ΑΕΡΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΠΗΛΙΔΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

Παρουσίαση με θέμα: "ΑΕΡΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΠΗΛΙΔΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΑΕΡΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΠΗΛΙΔΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ

2 Σκόνες και σωματίδια Ορισμοί
Σκόνη: αναφέρεται σε καθιζάνοντα σωματίδια στερεών ενώσεων με  >1μm. Χημικός προσδιορισμός σκόνης δύσκολος καθότι μπορεί να αποτελείται από σωματίδια χαλαζία, άλατος από εξάτμιση των θαλασσίων υδάτων έως οργανικές ενώσεις ανθρωπογενούς προέλευσης. Αερολύματα: είναι κολλοειδώς κατανεμημένα συστήματα με τον αέρα να αποτελεί το μέσο εξάπλωσής τους. Εδώ το μέγεθος των σωματιδίων κυμαίνεται από  0.1- 0.001μm. Τα αερολύματα σε αντίθεση με τη σκόνη περιέχουν και υγρές σταγόνες που σχηματίζονται από συμπύκνωση αερίων ή προκύπτουν ως προϊόντα αντιδράσεων. Από φυσιολογική πλευρά σημαντικά είναι όλα τα σωματίδια με  <5 μm, καθότι αυτά έχουν τη δυνατότητα να διαχέονται όπως ένα αέριο, με αποτέλεσμα να μη διηθούνται από τον αέρα που αναπνέει ο άνθρωπος και να παραμένουν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στην ατμόσφαιρα.

3 Προέλευση σωματιδίων Φυσικές πηγές
Άλατα από την εξάτμιση θαλάσσιου ύδατος Σκόνη από ορυκτά Στάχτη από ηφαίστεια Σωματίδια καπνού από πυρκαγιές Σωματίδια που σχηματίζονται από αντιδράσεις αερίων, όπως τα νιτρικά και θειικά. Ανθρωπογενείς πηγές Βιομηχανικώς προκύπτουσες σκόνες Κάπνα από εργοστάσια καύσης και αποτέφρωσης Προϊόντα αντιδράσεων ανθρωπογενούς προέλευσης Αέρια που εκλύονται από τα εδάφη τα οποία μπορεί να είναι και φυσικής προέλευσης Πάνω από τη μισή ποσότητα των 1760 Μtons σκόνης και αερολυμάτων που εκλύονται ετησίως στην ατμόσφαιρα είναι φυσικής προέλευσης.

4 Στρώματα της ατμόσφαιρας
Τροπόσφαιρα είναι το κατώτερο μέρος της ατμόσφαιρας (στον ισημερινό έχει ύψος 18 km, ενώ στους πόλους τα ύψος της είναι μόλις 8 km) Στρατόσφαιρα παρουσιάζει ενδιαφέρον επειδή: τα αεροπλάνα κινούνται σε αυτήν οι ρύποι μεταφέρονται, τα σωματίδια διασκορπίζονται και τα απαέρια εναέριων δοκιμών ατομικών βομβών και ηφαιστειακών εκρήξεων συσσωρεύονται σε αυτήν το όζον που προστατεύει τη γη από την ακτινοβολία UV και το οποίο μειώνεται σε αυτήν είναι υπεύθυνο για τη μεταβολή της θερμοκρασίας στην τροπόσφαιρα Μεσόσφαιρα και θερμόσφαιρα παρουσιάζουν ενδιαφέρον επειδή τα διαστημικά οχήματα διέρχονται από αυτήν περιστρέφονται οι δορυφόροι της γης (ραδιοεπικοινωνίες) επέρχεται απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας, άρα καθορίζεται η διανομή της ενέργειας στα κατώτερα στρώματα της γης

5 Παραμονή στην ατμόσφαιρα
Ο χρόνος παραμονής εξαρτάται από το μέγεθος, την πυκνότητα καθώς και από την ταχύτητα του ανέμου και το ύψος στροβιλισμού των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Τα μεγαλύτερου μεγέθους σωματίδια καθιζάνουν μετά από μερικές ώρες ή ημέρες, μπορούν όμως να κινηθούν και μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα Σωματίδια τα οποία διαχέονται στην ατμόσφαιρα ( <1μm) , όπως συμβαίνει με τα αέρια, δε ξεπλένονται από τη βροχή, με αποτέλεσμα να παραμένουν ημέρες στην ατμόσφαιρα ακόμη και σε στρώματα πλησίον του εδάφους. Έτσι δεν μπορούν να μετακινηθούν από τον βόρειο στο νότιο πόλο καθότι ο ισημερινός καθιστά την ανταλλαγή μαζών μεταξύ των δυο ημισφαιρίων δύσκολη.

6 Μεταφορά σκόνης και σωματιδίων
Με στροβιλισμό, σκόνη και αερολύματα, μπορούν να καταλήξουν στα ανώτατα στρώματα της τροπόσφαιρας και στη συνέχεια μέσω οριζοντίων ρευμάτων αέρα να καταλήξουν στη στρατόσφαιρα όπου μπορεί να έχουν χρόνους παραμονής 1-3 έτη. Σε μεγάλες πόλεις σκόνη και αερολύματα δημιουργούν ένα νέφος, το οποίο παρουσία αέρα εξαφανίζεται καθαρίζοντας το περιβάλλον της πηγής προέλευσής τους. Σωματίδια που προέρχονται από φυσικές πηγές εμφανίζουν ένα μέγιστο συγκέντρωσης το καλοκαίρι, ενώ τα ανθρωπογενούς προέλευσης το χειμώνα. Σωματίδια και αερολύματα σε εσωτερικούς χώρους προκαλούν, αν δεν υπάρχει επαρκής εξαερισμός, προβλήματα αλλεργιών.

7 Επίδραση στο ισοζύγιο ακτινοβολίας-θερμοκρασίας
Σκόνες και αερολύματα επηρεάζουν το ισοζύγιο ακτινοβολίας μέσω αντανάκλασης, διάχυσης και απορρόφησης, μια διαδικασία που είναι σημαντική από την πλευρά των πιθανών κλιματικών αλλαγών σε σχέση με το CO2 και άλλα αέρια που απορροφούν στην περιοχή IR. Αν τα σωματίδια έχουν  >1μm αυξάνει η απορρόφηση IR και έτσι τα στρώματα αέρα θερμαίνονται. Από την άλλη πλευρά μικρότερα σωματίδια (έως  0.4μm) απορροφούν ορατή ακτινοβολία και συμβάλουν έτσι στη διάχυση του φωτός. Ακόμη μικρότερα σωματίδια ανάλογα με τη χημική τους σύσταση μπορεί να απορροφήσουν ακτινοβολία UV. Σημαντικά είναι όμως τα σωματίδια που έχουν διάμετρο 0.4 μm <  < 1μm, καθότι αυτά βρίσκονται σε περίσσεια, απορροφούν στην ορατή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και συμμετέχουν στην ελάττωση της θερμοκρασίας εδάφους κατά 1.5 0C (συγκριτικά, η εξάτμιση του νερού τη μειώνει κατά 15 0C). Αν η παρούσα συγκέντρωση αερολυμάτων διπλασιασθεί, αυτό δε σημαίνει και ανάλογη αύξηση στην ελάττωση της θερμοκρασίας του εδάφους, καθότι υπεισέρχονται και άλλες παράμετροι (αντανάκλαση εδάφους, συγκέντρωση αερίων στην τροπόσφαιρα, αέρια που καταστρέφουν το όζον στη στρατόσφαιρα)

8 Βασική αντίδραση στην τροπόσφαιρα
Ο3 υπάρχει στην τροπόσφαιρα σε συγκεντρώσεις ppb και μπορεί ανάλογα με το μήκος κύματος της ηλιακής ακτινοβολίας να σχηματίσει είτε Ο(3Ρ) (λ >310 nm) είτε Ο(1D) (λ <310 nm) Τα διηγερμένα άτομα Ο μπορούν να σχηματίσουν με τους υδρατμούς ΟΗ• τα οποία στη συνέχεια με SO2 σχηματίζουν θειικό οξύ Ο(1D) Η2Ο  ΟΗ• ΟΗ• SO ΟΗ•  H2SO4 Το τροποσφαιρικό θειικό οξύ αντίθετα με το στρατοσφαιρικό παραμένει μόλις μερικές ημέρες και ξεπλένεται από τη βροχή. Στην τροπόσφαιρα όλες οι σκόνες που περιέχουν αλκαλικές ενώσεις συμμετέχουν στην εξουδετέρωση των όξινων εκπομπών. Παρότι ο μέσος όρος εκπομπών Pb(Et)4 από μηχανές εσωτερικής καύσης ήταν 5 mg/m3 στις πόλεις οι συγκεντρώσεις Pb(Et)4 που μετρήθηκαν κυμαίνονταν από μg/m3 επειδή οι ακτίνες UV το κατέστρεφαν σύμφωνα με την αντίδραση Pb(Et)4 (λ =250 nm)  Pb(Et)3• Et•  X + Pb(Et) X-

9 Παρεμπόδιση ανάπτυξης της βιταμίνης D3
Η ακτινοβολία UV είναι απαραίτητη για το σχηματισμό της προ-βιταμίνης D3 η οποία στη συνέχεια υδροξυλιώνεται στο ήπαρ και τα νεφρά προς την ενεργό 1,25-διυδροξυχοληκαλκιφερόλη. Απουσία UV σημαίνει ανυπαρξία του πρώτου σταδίου της αντίδρασης, άρα έλλειψη βιταμίνης D3 με συμπτώματα παρεμπόδισης ανάπτυξης των κοκάλων.

10 Πυριτίαση και αμιάντωση
Καταστάσεις όπου στον αέρα βρίσκονται σωματίδια χαλαζία  περίπου 3μm ή ίνες αμιάντου μήκους >5 μm και διαμέτρου <3 μm. Χωρίς καμία εξαίρεση εδώ πρόκειται για σκόνες προσβάσιμες στους πνεύμονες όπου εγκλωβίζονται και αθροιζόμενες παρεμποδίζουν την ανταλλαγή του αέρα στους πνεύμονες. Οι ίνες αμιάντου επιπρόσθετα δημιουργούν μικρο-τραύματα στους ιστούς των πνευμόνων με αποτέλεσμα να καθιστούν δυνατή την εισαγωγή τοξικών ουσιών σε αυτούς. Για αυτό το λόγο εξάλλου παρατηρείται καρκίνος του πνεύμονα σε άτομα τα οποία καπνίζουν ενώ έχουν προσβληθεί από αμίαντο. Για το λόγο αυτό σε μερικές χώρες έχει θεσπισθεί ανώτατη συγκέντρωση έκθεσης σε χώρους εργασίας 0.05 mg λεπτοκονιοποιημένης σκόνης ή 1 εκατομμύριο ινών αμιάντου ανά m3 αέρα. 1 ppmv = 24.3 / MB compound x ppm (mg/m3)

11 Επιδράσεις μεταλλικής σκόνης
Οι μεταλλικές σκόνες μπορούν να προκαλέσουν μέσω βιοχημικών αντιδράσεων στα κύτταρα τοξικές δηλητηριάσεις. Ο μόλυβδος (πρόσθετο βενζίνης, μπαταρίες, μπογιές, πλαστικά, κλπ) σε συγκέντρωση 0,1 mg/l αναπνεύσιμου αέρα, εμφανίζει στον άνθρωπο συγκέντρωση Pb στο αίμα 0.6 mg/l (με όριο επιφυλακής το 1 mg/l ) και στα ούρα 0.06 mg/l (με όριο επιφυλακής το 0.1 mg/l). Συμπτώσεις: εξασθένιση του μυϊκού συστήματος με εξάρθρωση των μυελών των κοκάλων και εξασθένιση του κεντρικού νευρικού συστήματος. Το κάδμιο (σε διάφορα κράματα, μπαταρίες, βιολογικές λάσπες, φωσφορικά λιπάσματα) θα αναλυθεί στο μάθημα της περιβαλλοντικής χημείας Το αργίλιο και το βερύλιο αντίθετα προσβάλουν τα ίδια τα όργανα του αναπνευστικού συστήματος, προκαλώντας ειδικά το αργίλιο ερεθισμό των βρογχικών πόρων και των πνευμόνων. Σε περίπτωση που εισπνεύσει κανείς βερύλιο αυτό παραμένει για μεγάλο χρονικό διάστημα στους πνεύμονες, το ήπαρ και τα κόκαλα

12 Σκόνη και φωτοσύνθεση των φυτών
Υγροσκοπική σκόνη μπορεί να εκχυλίσει νερό από την επιδερμίδα των φύλλων στα φυτά, μειώνοντας με τον τρόπο αυτό τον απαιτούμενο βαθμό ενυδάτωσης του κυτοπλάσματος που είναι απαραίτητος για έναν ρυθμισμένο μεταβολισμό. Ασβεστούχος σκόνη ή σκόνη από τσιμεντοβιομηχανίες σε συνδυασμό με νερό από τα φύλλα των φυτών σχηματίζουν υδράσβεστο με αποτέλεσμα να κλείνουν τα στόματα παρεμποδίζοντας την ανταλλαγή αερίων που είναι απαραίτητα για την αναπνοή και τη φωτοσύνθεση. Στρώματα κοινής σκόνης παρεμποδίζουν επίσης τη φωτοσύνθεση, επειδή αντανακλούν ισχυρά το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος μεταξύ 400 και 700 nm που είναι σημαντικό για τη φωτοσύνθεση. Από την άλλη πλευρά οι ακτίνες IR προσροφώνται από τη σκόνη προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας στα φύλλα.

13 Διήθηση σκόνης με τη βοήθεια φυτών
Πλέγματα από δένδρα ύψους m καθαρίζουν ένα σκονισμένο αέρα αν δεν είναι ιδιαίτερα πυκνά τοποθετημένα, επειδή σε διαφορετική περίπτωση ο αέρας δημιουργεί δίνες πάνω από τα φύλλα των φυτών.

14 Αέρια: εκπομπές, μεταδόσεις, εισπνοές
Συνθήκες εκπομπής (emissions) αερίων: Ύψος σημείου εξόδου από το έδαφος Ποσότητα εκπομπής στη μονάδα του χρόνου Ποσότητα, θερμοκρασία και ταχύτητα των εκπεμπόμενων αερίων Χημική σύσταση αερίων Οι συνθήκες υπό τις οποίες λαμβάνει χώρα μετάδοση (transmissions) αερίων εξαρτώνται από την υδατοδιαλυτότητα και την ικανότητα των αερίων να αντιδράσουν με άλλα συστατικά της ατμόσφαιρας. Με το όρο εισπνοές (immissions) θεωρείται η πραγματική ρύπανση, δηλαδή το σύνολο των συγκεντρώσεων ρυπαντικών ενώσεων, στην οποία εκτίθεται ένα άτομο.

15 Διάχυση αερίων μαζών Αέρια όπως το SO2 και το NOx παραμένουν μικρό χρονικό διάστημα στην ατμόσφαιρα και επηρεάζονται από μετεωρολογικές διαφοροποιήσεις με αποτέλεσμα να υπάρχουν σημαντικές διαφοροποιήσεις στη συγκέντρωσή τους μεταξύ διαφόρων περιοχών. Η θερμοκρασιακή διαφορά επηρεάζει επίσης την κάθετη εξάπλωση των αερίων. Αν αυτή ελαττώνεται κατά 1οC/100 m ύψους, τότε η διάχυση γίνεται ανεμπόδιστα και ανάλογα με την κατεύθυνση των ανέμων.

16 Διάχυση αερίων υπό αναστροφή της θερμοκρασίας
Σε περίπτωση μικρότερης μείωσης της θερμοκρασίας ή και αναστροφής αυτής (αύξηση) πλησίον του εδάφους, εμφανίζονται αυξημένες εκπομπές πλησίον του σημείου της αναστροφής, δημιουργώντας παράλληλα νέφος. Όταν σε κάποιο ύψος ένα στρώμα αέρα με ανάστροφη κλίμακα θερμοκρασίας βρίσκεται πάνω από ένα στρώμα αέρα με κανονική ανάπτυξη θερμοκρασίας, όλα τα εκπεμπόμενα απαέρια που βρίσκονται κάτω από το νοητό επίπεδο αναστροφής εγκλωβίζονται στο κέντρο της περιοχής.

17 Όρια συγκεντρώσεων για τα απαέρια
Επειδή είναι ουτοπικό να μην υπάρχουν ανθρωπογενείς εκπομπές ή πλήρης καθαρισμός των ρύπων, έχουν θεσπισθεί όρια συγκεντρώσεων λαμβάνοντας ως βασικό κριτήριο την υγεία των ανθρώπων. MEC =Maximal Emission Concentration είναι η συγκέντρωση που μπορεί να εκπέμπει μια βιομηχανική ή άλλη μονάδα (οι τιμές συνήθως αναφέρονται σε mg/m3) MIC =Maximal Immission Concentration είναι οι ανεκτές τιμές ρυπαντών που εισπνέονται από άνθρωπο, ζώα και φυτά σε σημείο αναφοράς (επίσης σε mg/m3 για ½ ώρα, 1 ώρα ή 1 έτος) MWC=Maximal Workplace Concentration είναι οι τιμές που δίνονται για καρκινογόνες και μεταλλαξιογόνες ενώσεις των οποίων η χρήση οφείλεται να αποφεύγεται Πίνακας 1: Εκπομπές φυσικής και ανθρωπογενούς προέλευσης (σε 106 τόνους/έτος) Αέριο Φυσικές Ανθρωπογενείς CO CO CxHy CH NH NOx SO

18 Μονοξείδιο του άνθρακα (CO)
Παγκόσμιες εκπομπές 3 x 108 t, στις ΗΠΑ 108 t εκ των οποίων το 60% από οχήματα Σε αστικές περιοχές 70% των παγκόσμιων εκπομπών από αυτοκίνητα, βιομηχανίες και ΔΣΑ, σε μη αστικές περιοχές το 80% οφείλεται σε οξείδωση μεθανίου Οξείδωση μεθανίου στην τροπόσφαιρα (από •ΟΗ) προς CO και CO2 Ηφαιστειογενείς εκρήξεις Ανθρωπογενείς εκπομπές CO (καυσαέρια αυτοκινήτων, καπνοί από τσιγάρα) Όπως το Ο2, έτσι και το CO συνδέεται ( φορές πιο γρήγορα) με την αιμοσφαιρίνη στην έκτη θέση ένταξης του Fe2+ (4 θέσεις ενώνονται με τα Ν του πυρολίου και μια με το Ν του ιμιδαζολίου της ιστιδίνης). Η ταχύτητα δέσμευσης εξαρτάται από τη συγκέντρωσή του, την ταχύτητα ανταλλαγής/συχνότητα αναπνοής Εργάτες βιομηχανίας που καπνίζουν έχουν στο αίμα 5% CO-αιμοσφαιρίνη, ενώ αυτοί που δεν καπνίζουν μόλις 1.5% Στην τροπόσφαιρα: CO + OH• => CO2 + H• Στο έδαφος: CO + ½ O2 + βακτήρια => CO2 (αερόβια) CO + 3 H2 + βακτήρια => CH4 + H2O Τα φυτά: CO + φύλλα => αμινοξέα (ημέρα) και CO2 (νύχτα)

19 Χημικό - βιοχημικό ισοζύγιο CO2 στην ατμόσφαιρα
Πηγές εκπομπών (1012 t βιογενείς, 1010 t ανθρωπογενείς) Ηφαιστειογενείς εκπομπές Αποσάθρωση πετρωμάτων που περιέχουν άνθρακα Μικροβιακή αποδόμηση οργανικών ουσιών στο έδαφος Διαπνοές ζώων και φυτών Πυρκαγιές δασών και πάσης είδους καύσεις Η αυξανόμενη καύση ορυκτών πόρων τα τελευταία 100 χρόνια συνέβαλε στην αύξηση των εκπομπών CO2 κατά 100 x 106 t/a. Αποδασώσεις σε τροπικά μέρη που περιείχαν τεράστιες ποσότητες άνθρακα έχουν συμβάλει στην απομάκρυνσή του και στο σχηματισμό CO2 Μηχανισμοί δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα Φωτοσύνθεση φυτών Διάλυση σε θαλάσσιο νερό Καθίζηση ενώσεων πλουσίων σε άνθρακα Σχηματισμός ορυκτών καυσίμων

20 Συμπεριφορά CO2 στην ατμόσφαιρα
και φυτά και προσροφά ακτινοβολία IR. Αν η επιφάνεια της γης θερμανθεί, τότε ακτίνες IR επανεκπέμπονται στην ατμόσφαιρα, μπορούν να προσροφηθούν από αέρια αυτής, τα οποία θερμαίνονται και επιφέρουν κλιματικές αλλαγές. Αν οι εκπομπές CO2 συνεχισθούν με τον ίδιο ρυθμό η συγκέντρωση αυτού αναμένεται να διπλασιασθεί το έτος Η πολυπλοκότητα των υπολογιστικών μοντέλων αφήνει ερωτηματικά ως προς τους υπολογισμούς, καθότι λείπουν κάποια δεδομένα, όπως π.χ. η διαλυτότητα του CO2 στους ωκεανούς (μόνο τα πρώτα m νερού έχουν αυτήν την ικανότητα, παρότι σε μερικά σημεία θερμά ύδατα αναμειγνύονται με κρύα) και η εκπομπή από αυτούς στην ατμόσφαιρα. Διπλασιασμός της συγκέντρωσης του CO2 σημαίνει αύξηση της θερμοκρασίας κατά C με περισσότερο να επηρεάζονται τα βόρεια τμήματα της ατμόσφαιρας από τις τροπικές περιοχές.

21 Ενέργεια και CO2 Χρήση εναλλακτικών μορφών ενέργειας
εξαρτάται συνεργατικά και ανταγωνιστικά από άλλους παράγοντες Οι υδρατμοί, NO2, N2O, CFCs, CH4, O3 που δρουν συνεργατικά και δίνει μια προσαύξηση κατά 50% στη δράση του CO2 ως θερμοκηπικού αερίου. To O3 που παράγεται από ρύπους εκπεμπόμενους από τα αυτοκίνητα γρήγορα αποδομείται Το Ο3 όμως που παράγεται φωτοχημικά στα ανώτατα στρώματα της τροπόσφαιρας από τα απαέρια των αεροπλάνων συμβάλει σημαντικά στην θέρμανσή της Το Ο3 της στρατόσφαιρας προκαλεί ελαφρά ψύξη λόγω προσρόφησης ενέργειας Δεν είναι δυνατόν να εκτιμηθεί η επίδραση του Ν2Ο, ούτε των CFCs, καθότι αυτά μετατρέπονται φωτοχημικά κατά την επαφή τους με το Ο3 και άλλα αέρια. Εν τούτοις ιδιαίτερα τα CCl2F2/ CCl3F στην τροπόσφαιρα δημιουργούν Ο3 και αντικαταστάθηκαν H συγκέντρωση CH4 έχει αλλάξει τις τελευταίες δεκαετίες (0.7 ppm πριν από 500 έτη, 1.25 ppm πριν από 25 έτη, 1.7 ppm σήμερα)

22 Ενώσεις του θείου Το θείο περιέχεται σε πετρέλαιο, θερμές ιαματικές πηγές και ενώσεις αυτού εκπέμπονται από ηφαιστειακές εκρήξεις Οι βασικές ενώσεις του θείου είναι το Η2S και το SO2 Το SO2 οξειδώνεται (Fe3+) σε SO3 και στη συνέχεια (V2+) σε H2SO4 Οι ανθρωπογενείς εκπομπές θείου προέρχονται από Ηλεκτρική ενέργεια (108 t ετησίως) Διυλιστήρια (3 x 107 t ετησίως) Βιομηχανίες μετάλλου (2 x 107 t ετησίως) Οι εκπομπές ανθρωπογενούς προς βιογενές θείο είναι 0.5 : 1 Οι βιογενείς ενώσεις του θείου προέρχονται κυρίως από το Η2S που σχηματίζεται από την αποσύνθεση των οργανικών ενώσεων ή από αναγωγή των SO42- αλάτων με ειδικά αναγωγικά βακτήρια σε ξηρά (75%) και θάλασσα (25%) και το οποίο είναι τοξικό σε συγκεντρώσεις πάνω από 0.2 ppbv. Ένα μέρος του Η2S οξειδώνεται σε SO2

23 Διοξείδιο του θείου Το SO2 επιπρόσθετα έχει τοξικές επιπτώσεις σε ζώντες οργανισμούς Όριο αντίληψης για τον άνθρωπο: 0.3 ppmv (από 1.0 ppmv δυσάρεστο, από 5.0 ppmv αναπνευστικές διαταραχές (ερεθισμός των ματιών) Στα φυτά: κιτρίνισμα των φύλλων πάνω από ppmv Διάρκεια ανθεκτικότητας στην ατμόσφαιρα: 2 εβδομάδες (όχι διασπορά) Πρόβλημα στις βιομηχανικές χώρες (όξινη βροχή) δε λύθηκε με υψηλές υψικαμίνους Ξεπλένεται από βροχή ή χιόνι ή εναποτίθεται ως ξηρή σκόνη Αποτέλεσμα: η βροχή είχε pH 1960 σε Benelux, GER, F, UK, Scandinavia η βροχή είχε pH 4-4.5 1980 σε GER η βροχή είχε pH 3.9, σε Σκωτία 2.4, σε Νορβηγία 2.7

24 Αντιδράσεις SO2 στην ατμόσφαιρα
Οξείδωση: SO2 + O => SO O2 SO3 + H2O => H2SO4 SO OH• => H2SO4 Καταστροφές κτιρίων (υαλικών, παραθύρων) με γυψοειδή ή αργιλώδη υλικά: CaCO H2SO4 => Ca SO H2O CO2 CaCO3 + H2O CO2 => Ca HCO3- 3KAlSi3O H2O H+ => KAl3Si3O10(OH)2 + 6H4SiO4 + 2K+

25 Επιδράσεις SO2 σε φυτά Το SO2 συνδυάζεται με νερό στα κύτταρα των φύλλων => σχηματισμός H2SO3 Αξιοσημείωτες καταστροφές λαμβάνουν χώρα σε [SO2] > ppm ~0.05 mg/m3 Μηχανισμός προσβολής: Ακόρεστα λιπαρά οξέα που βρίσκονται στα φωσφολιπίδια των μεμβρανικών κυττάρων οξειδώνονται από ενεργά μόρια οξυγόνου προς σχηματισμό υδρο-υπεροξειδίων των λιπαρών οξέων, τα οποία με τη σειρά τους σχηματίζουν ελεύθερες ρίζες R2CH-O-OH + HSO3- => R2CH-O• + HSO3• + OH- Κατά την καταλυόμενη από βαριά μέταλλα αποδόμηση των ελευθέρων ριζών των λιπαρών οξέων απελευθερώνεται αιθάνιο και αλδεύδες. Αν είναι παρούσες μεμβράνες χλωροπλαστών, τότε αυτές αποχρωματίζουν τη χλωροφύλλη. Αποχρωματισμός της χλωροφύλλης μπορεί να λάβει χώρα και κατά την οξίνιση του κυτοπλάσματος υπό απελευθέρωση Mg2+ από τον πορφυρινικό δακτύλιο της χλωροφύλλης. Υπό την επίδραση SO2 τα φύλλα κιτρινίζουν από τα νεύρα των φύλλων

26 Επιδράσεις SO2 στα φυτά ΙΙ
Εκτός από την καταστροφή μεμβρανών και χρωμάτων, HSO3- παρεμποδίζει μια σειρά ενζύμων μεταξύ των οποίων και αυτών που συμμετέχουν στον κύκλο του Calvin, τα οποία συμβάλουν στη φωτοχημική ακινητοποίηση του CO2 Επιπλέον τα ιόντα HSO3- είναι υπεύθυνα για το σχηματισμό H2O2 και των HSO3• τα οποία με τη σειρά τους είναι ικανά να δώσουν το έναυσμα για νέες αντιδράσεις, που μπορούν να καταστρέψουν τα λιπαρά οξέα και να νεκρώσουν τα φύλλα Η τοξική δράση του SO2 είναι πιο επικίνδυνη τη νύχτα από ότι την ημέρα, επειδή κατά την ημέρα τα ιόντα HSO3- ανάγονται σε σουλφυδριλικά ιόντα ΗS- τα οποία με τη σειρά τους δεσμεύονται από κάποιο αμινοξύ

27 Οξείδια του αζώτου Στα ανθρωπογενή οξείδια του αζώτου περιλαμβάνεται κυρίως το ΝΟ που προέρχεται από τις πάσης είδους καύσεις, ιδιαίτερα αυτές που προέρχονται από τα αυτοκίνητα και λαμβάνουν χώρα σε θερμοκρασίες >1000 οC. Το ΝΟ οξειδώνεται σε ΝΟ2, είτε από το Ο3, είτε από τις ΗΟ2• της ατμόσφαιρας, τα οποία σχηματίζονται από μονοξείδιο του άνθρακα και ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου CO + HO• => Η• CO2 H• + O => HOO• HOO• + NO => HO• + NO2 Το ΝΟ2 παραμένει σταθερό κατά τη διάρκεια της νύχτας. Την ημέρα υπό την επίδραση ηλιακού φωτός (λ>430 nm) παράγεται triplet οξυγόνο και στη συνέχεια όζον. ΝΟ2 +hν => ΝΟ + Ο Ο Ο => Ο3 Ο3 + ΝΟ => ΝΟ2 + Ο2 Άρα για να υπάρξει συσσώρευση Ο3 στην τροπόσφαιρα χρειάζεται μια αντίδραση μετατροπής του ΝΟ σε ΝΟ2

28 Φωτολυτικός κύκλος του ΝΟ2
Αυτή η εναλλακτική αντίδραση μετατροπής του ΝΟ σε ΝΟ2 παρέχεται από τη φωτοχημική οξείδωση δραστικών οργανικών ενώσεων που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα (π.χ. υδρογονάνθρακες ή καρβονυλικές ενώσεις) R-H + HO• => R• H2O R• + O2 => R-O-O• R-O-O• + NO => RO• + NO2 RCOH + HO• => RCO• + H2O RCO• + O2 => RCOΟO• (υπεροξυ-οξική ρίζα) RCOΟO• + •ΝΟ2 => RCOOONO2 (PAN) Στην αρχή της ημέρας, VOCs βιογενούς και ανθρωπογενούς προέλευσης καταναλώνονται κατά την αντίδρασή τους με ΟΗ• και παρατηρείται μείωση της συγκέντρωσής τους. Οξειδωτικές διαδικασίες παράγουν αλδεύδες κετόνες, που με ΟΗ• δίνουν Ο3 και ΡΑΝ. Μετά το πέρας της ημέρας, λόγω έλλειψης ηλιακού φωτός, οι συγκεντρώσεις των VOCs αυξάνουν λόγω μη κατανάλωσής τους από τις ΟΗ•, αλλά παράλληλα δεν διαχέονται όπως την ημέρα. Οι δευτεροταγείς ρυπαντικές ενώσεις καταναλώνονται από ομογενείς και ετερογενείς αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα τη νύχτα και έτσι οι χαμηλότερες συγκεντρώσεις Ο3 και ΡΑΝ παρατηρούνται κατά το ξημέρωμα.

29 Φωτολυτικός κύκλος του ΝΟ2

30 Επιδράσεις φωτοχημικού κύκλου ανά περιοχή

31 Βιοχημικές επιδράσεις ΝΟx σε φυτά Ι
Όξινης εναπόθεσης Απευθείας επιδράσεις (αποχρωματισμός φύλλων και βελόνων) Φωτοχημικών σχηματισμών οξειδωτικών ενώσεων όπως είναι το Ο3 και το PAN Ο αποχρωματισμός οφείλεται στην αποσύνθεση της χλωροφύλλης a και b προς φυκοερυθρίνη και φυκοκυανίνη και την αποσύνθεση των καροτενοειδών. Από ότι φαίνεται αυτές οι οξειδωτικές αποδομήσεις λαμβάνουν χώρα μέσω ελευθέρων ριζών ακόρεστων λιπαρών οξέων.

32 Βιοχημικές επιδράσεις ΝΟ2 σε φυτά ΙΙ
Επιπλέον ΝΟ2 (>0.17 ppm) και νερό (δηλαδή ΗΝΟ2) μπορούν να οξειδώσουν την αμινομάδα μιας νουκλεϊνικής βάσης (μετατροπή κυτοσίνης σε ουρακίλη, αντίδραση που προκαλεί μια μετατροπή στην αλληλουχία των νουκλεοτιδίων σε DNA και RNA.

33 Επιδράσεις ΝΟx στον άνθρωπο
Επειδή ούτε το ΝΟ ούτε το ΝΟ2 δε βρίσκονται μόνα τους στην ατμόσφαιρα αναφέρεται η έκθεση του ανθρώπου ως ΝΟx. Μετά από προσρόφηση σχηματίζεται μια ασταθής νιτρο-ένωση, η οποία μετατρέπεται σε ferri(ΙΙΙ)-αιμοσφαιρίνη. Κατά τη διαδικασία αυτή ο Fe2+ μετατρέπεται σε Fe3+ ο οποίος δεν μπορεί να ανταλλάξει Ο2 και έτσι δεν είναι δυνατή η μεταφορά οξυγόνου στο αίμα. Περιεκτικότητα 60-70% ferri(ΙΙΙ)-αιμοσφαιρίνης στο αίμα οδηγεί σε θάνατο (δε μπορεί να συμβεί σε ανοιχτό παρά μόνο σε κλειστούς χώρους). Απομακρυνόμενο από την πηγή εκπομπής το ΝΟ μετατρέπεται σε ΝΟ2 το οποίο ερχόμενο σε επαφή με το με την υγρασία του δέρματος σχηματίζει ΗΝΟ2/ΗΝΟ3 που προσβάλουν, όπως και άλλα οξέα τα τοιχώματα των πνευμονικών κυψελίδων. Με τον τρόπο αυτό γίνεται διάνοιξη των αγγείων των πνευμόνων με αποτέλεσμα να εισέρχεται ορός αίματος στα κοιλώματα των πνευμόνων. Τα αέρια της αναπνοής διαλύονται σε αυτό το υγρό σχηματίζοντας αφρούς που δυσκολεύουν την αναπνοή. Αυτό φυσικά δε μπορεί να συμβεί σε ανοιχτούς παρά μόνο σε κλειστούς χώρους. Ανώτατη επιτρεπτή συγκέντρωση σε χώρους εργασίας 9 mg/m3 (5 ppm)

34 Το υποξείδιο του αζώτου και η αμμωνία
Στο έδαφος απονιτρωτικά βακτήρια αποδομούν το πρωτεϊνικό άζωτο σε Ν2 και Ν2Ο και έτσι αυτό ανέρχεται στην ατμόσφαιρα (6 x 108 t ανά έτος) Παραμένει σταθερό στην τροπόσφαιρα. Στη στρατόσφαιρα όμως Ν2Ο => Ν ½ Ο2 Ν2Ο => ΝΟ ½ Ν2 Το Ν2Ο δεν είναι άμεσα τοξικό έως μια συγκέντρωση 0.25 ppmv Βιογενής ΝΗ x 108 t ανά έτος Ανθρωπογενής ΝΗ x 106 t ανά έτος Η αμμωνία σχηματίζει στην ατμόσφαιρα με ανιόντα όπως: Cl-, NO3-, SO42- άλατα (ΝΗ4ΝΟ3, ΝΗ4Cl, (NH4)2SO4 τα οποία εμφανίζονται υπό μορφή αερολυμάτων (aerosols)

35 Όζον Chapman 1931-1960: Συγκεντρώσεις Ο3 στη στρατόσφαιρα 10 ppm
Crutzen (1970) και Rowland/Molina (1980) βραβείο Nobel Χημείας το 1995 για τις έρευνες στα CFCs και στη μετατροπή 2Ο3 => 3Ο2 Τρύπα του όζοντος το 70% του όζοντος χάνεται πάνω από την ανταρκτική σε ύψη km και ιδιαίτερα τους μήνες Σεπτέμβριο-Οκτώβριο επειδή: Cl• + CH4 => HCl + CH3• και ClO• (από Cl• + O3) + NO2 => ClONO2 Τα HCl και ClONO2 δεν αντιδρούν με το Ο3 και δε συμβάλουν στη μείωσή του Τον χειμώνα όμως : τα στρατοσφαιρικά νέφη αποσπούν ΝΟ2 και καταλύουν την αντίδραση HCl + ClONO2 => Cl2 + HNO3 Το Σεπτέμβριο και Οκτώβριο: Cl2 => 2 Cl• και Cl• + O3 => ClO• + O2 και επειδή υπάρχει λίγο ΝΟ2 ClO• + ClO• => Cl2O2 + h•ν=> Ο Cl• Cl• + O3 => ClO• + O2

36 Το υποξείδιο του αζώτου και η αμμωνία
Στο έδαφος απονιτρωτικά βακτήρια αποδομούν το πρωτεϊνικό άζωτο σε Ν2 και Ν2Ο και έτσι αυτό ανέρχεται στην ατμόσφαιρα (6 x 108 t ανά έτος) Παραμένει σταθερό στην τροπόσφαιρα. Στη στρατόσφαιρα όμως Ν2Ο => Ν ½ Ο2 Ν2Ο => ΝΟ ½ Ν2 Το Ν2Ο δεν είναι άμεσα τοξικό έως μια συγκέντρωση 0.25 ppmv Βιογενής ΝΗ x 108 t ανά έτος Ανθρωπογενής ΝΗ x 106 t ανά έτος Η αμμωνία σχηματίζει στην ατμόσφαιρα με ανιόντα όπως: Cl-, NO3-, SO42- άλατα (ΝΗ4ΝΟ3, ΝΗ4Cl, (NH4)2SO4 τα οποία εμφανίζονται υπό μορφή αερολυμάτων (aerosols)

37 Ποιότητα και έλεγχος αέρα εσωτερικών χώρων
Θα δούμε τη στιγμή που μη-βιομηχανικές προδιαγραφές ποιότητας αέρα εσωτερικών χώρων (IAQ) θα είναι γραμμένες σε κώδικες ή κανονισμούς ….ανώτερα όρια για τα βασικά χημικά είδη ή των συνολικών VOCs στον αέρα εσωτερικών χώρων θα είναι πιθανώς κάποια μέρα σε ισχύ. Θα ήταν σωστό να προετοιμαστούμε για αυτήν τη στιγμή μαθαίνοντας όσο περισσότερα μπορούμε για τις επιπτώσεις στην υγεία των αραιών μιγμάτων VOC και πώς να βελτιώσουμε την ποιότητα του αέρα εσωτερικών χώρων. Franklin A. Aldrich, 1992

38 Εισαγωγή IAQ = Indoor Air Quality SBS = Sick Building Syndrome
συνέπεια μερικοί ρύποι να αυξάνουν τη συγκέντρωσή τους και μερικοί άλλοι να την ελαττώνουν) Συνήθεις ρύποι: PM 2.5, O3, NO2, SO2, CO, καπνός, ραδόνιο, φορμαλδεΰδη, μούχλα, γύρη και μια ποικιλία VOCs. PELs = Permissible Exposure Limits από τη NOISH (National Institute for Occupational Safety and Health)

39 Πηγές αερίων ρύπων εσωτερικών χώρων

40 Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (VOCs)

41 Αέριοι ρύποι εσωτερικών χώρων και ανθρώπινη ύπαρξη

42 Ρυθμοί εκπομπής φορμαλδεΰδης

43 Ραδόνιο Το ραδόνιο είναι ένα ραδιενεργό προϊόν αποσύνθεσης του ραδίου (που είναι προϊόν αποσύνθεσης του ουρανίου) και βρίσκεται σε βράχια και χώμα . Αν και δεν είναι χημικά ενεργό, τα προϊόντα αποσάθρωσής του (πολώνιο, μόλυβδος, βισμούθιο) είναι και αυτά στοιχεία που μπορούν να παραμείνουν στους πνεύμονες και να εκπέμπουν σωματίδια α με το χρόνο. Το αέριο μεταναστεύει προς τα πάνω μέσα από τους πόρους του εδάφους και μπορεί να μπει σε οικίες και άλλα κτίρια. Η συγκέντρωσή του μετράται με μετρητή Geiger και αναφέρεται σε pico-Curies ανά κυβικό μέτρο (pCi/m3). Η κύρια επίπτωση στην υγεία είναι ο καρκίνος του πνεύμονα που προκαλείται από τη ραδιενέργεια του ίδιου του ραδονίου ή τα θυγατρικά του προϊόντα (επίπεδο κινδύνου τα 1500 pCi/m3, περίπου θάνατοι στις ΗΠΑ)

44 Βιολογικοί παράγοντες μόλυνσης
Μούχλες, σκόνες, ιοί, βακτήρια, πρωτόζωα, γύρη λουλουδιών, σκόνες ζώων, χαμηλού μοριακού βάρους πρωτεΐνες από ούρα ζώων συντροφιάς, ζωικά απορρίμματα εντόμων Σε κτίρια με κεντρικό σύστημα κλιματισμού τα εσωτερικά τοιχώματα των αγωγών μπορεί να αποτελέσουν μέρη αναπαραγωγής μούχλας και βακτηρίων (κατά τη διάρκεια ψύξης του υγρού αέρα, το νερό συμπυκνώνεται, ο ψυχώμενος αέρας περιέχει πιο πολύ υγρασία και υγραίνει τα εσωτερικά τοιχώματα των αεραγωγών, προσφέροντας ένα καλό μέρος αναπαραγωγής μούχλας, βακτηρίων και άλλων μικροοργανισμών-πρόβλημα της νόσου των λεγεωνάριων). Η ανταλλαγή του αέρα στις κατοικίες πρέπει να γίνεται με: εξαναγκασμένο αερισμό φυσικό εξαερισμό φιλτράρισμα

45 Εξαερισμός

46 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Φαινόμενο Θερμοκηπίου Ο όρος παγκόσμια θέρμανση (global warming) δηλώνει μία ειδική περίπτωση κλιματικής μεταβολής και αναφέρεται στην αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας της γης και των ωκεανών. Ο όρος είναι εν γένει ουδέτερος ως προς τα αίτια πρόκλησης της θέρμανσης του πλανήτη, ωστόσο έχει επικρατήσει να υπονοεί την ανθρώπινη παρέμβαση. Αποδίδεται συχνά με διαφορετικό τρόπο, ως πλανητική (υπέρ) θέρμανση ή παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας, ενώ άλλες φορές λανθασμένα ταυτίζεται με το φαινόμενο του θερμοκηπίου που αποτελεί ένα φυσικό και απαραίτητο μηχανισμό παγκόσμιας θέρμανσης. Δίχως αυτό, η Γη θα ήταν πολύ πιο κρύα με μέση θερμοκρασία περίπου -20 oC και δεν θα μπορούσε να υπάρχει ζωή. Αντιθέτως, η μέση θερμοκρασία της Γης διατηρείται στο επίπεδο των 15 oC, χάρη σε αυτό το φαινόμενο. Αυτό επιτυγχάνεται με μια σύνθετη διεργασία ανταλλαγής ακτινοβολίας μεταξύ του συστήματος Γης-Ατμόσφαιρας. Όμως τα τελευταία χρόνια λέγοντας φαινόμενο θερμοκηπίου δεν αναφερόμαστε στη φυσική διεργασία, αλλά στην αυξημένη λειτουργία αυτής, λόγω της ρύπανσης της ατμόσφαιρας από τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες.

47 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Φαινόμενο Θερμοκηπίου Η ενέργεια που μεταφέρεται με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σχεδόν ποτέ δεν είναι ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος (μονοχρωματική), αλλά αποτελείται από ένα σύνολο μονοχρωματικών ακτινοβολιών. Η κατανομή ενέργειας που προέρχεται από την ακτινοβολία σε συνάρτηση με το μήκος κύματος ονομάζεται φάσμα. Η ακτινοβολία στις διάφορες περιοχές του φάσματος (κάθε περιοχή αντιστοιχεί σε ένα διάστημα τιμών του μήκους κύματος), έχει συγκεκριμένες ιδιότητες. Για παράδειγμα η ορατή ακτινοβολία αντιστοιχεί στην περιοχή με μήκη κύματος από 0.39 έως 0.72 μm (ιώδες και ερυθρό αντίστοιχα).

48 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Φαινόμενο Θερμοκηπίου Σύμφωνα με τη θεωρία των Stephan-Boltzman, η ένταση και το μήκος κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας από ένα μέλαν σώμα (όπως θεωρούνται η Γη και ο Ήλιος), είναι εξαρτώμενα από τη θερμοκρασία του σώματος αυτού.

49 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Φαινόμενο Θερμοκηπίου Στο σχήμα που ακολουθεί φαίνεται το ισοζύγιο της μικρού μήκους κύματος εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας (βραχέα κύματα) στο σύστημα Γη-Ατμόσφαιρα και της εκπεμπόμενης από τη Γη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία (μακρά κύματα). Η θέρμανση του πλανήτη οφείλεται σε κατακράτηση μέρους της εκπεμπόμενης από τη Γη μακρού μήκους κύματος ηλιακή ακτινοβολία.

50 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Φαινόμενο Θερμοκηπίου Τα διάφορα συστατικά της ατμόσφαιρας απορροφούν διαφορετικό μήκος κύματος της εκπεμπόμενης από τη Γη και τον Ήλιο ακτινοβολία, καθώς επίσης και με διαφορετική ένταση.

51 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Φαινόμενο Θερμοκηπίου

52 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Φαινόμενο Θερμοκηπίου Βάση αυτής της θεώρησης αναπτύχθηκε μια κλίμακα κατάταξης (σε μονάδες Wm-2kg-1) των αερίων του θερμοκηπίου ανάλογα με την ανά μονάδα μάζας επίδραση που έχουν στον παράγοντα RF (radiative force). Αυτή η κατάταξη θα επηρεάζεται προφανώς από τα παρακάτω χαρακτηριστικά του αερίου: (ί) την ένταση με την οποία το αέριο απορροφά υπέρυθρη (IR) ακτινοβολία, (ίί) το μήκος κύματος αυτής της ακτινοβολίας, και (ίίί) τη διάρκεια ζωής του αερίου στην ατμόσφαιρα. Ονομάζουμε δυναμικό συμβολής ενός αερίου στο φαινόμενο του θερμοκηπίου (Global Worming Potential, GWP), τη δυναμικότητα που εμφανίζει 1 kg από το αέριο να συνεισφέρει στον παράγοντα RF, σε σχέση με εκείνη που εμφανίζει 1 kg ενός άλλου αερίου αναφοράς, που καθιερώθηκε να είναι το CO2. Έτσι έχουμε: όπου tf είναι χρονικός ορίζοντας στον οποίο αναφερόμαστε, αΑ είναι το RF που προκαλείται από την αύξηση του αερίου Α κατά 1kg, [A(t)] είναι η συνάρτηση χρονικής μεταβολής ενός παλμού του συστατικού Α, και αR, [R(t)] οι ανάλογες παράμετροι που αναφέρονται στο αέριο αναφοράς (το CO2).

53 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Φαινόμενο Θερμοκηπίου

54 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Φαινόμενο Θερμοκηπίου

55 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή Είναι προφανές, ότι αύξηση των συγκεντρώσεων των ενώσεων που συμμετέχουν στο ‘Φαινόμενο του Θερμοκηπίου’ (θερμοκηπικά αέρια), οδηγεί σε αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη, και το φαινόμενο αυτό είναι η Παγκόσμια Θέρμανση ή αλλιώς Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή. Ανθρωπογενείς δραστηριότητες συντελούν στην αύξηση της συγκέντρωσης των αερίων των κατώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας (διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμοί, χλωροφθοράνθρακες, όζον κλπ.), συνεισφέροντας με 450 εκατομμύρια τόνους μεθανίου κάθε χρόνο. Οι συγκεντρώσεις σε διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο έχουν αυξηθεί από το 1750 κατά 31% και 149% αντίστοιχα, ενώ βρίσκονται στα υψηλότερα επίπεδα των τελευταίων ετών. Εκτιμάται ότι τα τρία τέταρτα της ανθρωπογενούς παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα, οφείλεται σε χρήση ορυκτών καυσίμων, ενώ το υπόλοιπο μέρος προέρχεται από αλλαγές που συντελούνται στο έδαφος, κυρίως μέσω της αποδάσωσης.

56 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή

57 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή Ο βαθμός συσχέτισης της αύξησης της συγκέντρωσης των θερμοκηπικών αερίων με την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη είναι παραπάνω από εμφανής, γεγονός που απαιτεί τη λήψη δραστικών μέτρων για τον έλεγχο των εκπομπών των ενώσεων αυτών.

58 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή Η επίσημη επιστημονική θέση πάνω στις κλιματικές μεταβολές, όπως αυτή εκφράζεται από την Διακυβερνητική Επιτροπή για την Αλλαγή του Κλίματος (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) του ΟΗΕ, είναι πως η μέση θερμοκρασία του πλανήτη έχει αυξηθεί 0.6 ± 0.2 °C από τα τέλη του 19ου αιώνα και πως η αύξηση αυτή οφείλεται σημαντικά στην ανθρώπινη δραστηριότητα των τελευταίων 50 ετών. Μία μειοψηφία επιστημόνων, διαφοροποιείται σε σχέση με την άποψη αυτή, αμφισβητώντας την καταλυτική επίδραση που ενδέχεται να έχει η ανθρώπινη δραστηριότητα σε σχέση με την παγκόσμια θέρμανση. Σχετικά με τις κλιματικές μεταβολές που αναμένονται μελλοντικά, επικρατεί ένα σημαντικό ποσοστό αβεβαιότητας σε επίπεδο επιστημονικών προβλέψεων, ενώ το θέμα αποτελεί επιπλέον ένα αμφιλεγόμενο πολιτικό ζήτημα, που σχετίζεται με την ανάγκη λήψης πολιτικών μέτρων αντιμετώπισης του προβλήματος της παγκόσμιας θέρμανσης, εκ μέρους των κυβερνήσεων.

59 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή Ο χάρτης απεικονίζει διαφορές στις θερμοκρασίες, όπως αυτές μετρήθηκαν από τον Ιανουάριο του 1995 μέχρι το 2004, σε σύγκριση με τις θερμοκρασίες της περιόδου Η μέση αύξηση είναι 0.42 °C και αποτελεί μία παράμετρο του φαινομένου της παγκόσμιας θέρμανσης.

60 Παγκόσμια Θέρμανση (Global Warming)
Παγκόσμια Κλιματική Αλλαγή Σύμφωνα με επιστημονικές έρευνες της IPCC, η θερμοκρασία της Γης ενδέχεται να αυξηθεί κατά  °C εντός της χρονικής περιόδου 1990 και Οι συνέπειες μίας τέτοιας ενδεχόμενης αύξησης, επεκτείνονται και σε άλλου είδους μεταβολές, όπως: Αύξηση της στάθμης των θαλασσών Δημιουργία ακραίων καιρικών φαινομένων όπως πλημμύρες, τυφώνες και καταιγίδες Αύξηση των βροχοχιονοπτώσεων στα υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη με αντίστοιχη ξηρασία στα μέσα γεωγραφικά πλάτη, ιδιαίτερα το καλοκαίρι Μεταβολές στη βλάστηση με μετατόπιση των έυφορων περιοχών σε υψηλοτέρα γεωγραφικά πλάτη και αντίστοιχες κοινωνικοοικονομικές συνέπειες Αύξηση των μουσώνων και των βροχοπτώσεων που πλήττουν την Νότια Ασία Εξαφάνιση βιολογικών ειδών

61 Όζον Το όζον της στρατόσφαιρας βρίσκεται σε διαρκή δυναμική ισορροπία, μεταξύ της αντίδρασης σχηματισμού του και της διάσπασής του. Τα κύρια στοιχεία αυτής της ισορροπίας είναι η υπεριώδης (UV) ηλιακή ακτινοβολία, καθώς και μόρια και άτομα οξυγόνου, τα οποία αλληλεπιδρούν σύμφωνα με τις αντιδράσεις: όπου hv είναι ένα φωτόνιο με ενέργεια που εξαρτάται από την συχνότητα (ν) του φωτός, και Μ είναι ένα μόριο αζώτου ή και οξυγόνου. Ο κύκλος των αντιδράσεων 1-3 ξεκινά με τη φωτοδιάσπαση του μοριακού οξυγόνου, που σχηματίζει ατομικό οξυγόνο. Τα άτομα αυτά αντιδρούν με μοριακό οξυγόνο παρουσία ενός τρίτου μορίου Μ, για να σχηματίσουν όζον. Τέλος το σχηματιζόμενο όζον απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία και διασπάται, για να συμπληρωθεί με αυτόν τον τρόπο ο κύκλος του σχηματισμού και της διάσπασης του όζοντος.

62 Όζον Σε δεδομένο υψόμετρο και δεδομένο γεωγραφικό πλάτος επέρχεται μια δυναμική ισορροπία που οδηγεί σε μια συγκεκριμένη συγκέντρωση μόνιμης κατάστασης. Αυτή ακριβώς η επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας με το όζον και το οξυγόνο της στρατόσφαιρας την παρεμποδίζει από το να φτάσει στην επιφάνεια της γης περιορίζοντας έτσι τις επιβλαβείς της συνέπειες στην ζωή. Με άλλα λόγια το όζον της στρατόσφαιρας αποτελεί μια προστατευτική ασπίδα για τον άνθρωπο αλλά και για κάθε βιολογική διεργασία πάνω στον πλανήτη. Το Ι975, οι Rowland & Molina απέδειξαν πως οι ενώσεις του άνθρακα με χλώριο και φθόριο, οι γνωστοί μας χλωροφθοράνθρακες (CFCs) ή υδρογονο-χλωροφθοράνθρακες (HCFCs ), μπορούν να διαταράξουν την μόνιμη κατάσταση της συγκέντρωσης του όζοντος στην στρατόσφαιρα, Οι CFCs και HCFCs είναι πολύ σταθερές, χημικά, ενώσεις και χρησιμοποιήθηκαν από τον άνθρωπο για πάνω από 50 χρόνια ως ψυκτικές ουσίες, ως προωθητικά αέρια (αεροζόλ), ως καθαριστικά μέσα και μέσα πυρόσβεσης και ως διαλυτικά μέσα. Εξαιτίας της σταθερότητας που εμφανίζουν στην τροπόσφαιρα, παραμένουν σε αυτή για μεγάλα χρονικά διαστήματα, βρίσκοντας έτσι την ευκαιρία να διαχυθούν στην στρατόσφαιρα και να έλθουν σε αλληλεπίδραση με τοΟ3. Διατυπώθηκε λοιπόν η άποψη πως οι CFCs στην τροπόσφαιρα διαταράσσουν την ισορροπία των αντιδράσεων σχηματισμού και διάσπασης του όζοντος.

63 Όζον Στη Στρατόσφαιρα, οι CFCs εκτίθενται στην υπεριώδη ακτινοβολία (λ< 220nm), φωτοδιασπώνται, ελευθερώνοντας χλώριο το οποίο επιδρά στην ισορροπία του όζοντος με τον ακόλουθο τρόπο: Τα παραγόμενα άτομα χλωρίου από την αντίδραση (4) διευκολύνουν την διάσπαση του όζοντος (αντίδραση 5) μειώνοντας έτσι την συγκέντρωσή του. Εξαιτίας της καταλυτικής φύσης των αντιδράσεων (5) και (6) ένα άτομο χλωρίου διασπά πολλά μόρια όζοντος.

64 Όζον Μια λίστα από τους πλέον συνηθισμένους ( στην χρήση) χλωροφθοράνθρακες δίνεται στον ακόλουθο πίνακα. Στον πίνακα δίδεται επίσης και το δυναμικό ελάττωσης του όζοντος (Ozone Depletion Potential, ODP) που εμφανίζουν αυτές οι ενώσεις. Ως δυναμικό ελάττωσης του όζοντος ορίζουμε τον λόγο της επίδρασης ενός χημικού είδους με το όζον, σε σύγκριση με την επίδραση που έχει μια ίση σε βάρος ποσότητα του CFC-11. Δηλαδή εξ ορισμού ο CFC-11 έχει ODP=l. Άλλοι χλωροφθοράνθρακες (CFCs) ή υδρογονοχλωροφθοράνθρακες (HCFCs) έχουν ODP μεταξύ 0.01 και 1, ενώ φθοράνθρακες που περιέχουν βρώμιο εμφανίζουν πολύ υψηλό δυναμικό ODP που φθάνει μέχρι και 10.

65 Όζον Η ανακάλυψη της μείωσης του στρατοσφαιρικού όζοντος (Τρύπα του όζοντος) στα μέσα της δεκαετίας του '80 πάνω από την Ανταρκτική ήρθε να επιβεβαιώσει όλα τα παραπάνω. Η ατμόσφαιρα πάνω από τους Πόλους είναι αρκετά περίπλοκη εξαιτίας της μεγάλης διάρκειας της μέρας και της νύχτας, αλλά και εξαιτίας των πολικών νεφών της στρατόσφαιρας και των πολικών στροβίλων. Ερευνητές ανακάλυψαν την ύπαρξη μιας ακόμα τρύπας πάνω από την αρκτική ζώνη του πλανήτη, που όμως είναι λιγότερο έντονη. Πρόσφατες μετρήσεις δείχνουν σημαντική μείωση των επιπέδων του όζοντος πάνω και από την βόρεια εύκρατη ζώνη της Γης. Αυτά τα στοιχεία οδήγησαν σε περιστολή της παραγωγής και της χρήσης των CFCs σε παγκόσμια κλίμακα με την γνωστή δέσμευση της Παγκόσμιας Κοινότητας να ελαχιστοποιήσει την χρήση τους μέχρι το Όμως το καταστροφικό έργο αυτών των ρύπων θα παραμείνει για πολλά ακόμη χρόνια εξαιτίας της χημικής τους σταθερότητας (διάρκεια ζωής χρόνια).

66 Όζον

67 Όζον Στο ακόλουθο σχήμα, εμφανίζεται η μείωση του στρώματος του όζοντος, κυρίως πάνω από την Ανταρκτική (με μπλε χρώμα εμφανίζονται οι μειωμένες συγκεντρώσεις), όπως καταγράφηκε από δορυφόρο της NASA.

68 Όξινη βροχή Με τον όρο όξινη βροχή (acid rain ή acidic precipitation) εννοούμε τη βροχή με pΗ χαμηλότερο του φυσιολογικού. Ως φυσιολογικό pΗ για την καθαρή βροχή (clean rain) θεωρείται η τιμή 5.6, η οποία αντιστοιχεί στο pΗ του αποσταγμένου νερού, που βρίσκεται σε ισορροπία με το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας. Ανάλογος ορισμός ισχύει και για τα άλλα μετεωρικά κατακρημνίσματα (χιόνι, χαλάζι, ομίχλη). Η οξύτητα του νερού της βροχής οφείλεται στην παρουσία κυρίως ισχυρών οξέων, H2SO4 και ΗΝΟ3. Σε μερικές περιπτώσεις συνυπάρχουν και άλλα ανόργανα (HCl, Η3ΡΟ4) ή οργανικά οξέα (HCOOH, CH3COOH), συνήθως όμως όχι σε σημαντικές ποσότητες, Τα χλωριούχα ανιόντα βρίσκονται σε σχετικά μεγάλες συγκεντρώσεις και προκύπτουν κυρίως από ουδέτερα άλατα, συνήθως θαλάσσιας προέλευσης, παρά από HCI. Ακόμη, μπορεί να υπάρχουν και άλλα οξέα, όπως H2CO3, που σχηματίζεται από την αντίδραση του CO2 της ατμόσφαιρας με το νερό. Η φύση αυτής της αντίδρασης είναι τέτοια, ώστε η συμμετοχή του H2CO3 στην οξύτητα να ελαττώνεται, καθώς αυξάνει η συμμετοχή των ισχυρών οξέων. Αν και τα Η+ αποτελούν το κύριο κατιόν της όξινης βροχής, συνήθως υπάρχουν κι άλλα κατιόντα, όπως Ca2+, Mg2+, Na+, Κ+ και ΝH4+, δηλαδή η όξινη βροχή είναι μίγμα οξέων και αλάτων. Ο βαθμός στον οποίο τα ανιόντα των ισχυρών οξέων (SO42-, ΝΟ3- και Cl-) υπερτερούν των βασικών κατιόντων στη βάση των χημικών τους ισοδυνάμων, καθορίζει την ικανότητα της βροχής σχετικά με την αύξηση της οξύτητας σ' ένα σύστημα.

69 Όξινη βροχή Η όξινη βροχή αποτελεί το ένα σκέλος ενός γενικότερου φαινομένου, του φαινόμενου της όξινης απόθεσης (acid deposition). Η όξινη απόθεση οφείλεται κυρίως στα οξείδια θείου και αζώτου, τα οποία οξειδώνονται προς θειικό και νιτρικό οξύ στην ατμόσφαιρα και στο έδαφος. Από την αντίδραση των οξειδίων αυτών με αμμωνία σχηματίζεται, επίσης, θειικό και νιτρικό αμμώνιο, ενώσεις οι οποίες από μόνες τους δεν είναι όξινες, αλλά μπορούν να προκαλέσουν οξίνιση του εδάφους κατά την πρόσληψή τους από τα φυτά ή την αποικοδόμησή τους από μικροοργανισμούς. Υπολογίζεται ότι το μισό της συνολικής όξινης απόθεσης αντιπροσωπεύεται από την ξηρή απόθεση. Κατ' αυτήν τα οξείδια θείου και αζώτου αποτίθενται στο έδαφος προσροφημένα σε αιωρούμενα σωματίδια ή προσροφούνται απ' ευθείας από το έδαφος και τα φυτά. Η απόθεση αυτή παρατηρείται κυρίως σε περιοχές κοντά στις πηγές εκπομπής των οξειδίων. Όσο περισσότερο παραμένουν τα οξείδια στην ατμόσφαιρα, τόσο πιο πιθανό είναι να υποστούν οξείδωση και να επανέλθουν στη γη ως οξέα δια- λυμένα στο νερό της βροχής.

70 Όξινη βροχή Η υγρή αυτή απόθεση μπορεί να συμβεί ίσως και χιλιόμετρα μακριά από την πηγή εκπομπής των οξειδίων θείου και αζώτου. Πράγματι, κατά κανόνα, η όξινη βροχή δεν εμφανίζεται στις περιοχές όπου γίνεται η εκπομπή των πρόδρομων ενώσεων SO2 και ΝΟ2, αλλά σε μακρινές περιοχές προς τις οποίες κατευθύνονται τα μέτωπα κακοκαιρίας. Η πιθανότητα να δεχθεί μία περιοχή όξινη βροχή εξαρτάται, κυρίως, από την προέλευση και την τροχιά των αερίων μαζών που προκαλούν τις βροχές. Έτσι εξηγείται το μεγάλο ποσοστό όξινων βροχοπτώσεων στις Σκανδιναβικές χώρες και τον Καναδά, χώρες χωρίς σημαντικές εκπομπές οξειδίων θείου και αζώτου, αλλά αποδέκτες της οξύτητας που σχηματίζεται από τις εκπομπές της κεντροδυτικής Ευρώπης και των βορειοανατολικών ΗΠΑ, αντίστοιχα. Στην Ελλάδα, κατά κανόνα, το μεγαλύτερο ποσοστό (35-45%) των βροχών προκαλείται από αέριες μάζες με δυτική-νοτιοδυτική προέλευση. Στην πορεία των αερίων αυτών μαζών δεν υπάρχουν σημαντικές πηγές εκπομπής SO2 και ΝΟ2 (Ισπανία, Ν. Ιταλία, Β. Αφρική). Γι' αυτό και οι βροχές αυτές εμφανίζουν, κατά κανόνα, pΗ παρόμοιο με εκείνο της «καθαρής» βροχής. Ένα εξίσου μεγάλο ποσοστό (30-40%) βροχών έχουν νότια προέλευση (Αίγυπτο, Λιβύη). Οι βροχές αυτές χαρακτηρίζονται συνήθως από υψηλό pΗ (αλκαλικές) και σκόνη την οποία μεταφέρουν από τη Σαχάρα (λασποβροχές). Περίπου το 20-25% των βροχών έχει προέλευση την κεντρική Ευρώπη, όπου υπάρχουν σημαντικές πηγές εκπομπής SO2 και ΝΟ2. Οι βροχές αυτές έχουν pΗ χαμηλότερο από εκείνο της «καθαρής» βροχής (ασθενώς όξινες βροχές).

71 Όξινη βροχή

72 Όξινη βροχή Οι φυσικοχημικές διεργασίες μετατροπής των οξειδίων SO2 και ΝΟ2 σε H2SO4 και ΗΝΟ3, αντίστοιχα, είναι αρκετά πολύπλοκες και περιλαμβάνουν διάφορους μηχανισμούς όπως, οξείδωση στην αέρια φάση, οξείδωση στην υγρή φάση, κατάλυση σε σταγονίδια, ή κατάλυση στην επιφάνεια αιωρούμενων σωματιδίων. Η συμμετοχή των μηχανισμών αυτών στη συνολική διεργασία μετατροπής εξαρτάται από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες που επικρατούν (ένταση του ηλιακού φωτός, θερμοκρασία και υγρασία), καθώς και από άλλους παράγοντες που δρουν καταλυτικά, όπως η παρουσία μετάλλων (σιδήρου, μαγγανίου, βαναδίου κ.ά.) στα αιωρούμενα σωματίδια της ατμόσφαιρας ή η παρουσία αμμωνίας. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις Η+ και SO42- έχουν παρατηρηθεί σε βροχές που συνοδεύονται από ψυχρά μέτωπα και γραμμές καταιγίδων, ενώ οι χαμηλότερες σε θερμά μέτωπα. Οι καταιγίδες χαρακτηρίζονται από μια δυσανάλογα μεγάλη ποσότητα όξινης απόθεσης, σε σχέση με την ποσότητα της βροχής. Έχει μάλιστα διαπιστωθεί ότι η μεγαλύτερη απόθεση Η+ και SO42- γίνεται το καλοκαίρι, παρόλο που την εποχή αυτή οι βροχοπτώσεις είναι ελάχιστες. Επιπλέον, οι συγκεντρώσεις τους είναι υψηλότερες όταν η βροχή πέφτει με μικρή ταχύτητα. Αυτό είναι πιθανό να οφείλεται στο γεγονός ότι η σιγανή βροχή αποτελείται από μικρότερες σταγόνες, οι οποίες μπορούν πιο εύκολα να απομακρύνουν διάφορες ουσίες από την ατμόσφαιρα.

73 Όξινη βροχή Είναι γνωστό ότι τα οξέα που σχηματίζονται στη φύση παίζουν σημαντικό ρόλο στα χαρακτηριστικά των εδαφών. Η αύξηση της συγκέντρωσης Η+ στο νερό της βροχής οδηγεί σε απομάκρυνση βασικών συστατικών τους, σαν συνέπεια του φαινομένου ιονανταλλαγής που λαμβάνει χώρα. Κατά το φαινόμενο αυτό ιόντα Ca2+ και Mg2+ ανταλλάσσονται στο έδαφος από ιόντα Η+. Η ανταλλαγή ευνοείται από την υψηλή περιεκτικότητα της όξινης βροχής σε SO42- τα οποία ελάχιστα συγκρατούνται από το έδαφος και φεύγουν στο νερό συνοδευόμενα από κατιόντα.

74 Όξινη βροχή Σχετικά με την επίδραση των ΝΟ3- στο έδαφος, πιστεύεται ότι αυτά μπορούν να προκαλέσουν οξίνιση του εδάφους τουλάχιστο σε περιοχές με μικρή βλάστηση. Αντίθετα, σε περιοχές όπου υπάρχει βλάστηση, η οξίνιση του εδάφους από το ΗΝΟ3 είναι μηδενική, όταν η ταχύτητα παραγωγής ΝΟ3- δεν είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα βιολογικής πρόσληψής τους. Αυτό στηρίζεται στο γεγονός ότι στις πολύπλοκες χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κατά την ανάπτυξη των φυτών, τα Η+ του ΗΝΟ3 αντιδρούν πάλι με τα ΝΟ3 προς σχηματισμό νέων φυτικών κυττάρων. Πράγματι, η μετατροπή του ΝΟ3- προς ΝΗ3 (ή R-NH2) απαιτεί την κατανάλωση ενός Η+.

75 Όξινη βροχή Πρέπει να σημειωθεί ότι η απομάκρυνση βασικών συστατικών από το έδαφος, ακόμη και με pΗ βροχής 4, που αποτελεί το μέσο όρο του pΗ της βροχής στην Αγγλία, γίνεται πάρα πολύ αργά κι η επίδρασή της στην ανάπτυξη των φυτών και των δέντρων είναι ελάχιστα εμφανής. Το γεγονός αυτό, όμως, δεν περιορίζει τον κίνδυνο, που οφείλεται στην απελευθέρωση τοξικών μετάλλων από το έδαφος όσο ελαττώνεται το pΗ της βροχής. Έτσι, τοξικά μέταλλα όπως μόλυβδος, χαλκός, ψευδάργυρος, κάδμιο και υδράργυρος μπορούν να αποδεσμευτούν από το έδαφος, να φτάσουν στα υπόγεια νερά, τους ποταμούς, τις λίμνες και τα ρεύματα, που χρησιμοποιούνται για την προμήθεια πόσιμου νερού, να μπουν στην τροφική αλυσίδα και να καταλήξουν στον άνθρωπο. Η αποδέσμευση καδμίου, ιδιαίτερα, προκαλεί σοβαρές ανησυχίες, καθώς τα φυσιολογικά επίπεδα στην τροφή του ανθρώπου πλησιάζουν ήδη την ανώτατη επιτρεπτή ημερήσια πρόσληψη. Γενικά, το έδαφος αντιστέκεται καλύτερα στις επιπτώσεις της όξινης βροχής σε σχέση με τα ποτάμια και τις λίμνες. Η ευπάθειά του διαφέρει ανάλογα με τον τύπο του, το είδος του βραχώδους υποστρώματος που καλύπτει και τη χρήση, στην οποία υποβάλλεται. Τα πιο ευπαθή εδάφη είναι αυτά που έχουν βραχώδες υπόστρωμα από γρανίτη, γνεύσιο ή χαλαζία. Η περιεκτικότητα των εδαφών αυτών σε ανθρακικό ασβέστιο είναι χαμηλή, επομένως η ικανότητά τους να εξουδετερώνουν τα οξέα που δέχονται είναι μικρή.

76 Όξινη βροχή Είναι γεγονός είναι ότι τα δάση στις ΗΠΑ και τον Καναδά, τη Σουηδία, τη Γερμανία και γενικότερα την Κεντρική Ευρώπη, παρουσιάζουν σημαντική ελάττωση της ετήσιας αύξησής τους. Ειδικότερα, το 5% των δασών της Γερμανίας, έχει νεκρωθεί, ενώ ένα ποσοστό 30-50% έχει υποστεί λιγότερο ή περισσότερο σοβαρές βλάβες. Από τα διάφορα είδη δέντρων η ελάτη έχει υποστεί σε μεγαλύτερο βαθμό βλάβες και ακολουθούν κατά σειρά η πεύκη, η ερυθρελάτη και η οξυά. Πάντως, πρέπει να σημειωθεί ότι δεν υπάρχει συμφωνία των επιστημόνων σχετικά με τις αιτίες που προκαλούν τη φθορά των δασών, εκτός από το ότι αυτές πρέπει να είναι περισσότερες από μία. Έτσι π.χ. βλάβες δασών διαπιστώθηκαν τόσο σε περιοχές, όπου υπάρχουν υψηλές εκπομπές SO2 όσο και σε περιοχές με καθαρή ατμόσφαιρα. Επίσης, βλάβες παρατηρήθηκαν σε εδάφη με διαφορετικό pΗ και περιεκτικότητα σε αλκαλικά συστατικά. Τέλος, όλα τα δεδομένα δείχνουν ότι τα δέντρα δεν επηρεάζονται απ' ευθείας από τη βροχή, όταν το pΗ αυτής είναι μεγαλύτερο του 4.

77 Όξινη βροχή Υπάρχουν διάφορες θεωρίες σχετικά με το πως προκαλείται η καταστροφή των φυτών. Η θεωρία των βλαστών (shoots theory) υποστηρίζει ότι αρχικά τα φύλλα των φυτών υφίστανται βλάβες από το όζον κι ότι οι βλάβες αυτές επιταχύνουν την απόπλυση θρεπτικών συστατικών. Η απόπλυση θρεπτικών συστατικών από τα φύλλα ενισχύεται από την οξύτητα της βροχής. Τα οξείδια του αζώτου παίζουν διπλό καταστροφικό ρόλο συμβάλλοντας στο σχηματισμό του όζοντος και συμμετέχοντας στην ελάττωση του pΗ της βροχής. Τα θειικά, εξάλλου, είναι κυρίως υπεύθυνα για αυτή την ελάττωση. Σύμφωνα με μια άλλη θεωρία, τη θεωρία των ριζών (roots theory), το λεπτό ριζικό σύστημα καταστρέφεται από το χαμηλό pΗ του νερού, που διαποτίζει το χώμα. Έτσι, η πρόσληψη θρεπτικών συστατικών δε γίνεται σε βαθμό ικανοποιητικό. Μια ευρύτερη θεώρηση του φαινομένου της φθοράς των δασών αποτελεί η θεωρία της πολλαπλής έντασης (multiple stress). Σύμφωνα μ' αυτή, η συνολική επίδραση αέριων ρύπων κατά τις προηγούμενες δεκαετίες και ο συνδυασμός με διάφορα άλλα φαινόμενα, οδηγεί σε σημαντική ελάττωση της παραγωγής υδατανθράκων στα δασικά δέντρα. Τα φυτά χάνουν το σφρίγος τους, οι ρίζες κι οι βλαστοί δεν αναπτύσσονται κανονικά και παρατηρείται μια αυξημένη προδιάθεση για προσβολή από έντομα και μύκητες, καθώς και για καταστροφή από παγετό ή ξηρασία.

78 Όξινη βροχή

79 Όξινη βροχή Όταν μια λίμνη υποστεί όξινη απόθεση, η οξύτητά της παραστατικά ακολουθεί το σχήμα μιας καμπύλης τιτλοδότησης. Το pΗ της ελαττώνεται αργά, σχεδόν ανεπαίσθητα, ώσπου να εξαντληθεί η ρυθμιστική ικανότητα του εδάφους και του νερού, οπότε παρατηρείται μια μάλλον απότομη αλλαγή της οξύτητας. Η ελάττωση αυτή του pΗ συνοδεύεται από σημαντική αύξηση των διαλυμένων μετάλλων. Κάθε μέταλλο μπορεί να φθάσει σε συγκέντρωση θανατηφόρα για τα ψάρια, ο δε συνδυασμός των φαινομένων, που μπορεί να δρα συνεργικά, να οδηγήσει σε μαζικούς θανάτους ψαριών. Στο Σχήμα 8.5 δίνεται η μεταβολή της συγκέντρωσης του συνολικού Αl σε συνάρτηση με το pΗ μιας λίμνης. Εξίσου σοβαρό είναι το πρόβλημα των μακρόχρονων συνεπειών της όξινης βροχής στις λίμνες. Με την αύξηση της οξύτητας η γονιμότητα των ψαριών ελαττώνεται, τα αυγά δεν εκκολάπτονται κι έτσι παρατηρείται σταδιακή απώλεια ψαριών και άλλων ειδών της υδρόβιας ζωής. Ως «καρδιά» του προβλήματος θεωρείται το γεγονός ότι η βροχή με pΗ 4,6 μπορεί να κάνει πράγματα που η βροχή με pΗ 5,6 δεν μπορεί. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία για το αργίλιο, το οποίο ενώ σε ρΗ 5,6 δεν είναι πολύ διαλυτό, σε ρΗ 4,5 διαλύεται αρκετά. Στο pΗ αυτό το αργίλιο βρίσκεται κυρίως ως Al(OH)3. Όταν ισχυρά οξέα έρχονται σ' επαφή με το έδαφος, αντιδρούν ταχύτατα με ενώσεις του αργιλίου (συνήθως Al(OH)2+) αποδεσμεύοντας ιόντα αργιλίου στο νερό.

80 Όξινη βροχή Μια δεύτερη βραδύτερη αντίδραση συμβαίνει μεταξύ των ιόντων αυτών και των ανθρακικών αλάτων του εδάφους (π.χ. ασβεστόλιθος). Αν η ρυθμιστική ικανότητα του εδάφους είναι αρκετά υψηλή και το νερό της βροχής συγκρατείται για αρκετό χρονικό διάστημα από το έδαφος, τα αλκαλικά συστατικά του εδάφους συγκρατούν το αργίλιο κι έτσι αυτό δε μεταφέρεται στα νερά της λίμνης, όπως θα συνέβαινε στην αντίθετη περίπτωση. Σχετικά με την επίδραση του αργιλίου στα ψάρια, πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι οι θάνατοι των ψαριών οφείλονται στην τοξικότητα του μετάλλου. Αντίθετα, άλλοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι το αργίλιο ερεθίζει τα βράγχια των ψαριών και τα αναγκάζει να παράγουν μια προστατευτική βλέννα. Αυτό οδηγεί σε σταδιακή απόφραξη των βραγχίων με αποτέλεσμα τα ψάρια να πεθαίνουν πολύ αργά (σε μερικά χρόνια). Εκτός από τα ψάρια, εξαιρετικά ευαίσθητα στην ελάττωση του pΗ είναι και τα αμφίβια. Έχει διαπιστωθεί ότι τιμή pΗ 4 προκαλεί 50% θνησιμότητα στα περισσότερα απ' αυτά. Και πάλι, ως σημαντικότερος παράγοντας θεωρείται η συγκέντρωση του διαλυμένου αργιλίου, παρά η οξύτητα αυτή καθαυτή. Η ελάττωση του πληθυσμού των αμφίβιων και των ψαριών αποτελεί μακροπρόθεσμο κίνδυνο για τα υδάτινα και τα χερσαία οικοσυστήματα, καθώς πολλά πτηνά και θηλαστικά τρέφονται αποκλειστικά με ψάρια, βατράχια, σαλαμάνδρες κ.ά

81 Όξινη βροχή

82 Όξινη βροχή Ή όξινη βροχή διαβρώνει τα δομικά υλικά (μάρμαρο, γρανίτη, ασβεστόλιθο, κ.ά.), τα μέταλλα και αλλοιώνει τα χρώματα. Ιδιαίτερο πρόβλημα αποτελεί η καταστροφή που προκαλείται σε ιστορικής αξίας κτίρια και μνημεία. Ή διάβρωση των μνημείων οφείλεται, κυρίως, σε αντιδράσεις οξέων-βάσεων που λαμβάνουν χώρα στην επιφάνειά τους. Αποτέλεσμα της αντίδρασης αυτής είναι ο σχηματισμός επιφανειακά ενός στρώματος γύψου (CaSΟ4•2Η2Ο), που είναι περισσότερο ευδιάλυτος, εύθραυστος και ογκώδης. Έτσι, απομακρύνεται εύκολα με το νερό της βροχής. Η διεργασία μετατροπής του CaCΟ3 σε γύψο ονομάζεται γυψοποίηση του μαρμάρου (marble sulphation). Ανάλογη αντίδραση με το CaCΟ3 μπορεί να δώσει και το ΗΝΟ3 της βροχής, αν και δεν έχει διαπιστωθεί η παρουσία κρυσταλλικού Ca(NΟ3)2 στην επιφάνεια των μαρμάρων. Είναι πολύ δύσκολο να γίνει διάκριση ανάμεσα στη διάβρωση που προκαλείται από την όξινη βροχή και τη διάβρωση που προκαλεί η ξηρή όξινη απόθεση. Το SΟ2 αποτίθεται στις μαρμάρινες επιφάνειες είτε απ' ευθείας, είτε προσροφημένο στα σωματίδια της επικαθήμενης σκόνης. Με την παρουσία υγρασίας, διαλύεται ταχύτατα και οξειδώνεται στην υγρή φάση με την καταλυτική επίδραση κατιόντων Fe, Μη, Cu, κ.ά. Αντίθετα, το ΝΟ2 έχει την τάση να οξειδώνεται στην αέρια φάση από το Ο3 και το σχηματιζόμενο N2O5 διαλύεται στη συνέχεια, στην υγρασία που περιβάλλει το μνημείο. Η διαδικασία σχηματισμού του ΗΝΟ3 είναι πιο αργή από τη διαδικασία σχηματισμού H2SO4, και συνήθως το ΗΝΟ3 ξεπλένεται πριν αντιδράσει με το ανθρακικό ασβέστιο

83 Όξινη βροχή