Zanieczyszczenie powietrza: przyczyny, skutki i źródła

Zanieczyszczenie powietrza – czym jest i jakie są jego przyczyny?

Smog jest nienaturalnym zjawiskiem atmosferycznym, które polega na współistnieniu związków chemicznych oraz pyłów w naszej atmosferze. Przebywanie, oddychanie nim, zagraża naszemu zdrowiu i życiu. Pochodzenie słowa smog ma swoje korzenie w dwóch anglojęzycznych słowach: smoke – dym oraz fog – mgła.

Źródła zanieczyszczenia powietrza, czyli przyczyny smogu

Jednym z wymienianych rodzajów jest smog londyński. W jego skład wchodzą tlenek siarki (IV), tlenki azotu, tlenki węgla, sadza oraz wspomniane już trudno opadające pyły. Występuje on w sezonie grzewczym – zazwyczaj od października do marca, gdy zapotrzebowanie energetyczne wynikające z niskich temperatur jest największe, co może powodować zanieczyszczenie powietrza. W okresie tych miesięcy występuje inwersja temperatur, czyli zjawisko atmosferyczne polegające na wzroście temperatury powietrza wraz z wysokością.
W sytuacji nie występowania inwersji temperatury w najniższej części atmosfery (troposfera), powietrze bliżej powierzchni ziemi ma wyższą temperaturę niż powietrze znajdujące się wyżej. Powietrze jest ogrzewane wówczas przez nagrzaną powierzchnię ziemi. Następnie ogrzane powietrze jest unoszone w wyższe partie atmosfery w wyniku konwekcji. W sytuacji występowania inwersji mamy do czynienia z odwrotnym układem temperatu. Wpływa ona na współwystępowanie w atmosferze takich efektów jak np. gromadzenie się mgły czy powstawanie smogu.

Drugim, znanym rodzajem smogu jest smog typu Los Angeles (inaczej tzw. smog fotochemiczny). Występuje on przede wszystkim w miesiącach letnich, w strefach subtropikalnych. W jego skład wchodzą: tlenki węgla, tlenki azotu i węglowodory.

Poniżej zostaną omówione zagadnienia związane ze smogiem londyńskim, który występuje na terytorium Polski w okresie grzewczym.

W skład zanieczyszczenia powietrza wchodzą gazy oraz aerozole – są to cząstki stałe i ciekłe, które unoszą się w powietrzu i wpływają na naturalny skład powietrza atmosferycznego. Przeważające zanieczyszczenia gazowe powietrza to tlenki azotu (NOx), tlenek siarki (SO2), tlenek węgla (CO) oraz węglowodory, tzw. lotne związki organiczne. Ich obecność w powietrzu może mieć dramatyczne skutki. Wpływają nie tylko na glebę i wodę, ale przede wszystkim zagrażają zdrowiu ludzi, zwierząt i roślin. Gazy dostają się do naszej atmosfery głównie poprzez spalanie paliw kopalnych, wyjątek stanowią tu związki lotne, które dostają się do atmosfery ze źródeł naturalnych. Przyczyny zanieczyszczeń powietrza pochodzące ze źródeł naturalnych to np. wybuchy wulkanów ( popioły i gazy wulkaniczne); bagna (min.metan CH4, dwutlenek węgla); pożary lasów, sawann, stepów (min. CO2, tlenek węgla); gejzery ( min. siarkowodór, arsen); gleby i skały ulegające erozji; burze piaskowe; wyładowania atmosferyczne; bakterie i inne organizmy; a także roślinność i grzyby.
Należy także dodać, że źródła zanieczyszczeń niekoniecznie muszą mieć swoje źródła w naszym kraju. Możliwe jest, że dotrą one do nas np. z…Sahary. W takich przypadkach to cyrkulacja powietrza sprzyja i odpowiada za napływanie pyłu saharyjskiego nad inne rejony globu, w tym min. do Polski.

Zazwyczaj zanieczyszczenia powietrza kojarzone są z obszarami, na których działają duże zakłady przemysłowe. Otóż…To nie jedyne źródła zanieczyszczenia! W czołówce jednych z najbardziej trujących i zagrażających substancji w smogu są…

Pyły zawieszone pochodzące z lokalnych źródeł zanieczyszczenia

Stanowią one mieszaninę cząstek stałych, ciekłych. Ze względu na duży stopień dyspersji mogą przebywać w atmosferze w stanie zawieszonym przez bardzo długi okres. Dlaczego są tak niebezpieczne dla naszego zdrowia i życia? Ponieważ charakteryzują się mikrometrowymi rozmiarami,przenikają poprzez układ oddechowy do naszego krwiobiegu i mózgu!.

Biorąc pod uwagę ocenę stopnia zagrożenia zdrowia ocenia się średnicę tych cząsteczek (tzw. aerodynamiczna średnica cząstek). I tak, pył PM2.5 zawiera cząstki stałe o niewielkiej średnicy, do 2,5 mikrometra. To dzięki temu niewielkiemu rozmiarowi w łatwy i szybki sposób przedostają się do układu oddechowego, a następnie przesuwają się dalej powodując zatrucie krwioobiegu. W Polsce głównym źródłem tego pyłu są paleniska domowe i transport drogowy. Z kolei PM10 to ziarenka, które mają średnicę do 10 mikrometrów. Ta wielkość pozwala przenikać takim cząstkom do naszych płuc. Głównym źródłem pyłu PM10 w powietrzu w naszych miastach jest emisja ze spalania w indywidualnych systemach grzewczych paliw stałych takich jak węgiel, drewno i biomasa oraz z ruchu drogowego, szczególnie z pojazdów z silnikami wysokoprężnymi bez filtrów cząstek stałych.

Skutki zdrowotne ponoszone na skutek przebywania w zanieczyszczonym powietrzu dotyczą przede wszystkim układów oddechowego oraz sercowo-naczyniowego, są także powiązane ze wzrostem hospitalizacji oraz obniżeniem średniej długości życia.

Ze względu na obowiązujące normy i zaostrzone przepisy, przemysł znacznie ograniczył emisję pyłu (w szczególności pyłu PM2.5). Obecnie to niska emisja odgrywa ogromną rolę w kształtowaniu lokalnego poziomu zanieczyszczeń powietrza. W czasie zimy nasza mapa często pokazywała, że mieszkańcy dużych miast – tu na przykładzie Krakowa – nie są jedynymi osobami, które żyją w tak zanieczyszczonym powietrzu. Przez bardzo długi okres czasu, w świadomości wielu osób, Kraków stanowił pewnego rodzaju stolicę polskiego smogu. Jak się okazuje, to często na obrzeżach miasta, mieszkańcy małych, urokliwych miejscowości wdychają dużo gorsze powietrze. Chociaż nie ma u nich zakorkowanych ulic i krajobrazów, które przedstawiają przemysłowe kominy, z jakością powietrza jest tam często zdecydowanie gorzej niż w samym centrum miasta. Pyły zawieszone są konsekwencją spalania węgla niskiej jakości i wszelkiego rodzaju śmieci (przede wszystkim tworzyw sztucznych) w lokalnych kotłowniach i indywidualnych gospodarstwach domowych. Zazwyczaj emisja tych źródeł wiąże się z konkretnych sezonem w ciągu roku i trwa kilka miesięcy. Do niskiej emisji dokłada się również transport, szczególnie tam, gdzie spotykamy się z wzmożonym ruchem drogowym.

Aby uprościć przedstawianie danych o jakości powietrza, w miastach europejskich stosuje się indeksy, mające na celu przekształcenie pomiarów w jedną liczbę. W naszym systemie monitoringu, stosujemy indeks godzinowy – opisuje on aktualną jakość powietrza ze średniej pomiarów z ostatniej godziny.

Oficjalnie indeks ten posiada 5 poziomów, które przedstawione są na skali od 0 (bardzo niski) do >100 (bardzo wysoki) – jest to względna miara ilości zanieczyszczeń powietrza. W Airly, podając indeks CAQI, bierzemy pod uwagę pyły PM10 oraz PM2.5.

Dla uwidocznienia różnic w zanieczyszczeniu powietrza na naszej platformie funkcjonuje skala o 6 poziomach, która informuje za pomocą koloru o zanieczyszczeniu powietrza. Od koloru zielonego, który świadczy o tym, że jakość powietrza jest bardzo dobra, do koloru bordowego, kiedy normy zanieczyszczeń powietrza są wielokrotnie przekroczone i lepiej wówczas nie wychodzić z domu!

Dopuszczalne normy dla zanieczyszczeń powietrza ustaliły osobno Polska, Unia Europejska a także WHO, czyli Światowa Organizacja Zdrowia.

W Polsce normy dla pyłów drobnych PM10 są ustalone na trzech poziomach:
– poziom dopuszczalny 50 µg/m3 (dobowy)
– poziom informowania 200 µg/m3 (dobowy)
– poziom alarmowy 300 µg/m3 (dobowy)

Z kolei Unia Europejska dla pyłów drobnych PM10 i PM2,5 ustaliła jedynie poziom dopuszczalny, odpowiednio dla PM10 – 50 µg/m3 (dobowy) i 40 µg/m3 (średni-roczny), a dla pyłu PM2,5 – 25 µg/m3 (średni-roczny).

Normy odnośnie dopuszczalnych stężeń dobowych ustalone przez Światową Organizację Zdrowia, to i 25 μg/m3 dla PM2.5 oraz 50 μg/m3 dla PM10.

Pomiar interpolowany i bezpośedni – czym na naszej platformie jest heatmapa?

Pomiar bezpośredni to rzeczywista wartość zanieczyszczenia powietrza, która została zmierzona przez nasze czujniki. Taki pomiar widać po bezpośrednim kliknięciu na dokładną lokalizację naszego sensora.

Pomiar interpolowany to dane, które uzyskujemy na podstawie pomiarów bezpośrednich z najbliższych sensorów. Dzięki zastosowaniu algorytmu, mamy możliwość obliczenia wartości indeksu CAQI nie tylko w miejscu, gdzie zainstalowane jest urządzenie, ale również w jego otoczeniu!

Prognoza zanieczyszczenia powietrza to rozwiązanie

Możliwość odczytywania bieżących danych na naszej mapie to niewątpliwie bardzo ważny krok w dbaniu o swoje zdrowie i zdrowie naszych bliskich. Z tego pomysłu narodziła się idea stworzenia prognozy… zanieczyszczenia powietrza na kolejne 24h. Teraz, korzystając z niej, można zaplanować najlepszą porę na aktywność na świeżym powietrzu czy spacer z rodziną.

Przy tworzeniu prognozy uwzględniamy dane pogodowe, takie jak temperaturę, siłę i kierunek wiatru, ciśnienie oraz wilgotność. Nasza prognoza obarczona jest błędem wynoszącym średnio 20μg/m³. Aby sprecyzować wyniki, korzystamy z danych meteorologicznych pochodzących ze strony: darkSky.

Bibliografia:
1. Cembrzyńska J., Krakowiak E., Brewczyński P.Z. (2012). Zanieczyszczenie powietrza pyłem zawieszonym PM10 oraz PM2.5 w warunkach silnej antropopresji na przykładzie miasta Sosnowiec. Medycyna Środowiskowa – Environmental Medicine 15 (4), 31-38
2. Judy-Rezler K., Toczek B. (2016) Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa
3. Kaczmarczyk M., (red.) Niska emisja – od przyczyn występowania do sposobów eliminacji, Geosystem Burek, Kotyza s.c., Kraków 2015, s. 144
4. Klojzy-Kaczmarczyk B., Mazurek J. (2009) Zadania samorządów lokalnych w procesie likwidacji niskiej emisji. Polityka Energetyczna 12
5. Majewski G., Łykowski B. (2008) Skład chemiczny pyłu zawieszonego PM10 w aglomeracji warszawskiej,Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 7 (1), 81–96
6. Markiewicz M., 2004. Podstawy modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa.
7. PN-EN 14902:2010. Jakość powietrza atmosferycznego. Standardowa metoda oznaczania Pb, Cd, As i Ni we frakcji PM10 pyłu zawieszonego