł liczne zastosowania – m.in. jako wybielacz oraz środek do odkażania wody i
odświeżania powietrza. Jest też popularnym utleniaczem, czyli substancją posiadającą zdolność
wchłaniania elektronów w reakcjach chemicznych. Ozon powstaje w niższych warstwach
atmosfery, jako produkt procesów przemysłowych i spalania paliwa w samochodach. Zbyt duże
ilości ozonu są niebezpieczne dla roślin i prawdopodobnie mają związek z niektórymi zaburzeniami
oddychania.
Rozwój życia na naszej planecie byłby jednak niemożliwy bez tego gazu. Ziemia otoczona jest
grubą warstwą ozonu, która zatrzymuje około 2/3 promieniowania ultrafioletowego (UV),
emitowanego przez Słońce, przepuszczając tylko jego część, o odpowiedniej długości fali. Nadmiar
promieniowania UV jest szkodliwy dla organizmów żywych, powoduje ścinanie się białka i
obumieranie komórek. Z drugiej strony pewna ilość promieni ultrafioletowych jest niezbędna do
wytwarzania witaminy D, koniecznej do wytwarzania kośćca. Ozon ma więc duże znaczenie
biologiczne, ponieważ reguluje dopływ promieniowania ultrafioletowego do powierzchni Ziemi.
Warstwa ozonowa znajduje się w stratosferze na wysokości od 15-55 km, z maksymalną
koncentracją gazu między 25 a 30 km. Nie jest to właściwie czysty ozon, a tylko powietrze o
większej zawartości cząsteczek złożonych z trzech atomów tlenu. W warstwie ozonowej
nieustannie dokonują się przemiany różnych form tlenu. Dwuatomowe cząsteczki (O2) ulegają
rozbiciu na pojedyncze atomy, które z kolei łączą się z innymi dwuatomowymi cząsteczkami tlenu,
tworząc molekuły ozonu (O3). Ozon rozpada się na dwuatomowe cząsteczki tlenu i pojedyncze
atomy, a cały proces rozpoczyna się od nowa. Energia potrzebna do tych przeobrażeń pochodzi ze
Słońca.
Promieniowanie ultrafioletowe
Już niewielkie dawki promieniowania ultrafioletowego powodują, że skóra produkuje brązowy
barwnik o nazwie melanina, substancję ochronną, która daje efekt opalenizny. Większe dawki
promieniowania ultrafioletowego, zwłaszcza UVB mają prawdopodobnie wpływ na zwiększoną
zachorowalność na raka skóry, kataraktę, która może prowadzić do ślepoty, oraz upośledzenie pracy
układu odpornościowego organizmu. Promieniowanie ultrafioletowe niszczy też rośliny, w tym te
uprawiane i spożywane przez człowieka. Jego nadmiar nie sprzyja również planktonowi, czyli
drobnym organizmom unoszącym się w morzach i oceanach. Plankton jest początkiem większości
łańcuchów pokarmowych w oceanach, stąd zaburzenia obserwowane w jego środowisku mogą
odbić się na całym ekosystemie.
Ilość ozonu w warstwie ozonowej zależy m.in. od temperatury, dlatego proporcja ta zmienia się
zależnie od pory dnia i roku. W ciągu ostatnich kilku milionów lat, aż do niedawna, jeśli pominąć te
[ Pobierz całość w formacie PDF ]