Principalii poluanti atmosferici si efectele poluarii

Principalii poluanti atmosferici si efectele 141f55b poluarii

Poluarea atmosferica are atat efecte ce se manifesta in mod direct si sunt resimtite ca atare de organismul uman, cat si efecte indirecte care afecteaza atat omul cat si alte elemente componente ale mediului. Modificarile produse de poluare pot avea atat efecte sub aspect cantitativ, in sensul cresterii concentratiei unor componenti normali ai atmosferei cum ar fi cresterea concentratiei de dioxid de carbon, modificarea concentratiei ozonului etc., dar si efecte care determina schimbarea calitatii aerului ca urmare a introducerii unor componente care nu ar trebui sa existe intr-o atmosfera normala cum sunt unele substante de sinteza. Din punct de vedere fizic substantele capabile sa produca poluarea atmosferica sunt fie sub forma gazoasa, fie sub forma unor particule solide, mai rar sub forma lichida, numite in general aerosoli. Dintre acestea substantele sub forma gazoasa reprezinta aproximativ 90%.

Vom prezenta in continuare principalii poluanti atmosferici si efectele 141f55b lor asupra omului si a altor componente ale mediului.

Dioxidul de sulf (SO₂) se afla in mod natural in atmosfera in concentratii extrem de scazute de pana la 0,2 ppm, activitatea vulcanica fiind principala sursa de dioxid de sulf. Principalele surse de poluare cu dioxid de sulf sunt dependente de activitatea umana si reprezentate mai ales de activitatile care presupun arderea combustibililor fosili.

Estimarile arata ca emisiile de SO₂ in atmosfera pot atinge cifra de 145 milioane tone anual, valoare care include cantitatile datorate arderii carbunilor (70%) si a altor combustibili (16%) restul procentelor fiind asigurate de activitati industriale care presupun prelucrarea metalelor (in industria cuprului, prelucrarea a 1000 t zacamant cuprifer inseamna eliberarea a 600 t dioxid de sulf) sau sinteza unor derivati ai suflului cum este acidul sulfuric (H₂SO₄).

Concentratiile SO2 in atmosfera oraselor industrializate variaza de la caz la caz, avand insa o valoare medie de 0,17 ppm, dar putand atinge si valori de peste 2ppm, fapt ce trebuie sa fie ingrijorator, deoarece expunerea pe termen lung a organismelor homeoterme, inclusiv a omului la concentratii mai mari de 0,1 ppm de dioxid de carbon in aer poate induce afectiuni grave.

Dioxidul de sulf din atmosfera este oxidat la anhidrida sulfurica (SO₃) in prezenta radiatiilor ultraviolete:

4SO₂ + 2O₂ = 4SO₃

De asemenea in prezenta apei sub forma de vapori din atmosfera dioxidul de sulf da nastere acidului sulfuros:

SO₂ + H₂O = H₂SO₃

Acidul sulfuros este insa o substanta instabila care se oxideaza si determina formarea acidului sulfuric ceea ce determina caracterul acid al precipitatiilor. Prezenta unor alte substante poluante in atmosfera cum sunt oxizii azotului pot accentua procesul de formare a acidului sulfuric prin reactii de genul:

SO₂ + NO₂ +H₂O = H₂SO₄ + NO

Datorita caracterului higroscopic accentuat, acidul sulfuric reactioneaza cu ionii de amoniac sau ionii altor metale determinand aparitia unor sulfati ai a acestora, de obicei solizi si nu foarte solubili care se depun la nivelul solului prin intermediul precipitatiilor.

Hidrogenul sulfurat (H₂S) intra in mod normal in componenta atmosferei ca urmare a unor procese de fermentatie produse in absenta oxigenului (anaerobioza) in care sunt implicate microorganisme specifice atat mediului terestru cat si celui acvatic.

Cantitatea de hidrogen sulfurat produsa in acest mod de catre bacterii este estimata la valori de 68 milioane tone pentru mediul terestru si 30 milioane tone in mediul acvatic, anual. Tot in mod natural, dar ca urmare a activitatii vulcanice o cantitate de H₂O, estimata ca fiind relativ importanta este eliminata permanent in atmosfera.

S-a estimat ca in urma activitatilor industriale implicate in producerea derivatilor sulfului sau prelucrarea unor minereuri cu continut de sulf se elibereaza anual in aer circa 3 milioane de tone echivalent sulf. Se cunoaste faptul ca in zonele geografice considerate nepoluate concentratia considerata normala a acestui gaz in atmosfera este de aproximativ 2 ppm. Eliminarea acestui poluant foarte toxic din atmosfera se produce in mod natural prin procese chimice complicate care determina oxidarea hidrogenului sulfurat prin producerea de dioxid de sulf.

Dioxidul de sulf patrunde in organism pe caile respiratorii iar efectele sale se resimt atat la expunerea pe termen scurt cat si la expunerea pe termen mediu sau mai indelungat fiind legate de afectarea respiratiei. Se observa o mare variabilitate a sensibilitatii indivizilor umani la actiunea dioxidului de sulf, dar in principiu, in functie de cantitatea inhalata efectele sunt reprezentate de constrictia bronhiilor, aparitia bronsitelor si chiar a spasmului bronhic. Efectul este mai sever la organismele tinere sau tarate.

Oxizii azotului cu rol important in poluarea atmosferica sunt monoxidul de azot (NO) si peroxidul de azot (NO₂). Cel mai toxic oxid al azotului este peroxidul de azot (dioxidul de azot) care este un gaz relativ stabil. Totusi, in prezenta razelor ultraviolete (UV), peroxidul de azot se reduce la monoxid de azot cu eliberarea de atomi de oxigen fapt ce il implica in procesele de poluare fotochimica alaturi de alte componente atmosferice cum sunt dioxidul de sulf, oxigenul si diverse hidrocarburi.

Aparitia peroxidului de azot in atmosfera este posibila si datorita oxidarii monoxidului de azot in prezenta oxigenului, reactie care se produce in mod spontan. O sursa importanta de poluare cu NO₂ este reprezentata de arderea caracteristica motoarelor cu ardere interna si altor arderi la temperaturi mari. Se cunoaste ca in urma acestor combustii, concentratia monoxidului de azot este mai mare decat aceea a peroxidului de azot.

Totusi, concentratia relativ importanta de NO₂ poate fi explicata prin aparitia unor reactii care implica oxidarea unei cantitati importante de monoxid de azot rezultate in urma arderilor:

2NO + O₂ = 2NO₂

Reactia de oxidare a monoxidului de azot cu producere de peroxid se poate derula si in sens invers atunci cand se realizeaza temperaturi crescute (de peste 600⁰C) fapt ce determina ca masuratorile sa indice o concentratie mai mare a monoxidului de azot in totalul gazelor rezultate din arderi.

Peroxidul de azot este eliberat in atmosfera in principal ca urmare a unor procese biologice si geologice complexe ce se produc in mod natural. Totusi, evaluarile arata ca din cantitatea totala de NO₂ degajata anual in atmosfera si estimata la peste 500 milioane tone, peroxidul de azot provenit din activitatea umana reprezinta un aport anual de numai 53 milioane tone.

Se estimeaza ca peroxidul de azot nu ramane ca atare in atmosfera o perioada indelungata mai ales datorita afinitatii sale pentru apa sub forma de vapori din atmosfera si datorita eventualei prezente a amoniacului, fapt ce determina aparitia acidului nitric (NO₃NH₄) si ca urmare a reactiilor acestuia cu diversi ioni metalici rezulta o serie de nitrati care sunt eliminati din atmosfera datorita precipitatiilor.

Totusi, in anumite conditii climatice care presupun o intensitate marita a radiatiilor ultraviolete din spectrul luminii solare, peroxidul de azot este implicat in formarea unor componente ale smogului fotochimic, fenomen caracteristic zonelor urbane suprapopulate si cu o activitate industriala intensa.

O astfel de categorie de substante poluante prezente la nivelul smogului sunt peroxiacilnitratii care rezulta ca urmare a unor reactii catalizate de lumina ultravioleta in care sunt implicate pe langa peroxidul de azot substante organice de sinteza de tipul hidrocarburilor aromatice sau alifatice rezultate mai ales in urma arderilor incomplete ale carburantilor lichizi.

Peroxidul de azot (dioxidul de azot) determina modificari ale functiei respiratorii si in amestec cu ozonul sau diverse pulberi in suspensie are efecte sinergice. Expunerea pe termen lung conduce la efecte negative si asupra functionarii unor organe interne care uneori pot fi ireversibile.

In general oxizii de azot au un efect pozitiv asupra cresterii si dezvoltarii plantelor, daca valorile concentratiilor din mediu nu depasesc anumite limite. La valori ridicate dar nu neaparat toxice s-a observat totusi o crestere a sensibilitatii plantelor la atacul unor daunatori precum si la anumite schimbari ale conditiilor mediale cum ar fi scaderea rezistentei la temperaturi scazute.

Dioxidul de carbon se gaseste in mod normal in componenta atmosferei terestre. Concentratia actuala a CO₂ in aerul atmosferic este estimata la o valoare medie de aproximativ 325 ppm. Se admite faptul ca aceasta concentratie a crescut treptat incepand mai ales cu sfarsitul secolului 18 ca urmare a cresterii accentuate a activitatii industriale a societatii umane, mai ales ca urmare a arderii combustibililor fosili in diverse sectoare de activitate.

Arderea combustibililor de origine organica este un mod extrem de eficient de producere a dioxidului de carbon, deoarece, de exemplu, prin arderea unei cantitati unitare de carbon (C) se obtine, in urma reactiilor implicate in oxidarea carbonului, o cantitate de patru ori mai mare de dioxid de carbon (CO₂).

Luand in consideratie estimarea cantitatii totale de energie produsa pe plan mondial cifrata la circa 7x10⁹ tone echivalent carbon, din care 90% reprezinta carbonul din combustibilii fosili, se poate estima o cantitate de patru ori mai mare pentru dioxidul de carbon emis anual in atmosfera terestra.

Se considera ca in ultimul timp concentratia acestui gaz in atmosfera creste cu o medie anuala de aproximativ 2 ppm. Din aceasta cantitate, un volum de 1,3 ppm este se pare fixat prin procese biologice (in special prin fotosinteza) sau absorbit de mediul terestru si acvatic. Diferenta de 0,7 ppm se adauga anual concentratiei dioxidului de carbon atmosferic. Un calcul estimativ relativ simplu conduce la concluzia ca, in acest ritm de producere si eliberare a acestui gaz, concentratia CO₂ din atmosfera Pamantului datorata activitatii umane se poate dubla la fiecare doua decenii. Consecintele acestui proces care implica perturbarea unui ciclu biogeochimic important cum este circuitul carbonului in natura pot fi dramatice din punct de vedere ecologic si cu efecte imprevizibile asupra unor aspecte particulare sau globale ale desfasurarii vietii pe planeta noastra. Aceste aspecte vor fi abordate in capitolele urmatoare.

Cresterea concentratiei CO₂ in atmosfera poate avea efecte si asupra mediului acvatic. Desi dioxidul de carbon molecular atmosferic nu este foarte solubil in apa in conditii normale, majoritatea concentratiei acestui gaz in apa fiind datorata unor procese naturale, in anumite conditii de temperatura si presiune, prin modificarea presiunii partiale, CO₂ de origine atmosferica poate conduce la cresterea cantitatii acestui gaz in apa si perturbarea sistemului tampon care asigura in mod normal stabilitatea concentratiei ionilor de hidrogen si deci influenteaza pH-ul apei.

Aciditatea apei in ecosistemele naturale si deci valoarea pH-lui depinde in mod direct de oscilatia concentratiei totale de CO₂, valoare care include concentratiile de dioxid de carbon aflat in forma moleculara, precum si ale acidului carbonic (H₂CO₃), si ionilor carbonat (CO₃^--) si bicarbonat (HCO₃^-). In mod indirect, pH-ul este influentat de eficienta proceselor prin care se fixeaza dioxidul de carbon din apa. Daca presupunem ca rata fixarii CO₂ este relativ constanta, atunci aciditatea apei depinde numai de concentratia totala de dioxid de carbon in apa.

In cazul in care in ecosistemele acvatice exista o concentratie mare de CO₂ liber sau sub forma de acid carbonic, atunci concentratia ionilor de hidrogen (H⁺) creste, deci valoarea pH-ului scade (deoarece valoarea acestuia este proportionala cu logaritmul negativ din concentratia ionilor de hidrogen). Daca in apa concentratiile ionilor carbonat si bicarbonat sunt preponderente, atunci concentratia ionilor de hidrogen este mai redusa si deci valoarea pH-ului creste spre valori de alcalinitate.

In mod natural ecosistemele acvatice sunt capabile sa regleze valoarea pH-ului apei printr-o reactie tampon care stabileste o relatie de echilibru intre carbonati si bicarbonati, prin fixarea sau eliberarea dioxidului de carbon:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

O concentratie crescuta peste limitele uzuale ar putea deregla acest sistem de echilibrare a pH-ului in mediul acvatic cu consecinte biologice foarte dificil de estimat.

Monoxidul de carbon (CO) este unul dintre cei mai importanti poluanti atmosferici, mai ales daca luam in consideratie faptul ca in mod normal el intra in componenta atmosferei in concentratii extrem de reduse.

Actualmente se estimeaza ca monoxidul de carbon are concentratii variabile intre limitele de 0,1 si 0,2 ppm, cu o medie la nivelul troposferei de aproximativ 0,12 ppm. In anumite areale geografice cum sunt zonele polare sau cele apropiate de cercul polar de nord concentratiile CO sunt uneori mult mai reduse, de pana la 0,025 ppm (valoare determinata la Polul Nord).

Monoxidul de carbon din atmosfera terestra are atat surse naturale cum sunt multe procese biologice implicate in descompunerea materiei organice, incendii naturale in zonele forestiere (care afecteaza anual pe glob peste 7,2 milioane de hectare de padure) sau activitatea vulcanica normala, dar mai ales surse antropice fiind un rezultat al activitatii umane moderne.

Una din principalele surse de poluare cu monoxid de carbon o constituie functionarea motoarelor cu ardere interna. Experimentele au aratat ca ponderea monoxidului de carbon in totalul gazelor de esapament ale automobilelor este de pana la 11%.

In principal, o emisie crescuta de CO se produce atunci cand arderea combustibililor este incompleta, asa cum se intampla in primele minute de functionare a motoarelor autovehiculelor sau cand amestecul de aer si carburant este dezechilibrat. S-a observat ca aproximativ 80% din emisia de monoxid de carbon timp de 20 minute a unui motor se produce in primele 2 minute de functionare ale acestuia.

Exista desigur si alte surse de poluare cu monoxid de carbon care conduc la cresterea concentratiei acestui gaz in atmosfera intr-o masura mai accentuata sau mai redusa (Tab.19 ).

Monoxidul de carbon nu este distribuit in mod omogen in atmosfera, concentratia acestuia fiind variabila mai ales la altitudini reduse, unde, fiind un gaz mai greu decat aerul si in functie si de morfologia reliefului si abundenta surselor de poluare, poate avea o distributie diferita.

In zonele rurale sau alte zone nepoluate concentratia CO poate avea valori de 0,06 pana la 0,2 ppm, in timp ce in zonele urbane concentratia acestuia este extrem de variabila de la 1 ppm pana la 140 ppm, uneori mult mai ridicata.

In zonele urbane aglomerate se poate inregistra o concentratie medie de 15-20 ppm, dar in aceleasi zone, in conditii locale specifice cum sunt anumite perioade de trafic intens al automobilelor, pe anumite artere de circulatie si in absenta vantului s-au inregistrat concentratii de pana la 300 ppm.

Tabel 19. Emisii de monoxid de carbon estimate pentru diferite

combustii la nivel global (Robinson, 1970).

Considerandu-se o emisie totala anuala minima de monoxid de carbon de 250 milioane tone pe an (desi valoarea este evident mai mica decat cifra reala) s-a estimat ca anual concentratia de monoxid de carbon din atmosfera va inregistra o crestere de circa 0,04 ppm, desi exista estimari referitoare la o valoare mult mai mare (1 ppp). De asemenea, cercetarile au demonstrat ca mentinerea CO in atmosfera se produce pentru o perioada de timp variabila de la cateva luni pana la 5 ani.

Nu se cunoaste foarte bine mecanismul prin care este eliminat monoxidul de carbon din atmosfera. Daca la altitudini de peste 100 km se poate produce oxidarea CO la dioxid de carbon, in atmosfera joasa a Pamantului acest fenomen nu se produce la fel de intens si se presupune ca rolul principal fixarea CO il au o serie de microorganisme capabile sa utilizeze acest gaz ca sursa de energie (microorganisme chemosintetizatoare).

Specii de bacterii specifice solului apartinand genurilor Bacillus, Clostridium, Bacterium etc., sunt capabile sa utilizeze eficient cantitati importante de monoxid de carbon fie oxidandu-l la dioxid de carbon, fie utilizand carbonul pentru sinteza metanului sau a altor substante organice specifice metabolismului bacterian. Rolul important al microorganismelor in eliminarea CO atmosferic este dovedit experimental. Se estimeaza ca bacteriile prezente intr-un volum de 1m³ pot absorbi in interval de o ora pana la 17 mg monoxid de carbon, la o concentratie atmosferica a acestuia de 1cm³ la 1 m³ de aer.

Monoxidul de carbon are efecte dintre cele mai dramatice in functie de cantitatea inhalata mergand pana la moarte in cazul intoxicatiilor severe. La concentratii mai reduse are efecte de natura cardiovasculara, neurologica si comportamentala, de fibrinoliza etc. Exceptand accidentele industriale sau naturale, in mod obisnuit atmosfera marilor orase are o concentratie crescuta a CO mai ales ca rezultat al traficului auto intens.

Ozonul (O₃) se gaseste in mod natural in componenta atmosferei formand datorita concentratiei crescute un adevarat strat in atmosfera inalta a Pamantului. Acest strat cunoscut si sub denumirea de "patura de ozon" are un important rol ecologic la nivel global datorita calitatii sale de a ecrana radiatia din sectorul ultraviolet al spectrului luminii solare. Se cunoaste de regula efectul puternic antibiotic al radiatiilor ultraviolete.

Daca stratul de ozon din stratosfera are efecte pozitive, concentratiile crescute de ozon de la nivelele inferioare ale atmosferei sunt nedorite datorita efectului puternic oxidant al acestui gaz. Concentratia ozonului in atmosfera respirabila este in mod normal destul de redusa fiind variabila in functie de conditiile geografice care determina o incidenta si o intensitate diferita a radiatiilor ultraviolete. Astfel, in zonele aride concentratia medie a ozonului este de aproximativ 15 ppm, in timp ce in zonele situate la altitudini mai mari poate ajunge la valori de peste 100 ppm.

Fiind implicat in procesele complexe care dau nastere smogului, alaturi de dioxidul de azot, ozonul poate avea local concentratii crescute care sunt extrem de nocive atat pentru om si alte organisme animale cat si pentru vegetatie.

Datorita calitatilor sale puternic oxidante ozonul poate reactiona cu o mare diversitate de substante dar are o afinitate crescuta pentru substantele de natura organica din constitutia organismelor animale sau vegetale, fapt ce explica toxicitatea crescuta a acestui poluant atmosferic.

Mecanismele prin care ozonul reactioneaza cu astfel de substante presupun fie oxidarea aminoacizilor din componenta unor enzime si coenzime precum si a proteinelor si lanturilor peptidice, fie oxidarea acizilor grasi nesaturati, rezultand acizi grasi peroxidici.

Datorita afinitatilor sale oxidative care se manifesta preponderent asupra proteinelor si lipidelor, membranele celulelor diferitelor organe sunt extrem de vulnerabile la actiunea ozonului. Cercetari recente au demonstrat ca expunerea organismului uman la concentratii crescute de ozon determina afectarea ochilor, cailor respiratorii si procesul de respiratie in ansamblu. Efectele sunt mai puternic resimtite de organismele tinere.

Aerosolii care definesc particulele in mod frecvent solide (dar si lichide, uneori) aflate in permanenta in atmosfera, desi intr-o proportie mai redusa (circa 10%) decat poluantii gazosi, constituie de asemenea un important poluant atmosferic. Prezenta aerosolilor in atmosfera poate avea atat cauze naturale cat si antropice. In mod natural prezenta aerosolilor solizi in structura atmosferei terestre este datorata unor fenomene cum sunt:

actiunea vantului asupra ecosistemelor desertice si asupra solurilor degradate care determina furtunile de praf si ridicarea in atmosfera a unor cantitati importante de particule solide de natura silicioasa de dimensiuni micrometrice ( 0,3μ);

actiunea deplasarii maselor de aer deasupra ecosistemelor acvatice si antrenarea in atmosfera a particulelor lichide de apa marina si oceanica cu o compozitie chimica (salina) diferita de aceea a vaporilor de apa existenti in mod normat in atmosfera si care dupa evaporarea apei dau particule cu un diametru de aproximativ 0,3μ;

fenomenele de vulcanism activ care pot aduce in atmosfera pe langa poluantii gazosi si particule solide fine componente ale cenusii vulcanice;

incendiile naturale de padure sau cele din zonele inierbate.

Prezenta diferitelor tipuri de aerosoli este datorata insa in mod  direct sau indirect si activitatilor umane, principala sursa fiind reprezentata de combustia incompleta a diversilor combustibili dar si alte activitati umane. In general, producerea aerosolilor se realizeaza in cateva tipuri de activitati antropice enumerate in continuare.

Combustiile in mare masura incomplete ale carbunelui, lemnului si carburantilor lichizi in diferite industrii sau ca urmare a arderilor specifice motoarelor termice. Trebuie precizat faptul ca utilizarea benzinelor cu plumb este una din sursele principale de poluare cu aerosoli cu o concentratie mare de plumb.

Industriile extractive si cele care produc diverse materiale de constructii, cum sunt carierele si concasoarele de piatra, fabricile de ciment, santierele de constructii etc. sunt de asemenea surse importante de poluare a atmosferei cu particule solide.

Activitatile de metalurgie feroasa si neferoasa ce produc aerosoli bogati in metale ca fier, zinc, plumb, cupru si aluminiu.

Determinari ale structurii aerosolilor realizate in zonele puternic industrializate au evidentiat prezenta unei mari varietati de particule ale unor minerale cum sunt gipsul, feldspatul, calcitul sau azbestul. Toxicitatea acestor aerosoli este in unele cazuri recunoscuta. Se stie ca azbestul, care nu este altceva decat un silicatul hidratat de magneziu, utilizat frecvent la productia materialelor refractare poate provoca grave afectiuni pulmonare, inclusiv cancer, fiind din acest punct de vedere mult mai periculos decat alti silicati.

Particulele de dimensiuni care permite sedimentarea lor din componenta atmosferei contin de regula concentratii de oxid de fier de pana la 20% si siliciu in proportie de 15%. Celelalte procente sunt reprezentate de diverse alte substante din care mai importante sunt oxizii unor metale ca magneziul, vanadiul, molibdenul, arsenul precum si metale mai rare dar cu mare potential toxic cum sunt seleniul si telurul.

Particulele solide din componenta aerosolilor au diverse dimensiuni. Din acest punct de vedere, se poate vorbi despre cateva categorii in care pot fi incluse diferitele particule in functie de diametrul acestora.

Particulele mari au un diametru de aproximativ 20 microni sau mai mare, aflate in straturile inferioare ale atmosferei, dar care pot fi intalnite si pana la altitudini de 3 km, care datorita masei lor sedimenteaza relativ repede, revenind la nivelul solului, mai mult sau mai putin aproape de sursele de emisie. Aceste particule sunt specifice atmosferei din jurul marilor aglomerari urbane sau a zonelor cu o activitate economica intensa.

Particule fine sunt considerate cele care au dimensiunile maxime situate in intervalul 0,1-2,5 microni. Valoarea minima a acestui interval este considerata limita inferioara de dimensiune a unei particule ce poate reveni la nivelul solului. Se considera ca particulele cu dimensiuni inferioare valorii de 0,1 μ nu sedimenteaza in conditii normale datorita actiunii legilor fizice care permit anularea gravitatiei terestre de catre acceleratia particulelor (dinamica browniana).

Totusi, in cele din urma si aceasta categorie de particule va ajunge la nivelul solului, pe de-o parte datorita precipitatiilor care le inglobeaza, dar si datorita unor fenomene electrostatice care pot, in anumite conditii, sa favorizeze agregarea acestor particule in conglomerate de dimensiuni mai mari. Se considera ca particulele cu dimensiuni mai mici sunt implicate in procesele meteorologice, contribuind a condensarea vaporilor de apa din atmosfera.

Particulele superfine sau infra-microscopice au dimensiuni ce pot fi situate sub valoarea de 10 Ǻ, dar care in general au dimensiuni medii de aproximativ 300 Ǻ. Nu se cunosc foarte multe aspecte referitoare la structura chimica a acestor particule.

Atat cantitatea cat si structura aerosolilor sunt variabile in functie de altitudinea sau pozitia geografica. O atmosfera considerata nepoluata are o concentratie de aerosoli de aproximativ 10 milioane de particule la 1 metru cub de aer atmosferic. Numarul particulelor este mult mai mare, de peste 2 miliarde pe metru cub in zonele puternic poluate. Atmosfera zonelor urbane poate avea concentratii ale aerosolilor estimate la valori cuprinse intre 0,06 μg si 0,1 μg pentru un volum de aer de 1 m³.

Aerosolii solizi care includ particule aflate in suspensie in atmosfera, nu neaparat toxice, cu diametre de pana la 20 microni pot produce prin depunere la nivelul plamanilor a unei cantitati suficient de mari pentru a nu mai putea fi eliminata in mod natural, disfunctii respiratorii si aparitia unor afectiuni cardio- respiratorii. Efectele poluantilor atmosferici sunt resimtite si de alte componente ale mediului.

Ploaia acida. Termenul se refera la ceea ce specialistii numesc depunere acida. Ploaia acida este datorata existentei substantelor poluante acide si are efecte foarte distructive. Ploaia acida a intrat in limbajul stiintific de specialitate in 1852 cand chimistul englez Robert Agnus a utilizat pentru prima data acest termen. Din acel moment, ploaia acida a devenit o problema intens dezbatuta de specialistii in protectia mediului dar si de alte persoane interesate.

Greu de observat in lipsa unor masuratori directe, ploaia acida ca fenomen a suscitat unele controverse stiintifice. Unii oameni de stiinta au sustinut ca activitatea umana este in principal responsabila de acidifierea apelor de precipitatie in timp ce altii considerau ca fenomenul este datorat in egala masura unor cauze naturale. Studii relativ recente au dovedit ca principala cauza a producerii ploii acide o constituie concentratia crescuta in atmosfera a dioxidului de sulf si oxizilor de azot. Aceste substante sunt eliberate in atmosfera in mod cert ca urmare a unor procese industriale. De aceea zonele cele mai afectate de ploaia acida se afla pe teritoriul celor mai industrializate natiuni din Europa si Statele Unite ale Americii.

Cea mai mare parte a cantitatii de dioxid de sulf din atmosfera provine din arderea combustibililor fosili si in special a carbunilor. Se considera ca circa 100 de milioane de tone de dioxid de sulf provin din arderea carbunilor, ceea ce inseamna aproximativ 70% din emisia totala la nivel global. In 1975 se estima ca dupa 2000 cantitatea de SO₂ evacuata ar putea creste la aproximativ 300 milioane tone. Se pare insa ca reducerea arderii carbunilor si utilizarea mai accentuata a combustibililor lichizi sau gazelor a redus aceasta crestere.

Aciditatea precipitatiilor rezulta din combinarea dioxidului de sulf in atmosfera umeda si prezenta oxigenului in sulfit si in cele din urma in acid sulfuros care in reactie cu alte substante atmosferice determina aparitia sulfatilor substante cu caracter de asemenea acid.

Atat dioxidul de sulf cat si compusii acestuia au puternice efecte fitotoxice care in functie de timpul de expunere determina efecte biochimice si fiziologice cum sunt degradarea clorofilei si deci deficiente ale procesului de fotosinteza modifica activitatea unor enzime etc. Un procent important din padurile tarilor industrializate a fost afectat, se presupune, de caderea ploilor acide.

Precipitatiile acide pot avea efecte complexe la nivelul ecosistemului. Nu toate aceste efecte au fost investigate, dar s-a dovedit totusi ca in general ele se refera la scaderea pH-ului apei si solului, afectand mai intai platele si animalele foarte sensibile la aciditate crescuta sau la prezenta compusilor sulfului.

De-a lungul anilor, specialistii si oamenii de stiinta au observat ca unele paduri cresc mai incet fara sa cunoasca foarte bine de ce are loc acest fenomen. S-a remarcat ca in aceste paduri arborii cresc mai incet iar frunzele pomilor se ingalbenesc frecvent si cad, iar uneori pe intregi zone impadurite copacii mor, aparent, fara un motiv.

In prezent studiile au evidentiat implicarea in acest fenomen a precipitatiilor acide. In Statele Unite ale Americii, de exemplu, s-a dovedit efectul ploilor acide asupra padurilor si solului in numeroase zone, mai ales situate la altitudini ridicate. Se cunoaste ca de regula efectul distructiv al ploii acide se adauga si potenteaza efectele altor fenomene care conduc la distrugerea padurilor, cum sunt efectul altor poluanti atmosferici, atacul insectelor si al agentilor patogeni, seceta sau variatiile mari de temperatura. Dupa o perioada relativ indelungata de studii si cercetari care au adus informatii legate de chimismul si biologia plantelor s-a reusit evidentierea proceselor prin care ploaia acida actioneaza asupra solului padurilor, asupra arborilor si a altor plante.

Ploaia acida cade pe frunzele copacilor si apoi atinge solul padurilor. O parte a precipitatiilor se scurge si ajunge pana la urma in diverse ecosisteme acvatice, in timp ce o anumita cantitate este absorbita pentru un timp la nivelul solului. Solul poate neutraliza o parte a aciditatii acestor ape prin capacitatea sa de tamponare, daca aceasta este semnificativa, sau poate deveni mai acid. Diferentele dintre capacitatea diverselor soluri de a neutraliza aciditatea ploilor determina ca la aproximativ aceeasi cantitate de precipitatii acide, efectele sa fie uneori foarte diferite. Aceasta capacitate depinde de textura si structura fizico-chimica a solurilor, dar si de tipul stratului de roca aflat la baza solului propriu-zis.

Efectul ploii acide nu este in mod normal foarte direct. Ceea ce se intampla este mai intai legat de slabirea rezistentei plantelor, prin degradarea frunzelor, limitarea cantitatilor de nutrienti sau expunerea la actiunea treptata unor substante toxice existente in sol. De asemenea, ploaia acida poate provoca, prin diverse reactii chimice la nivelul solului, eliberarea din compusii insolubili a unor elemente chimice toxice pentru plante cum este aluminiul. Aceasta combinatie de fenomene care presupun pierderea de nutrienti din sol si cresterea toxicitatii datorate aluminiului poate fi unul din mecanismele cele mai importante prin care ploaia acida degradeaza padurile.

Totusi, arborii pot fi afectati de ploaia acida chiar daca solul are o capacitate crescuta de a contracara aciditatea. Padurile din regiunile muntoase inalte sunt frecvent expuse la cantitati mai mari de substante acide deoarece ele sunt adesea expuse norilor si cetei acide care au o aciditate mai mare decat a precipitatiilor. Efectele se resimt la nivelul frunzelor prin dereglarea mecanismelor implicate de fotosinteza.

Ploile acide pot afecta de asemenea si alte plante intr-un mod similar. Desi expuse adeseori actiunii unor alti poluanti atmosferici, ca de exemplu nivelul crescut al concentratiei ozonului la nivelul solului, culturile agricole nu sunt de regula afectate in mod serios, mai ales datorita utilizarii ingrasamintelor agricole care suplinesc lipsa nutrientilor si a aplicarii amendamentelor cu caracter alcalin (mai ales carbonat de calciu).

Se considera ca efectele precipitatiilor cu caracter acid este mult mai evident in mediul acvatic reprezentat de ecosisteme lacustre, rauri, mlastini etc., datorita faptului ca precipitatiile acide cad direct pe aceste zone acvatice dar ajung aici si indirect prin colectarea apelor de precipitatii de pe arii mult mai intinse. Majoritatea apelor continentale au un pH cuprins intre valorile 6 si 8 (desi exista in mod natural si ape mai acide).

Ploile acide afecteaza in principal volumele de apa care ele insele, solurile pe care se afla, sau terenurile inconjuratoare au o capacitate redusa de a neutraliza aciditatea. In aceste zone cu capacitate naturala redusa de tamponare a aciditatii, ploile acide pot de asemenea sa elibereze aluminiul din compusii solului, care ajunge astfel  in ecosistemele acvatice unde are o actiune extrem de toxica asupra multor specii de organisme.

In SUA exista numeroase lacuri si ape curgatoare investigate de Agentia Nationala pentru Supravegherea Apelor de Suprafata (NSWS) care resimt efectul aciditatii cronice, adica un pH in mod constant scazut. Studiile referitoare la depunerile cu caracter acid realizate asupra unui numar de peste 1000 de lacuri si mai multe mii de km de ape curgatoare au reliefat sensibilitatea acestor ecosisteme la procesul de crestere a aciditatii a apelor. S-a estimat ca ploile acide sunt cauzele principale pentru 75% din lacurile analizate si 50% din rauri. In zone geografice in care capacitatea de tampon a solului este redusa, exista ecosisteme acvatice care au un pH al apei mai mic de 5, pana la o valoare de pH=4,2 (Little Echo Pond, in statul New York).

In mediul acvatic, ploaia acida determina efecte in cascada care dauneaza sau chiar conduce la disparitia diferitelor organisme acvatice. Ea poate determina completa eliminare a unor specii de pesti din biocenoza si scaderea diversitatii biologice a ecosistemelor acvatice. S-a observat ca pe masura scaderii pH-ului apelor, creste concentratia aluminiului, fenomene care impreuna au un caracter extrem de toxic pentru pesti. Chiar daca aceste procese nu determina moartea pestilor in mod direct, ele pod determina un stres cronic ceea ce determina scaderea capacitatii de supravietuire a populatiilor expuse.

Exista unele specii de plante si animale care au capacitatea de suporta cresterea aciditatii apelor. Marea majoritate insa sunt sensibile la scaderea pH-ului si ca o regula generala exemplarele tinere sunt de obicei mai sensibile. La o valoare de pH al apei de aproximativ 5 sunt afectate icrele celor mai multe specii de pesi, astfel incat eclozarea puietului nu se mai produce, iar la nivele usor mai scazute indivizii adulti mor. In figura 52  se prezinta nivelurile de aciditate a apei care pot fi tolerate de diverse organisme acvatice. Se poate observa ca batracienii, de exemplu, suporta ape mai acide decat unele specii de pesti (pastrav).

Figura 52 . Niveluri de aciditate a apei suportate de unele grupe de organisme acvatice.

Puietul de salmonide este foarte sensibil la actiunea ploilor acide si de asemenea dezvoltarea fitoplanctonului poate fi afectata. Valorile de concentratie a dioxidului de sulf in atmosfera nu trebuie sa depaseasca limita medie anuala de 30μg/m³, in conformitate cu recomandarile Organizatiei Mondiale a Sanatatii.

Cercetari recente au reliefat ca efectul nociv al dioxidului de sulf este potentat de prezenta dioxidului de azot, mai ales in prezenta ozonului. Se considera ca valorile maxime admise pentru concentratiile acestor substante in atmosfera respirabila sunt urmatoarele: 30μg/m³ pentru NO₂, 30μg/m³ pentru SO₂ si 60 μg/m³ pentru O₃.

Un rol important in cresterea aciditatii apelor de suprafata il are azotul. Cercetari recente au pus in evidenta importanta azotului in procesul de crestere pe termen lung a aciditatii apelor. Se apreciaza ca 10-45% din azotul produs in diverse activitati umane ajunge in cele din urma in diferite ecosisteme acvatice incluzand estuarele si apele din zonele de coasta ale marilor si oceanelor, unde pe alocuri azotul de provenienta atmosferica poate reprezenta pana la 30%.

Reducerea fenomenului reprezentat de ploile acide sau cel putin mentinerea lui sub control este foarte importanta. Daca tendinta actuala va ramane neschimbata se estimeaza ca in urmatorii 50 ani rata cresterii aciditatii unor ecosisteme acvatice de dimensiuni mari va fi mai rapida cu 50% sau chiar mai mult. Principala modalitate de a reduce efectul precipitatiilor acide este scaderea emisiei de dioxid de sulf in diverse activitati industriale.

De loc de neglijat sunt si efectele acestor substante precum si ale altora (azotati, monoxid de carbon, compusi organici volatili) asupra constructiilor si instalatiilor de diverse tipuri. Efectele pot merge de la erodarea suprafetelor construite, formarea unor cruste nedorite sau modificarea culorii diferitelor materiale de constructie, pana la corodarea metalelor, matuirea suprafetelor slefuite, degradarea vopselelor sau altor acoperiri de natura organica.

De asemenea este cunoscut efectul distructiv al acestor poluanti asupra izolatiilor specifice instalatiilor electrice ceea ce favorizeaza, de exemplu, fenomenele de descarcare electrica necontrolata pe izolatoarele instalatiilor de inalta tensiune.

Traficul rutier poate avea un rol important in poluarea aerului mai ales in asezarile urbane foarte aglomerate cum sunt marile orase din tarile puternic industrializate. In Romania, dar si in multe din tarile Europei Centrale si de Est, cu cateva exceptii notabile (Bucuresti, in anumite conditii, Budapesta, Kiev etc.) gradul de poluare datorat traficului rutier nu este inca o problema foarte grava, mai ales datorita numarului mai redus de autoturisme. Totusi, datorita tendintei semnalate in prezent de crestere a numarului de autoturisme la o mie de locuitori pana la valori care se vor apropia de cele ale tarilor vest-europene este foarte posibil ca aceasta sursa de poluare sa devina din ce in ce mai importanta.

Poluarea aerului are efecte majore aspra sanatatii organismului uman. Statisticile americane arata ca aproximativ 50 000 persoane mor anual in Statele Unite ca urmare a unor afectiuni in care este implicata poluarea aerului. Cele mai sensibile persoane sunt cele in varsta precum si copii. Datorita numarului relativ mare de compusi poluanti este uneori greu de determinat care anume dintre poluanti pot fi incriminati pentru anumite afectiuni respiratorii.

De asemenea, multe imbolnaviri cauzate de poluantii atmosferici se manifesta dupa o lunga perioada de expunere si eventual dupa acumularea in organism a unei cantitati mai mari de toxine, fapt care poate masca adevaratele cauze de imbolnavire. Se cunoaste totusi ca cele mai multe afectiuni de genul bronsitelor, cancerului de plamani si boli cardiovasculare pot avea drept cauza aerul poluat.

Avand in vedere particularitatile poluarii atmosferice legate de dinamica maselor de aer poluat, fenomen ce poate conduce la o dispersie particulara a poluantilor, fie local, fie la distante apreciabile de sursa de poluare s-au incercat diverse metode de studiu stiintific si construirea unor modele care sa permita studiul dispersiei poluantilor atmosferici.

Au fost realizate numeroase modele capabile sa descrie dispersia poluantilor. Unele modele sunt simple altele au un grad de complexitate ridicat insa majoritatea au dezavantajul unor incertitudini privind, fie alegerea parametrilor care sa permita modelarea dispersiei, fie utilizarea celor mai adecvate formule de calcul a dinamicii. De aceea, validarea oricarui tip de model este extrem de importanta si se realizeaza pe baza compararii masuratorilor efectuate pe teren cu modul in care modelele descriu dispersia.

In acest sens se studiaza procese referitoare la dispersia poluantilor sub efectul factorilor meteorologici, in special datorita deplasarii maselor de aer precum si aspectul dispersiei dependente de alte procese atmosferice sau de morfologia specifica a reliefului si particularitatile sursei de poluare. Teoriile elaborate pentru studiul acestor procese se refera la teoria gradientului de transfer, teoria statistica sau a similitudinii difuziei.