Globális környezeti problémák és néhány társadalmi hatásuk
Dr. Anda Angéla Dr. Burucs Zoltán Dr. Kocsis Tímea (2011)
Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ
A szennyezett légkör, légszennyező anyagok, szennyezés típusok hatásaikkal

A szennyezett légkör, légszennyező anyagok, szennyezés típusok hatásaikkal

A WHO (Világ Egészségügyi Szervezete) szerint akkor beszélünk légszennyezésről, ha a légköri nyomanyag nagy mennyiségben, ill. hosszú ideig tartózkodva a légkörben az élővilágra, vagy az anyagi javakra káros hatást fejt ki, vagy hozzájárul a káros hatások kialakulásához. A WHO közelítése szerint azt is légszennyezésnek kell tekinteni, ha az ember közérzetét „csak” hátrányosan befolyásolja, s az egészségére nem fejt ki káros hatást. A levegőben lévő fő összetevőn kívüli valamennyi légköri alkotó szennyezővé válhat, ha koncentrációja meghaladja a korábban előírt határértéket, vagy alacsony koncentrációban huzamosabb ideig van jelen.

A szennyezőanyagok csoportosítására több lehetőségünk is van. A legegyszerűbb a halmazállapot szerinti csoportosítás, mely szerint lehet szilárd, folyékony és gázszennyező a légkörben.

A szennyezőanyagok eredete szerinti csoportosítása

Természetes eredetű anyagok – melyek a valóságban szennyezhetik a légkört, de mégsem tekintjük azokat valódi légszennyezőknek. Hozzájárulnak egy adott térség levegőminőségének kialakításához, adott körülmények között súlyosbíthatják egy térség levegőminőségi mutatóit. Az antropogén tevékenységtől függetlenül keletkeznek, pl. vulkánkitörés gázai és aeroszolja, vizes élőhelyek metán kibocsátása stb. Antropogén (mesterséges) eredetű légszennyező anyagok az emberi tevékenységből származnak. A legtöbb szennyezőanyag a légkör természetes alkotója, csupán annak koncentrációja és tartózkodási ideje döntheti el, hogy légszennyezővé válik-e vagy sem.

Kémiai folyamatban való részvétel szerinti csoportosítás

Az elsődleges szennyezőkre jellemző, hogy a forrásból történő kikerülésük állapotában maradnak, fizikai-kémiai átalakuláson nem esnek át. Legtöbbször közvetlenül az emissziós forrás (pont) közelében találhatók. Példák: CO; NO; NH3; SO2; szénhidrogének; aeroszolok stb. A másodlagos szennyezők az elsődlegesekből keletkeznek különböző kémiai átalakulásokkal, pl. gőzök, savgőzök (salétromsav gőz), oxidok stb. A kémiai összetétel szerint a szennyezők lehetnek szerves (formaldehid, merkaptán stb.) és szervetlen (CO, NOx stb.) szennyezők.

Emberi egészségre gyakorolt hatásuk szerint a szennyezők lehetnek

- kellemetlen légszennyezők: koncentrációjuk alacsony, s mérgezést nem okoznak, a közérzetünket negatívan befolyásolhatják, pl. „csak” büdösek, de nem mérgezőek

- nem toxikusak, mint a CO2, amely nem tud olyan magas koncentrációban lenni a környezetünkben, hogy az károsítsa egészségünket

- toxikusak: pl. a klór, CO már alacsony koncentrációban is mérgező hatású

- karcinogének, pl. VOC; PAN

- mutagénok, pl. dioxin.

A levegő szennyezésének folyamata a szennyezők kibocsátásával, az emisszióval kezdődik (1.8 ábra). Az emissziós pont az a hely, ahol a szennyezőanyag először érinti a légkört, találkozik azzal. Az emisszió ismerete, a kibocsátott szennyezőanyag mennyiségének és minőségének meghatározása több szempontból is fontos. Az emisszió alapján történik rosszabb esetben a károk becslése, ill. annak meghatározása, hogy az egészséges környezet megvalósításához milyen kibocsátás csökkentő intézkedések megtétele szükséges. Az emisszió ismerete miden technológia szerves része. Több típusát különböztetjük meg:

Pontforrás emisszió egy jól körülhatárolható egység, pl. egy erőmű, vagy ipartelep egyedi kéményének szennyezőanyag kibocsátása. Általában a pontszerű forrásnál fontos a kibocsátó egység mérete, mivel feltétel, hogy magassága a környezetében lévő épületek szintjének legalább kétszerese legyen. Ebből következik, hogy csak a magas kémények tartozhatnak ebbe a kategóriába. A pontforrás emisszió (Q) viszonylag egyszerűen számítható, ha a kéményünk kör keresztmetszetű, r sugarú:

ahol c: a szennyezőanyag koncentrációja, u: az áramlás sebessége (kéménynél).

A számításhoz használt értékeket mindig a kéményen belül kell mérni. Az emissziót szennyezőanyag tömegben kapjuk egységnyi időre vetítve.

A területi, vagy diffúz emisszió általában több szennyező forrás együttes környezetterhelését jelenti. Többször az alacsony kémények –tetőszintiek- alkotják ezt a kategóriát. Az épületek mechanikus turbulenciája miatt a füstgáz keveredik, s a forrás közelében eléri a talajt. Terhelésük meghatározásában legegyszerűbbnek a kéményenkénti kibocsátások összegzése látszik, melynek gyakorlati kivitelezése mégsem mindig megoldható. A terhelés meghatározásához más eszközöket, pl. a statisztikát, vagy a kibocsátási tényezőket alkalmazunk.

Vonalforrásnak nevezzük a mozgó járművek környezet terhelését, melyek környezeti kártétele legegyszerűbben laboratóriumi körülmények között mérhető. Egyedi járműnél a kipufogógázt különböző üzemmódokban, s sebességeknél zárt kamrába vezetjük, amelyből a későbbiekben megtörténik a kipufogógáz kémiai analízise. Ezt időre (távolságra) vetítve számolható a gépjármű emissziója. Több gépjármű esetén ez a közelítés nem járható, hanem hasonlóan a diffúz emisszióhoz, statisztikai, vagy más eljárást kell követnünk.

A biológiai emisszió meghatározására több lehetőség is kínálkozik. Kisebb területnél ún. kamrás módszerrel veszünk mintát a környező levegőből, amelyből a kibocsátás a feltételek ismeretében kalkulálható. Nagyobb térségek felett a turbulens diffúziós eljárást követjük, mely során a légállapot és a szennyezőanyag koncentráció ismeretében tudjuk kiszámolni a környezetterhelés mértékét. A közelmúltban a növények metán kibocsátása hívta fel a figyelmet a biológiai emisszió jelentőségére (globális felmelegedés kapcsolat).

A források másik csoportosítási lehetősége kevesebb tagot tartalmaz. A talajközeli forrás az épületek tetőszintjében bocsátja ki szennyezőanyagait. Főképpen korábban több szakíró a gépjárműveket is ebbe a kategóriába sorolta. Összetett magasforrásról regionális, háttér és globális szennyezésnél találkozhatunk. A felsoroltak egységesített, általánosított forrástípusa.

A diffúz emisszió, a biológiai emisszió és a vonalforrás emisszió meghatározására is szolgálnak a korábbi megfigyeléseknél mért értékek általánosított alakjai, a kibocsátási tényezők. Két közelítési lehetőségük van:

- a tüzelőanyag egységnyi mennyiségének elégetésével a levegőbe juttatott szennyezés meghatározásán, ill.

- az egységnyi végtermék előállítása során kibocsátott szennyezőanyag meghatározásán alapuló közelítési módszerek.

A statisztikai adatoknál jóval pontosabb eredményre az anyagmérleg eljárás vezethet. Ehhez viszont konkrét mérések elvégzésére van szükség. Az eljárás lényege, hogy pontosan figyelembe vesszük egy adott kijelölt mintaterületre vonatkozóan az összes bemenő és kimenő (szennyező) anyag mennyiséget (1.9 ábra). Ezt különböző magassági szinteken megvalósított koncentrációméréssel tudjuk megtenni. A koncentráció mellett szükségünk van konkrét légáramlásmérésekre is, mégpedig ugyanazokon a szinteken, ahol a szennyezőanyag koncentrációját is mérjük. A légáramlás mérésére szélsebesség mérőket alkalmazunk. Az eljárás első lépése a záróréteg helyzetének meghatározása. Ez adja meg a mintaterület magasságát, s egyben meghatározza az elhelyezendő műszerek darabszámát is. (A „mintadoboz” alapterületét mi döntjük el azzal, hogy pl. hány km-es szakaszt vonunk be az elemzésbe egy autópálya vizsgálatánál.) A záróréteg a mindenkori meteorológiai helyzet függvénye.

A transzmisszió a már légkörbe került szennyezőanyagok sorsát jelenti meg, mely során a kibocsátott anyagok elszállítódnak és átalakulnak. A szennyezőanyagok átalakulását a légkör fizikai tulajdonságai (sugárzás, hőmérséklet, légnedvesség, csapadék, szél), a légkör állandóan jelen lévő alkotói, valamint vendéganyagai határozzák meg. Az átalakulások döntő mértékben meghatározzák a szennyezőanyagok légköri tartózkodási idejét.

Az immisszió a légszennyező anyag koncentrációja az élőhelyünk felett. E fogalom alatt a különböző területeken mért levegőminőség értendő. Az immissziónál mért szennyezőanyag koncentráció mindig alacsonyabb, mint az emissziónál mért értékek.

Az ülepedés az a folyamat, mely során a légkörből annak anyagai kikerülnek.

A szennyezőanyagok sorsa, azok mozgása és átalakulása nemcsak a légkört, hanem a környezet több komponensét is érintik. Ezt a több közegre is kiterjedő átrendeződési folyamat-együttest hívjuk az anyagok körforgásának.

Légszennyezés típusai a folyamat hatótávolsága alapján

1. Lokális szennyezés

A legkisebb területet érintő szennyezés forma. Hatóterülete maximum néhányszor 10 km. A szennyezőforrás alacsony, legtöbbször pont-, vagy vonalforrás, megjelenése jól körülhatárolható a térben. A kibocsátott szennyezőanyag mennyisége itt a legmagasabb, a legmagasabb koncentrációk itt mérhetők. A kibocsátás főképpen elsődleges szennyező anyagokat tartalmaz, pl. CO; SO2; NH3; NOx; aeroszolok stb. Hatása nemcsak térben kicsi, de időléptékben is rövid.

2. Háttér –regionális- szennyezés

Legtöbbször több pontforrás, vagy több diffúz emisszió együttesen hozza létre. Horizontális kiterjedése 10 km-es mérettől maximum 1000 km-ig terjed. Az elsődleges szennyezők mellett megjelennek a másodlagos szennyezők is. Itt a különböző gőzök, oxidált formák dominálnak. A szennyezőanyagok koncentrációja alacsonyabb, mint a lokális szennyezésnél mértek. Hatótávolsága térben és időben közepes.

3. Globális szennyezés

Csak a hosszú tartózkodási idejű gázoknál jelentkezik, mely az előidézők számát ezáltal nagyban korlátozza. A globális szennyezőknek addig a légkörben kell maradniuk, amíg valóban elérnek a Föld legtávolabbi pontjáig is. A lehetséges szennyezők: CO2, CH4, és a halogénezett szénhidrogének (freonok). A szennyezőanyagok koncentrációja relatív alacsony. Kiterjedése horizontálisan legalább hemiszferikus, ill. az egész Földet átölelő (3000 km-t meghaladó) lehet. Vertikálisan a troposzféra mellett a sztratoszféra alsó fele is érintett.

Két ritkábban használt kategória is ismeretes:

4. Település léptékű légszennyezés

Több pont-, vonal és diffúz forrásból származó szennyezőket tartalmaz. Ide sorolható az ipartelepek szennyezése a városi szennyezés mellett. Horizontálisan maximum 100 km-es távolságig terjedhet, de legjellemzőbb mérete 20 km körüli. Nem minden irodalom használja ezt a kategóriát önállóan, pedig a legnagyobb antropogén emisszió nagyobb területen eloszolva itt lép fel. A szennyezőanyag eloszlása a vizsgált nagyobb területen homogénnek tekinthető.

5. Kontinentális szennyezés

Több regionális szennyezés együttese, mindig összetett. Horizontálisan 100-3000 km közötti területet érint. Jellemző távolságát 1500 km-ben adják meg. Előidézői a természetes forrásból származó gázok mellett itt is a hosszú tartózkodási idejű gázokat jelentik. Több nemzetközi probléma forrása lehet (országhatárokon átnyúló szennyezések). Megengedhető mértéke: hosszú távon sem károsíthatja az ökoszisztémákat (vízi és szárazföldi), a talajt és az épített környezetet.

A szakirodalomban leggyakrabban csak az első három kategóriát használják. Ebben az esetben a települési szennyezés a háttér, vagy regionális szennyezés része, a kontinentális szennyezés pedig a globális szennyezéshez tartozik. Nagy hibát nem követünk el az egyszerűsített felsorolás alkalmazásakor, mert a létrehozó szennyezőanyagok az összevont kategóriánál említettekkel megegyeznek.

Jelen tananyag esetében csak az elterjedtebb hármas felosztást követjük (lokális, háttér és globális szennyezés), s annak sem minden elemére térünk ki. A lokális szennyezések közül a „Los Angeles”-i szmog hatását a troposzférikus ózon ismertetésénél részletesebben elemezzük. A regionális szennyezést a savas ülepedés (esők) példájával szemléltetjük. A globális környezeti problémát a globális klímamódosulás (felmelegedés), valamint az ozonoszféra ózon koncentráció csökkenése jeleníti meg. Senkit ne tévesszen meg tankönyvünk címe, mely globális környezeti problémákat tartalmaz. Esetünkben a könyv címében szereplő globális kifejezés a Földünk több régiójára kiterjedő, gyakori környezeti problémák áttekintését jelenti, s nem a környezetvédelmi besorolás területet érintő kategóriáit.

Különböző szintű környezeti problémák

Lokális környezeti probléma – a Los Angeles-i (oxidatív) és a londoni szmog

A múlt században feltételezték, hogy a légköri ózon, s benne a talajközeli is, a sztratoszférából származik. A cáfolatot Kalifornia hozta, melynek gépkocsiforgalma erőteljesen növekedett a múlt század derekán. A környezeti feltételek (erős sugárzás, nyugodt légkör) szintén kedvezőek voltak a légszennyezettségi epizódok kialakulásához. A problémára az embereken megszaporodó kellemetlen tünetek, nyálkahártya izgatás könnyezéssel, köhögéssel kísérve, hívták fel a figyelmet. Nemcsak az emberek, hanem a növények is károsodtak, melyet Haagen-Smit biokémikus igazolt elsőnek Mészáros könyve alapján. A biokémikus laboratóriumában a növényeket magas ózonkoncentrációnak tette ki, melyek ezzel pontosan olyan tüneteket produkáltak, mint a szabadban élő vegetáció erős légszennyezés esetén. Az ózon troposzférikus keletkezését Crutzen 1974-ben igazolta. Modellszámításai szerint a troposzférikus ózon mintegy 2/3-a helyben keletkezik. Tiszta területeken az előanyagokat a növények állítják elő. A kutató ózonnal kapcsolatos tevékenységét nem kisebb elismerés, mint a Nobel díj (1995-ben) fémjelzi, melyet két másik kutató társával megosztva kapott (Molina, M. és Rowland, S.). A Los Angeles szmog napjainkra meghódította a világot. Hazánkban is várható a megjelenése a nyári időszakokban. A neten folyamatos tájékoztatást kaphatunk a levegő minőségéről. A szmog helyzet súlyosságát szín-árnyalatokkal jelölik (1.10 ábra).

A jelenség veszélyét mi sem bizonyítja jobban, mint pl. a Fővárosi Önkormányzat által hozott rendelet, mely a szükséges lépéseket tartalmazza a talajközeli ózon koncentrációjának megemelkedése idejére [69/2008. (XII. 10.) önkormányzati rendelet Budapest szmogriadó-terve (Fővárosi Közlöny)]. Ha a fotokémiai szmog alkotóiból egyetlen szennyező meghaladja a határértéket, riasztási kötelezettség terheli az önkormányzatot. Az intézkedési tervet a rendelet két fokozatra határozza meg:

- Tájékoztatási fokozat (csak a kiemelten érzékenyek kategóriába tartozó embereket veszélyezteti, pl. gyerekek, asztmában szenvedők, krónikus betegségekkel küszködők).

- Riasztási fokozat (ez már mindenkire komoly veszélyt jelent). A rendelet szerint minden potenciális szennyezőnek évente felkészülési tervet kell készítenie, amit a Főváros elfogad (tavasszal). Az ózon olyan speciális légszennyező, melyre a méréssel meghatározott limit meghaladásán túl az OMSZ által modellezett veszélyhelyzetben is kiadható a riasztás!

Riasztást kell kiadni, ha két budapesti állomáson egy időben mért szennyezőanyag koncentráció három egymást követő 1 órás átlaga meghaladja a riasztási határértéket.

Riasztási fokozat akkor szüntethető meg, ha előtte 36 óra alatt az ózon koncentráció egyik fővárosi monitorállomáson sem lépi túl 3 egymást követő órában a riasztási küszöbértéket. A rendelet részletesen tartalmazza a megtenni szükséges feladatokat:

1. Tájékoztatási küszöb átlépésénél:

- lakossági tájékoztatás

- avar es kerti hulladék nyílt téri égetési tilalom elrendelése

- szmog-helyzet további romlását megelőző intézkedési (önkéntes önkorlátozó intézkedések: tömegközlekedés; alapjárat (álló helyzetű)- és forgalomszűkítés) javaslatok megtétele

- benzinkút nyitva tartás korlátozás, szerves oldószer felhasználás (festések) korlátozása stb.

2.Riasztási küszöb átlépésénél:

- lakossági tájékoztatás

- forgalomkorlátozás (páros és páratlan rendszámú gépkocsik forgalmának meghatározása)

- kártya alapján történő belépés korlátozás

- álló üzemű gépek száméra kötelezően 25%-os emissziós csökkentés

- égetési tilalom

- további romlást megelőző intézkedések – megegyeznek az előző kategóriában felsoroltakkal, lásd. tájékoztatási fokozat önkéntesen vállalt végrehajtási javaslatait

A Rendelet meghatározza és részletesen felsorolja a mentesek körét is, pl. egészségügyi célú járművek, szemétszállítók, gázüzemű és elektromos járművek, stb. A Rendelet végrehajtását ellenőrzi a jegyző. A Rendeletet megszegők bírságot fizetnek. A fotokémiai (oxidatív) szmog keletkezését, hatását az ózon – troposzférikus!- megjelenésének bemutatásánál részletezzük.

A Los Angeles-i szmog nem tévesztendő össze a reduktív, vagy londoni szmoggal (1.5 táblázat).

A szmog szó eredetileg a London típusú füstköd leírására szolgált, melyben a füst és a köd elnevezések összekapcsolásával hozták létre a „szmog” nomenklatúrát (smoke + fog). Leírásának színhelyén Londonban gyakori vendég volt a szmog a múlt század végéig, a 80-as évekig (1.6 táblázat). A halálozási ráta növekedését már a korábbi szmog helyzetekben is észrevette néhány orvos. Komolyan azonban 1952 előtt nem tekintették, sőt volt olyan vélemény, hogy sok turista azért jön Londonba, hogy a ködöt lássa. De amikor ideérkezve a sűrű szmog miatt a koncerteken nem lehetett látni a színpadot, ill. a mozikban a filmvásznat, annak abszolválása már nem lehetett turisztikai cél. 1952-ben, a „Nagy Londoni Szmog” idején a fenti jellegű programokat el kellett halasztani.

Az 1952-es „Nagy Londoni Szmog” kialakulásához több kedvezőtlen feltétel együttesen vezetett. A helyzet az 1900-as évek kezdetétől fokozatosan romlott. A széntüzelés uralkodó volta lehetett a legkritikusabb pont a szmog kialakulásában. A lakossági tüzelésben és az ipari méretű energia előállításban egyaránt a szén játszott vezető szerepet, s többek szerint az I. világháború után a gazdasági romlás miatt annak minősége sem a legkedvezőbb volt. Sokáig nem is vettek tudomást az intézkedési lehetőséggel bíró vezetők a helyzet romlásáról. Ahhoz, hogy hatásos rendeletekkel kordába szorítsák a levegőszennyezést, az 1952-es év telének történései nyújtottak alapot. A táblázati értékeket érdemes összehasonlítani az Európai Unió által megadott egészségügyi határértékkel. Por esetében az óránkénti megengedett érték:

240 μg m-3 óra-1, a nyolc órás átlag pedig: 120 μg m-3 8 óra-1.

Sajátos időjárás és légszennyezés együttesen szükséges a londoni szmog kialakulásához. Angliában, s így Londonban is a 20. sz. elejére a korábban épített épületek, berendezések meglehetősen elhasználódtak, melyek felújítására nem került sor, amely azért volt különösen kedvezőtlen, mert a légszennyező anyagok a málló-bomló épületekkel és más berendezéssel kapcsolatba kerültek, s kémiai reakciók léptek fel. A század közepére a helyzet nem sokban javult. A várost esetenként sűrűn beburkolta a fekete és büdös füstköd. Főleg télen volt érzékelhető a súlyos jelenség. A lakosok alkalmazkodtak a környezeti feltételekhez:

  • „divatba jött” a sötét tapéta

  • csökkent az ezüst-neműk (evőeszközök) népszerűsége

  • nem volt ember (szolgáló), aki állandóan tisztította volna az ezüstneműt

A házfalak megfeketedtek, a függönyökhöz hasonlóan, amelyeket egyszerűen nem lehetett tisztán tartani.

Angliában hamar összekapcsolták a szmog megjelenését a téli tüzeléssel, mely során jelentős mennyiségű kén-dioxid és por (korom) kerül a levegőbe. A magasabb aeroszol koncentráció kedvez a csapadék és köd kialakulásának. Az aeroszolok felületén vízfilm alakul ki, mely a kén-dioxidot feloldja, kénsav keletkezik (savas eső). 1952. december 14-én az addig szeles légkör, mely segített kipucolni a füstgázokat a városból, nyugodttá vált. A szél teljesen megállt, a légnedvesség emelkedett, az ég színe sötétebb szürkére váltott. London felett kiépült egy anticiklon, melyben a lefelé irányuló légmozgás lett az uralkodó. Csütörtök estére láthatóvá váltak a másnapi köd előjelei, mely egyben előfutára volt a szmognak. Másnapra a levegő „büdös” lett, a szabadban tartózkodó emberek a szagot hosszabb ideig nem bírták elviselni. A ruházatuk, szabadon lévő végtagjaik bőre megfeketedett a leszálló füsttől. Az anticiklon kiépült, a kibocsátott szennyezőanyagokat folyamatosan visszanyomva a városra, miközben az idő hidegebbre fordult, s a lakosság rendületlenül tovább fűtött. Szénnel…A kórházak forgalma többszörösére emelkedett, a légzőszervi problémákkal küszködők száma az egekbe szökött. S a többlet halálesetek száma elérte az 1866-os utolsó kolera idején tapasztaltat. Óvatos becslések szerint 1 hét leforgása alatt 4000, mások szerint 12000 többlet halálesettel kellett szembenézni. Közben Londonban a közlekedés is megállt.

A londoni szmog csak hatásának kiterjedésében egyezik az oxidatív szmoggal; mindkettő lokális jelenséget képvisel a talajközeli légtérben (lásd. 1.5 táblázatot). Hazánkban is előfordulhat mindkét szmog. Szétválasztásuk már a várható megjelenési idejükkel is megtörténhet. Addig, amíg a Los Angeles-i szmog nyáron, sugárzásban gazdag időszakokban lép fel, a londoni szmog megjelenésére ősszel és télen számíthatunk, amikor a léghőmérséklet nulla fok közelében, vagy az alatt van. A magas légnedvesség kedvez a londoni szmog megjelenésének, a köd fokozhatja kártételét. Szeles időben egyik szmog sem tud kiépülni. A szennyezőanyagok is eltérőek a két szmog típusban. A londoni szmognál a kén-dioxid és a porkoncentráció mennyisége magas a CO jelenléte mellett. A Los Angeles-i szmognál is van CO és por, de a jellemző szennyezője a talajközeli ózon és egyéb alacsony koncentrációjú, de rendkívül káros szénhidrogén (aldehidek, ketonok stb.). A policiklusos aromás szénhidrogének (PAN) erősen rákkeltőek, veszélyükre éppen az oxidatív szmog helyzetek hívták fel a figyelmet.

A londoni szmog hazánkban az 1960-as és 70-es években jelentett problémát. A tél folyamán, főképpen januárban a Kárpát-medencében akár 1 hónapig is itt tartózkodhat a szibériai eredetű igen hideg levegőjű anticiklon, mely 1-3 hétig nagy gyakorisággal fennáll. Megtévesztő a kemény, „tiszta” idő, mely során a leszálló légmozgás a fűtés minden szennyét visszanyomja a városokra. Ennek ellenére napjainkban inkább a Los Angeles-i szmog megjelenésének növekedésével számolhatunk, mely nyáron veszélyezteti a nagyobb forgalommal rendelkező nagyvárosainkat, bár az ózon akár távolabb is okozhat meglepetéseket, lásd. később.

Regionális szintű környezeti kár okozója: a savas eső

A talajközeli ózon azért is jelentős, mert a levegő reakcióképességének megváltoztatásával megteremheti a feltételeit a savas ülepedés kialakulásának. A változás során az ózon szabadgyök képződést indukál, mely savvá alakítja a kén- és a nitrogén oxidokat. A vegyületeket a csapadék mossa ki a légkörből, ezért savas esőnek nevezik. Helyesebb savas ülepedésként kezelni, de ez a fogalom nem tudott annyira meggyökeresedni a mindennapokban, mint a savas eső.

A légkörbe jutó anyagok egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy azok a bekerülés helyszínétől eltávolodhatnak. A légköri anyagok transzmissziója során azok nem maradnak változatlanok, hanem kémiai és fizikai átalakulásokon esnek át. A légkör oxidáló közeg, így a fotokémiai folyamatok megjelenése nem váratlan. Az átalakuláson átesett anyagok tulajdonságai lényegesen módosulhatnak; az addig egészségre ártalmatlan anyagból könnyen lehet veszélyes károsító is. Az emisszió és az ülepedés között történő átalakulás gyakran jár együtt halmazállapot változással is. Gyakori pl. a gázszennyezők aeroszollá válása, s nedves ülepedése folyékony csapadékként. Ez utóbbi változás rendszeres kísérője a savas esők képződésének.

A légköri szennyezőanyagok egymás mellett vannak jelen a légkörben; gyakran azok elkülönítése sem könnyű. Az anyagok körforgalma egymásba kapcsolódhat; csak „ex katedra” lehetséges azok merev szétválasztása.

A légkör minden pontján jelen lévő szén-dioxid gáz a „semleges”, vagy egyensúlyi pH-t 5,6-ra állítja be, mely jóval alacsonyabb a köznapi értelemben vett 7-es semleges pH-nál (a CO2 disszociációja alapján számított érték 10°C-on 5,6). A CO2 azonban nem az egyetlen olyan légköri összetevő, mely átalakulásai közben savcseppeket, savat képeznek, ezért a tiszta légkör pH-ja tovább csökken. Emberi településektől távolabbi, nem szennyezett helyeken (Antarktisz, Csendes óceáni szigetek stb.) a normál légköri pH néhány tizeddel haladja meg az 5-öt. Lakott területeken a 4,5 körüli légköri pH még tisztának tekinthető; kb. ekkora Európa és É-Amerika levegőjének átlagos pH-ja. Savasodásról bőven ez alatti értéknél beszélhetünk, melyet úgy kell értelmezni, hogy átlagértékekről volt eddig szó. Ezeknek a pH megoszlása esetenként jelezhet savasodást, de a hosszabb időszak átlagába az még beleférhet. 3-3,5 körüli pH értékalakulás már mindenképpen komoly környezeti veszélyt jelez.

A csapadékokban először a nagyobb méretű, vízben jól oldódó anyagok jelennek meg. Az aeroszol képződés folytatása lehet azok vízzel történő reakciója, s a savgázok és savgőzök kialakulása. A felszínt elérő csapadék kémiai összetételének meghatározására speciális csapadékgyűjtők készülnek, melyek csak a csapadékhullás idején vannak nyitva begyűjtve a csapadék vizet (1.11 ábra). A havonta összegyűjtött minta alapján történik a csapadék kémiai analízise.

A légkörben a szén-dioxidon kívül pH-t meghatározó fontosabb gázok a kén és nitrogén oxidjai, valamint az ammónia.

A kén a légkörben

A légkörben számos kén-vegyület található, melyek egy része gyorsan és könnyen átalakuló vegyület, melyek az oxidáló hatású légkörnek könnyen lesznek az áldozatai, pl. szén-diszulfid, kénhidrogén stb. Az utóbbiakból gyorsan vagy kén-dioxid, vagy kénsav keletkezik. A tartósan megmaradó vegyületekből a kén-dioxid, kén-hidrogén és a szulfátion (SO4--) említendő. Leggyakrabban a SO2 gáz az, amely antropogén kibocsátással a légkörbe kerül. Az aeroszolok esetében a szulfátion dominál (kénsav, ammónium-szulfát – tengervíz).

A kén-vegyületek természetes emissziója meghaladja az antropogén kibocsátásét. Becslések szerint a természetből az összes kén mintegy 80%-a jut a légkörbe, s mindössze a maradék 20% emissziójáért felelős az ember. A kisebb szennyezés kibocsátás azonban ne tévesszen meg senkit, mert addig, amíg a természetes források egyenletesen terhelik a Föld teljes légkörét, az antropogén kibocsátás a kisebb, iparosodottabb országok területére koncentrálódik. Durva közelítés szerint a kén-szennyezés 95%-áért Európa és É-Amerika területének mindössze 5%-a felelős.

Természetes kénforrások

A bioszféra bomlási folyamataiban résztvevő főképpen baktériumok a nedves, nyirkos élőhelyeket kedvelik. A tengerek, óceánok kibocsátása a víz elpárolgása után sókristályokat juttat a légkörbe, melyek nem tiszta NaCl-ot jelentenek, hanem tartalmaznak több-kevesebb szulfátot is. Nagy méretűknek köszönhetően nem hatolnak mélyen a szárazföldek belsejébe, döntő többségük az óceán felett kiülepszik. A legtöbbet citált kénforrást a vulkánkitörések jelentik, melyek csak töredékét adják a Föld természetes kénkibocsátásnak. Becslések szerint a vulkánokból származó mennyiség évente változik, átlagban kb. 2 millió t kén kerül a légkörbe a Föld mélyebb rétegeiből.

Az antropogén kibocsátás csak mintegy 20%-a a természetes kén emissziónak. A legtöbb kén a fosszilis tüzelőanyagok égetésével kerül a légtérbe. A fosszilis tüzelőanyagok kén-tartalma rendkívül magas; 0,5%-tól kezdődően elérheti akár az 5 tömeg%-ot is (lignit, gudron). A kénnek csak egy része kerül a füstgázba, a többi a hamuban marad.

A tüzelőanyagok égetésén kívüli emberi eredetű S-források főképpen az ipari tevékenységből származnak:

  • a kohászat (kén-oxidok)

  • kénsavgyártás (kén-oxidok)

  • vegyipar (kén-oxidok)

  • kőolajipar, papír és cellulózgyártás (merkaptánt emittálnak)

  • papír és cellulózgyártás, szennyvízkezelés, gázgyártás (kén-hidrogén termelők)

Az ipar mellett a közlekedés eredetű kén is jelentős. Különösen a Diesel motorok kibocsátása jelent nem elhanyagolható kén mennyiséget.

A kén-dioxid gáz légköri tartózkodási ideje mindössze néhány nap. Ebből azt a következtetést vonhatnánk le, hogy a gáz túl messze nem juthat el a kibocsátás helyszínétől. Ha a légkör mozgásjelenségeit is figyelembe vesszük, meglepő eredményre juthatunk. A talajközeli szélsebességet értéke hazánkban, évi átlagban mintegy 3 m/s. Ezt az adatot felhasználva egy átlagos SO2 molekula mintegy 500-1000 km távolságra juthat el a légmozgással. Ismeretes, hogy ez a távolság már nem lokális jelentőségű, hanem a regionális légszennyezés kategóriájába sorolandó. A savas eső, melynél a kén-dioxid a légköri útja során átalakul, majd csapadékkal kimosódik a légkörből, regionális szintű környezeti problémát jelent. A transzmisszió során a labilis SO2 igyekszik stabilis formát felvenni, mely szulfát, vagy kénsav megjelenését eredményezi. A kémiai átalakulás történhet gáz állapotban, vagy aeroszolok felületén egyaránt.

Az európai kén koncentrációt az 1.12 ábra tartalmazza, melyen a mértékegység μg/m3. A hazai kén-kibocsátás a KSH adatai alapján a rendszerváltás óta örvendetesen mérséklődött (1.13 ábra). Az egyes szektorok részesedésének aránya nem egyenletesen csökkent. A legnagyobb szennyezést a hőtermelés jelenti, a korábbi években és napjainkban is ez maradt a fő szennyező kénforrás.

Nitrogén a légkörben

A nitrogén vegyületeiből a természetben a dinitrogén-monoxid (N2O) általános, melynek antropogén kibocsátása csekély. A nitrogén-monoxid és a nitrogén-dioxid főképpen antropogén tevékenység (magas hőmérsékletű égés, főképpen közlekedés) eredménye. A kettőt együttesen NOx-ként jelöljük. Az N2O és a NOx jelenléte a légköri pH-t csökkenti (savasító vegyületek). A légkörben van lúgosító nitrogén származék is, az ammónia. Az ammónia a természetben a talajban élő baktériumok egyik „terméke”. Mennyisége erősen környezeti tényezők által determinált (talajhőmérséklet, nedvesség). A főbb antropogén forrásait a háziállatok vizelete, a műtrágyázás és a műtrágyagyártás képviselik.

A nitrogén-oxid erősen mérgező hatású gáz. Az embernél nagy koncentrációban jelenlévő NOx (beltéri) a belégzést követően 1-2 óra múlva rosszullétet, hányást okoz. Gyakori kísérője a köhögés és a fejfájás. Az első tünetek megjelenését követően érzékenységtől függően változó idejű, 3-30 órás teljes tünetmentesség követi (néma gyilkos). A tünetmentes periódus letelte után halál-félelem, fulladás érzet lép fel, mely már az időközben kialakult tüdővizenyő hatásának tudható be. Idült hatásként fejfájás, étvágytalanság, jellegzetes garati fekélyképződés léphet fel.

A légköri nitrát nedves ülepedését Európára az 1.2 ábra mutatja be. A hazai nitrogén kibocsátás csökkenése sokkal kisebb, mint a kén esetében (1.14 ábra). A közlekedés eredetű nitrogén emisszió mennyisége stagnál, s ez várhatóan a közeljövőben sem fog lényegesen módosulni.

A savas eső kialakulásának lehetőségét csökkenthetjük. Napjainkban a leggyakrabban alkalmazott eljárás a fosszilis tüzelőanyagok (szén és olaj) kéntartalmának mérséklése. Ez aktív levegővédelmi eljárás, mivel még az égetés előtt, a füstgázba jutást megelőzően végezzük. A kezelés után a fűtőanyagok égési tulajdonságai javulnak, s a kivont kén elhelyezése sem jelent környezetvédelmi problémát. Az így nyert fűtőanyagok égetése kevésbé károsítja a felhasználó berendezést (korrózió). Az alacsony kéntartalmú tüzelők alkalmazásának azok csekély mennyisége szab határt.

Másik lehetőség a savas esők képzésében résztvevő szennyezők, a NOx mérséklésére, az égetés szabályozása. Az alacsony lánghőmérséklet, valamint az égés nyújtása szintén csökkentheti a keletkező NOx mennyiségét.

Savas pH-jú talajon és tavakban meszezést is alkalmazhatunk. Egy m3 víz pH-jának 4,5-ről 6,5-re emelése 5 g mésszel oldható meg. A meszezésnek vannak káros következményei is. Durva beavatkozást jelent a talajok és tavak biológiai rendszerébe, s emellett a nehézfémekkel nem tud mit tenni, azok benne maradnak a rendszerben.

Számos passzív levegővédelmi eljárás is ismeretes, melyek során a szennyező anyagot a füstgázból távolítjuk el, még mielőtt kikerülne az a szabad légtérbe. Az eltávolításnak számos lehetősége ismert (száraz, nedves és égetéses eljárások), melyek bemutatásától jelen kiadványban eltekintünk.

A savas esők kártétele sokrétű. Annak ellenére, hogy regionális szintű környezeti problémának tekintjük, lokálisan is lehetnek negatív hatásai. Az embernél a savas esők alkotói mechanikai irritációt okoznak, károsítják a nyálkahártyát, megnövekszik az arcüreg és homloküreg gyulladások száma. A légzőszervrendszert is veszélyezteti. Az épített környezetben különösen a mészkő alapú létesítmények károsodhatnak, bár a korrózió minden anyagra nézve káros (levegővédelemben korróziónak tekintjük valamennyi anyag: papír, szövet, bőr stb. károsodását). A növényekre is veszélyes a pigmentek lebontásával. A lucerna érzékenysége miatt indikátor növényként ismeretes.

Regionális kárkép a gránit alapú tavakban jelentkezik. Itt a víz pH eltolódásának következtében a fenékből kioldódik az alumínium, mely nehézfém mérgezést okoz a tó élőlényeiben. Az egyes élőlények érzékenysége eltérő (1.15 ábra). A halaknál az alumínium kiválik a kopoltyún, s az állat oxigénhiány miatt elpusztul. Az érintett egyedeknél a hal fokozott nyálkatermeléssel próbál megszabadulni a szennyezéstől, mely felhívhatja a figyelmet a tó pH-jának kedvezőtlen változására. Szaporodási problémák (terméketlen ikrák) és gerinc-fejlődési rendellenességek szintén várhatók a savas pH-jú tavakban.

A szárazföldi ökoszisztémák közül az erdők veszélyeztetettsége a legnagyobb. A légkörből csapadékkal érkező savak leoldják a levelek és a tűlevelek felszínéről a viaszréteget, amely növeli a transzspirációs vízvesztést, s kaput nyithat más nem kívánatos anyagok belépéséhez. A növény belülről is kiszolgáltatott, s a tápanyagok kimosódnak a levelekből. Eredmény: a fotoszintézis csökkent intenzitása. Az erdők második támadási felülete a gyökér. Közvetett kárként a hasznos mikroorganizmusok, a mikorrhyzzák fokozott pusztulását a megváltozott talaj pH-nak tudják be többen. A gombák nélkül (szimbiózis) az ásványi tápanyag felvétele sérül, s a fák éhen pusztulnak. Európa országai nem egyformán veszélyeztetettek (1.16 ábra). Hazánk nem tartozik a legszennyezettebb területek közé a savas esők tekintetében. Megfigyelések szerint az erdei fenyő és a kocsánytalan tölgy a legveszélyeztetettebb fafaj nálunk.

A talaj savassá válásával több növényi tápanyag, így a kalcium és a magnézium kioldódnak, s vele párhuzamosan néhány növény számára mérgező anyag, pl. a szerves alumínium felvehető formájában jelenik meg. Savas talajon erősen romlik a fák ellenálló képessége.

A savas esők gyakran járnak együtt különböző nehézfém ülepedéssel. A fosszilis tüzelőanyagok nyomokban tartalmaznak nehézfémeket, s ezek jutnak be égetésük során a levegőbe. A nehézfémek a légköri aeroszol részecskék felületére tapadva találhatók azok nagy adszorpciós kapacitásának köszönhetően. A leggyakrabban előforduló légköri nehézfémek: Pb, Cd, As, Zn, Cu, Ni, V stb.

Az ólom az egyik legrégebben tanulmányozott egészségre erősen káros nehézfém. Az ólommérgezés tüneteinek első leírása az USA-ban történt az 1900-as évek első évtizedeiben, egy akkumulátorgyárban. Az itt dolgozó munkások nagy részénél idegrendszerű problémák léptek fel, mégpedig meglehetősen súlyosak. A nagy tömegű megbetegedésnek tudható be, hogy kezdtek odafigyelni a napi gyakorisággal fellépő kényszerzubbonyos munkások megjelenésére. Gyermekeknél tanulási zavart, szignifikánsan alacsonyabb IQ-t találtak az ólomszennyezett területeken. Az ólom a szervezetbe bekerülve megakadályozza a több, kis mennyiségben létfontosságú elem beépülését (vas, cink, réz). A vérképzési problémák (anaemia) megjelenése általános tünetként kezelhető. Több szervet is támadhat, így a májat és a vesét. Zavarja a reprodukciós képességet, csontképzési, s vele együtt növekedési problémát okoz.

Napjainkban több korábban jelentős ólomforrás megszűnt (vízvezetékek, benzin stb.), de még mindig van utánpótlása a légköri ólomtartalomnak. Legfontosabb forrásai:

  • lőszerek

  • festékek (kerámia)

  • néhány olcsó és rossz minőségű kozmetikum

  • élelmiszerek (konzervek!)

  • vakolat, utcai porok

  • nem megfelelő hulladékkezelés

  • óntárgyak stb.

Az EU ökológiai határértéke hazánkban is útmutató: 250 000 mg/m2/év. Magyarország és a szomszédos államok ólom ülepedése elfogadható lett az ólmozatlan benzin bevezetésével (1.17 ábra). Az ólom hazánkban több országból ”importált” szennyező (1.18 ábra). A szlovák, német, olasz, osztrák és lengyel kibocsátók a hazai ólomszennyezés 35%-át teszik ki.

A kadmium minden mennyiségben mérgező elem, mely a fehérjékkel komplexet alkot, mely olyan stabil, hogy azok működését akadályozza. A szervezetünkben biológiai szerepéről nem tudunk. A bejutott kadmium nagyon lassan ürül ki a szervezetből; 10 év szükséges a teljes eltávozásához.

Megfigyelések szerint a vesében halmozódik fel. Gátolja a normál csontképzési folyamatokat, s csontlágyulást és nyálkahártya-károsodást okoz. Élettani hatását Japánban fedezték fel 1968-ban, amikor a kadmium egy bányából kiszabadulva elszennyezte a rizsföldek talaját, s innen bekerült a rizsbe is. A betegség neve sokatmondó; itai-itai kór (1.19 ábra), mely magyarul azt jelenti, hogy nagyon fáj. Több növényfaj és a vadhúsok felhalmozzák, mely könnyen bekerül az ember szervezetébe is. A leggyakoribb forrásai:

  • ércbányászat

  • fémfeldolgozás

  • P-műtrágyázás, és műtrágyagyártás

  • dohányzás

  • hulladékégetés

  • szennyvíziszap kezelés

  • közlekedés

Bekerülve az emberbe szív- és vese elégtelenséget, jellegzetes bőrelváltozásokat és csont degenerációt okoz. A mérgezés nem korlátozódik mindig az elemmel közvetlenül kapcsolatba kerülő emberre. Japánban megfigyelték az ún. szürke csecsemőket, melyek jellegzetes hamuszínű bőrrel születtek, s az anya szervezete volt a mérgezőanyag forrása.

A kadmiumhoz hasonlóan a higanynak sincs biológiai szerepe az élő szervezeben. Legelőször a tengeri élőlényekben felhalmozott higanyra figyelt fel a világ a Minamata-öbölben, ahol a halakat elfogyasztó emberek jellegzetes tüneteket produkáltak. Ez lett a Minamata kór, mely mozgásszervi problémákat, vakságot és az agysejtek elhalását okozza. Ennél az elemnél is szenvedő alanyok lettek az újszülöttek, ahol számos torzszülött csecsemő látott napvilágot az érintett területen. Az erősen mérgező anyag felhasználását az EU is korlátozta. 2009 áprilisától betiltott a higanyos lázmérők (hőmérők) forgalmazása, mely hazánkra is vonatkozik. Ennek ellenére maradt még néhány higanyforrásunk a közvetlen környezetünkben:

  • fogtömés (amalgám 50%-a higany)

  • Hg-gőz lámpa

  • kenőcsök.

Az amalgám tömések kicserélése különösen Amerikában divatos. Többen allergiás reakcióval válaszolhatnak a szájban lévő Hg-ra. A kenőcs felhasználás azért érdekes, mert a higany a bőrön keresztül is bejut a szervezetbe. A folyékony fém könnyen párolog, mely belélegezve okoz problémát. A fém intenzív nyáltermelést idéz elő, idegrendszeri tünetekkel. A szervezetbe jutott higany a belső szervekben (máj, vese, agy) felhalmozódik. Jelenlétére jellegzetes fogszín elváltozás utalhat.A cink kis mennyiségben szükséges elem, szerkezetalakító és enzimaktivátor. Nagy mennyiségben azonban mérgező hatású, mert: bőrtüneteket okoz, fáradékonysággal jár. Támadja az emésztő szervrendszert; hányás, hasmenés utalhat mérgezésére. Az egyik legsúlyosabb tünetet a légzőszervrendszerben hozza létre, ahol kezdetben „csak” köhögés tapasztalható, s végül tüdőrák alakulhat ki. Legnagyobb mennyiségben, nagyobb városokban az eresz-csatornákról származhat.A nikkel a cinkhez hasonlóan többek között tüdőrákot okozhat. Leggyakrabban a nem nemesfém ékszereken keresztül érintkezhetünk vele. Jellegzetes bőrtüneteket okoz, a nyálkahártyát irritálja. Sokan allergiás reakciót mutatnak a nikkellel szemben.A fentieken kívül még számos nehézfém megjelenhet a környezetünkben, melyek hatásainak ismertetése túlmutat a jelen jegyzet keretein.

Háttérszennyezettséget mérő hálózatunk

A gyakorlatban a légszennyezés mérésénél nemcsak a kibocsátott szennyezőanyag mennyiség ismerete fontos, hanem az egészségre veszélyes immisszió mértéke is. Ennek meghatározására az egyes országok légszennyezettségmérő állomásokat üzemeltetnek. Vannak olyan helyek, ahol mindkét mutatót egy mérőrendszert fenntartó tartja kézben. Hazánkban ez nem így alakult; a településeken belüli, főképpen egészségügyi célú méréseket az Állami Népegészségügyi és tisztiorvosi Szolgálat (ÁNTSZ) kezeli, az e kívülieket az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ). Az OMSZ a nagytérségű és hosszú távú, országhatárokon átnyúló folyamatok vizsgálatát tűzte ki célul, ezért nem a legszennyezettebb helyeken történik a mintavétel. A két felsorolt intézményen kívül akadnak olyan állomások is, melyeket a Környezetvédelmi Felügyelőség kezel (pl. Nemzeti Parkokban). Az ÁNTSZ és az OMSZ között van együttműködés is, pl. a szmogok esetében. Hazánkban elsőként a radioaktív szennyezést mérő hálózat alakult az 1950-es évek elején (honvédségen belül is üzemel). Az 1960-as években alakult a csapadékkémiai hálózat, mely a csapadékvíz kémiai összetételét sajátosan gyűjtött minták alapján analizálja. Az 1970-es években alakultak az első légszennyezettség mérő állomások a kén-dioxid és a NOx meghatározására. A hazai hálózat később csatlakozott a nemzetközi hálózathoz is.