Ugrás a tartalomhoz

Környezetgazdálkodás

Dr. Barótfi István (2011)

Szent István Egyetem

10. fejezet - Levegőtisztaság védelme

10. fejezet - Levegőtisztaság védelme

A levegőszennyezettség hatásai

Egészségkárosító hatások

A levegő tisztaságának nagy jelentősége van az ember egészsége megóvása szempontjából. A szervezet a levegőszennyeződés elhárítására energiát fordít, mely felesleges megterhelést jelent, csökken a szervezet ellenálló képessége. A szennyezett levegő gyengíti a szervezetet, betegségeket idézhet elő, a meglévőket súlyosbíthatja, késlelteti a gyógyulást. A hirtelen fellépő, de általában rövid ideig tartó magas koncentrációjú szennyeződések akut megbetegedéseket okoznak. Ez a fajta szennyezettség "szelektál": az érzékenyebb, vagy beteg lakosságot támadja. A krónikus levegőszennyeződés

  • az ember egész életén át,

  • a népesség minden tagjára,

  • a generációkon át fejti ki hatását.

Ez a huzamos hatás megváltoztathatja az élettani folyamatokat, krónikus betegségeket hozhat létre, sőt genetikai károsodásokat is okozhat. A szennyezett levegő egészségkárosító hatását statisztikai-epidemiológiai vizsgálatokkal igazolták. Az exponált lakosság körében a légúti és keringési szervek megbetegedései jóval gyakoribbak.

A városi légszennyeződés és a dohányzás növeli a krónikus bronchitis és a tüdőrák okozta mortalitást. Ha a városi levegőszennyeződést és a dohányzást megszüntethetnénk; akkor a tüdőrák okozta halálozást egytizedére, a krónikus bronchitis okozta halálozást mintegy felére tudnánk csökkenteni. Á légúti daganatos megbetegedések száma a szennyezett levegőjű területeken magasabb az átlagosnál. Az égéstermékek közt ugyanis jelentős mennyiségben vannak jelen a különféle policiklusos- aromás szénhidrogének, melyek rákkeltő hatásúak. Ugyanezek az anyagok a dohányfüstben is megtalálhatók, velük kísérleti állatokon rákot lehet előidézni. A legjellemzőbb rákkeltő anyag a 3,4-benzpirén.

A szennyező anyagok hatása a tüdőn keresztül öt területen jelentkezik:

  • a légutaknál, melyek bronchoconstrictioval, a köhögési reflex megindulásával válaszolnak,

  • a bronchusok véredényeinél, melyek csökkenteni igyekeznek a bronchusok nyálkahártyáján át történő károsító anyag abszorpciót,

  • a tüdő véredényeinél, melyek az alveoláris kapillárisokból való abszorpció csökkentésével válaszolnak,

  • a szívnél és a nagy véredényeknél, melyek a toxikus anyagok transzportjában vesznek részt,

  • a szervekbe, szövetekbe, sejtekbe eljutva, ahol mérgező hatásukat, az anyagcserébe kapcsolódva kifejtik. Nagyobb mennyiségű szennyeződés belégzése a csillók mozgását csökkenti vagy bénítja. A felszíni hámréteg leválhat, hiperplasia vagy metaplasia léphet fel. A nyálkahártya normális működésének zavara kedvez a pathogén és fakultatív patogén mikroorganizmusok megtelepedésének. A nyálkahártya duzzadás, a bronchiolusok, alveolusok izomzatának görcse folytán a légutak megszűkülnek, ez kihat a szívre és a keringési szervekre is. Ha a belélegzett porrészecskék az alveolusokba jutnak, az alveolusok szöveteiben jelenlévő makrofágok száma megnövekszik. A belélegzett ártalmas anyag a tüdő szöveteit közvetlenül is károsíthatja. A levegőszennyeződés hatására gyakran kialakuló krónikus bronchitis hajlamosít a rákra, elősegíti a karcinogén szén-hidrogének behatását a légzőszervekre. A statisztikai-epidemiológiai értékelést nagyon megnehezíti az egyidejűleg közrejátszó számos faktor elfedő hatása.

A levegőszennyeződés élettani hatásai külső és belső tényezőktől függenek. Külső tényezők: az adott szennyező anyag koncentrációja, az anyag toxicitása, más szennyező anyagok szinergista vagy antagonista hatása, az expozíció időtartama és periódusai, valamint környezeti tényezők, mint páratartalom, hőmérséklet, stb. Belső tényezők: az exponált szervezet általános állapota és érzékenysége az illető anyaggal vagy anyagokkal szemben. Ennek eredője képen a következő hatások jöhetnek létre az egyén esetében: halál, akut megbetegedés, krónikus betegség, fontos élettani folyamatok megváltozásai (pl. tüdőventilláció, oxigéntranszport) káros hatások (pl. szemirritáció) és kellemetlen hatások (pl. bűz). Lehetségesek generatív, genetikai és populáció-genetikai hatások is, de ezek humán vonatkozásban nincsenek bizonyítva. Lényeges megkülönböztetnünk a rövid időn belül bekövetkező (short-term) hatásokat és a huzamos expozíció során, illetve hosszabb idő után bekövetkező (long-term) hatásokat. A short-term hatásokra vonatkozóan meg¬lehetősen sok adattal rendelkezünk. A long-term hatások jórészt felderítetlenek, és valószínűleg sokoldalúbbak, mint amennyit jelenlegi ismereteink alapján bizonyítani tudunk.

A levegőszennyezettség hatása a növény- és állatvilágra

A levegő elszennyeződésének története évtizedeinkben új szakaszába lépett. A szennyezett levegő most már nemcsak ipari és lakóterületeket, hanem mezőgazdasági és természeti területeket is érint, az emberre gyakorolt hatás mellett egyre inkább jelentkeznek a növényekre és állatokra gyakorolt káros hatások. A növények sokszor jóval érzékenyebbek a szennyeződéssel szemben, mint az állatok vagy az ember. A növényeket, köztük a zuzmókat, ezért indikátorként is felhasználják.

Szilárd halmazállapotú szennyeződések főleg azzal fejtenek ki káros hatást a növényekre, hogy a levélre ülepedve csökkentik a növény hasznos felületét és ezzel az asszimilációt. A kolloidális porok, pl. cementpor eltömítik a növény légcsere nyílásait. Toxikus porok az anyagcsere-folyamatokba kapcsolódva fejtik ki káros hatásukat. A szennyező gázok a levél légcsere nyílásain át bejutnak a sejt közötti térbe. A sejtek felületén megkötődhetnek, reagálhatnak a vízzel vagy beléphetnek az anyagcserébe. A kén-dioxid például a vízzel kénessavvá, kénsavvá alakul, és így roncsoló hatást fejt ki. Másrészt közvetlenül a klorofillal is reakcióba léphet, és bénítja a fotoszintézist. Nagyobb mérvű károsodás szemmel látható elváltozásokkal jár. A levél szövete helyenként összezsugorodik, ráncosodik, elfonnyad. A klorofill és a színanyagok pusztulása következtében színváltozás, klorózis észlelhető: sárga, barna, vörös foltok jelennek meg a levélen. Hasonlók figyelhetők meg a virágszirmokon is. Igen jellegzetes a marginális nekrózis, a levelek, szirmok szélének elhalása. Hasonló jelenségek természetesen más okokból is előfordulhatnak: szárazság, rovarkár, bakteriális fertőzés következtében. Mégis, az egyes károsodás-típusok jellemzőek bizonyos szennyező anyagokra. A kén-dioxid főleg a szivacsos parenchimát támadja. A levéllemezek közepén, az erezet közt száraz, áttetsző vagy világos színű foltok jelentkeznek. Az ózon az oszlopos sejtekre fejti ki hatását, a levél szórtan pettyes. A fluor kártétele jól körülhatárolt, marginális nekrózisokban nyilvánul meg. A fluorral kapcsolatban megjegyzendő, hogy a növények a levegőből felvett fluort nem adják át a talajnak, ezért jó indikátorai a fluor-szennyeződésnek.

Természetesen nem marad hatástalan a növényekre a füstköd, az ún. szmog sem. A szmogok két típusa, az oxidáló és a redukáló, jellegzetes nyomokat hagy a növényen. Nem közömbös, hogy milyen életszakaszában éri a növényt a károsító hatás. Fiatal, osztódó szövetek, bár érzékenyebbek, de jól regenerálódnak, ha a hatás nem hosszantartó. Az idős szövetekben bekövetkezett károsodás maradandó. A különböző növényfajok nem egyformán érzékenyek a szennyeződéssel szemben. Kén-dioxidra nézve pl. a lóhere, árpa, gyapot, búza és alma sorrendben a legérzékenyebbek. Más fajok viszont rezisztensek lehetnek. Ilyenek kén-dioxid esetében a burgonya, hagyma, zab.

Főleg a termesztett növények tulajdonságait vizsgálják ebben a viszonylatban, tekintettel a gazdasági kihatásokra. A természetes növényzetről még igen kevés adattal rendelkezünk. Tudjuk azonban, hogy pl. a zuzmók, melyeket a legigénytelenebb növényeknek tartanak, igen érzékenyen reagálnak. Szennyezett levegőjű városok környékén zuzmómentes övezetek húzódnak. Hosszantartó vagy rendszeresen ismétlődő behatás eredményeképpen a növényzet visszamarad fejlődésében, kevesebb és kisebb levele nő. Kisebb lesz a termete, kevesebb a virága és termése. A különböző porok a felhasználandó termés vagy levél felületére tapadnak, csökkentik értéküket. Vegyi gyárak bűzös termékei adszorbeálódva élvezhetetlenné tehetik a termést. A kárt szenvedett növények életképessége és szaporodó képessége csökken. Krónikus behatás esetén a természetes populációban megcsappan az egyed- és fajszám. A rezisztens, többnyire értéktelenebb fajok elszaporodnak, megváltozik a populáció és a cönózis összetétele.

A növényzet ugyanakkor visszahat a levegőszennyeződés alakulására: szűri, tisztítja a levegőt. Ismeretes és bizonyított a védőerdősávok, erdők kedvező hatása a levegőszennyeződés terjedésének meggátlásában.

Az állatvilágban a levegőszennyező anyagok egynémely állatfajra gyakorolt hatását már igen jól ismerjük, mivel ezeket ilyen irányú kísérletek céljaira használják. Tengerimalac, patkány, nyúl, kutya használatosak leggyakrabban laboratóriumi állatok gyanánt.

Levegőszennyező anyagok elsősorban a légutakon át jutnak a szervezetbe, és fejtik ki hatásukat. Súlyosbító körülmény hogy amíg az állatok az ivóvíz és táplálék minőségét bizonyos mértékig megválogathatják, a levegő megválogatására nincs lehetőségük, mert azt csak igen rövid ideig tudják nélkülözni. A szennyezett levegőnek a természetben élő állatvilágra gyakorolt hatásáról keveset tudunk. Ismeretes, hogy a szennyezett levegőjű városból számos madárfaj elvándorol. A mezőgazdaság kemizálása során egyre nagyobb mennyiségben felhasznált rovarirtó szerek, szerves foszfát-észterek, klórozott szén-hidrogének szintén jelentkezhetnek levegőszennyező anyagként. Túlzott mértékű vagy szabálytalan, szakszerűtlen használatuk ugyanolyan méretű katasztrófákat okozott levegőn keresztül is, mint a közismert halpusztulások egyes tavak, folyók elszennyeződése során. A kártékony rovarok helyett gyakran esnek áldozatul nagy tömegekben erdők-mezők ízeltlábúi, melynek következménye a biológiai egyensúly felborulása lehet. Előfordult madarak és kisebb emlősök tömeges pusztulása is. Az ember ízeltlábú háziállatainak, a méheknek sorait is megtizedelhetik a mezőgazdaságban használt vegyszerek.

A különféle levegőszennyező anyagok komoly károkat okozhatnak a mezőgazdaságban. Hazánkban is előfordult, hogy szőlőtermő vidékek bora vált. élvezhetetlenné vegyipari bűzös kibocsátások következtében vagy gyümölcsösök mentek tönkre cement- és kén-dioxid szennyezés miatt. Az ilyen drámai hatások mellett jelentős, bár kevésbé feltűnő az a folyamatosan jelentkező kártétel, amely terméscsökkenésben jelentkezik. Irodalmi adatok szerint 50%-os terméscsökkenést is megfigyeltek.

Gondolnunk kell azonban olyan károkra is, melyek pénzben aligha fejezhetők ki. Egyre szűkebbek azok a területek, amelyek országaink, földrészünk eredeti szépségeit, természeti tájait, állat- és növényvilágát őrzik. Ezeket a területeket rendeletekkel és kerítésekkel meg lehet védeni a romboló hatások egy részétől, de nem lehet megóvni a levegőszennyeződéstől.

A környezet savasodása

Az utóbbi évtizedekben vált ismertté az a jelenség melyet a környezet fokozódó elsavasodásának, népszerűen savas esőnek nevezünk. A jelenség az északi féltekén kontinentális méreteket öltött. Egyes égéstermékek (SO2, NOx,) a légköri nedvességgel savakat alkotnak, és csapadék formájában, vagy száraz kihullás formájában a földfelszínre jutnak. A száraz és nedves ülepedés mennyisége hasonló nagyságrendű. Tavak, termőtalajok, a talajvíz vonatkozásában jól mérhető egyes területeken a környezet savasodásának mértéke. A talajok különböző fajtái különböző mértékben közömbösítik a savas kihullást. A pH-változás általában nem közvetlenül károsítja a növényzetet, hanem a talajban oldott anyagok (fémek) oldhatóságának növelésével, melyek így a növénybe jutva felszívódhatnak és mérgezést okozhatnak. Másrészt a talaj mikroorganizmusainak pusztulása a következmény. Ennek egyik hatása egyes fafajok pusztulása erdeinkben.

A levegőszennyezettség hatása a művi környezetre

Nem marad hatástalan a levegőszennyeződés az anyagi javakra sem. A műszaki károk elsősorban a fémek fokozott korróziójából, építőanyagok meggyorsuló mállásából erednek. A savképző szennyeződések (SO2, CO2, nitrátok, nitritek, szerves anyagok) a légkör víztartalmával kapcsolódva savas kémhatású oldatokat alkotnak és ezek a fémek felületén elektrokémiai folyamatokat indítanak meg. A folyadék cseppekben lokális elemek alakulnak ki, amelyekben az anód-folyamat a fém oldódása, rozsdásodása lesz. Az acél korróziója a szennyezett városi, ipari levegőben ötször gyorsabb, mint tiszta helyeken. Vas esetében ez a szám 40-szeres is lehet. Savas bevonatok az építőanyag kalcium-karbonátjával reakcióba lépnek, oldják azt. Legfeltűnőbbek a kőszobrokon jelentkező károk. Sok évszázadot jó állapotban átvészelt művészeti alkotások napjainkban néhány év alatt a felismerhetetlenség határáig tönkremennek szennyezett levegőjű területeken. Műszaki károk keletkeznek: gépekben, berendezésekben gépjárművekben szerszámokban; ipari épületekben, építményekben; lakóépületekben, középületekben és azok felszereléseiben; ún. vonalas létesítményekben, mint utak és tartozékaik, hidak, távvezetékek.

Egyéb műszaki károk még a vezetékek átégése, a világítási többletfogyasztás, fokozott tisztítási szükséglet a műanyagok és gumi fokozott romlása, a technológiai akadályok (pl. ha tiszta levegő a technológiához, szellőzéshez csak szűréssel nyerhető). A felsoroltakat nevezzük közvetlen károknak. A közvetett károk: az iparnak a levegőbe jutó veszteségei (pl. cementpor), melyek egyúttal a szennyeződés okozói is, de visszanyerésük esetén felhasználhatók lennének. A veszteség elérheti a felhasznált nyersanyag 0,5-6,0%-át, és az ebből eredő kár esetenként nagyobb is lehet, mint a közvetlen kártétel. A levegőszennyeződéssel kapcsolatos ellenőrzés, mérés, kutatás költségei is ide sorolhatók.

Gazdasági vonatkozások

Mind az államigazgatás, mind pedig a vállalati vezetés számára fontos a környezeti károk mértékének ismerete. Ma már világszerte törekszenek arra, hogy minél megbízhatóbban állapíthassák meg a már bekövetkezett, illetve a várható és még elkerülhető károk gazdasági konzekvenciáit. Az adatok általában becslésként értékelhetők, bár a beruházásokhoz készített költség-haszon elemzések környezetvédelmi részeinek módszertana ma már igen jól kidolgozott és eredményeik jól használhatóak. Megfelelő számítási-becslési módszerek állnak rendelkezésre a korróziós károk, mező- és erdőgazdasági károk, természeti károk és egészségben okozott károk felmérésére, ill. prognosztizálására.

Fejlett európai országokban, a levegő szennyezettsége által, az anyagi javakban okozott korróziós kár a bruttó hazai termék (GDP) 0,05 - 0,21 % között van. A vegetációban okozott károk 0,03 - 0,45 % közöttiek. Az egészségromlás okozta kártétel Svájcban például a GDP 0,03 %-a, Németországban 0,59 %-a. A külföldi irodalom a levegő szennyezettsége által okozott összes károkat általában a nemzeti jövedelem 1-3 %-ára teszi, iparosodott országokban.

Hazai viszonylatban a levegőszennyezettség által okozott egészségi, korróziós, mező- és erdőgazdasági, valamint természetvédelmi károk összegét a GDP 1,6%- ára becsülik. A levegőszennyezettség által okozott egészségügyi kár (ápolás, táppénz, gyógyszer, rokkantság, termelés kiesés, stb. ) a GDP 0,52 -0,59 %- ára tehető évente.

A szennyeződés forrásai, szennyező anyagok

A szennyeződés forrásai

A légkörbe jutó szennyező anyagok tekintélyes része természetes eredetű. A Föld felületének nagyobbik hányadát kitevő hidroszféra jelentős mennyiségű aeroszolt termel. A hullámverés során a levegőbe kerülő vízcseppek beszáradva Na-, Ca-, K-, klorid-, szulfid-, stb. ionokat vagy ezek egyszerű vegyületeit szolgáltatják. A tengeri eredetű légtömegekre ezeknek az anyagoknak viszonylag magas koncentrációi jellemzőek. A tengeri élővilág, mely produkcióbiológiai szempontból igen jelentős tényező, hatalmas mennyiségű anyagcsere terméket is termel. Ezek a parciális nyomásnak, a hőmérsékletnek és egy jellemző állandónak megfelelő mennyiségben oldódnak a vízben, ill. távoznak onnan a légkörbe. Legfontosabb ezek közül a szén-dioxid.

23. ábra Levegőszennyező anyagok

A litoszféra felületéről főleg szilárd fázisú szennyező anyagok származnak. A sivatagi és tengeri homok (SiO2,) az időjárási jelenségektől függően, gyakran igen magas koncentrációkban lehet jelen a légkörben. A talajok pora szerves alkatrészeket is tartalmaz, főleg azonban ásványok porából, karbonátokból, szulfátokból és oxidokból áll (pl. CaCO3, CaSO4, MgCO3, A12O3, ZnO, SiO2 stb.) Vulkáni tevékenység során porok, gőzök és gázok (H2S, SO2, HCI, CO, CO2) jutnak a levegőbe. Sztyeppék, bozótok, erdők tüzeinek égéstermékei a szén-dioxidon kívül kormot, ehhez kapcsolódva karcinogén szén-hidrogéneket hordoznak.

A növények és az állatok bomlástermékei, főleg a kéntartalmúak gyakran bűzösek: ammónia, kén-hidrogén, aminok és merkaptánok, indol és skatol stb. Az atmoszféra oxigén- és szén-háztartásának alakulását elsősorban a növényzet, másodsorban az állatvilág döntő módon befolyásolja. Kis szénatom-számú, egyszerű szén-hidrogének részben gázkitörések, részben szerves bomlástermékek gyanánt kerülnek a levegőbe. Közülük a metán, mint a szénciklus természetes része, meglehetősen állandó, jelentős koncentrációban mérhető: 1,2 ppM. A mezőgazdasági tevékenység részben ugyanolyan anyagokat juttat a levegőbe, mint amilyenek természetes körülmények között is keletkeznek. A mezőgazdaság kemizálódásával egy sereg új, a természet egyensúlya szempontjából is sok veszélyt rejtő anyag került alkalmazásra. Az insecticidek, herbicidek fungicidek, melyek többnyire a klórozott szén-hidrogének, szerves foszfát-észterek, ditio-karbonátok és hormon hatású vegyületek csoportjaiba tartoznak, biológiailag aktív anyagok. Ezeknek pora, permete gyakran kerül a levegőbe, különösen ha repülőgépről szórják, permetezik őket nagy területekre.

Amíg tehát pár évtizede a mezőgazdaság csak kismértékű, főleg pedig helyi jelentőségű szennyező volt, ma már a biológiai egyensúly szempontjából veszélyes szennyező forrás. Ismeretes, hogy a mesterséges eredetű levegőszennyeződés legnagyobb részét a közlekedés, az ipar, a háztartások tüzelése, valamint ezek komplexumai, a városok okozzák. Az előbbi források részesedési arányát illetően azonban változások történnek az idők során. Amíg néhány évtizeddel ezelőtt a közlekedés szerepe e tekintetben nem volt túl jelentős, ma a fejlettebb államokban a közlekedés a legnagyobb szennyező. Az egyéb eredetű szennyeződések ezekben az országokban csökkennek. Ennek okai:

  • az ipari szennyezők megrendszabályozása, környezetbarát technológiák alkalmazása,

  • kevésbé szennyező energiahordozók használata az erőművekben, iparban és a ház- tartási tüzelésben.

24. ábra A levegőszennyező anyagok körforgása

Régebben egy ország vagy terület levegőjének szennyezettsége rendszerint iparának fejlettségével volt arányos, később a fejlettséget a közlekedés okozta szennyeződés részesedései aránya jellemezte. Napjainkban a korszerűsödő gépjárműállomány (főleg a gazdagabb országokban, de hazánkban is,) a gépjárművek számának növekedése mellett sem növeli tovább a szennyezettséget. A levegőszennyező anyagok körforgását a 24. ábra mutatja. Az ábrán a szennyező hatásokat fekete nyilak jelzik. A nyilak vastagságával az arányokat jellemezzük, a bioszféra egészére.

Primer szennyező források, amelyek a szennyező anyagokat termelik és a légkörbe juttatják. Szekunder forrásoknak azokat nevezzük, ahonnan a levegőből egyszer már távozott, eltávolított, illetve a termelésből már kivont szennyező anyagok ismét a légkörbe kerülhetnek. Ilyenek a pernyehányók, meddőhányók vagy pl. a cementgyárak utakra, talajra, épületekre ülepedett pora, melyet a szél felkavar. Ilyenek a szeméttelepek, továbbá a szennyvizek, melyekből az elnyelt gázok, oldószerek gőzei kidiffundálnak.

A közlekedés általában port, kormot, különféle szén-hidrogéneket és származékait, kén-dioxidot szén-oxidokat (CO, CO2) juttat a levegőbe. A robbanómotorok közül a dízel-üzem kipufogógáza a magas nyomáson lezajló égés következtében nitrogén-oxidokban dús (NO, NO2, NOX). A gázolaj kéntartalma SO2 alakjában jelenik meg a kipufogógázokban.

A benzin üzemű motorok kipufogógázai szénmonoxidot, benzingőzt, aldehideket, egyenes láncú és gyűrűs szénhidrogéneket tartalmaznak. Az ólom- tetraetil adalékból származó ólom néhány éve még jelentős mennyiségű volt a levegőben, napjainkra azonban már a legtöbb országban, így hazánkban sem adagolják az üzemanyaghoz.

A repülőgépek levegőszennyező hatása is jelentős. Szennyező anyagaik: aldehidek, szén-oxidok, korom. Ez a hatás talajközeli rétegeket csak részben érint (pl. részecskék ülepedése).

A háztartási tüzelés, fűtés levegőszennyező hatásának fő oka a tökéletlen elégetés. Egységnyi tüzelőanyag mennyiség lényegesen több szennyezést okoz, ha kis tüzelőegységekben égetik el, mintha korszerű nagyüzemi kazánokban használnák fel. Szén használata esetén termelődik a legnagyobb mennyiségű legtöbb fajta szennyező anyag. Előnyösebb az olajtüzelés, míg a. gáztüzelésnél szilárd szennyeződés gyakorlatilag nem keletkezik, nő viszont a nitrózus gázok emissziója.

A leggyakoribb szennyező anyagok és jellemzőik

Kén-dioxid

Színtelen, jellegzetesen szúrós szagú, köhögésre ingerlő gáz. Vízben nagyon jól oldódik azzal kénsavvá egyesül. A levegőnél nehezebb. Oxigénnel csak katalizátorok jelenlétében vegyül. Erélyes redukáló szer, a szerves festékek egy részét elszínteleníti. Napfény vagy katalizátor hatására a klórral szulfuril-kloriddá egyesül. Élő szervezetekre erősen mérgező hatású. Tisztán belélegezve fulladásos halált, néhány század százaléknyi mennyisége légzési nehézséggel járó mérgezési tüneteket okoz. Különösen érzékeny rá a növényzet. A légkörbe főleg nagy kéntartalmú szenek elégetése, kénsavgyártás, papírgyártás kőolajipari technológiák során kerül. Kisebb mennyiségben olajtüzelésből, Diesel-motorok kipufogógázaiból is származik.

Oxidált nitrogén-vegyületek

A nitrogén-monoxid színtelen, vízben kevéssé oldódó gáz. Nehezebb a levegőnél. Igen reakcióképes: a levegő oxigénjével nitrogén-dioxiddá alakul, mely folyamat a napsugárzás UV spektruma hatására különösen felgyorsul. Klórral nitrozil-kloridot alkot. A nitrogén-monoxidot a vér haemoglobinja megköti. Oxidálószer és víz jelenlétében salétromsavvá oxidálódik. Elemeiből igen magas hőmérsékleten, pl. villámláskor képződik.

A nitrogén-dioxid vörösbarna színű gáz, a levegőnél nehezebb. Ugyancsak reakcióképes, vízben azonban rosszul oldódik. A nitrogén-dioxid alacsonyabb hőmérsékleten nitrogén-tetraoxiddá alakul: már szobahőmérsékleten is jelentős a nitrogén-tetraoxid aránya. Erélyes oxidálószer. A nitrogén- trioxid -10 °C körül forr. A képződő gáz nitrogén-dioxidra és nitrogén-monoxidra disszociál. Nitrózus gázok a műtrágyagyártás, műanyaggyártás, valamint nagy nyomáson végbemenő égési folyamatok (Diesel-motorok) során keletkeznek és jutnak a légkörbe. Erősen mérgező hatásúak.

Fluor

Az elemi fluor sárgászöld, szúrós szagú, a levegőnél sűrűbb gáz. Valamennyi elem közül a legreakcióképesebb. Hidrogénnel hevesen egyesül, a vizet is bontja. A hidrogén- fluorid szobahőmérsékleten forr. A H4F4 molekulák a hőmérséklet emelkedésével fokozatosan H2F2 majd HF- molekulákra disszociálnak. Vízzel minden arányban elegyedik. Az üveget oldja. A fluor és a hidrogén- fluorid az élő szervezetre igen veszélyes, nagyon agresszív méreg. A légkörbe az alumínium-kohászatban használatos folypát bomlása révén, üveggyárak és zománcművek tevékenysége során kerül. Műtrágyagyártás, tégla- és cserépégetés egyes esetekben ugyancsak fluort emittál. A fluorídok közül levegőszennyezőként főleg a vízben oldódó alkáli- fluoridok jöhetnek számításba.

Szén-monoxid

Színtelen, szagtalan, vízben kevéssé oldódó, szobahőmérsékleten nehezen oxidálható gáz. A levegőnél kissé nehezebb. Huzamos belégzés esetén rendkívül mérgező emberre, állatra egyaránt. A vérben igen stabilis szén-oxid- haemoglobin alakjában halmozódik fel. Tökéletlen égés során keletkezik. Erőművek, kohók, gépjárművek nagy mennyiségben bocsátják a légkörbe.

Szilárd halmazállapotú szennyeződések (por, részecskék)

A légköri szilárd szennyeződések durva frakcióját ülepedő pornak, más néven szedimentumnak szokták nevezni. Vízben oldódó és vízben oldhatatlan, valamint szerves és szervetlen frakciókra szokták osztani. A hosszabb ideig lebegve maradó kisebb részecskék neve szálló por.(Ennek a frakciónak a nemzetközi elnevezése: TSP = Total Suspended Particulates.)

25. ábra A levegő különböző méretű (µ) szennyezői

A légkörben lebegő élő szervezetek (baktériumok, vírusok, algák, spórák, pollen) neve aeroplankton. A természetes, szabad légkörben ezek közül az allergén pollenek okozzák a legtöbb gondot. Közismert képviselőjük a parlagfű (Ambrosia elatior).

A szilárd szennyeződések fő alkotói a égésből eredő pernye és korom, a talajfelszínről, cementiparból, kohászatból és számos más iparból származó por, amelyek összetétele igen változó. Megkülönböztetünk toxikus és közömbös porokat. A por-határérték a közömbös porra vonatkozik, toxikus porokra szigorúbb előírások érvényesek. Toxikusnak minősülnek a biológiailag aktív mezőgazdasági szerek porai, mint a peszticidek, fungicidek, herbicidek. Toxikus por az ólom is, valamint a különféle rákkeltő vegyületek, elsősorban a 3,4 benzpirén.

A levegőszennyező anyagok terjedése a légkörben

A légszennyeződés - meteorológia, a transzmisszió (szállítódás) tényezőinek ismeretében - , a különböző méretű légszennyező folyamatokat vizsgálja a levegőminőség-tervező szimulációs modellek segítségével.

A kibocsátott légszennyező anyagok légkörben való tartózkodását, terjedését a levegő mozgása határozza meg. A szél a levegőmolekulák rendezetlen hőmozgásának, azaz diffúziójának eredménye. Vannak nagyméretű, rendezett légmozgások és szélfluktuációk, ez utóbbiak turbulens örvényeket képeznek. A légmozgások kialakulásában fontos szerepe van a függőleges hőmérsékleti és szélmezőnek.

A hőmérsékletnek a magasság növekedésével való csökkenési mértékét hőmérséklet-gradiensnek nevezzük. A troposzférában a hőmérséklet gradiens értéke általában 0,65 °C/100. Vannak azonban olyan meteorológiai helyzetek, amelyek ettől eltérő értékeket alakítanak ki. Légszennyeződési szempontból különösen hátrányos, ha a hőmérséklet emelkedik a magassággal, ekkor a gradiens negatív. Ezt az állapotot inverziónak nevezzük. Általában kora reggel vagy éjszaka, derült égbolt és gyenge szél esetén alakul ki a talaj feletti rétegben. A vertikális szélstruktúrát a vízszintes síkban négy erőhatás alakítja ki:

  • a légnyomási különbségek következtében létrejövő szélkeltő, más néven gradiens-erő,

  • a mozgás folyamán keletkező súrlódási erő,

  • a mozgás következtében létrejövő Coriolis erő,

  • a mozgás pályagörbülete miatt keletkező centrifugális erő.

A felszíntől mért 500-1000 m vastag légréteg feletti részben az áramlás súrlódásmentesnek és stacionáriusnak tekinthető. A súrlódási erőt a talajfelszín közelében, az alsó, ezer méter vastagságú légrétegben kell figyelembe venni. Ez az erő a felszín által a légkörre gyakorolt ellenállásból származik. A súrlódási erő érdes, szaggatott térszínek felett nagyobb, egyenletes sík térszínek felett csekélyebb. A növényállomány jelentősen növelheti a súrlódási erő nagyságát. Lombhullató fákból álló erdők felett értéke nyáron nagyobb, mint télen. A súrlódás közvetlenül a földfelszín közelében a legnagyobb, hatása a felsőbb rétegekre a magasság növekedésével fokozatosan csökken.

Az áramláson belüli rendezetlen mozgásokat turbulenciának nevezzük. A turbulenciát termikus és mechanikus hatások hozzák létre. Ennek alapján két típusát különböztetjük meg: a termikus és a dinamikus turbulenciát. A termikus turbulencia kifejlődésében döntő része van a hőmérsékleti rétegződésnek. Minél nagyobb a turbulenciát előidéző hőmérséklet gradiens, annál nagyobb az a sebesség, amellyel a keveredés végbemegy. Nappal a besugárzás hatására a földfelszín felmelegszik és a légkör alsó rétege labilissá válik. A melegebb, tehát könnyebb légrétegek felemelkednek és ezek helyébe hidegebb légrészek süllyednek le. A nagy függőleges hőmérséklet gradiensű légtömegekben gyakori a talajközelben is az élénk turbulens mozgás. A kis függőleges hőmérséklet gradiensű légtömegekben viszont a gyakori szélcsend és a gyenge áramlás a jellemző.

A dinamikus turbulencia a felszín érdességi elemei által keltett örvénylő mozgás. Mértéke a felszíni érdességen kívül a szélsebesség nagyságától is függ. Minél nagyobb a szélsebesség, annál erősebb a turbulencia. A kétféle turbulencia általában egyszerre fordul elő, az egyik vagy a másik azonban dominálhat adott meteorológiai feltételek esetén. A dinamikai örvényesség szeles éjszakákon jelentős, a termikus örvények pedig a meleg nyári napokon uralkodnak.

A szennyező anyagok elszállítódását és keveredését a felszíni egyenetlenségek a sík felszínhez viszonyítva lényegesen bonyolítják. A városok beépítettsége a felszín anyagi minősége, a domborzat és a növényzet megváltoztatják a terjedés körülményeit. Helyi széljárások alakulnak a lejtők mentén, kiterjedt vízfelületek és szárazföldek határán.

Az épületek hatására vonatkozó vizsgálatok eredménye szerint akkor a legkedvezőbb a füstgáz elvezetése, ha a legmagasabb erőművi épületek hosszanti tengelyét szembeállítják az uralkodó széliránnyal, valamint ha a kéménynél uralkodó szélsebesség és a kéményből kilépő füstgáz sebességének aránya, megfelelő kéménymagasság esetén, 2-3 közötti. További tapasztalati tény az is, hogy az akadály által keltett dinamikus turbulencia akkor nem okoz leáramlást, ha a kémény legalább kétszer olyan magas, mint a kéményhossz húszszorosának megfelelő távolságon belüli akadály. Ha ezekről az arányokról nem gondoskodunk, számolhatunk azzal, hogy a kéményből kilépő füstgáz egy része bekerül a kémény mögötti zónába és lecsapódik a forrás közvetlen közelében.

A turbulens diffúzió ismeretében kvantitatív összefüggések állapíthatók meg a kibocsátások és a kialakuló immisszió között. Ez a matematikai modell nyilván csak közelítése a valóságos állapotnak, a tervezéshez és szabályozáshoz azonban jó segítséget nyújt. Hatásvizsgálatok esetén nélkülözhetetlen eszköz. A magas pontforrásból és a kiterjedt területi forrásból származó szennyező anyagok talaj-közeli koncentrációjának meghatározását magyar szabványok rögzítik.

A diffúzió klimatológia az alkalmazott éghajlattannak az ága, amely a légszennyező anyagok terjedése, hígulása és felhalmozódása szempontjából döntő fontosságú meteorológiai elemek és tényezők meghatározásával és vizsgálatával foglalkozik. Diffúzióklimatológiai vizsgálataink célja a számítógépes módszerek számára szükséges objektív kvantitatív, regionális jellegű diffúzió klimatológiai adatok megszerzése. A szennyező anyagok talajközeli koncentrációját turbulens-diffúziós egyenlettel határozhatjuk meg, az ipari paraméterek és a meteorológiai tényezők várható gyakoriságának ismeretében. Valamely adott forrás szennyező hatásának felméréséhez legalább egy éven keresztül mérni kell a hely jellemző diffúzió klimatológiai adatait. Ha nincsenek megfelelő részletességű adataink, akkor egy lehetőleg közeli, hasonló éghajlatú állomás sok évi adatsorával való összevetés ad lehetőséget arra, hogy meghatározzuk a várható immisszió értékét.

A szennyező anyagok diffúzióját előidéző komplex légköri mechanizmus két fő tényezője az áramlási és hőmérsékleti mező térbeli eloszlása, és annak időbeli változása. Ennek a megismeréséhez a hőmérsékleti viszonyok, a talaj-közeli és magassági szél folyamatos vagy időszakos mérésére van szükség. Az országban jelenleg magassági légállapot mérést két állomáson, magassági szélmérést 10, talaj-közeli szélregisztrálást közel 50 helyen, éghajlati észlelést pedig 100 állomáson végeznek. E meteorológiai tényezők felhasználásával nyerjük a diffúzió klimatológia tényezőit: a stabilitási paramétert, a talajszelet, a szélprofilt, ezek együttes gyakorisági eloszlását és a keveredési réteg vastagságát.

A légszennyeződés-meteorológia tevékenységi területe a lokális, városi, regionális, kontinentális és globális levegőminőség tervezése. Ennek keretében az alábbiakkal foglalkozik:

  • a transzmisszió tényezőinek mérése és vizsgálata,

  • levegőtisztaság-védelmi döntési modellek kialakítása és alkalmazása,

  • levegőszennyezettség-előrejelzés,

  • az alapterhelés megállapítása,

  • emisszió és immisszió közötti összefüggések kiszámítása.

Valamely vizsgált szennyező forrás környezetében alapterhelésnek nevezzük azt a távolabbi környezetből származó átlagos immissziót (I), amelyet olyan időjárási helyzetek immisszióiból mérnek vagy számítanak, amelyekben a vizsgált szennyező forrásból eredő koncentráció egy gyakorlati alapon meghatározott átlagos maximális értékközbe esik.

Valamely szennyező forrás környezetében ténylegesen mérhető koncentráció (Imax) az alapterhelés (Ia) és az adott forrás által okozott átlagos maximális koncentráció (Iv-max) hatásából tevődik össze. Mivel Imax a levegőminőségi határértéknél (In-max) nagyobb nem lehet, a levegőkészlet terhelhetősége szempontjából gazdálkodni a levegőminőségi határérték és az alapterhelés különbségeként meghatározható tartományon belül lehet.

A hazai szabályozás a levegőkészlet-gazdálkodás érdekében számszerűen megadja az alapterhelés értékeket az ország valamennyi településére. Ezek az értékek azonban nem tisztán alapterhelés jellegűek, mert magukban foglalják a szabályozás más (pl. fokozott védelmi) szempontjait is.

Tisztulási folyamatok

Ha a légkörbe jutó idegen anyagok változatlan formában az atmoszférában maradnának, akkor ennek összetétele viszonylag rövid idő alatt olyan változásokat szenvedne, hogy alkalmatlanná válna az ember és számos más élőlény számára. Szerencsére a levegőnek, akárcsak az élő víznek, természetes öntisztulása van. Azonban, ha a szennyező anyagok kibocsátása egy adott mértékben megnő, új egyensúlyi helyzet áll be, melynél a levegőben lévő szennyezőanyag-tartalom az előzőkhöz képest valamivel magasabb. A kérdés azonban az, hogy az új egyensúlynak megfelelő atmoszférát és ennek következményeit a jelenlegi élővilág és az ember hogyan viseli el. Nem kell nagyméretű változásoknak bekövetkezni a légállapotban ahhoz, hogy néhány generáció múltán az ökoszisztémákban már valóban látványos változások következzenek be. Ez a levegőszennyeződés egyik nagy problémája, melynek veszélyessége lappangó voltában van.

26. ábra. A légkör öntisztulása

Önellenőrző kérdések

  1. Mi okozza a környezet savasodását?

  2. Milyen robbanómotor kipufogó gázaira jellemző nitrogén-oxidok (NO, NO2, NOX) és a SO2?

  3. Mi a szedimentum?

  4. Mekkora a hőmérsékleti gradiens a troposzféréban, és írja le a dimenzióját!