Περιβαλλοντική Επιστήμη

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ –ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ

Γιάννης Ζιώμας, Καθηγητής Ε.Μ.Π.

AO

Άδεια ΧρήσηςΤο παρόν υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσηςCreative Commons και δημιουργήθηκε στοπλαίσιο του Έργου των Ανοικτών ΑκαδημαϊκώνΜαθημάτων από το διδάσκοντα Γ. Ζιώμα του ΕΜΠ. Για υλικό που υπόκειται σε άδεια χρήσηςάλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ –ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Χημικών Μηχανικών

Οζον Βενζόλιο, ΝΟ2 ΡΜ10

Γιάννης Ζιώμας

Καθηγητής Ε.Μ.Π.

ΑΘΗΝΑ 2007

2

1. Εισαγωγή

1.1 Η οικολογία και οι περιβαλλοντικές επιστήμες

Σε παλιότερες εποχές οι επιστήμονες χαρακτηριζόταν από μία ευρύτητα γνώσεων. Το

βάθος βέβαια στο οποίο έφθανε η επιστημονική γνώση ήταν σημαντικά μικρότερο

από ότι το σημερινό αλλά ένας επιστήμονας ήταν σε θέση με ευκολία να συζητήσει

ακόμη και να μελετήσει θέματα τα οποία με τα σημερινά δεδομένα θεωρούνται ότι

ανήκουν σε διαφορετικούς επιστημονικούς κλάδους. Η συνεχής συσσώρευση όμως

της επιστημονικής γνώσης έκανε συνεχώς δυσκολότερη την ενημέρωση και

παρακολούθηση των εξελίξεων σε ένα επιστημονικό κλάδο με αποτέλεσμα οι

επιστήμονες να είναι αναγκασμένοι να επιλέξουν κάποια περιοχή ειδίκευσης. Με την

πάροδο του χρόνου μάλιστα η περιοχή ειδίκευσης γινόταν συνεχώς στενότερη. Η

εξέλιξη αυτή επέτρεψε την διεξαγωγή έρευνας και την παραγωγή λεπτομερειακής

γνώσης αλλά δημιούργησε και σημαντικά προβλήματα επικοινωνίας ανάμεσα σε

επιστήμονες οι οποίοι εργάζονται σε διαφορετικές, ακόμη και γειτονικές,

επιστημονικές περιοχές. Προκειμένου να αντιμετωπισθεί αυτό το χάσμα επικοινωνίας

ξεκίνησε η δημιουργία ομάδων από συγγενείς ειδικότητες οι οποίες ήταν σε θέση να

παρέχουν μια συνθετική αντίληψη σε σχετικά ευρεία αντικείμενα. Έτσι, για

παράδειγμα, η γεωφυσική, η γεωχημεία, η υδρολογία, η ωκεανογραφία, η

μετεωρολογία, η κλιματολογία και άλλοι κλάδοι ομαδοποιήθηκαν στις επιστήμες της

γης γιατί όλες ασχολούνται με την φυσική και την χημεία της γης.

Η ευρύτερη, πιθανόν, ομαδοποίηση επιστημονικών κλάδων περιλαμβάνει τις

περιβαλλοντικές επιστήμες, οι οποίες πολλές φορές, κάπως χαλαρά, ονομάζονται

περιβαλλοντική επιστήμη. Περιλαμβάνει όλους τους κλάδους που ασχολούνται με τις

φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες οι οποίες λαμβάνουν χώρα στο

περιβάλλον στο οποίο ζουν οι οργανισμοί. Οι περιβαλλοντικές επιστήμες

ασχολούνται, ιδιαίτερα με τις αλλαγές στο περιβάλλον που προκαλούνται από τις

ανθρώπινες δραστηριότητες, καθώς και τις άμεσες και τις μακροπρόθεσμες συνέπειές

τους στην ευημερία των ζωντανών οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων των

ανθρώπων. Τα περιβαλλοντικά προβλήματα είναι γενικά στενά συνδεδεμένα με

κοινωνικά προβλήματα και για την επίλυσή τους απαιτούνται πολιτικές αποφάσεις οι

οποίες συνήθως επιφέρουν και οικονομικό κόστος. Κατά συνέπεια, οι

περιβαλλοντικές επιστήμες περιλαμβάνουν επίσης πολλούς κλάδους των κοινωνικών

επιστημών. Συμπερασματικά, η επιστημονική μελέτη και διαχείριση της ποιότητας

του περιβάλλοντος είναι:

Διεπιστημονική, καθώς αποτελεί μια σύνθεση των φυσικών, χημικών,

βιολογικών και κοινωνικών επιστημών, και

Εφαρμοσμένη, καθώς δεν περιορίζεται μόνο στη μελέτη αλλά

προσανατολίζεται κυρίως στην επίλυση ή την διαχείριση των προβλημάτων.

3

1.2 Η αιτία των περιβαλλοντικών προβλημάτων

Η περιβαλλοντική έρευνα εστιάζεται συνήθως στην κατανόηση και την επίλυση των

περιβαλλοντικών προβλημάτων. Αν θεωρήσουμε για παράδειγμα το πρόβλημα της

οξίνισης, στο οποίο μάλιστα έχει επιτευχθεί σημαντική πρόοδος, η επιστημονική

έρευνα εντόπισε την αιτία του προβλήματος και πρότεινε λύσεις οι οποίες

επιβλήθηκαν νομοθετικά. Συνοπτικά μπορούμε να αναφέρουμε:

Αιτία: Οι εκπομπές οξειδίων του θείου και του αζώτου από την καύση ορυκτών

καυσίμων, και ιδιαίτερα κάρβουνου.

Λύση: Χρήση καυσίμων με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε θείο και τοποθέτηση

φίλτρων για την απομάκρυνση των ενώσεων αυτών.

Από πρώτη άποψη η παραπάνω προσέγγιση του προβλήματος φαίνεται λογική.

Εφόσον μάλιστα έχει ήδη δώσει θετικά αποτελέσματα μπορούμε με σχετική

ασφάλεια να τη θεωρήσουμε επιτυχημένη. Μια προσεκτική όμως ανάλυση του

προβλήματος δημιουργεί κάποιες αμφιβολίες: Θα είναι η λύση βιώσιμη, λαμβάνοντας

μάλιστα υπόψη τη συνεχή αύξηση του πληθυσμού του πλανήτη και των οικονομικών

δραστηριοτήτων; Γιατί αυτή η στρατηγική αφήνει έξω άλλα προβλήματα που

συνδέονται με τις προαναφερθείσες εκπομπές, όπως είναι οι εκπομπές διοξειδίου του

άνθρακα και η υποβάθμιση της γης στους χώρους εξόρυξης του κάρβουνου; Τελικά,

μήπως μελετάμε και θεραπεύουμε (μερικά από) τα συμπτώματα και δεν αγγίζουμε

την αιτία του προβλήματος;

Αναζητώντας την ρίζα του προβλήματος αξίζει τον κόπο να εξετάσουμε ένα άλλο

παράδειγμα. Το Μπαγκλαντές έχει επανειλημμένα πληγεί την τελευταία δεκαετία από

φυσικές καταστροφές: τυφώνες, πλημμύρες και παλιρροιακά κύματα δημιούργησαν

μεγάλες καταστροφές αφήνοντας εκατομμύρια ανθρώπων άστεγους. Ενώ από πρώτη

άποψη, τα φυσικά φαινόμενα φαίνονται να είναι υπεύθυνα για τα προβλήματα που

δημιουργήθηκαν, μια πιο προσεκτική ματιά δίνει μια άλλη διάσταση στο πρόβλημα.

Το Μπαγκλαντές είναι μια χώρα με μικρή σχετικά έκταση της οποίας ο πληθυσμός

έχει ξεπεράσει τα 100 εκατομμύρια ανθρώπους. Οι κάτοικοι της χώρας προκειμένου

να εξασφαλίσουν στέγη, τροφή και καύσιμα έχουν απογυμνώσει μεγάλες εκτάσεις,

αφήνοντας την γη εκτεθειμένη σε πλημμύρες. Ταυτόχρονα οι άνθρωποι, σε

αναζήτηση εύφορων εκτάσεων μετακινούνται στα δέλτα των ποταμών, περιοχές οι

οποίες γενικά είναι ασταθείς και ανασφαλείς.

Η επικρατούσα λοιπόν επιστημονική άποψη ισχυρίζεται ότι η σημαντικότερη αιτία

της υποβάθμισης του περιβάλλοντος είναι η αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού. Η

άποψη αυτή περιγράφεται πολύ καλά από τον Garrett Hardin στο κλασσικό βιβλίο

του «Tragedy of the commons». Κοινόχρηστοι είναι οι πόροι οι οποίοι δεν είναι στην

κατοχή κανενός αλλά χρησιμοποιούνται από πολλούς. Ο αέρας, οι θάλασσες, τα

δημόσια δάση και τα λιβάδια, αποτελούν παραδείγματα τέτοιων πόρων. Ο Hardin

αποκαλεί την υποβάθμιση των κοινόχρηστων πόρων σαν την «τραγωδία των

κοινών».

O συγγραφέας επισημαίνει ότι τα παλιά χρόνια μπορούσες να πετάξεις το κατακάθι

του καφέ σου στο ρέμα γιατί σύμφωνα με τα λόγια του παππού του «Το τρεχούμενο

νερό αυτοκαθαρίζεται κάθε 10 μίλια». Όταν όμως υπάρχουν εκατοντάδες ή χιλιάδες

4

άνθρωποι κατά μήκος του ρέματος, η ικανότητα καθαρισμού του νερού εξαντλείται.

Προκειμένου να τεκμηριώσει την άποψή του ο Hardin χρησιμοποιεί το παράδειγμα

ενός λιβαδιού, ενός κοινόχρηστου πόρου. Ισχυρίζεται ότι σε αυτή την περίπτωση δεν

υπάρχει κίνητρο για την διατήρηση του πόρου γιατί αυτός που διατηρεί «χάνει».

Εξάλλου, ο καθένας έχει την εντύπωση ότι η μεμονωμένη ζημιά την οποία μπορεί να

προκαλέσει είναι πολύ μικρή, σχεδόν αμελητέα μέσα στο όλο.

Ένας τρόπος αντιμετώπισης του προβλήματος είναι η ιδιωτικοποίηση των

κοινόχρηστων πόρων. Η προηγούμενη εμπειρία όμως δείχνει ότι η ιδιωτικοποίηση

μπορεί να οδηγήσει σε βραχυπρόθεσμη υπερεκμετάλλευση των πόρων σε βάρος της

βιωσιμότητάς. Εκτός αυτού, παγκόσμιοι πόροι όπως ο αέρας και οι ωκεανοί δεν

μπορούν να ιδιωτικοποιηθούν.

Μια άλλη λύση είναι η χρήση των κοινόχρηστων πόρων σε ρυθμούς πολύ

χαμηλότερους από το υπολογιζόμενο όριο βιωσιμότητάς τους. Αυτό μπορεί, μεταξύ

άλλων, να επιτευχθεί μέσω του ελέγχου του πληθυσμού.

Η επίδραση της ανθρώπινου πληθυσμού πάνω στο περιβάλλον μπορεί να περιγραφεί

ποιοτικά από την παρακάτω εξίσωση:

)( fE (1.1)

όπου Ε είναι η επίδραση στο περιβάλλον, Ν είναι αριθμός των ατόμων, Π είναι η

μέση ποσότητα των πόρων που καταναλώνεται από κάθε άνθρωπο και Τ είναι η

περιβαλλοντική ζημιά που προκαλείται από τις τεχνολογίες οι οποίες

χρησιμοποιούνται για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες της κατανάλωσης.

Η εξίσωση (1.1) δηλώνει ότι η ανθρώπινη επίδραση στο περιβάλλον είναι συνάρτηση

του μεγέθους του πληθυσμού, το επίπεδο κατανάλωσης των πόρων και της

περιβαλλοντικής επίδρασης από τη χρήση των πόρων. Αυτή η προσέγγιση προτείνει

ότι η περιβαλλοντική υποβάθμιση οφείλεται στη συνέργεια πολλών παραγόντων και

κανένας από αυτούς δεν μπορεί από μόνος του να δημιουργήσει κάποιο πρόβλημα.

Αυτό δεν σημαίνει ότι οι επιμέρους παράγοντες είναι ισοδύναμοι, αντίθετα μάλιστα η

σχετική σημασία τους ποικίλει ανάλογα με την φύση του προβλήματος. Ακόμη, κάθε

ένας παράγοντας μπορεί να αναλυθεί σε επιμέρους συνιστώσες. Για παράδειγμα η

περιβαλλοντική ζημιά που προκαλείται από την κατανάλωση των ορυκτών καυσίμων

μπορεί να αναλυθεί σαν το γινόμενο των εκπομπών ανά μονάδα καυσίμου επί ένα

συντελεστή που εκφράζει την αποδοτικότητα της αντιρρυπαντικής τεχνολογίας που

χρησιμοποιείται.

5

Σχήμα 1.1 Η εκθετική αύξηση του πληθυσμού του πλανήτη τα προηγούμενα χρόνια

και οι προβλέψεις για τις επόμενες δεκαετίες.

Η αύξηση του πληθυσμού του πλανήτη

Στο σχήμα 1.1 εμφανίζεται η εξέλιξη του πληθυσμού της γης τα τελευταία διακόσια

περίπου χρόνια αλλά και προβλέψεις για τα επόμενα πενήντα περίπου χρόνια. Ο

ρυθμός μεταβολής του πληθυσμού προκύπτει σαν η διαφορά του ρυθμού γεννήσεων

και του ρυθμού θανάτων. Στα πρώιμα στάδια της ανθρώπινης ιστορίας, η ανάπτυξη

του ανθρώπινου εγκεφάλου συνέβαλε στην ανάπτυξη πολιτισμών με αποτέλεσμα να

μειωθεί ο ρυθμός θανάτων και να αυξηθεί ελαφρά ο πληθυσμός. Περίπου το 8000

π.χ. ο ανθρώπινος πληθυσμός άρχισε να αυξάνει αλματωδώς. Είναι η εποχή όπου η

αγροτική επανάσταση έδωσε το δικαίωμα στους πρώην νομάδες να εγκατασταθούν

σε συγκεκριμένες περιοχές και να διασφαλίσουν καλύτερα την τροφή τους. Τα

μεσαιωνικά χρόνια, η πανώλη είχε σαν αποτέλεσμα να υπάρξει μια σημαντική

μείωση του πληθυσμού αλλά τον 17ο αιώνα η τεχνολογική πρόοδος επέτρεψε την

μείωση του ρυθμού θανάτων και την μεγάλη αύξηση του πληθυσμού. Μέχρι αυτή

την εποχή φαίνεται ότι η αύξηση του πληθυσμού οφειλόταν στην μείωση του ρυθμού

θανάτων και δεν υπάρχουν ενδείξεις ότι υπήρξαν σημαντικές αλλαγές στο ρυθμό

γεννήσεων.

Όπως φαίνεται στο σχήμα 1.1 ο πληθυσμός του πλανήτη εμφανίζει τον τελευταίο

αιώνα μια εκθετική αύξηση. Τα τελευταία χρόνια, ο ρυθμός γεννήσεων είναι περίπου

42 μωρά ανά 10 δευτερόλεπτα ενώ ο ρυθμός των θανάτων είναι περίπου 17 θάνατοι

ανά 10 δευτερόλεπτα. Το συνολικό αποτέλεσμα είναι μια αύξηση του παγκόσμιου

πληθυσμού με 25 άτομα ανά 10 δευτερόλεπτα. Με αυτό τον ρυθμό, χρειάζονται

λιγότερο από δύο μήνες για να αυξηθεί ο πληθυσμός της γης με τόσους ανθρώπους,

όσος είναι ο πληθυσμός της Ελλάδας.

Πριν λίγα χρόνια, ο πληθυσμός της γης ξεπέρασε τα 6 δισεκατομμύρια (η 12η

Οκτωβρίου 1999 έχει καθορισθεί από τα Ηνωμένα Έθνη σαν η ημέρα των 6

6

δισεκατομμυρίων). Το 1987 φθάσαμε τα 5 δισεκατομμύρια. Μέχρι το 1975 δεν

ξεπερνούσαμε τα 4 δισεκατομμύρια. Αξίζει εδώ να σημειωθεί ότι φθάσαμε τα 1

δισεκατομμύριο μόλις το 1850. Σύμφωνα με υπολογισμούς ειδικών, o πληθυσμός της

γης θα φθάσει τα 8-14 δισεκατομμύρια πριν αρχίσει να ισορροπεί στα τέλη του

αιώνα. Περίπου 90-95 % της αύξησης του πληθυσμού αναμένεται να συμβεί σε

λιγότερο ανεπτυγμένες χώρες πολλές από τις οποίες αισθάνονται ήδη την πίεση του

υπερπληθυσμού και της μείωσης των πόρων.

Φέρουσα χωρητικότητα (carrying capacity)

Η φέρουσα χωρητικότητα είναι το μέγεθος ισορροπίας του πληθυσμού στο οποίο

κάποιος συγκεκριμένος πληθυσμός σε κάποιο συγκεκριμένο περιβάλλον μπορεί να

σταθεροποιηθεί όταν η παροχή πόρων παραμένει σταθερή. Ο όρος μπορεί επίσης να

ερμηνευθεί σαν το βιώσιμο μέγεθος του πληθυσμού: ο μέγιστος πληθυσμός ο οποίος

μπορεί να υποστηριχθεί έπ’ αόριστον χωρίς υποβάθμιση του περιβάλλοντος.

Σε αντίθεση με τους υπόλοιπους οργανισμούς, οι άνθρωποι μπορούν να αλλάξουν

ριζικά την φέρουσα χωρητικότητα του περιβάλλοντος στο οποίο ζουν. Η ιστορική

πορεία της μεταβολής του ανθρώπινου πληθυσμού εμφανίζει την επίδραση των

επαναστατικών αλλαγών που άλλαξαν την φέρουσα χωρητικότητα. Η αύξηση του

πληθυσμού των ανθρώπων έγινε δυνατή μέσω της ανάπτυξης η οποία μας επέτρεψε

να χρησιμοποιήσουμε σε αυξανόμενη αναλογία τους πόρους της γης για τις ανάγκες

μας.

Το ερώτημα που προκύπτει είναι κατά πόσο η πρόοδος της τεχνολογίας μπορεί να

βελτιώσει την φέρουσα χωρητικότητα της γης σε ρυθμό συγκρίσιμο με τον ρυθμό

αύξησης του πληθυσμού. Κάποιοι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι η έννοια της

φέρουσας χωρητικότητας δεν έχει εφαρμογή στους ανθρώπους γιατί έχουμε τη

απεριόριστη ικανότητα να αναπτύσσουμε λύσεις. Άλλοι, αντίθετα τοποθετούν το

θέμα σε ηθική βάση. Σύμφωνα με τους επιστήμονες αυτούς πρέπει να περιορίσουμε

τον πληθυσμό μας γιατί η γη έχει συγκεκριμένη χωρητικότητα, γεγονός που αν το

αγνοήσουμε μπορεί να βάλουμε σε κίνδυνο το μέλλον του πλανήτη.

Σε τελική ανάλυση το θέμα έχει και μία σημαντική πολιτισμική συνιστώσα. Έχει να

κάνει με τον τρόπο ζωής που υιοθετούμε και την φέρουσα χωρητικότητα αυτής της

επιλογής μας. Η φέρουσα χωρητικότητα ενός μοντέρνου αστού σε μια αναπτυγμένη

χώρα πολύ μικρή σχέση έχει με την αντίστοιχη ενός γεωργού σε μια αναπτυσσόμενη

χώρα της άπω ανατολής.

Οικολογικό αποτύπωμα

Προκειμένου να ποσοτικοποιηθεί η πολύπλοκη σχέση ανάμεσα στην ανθρώπινη

κατανάλωση και το φυσικό περιβάλλον χρησιμοποιούνται κάποιοι δείκτες, ο

κυριότερος από τους οποίους είναι το οικολογικό αποτύπωμα. Κάθε άνθρωπος

χρειάζεται μια πεπερασμένη έκταση της επιφάνειας τα γης προκειμένου να

εξασφαλίσει τα απαραίτητα για την ύπαρξή του. Οικολογικό αποτύπωμα ονομάζονται

τα εκτάρια γης (1 εκτάριο=10 στρέμματα) που είναι απαραίτητα για την υποστήριξη

της ζωής μας. Οι κύριες συνιστώσες του είναι βασικά τρεις:

7

1. Το αποτύπωμα τη τροφής. Αν π.χ. κάποιος καταναλώνει μια

συγκεκριμένη ποσότητα ρυζιού το χρόνο τότε υπάρχει μια έκταση σε ένα

ορυζώνα κάπου στον κόσμο η παραγωγή της οποίας αφιερώνεται

αποκλειστικά για την κάλυψη της συγκεκριμένης ανάγκης. Το ίδιο ισχύει και

για τις υπόλοιπες διατροφικές ανάγκες του ίδιου ατόμου. Το αποτύπωμα της

τροφής μπορεί να αλλάξει αν μεταβληθούν οι διατροφικές συνήθειες του

ατόμου. Η κατανάλωση, π.χ., μοσχαρίσιου κρέατος απαιτεί μεγαλύτερο

αποτύπωμα από την χορτοφαγία ή την κατανάλωση άλλων κρεάτων, όπως π.χ.

του κοτόπουλου.

2. Το αποτύπωμα των προϊόντων ξύλου, το οποίο περιλαμβάνει τις

ανάγκες μας σε ξύλινα έπιπλα, τα ξύλα που καταναλώνουμε για το τζάκι και

τις άλλες ανάγκες θέρμανσης, τις συσκευασίες των προϊόντων ακόμη και το

χαρτί που καταναλώνουμε για τις διάφορες ανάγκες μας. Αυτό απαιτεί χρήση

μιας συγκεκριμένης έκτασης δάσους για την υποστήριξη των

προαναφερθέντων αναγκών.

3. Το αποτύπωμα της υποβαθμισμένης γης, το οποίο αποτελείται από την

επιφάνεια που καλύπτει η κατοικία και το τμήμα του οδικού δικτύου που

αντιστοιχεί σε κάθε άτομο. Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται επίσης το

τμήμα των δημόσιων κτιρίων καθώς και των βιομηχανιών πού εξυπηρετούν

τις ανάγκες μας. Σε γενικές γραμμές, τα μεμονωμένα άτομα έχουν

περιορισμένη δυνατότητα να αλλάξουν αυτό το αποτύπωμα.

Το οικολογικό αποτύπωμα θεωρείται πολύ σημαντικός δείκτης, κυρίως λόγω της

επικοινωνιακής του αξίας. Περιέχει σημαντική επιστημονική πληροφορία και είναι

εύκολα κατανοητό από το ευρύ κοινό. Το οικολογικό αποτύπωμα του μέσου

κάτοικου των Ηνωμένων Πολιτειών Αμερικής είναι περίπου 8.6 εκτάρια, ένα από τα

υψηλότερα στον κόσμο. Οι Γερμανοί χρησιμοποιούν περίπου 3.2 εκτάρια ενώ στην

Ινδία το αντίστοιχο νούμερο είναι 0.5 εκτάρια (τα νούμερα αυτά είναι μόνο

ενδεικτικά και ποικίλουν ανάλογα με τη μελέτη).

Ο αντίλογος

Όπως στα περισσότερα σημαντικά περιβαλλοντικά θέματα, έτσι και στο θέμα των

επιπτώσεων της αύξησης του πληθυσμού της γης υπάρχουν διισταμένες απόψεις στην

επιστημονική κοινότητα. Ο σημαντικότερος αντίλογος στην κυριαρχούσα άποψη

προέρχεται από ομάδα επιστημόνων οι οποίοι υποστηρίζουν ότι τα αποθέματα των

πόρων είναι απεριόριστα. Ισχυρίζονται ότι, αν χρειασθεί, στο μέλλον θα

εξερευνήσουμε το διάστημα ή θα χρησιμοποιήσουμε σαν πόρους πράγματα τα οποία

δεν μπορούμε να φανταστούμε σήμερα. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες αυτοί

υποστηρίζουν ότι στο όχι πολύ μακρινό παρελθόν οι άνθρωποι δεν γνώριζαν την

χρησιμότητα του πετρελαίου και θεωρούσαν κατάρα την ανακάλυψή του στα

κτήματά τους. Επισημαίνουν ακόμη ότι κάθε φορά που στο παρελθόν υπολογίζαμε

ότι κάποιος πόρος εξαντλείται, είτε ανακαλύπταμε καινούργιες ποσότητες είτε

ανακαλύπταμε κάποιο ισάξιο ή καλύτερο υποκατάστατο. Κατά συνέπεια μπορούμε

να συνεχίσουμε να συντηρούμε ένα συνεχώς αυξανόμενο πληθυσμό, γατί μεταξύ

άλλων οι άνθρωποι είναι ο θεμελιώδης πόρος μας. Αυτή η αισιόδοξη οπτική

8

ονομάζεται συχνά cornucopian, αντλώντας το όνομά της από το κέρας της αφθονίας

της Ελληνικής μυθολογίας.

Μια άλλη ομάδα ριζοσπαστών επιστημόνων υποστηρίζει «ότι το πραγματικό

πρόβλημα δεν είναι οι αριθμοί των ανθρώπων αλλά τα αντιδημοκρατικά ανθρώπινα

συστήματα εκμετάλλευσης της εργασίας και των πόρων τα οποία συχνά βασίζονται

στη στρατιωτική καταστολή». Οι επιστήμονες αυτοί επισημαίνουν ότι τα

βιομηχανικά έθνη, στα οποία ζει μόλις το 22% του παγκόσμιου πληθυσμού

καταναλώνουν το 60% της παγκόσμιας τροφής, το 70% της ενέργειάς της, το 75%

των μετάλλων της και το 85% του ξύλου της. Ταυτόχρονα οι βιομηχανικές χώρες

είναι υπεύθυνες σχεδόν για τα τρία τέταρτα των παγκοσμίων εκπομπών διοξειδίου

του άνθρακα. Πολύ σημαντική είναι και η συνεισφορά των στρατιωτικών

δραστηριοτήτων οι οποίες σύμφωνα με κάποιους υπολογισμούς είναι υπεύθυνες για

περίπου το 1/5 της παγκόσμιας υποβάθμισης του περιβάλλοντος.

Είναι φανερό από την παραπάνω συζήτηση ότι μοντέλα της φύσης που

αναπτύσσουμε εμπλουτίζονται με μια σημαντική δόση πολιτικών και πολιτισμικών

εμπνεύσεων. Κάπως σχηματοποιημένα, οι διαφορετικές προσεγγίσεις θα μπορούσαν

να ταξινομηθούν σε τέσσερις βασικές κατηγορίες (σχήμα 1.2). Σύμφωνα με την

πρώτη άποψη η φύση είναι εξαιρετικά εύρωστη. Οι πόροι είναι ουσιαστικά

ανεξάντλητοι και το σύστημα μπορεί κα ξεπερνά τις όποιες αρνητικές ανθρώπινες

επιδράσεις. Τα παγκόσμια περιβαλλοντικά προβλήματα που αντιμετωπίζει η

ανθρωπότητα αποτελούν μια πρόκληση για την ανθρώπινη ευρηματικότητα και η

πράσινη τεχνολογία θα αποτρέψει ή θα διορθώσει κάθε ζημιά η οποία προκλήθηκε

στο περιβάλλον. Η άποψη αυτή υποστηρίζεται από οικονομολόγους οι οποίοι

προτείνουν την αντιμετώπιση του προβλήματος μέσα από μια μέθοδο παρόμοια με

αυτή της ελεύθερης αγοράς.

Η δεύτερη άποψη υποστηρίζει ότι η φύση είναι εξαιρετικά εύθραυστη. Το σύστημα

είναι πολύ ευπαθές σε μη αντιστρεπτές μεταβολές οι οποίες προκαλούνται από την

υποβάθμιση του περιβάλλοντος και την εκμετάλλευση των πόρων. Η επιμονή στην

ίδια πορεία υλιστικής ανάπτυξης θα οδηγήσει τελικά στην αμετάκλητη καταστροφή

του πλανήτη. Την άποψη αυτή ενστερνίζεται κυρίως το κίνημα βαθιάς οικολογίας, το

οποίο υποστηρίζει ότι είναι αναγκαίος ένας μετασχηματισμός της σύγχρονης

κοινωνίας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί είτε μέσω της επιστροφής στην λιτότητα των

παραδοσιακών κοινωνιών, είτε μέσα από την δημιουργία μιας παγκόσμιας ηθικής για

την γη με αυστηρές ηθικές αρχές.

Σχήμα 1.2 Σχηματική παρουσίαση των τεσσάρων βασικών αντιλήψεων για την φύση.

9

Σύμφωνα με τη τρίτη αντίληψη η φύση είναι εύρωστη εντός κάποιων ορίων. Το

σύστημα θεωρείται ότι είναι ανθεκτικό εντός κάποιων αναγνωρίσιμων ορίων τα οποία

δεν πρέπει να τα υπερβούμε. Η άποψη αυτή θεωρεί ότι η περιβαλλοντική υποβάθμιση

και η χρήση των πόρων πρέπει να παρακολουθούνται προσεκτικά και να γίνεται

σωστή διαχείριση τους. Κρίσιμος είναι ο ρόλος της επιστημονικής κοινότητας η

οποία πρέπει να ερευνήσει και να προσδιορίσει τα οικολογικά όρια αλλά και η

ύπαρξη θεσμικού πλαισίου και καταλλήλων οργάνων για την εξισορροπημένη

διαχείριση της περιβαλλοντικής αλλαγής.

Η τέταρτη αντίληψη υποστηρίζει ότι η φύση είναι στοχαστική (τυχαία). Το σύστημα

είναι ουσιαστικά χαοτικό και μη προβλέψιμο. Η άποψη αυτή έχει μια μεγάλη δόση

μοιρολατρίας γιατί κάτω από αυτή την θεώρηση δεν έχει νόημα οποιαδήποτε

προσπάθεια μακρόπνοης διαχείρισης του προβλήματος.

Υστερόγραφο

Είναι δεδομένο ότι η περίπου εκθετική αύξηση του πληθυσμού ασκεί μεγάλη πίεση

στους πόρους και το περιβάλλον σε πολλές περιοχές του πλανήτη. Ταυτόχρονα όμως,

συγκρίσιμη ή ίσως μεγαλύτερη είναι η πίεση που ασκείται στο περιβάλλον από τις

καταναλωτικές συνήθειες στις αναπτυγμένες χώρες. Η σύγχυση η οποία φαίνεται ότι

υπάρχει σχετικά με την αιτία των περιβαλλοντικών προβλημάτων οφείλεται πιθανόν

στο γεγονός ότι η αύξηση του πληθυσμού, η φτώχια και τα μεγάλα περιβαλλοντικά

προβλήματα όπως είναι η κακή χρήση των πόρων, η ατμοσφαιρική ρύπανση, οι

παγκόσμιες αλλαγές και η εξαφάνιση φυτών και ζώων είναι έννοιες

αλληλοσυνδεόμενες δημιουργώντας συχνά ένα φαύλο κύκλο.

1.3 H υπόθεση της Γαίας

Η γέννηση του σύμπαντος αποτελούσε πάντα ένα συγκλονιστικό μυστήριο που

κέντριζε τη φυσική περιέργεια του ανθρώπου. Ένα αριστούργημα της μυθολογικής

ποίησης, η "Θεογονία" του Ησίοδου, αποτελεί την αρχαιότερη και πιθανόν

πληρέστερη προσπάθεια αποκάλυψης των στοιχείων της φύσης και της πρώτης

δημιουργίας:

"Πρώτα έγινε το Χάος, κι από λίγο έπειτα η πλατιά η Γη, για πάντα έδρα όλων ασφαλής

των αθανάτων, που έχουν τις κορφές του Ολύμπου, κι ο πανέμορφος ο Έρως μέσα

στους αθάνατους, που τα μέλη λύνει και θεών και ανθρώπων....Και η Γη γέννησε

πρώτα τον αστέρινο Ουρανό, ίσο με τον εαυτό της, να τη σκέπει ολόγυρα κι έδρα των

θεών να είναι ασφαλής παντοτινά.

Στην "Θεογονία" του Ησίοδου η Γη είναι αυτογέννητη και το ζευγάρωμά της με τον

Ουρανό γεννά αρχικά τον Ωκεανό ενώ ακολουθούν μυριάδες θεότητες που

εκφράζουν τις μεγάλες δυνάμεις της Φύσης και τα κύρια φαινόμενά της. Νηρηίδες,

Τιτάνες, Γίγαντες, Γοργόνες, Μέδουσα, Πήγασος, Κύκλωπες, Ωκεανίδες, αμέτρητοι

γιοι και θυγατέρες που δίνουν ένα πρόσωπο σε γνωστά και άμεσα φυσικά φαινόμενα

και σώματα, όπως οι θάλασσες και οι στεριές, τα βουνά και τα ποτάμια, ο ήλιος και

το φεγγάρι, η μέρα και η νύχτα.

10

Εκτός του Ελληνικού, η έννοια της Μητέρας Γης υπήρξε επίσης συστατικό κομμάτι

πολλών άλλων πολιτισμών. Για παράδειγμα, η Ινδουιστική θεά Κάλι αποτελεί άλλη

μια εντυπωσιακή εκδοχή της Μητέρας Γης που συνδυάζει την απόλυτη δύναμη της

καταστροφής με το μητρικό χάρισμα της δημιουργίας.

Η επιστημονική εκδοχή της Μητέρας Γης παρουσιάσθηκε το 1979 από τον James

Lovelock ο οποίος, σε συνεργασία με την Lynn Margulis, διατύπωσε την υπόθεση της

Γαίας η οποία βασίσθηκε στην ιδέα ότι ο πλανήτης λειτουργεί σαν ένας ενιαίος

ζωντανός οργανισμός ο οποίος διατηρεί τις απαραίτητες συνθήκες για την επιβίωσή

του. Σύμφωνα με τον Lovelock η Γαία ορίζεται σαν «μια πολύπλοκη οντότητα η

οποία συμπεριλαμβάνει τη βιόσφαιρα, την ατμόσφαιρα, τους ωκεανούς και το

έδαφος: η ολότητα απαρτίζει ένα αυτόματο σύστημα ανάδρασης το οποίο αναζητεί

ένα βέλτιστο φυσικό και χημικό περιβάλλον για την ζωή στον πλανήτη».

Το σημείο κλειδί της θεωρίας είναι ότι η γη δρα σαν ενιαίο σύστημα, ότι αποτελεί ένα

αυτορυθμιζόμενο σύνολο φυσικών, χημικών, γεωλογικών και βιολογικών δυνάμεων

οι οποίες αλληλεπιδρούν για τη δημιουργία ενός ενιαίου και απόλυτα συνεκτικού

όλου. Στη βασική σύνθεσή της, η γη ρυθμίζει τις ροές ενέργειας και την ανακύκλωση

των υλικών. Η ενέργεια η οποία εισρέει από τον ήλιο προσλαμβάνεται από τη γη και

επιστρέφεται στο διάστημα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Από την άλλη

πλευρά, με εξαίρεση την περιστασιακή εισροή μάζας λόγω πτώσης μετεωριτών, η

μάζα της γης είναι περιορισμένη και η ύλη ανακυκλώνεται μέσα στη γη.

Η αλληλεπίδραση της βιόσφαιρας, της ατμόσφαιρας, της λιθόσφαιρας και της

υδρόσφαιρας οδηγεί σε μια ομοιοστατική κατάσταση. Ομοιοστασία είναι η ικανότητα

ή η τάση ενός οργανισμού ή ενός κυττάρου να διατηρεί εσωτερική ισορροπία μέσω

της προσαρμογής των φυσιολογικών του διεργασιών. Αυτή η ομοιοστασία θυμίζει

πολύ την εσωτερική συντήρηση του ανθρώπινου σώματος: εσωτερικές διεργασίες

μεριμνούν ώστε η θερμοκρασία, ηλεκτροχημική ισορροπία κ.τ.λ. να διατηρούνται στο

κατάλληλο επίπεδο.

Ένα δεύτερο σημαντικό στοιχείο της Γαίας είναι η υπόθεση ότι τα στοιχεία της

βιόσφαιρας ελέγχουν τις ισχυρές φυσικές δυνάμεις για το δικό τους καλό. Σε

αντίθεση με τις επικρατούσες απόψεις που θεωρούν ότι η ζωή στον πλανήτη

επιβιώνει χάρη στην ευσπλαχνία αβιοτικών δυνάμεων όπως οι ηφαιστειακές

εκρήξεις, τα ακραία καιρικά φαινόμενα και την κλιματική αλλαγή, η υπόθεση της

Γαίας υποστηρίζει ότι η ζωή διαχειρίζεται και βελτιστοποιεί το δικό της περιβάλλον.

Αξίζει εδώ να αναφέρουμε κάποια παραδείγματα ρύθμισης του περιβάλλοντος,

σύμφωνα με τη θεωρία της Γαίας. Το πρώτο παράδειγμα αφορά τη σύσταση της

ατμόσφαιρας. Σύμφωνα με επιστημονικές μελέτες, η πρώτη ατμόσφαιρα της γης δεν

περιείχε σχεδόν καθόλου οξυγόνο και η έλευση της φωτοσύνθεσης είναι υπεύθυνη

για τα σημερινά επίπεδα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα (~21%). Γεωλογικές μελέτες

έδειξαν επίσης ότι το οξυγόνο έχει διατηρηθεί για δισεκατομμύρια χρόνια περίπου

στα ίδια επίπεδα (εντός ενός παράγοντα του δύο). Αν το οξυγόνο φθάσει στο 30%

της σύστασης της ατμόσφαιρας, με κάθε χτύπημα κεραυνού, ακόμη και σε υγρή

βλάστηση θα εκδηλωνόταν σοβαρές πυρκαγιές. Το οξυγόνο ξεκίνησε από μηδενικά

επίπεδα, έφθασε στο 21 % και κατόπιν διατηρήθηκε σε αυτά τα ασφαλή επίπεδα. Τι

είναι αυτό που οδήγησε σε αυτή την ισορροπία; Μια πιθανή εξήγηση είναι η

11

βιολογική παραγωγή μεθανίου από τα βακτήρια. Το μεθάνιο αντιδρά με το οξυγόνο

παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα. Η διεργασία αυτή είναι ικανή να σταθεροποιήσει

τα επίπεδα οξυγόνου.

Ένα δεύτερο παράδειγμα αφορά τις αλλαγές του κλίματος. Όπως είναι γνωστό το

κλίμα έχει μεταβληθεί πολλές φορές στο παρελθόν με μακρές περιόδους παγετώνων

ενώ οι μελλοντικές προβλέψεις μιλούν για παγκόσμια θέρμανση. Παρόλα αυτά δεν

φαίνεται πολύ πιθανόν ότι το τελευταίο ένα δισεκατομμύριο χρόνια (για το οποίο

μπορούμε να κάνουμε υπολογισμούς με κάποια ακρίβεια) η θερμοκρασία του

πλανήτη ήταν περισσότερο από 15 βαθμούς υψηλότερη ή 5 βαθμούς χαμηλότερη

από τη σημερινή. Κάποιοι υπολογισμοί υποδείχνουν ότι η ενέργεια από την ηλιακή

ακτινοβολία ήταν πιθανόν 25% λιγότερη πριν 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Κάτω από

αυτές τις συνθήκες η γη θα ήταν παγωμένη. Και όμως η ζωή εμφανίσθηκε σε αυτές

τις συνθήκες ενώ ακόμη υπάρχουν γεωλογικές ενδείξεις από αυτή την εποχή για

ύπαρξη νερού σε ρευστή κατάσταση. Τι ήταν αυτό που απέτρεψε την εμφάνιση

περισσότερο ακραίων συνθηκών; Προτείνεται ότι αυτό οφείλεται σε κάποιο είδος

φαινομένου του θερμοκηπίου το οποίο οφειλόταν σε αέρια όπως το μεθάνιο η

αμμωνία και το διοξείδιο του άνθρακα, πράγμα το οποίο αποτελεί ένδειξη ελέγχου

της θερμοκρασίας λόγω της Γαίας.

Η θεωρία της Γαίας ανέπτυξε μια ισχυρή απήχηση στους κόλπους του οικολογικού

κινήματος, ιδιαίτερα σε αυτούς που ήθελαν να εκτοπίσουν τον άνθρωπο από το

κέντρο του ηθικού σύμπαντος. Η “Γαία” προχωράει πέρα από την παραδοσιακή

οικολογία υποστηρίζοντας όχι μόνο ότι όλοι οι οργανισμοί είναι σημαντικοί αλλά ότι

υπάρχει κάτι πιο σημαντικό από κάθε ένα είδος ξεχωριστά –ο πλανητικός μας υπέρ-

οργανισμός. Παρ’ όλα αυτά οι ιδέες του Lovelock συνάντησαν μία απορριπτική

αντίδραση από ένα μεγάλο μέρος της επιστημονικής κοινότητας.

Η ερμηνευτική ελαστικότητα, όμως, της υπόθεσης της “Γαίας” επέτρεψε την

δημιουργία διαφόρων κατευθύνσεων. Μερικοί φυσικοί επιστήμονες πρότειναν μία

μέτρια ερμηνεία της οποίας το κυριότερο αποτέλεσμα ήταν να αποδοθεί πολύ

περισσότερη σπουδαιότητα σε βιολογικούς παράγοντες από ότι ήταν προηγούμενα

συνηθισμένο ανάμεσα στους γεωλόγους, τους ωκεανογράφους ή τους

μετεωρολόγους. Τέτοιες εκδοχές της θεωρίας είναι η «Σημαίνουσα Γαία» η οποία

υποστηρίζει ότι η χλωρίδα και η πανίδα έχουν ισχυρή επίδραση σε κάποιες αβιωτικές

λειτουργίες του πλανήτη όπως είναι η θερμοκρασία και η σύσταση της ατμόσφαιρας

και η «Συν-εξελικτική Γαία» η οποία ισχυρίζεται ότι η χλωρίδα και η πανίδα

επηρεάζουν το αβιωτικό περιβάλλον και το αβιωτικό περιβάλλον με τη σειρά του

επηρεάζει την εξέλιξη της χλωρίδας και της πανίδας.

1.4 Βιωσιμότητα

Αν και χρησιμοποιούταν σποραδικά και παλιότερα, οι όροι βιωσιμότητα και βιώσιμη

ανάπτυξη (στην Ελληνική βιβλιογραφία απαντώνται και οι όροι αειφορία και

αειφόρος ανάπτυξη) εισέβαλαν στο λεξιλόγιό μας κυρίως μετά την δημοσίευση το

1987 της έκθεσης των Ηνωμένων Εθνών με τίτλο «Our common future» (γνωστή και

σαν έκθεση Brundtland) και της διάσκεψης του Ρίο για το Περιβάλλον και την

Ανάπτυξη (Earth Summit) που ακολούθησε το 1992. Σύμφωνα με την έκθεση αυτή:

12

Βιώσιμη είναι η ανάπτυξη η οποία καλύπτει τις σημερινές ανάγκες

χωρίς να εκθέτει σε κίνδυνο την δυνατότητα των μελλοντικών γενεών

να καλύψουν τις δικές τους ανάγκες.

Όπως αναφέρει η ίδια έκθεση, οι αναπτυσσόμενες χώρες πρέπει να

λειτουργήσουν σε ένα κόσμο στον οποίο οι αναπτυγμένες έχουν ήδη

χρησιμοποιήσει ένα μεγάλο μέρος του οικολογικού κεφαλαίου του πλανήτη. Αν

οι χώρες αυτές απεφάσιζαν να προσεγγίσουν τα επίπεδα της ενεργειακής

χρήσης των αναπτυγμένων χωρών μέχρι το έτος 2025, θα απαιτείτο να

αυξήσουν τις σημερινές ενεργειακές τους ανάγκες κατά πέντε φορές. Το

πλανητικό οικοσύστημα δεν θα μπορούσε να ανταποκριθεί στις αρνητικές

επιπτώσεις αν οι ενεργειακές αυξήσεις βασίζονται σε μη ανανεώσιμες πηγές

ενέργειας.

Η ακριβής σημασία του όρου βιώσιμη ανάπτυξη αποτέλεσε αντικείμενο πολλών

συζητήσεων και διαξιφισμών με αποτέλεσμα λίγα χρόνια μετά ην καθιέρωση

του όρου να υπάρχουν στην διεθνή βιβλιογραφία περισσότεροι από 100

ορισμοί. Σύμφωνα πάντως με την επιτροπή των Ηνωμένων Εθνών: «Η

επιτεινόμενη και μη βιώσιμη απαίτηση για χερσαίους, ενάλιους και παράλιους

πόρους η οποία συνεπάγεται από την επέκταση της γεωργίας και την

ανεξέλεγκτη αστικοποίηση οδηγεί σε αυξανόμενη υποβάθμιση των φυσικών

οικοσυστημάτων και διαβρώνει τα συστήματα υποστήριξης της ζωής τα οποία

υποστηρίζουν τον ανθρώπινο πολιτισμό. Η φροντίδα των φυσικών πόρων και η

προαγωγή της βιώσιμης χρήσης τους είναι μια θεμελιώδης αντίδραση της

παγκόσμιας κοινότητας για να διασφαλίσει την ίδια την επιβίωσής και την

ευημερία της».

Αν και υπάρχουν σημαντικές διαφορές στη στρατηγική για την επίτευξη της

βιώσιμης ανάπτυξης, φαίνεται ότι υπάρχει σημαντική σύγκλιση στις παρακάτω

βασικές αρχές:

Συστημική προσέγγιση: Ένας από τους βασικούς πυλώνες του

περιβαλλοντικού κινήματος είναι η αντίληψη ότι το περιβάλλον και οι φυσικοί

πόροι της γης είναι συστημικοί στην φύση τους και παγκόσμιας κλίμακας. Oι

περιβαλλοντολόγοι αντιλαμβάνονται ακόμη και τις τοπικές περιβαλλοντικές

μεταβολές σαν τμήμα ενός πολύπλοκου παγκόσμιου συστήματος το οποίο

επηρεάζει την υγεία ολόκληρου του πλανήτη. Κατά συνέπεια, για τους

περιβαλλοντολόγους η έννοια της παγκοσμιοποίησης είναι οικεία και

γνώριμη. Το οξύμωρο είναι ότι το φαινόμενο της παγκοσμιοποίησης το οποίο

διατρέχει τον πλανήτη κυρίως την τελευταία δεκαετία προωθείται από

οικονομικά συμφέροντα τα οποία έχουν σημαντικό μερίδιο ευθύνης για την

υπερεκμετάλλευση των φυσικών πόρων και την υποβάθμιση του παγκόσμιου

περιβάλλοντος.

Μακροχρόνια αντίληψη η οποία δίνει βαρύτητα στις επιπτώσεις των

ενεργειών μας σε βάθος χρόνου και η οποία διατηρεί τις επιλογές και τις

ευκαιρίες στις μελλοντικές γενιές

13

Αναγνώριση των ορίων: παραδοχή ότι οι άνθρωποι, οι οικονομίες και

όλα τα είδη ζωής βασίζονται σε οικοσυστήματα που λειτουργούν υγιώς.

Βελτίωση των πόρων της ζωής: καλύτερη ποιότητα ζωής τόσο σήμερα

όσο και στις μελλοντικές γενιές.

Η Διάσκεψη του Ρίο και η Ατζέντα 21

Η διάσκεψη των Ηνωμένων Εθνών για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη έλαβε χώρα

στο Ρίο ντε Τζανέϊρο τον Ιούνιο του 1992. Είναι γνωστή και σαν Διάσκεψη Κορυφής

της Γης (Earth Summit). Η συμμετοχή ήταν εντυπωσιακή, 172 κυβερνήσεις, 108 από

τις οποίες αντιπροσωπεύτηκαν από τον αρχηγό του κράτους ή της κυβέρνησης.

Ακόμη παρακολούθησαν 2400 εκπρόσωποι μη κυβερνητικών οργανώσεων η

παρουσία των οποίων ενίσχυσε και ανύψωσε το όλο πνεύμα της διάσκεψης. Ένα

σημαντικό επίτευγμα της διάσκεψης ήταν η συμφωνία για μια σύμβαση πλαίσιο για

το κλίμα, η οποία αργότερα οδήγησε στο πρωτόκολλο του Κιότο. Ακόμη στην

διάσκεψη του Ρίο, 154 χώρες, συμπεριλαμβανομένης της Ε.Ε., δεσμεύτηκαν σε ένα

σχέδιο το οποίο απαιτεί οι χώρες να αναπτύξουν μια πολυσήμαντη στρατηγική για τη

βιώσιμη ανάπτυξη. Αυτό το σχέδιο ονομάσθηκε Ατζέντα 21. Περίπου 3000 πόλεις σε

όλο τον κόσμο υιοθέτησαν τη δική τους τοπική Ατζέντα 21 βασισμένη στις αρχές της

παγκόσμιας Ατζέντας 21. Παράλληλα πολλές επιχειρηματικές ενώσεις και εταιρίες

υιοθέτησαν την δική τους εκδοχή της Ατζέντας 21.

Η σύμβαση πλαίσιο για το κλίμα

Η Ελλάδα επικύρωσε τη Σύμβαση αυτή τον Απρίλιο του 1994. Μετά την επικύρωσή

της από 50 κράτη, η Σύμβαση τέθηκε σε ισχύ στις 21 Μαρτίου 1994. Στις 12

Οκτωβρίου 1999, 181 κράτη, συμπεριλαμβανομένης της Ε.Ε., είχαν επικυρώσει τη

Σύμβαση.

Η Σύμβαση αναγνωρίζει, μεταξύ άλλων, ότι το μεγαλύτερο μερίδιο των συνολικών

εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, κατά το παρελθόν και επί του παρόντος,

προέρχεται από τις ανεπτυγμένες χώρες, ότι οι κατά κεφαλήν εκπομπές των

αναπτυσσομένων χωρών είναι σχετικά χαμηλές και ότι το μερίδιο των συνολικών

εκπομπών που προέρχονται από τις αναπτυσσόμενες χώρες θα αυξάνεται

προκειμένου να καλυφθούν οι κοινωνικές και αναπτυξιακές τους ανάγκες.

Στόχο της Σύμβασης αποτελεί η σταθεροποίηση των "συγκεντρώσεων των αερίων

θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα σε ένα επίπεδο που να αποτρέπει τις επικίνδυνες

ανθρωπογενείς παρεμβάσεις στο κλιματικό σύστημα". Η Σύμβαση δεν καθορίζει τις

εν λόγω συγκεντρώσεις αλλά αναφέρει ότι πρέπει να είναι σε ένα επίπεδο που να μην

είναι επικίνδυνο και θεωρεί ότι το επίπεδο αυτό "θα πρέπει να επιτευχθεί εντός

επαρκούς χρονικού διαστήματος ώστε να επιτρέψει στα οικοσυστήματα να

προσαρμοστούν φυσικά στις κλιματικές αλλαγές, να διασφαλίσει ότι η παραγωγή

14

τροφίμων δεν απειλείται και να ενδυναμώσει την οικονομική ανάπτυξη κατά βιώσιμο

τρόπο" (άρθρο 2).

Η Σύμβαση προβλέπει επίσης, μεταξύ άλλων, τις ακόλουθες ειδικότερες δεσμεύσεις

για τις ανεπτυγμένες χώρες (κράτη μέλη του ΟΟΣΑ, πλην του Μεξικού και της

Νοτίου Κορέας), μερικά κράτη της Κεντρικής και Ανατολικής Ευρώπης, που

βρίσκονται στη διαδικασία μετάβασης στην οικονομία της αγοράς, και μερικά κράτη

της πρώην Σοβιετικής Ένωσης:

τη λήψη μέτρων για το μετριασμό της αλλαγής του κλίματος, με στόχο τη

μεταβολή των μακροπρόθεσμων τάσεων στις ανθρωπογενείς εκπομπές.

την υποβολή, εντός εξαμήνου από την έναρξη ισχύος της και στη συνέχεια

σε τακτά διαστήματα, λεπτομερών πληροφοριών για τις πολιτικές και τα ανωτέρω

μέτρα με σκοπό να επαναφέρουν, το κάθε ένα χωριστά ή από κοινού, στα επίπεδα

του 1990 τις εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα και των άλλων αερίων του

θερμοκηπίου.

τον συντονισμό, με άλλα ενδιαφερόμενα Συμβαλλόμενα Μέρη, των μέτρων

και πολιτικών που εκπονούνται για την επίτευξη του σκοπού της, τον

προσδιορισμό και την περιοδική επανεξέταση των πολιτικών αυτών.

Επιπλέον η Σύμβαση υποστηρίζει την έννοια της "βιώσιμης ανάπτυξης", καλεί για

ανάπτυξη και διανομή καθαρών τεχνολογιών και τεχνογνωσίας και δίνει έμφαση στην

εκπαίδευση των πολιτών στις κλιματικές αλλαγές.

15

2. Ατμοσφαιρική Ρύπανση

2.1 Ορισμός της ατμοσφαιρικής ρύπανσης

Καθώς τίποτε δεν παραμένει για πολύ αμετάβλητο, έτσι και η ατμόσφαιρα της γης

εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου. Οι χημικές και βιολογικές επιδράσεις που

διαμόρφωσαν τη σύστασή της συνεχίζουν να δρουν ενώ προστίθενται συνεχώς

μεγάλες ποσότητες αερίων και σωματιδίων από την δράση των ηφαιστείων και των

θερμών πηγών. Το νέο στοιχείο είναι ότι ο άνθρωπος της βιομηχανικής εποχής έγινε

και ο ίδιος παράγοντας με μεγάλη περιβαλλοντική βαρύτητα. Ήδη, από τις πρώτες

δεκαετίες του 18ου αιώνα, οι αυξημένες ενεργειακές ανάγκες οδήγησαν σε αύξηση της

χρήσης απολιθωμένων καυσίμων υλών, αύξηση η οποία έφτασε σε τρομακτικούς

ρυθμούς στον εικοστό αιώνα. Οι ρύποι που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από τις

ανθρώπινες δραστηριότητες έρχονται να προστεθούν σε αυτούς που εκπέμπονται από

φυσικές πηγές δημιουργώντας τις προϋποθέσεις για αλλοίωση της σύστασης της.

Μπορεί η βασική σύσταση της ατμόσφαιρας σε άζωτο και οξυγόνο (το 99% του

ατμοσφαιρικού αέρα) να μην αλλάζει, η αύξηση όμως των συγκεντρώσεων αερίων με

μικρή συμμετοχή στη σύσταση της ατμόσφαιρας κάνει την παραμονή στην γη

δυσκολότερη ή στην πιο αισιόδοξη εκδοχή λιγότερο ευχάριστη. Η ανθρώπινη υγεία

και ευεξία, η ευστάθεια του κλίματος, το φυσικό και ανθρωπογενές περιβάλλον, όλα

αποδεικνύονται πολύ ευαίσθητα σε αλλαγές αερίων των οποίων η συγκέντρωση στην

ατμόσφαιρα δεν υπερβαίνει το 0.04%.

Ένας διαισθητικός ορισμός της ατμοσφαιρικής ρύπανσης περιλαμβάνει την αύξηση ή

την μείωση των ατμοσφαιρικών συστατικών από τις τιμές που θα είχαν χωρίς τις

ανθρώπινες δραστηριότητες. Δυστυχώς ο ορισμός αυτός δεν είναι περιορισμένης

χρησιμότητας σε ένα δυναμικό σύστημα το οποίο εξελίσσεται συνεχώς. Ένας

περισσότερο χρήσιμος ορισμός είναι ο παρακάτω:

Ατμοσφαιρική ρύπανση ονομάζεται η παρουσία στην ατμόσφαιρα ρύπων, δηλαδή

κάθε είδους ουσιών, θορύβου ή ακτινοβολίας σε ποσότητα, συγκέντρωση ή

διάρκεια τέτοια ώστε να είναι δυνατόν να προκληθούν αρνητικές συνέπειες στην

ανθρώπινη υγεία, στους ζωντανούς οργανισμούς και στα οικοσυστήματα.

Αξίζει εδώ να αναφέρουμε και τον «επίσημο» ορισμό της ρύπανσης, όπως

καταγράφεται στην οδηγία της Ευρωπαϊκής Ένωσης 96/61 για την διαχείριση της

ποιότητας του αέρα:

«ρύπος», κάθε ουσία η οποία διοχετεύεται αμέσως ή εμμέσως από τον άνθρωπο στον

αέρα του περιβάλλοντος και ενδέχεται να έχει επιβλαβείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη

υγεία ή/και στο περιβάλλον στο σύνολό του.

«περιβάλλων αέρας», ο εξωτερικός αέρας της τροπόσφαιρας εξαιρουμένου του αέρα

στους χώρους εργασίας.

16

2.2 Σύντομη ιστορική αναδρομή

Πριν από τη βιομηχανική επανάσταση

Η περιβαλλοντική ρύπανση δεν είναι φαινόμενο της εποχής μας. Ένας από τους

λόγους που ανάγκαζαν τις πρώτες φυλές να ζουν ως νομάδες, ήταν η ανάγκη να

απομακρύνονται περιοδικά από την δυσοσμία την οποία δημιουργούσαν τα απόβλητα

των ζώων και των ανθρώπων. Η ανακάλυψη της φωτιάς δημιούργησε πρόσθετα

προβλήματα ρυπαίνοντας τον αέρα, στις περιοχές που κατοικούσαν, με προϊόντα

ατελούς καύσης. Η ανακάλυψη της καμινάδας μετατόπισε το πρόβλημα προς την

ευρύτερη περιοχή και είχε σαν αποτέλεσμα η ατμόσφαιρα σε πυκνοκατοικημένες

περιοχές να είναι καπνώδης. Χαρακτηριστική είναι η αναφορά του Ρωμαίου

φιλόσοφου Σενέκα το 61 μ.Χ στην κακή ποιότητα του αέρα στην Ρώμη.

Το 1157, η σύζυγος του βασιλιά Ερρίκου του 2ου της Αγγλίας, Ελεονόρα, μετακόμισε

από το Tutbury Castle του Nottingham, γιατί θεώρησε ανυπόφορη τη ρύπανση του

αέρα εξ αιτίας της καύσης των ξύλων. Άλλες αναφορές από τον Μεσαίωνα

περιγράφουν τα προβλήματα καπνού που δημιουργούσε η καύση του κάρβουνου, με

αποτέλεσμα, ο Βασιλιάς Εδουάρδος ο 1ος να απαγορεύσει το 1307 την χρήση του

κάρβουνου στις ασβεστοκάμινους του Λονδίνου. Μαρτυρίες αναφέρουν ότι ένα

άτομο τιμωρήθηκε με απαγχονισμό για παράβαση του νόμου. Οι κυριότερες

δραστηριότητες που συνδέονταν με την ατμοσφαιρική ρύπανση τους αιώνες που

προηγήθηκαν της βιομηχανικής επανάστασης, ήταν η μεταλλουργία, η κεραμοποιεία

και η διατήρηση κτηνοτροφικών προϊόντων.

Η βιομηχανική επανάσταση

Ο James Watt εφεύρε το 1784 την ατμομηχανή η οποία κινείται με την καύση

κάρβουνου. Η βιομηχανική επανάσταση, η οποία ξεκίνησε τον 19ο αιώνα, οδήγησε

στην εντατική χρήση κυρίως του κάρβουνου και σε μικρότερο βαθμό του πετρελαίου,

για την παραγωγή ενέργειας, κίνησης ατμομηχανών και πλοίων, καθώς και οικιακής

θέρμανσης. Χαρακτηριστικά αναφέρομαι ότι από το 1800 έως το 1900 η κατανάλωση

κάρβουνου αυξήθηκε κατά δύο τάξεις μεγέθους. Το αποτέλεσμα ήταν η εμφάνιση

πολύ μεγάλων περιβαλλοντικών προβλημάτων από τον καπνό και τη στάχτη. Το

πρώτο σοβαρό επεισόδιο ατμοσφαιρικής ρύπανσης συνέβη το 1875 στο Λονδίνο,

όπου σημειώθηκαν αρκετοί θάνατοι ανθρώπων και ζώων. Σε χώρες όπως το Ηνωμένο

«Μόλις έφυγα μακριά από τον πνιγερό αέρα της Ρώμης και από τη βρωμιά των

καπνοδόχων που κάπνιζαν, διαχέοντας ολόγυρα θανατηφόρα

αέρια και αιθάλη, ένοιωσα να αλλάζει η διάθεσή μου», Σενέκας, 61 μ.Χ.

17

Βασίλειο και οι ΗΠΑ, αναλαμβάνεται δράση για τον περιορισμό της αέριας ρύπανσης

και αναπτύσσονται αντιρρυπαντικές τεχνολογίες.

Εικοστός Αιώνας

Παρόλο, λοιπόν, που η ατμοσφαιρική ρύπανση δεν μπορεί να θεωρηθεί αποκλειστικό

προνόμιο της σύγχρονης εποχής, μια σειρά από μεγάλα επεισόδια τις τελευταίες

δεκαετίες μας υπενθύμισαν το μέγεθος του προβλήματος και την ανάγκη ελέγχου της

ποιότητας του αέρα που αναπνέουμε. Η αιθαλομίχλη, το 1909, στη Γλασκώβη και το

Εδιμβούργο θεωρήθηκε η κύρια αιτία για 1000 περίπου θανάτους ανθρώπων. Το

1930, πάλι σε επεισόδιο αιθαλομίχλης, στη βιομηχανική περιοχή της κοιλάδας του

Meuse στο Βέλγιο αρρώστησαν εκατοντάδες άτομα, από τα οποία 60 πέθαναν τις

επόμενες μέρες. Το 1948 στην πόλη Donora των Ηνωμένων Πολιτειών κατά την

διάρκεια ενός τετραήμερου επεισοδίου ρύπανσης σημειώθηκαν 20 θάνατοι και 6,000

ασθένειες οι οποίες συνδέθηκαν με την αέρια ρύπανση. Για να εκτιμηθεί σωστά το

μέγεθος του προβλήματος θα πρέπει να λάβουμε υπόψη ότι ο πληθυσμός της πόλης

ήταν μόνο 14,000 κάτοικοι. Το μεγαλύτερο, όμως, επεισόδιο συνέβη στο Λονδίνο το

1952 όταν μια εβδομάδα υψηλών επιπέδων ρύπανσης είχε σαν αποτέλεσμα να

συμβούν 4,000 «πλεονάζοντες» θάνατοι (σύγκριση των ρυθμών θανάτου πριν και

μετά το επεισόδιο) οι οποίοι αποδόθηκαν στην ρύπανση.

Όταν ο άνθρακας αντικαταστάθηκε από το πετρέλαιο και λόγω των αυξημένων

αναγκών, το πρόβλημα της ρύπανσης έγινε οξύτερο καθώς και ένας άλλος τύπος

ρύπανσης, η φωτοχημική, έκανε την εμφάνισή του, αρχικά στο Λος Άντζελες των

ΗΠΑ στις αρχές της δεκαετίας του 1940.

Σχήμα 2.1: Χαρακτική η οποία εμφανίζει ένα χυτήριο στη βιομηχανική περιοχή Saar

της Γερμανίας (1876).

18

2.3 Μονάδες συγκέντρωσης

Για πολλούς αιώνες ο ατμοσφαιρικός αέρας θεωρούταν σαν ένα από τα τέσσερα

στοιχεία και μόλις τον 17ο αιώνα αναγνωρίσθηκε σαν ένα μείγμα αερίων. Ο λόγος

που η άποψη αυτή κυριάρχησε για τόσο μεγάλο διάστημα οφείλεται στο γεγονός ότι

οι επιστήμονες πίστευαν ότι στην περίπτωση που ο αέρας ήταν μείγμα, τα βαρύτερα

αέρια, όπως π.χ. το οξυγόνο, θα βυθιζόταν κάτω από τα ελαφρύτερα, όπως το

υδρογόνο. Κατά συνέπεια η ατμόσφαιρα θα εμφάνιζε μια χαρακτηριστική

στρωμάτωση στη σύστασή της, με τα βαρύτερα αέρια να έχουν πολύ υψηλότερες

συγκεντρώσεις κοντά στο έδαφος. Το επιχείρημα αυτό βέβαια υποτιμούσε την

δύναμη της διαδικασίας ανάμειξης η οποία αντιστρατεύεται και ακυρώνει τον

διαχωρισμό λόγω βαρύτητας.

Στην ατμοσφαιρική χημεία, οι συγκεντρώσεις των αερίων ρύπων εκφράζονται συχνά

σε μονάδες κατ’ όγκο, συνήθως σε μέρη το εκατομμύριο, ppm (parts per million) ή σε

μέρη το δισεκατομμύριο, ppb (parts per billion). Έτσι, π.χ. συγκέντρωση 1 ppm

ισοδυναμεί με 1 cm3 ρύπου σε 1 m3 ατμοσφαιρικού αέρα (υπενθυμίζεται ότι 1 m3=106

cm3).

Τα μέρη στο εκατομμύριο είναι στην ουσία ένα αδιάστατο κλάσμα όγκου το οποίο

ορίζεται από τη σχέση:

συγκέντρωση ενός στοιχείου i σε ppm = ci / c x 106 (2.1)

Σχήμα 2.2: Φωτοχημική αιθαλομίχλη στο σύγχρονο Las Vegas.

19

όπου ci είναι ο αριθμός των γραμμομορίων του στοιχείου i στην μονάδα του όγκου

και c είναι ο αριθμός των γραμμομορίων του αέρα στην μονάδα του όγκου για κάποια

πίεση p και κάποια θερμοκρασία T.

Αντίστοιχα, χρησιμοποιώντας το νόμο του Dalton, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι

η μερική πίεση του ρύπου είναι ανάλογη της κλασματικής ποσότητας του. Έτσι, π.χ.,

όταν η ατμοσφαιρική πίεση είναι 1000 hPa, ένας ρύπος του οποίου η συγκέντρωση

στην αέρα είναι 1 ppm θα έχει μερική πίεση ίση με 10-3 hPa.

Ένας από τους λόγους για τους οποίους οι συγκεντρώσεις κατ΄όγκο

χρησιμοποιούνται ευρέως είναι και η ευθεία σχέση ανάμεσα στον όγκο ενός αερίου κι

τον αριθμό των μορίων του. Έτσι, η συγκέντρωση 1 ppm κάποιου αερίου ισοδυναμεί

με την παρουσία 1 μορίου του αερίου σε κάθε 1 εκατομμύρια μορίων του

ατμοσφαιρικού αέρα. Οι συγκεντρώσεις των περισσοτέρων αερίων ρύπων είναι

μικρότερες του 1 ppm γι’ αυτό χρησιμοποιείται συχνά σαν μονάδα συγκέντρωσης το

ppb.

Οι συγκεντρώσεις των σωματιδιακών ρύπων εκφράζονται κατά βάρος σε μg m-3. Οι

μονάδες αυτές χρησιμοποιούνται σε πολλές περιπτώσεις για να εκφράσουν επίσης τη

συγκέντρωση και αερίων ρύπων. Αν θέλουμε να μετατρέψουμε τη συγκέντρωση ενός

ρύπου i από μονάδες κατ’ όγκο σε μονάδες κατά βάρος τότε χρησιμοποιούμε την

παρακάτω σχέση:

T

iMpppmcgmc ii

314.8

100)()(

3 (2.2)

όπου ci είναι η συγκέντρωση του στοιχείου i, p είναι η πίεση του αέρα σε μιλιμπάρ

(mb), Τ είναι η θερμοκρασία του αέρα σε Kelvin (K) και Μi είναι το μοριακό βάρος

του στοιχείου i.

Πρέπει εδώ να τονιστεί ότι για πολλούς ρύπους η χρήση του ppm έχει σαν

αποτέλεσμα οι συγκεντρώσεις να παίρνουν πολύ μικρά νούμερα. Σ' αυτή την

περίπτωση, χρησιμοποιούμε κάποιες μικρότερες μονάδες, συνήθως μέρη το

δισεκατομμύριο (ppb) ή μέρη το τρισεκατομμύριο (ppt). Η σχέση ανάμεσα σ' αυτές

τις μονάδες είναι:

συγκέντρωση του στοιχείου i σε ppb =103 x συγκέντρωση του ίδιου στοιχείου σε

ppm

και

20

συγκέντρωση του στοιχείου i σε ppt =103 x συγκέντρωση του ίδιου στοιχείου σε

ppb

Παράδειγμα: Το όριο επιφυλακής για μέσες ωριαίες τιμές του Ο3 είναι 180 μg m-3.

Να μετατραπεί αυτό το όριο σε μονάδες ppm και ppb όταν η πίεση ισούται με 1013

mbar και η θερμοκρασία με 25 oC.

Για την μετατροπή των συγκεντρώσεων θα χρησιμοποιηθεί η εξίσωση (2.2).

Για την εφαρμογή αυτής της εξίσωσης χρησιμοποιούμε τα παρακάτω στοιχεία:

Mi=48 (το μοριακό βάρος του Ο3)

p=1013 mbar

T=298.2 K

Από τα παραπάνω προκύπτει:

συγκέντρωση του Ο3 σε ppm= 180 x 0.00051 = 0.0918

συγκέντρωση του Ο3 σε ppb =103 x 0.0918 92

21

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1

Συντελεστές μετατροπής σε κανονικές συνθήκες των συγκεντρώσεων από μgm-3 σε

ppm και το αντίστροφο.

Ρύπος Μετατροπή από μg m-3 σε ppm

Συντελεστής μετατροπής

Μετατροπή από ppm σε

μg m-3

Συντελεστής μετατροπής

Ozoν (O3)

Διοξείδιο του

αζώτου (ΝΟ2)

Oξείδιο του αζώτου

(ΝΟ)

Διοξείδιο του

άνθρακα (CΟ2)

Μονοξείδιο του

άνθρακα (CΟ)

Διοξείδιο του θείου

(SΟ2)

Αμμωνία (NH3)

0.51 x 10-3

0.53 x 10-3

0.81 x 10-3

0.56 x 10-3

0.87 x 10-3

0.38 x 10-3

1.44 x 10-3

1960

1880

1230

1800

1150

2620

695

2.4 Χρόνος παραμονής

Στην ατμοσφαιρική ρύπανση είναι πολύ χρήσιμο να γνωρίζουμε τους

χαρακτηριστικούς χρόνους τους οποίους τα διάφορα χημικά παραμένουν στην

ατμόσφαιρα. Για τον λόγο αυτό ορίζονται διάφορες παράμετροι, όπως ο χρόνος

παραμονής και ο χρόνος ημιζωής, οι οποίες αποτελούν ένα μέτρο του μέσου χρόνου

τον οποίο ένα αντιπροσωπευτικό μόριο μιας συγκεκριμένης ουσίας θα παραμείνει

στην ατμόσφαιρα προτού απομακρυνθεί από φυσικές ή χημικές διεργασίες.

Οι συγκεντρώσεις των ατμοσφαιρικών ρύπων στην ατμόσφαιρα επηρεάζονται από

τεσσάρων ειδών διεργασίες:

Εκπομπές: Οι ρύποι εκπέμπονται συνεχώς από μια ποικιλία πηγών ρύπανσης,

τόσο ανθρωπογενών όσο και φυσικών.

Χημικούς μετασχηματισμούς: Οι χημικές αντιδράσεις στην ατμόσφαιρα

μπορούν να οδηγήσουν τόσο στο σχηματισμό όσο και στην απομάκρυνση ρύπων

22

Διασπορά: Οι ρύποι μεταφέρονται μακριά από την πηγή από τον άνεμο ενώ

υπεύθυνοι για την κατακόρυφη μεταφορά τους είναι οι τυρβώδεις στρόβιλοι.

Απόθεση: Οι ρύποι τελικά αποτίθενται στην επιφάνεια της γης, με τη μορφή

είτε της ξηρής είτε της υγρής απόθεσης. Ο ρυθμός διαφυγή τους στο διάστημα

θεωρείται αμελητέος.

Σχήμα 2.3 Διεργασίες μέσα σε μία ατμοσφαιρική δεξαμενή

Στο σχήμα 2.3 φαίνεται οι διεργασίες που επιδρούν στη συγκέντρωση ενός ρύπου Χ

μέσα σε ένα ατμοσφαιρικό «κουτί». Η έννοια του ατμοσφαιρικού «κουτιού»

χρησιμοποιείται για να περιγράψει τις διεργασίες μέσα σε μια επιλεγμένη

ατμοσφαιρική περιοχή (όπως π.χ. μια αστική περιοχή) ή ακόμη και σε ολόκληρη την

ατμόσφαιρα. Το «κουτί» σε πολλές περιπτώσεις ονομάζεται δεξαμενή και οι ρύποι

θεωρούνται ότι είναι ομοιογενώς κατανεμημένοι μέσα σε αυτό.

Στο συγκεκριμένο χώρο υπάρχει τόσο εισροή ενός ρύπου, Fin, όσο και εκροή, Fout.

Αν το «κουτί» καλύπτει όλη την ατμόσφαιρα τότε Fin = Fout = 0. Οι υπόλοιπες

διεργασίες που επιδρούν στον ρύπο Χ είναι οι εκπομπές, Ε, η παραγωγή λόγω

χημικών αντιδράσεων, Π, η καταστροφή λόγω χημικών αντιδράσεων, Κ, και η

απόθεση Α. Οι όροι Fin, E, and Π αποτελούν πηγές του X ενώ οι όροι Fout, Κ, και Α

αποτελούν καταβόθρες.

Ο χρόνος παραμονής, τ, του ρύπου Χ ορίζεται σαν ο μέσος χρόνος κατά τον οποίο

ένα μόριο του Χ παραμένει στο «κουτί». Ο χρόνος αυτός εκφράζεται σαν ο λόγος της

μάζας m (kg) του X ως προς τον ρυθμό απομάκρυνσής του (kg s-1):

AKF

m

out

(2.3)

23

Ο χρόνος παραμονής συναντάται στη βιβλιογραφία και με τον όρο χρόνος ζωής.

Αν το «κουτί» καλύπτει όλη την ατμόσφαιρα και εξετάσουμε την μέση κατάσταση

για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα (ακέραιο πολλαπλάσιο του έτους) τότε ο ρυθμός

απομάκρυνσης του ρύπου θα πρέπει να ισούται με τον ρυθμό παραγωγής (αλλιώς οι

συγκεντρώσεις του ρύπου στην ατμόσφαιρα θα αυξανόταν ή θα μειωνόταν συνεχώς).

Αυτό έχει σαν συνέπεια ότι

KFEFoutin (2.4)

Κατά συνέπεια η εξίσωση (2.3) μπορεί να πάρει την μορφή:

m (2.5)

Ο χρόνος παραμονής των ρύπων στην ατμόσφαιρα εξαρτάται κυρίως από τις φυσικές

του ιδιότητες και τη χημική του δραστικότητα. Για τα σωματίδια μεγάλη σημασία

έχει το μέγεθός τους γιατί τα μεγάλου μεγέθους σωματίδια έχουν μεγάλες ταχύτητες

βαρυντικής καθίζησης. Επίσης τα στοιχεία που έχουν μεγάλη χημική δραστικότητα

(π.χ. ΝΟ) και/ή έχουν μεγάλη διαλυτότητα στο νερό (π.χ. ΝΗ3) απομακρύνονται

σχετικά γρήγορα και έχουν χρόνους παραμονής λίγων ωρών μέχρι 1 εβδομάδα.

Σωματίδια τα οποία έχουν μέγεθος μικρότερο από 1 μm ή είναι δυσδιάλυτα στο νερό

(π.χ. Pb, Hg) έχουν χρόνους παραμονής σημαντικά μεγαλύτερους της μίας

εβδομάδας.

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.2

Μέσοι χρόνοι παραμονής στην ατμόσφαιρα διαφόρων ουσιών

Ουσία Χρόνος παραμονής

Ο3 0.4-90 ημέρες

ΝΟ 4-5 ημέρες

ΝΟ2 2-8 ημέρες

ΝΟ3 4-20 ημέρες

ΝΗ4 7-19 ημέρες

Η2S 0.08-2 ημέρες

SΟ2 0.01-7 ημέρες

SO4 3-5 ημέρες

Hg 11-2080 ημέρες

CO 0.9-2.7 έτη

CCl4 1 έτος

CH4 1.5-2 έτη

Freon 16 έτη

CO2 2-10 έτη

24

2.5 Βιογεωχημικοί κύκλοι

Τις τελευταίες δεκαετίες οι επιστήμονες άρχισαν να βλέπουν την γη σαν ένα σύστημα

στο οποίο υπάρχει συνεχής ανταλλαγή διαφόρων στοιχείων ανάμεσα στις κυριότερες

δεξαμενές της, την λιθόσφαιρα, την υγρόσφαιρα, την ατμόσφαιρα και τη βιόσφαιρα

(σχήμα 2.4).

Το σύστημα της γης αποτελείται από ένα σύμπλεγμα των ατόμων των 92 φυσικών

στοιχείων. Η προσθήκη υλικού από το διάστημα, όπως οι μετεωρίτες, καθώς κι η

διαφυγή αερίων στο διάστημα είναι γενικά μικρότερης σημασίας οπότε η βασική

σύνθεση του συστήματος της Γης διατηρήθηκε σχεδόν από την γένεσή της.

Τα άτομα, με την μορφή των διαφόρων μορίων, μετακινούνται συνεχώς ανάμεσα στις

διαφορετικές δεξαμενές του συστήματος της γης (σχήμα 2.4). Ο όρος βιογεωχημικοί

κύκλοι χρησιμοποιείται για να δηλώσει την ροή των στοιχείων ανάμεσα στις

δεξαμενές της γης. Ο όρος επισημαίνει την κυκλική φύση της ροής σε ένα κλειστό

σύστημα. Φυσικές και χημικές διεργασίες και μετασχηματισμοί προσδιορίζουν τον

διαμερισμό ενός υλικού

Σχήμα 2.4 Δεξαμενές του συστήματος της γης και παραδείγματα των διεργασιών με

τις οποίες γίνεται η ανταλλαγή στοιχείων ανάμεσα στις δεξαμενές.

25

ανάμεσα στις διάφορες δεξαμενές. Για παράδειγμα, για μια δεδομένη ποσότητα

άνθρακα στο σύστημα της Γης, ένα κλάσμα βρίσκεται στην ατμόσφαιρα, ένα άλλο

στην υδρόσφαιρα κ.ο.κ. Αυτά τα κλάσματα εξαρτώνται από την διεργασία με την

οποία ο άνθρακας μετακινείται ανάμεσα στις διαφορετικές δεξαμενές, το μέγεθός

τους, και άλλους παράγοντες. Έτσι, ενώ η συγκέντρωση του άνθρακα στην

ατμόσφαιρα είναι μεγάλης σημασίας για την κλιματική αλλαγή, είναι πολύ

σημαντικό, λόγω της κυκλικότητας, να γνωρίζουμε τις διεργασίες και στις υπόλοιπες

δεξαμενές του συστήματος.

Η ανακύκλωση των στοιχείων άνθρακα, αζώτου, θείου, και των αλογόνων χλωρίου,

βρωμίου και ιωδίου μεταξύ της ατμόσφαιρας, της λιθόσφαιρας και της υδρόσφαιρας

είναι πολύ μεγάλης σημασίας για τα είδη ζωής που κατοικούν στον πλανήτη. Στα

κεφάλαια που ακολουθούν θα εξετάσουμε σε συντομία τις ανθρωπογενείς και

φυσικές πηγές αυτών των στοιχείων, τις καταβόθρες αλλά και τις δεξαμενές τους

στην ατμόσφαιρα.

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.3

Η συγκριτική σημασία των δεξαμενών του συστήματος της γης για τα διαφορετικά

στοιχεία.

Στοιχείο Δεξαμενή (σημασία)

Ατμόσφαιρα Υδρόσφαιρα Βιόσφαιρα Λιθόσφαιρα

S Ασήμαντη Μεγάλη Μικρή Μεγάλη

N Μεγάλη Ασήμαντη Μικρή Μέτρια

O Μικρή Μικρή Ασήμαντη Μεγάλη

C Ασήμαντη Μικρή Ασήμαντη Μεγάλη

2.6 Είδη Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης

Η ταξινόμηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας πολλά

διαφορετικά κριτήρια, με βάση τις φυσικές και χημικές ιδιότητες, την προέλευση, τις

επιπτώσεις κ.ά. Μια ενδεικτική ταξινόμηση είναι η παρακάτω:

Α. Περιβάλλον

1. Εσωτερικών χώρων

2. Εξωτερική

Β. Προέλευση

1. Φυσική

α. Γεωχημική

β. Βιολογική

2. Ανθρωπογενής

α. Κοινωνική

β. Επαγγελματική

γ. Προσωπική ρύπανση

26

Γ. Φυσικές Ιδιότητες

1. Αέρια

2. Σωματίδια

α. Λεπτά

β. Μεγάλα

3. Οσμές

Δ. Χρόνος Παραμονής

1. Μόνιμα αέρια

2. Μεταβλητά αέρια

α. Μικροί χρόνοι ζωής

β. Ημιμόνιμα

Ε. Χημική δράση

1. Χημικά ενεργά αέρια

2. Χημικά αδρανή αέρια

3. Ελεύθερες ρίζες

ΣΤ. Προέλευση

1. Πρωτογενείς

α. Πρόδρομοι

2. Δευτερογενείς

Ζ. Κλίμακα

1. Τοπική-αστική

2. Περιφερειακή

3. Παγκόσμια

Η. Δραστικότητα

1. Ρύποι υψηλής τοξικότητας

2. Συνηθισμένοι ρύποι

Ο πιο συνηθισμένος τρόπος ταξινόμησης των ρύπων βασίζεται στην χημική τους

σύνθεση οπότε στα επόμενα κεφάλαια θα παρουσιάσουμε τους κυριότερους ρύπους

με βάση αυτό το κριτήριο

2.7 Ανθρακικές ενώσεις

Όλη η βιοτική ύλη βασίζεται στον άνθρακα και το στοιχείο αυτό είναι ένα θεμελιώδες

τμήμα της ζωής στη Γη. Οι κύριες δεξαμενές του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι το

CO2, το CH4 και το CO αλλά ένα σημαντικό μέρος του ατμοσφαιρικού άνθρακα

αποτελείται από αναρίθμητες άλλες πτητικές οργανικές ενώσεις (υδρογονάνθρακες

πλην του μεθανίου, NMHC)οι οποίες εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από μια ποικιλία

27

πηγών. Η συνολική ποσότητα του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι ~700 x 109 tn,

κυρίως με την μορφή του CO2.

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο με πολύ σημαντική

συνεισφορά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και την παγκόσμια θέρμανση. Δεν

αποτελεί σημαντικό ρύπο, με την παραδοσιακή έννοια, γιατί στις συνηθισμένες

συγκεντρώσεις δεν έχει επιπτώσεις στην υγεία καθώς επίσης δεν συμμετέχει σε

χημικές αντιδράσεις οι οποίες μπορούν να παράγουν άλλους ατμοσφαιρικούς ρύπους.

Για τον λόγο αυτό δεν υπάρχουν σε καμιά χώρα οριακές τιμές για τη συγκέντρωση

του CO2 στην ατμόσφαιρα. Όπως όμως εξηγείται σε επόμενο κεφάλαιο, το διοξείδιο

του άνθρακα είναι το σημαντικότερο θερμοκηπικό αέριο και υπάρχουν περιορισμοί

στις εκπομπές στη ατμόσφαιρα. Οι σημαντικότερες πηγές και καταβόθρες του CO2

παρουσιάζονται στον πίνακα 2.4.

Το μεθάνιο είναι σχετικά άφθονο και σταθερό αέριο στην ατμόσφαιρα. Είναι

θερμοκηπικό αέριο το οποίο απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία 25 φορές πιο

αποτελεσματικά από το διοξείδιο του άνθρακα αλλά λόγω της σημαντικά μικρότερης

συγκέντρωσής του στην ατμόσφαιρα η συνολική συνεισφορά του στο φαινόμενο του

θερμοκηπίου είναι μικρότερη. Το μεθάνιο έχει επίσης μικρή συνεισφορά στον

σχηματισμό του όζοντος, αλλά γενικά αποτελεί έναν μη σημαντικό παράγοντα του

φωτοχημικού νέφους.

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.4

Κυριότερες πηγές και καταβόθρες του CO2

Πηγές Καταβόθρες

Καύσεις

Παραγωγή τσιμέντου

Βιολογικές διαδικασίες

Παραγωγή οξυγόνου από φωτοσύνθεση

Διάλυση σε νερό (κυρίως των ωκεανών)

Παράγεται κυρίως κατά τη βακτηριδιακή αποσύνθεση οργανικής ύλης (αναερόβια

σήψη) στις καλλιέργειες ρυζιού, στους χώρους απόθεσης απορριμμάτων και από το

πεπτικό σύστημα των μηρυκαστικών ζώων (πίνακας 2.5). Το μεθάνιο παράγεται

επίσης στο έδαφος από την αποσύνθεση απολιθωμένου άνθρακα. Με την διεργασία

αυτή παράγεται το φυσικό αέριο το οποίο περιέχει περισσότερο από 90% μεθάνιο. Ο

ρυθμός διάλυσης του μεθανίου στους ωκεανούς είναι σχετικά μικρός. Περίπου 80%

της συγκέντρωσής του στην ατμόσφαιρα είναι βιογενούς προελεύσεως.

28

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.5

Κυριότερες πηγές και καταβόθρες του CH4

Πηγές Καταβόθρες

Φυσικές πηγές

Υγροβιότοποι 165 Τg/y

Τερμίτες 20

Ωκεανοί 15

Ανθρωπογενείς πηγές

Ενέργεια 110 Τg/y

Μηρυκαστικά 115

Καλλιέργεια ρυζιού 60

Καύση βιομάζας 40

Ορυχεία 40

Κατεργασία αποβλήτων 25

Χημικοί μετασχηματισμοί

Απορρόφηση από το έδαφος, τους πάγους

και τους ωκεανούς

Βακτηριδιακή δράση

Σχήμα 2.5 Κατανομή των ανθρωπογενών πηγών του μεθανίου

29

Το Μονοξείδιο του άνθρακα είναι άχρωμο, άοσμο και άγευστο αέριο. Η σημασία

του στον σχηματισμό του όζοντος στις αστικές περιοχές είναι γενικά μικρή ενώ είναι

ο ρόλος του στον σχηματισμό του όζοντος υποβάθρου είναι γενικά μεγαλύτερος.

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.6

Κυριότερες πηγές και καταβόθρες του CO

Πηγές Καταβόθρες

(Ατελείς) καύσεις ορυκτών καυσίμων

(ιδιαίτερα σε μέσα μεταφοράς)

(Ατελείς) καύσεις βιομάζας

Οξείδωση μεθανίου

Οξείδωση NMHC

Βιολογικές διαδικασίες

Οξείδωση προς CO2

Διάλυση σε νερό

Το CO είναι μία σημαντική συνιστώσα της αστικής ρύπανσης και της ρύπανσης

εσωτερικών χώρων λόγω των επιβλαβών συνεπειών του στην υγεία του ανθρώπου.

Συναντάται στις αστικές περιοχές σε πολύ υψηλά επίπεδα και μέσα σε σήραγγες

μπορεί να φθάσει και σε συγκεντρώσεις της τάξης των 50 ppm. Για την προστασία

της υγείας υπάρχουν θεσμοθετημένες οριακές τιμές για τη συγκέντρωσή του στην

ατμόσφαιρα (βλέπε επόμενο κεφάλαιο).

Οι σημαντικότερες πηγές του CO στην ατμόσφαιρα εμφανίζονται στον πίνακα

2.6 Μια πολύ σημαντική πηγή είναι η ατελής καύση σε οχήματα εντός και εκτός

δρόμου (ΙΧ, φορτηγά, αεροπλάνα κ.ά.) ενώ η σημαντικότερη καταβόθρα είναι η

χημική μετατροπή σε CO2. Οι εκπομπές του CO στις ανεπτυγμένες χώρες εμφανίζουν

μειωτική τάση, κυρίως λόγω της χρήσης καταλυτικών μετατροπέων στα οχήματα

(σχήμα 2.6)

Σχήμα 2.6 Τάση των εκπομπών CO στις Ηνωμένες Πολιτείες και στην Ευρωπαϊκή

Ένωση

30

Όπως προαναφέρθηκε, η έκθεση σε υψηλές συγκεντρώσεις CO προκαλεί σημαντικές

επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Οι επιδράσεις του CO στην ανθρώπινη υγεία

οφείλονται, κατά κύριο λόγο στον σχηματισμό της καρβοξυαιμοσφαιρίνης (HbCO) η

οποία υπονομεύει την ικανότητα μεταφοράς οξυγόνου στους ιστούς του οργανισμού.

Η λειτουργία αυτή επιτελείται από την αιμοσφαιρίνη του αίματος η οποία όταν έρθει

σε επαφή με το οξυγόνο σχηματίζει οξυ-αιμοσφαιρίνη

22 HbOOHb (2.6)

Η οξυ-αιμοσφαιρίνη μεταφέρει το οξυγόνο στους ιστούς του οργανισμού. Η χημική

συγγένεια του CO με την ενεργή θέση της αιμοσφαιρίνης είναι πολύ μεγαλύτερη από

την αντίστοιχη του O2 οπότε ακόμη και χαμηλές, σχετικά, συγκεντρώσεις του

διοξειδίου του άνθρακα μπορούν να δεσμεύσουν σημαντική ποσότητα αιμοσφαιρίνης

HbCOCOHb (2.7)

Ο σχηματισμός της καρβοξυαιμοσφαιρίνης είναι μια αμφίδρομη διαδικασία αλλά ο

ισχυρός δεσμός του CO με την αιμοσφαιρίνη έχει σαν αποτέλεσμα η απομάκρυνση

της HbCO από το αίμα να απαιτεί μεγάλα, σχετικά, χρονικά διαστήματα, από 2 έως

6.5 ώρες.

Έκθεση στο μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να οφείλεται, κυρίως, σε τέσσερις πηγές:

α. Στην ρύπανση του περιβάλλοντα αέρα, κυρίως από τα οχήματα

β. Στην ρύπανση εσωτερικών χώρων, η οποία μπορεί να προκληθεί από ατελείς

καύσεις χωρίς σύστημα απαγωγής των καυσαερίων (π.χ. μαγκάλι, πυρκαγιές κ.ά.)

γ. Από επαγγελματική ρύπανση (π.χ. πυροσβέστες σε σπίτια που καίγονται,

τροχονόμοι που εργάζονται πολλές ώρες στο κέντρο της πόλης, εργάτες σε χυτήρια

κ.ά.)

δ. Προσωπική ρύπανση, κυρίως από το κάπνισμα

Μελέτη που πραγματοποιήθηκε σε περίπτερα της κεντρικής Θεσσαλονίκης έδειξε ότι

για τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα που επικρατούν στο κέντρο της πόλης δεν

προκύπτουν σημαντικές επιπτώσεις στην υγεία ενώ αντίθετα οι επιπτώσεις από το

κάπνισμα είναι σημαντικά μεγαλύτερες (σχήμα 2.7)

31

0-0,4 0,4-0,8 0,8-1,2 1,2-1,6 1,8-2,2 2,2-2,4 2,4-2,8 2,8-3,2 3,2-3,6 3,6-4,0 8-8,4 9,6-10,0

0

5

10

15

20

25

Αρ

ιθμ

ός Π

εριπ

τέρ

ων

Ποσοστό Καρβοξυαιμοσφαιρίνης(%)

Kαπνιστές (Χειμερινή Περίοδος)

0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0,6-0,7 0,7-0,8 0,8-0,9 0,9-1,0 1,4-1,5

0

5

10

15

20

25

30

Αρ

ιθμ

ός

Περ

ιπτέ

ρω

ν

Ποσοστό Καρβοξυαιμοσφαιρίνης (%)

Μη Καπνιστές (Χειμερινή Περίοδος)

Σχήμα 2.7 Ποσοστό καρβοξυαιμοσφαιρίνης στους εργαζόμενους στα περίπτερα της

κεντρικής Θεσσαλονίκης.

32

2.8 Ενώσεις Του Θείου

Το Θείο ήταν γνωστό από τους προϊστορικούς χρόνους. Τα ιατρικά βιβλία του

Διοσκουρίδη, του μεγαλύτερου φαρμακολόγου και βοτανολόγου της αρχαιότητας,

αναφέρουν το θείο ενώ οι Αιγύπτιοι αλχημιστές το γνώριζαν σαν ένα ορυκτό το οποίο

μπορεί να λιώσει και να καεί. Ακόμη στο βιβλίο της Γένεσης αναφέρεται ότι τα

Σόδομα και τα Γόμορρα καταστράφηκαν από μια βροχή από «Θειάφι και φωτιά». Η

περιγραφή αυτή ταιριάζει με τις συνέπειες από μια έκρηξη ηφαιστείου. Σήμερα, το

θείο χρησιμοποιείται για τη θεραπεία πολλών δερματικών παθήσεων. Αξίζει τέλος να

αναφέρουμε ότι το θείο καίγεται στον αέρα με μια χαρακτηριστική μπλε φλόγα, με

κυριότερο προϊόν το διοξείδιο του θείου.

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.7

Παγκόσμιες εκπομπές θειου

ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ

<120106 ΤΌΝΟΥΣ/ΕΤΟΣ 1880: ΑΜΕΛΗΤΕΕΣ

1950: <50106 ΤΌΝΟΥΣ/ΕΤΟΣ

1993: ~150106 ΤΌΝΟΥΣ/ΕΤΟΣ

Σχήμα 2.8 Παγκόσμιος κύκλος του θείου

33

Οι ανθρωπογενείς εκπομπές του θείου στη ατμόσφαιρα είναι ~78 Τg (S) a-1 (πίνακας

2.7). Οι εκπομπές από φυσικές πηγές έχουν παρόμοιο μέγεθος, πιθανότατα είναι λίγο

μικρότερες. Κατά συνέπεια, οι ανθρωπογενείς πηγές έχουν πολύ μεγάλη σημασία στο

παγκόσμιο ισοζύγιο θείου.

Οι ενώσεις του θείου που θα μας απασχολήσουν εδώ είναι το υδρόθειο, Η2S, και το

διοξείδιο του θείου, SO2. Ο παγκόσμιος κύκλος του θείου εμφανίζεται στο σχήμα 2.8.

Το υδρόθειο είναι ένα εύφλεκτο, άχρωμο αέριο με χαρακτηριστική οσμή κλούβιων

αυγών. Εμφανίζεται φυσικά στο αργό πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, τα ηφαιστειακά

αέρια και τις ιαματικές πηγές. Μπορεί επίσης να παραχθεί από τη βακτηριδιακή

αποσύνθεση οργανικής ύλης. Παράγεται επίσης από ανθρώπινα και ζωικά

περιττώματα. Το υδρόθειο εκπέμπεται επίσης από βιομηχανικές δραστηριότητες

όπως η επεξεργασία τροφών, οι φούρνοι κοκ, τα βυρσοδεψία, η παραγωγή χαρτιού

και τα διυλιστήρια. Το Η2S που υπάρχει στο αργό πετρέλαιο και στο φυσικό αέριο

χρησιμοποιείται για την παραγωγή θείου, το οποίο έχει μεγάλη εμπορική αξία.

Το υδρόθειο είναι όξινο αέριο το οποίο αντιδρά με αλκαλικά υλικά και με μέταλλα.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα ασημικά μαυρίζουν με τον χρόνο. Σε

μακροχρόνια έκθεση σε ρυπασμένη ατμόσφαιρα σχηματίζεται σουλφίδιο του

αργύρου το οποίο είναι μαύρο.

Το Η2S θεωρείται γενικά δηλητήριο ευρέως φάσματος γιατί μπορεί να δηλητηριάσει

πολλά όργανα του σώματος. Η εισπνοή πολύ υψηλών επιπέδων υδροθείου μπορεί να

καταστρέψει το οσφρητικό νεύρο (κάνοντας αδύνατη την ανίχνευσή του με την

όσφρηση) και να προκαλέσει τον θάνατο σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Η έκθεση

σε χαμηλότερα επίπεδα μπορεί να οδηγήσει σε ερεθισμό των ματιών, φαρυγγίτιδα και

βήχα, δύσπνοια και υγρά στους πνεύμονες. Αυτά τα συμπτώματα εξαφανίζονται μετά

από μερικές εβδομάδες. Η μακροχρόνια έκθεση σε χαμηλά επίπεδα μπορεί να

οδηγήσει σε κόπωση, απώλεια της όρεξης, πονοκεφάλους, κακή μνήμη και ιλίγγους.

Το διοξείδιο του θείου είναι άχρωμο αέριο το οποίο είναι άοσμο σε χαμηλές

συγκεντρώσεις, γίνεται αντιληπτό ήδη στα 300 ppbv ενώ εμφανίζει έντονη ερεθιστική

οσμή σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις > 500 ppbv. Το SO2 παρουσιάζει επίσης μεγάλη

διαλυτότητα στο νερό.

Το SO2 έχει πολλές σημαντικές χρήσεις. Ήδη από τα αρχαία χρόνια χρησιμοποιούταν

για απολύμανση με καπνό (υπάρχει σχετική αναφορά και στον Όμηρο). Είναι

μυκητοκτόνο και έχει ευρείες τοξικές επιδράσεις στους μικροοργανισμούς.

Χρησιμοποιείται λοιπόν για απολύμανση και διατήρηση τροφών και κρασιών. Τα

αποξηραμένα φρούτα κατεργάζονται με SO2 το οποίο εμποδίζει την αλλαγή

χρώματος ενώ διατηρεί και το φρούτο. Το διοξείδιο του θείου χρησιμοποιείται επίσης

ευρέως στην ζυθοποιία (εμποδίζει τον σχηματισμό των νιτροζαμινών, καρκινογόνων

χημικών ουσιών) και την οινοποιία, κυρίως σαν συντηρητικό. Συμμετέχει σε μια

ομάδα συντηρητικών τα οποία επιτρέπεται να χρησιμοποιούνται σε τροφές και είναι

όμως υπεύθυνο για αντιδράσεις αλλεργικού τύπου σε ασθματικούς και άτομα με

34

άλλες αλλεργικές παθήσεις τα οποία καταναλώνουν αυτές τις τροφές. Το διοξείδιο

του θείου είναι επίσης υπεύθυνο για τον πονοκέφαλο που εμφανίζεται πολλές φορές

μετά την κατανάλωση, γλυκών κυρίως, κρασιών. Χρησιμοποιείται επίσης σαν

λευκαντικό για το χαρτί, τα υφάσματα κτλ.

Οι κυριότερες πηγές και καταβόθρες εμφανίζονται στον πίνακα 2.8. Το 80% των

ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του θείου προέρχεται από την καύση ορυκτών

καυσίμων από σταθερές πηγές (βιομηχανία, θέρμανση).

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.8

Κυριότερες πηγές και καταβόθρες του SO2

Πηγές

Καταβόθρες

Ηφαίστεια

Καύση ορυκτών καυσίμων

Οξείδωση DMS

Οξείδωση υδρόθειου

Χημικές αντιδράσεις

Υγρή και ξηρή απόθεση

Από το ποσοστό αυτό, το 85% αποτελεί εκπομπές από σταθμούς παραγωγής

ηλεκτρικής ενέργειας ενώ μόνο το 2% οφείλεται στις εκπομπές του τομέα των

μεταφορών. Σημαντικές πηγές αποτελούν επίσης τα διυλιστήρια πετρελαίου και τα

εργοστάσια επεξεργασίας χαλκού. Από τις φυσικές πηγές πολύ σημαντικές είναι τα

ηφαίστεια και η οξείδωση των φυσικά παραγομένων DMS (κυρίως από τα φύκια και

τα βακτήρια των ωκεανών) και H2S.

Το διοξείδιο του θείου μπορεί να προκαλέσει σοβαρά αναπνευστικά προβλήματα

στον άνθρωπο αλλά και αλλοιώσεις στη βλάστηση και τα μέταλλα. Μειώνει την

ορατότητα της ατμόσφαιρας και αυξάνει την οξύτητα των επιφανειακών υδάτων

(λιμνών και ποταμών). Τέλος, επιδρά στα δομικά υλικά και προκαλεί σημαντικές

φθορές στο πολιτιστική μας κληρονομιά καθώς το Η2SO4 προσβάλει το ανθρακικό

ασβέστιο των μαρμάρων και το μετατρέπει σε γύψο. Μια από τις σημαντικότερες

επιπτώσεις του SO2 είναι η συνεισφορά του στο φαινόμενο της όξινης βροχής.

Λεπτομέρειες για την όξινη βροχή παρουσιάζονται σε επόμενο κεφάλαιο.

Σχήμα 2.9 Διαχρονική εξέλιξη των εκπομπών του θείου.

35

2.9 Ενώσεις του αζώτου

Το άζωτο ανακαλύφθηκε από τον Σκωτσέζο φυσικό Daniel Rutherford το 1772. Το

Ν2 υπάρχει παντού γύρω μας μιας και αποτελεί το ~78% του αέρα που αναπνέουμε.

Συνολικά η ατμόσφαιρα της γης περιέχει 4,000 τρισεκατομμύρια τόνους αζώτου. To

99.9999% της συνολικής ποσότητας του αζώτου στην ατμόσφαιρα συναντάται με την

μορφή του N2 ενώ το N2O είναι υπεύθυνο για το 99% της εναπομείνασας ποσότητας.

Παρά την αφθονία του στην ατμόσφαιρα, το ελεύθερο άζωτο δεν μπορεί να

χρησιμοποιηθεί από τα ζώα και τα φυτά. Προκειμένου να εισέλθει σε ζώντες

οργανισμούς, το άζωτο πρέπει να είναι «δεσμευμένο» σε συστατικά όπως είναι τα

νιτρικά (ΝΟ3-) και η αμμωνία (NH3). ‘Ένα μέρος του ατμοσφαιρικού αζώτου

δεσμεύεται από τις αστραπές και τους κεραυνούς και από φωτοσυνθετικά βακτήρια

στους ωκεανούς. Παρ’ όλα αυτά το κύριο τμήμα της δέσμευσης του N2 λαμβάνει

χώρα στο έδαφος από δύο ειδών βακτήρια: αυτά που ζουν ελεύθερα στο έδαφος και

αυτά που ζουν κλεισμένα στις ρίζες συγκεκριμένων οσπριωδών φυτών, όπως είναι το

τριφύλλι, το μπιζέλι, το φασόλι, η σόγια και το φιστίκι. Στην πρώτη κατηγορία

ανήκουν τα σαπρόφυτα τα οποία χρησιμοποιούν την ενέργεια από αποσυντιθέμενη

οργανική ύλη για την δέσμευση του αζώτου. Στην δεύτερη κατηγορία

περιλαμβάνονται τα ριζόβια τα οποία ζουν συμβιωτικά με τα φυτά και τα οποία

χρησιμοποιούν υδρογονάνθρακες από τα φυτά για την δέσμευση του αζώτου και την

παραγωγή αμινοξέων. Τα αμινοξέα χρησιμοποιούνται από τα φυτά για την ανάπτυξή

τους. Τα ζώα χρησιμοποιούν τα φυτά σαν τροφή και μετατρέπουν την φυτική

πρωτεΐνη σε ζωική πρωτεΐνη. Έχει υπολογισθεί ότι 1 στρέμμα οσπρίων μπορεί να

δεσμεύσει περισσότερο από 34 κιλά Ν2. Μετά τη συγκομιδή, οι ρίζες των οσπρίων

που μένουν στο έδαφος αποσυντίθεται και αποδίδουν τις ουσίες του οργανικού

αζώτου στο έδαφος για χρήση από την επόμενη γενιά φυτών. Για το λόγο αυτό σε

πολλές περιπτώσεις γίνεται εναλλαγή των καλλιεργειών (μεταξύ οσπριωδών και μη

οσπριωδών) ώστε να διατηρηθεί η γονιμότητα του εδάφους.

Οι ενώσεις οι οποίες θα μας απασχολήσουν εδώ είναι το υποξείδιο του αζώτου (Ν2Ο),

η αμμωνία (NH3) τα οξείδια του αζώτου (ΝΟx) και οργανικές ενώσεις αζώτου.

Το Υποξείδιο του Αζώτου είναι άχρωμο, υπόγλυκο, μη τοξικό αέριο. Στην

ατμόσφαιρα εμφανίζεται σε τυπικές συγκεντρώσεις της τάξης ~0.2 ppm. Το Ν2Ο

είναι επίσης γνωστό και σαν αέριο του γέλιου και χρησιμοποιείται, ήδη από το 1840,

σαν αναισθητικό στην οδοντιατρική και την ιατρική.

Σε συνηθισμένες θερμοκρασίες το Ν2Ο είναι αδρανές και γι’ αυτό χρησιμοποιείται

ευρέως σαν προωθητικό αέριο στην θέση των CFCs. Σε υψηλές θερμοκρασίες όμως

λαμβάνει χώρα εξώθερμη αποσύνθεση του Ν2Ο σε οξυγόνο και άζωτο.

Αν η αντίδραση λάβει χώρα σε μηχανή εσωτερικής καύσης ενός αυτοκινήτου,

παράγονται τρία μόρια αερίου από δύο μόρια, ενισχύοντας τη ισχύ καθώς επίσης

36

απελευθερώνοντας περισσότερη θερμότητα. Για τον λόγο αυτό το Ν2Ο

χρησιμοποιείται πολλές φορές σε αγωνιστικά αυτοκίνητα ώστε να ενισχυθεί η ισχύς

και να αποκτήσει το αυτοκίνητο εξαιρετική επιτάχυνση.

Όπως θα εξηγήσουμε σε επόμενο κεφάλαιο το Ν2Ο είναι θερμοκηπικό αέριο με

σημαντική συνεισφορά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Επίσης παρουσιάζει

ενδιαφέρον στη χημεία της στρατόσφαιρας όπου οξειδώνεται σε ΝΟ και επηρεάζει

σημαντικά το στρατοσφαιρικό όζον.

Η αμμωνία (ΝΗ3) είναι ένα άχρωμο αέριο με οξεία, ερεθιστική οσμή. Είναι

εξαιρετικά διαλυτή στο νερό ενώ επίσης είναι ελαφρύτερη του αέρα. Παρά το

γεγονός ότι έχει σχετικά μικρό χρόνο παραμονής, η αμμωνία είναι η τρίτη σε αφθονία

ένωση του αζώτου στην ατμόσφαιρα (μετά το Ν2 και το Ν2Ο). Με φυσικό τρόπο η

αμμωνία παράγεται από την αναερόβια αποσύνθεση οργανικού υλικού. Η αμμωνία

είναι το πρώτο σύνθετο μόριο που αναγνωρίσθηκε στον διαστρικό χώρο και τα

δαχτυλίδια του Κρόνου αποτελούνται από στερεή αμμωνία.

Η αμμωνία είναι σε μεγάλο βαθμό ένα προϊόν των βιολογικών δράσεων και

περιλαμβάνεται σε μεγάλες ποσότητες στ Τεράστιες ποσότητες αμμωνίας παράγονται

σε όλο τον κόσμο για βιομηχανική χρήση. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της

παραγωγής (~70%) χρησιμοποιείται για λιπάσματα. Η αμμωνία απορροφάται άμεσα

και αποτελεσματικά από το έδαφος έτσι ώστε μόνο ένα μικρό σχετικά μέρος της

χάνεται στην ατμόσφαιρα. Παρ’ όλα αυτά, οι αγροτικές δραστηριότητες, τόσο η

γεωργία όσο και η κτηνοτροφία, είναι υπεύθυνες για το μεγαλύτερο μέρος των

ανθρωπογενών εκπομπών ΝΗ3 στην ατμόσφαιρα.

Η αμμωνία είναι το μοναδικό βασικό αέριο στην ατμόσφαιρα. Κατά συνέπεια είναι

αποκλειστικά υπεύθυνη για την ουδετεροποίηση των οξέων που παράγονται από την

οξείδωση των SO2 και ΝΟ2. Από αυτή την διεργασία παράγονται αερολύματα

(ammonium salts of sulfuric and nitric acid).

Τα οξείδια του αζώτου με την μεγαλύτερη περιβαλλοντική σημασία είναι το μονοξείδιο

και το διοξείδιο. Το άθροισμα των συγκεντρώσεων τους στην ατμόσφαιρα συμβολίζεται

πολλές φορές σαν ΝΟx.

Το Μονοξείδιο του Αζώτου (ΝΟ) είναι ένα άχρωμο, άγευστο και άοσμο αέριο. Η

σημαντικότερη ανθρωπογενής πηγή του ΝΟ είναι η καύση ορυκτών καυσίμων και

βιομάζας. Προέρχεται από την αντίδραση του υδρογόνου και του οξυγόνου του αέρα

στις υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στις μηχανές καύσης.

NOON 222 (2.9)

Ακόμη, το ΝΟ εκπέμπεται από μικρόβια στο χώμα και τα φυτά. Στον αέρα το ΝΟ

οξειδώνεται σχετικά γρήγορα και παράγει διοξείδιο του αζώτου. Στα επίπεδα στα οποία

37

συνήθως συναντάται στις αστικές περιοχές, τo NO δεν έχει σημαντικές επιπτώσεις στην

υγεία. Η περιβαλλοντική του σημασία προκύπτει κατά κύριο λόγο από το γεγονός ότι

αποτελεί πρόδρομο ρύπο του όζοντος, του νιτρικού οξέος και του νιτρικού άλατος.

Έτσι, έμμεσα έχει συμμετοχή στην φωτοχημική ρύπανση, την όξινη βροχή και των

παγκόσμιων αλλαγών, αντίστοιχα.

Το διοξείδιο του Αζώτου (ΝΟ2) είναι ένα καφέ αέριο με ισχυρή οσμή. Το χρώμα του

οφείλεται στο γεγονός ότι απορροφά ορατή ακτινοβολία σε μικρά μήκη κύματος που

αντιστοιχούν στο γαλάζιο και το πράσινο, διαβιβάζοντας τα υπόλοιπα μήκη κύματος.

Το ΝΟ2 εκπέμπεται πρωτογενώς από τις μηχανές εσωτερικής καύσεως. Θεωρείται,

όμως, ότι από τα συνολικά NΟx που εκπέμπονται το 90% είναι με την μορφή

μονοξειδίου και μόνο το 10% με την μορφή του διοξειδίου του αζώτου. Κατά

συνέπεια, η σημαντικότερη πηγή του είναι η οξείδωση του ΝΟ. Το ΝΟ2

απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα κυρίως μέσω φωτόλυσης και χημικών

αντιδράσεων (περισσότερες λεπτομέρειες παρακάτω) αλλά και μέσω διάλυσης στο

νερό των ωκεανών.

Φωτοχημικό νέφος

Όταν επικρατούν υψηλά επίπεδα ρύπανσης έχει επικρατήσει στον καθημερινό λόγο

να χρησιμοποιούμε τον όρο «Νέφος». Αντίστοιχα στην Αγγλική γλώσσα μιλάμε για

SMOG (αιθαλομίχλη). Η λέξη είναι σύνθετη και προέρχεται από τις λέξεις SMOke

(αιθάλη) και foG (ομίχλη). Η βιομηχανική αιθαλομίχλη προκαλείται σχεδόν

αποκλειστικά από την κατανάλωση καυσίμων υλών, ειδικά κάρβουνου, σε στάσιμες

πηγές όπως είναι οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας και τα χυτήρια. Τα βασικά

συστατικά της βιομηχανικής αιθαλομίχλης είναι τα οξείδια του θείου και τα

αιωρούμενα σωματίδια. Συνδυάζεται συνήθως με υψηλή σχετική υγρασία και συχνά

ονομάζεται και Νέφος Αιθαλομίχλης. Η αιθαλομίχλη σχηματίζεται ευκολότερα από

την ομίχλη και διαρκεί περισσότερο απ΄ αυτήν. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι

τοποθεσίες τις οποίες οι άνθρωποι επέλεξαν να χτίσουν τις περισσότερες πόλεις

χαρακτηρίζονται από κακό εξαερισμό, πράγμα το οποίο ευνοεί τον σχηματισμό

αιθαλομίχλης. Μέχρι την δεκαετία του 1960 το Λονδίνο φημιζόταν για την πυκνή

ομίχλη του που σε πολλές περιπτώσεις περιόριζε την ορατότητα σε λίγα μέτρα. Λόγω

της κακής κυκλοφορίας του αέρα, η επίμονη ομίχλη πολλές φορές διαρκούσε μερικές

ημέρες.

Αντίθετα, η ατμοσφαιρική ρύπανση σε πολλές σύγχρονες πόλεις προκαλείται από

εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα, οξειδίων του αζώτου και υδρογονανθράκων τα

οποία με την παρουσία του ηλιακού φωτός αντιδρούν μεταξύ τους σχηματίζοντας την

φωτοχημική αιθαλομίχλη.

Κύρια πηγή υδρογονανθράκων είναι η χλωρίδα και κυρίως τα δέντρα, ενώ το

μεγαλύτερο ποσοστό από τις ανθρώπινες δραστηριότητες προέρχεται από την καύση

ορυκτών καυσίμων και από τις διαφεύγουσες εκπομπές μηχανών εσωτερικής καύσης

και από διυλιστήρια πετρελαίου. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, κύρια πηγή τους

είναι οι κεντρικές θερμάνσεις και η βιομηχανία ενώ το καλοκαίρι (λόγω αυξημένων

38

εξατμίσεων) το μεγαλύτερο ποσοστό τους προέρχεται από τα αυτοκίνητα. Στην

ατμόσφαιρα οι υδρογονάνθρακες διασπώνται χημικά σε υπεροξικές ρίζες, οι οποίες

συμβολίζονται με RO2. Οι υπεροξικές ρίζες και τα οξείδια του αζώτου σχηματίζουν

όζον μέσω των παρακάτω αντιδράσεων:

RONORONO 22 (2.10)

223 ONOONO (2.11)

ONOnmhNO 4302802 (2.12)

MOMOO 32 (2.13)

Από τις παραπάνω εξισώσεις προκύπτουν, μεταξύ άλλων, τα παρακάτω

συμπεράσματα:

1. Για την παραγωγή όζοντος είναι απαραίτητη η φωτοδιάσπαση του ΝΟ2 η

οποία οφείλεται στην ηλιακή ακτινοβολία.

2. Το ΝΟ και το Ο3 αντιδρούν μεταξύ τους σχηματίζοντας ΝΟ2. Κατά συνέπεια

σε περιοχές με υψηλά επίπεδα ΝΟ (π.χ. σε ένα δρόμο με υψηλή κυκλοφορία

οχημάτων) το Ο3 εμφανίζει χαμηλές συγκεντρώσεις.

3. Η εξίσωση (2.12) περιγράφει την αντίδραση τριών σωμάτων. Το Μ παίζει το

ρόλο καταλύτη και στην ατμόσφαιρα είναι συνήθως ένα αδρανές αέριο, κυρίως το Ο2

και το Ν2.

Στο σχήμα 2.10 φαίνεται η τυπική ημερήσια πορεία των συγκεντρώσεων των ΝΟx

και το O3 σε μια αστική περιοχή. Η χρονική εξέλιξη των συγκεντρώσεων οφείλεται

τόσο σε παράγοντες εκπομπών (π.χ. πρωινό μέγιστο κυκλοφορίας) όσο και σε

χημικούς (π.χ. αντιδράσεις (2.10)-(2.13) μεταξύ των συστατικών του φωτοχημικού

νέφους) και μετεωρολογικούς (π.χ. ηλιακή ακτινοβολία και κακές συνθήκες

διασποράς τις πρωινές ώρες) παράγοντες.

Στο σχήμα 2.11 εμφανίζεται η κατανομή των ανθρωπογενών εκπομπών των

προδρόμων ρύπων του όζοντος στην Ευρωπαϊκή Ένωση ανά τομέα. (πρόδρομοι

ρύποι του όζοντος θεωρούνται τα οξείδια του αζώτου (NOx), οι πτητικές οργανικές

ενώσεις πλην του μεθανίου (NMVOC’s) και του μονοξειδίου του άνθρακα). Όπως

φαίνεται από το σχήμα αυτό την κύρια ευθύνη έχουν οι οδικές μεταφορές.

39

Σχήμα 2.10 Ημερήσια πορεία των επιπέδων φωτοχημικής ρύπανσης σε αστική

περιοχή.

Σχήμα 2.11 Εκπομπές των προδρόμων ρύπων του όζοντος στην Ευρωπαϊκή Ένωση

ανά τομέα (1999)

40

2.10 Αιωρούμενα σωματίδια

Γενικά

Τα σωματίδια στην ατμόσφαιρα διαφέρουν από τα αέρια σε δύο σημεία. Πρώτον ένα

αέριο αποτελείται από ξεχωριστά άτομα ή μόρια τα οποία είναι διαχωρισμένα ενώ

ένα σωματίδιο αποτελείται από μια συνάθροιση μορίων και ατόμων δεσμευμένα

μεταξύ τους. Κατά συνέπεια, τα σωματίδια έχουν μέγεθος μεγαλύτερο από τα άτομα

και τα μόρια των αερίων (σχήμα 2.12). Κατά δεύτερον, σε αντίθεση με τα αέρια τα

σωματίδια βρίσκονται σε υγρή ή στερεή φάση. Οι όροι αιωρούμενα σωματίδια και

αερολύματα (αerosols) χρησιμοποιούνται σε πολλές περιπτώσεις αδιάκριτα.

Τα αιωρούμενα σωματίδια έχουν τυπικά διάμετρο από 0.01 έως 10 μm. Τα μικρότερα

σωματίδια αυξάνονται ραγδαία μέσω συμπύκνωσης ενώ τα μεγαλύτερα σωματίδια

αποτίθενται γρήγορα στο έδαφος λόγω βαρυντικής καθίζησης. Πολλές φορές η

συγκέντρωση των σωματιδίων αντιπροσωπεύεται από τον αριθμό σωματιδίων ανά

μονάδα όγκου αέρα αλλά συνήθως μετρείται σαν η μάζα των σωματιδίων ανά μονάδα

όγκου αέρα. Σε αντίθεση με τους αέριους ρύπους, για τον πλήρη χαρακτηρισμό των

αιωρούμενων σωματιδίων δεν επαρκεί μόνο η συγκέντρωσή τους αλλά απαιτούνται

επίσης πληροφορίες για την κατανομή του μεγέθους τους και την χημική σύστασή

τους.

Τα αιωρούμενα σωματίδια στην ατμόσφαιρα έχουν πολύ σημαντικές

περιβαλλοντικές συνέπειες.

Σε υψηλές συγκεντρώσεις αποτελούν ένα σημαντικό κίνδυνο για την υγεία

του αναπνευστικού.

Απορροφούν και διαχέουν την ορατή ακτινοβολία περιορίζοντας την

ορατότητα της ατμόσφαιρας και συμβάλλοντας αρνητικά στο φαινόμενο του

θερμοκηπίου.

Χρησιμεύουν σαν πυρήνες συμπύκνωσης για την δημιουργία νεφών.

Έχουν σημαντικό ρόλο σε χημικές αντιδράσεις.

41

Σχήμα 2.12 Χαρακτηριστικά μεγέθη διαφόρων .

Όπως προαναφέρθηκε, ο χρόνος παραμονής τους στην ατμόσφαιρα εξαρτάται τόσο

από το μέγεθος τους όσο και από το ατμοσφαιρικό στρώμα στο οποίο βρίσκονται.

Έτσι ο μέσος χρόνος ζωής στην κατώτερη τροπόσφαιρα είναι 5 ημέρες ενώ στην

ανώτερη τροπόσφαιρα φθάνει τον 1 μήνα. Όταν τα σωματίδια βρεθούν στη

στρατόσφαιρα, π.χ. λόγω της έκρηξης ηφαιστείου, ο χρόνος παραμονής φθάνει τα 2-3

χρόνια.

Το μεγαλύτερο μέρος της μάζας των αερολυμάτων βρίσκεται στην κατώτερη

τροπόσφαιρα. Αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο στο γεγονός ότι οι σημαντικότερες

πηγές εκπομπής βρίσκονται κοντά στο έδαφος οπότε οι μικροί, σχετικά, χρόνοι

παραμονής των αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα δεν αφήνουν μεγάλα χρονικά

περιθώρια για την μεταφοράς τους σε μεγάλα ύψη.

Έτσι, οι συγκεντρώσεις των αερολυμάτων στην ανώτερη τροπόσφαιρα είναι 1-2

τάξεις μεγέθους μικρότερη από τις αντίστοιχες στην κατώτερη τροπόσφαιρα. Αυτός

είναι και ο κυριότερος λόγος που η ορατότητα βελτιώνεται δραματικά όταν

ξεπεράσουμε τα χαμηλότερα 1-2 χιλιόμετρα της ατμόσφαιρας. Παρ’ όλα αυτά στην

στρατόσφαιρα υπάρχει ένα σημαντικό στρώμα αερολυμάτων H2SO4-H2O στο ύψος

~15-25 χιλιομέτρων, το οποίο παίζει σημαντικό ρόλο στη χημεία του όζοντος. Το

στρώμα αυτό προέρχεται κυρίως από την οξείδωση του σουλφιδίου του καρβονυλίου

(COS), ενός αερίου βιογενούς προέλευσης το οποίο έχει σημαντικό χρόνο παραμονής

στην ατμόσφαιρα και μπορεί να εισχωρήσει στη στρατόσφαιρα.

42

Πηγές και καταβόθρες

Τα αιωρούμενα σωματίδια είναι τόσο πρωτογενούς όσο και δευτερογενούς

προέλευσης και προέρχονται τόσο από ανθρωπογενείς όσο και φυσικές πηγές (σχήμα

2.13). Οι φυσικές πηγές μάλιστα είναι υπεύθυνες για το 70-90% του συνόλου των

αιωρουμένων σωματιδίων (Πίνακας 2.9)

Τα αιωρούμενα σωματίδια στην ατμόσφαιρα προέρχονται κυρίως από τη

συμπύκνωση αερίων και την δράση του ανέμου πάνω στην επιφάνεια της γης. Τα

μικρότερα σωματίδια (με διάμετρο μικρότερη του 1 μm) προέρχονται σχεδόν

αποκλειστικά από τη συμπύκνωση προδρόμων αερίων. Ένα πολύ σημαντικό

πρόδρομο αέριο είναι το θειικό οξύ (H2SO4), το οποίο παράγεται στην ατμόσφαιρα

από την οξείδωση του SO2. Το θειικό οξύ συμπυκνώνεται για τον σχηματισμό

υδάτινων θειικών αλάτων.

Ο οργανικός άνθρακας αποτελεί ένα μεγάλο μέρος των μικρών σωματιδίων και

αποδίδεται κυρίως στη συμπύκνωση υδρογονανθράκων τόσο βιογενούς όσο και

ανθρωπογενούς προέλευσης. Μία ακόμη σημαντική συνιστώσα των μικρών

σωματιδίων είναι η αιθάλη η οποία παράγεται από τη συμπύκνωση αερίων κατά την

διάρκεια της καύσης. Η αιθάλη περιλαμβάνει τόσο στοιχειώδη άνθρακα όσο και

συμπυκνώσεις μαύρων οργανικών.

Η μηχανική δράση του ανέμου πάνω στην επιφάνεια της γης εκπέμπει θαλάσσιο

αλάτι, σκόνη από χώμα, και σωματίδια από τη βλάστηση. Τα σωματίδια αυτά είναι

συνήθως μεγάλης διαμέτρου, 1-10 μm. Μικρότερα σωματίδια είναι δύσκολο να

δημιουργηθούν με μηχανικό τρόπο γιατί έχουν μεγάλη αναλογία επιφάνειας ως προς

όγκο οπότε η επιφανειακή τους τάση ανά μονάδα όγκου αερολύματος είναι μεγάλη.

Τα σωματίδια με διάμετρο μεγαλύτερη από 10 μm είναι δυσκολότερο να ανυψωθούν

από τον άνεμο και έχουν μεγάλες ταχύτητες καθίζησης οπότε δεν παραμένουν για

μεγάλο χρονικό διάστημα στην ατμόσφαιρα (πίνακας 2.10).

Συμπληρωματικά αξίζει να αναφέρουμε τις εκρήξεις ηφαιστείων οι οποίες

τροφοδοτούν την ανώτερη τροπόσφαιρα και στρατόσφαιρα με σωματίδια τα οποία

περιέχουν τα στοιχεία του μανδύα της γης, καθώς την καύση βιομάζας (όπως οι

πυρκαγιές δασών).

Η καύση ορυκτών καυσίμων είναι ίσως η σημαντικότερη ανθρωπογενής πηγή

αιωρουμένων σωματιδίων. Από αυτή την άποψη σημαντικότερα ορυκτά καύσιμα

είναι το κάρβουνο, το πετρέλαιο, και το diesel. Η καύση βενζίνης εκπέμπει μικρές

μόνο ποσότητες σωματιδίων.

43

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.9

Φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές ατμοσφαιρικών σωματιδίων (106 τόνοι / έτος)

ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ

Σκόνη 100 - 500

Πυρκαϊες δασών 3 - 150

Ηφαίστεια 25 - 150

Θάλασσες 4 - 300

Μετατροπή αερίων 270 – 900

σε σωματίδια

Φωτοχημική μετατροπή 75 - 200

αερίων σε σωματίδια

Εκπομπές 10 - 90

Μετατροπή αερίων 160 - 240

σε σωματίδια

Φωτοχημική μετατροπή 15 - 90

αερίων σε σωματίδια

ΣΥΝΟΛΟ 480 – 2200 185 - 420

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.10

Χρόνος που απαιτείται για την κάθοδο ενός σωματιδίου λόγω βαρυντικής καθίζησης

κατά 1 χιλιόμετρο στην ατμόσφαιρα

Διάμετρος σωματιδίου Χρόνος καθόδου 1 χιλιομέτρου

0.02

0.1

1.0

10.0

100.0

1000.0

228 χρόνια

36 χρόνια

328 ημέρες

3.6 ημέρες

1.1 ώρες

4 λεπτά

44

Σχήμα 2.13 Φυσικές πηγές εκπομπής αερολυμάτων.

Πάνω αριστερά: Ο άνεμος συμπαρασύρει υδροσταγονίδια από την θάλασσα τα οποία

περιέχουν άλατα.

Πάνω δεξιά: Η έκρηξη του Mt. Pinatubo στις Φιλιππίνες, το 1991, ήταν η μεγαλύτερη

του 20ου αιώνα. Μετά από μια έκρηξη ηφαιστείου απαιτούνται δύο περίπου χρόνια

ώστε να επανέλθουν οι τιμές των αεροζόλ στα «κανονικά» τους επίπεδα.

Κάτω αριστερά: Δορυφορική εικόνα από τις ανατολικές ακτές της Αυστραλίας.

Διακρίνονται καθαρά οι θύσανοι που δημιουργούνται από τις εκτεταμένες πυρκαγιές

– συχνό φαινόμενο τις καλοκαιρινές περιόδους.

Κάτω δεξιά: Θύελλα σκόνης στην περιοχή Hay Plain NSW

45

Χημική σύσταση σωματιδίων

Η χημική σύσταση του αερολύματος αποτελεί σημαντικό xαρακτηριστικό τους

εξαιτίας:

της επίδρασης των ρυπαντών στην ανθρώπινη υγεία ανάλογα με τη χημική τους

συμπεριφορά και ιδιότητες

της αναγνώρισης της πηγής των αερολυμάτων από τη χημική τους σύσταση.

Τα κύρια συστατικά ατμοσφαιρικού αερολύματος αποτελούν:

α) Ορυκτογενή μέταλλα από επαναιώρηση σκόνης.

β) Καθαρός άνθρακας από διαδικασίες καύσης.

γ) Οργανικές ενώσεις από προϊόντα ημιτελών καύσεων

δ) Άλατα του αμμωνίου, προϊόντα εξουδετέρωσης όξινων ουσιών στην

ατμόσφαιρα από την αμμωνία.

ε) Άλατα από το θαλασσινό νερό.

ζ) Άλατα του ασβεστίου από οικοδομικά υλικά και σκόνη

η) Θειικά άλατα, προϊόντα αντιδράσεων του διοξειδίου του θείου.

θ) Νιτρικά άλατα, προϊόντα αντιδράσεων των οξειδίων του αζώτου.

Επιπτώσεις των αερολυμάτων στην υγεία

Έρευνες δείχνουν ότι οι κακές συνέπειες των αερολυμάτων στην υγεία εμφανίζονται

ακόμη και σε σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις. Εκτιμάται ότι τα βραχυχρόνια

επεισόδια ρύπανσης είναι υπεύθυνα για το 7-10 % των ασθενειών του κατώτερου

αναπνευστικού στα παιδιά, και ότι το ποσστό αυτό αυξάνεται στο 20% στις

ρυπασμένες αστικές περιοχές. Ακόμη, πρόσφατες εκτιμήσεις δείχνουν ότι 4-8 % των

πρωίμων θανάτων οφείλεται σε έκθεση σε αιωρούμενα σωματίδια.

Η διαπερατότητα των κάθε είδους σωματιδίων στο ανθρώπινο αναπνευστικό σύστημα

είναι συνάρτηση της αεροδυναμικής τους διαμέτρου. Τα τμήματα του αναπνευστικού

συστήματος που εξετάζουμε είναι ο ρινοφάρυγγας και η τραχεία, ο θώρακας και οι

κυψελίδες. Τα σωματίδια που διαπερνούν την πρώτη περιοχή λέγονται αναπνεύσιμα,

τη δεύτερη θωρακικά και την τρίτη εισπνεύσιμα. Με αυτό τον τρόπο μπορούμε να

διαχωρίσουμε τα σωματίδια ανάλογα με την αεροδυναμική διάμετρό τους, Dae, και

την διαπερατότητά τους στο αναπνευστικό σύστημα:

Αναπνεύσιμα: 10 < Dae < 200 μm,

46

140 7

ΟΞΙΝΟ ΒΑΣΙΚΟΟΥΔΕΤΕΡΟ

Η ΚΛΙΜΑΚΑ ΤΟΥ pH

Λεμονάδα

2,2 - 3,0

2,9 - 3,3

6,4 - 7,6

11,0 - 12,0

Αμμωνία

Τα δέντρα επηρεάζονται για pH < 3,5

Τα ψάρια επηρεάζονται για pH < 6

Τα κτίρια και οι βαφές επηρεάζονται για pH < 5

Θωρακικά: 4 < Dae< 10 μm,

Εισπνεύσιμα: Dae < 4 μm.

2.11 Όξινη βροχή

Οξύτητα είναι η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου σε μια ουσία όπως αυτή ορίζεται

από τον αρνητικό λογάριθμο της συγκέντρωσης των ιόντων του υδρογόνου (pH). Στο

σχήμα 2.15 παρουσιάζονται παραδείγματα της κλίμακας του pH. Το καθαρό νερό έχει

ουδέτερο pH ίσο με 7. Το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα διαλύεται στις

σταγόνες της βροχής με αποτέλεσμα το pH της να μειώνεται περίπου στο 5.6. Η

αντίδραση μεταξύ νερού και διοξειδίου του άνθρακα δημιουργεί ανθρακικό οξύ:

3222COHCOOH (2.14)

Το ανθρακικό οξύ διαχωρίζεται μερικώς, συνεισφέροντας σε ιόντα υδρογόνου

332

HCOHCOH (2.15)

Όξινη ονομάζεται η βροχή η οποία έχει pH μικρότερο από 5.6. Φυσικές πηγές

εκπομπών οξειδίων του θείου και του αζώτου μπορούν σε κάποιες περιπτώσεις να

οδηγήσουν σε βροχή με τιμές pH ~5. Χαμηλότερες τιμές pH (μέχρι ~2.6) μπορεί να

προκληθούν από μεγάλες ανθρωπογενείς πηγές, κυρίως λόγω καύσης ορυκτών

καυσίμων.

Σχήμα 2.15 Η κλίμακα του pH.

Οι εκπομπές οξειδίων του θείου και του αζώτου στην ατμόσφαιρα μπορούν να

οδηγήσουν, κυρίως μέσα από οξείδωση, σε σχηματισμό νιτρικών και θειικών οξέων:

47

32222 SOOSO (2.16)

2

4442232 SOHHSOHSOHOHSO

(2.17)

2222 NOONO (2.18)

332

NOHHNOOHNO (2.19)

Ο μετασχηματισμός των οξειδίων του θείου σε θειικό οξύ λαμβάνει χώρα σε

διάστημα μερικών ημερών. Σε αυτό το διάστημα η αέρια μάζα μπορεί να μεταφερθεί

ακόμη και χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά από την πηγή εκπομπής και η όξινη βροχή να

πλήξει περιοχές οι οποίες δεν βρίσκονται κοντά σε μεγάλες πηγές ρύπανσης. Από την

άλλη πλευρά, ο μετασχηματισμός των οξειδίων του αζώτου λαμβάνει χώρα σε

μικρότερες χρονικές κλίμακες οπότε οι επιπτώσεις εμφανίζονται σε μικρές ως μεσαίες

αποστάσεις από την πηγή εκπομπής.

Ο όρος όξινη βροχή έχει επικρατήσει και χρησιμοποιείται ευρύτατα τόσο σε

επιστημονικά κείμενα όσο και στην καθομιλουμένη αλλά αν θέλουμε να είμαστε

ακριβείς θα έπρεπε να χρησιμοποιούμε τον όρο όξινη απόθεση γιατί η απόθεση των

οξέων στο έδαφος λαμβάνει χώρα με πολλές μορφές, όπως βροχή, χιόνι, ομίχλη

ακόμη και με την μορφή στερεών σωματιδίων.

Επιπτώσεις της όξινης βροχής

Ήδη από το δεύτερο μισό του 19ο αιώνα υπήρχαν καταγεγραμμένες μαρτυρίες για

περιστατικά όξινης βροχής. Παρ’ όλα αυτά, το πρόβλημα ήταν παραγνωρισμένο

μέχρι περίπου το 1968 όταν ένας Σουηδός ερευνητής, ο Svante Oden, παρουσίασε μία

τεχνική έκθεση στην οποία εφιστά την προσοχή στη συνεχώς αυξανόμενη οξίνιση του

υετού, γεγονός το οποίο ο εν λόγω ερευνητής απέδιδε στις εκπομπές ρύπων στην

κεντρική Ευρώπη και την Μεγάλη Βρετανία (το οξύμωρο είναι ότι αυτή η πρώτη

τεχνική έκθεση η οποία αφορούσε ένα σοβαρό διεθνές πρόβλημα ήταν γραμμένη στα

Σουηδικά). Ο Oden παρουσίαζε ακόμη μια σειρά υποθέσεων για το πώς θα

επηρεάζονταν τα οικοσυστήματα από αυτή την οξίνιση, υποθέσεις οι οποίες

συνάντησαν κατ’ αρχή μεγάλες αντιδράσεις από τις χώρες που κατονομάζονταν σαν

"χώρες πηγών", οι οποίες όμως αργότερα αποδείχτηκαν αληθινές: καταστροφές

δασών, εξαφάνιση ορισμένων ψαριών από λίμνες κτλ.

48

Σχήμα 2.16. Εκπομπές των ουσιών που προκαλούν οξίνιση στην Ευρωπαϊκή Ένωση

ανά τομέα (1999).

Επιπτώσεις στα δάση και στις καλλιέργειες

Το διοξείδιο του θείου απορροφάται από τα στόματα των φύλλων και έχει επιπτώσεις

στα δάση και τις καλλιέργειες. Οι άμεσες επιπτώσεις της όξινης βροχής στα δάση και

τις καλλιέργειες είναι μάλλον περιορισμένες. Υπάρχουν μάλιστα πολύ λίγες

περιπτώσεις όπου καταγράφηκαν αξιοσημείωτες επιπτώσεις σε μεμονωμένα δένδρα.

Όσο για τις καλλιέργειες, η όξινη βροχή δημιουργεί γενικά περιορισμένες επιπτώσεις

γιατί στις περισσότερες περιπτώσεις οι αγρότες μπορούν να αντισταθμίσουν τις

επιπτώσεις αυξάνοντας την λίπανση. Από την άλλη πλευρά, η όξινη απόθεση είναι

εξαιρετικά επιζήμια για πολλά είδη βλάστησης, όπως είναι τα δάση και οι αγροτικές

καλλιέργειες, κυρίως επειδή δυσχεραίνουν την πρόσληψη του αζώτου από τα φυτά

και παρασύρουν τα θρεπτικά συστατικά από τα φύλλα τους.

49

Σχήμα 2.17 Περίπου το 25% των δένδρων της Ευρώπης έχει υποστεί ζημιά από την

όξινη απόθεση

Επιπτώσεις στα υδατικά οικοσυστήματα

Η όξινη βροχή έχει οδηγήσει στην οξίνιση λιμνών και ποταμών σε πολλές περιοχές

της Ευρώπης και της Αμερικής. Σε αυτές τις περιπτώσεις παρατηρείται μείωση της

βιοποικιλότητας στα ψάρια και τα οστρακόδερμα. Όταν το pH είναι χαμηλότερο από

3 μπορεί να οδηγήσει στην απελευθέρωση μετάλλων όπως το αλουμίνιο και ο

υδράργυρος από τα ιζήματα και τα γειτονικά εδάφη στο νερό. Αυτό έχει σαν

αποτέλεσμα να μειωθεί ακόμη περισσότερο η δυνατότητα των λιμνών να υποστηρίξει

τη βιοποικιλότητα.

Επιπτώσεις στα κτίρια

Η όξινη βροχή έχει σημαντικές επιπτώσεις σε υλικά όπως τα μέταλλα και τα μάρμαρα

τα οποία χρησιμοποιούνται στα κτίρια. Το ανθρακικό ασβέστιο αντιδρά σύμφωνα με

την παρακάτω:

3

2

2232HCOCaCOOHCaCO (2.20)

50

Σχήμα 2.18 Διάβρωση μνημείου κυρίως από την όξινη βροχή

2.12 Το φαινόμενο του θερμοκηπίου

Δεχόμενοι σχεδόν καθημερινά ένα καταιγισμό συγκεχυμένων πληροφοριών, πολλοί

από μας έχουν ταυτίσει το φαινόμενο του θερμοκηπίου με την κλιματική αλλαγή.

Όπως θα εξηγήσουμε περιληπτικά σε αυτό το κεφάλαιο, το φαινόμενο του

θερμοκηπίου είναι ένα φυσικό φαινόμενο με ευεργετικά αποτελέσματα στο κλίμα της

γης. Η απειλή προέρχεται από την υπερβολή του φαινομένου η οποία οφείλεται στις

ανθρωπογενείς εκπομπές ρύπων.

Έχει εξακριβωθεί ότι ορισμένα αέρια της ατμόσφαιρας (γνωστά και ως θερμοκηπικά

αέρια), επιτρέπουν τη διέλευση της ηλιακής ακτινοβολίας προς τη γη, ενώ αντίθετα

απορροφούν και επανεκπέμπουν προς το έδαφος ένα μέρος της υπέρυθρης

ακτινοβολίας που εκπέμπεται από την επιφάνεια της γης. Αυτή η παγίδευση της

υπέρυθρης ακτινοβολίας (η οποία ειδάλλως θα χανόταν στο διάστημα) από τα

συγκεκριμένα αέρια, ονομάζεται φαινόμενο του θερμοκηπίου. Πρόκειται για ένα

γεωφυσικό φαινόμενο που είναι ουσιώδες και απαραίτητο για την ύπαρξη, διατήρηση

και εξέλιξη της ζωής στον πλανήτη. Χωρίς αυτόν το μηχανισμό η μέση θερμοκρασία

της γης θα ήταν περίπου κατά 35C χαμηλότερη, δηλαδή περίπου –20C αντί για

+15C που είναι σήμερα και η ύπαρξη ζωής θα ήταν αδύνατη, τουλάχιστον στη

μορφή που τη γνωρίζουμε σήμερα. Στο σχήμα 2.19, που ακολουθεί, επιχειρείται μία

εικονική αναπαράσταση του φαινομένου του θερμοκηπίου.

51

Όπως έγινε κατανοητό, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, στις φυσικές του διαστάσεις,

δεν είναι επιβλαβές, αντίθετα είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της μέσης

θερμοκρασίας του πλανήτη στους 15C περίπου. Το ανησυχητικό είναι η ενίσχυση

του φαινομένου σαν αποτέλεσμα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Οι ανθρωπογενείς

εκπομπές θερμοκηπικών αερίων αυξάνουν την ικανότητα της ατμόσφαιρας να

παγιδεύει την υπέρυθρη ακτινοβολία της γης, επιδρώντας έτσι στο κλίμα. Το φυσικό

επακόλουθο της αύξησης των εκπομπών θερμοκηπικών αερίων από τον άνθρωπο

είναι, λοιπόν, η ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου και, συνεπώς, η αύξηση

της θερμοκρασίας του πλανήτη.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, εκτός από τις ανθρωπογενείς εκπομπές θερμοκηπικών

αερίων, σημαντικό ρόλο για την εξέλιξη του φαινομένου του θερμοκηπίου παίζει και

η συνεχιζόμενη εκτεταμένη καταστροφή των τροπικών δασών, τα οποία έχουν

σημαντική συμβολή στην ισορροπία των κυριοτέρων θερμοκηπικών αερίων στην

ατμόσφαιρα. Πιο συγκεκριμένα:

1) Τα δάση, μέσω της φωτοσύνθεσης, δεσμεύουν το διοξείδιο του άνθρακα και

παράγουν οξυγόνο.

2) Τα τροπικά δάση ρυθμίζουν τις ποσότητες των υδρατμών στην ατμόσφαιρα των

τροπικών πλατών και κατ' επέκταση και ολόκληρου του πλανήτη.

Εισερχόμενη

Ηλιακή Ακτινοβολία

Εξερχόμενη

Υπέρυθρη Ακτινοβολία

Απορρόφηση και Επανεκπομπή

της Υπέρυθρης Ακτινοβολίας

από τα Θερμοκηπικά Αέρια

Σχήμα 2.19 Σχηματική παράσταση της διαδικασίας που οδηγεί στο φαινόμενο του

θερμοκηπίου.

52

Ποια είναι τα Θερμοκηπικά αέρια

Οι υδρατμοί έχουν τη μεγαλύτερη συνεισφορά στο φυσικό φαινόμενο του

θερμοκηπίου. Παρ’ όλα αυτά, η παρουσία τους στην ατμόσφαιρα επηρεάζεται σε

μικρότερο βαθμό από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Γι΄ αυτό το λόγο, η συζήτηση

σε αυτό το κεφάλαιο θα περιορισθεί στα αέρια εκείνα των οποίων οι συγκεντρώσεις

στην ατμόσφαιρα αυξάνονται σημαντικά λόγω της ανθρώπινης παρέμβασης.

Τα κυριότερα αέρια της ατμόσφαιρας που ευθύνονται για την ενίσχυση του

φαινομένου του θερμοκηπίου (ανθρωπογενής συνιστώσα), καθώς και ο βαθμός

συνεισφοράς τους φαίνονται στον πίνακα 2.11, ενώ πληροφορίες για το κάθε αέριο

ξεχωριστά δίνονται στις παραγράφους που ακολουθούν.

Διοξείδιο του άνθρακα (CO2)

Η συνεισφορά του διοξειδίου του άνθρακα στο φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι

καταλυτική. Εκλύεται άμεσα στην ατμόσφαιρα από τη χρήση ορυκτών καυσίμων και

έμμεσα από την εκχέρσωση δασικών εκτάσεων. Τα επίπεδα του διοξειδίου του

άνθρακα στην ατμόσφαιρα εκτιμάται ότι αυξάνονται κατά 3 – 4% κάθε δεκαετία και

κατά 0,4 – 0,5% περίπου κάθε χρόνο. Σύμφωνα με εκτιμήσεις, αν συνεχίσει ο ίδιος

ρυθμός αύξησης των καύσεων πάνω στον πλανήτη, η συγκέντρωση του CO2 το έτος

2030 θα έχει διπλασιαστεί. Μια τέτοια αύξηση της συγκέντρωσης του CO2

πιθανολογείται ότι θα προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας κατά 3 – 5 C. Όμως

Χημικές ενώσεις που χρησιμοποιούταν, μέχρι πρόσφατα, ευρέως στα ψυγεία και τα συστήματα

κλιματισμού ως ψυκτικά υγρά και στα διάφορα σπρέι ως προωθητικά αέρια. Η συγκέντρωσή τους

στην ατμόσφαιρα παρουσίαζε ετήσια αύξηση της τάξης του 6% ωστόσο, μετά την εφαρμογή των

διεθνών συνθηκών, η παραγωγή τους έχει μειωθεί σημαντικά. Ο χρόνος παραμονής τους στην

ατμόσφαιρα ανέρχεται πιθανόν σε εκατοντάδες χρόνια και για το λόγο αυτό οι συνέπειές τους θα είναι

αισθητές και τον αιώνα που διανύουμε. Είναι ευρύτερα γνωστά λόγω του ρόλου τους στην αραίωση

της στοιβάδας του όζοντος. Συνεισφέρουν όμως και στο φαινόμενο του θερμοκηπίου κατά 15 – 25%.

ΠΙΝΑΚΑΣ 2.11

Θερμοκηπικά αέρια και ο βαθμός συνεισφοράς τους.

Αέριο Συνεισφορά (%)

Διοξείδιο του Άνθρακα 50-60

Χλωροφθοράνθρακες 15-25

Μεθάνιο 12-20

Υποξείδιο του Αζώτου 5

Όζον και Άλλα αέρια 11

53

ακόμη και αν σταματήσει η αυξανόμενη εκπομπή του διοξειδίου του άνθρακα στην

ατμόσφαιρα η αποκατάστασή του στα επιθυμητά επίπεδα θα καθυστερήσει πολύ.

Σημειώνουμε ότι το διοξείδιο του άνθρακα έχει χρόνο ζωής στην ατμόσφαιρα 5 – 7

χρόνια.

Οι συγκεντρώσεις του CO2 στην ατμόσφαιρα είναι γνωστές με ακρίβεια από το 1958,

αλλά με βάση μετρήσεις στον πάγο και των ισοτόπων του άνθρακα στους δακτυλίους

των δέντρων έχουν υπολογιστεί και για τις τελευταίες χιλιετίες. Κατά τη διάρκεια της

τελευταίας περιόδου των παγετώνων, οι συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα

προσδιορίστηκαν στα 200 ppm (μέρη στο εκατομμύριο), αλλά στο τέλος της

περιόδου, πριν περίπου 15.000 χρόνια, βρέθηκε ότι εκτοξεύτηκαν στα 280 ppm. Ήταν

η περίοδος που η γη άρχισε να ζεσταίνεται και, σε λιγότερο από 10.000 χρόνια,

εξελίχθηκε από ένα πλανήτη, στον οποίο πολύ μεγάλα ποσοστά της επιφάνειάς του

ήταν καλυμμένα με πάγο, στον σημερινό, που ουσιαστικά είναι ελεύθερος από

πάγους. Στο διάγραμμα του σχήματος 2.20, βλέπουμε τις συγκεντρώσεις διοξειδίου

του άνθρακα έτσι όπως εκτιμήθηκαν με βάση τις μετρήσεις στους πάγους της

Ανταρκτικής.

Η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα μετράται με πολύ καλή ακρίβεια από το

1957 σε δύο σταθμούς στον κόσμο. Ο πρώτος βρίσκεται στο Manua Loa, στη Χαβάη,

και ο δεύτερος στο Νότιο Πόλο. Και οι δύο σταθμοί παρέχουν σημαντικότατες

πληροφορίες για τη διαχρονική εξέλιξη του διοξειδίου του άνθρακα. Από τις

μετρήσεις αυτές (σχήμα 2.21), φαίνεται καθαρά η ανοδική πορεία της συγκέντρωσης

του CO2. Επίσης μπορεί κανείς να παρατηρήσει μία μεταβολή στο ρυθμό αύξησης

του CO2 μετά το έτος 1968.

1000 1200 1400 1600 1800 2000

270

290

310

330

350

Ετος

CO

(p

pm

)2

Σχήμα 2.20 Εξέλιξη των συγκεντρώσεων του διοξειδίου του άνθρακα την τελευταία

χιλιετία [πηγή: http://www.dar.csiro.au/info/material/info98_2.htm]

54

Jan Jan Jan Jan Jan Jan Jan Jan Jan Jan

1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996

320

340

360

CO

(p

pm

)2

Ετος

Σχήμα 2.21 Μηνιαίες συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.

Οι μετρήσεις προέρχονται από το παρατηρητήριο Mauna Loa στη Χαβάη των Η.Π.Α.

[πηγή:

http://ingrid.ldgo.columbia.edu/SOURCES/.KEELING/.MAUNA_LOA.cdf/.co2/]

55

Το κατά πόσο μπορεί να προβλεφθεί η μελλοντική εξέλιξη των συγκεντρώσεων του

CO2, εξαρτάται από την ικανότητα εκτίμησης της ποσότητας των ορυκτών καυσίμων

που θα καταναλωθούν κατά τα επόμενα έτη και του ποσοστού του εκπεμπόμενου

CO2 που θα παραμείνει στην ατμόσφαιρα. Αν η παγκόσμια κατανάλωση καυσίμων

συνεχιστεί με τον ίδιο ρυθμό, εκτιμάται ότι θα παρατηρείται αύξηση του CO2 κατά

περίπου 4% ανά δεκαετία. Συγχρόνως όμως, αναμένεται μία ελάττωση της χρήσης

των ορυκτών καυσίμων σαν συνέπεια της αυξανόμενης χρήσης των ήπιων μορφών

ενέργειας. Επίσης, δεν θα πρέπει να λησμονήσουμε τη σημαντική συνεισφορά των

ωκεανών στα επίπεδα του CO2. Οι ωκεανοί λειτουργούν σαν μια τεράστια αποθήκη

CO2, το οποίο δεσμεύεται από το φυτοπλαγκτόν κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης.

Με το θάνατο των φυτοπλαγκτονικών οργανισμών, ένα μεγάλο ποσοστό του

παραμένει κάτω από την επιφάνεια των ωκεανών. Μια αύξηση της θερμοκρασίας της

ατμόσφαιρας (λόγω φαινομένου του θερμοκηπίου) ενδέχεται να οδηγήσει σε άνθηση

του φυτοπλαγκτού και κατά συνέπεια σε αύξηση της δέσμευσης του ατμοσφαιρικού

CO2. Παρόλα αυτά, δεν αναμένεται ο ρυθμός αύξησης του CO2 να γίνει μικρότερος

από 2% τη δεκαετία για τις πρώτες δεκαετίες του 21ου αιώνα.

Μεθάνιο (CH4)

Αυξάνεται κάθε χρόνο κατά 1 – 2%, ως αποτέλεσμα της ολοένα αυξανόμενης

κατανάλωσης τροφίμων από τους κατοίκους των ανεπτυγμένων περιοχών του

πλανήτη. Το μεθάνιο έχει χρόνο ζωής 10 χρόνια και το ποσοστό συνεισφοράς του στο

φαινόμενο του θερμοκηπίου εκτιμάται ότι είναι 12–20%. Στο διάγραμμα του

σχήματος 2.22, που ακολουθεί, βλέπουμε τις συγκεντρώσεις μεθανίου για το χρονικό

διάστημα 1984 – 1996.

Υποξείδιο του αζώτου (N2O)

Παράγεται από βακτηριακή δράση στο νερό και το χώμα, από τη διάσπαση

αζωτούχων λιπασμάτων και από την καύση των ορυκτών καυσίμων ως υποπροϊόν.

Συ

γκέν

τρω

ση

το

υ Μ

εθα

νίο

υ (

CH

)

(Μέρ

η α

νά

Δισ

εκα

τομ

μύ

ριο

- p

pb

)4

Σχήμα 2.22 Μέσες μηνιαίες συγκεντρώσεις του μεθανίου στην ατμόσφαιρα.

56

Κάθε χρόνο τα επίπεδά του αυξάνονται κατά 0,25-0,4%, ενώ μπορεί να παραμείνει

στην ατμόσφαιρα μέχρι και 170 χρόνια. Είναι μη τοξικό αέριο αλλά η συνεισφορά

του στο φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι περίπου 4-6%.

Τροποσφαιρικό όζον (Ο3)

Το 75% σχεδόν του τροποσφαιρικού όζοντος παράγεται με τη φωτοχημική δράση του

ηλιακού φωτός σε αέριους ρύπους όπως τα οξείδια του αζώτου και οι

υδρογονάνθρακες. Η ετήσια αύξησή του φτάνει το 2%, ενώ ο χρόνος παραμονής του

στην ατμόσφαιρα δεν ξεπερνάει τις 3 εβδομάδες. Το ποσοστό συνεισφοράς του στο

φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι 10 – 12%.

ΠΗΓΕΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ

Τα αέρια, που ευθύνονται για την ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου,

εκλύονται από ανθρώπινες δραστηριότητες που αφορούν κυρίως:

1) Τον ενεργειακό τομέα (συμπεριλαμβανομένων και των μεταφορών), που με τη

χρήση ορυκτών καυσίμων (κάρβουνο, πετρέλαιο, βενζίνη κ.λ.π.) ευθύνεται για το

50% των συνολικών εκπομπών. Από τις εκπομπές αυτές, το 40% αφορά το διοξείδιο

του άνθρακα, ενώ το υπόλοιπο 10% περιλαμβάνει άλλα αέρια, με κυριότερα το

μεθάνιο, το τροποσφαιρικό όζον, το μονοξείδιο του άνθρακα και άλλες ενώσεις.

2) Την αποψίλωση δασικών εκτάσεων, που συνεισφέρει στην παραγωγή επιπλέον

αερίων του θερμοκηπίου κατά 15%. Από τα αέρια αυτά κυριότερο είναι το διοξείδιο

του άνθρακα – που αποτελεί περίπου το 10% - ενώ η καύση και η αποσύνθεση των

δασών αποτελούν πηγές υποξειδίου του αζώτου, μονοξειδίου του άνθρακα και

μεθανίου, που καλύπτουν το υπόλοιπο 5%.

3) Τη γεωργία, που ευθύνεται για το 15% των εκπομπών, με κυριότερα αέρια το

μεθάνιο, που προέρχεται από την εκτροφή βοοειδών και τις καλλιέργειες ρυζιού, το

υποξείδιο του αζώτου, που απελευθερώνεται λόγω της χρήσης λιπασμάτων και το

διοξείδιο του άνθρακα, που εκλύεται από γεωργικές βιομηχανίες.

Ο ρόλος των Αιωρούμενων Σωματιδίων

Τα αιωρούμενα σωματίδια (αερολύματα) είναι υπεύθυνα για μια ακόμη ανθρώπινη

επίδραση στο κλίμα. Σε αυτή την περίπτωση όμως, το αποτέλεσμα είναι διαφορετικό.

Τα αιωρούμενα σωματίδια αυξάνουν την ανακλαστικότητα της ατμόσφαιρας με

αποτέλεσμα να φθάνει στην επιφάνεια της γης λιγότερη ηλιακή ακτινοβολία. Αυτό

έχει σαν αποτέλεσμα την μείωση της θερμοκρασίας.

Τα αιωρούμενα σωματίδια μπορούν να προέρχονται τόσο από φυσικές όσο και από

ανθρωπογενείς πηγές. Τα φυσικά αιωρήματα – κυρίως σκόνη από τις ηπείρους και

57

άλατα μαζί με θειούχες ενώσεις από τους ωκεανούς – έχουν σταθερή πυκνότητα

τουλάχιστον κατά τον τελευταίο αιώνα. Επομένως δεν μπορεί να έχουν επιφέρει

ανιχνεύσιμες αλλαγές στο κλίμα. Επίσης τα αιωρούμενα σωματίδια ηφαιστειακής

προέλευσης δεν επηρεάζουν το κλίμα για μεγάλες χρονικές περιόδους. Για παράδειγμα,

η έκρηξη του Pinatubo, το 1991, είχε σαν αποτέλεσμα μια τοπική ψύξη διάρκειας λίγων

ετών. Αντίθετα, τα ανθρωπογενή αιωρήματα στην ατμόσφαιρα έχουν αυξηθεί

δραματικά, κυρίως μετά το 1950.

Επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής

Υπάρχει κάποια διαφωνία μεταξύ των επιστημόνων σχετικά με την έκταση των

επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής. Πιθανολογείται όμως ότι θα υπάρξει αύξηση

της θερμοκρασίας του πλανήτη, αύξηση της συχνότητας και της σφοδρότητας των

καταιγίδων και άλλων ακραίων καιρικών φαινομένων, λιώσιμο των πολικών πάγων

και αύξηση της μέσης στάθμης της θάλασσας. Ήδη η μέση θερμοκρασία επιφανείας

του πλανήτη έχει αυξηθεί με περίπου 03-0.6 οC από το τέλος του 19ου αιώνα, εποχή

κατά την οποία υπήρχαν συστηματικές μετρήσεις, ενώ από το 1955 η αύξηση είναι

περίπου 0.2-03 οC. Τα τελευταία χρόνια σημειώνονται σε πολλές χώρες οι

υψηλότερες μέσες θερμοκρασίες από την εποχή που ξεκίνησαν οι μετρήσεις. Η

θέρμανση είναι μεγαλύτερη σε ηπειρωτικές περιοχές στα γεωγραφικά πλάτη 40ο – 70ο

Ν. Σε πολλές περιοχές έχει μειωθεί το ημερήσιο θερμοκρασιακό εύρος λόγω αύξησης

Σχήμα 2.23 Εκπομπή ηφαιστειακών αερίων από το ηφαίστειο του Pinatubo (12

Ιουνίου 1991). Η φωτογραφία έχει ληφθεί από απόσταση 20 km ανατολικά του

ηφαιστείου. Ο θύσανος των αερίων φτάνει μέχρι το ύψος των 18 km. Ακολούθησε μία

σειρά εκρήξεων σε μία εκ των οποίων (15 Ιουνίου 1991) το ύψος του θυσάνου

έφτασε τα 40 km. Τα ηφαιστειακά αέρια εισχώρησαν στην περίπτωση αυτή ψηλά στη

στρατόσφαιρα.

58

της νυχτερινής θερμοκρασίας. Στο σχήμα 2.24 εμφανίζονται δύο σενάρια για την

μεταβολή της θερμοκρασίας τα επόμενα 110 χρόνια. Όπως είναι φανερό από αυτή

την πρόβλεψη, η μείωση των εκπομπών μπορεί να συγκρατήσει την αύξηση της

θερμοκρασίας σε χαμηλότερα επίπεδα.

Σχήμα 2.24. Πρόβλεψη της αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη για δύο

σενάρια. α) Καμία μείωση των θερμοκηπιακών αερίων. β) 33% μείωση των

εκπομπών.

Μια άλλη ένδειξη της κλιματικής αλλαγής είναι η άνοδος της στάθμης της θάλασσας.

Η παγκόσμια στάθμη έχει ανεβεί με περίπου 10-25 εκατοστά τα τελευταία 100

χρόνια. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκάλεσε κάποια επέκταση των θαλασσίων

υδάτων και η υποχώρηση των πάγων συνέβαλε στην αύξηση. Η πρόβλεψη για το

2100 είναι ότι η στάθμη της θάλασσας θα ανέβει μεταξύ 13 και 94 εκατοστών.

Τέλος θα πρέπει να αναφερθεί ότι η κλιματική αλλαγή θα έχει μεγάλες επιπτώσεις

στα οικοσυστήματα, την γεωργία και την ανθρώπινη υγεία λόγω της μεγάλης

ευαισθησίας τους στο κλίμα. Αν οι κλιματικές αλλαγές περιορισθούν σε χαμηλότερα

επίπεδα τα φυσικά και τα ανθρώπινα συστήματα θα μπορέσουν ευκολότερα να

προσαρμοσθούν στις καινούργιες συνθήκες. Για αυτό τον λόγο τέθηκε υπογράφηκε

το 1992 και τέθηκε σε εφαρμογή το 1994 η συνθήκη της Νέας Υόρκης για την

κλιματική αλλαγή.

59

2.13 Το όζον της στρατόσφαιρας

Σε αντίθεση με το όζον στη χαμηλή τροπόσφαιρα το οποίο είναι επιβλαβές για τον

άνθρωπο, τα φυτά και τα ζώα, διότι εισέρχεται στο αναπνευστικό του σύστημα, το όζον

της στρατόσφαιρας είναι ευεργετικό διότι απορροφά ισχυρά την ηλιακή ακτινοβολία

από τα 200-290 nm, την ονομαζόμενη και UV-C1. Αυξημένη έκθεση σε αυτή την

περιοχή της ηλιακής ακτινοβολίας είναι εξαιρετικά επικίνδυνη στον άνθρωπο διότι

προκαλεί καρκίνο του δέρματος, καταρράκτη στα μάτια καθώς επίσης επηρεάζει το

ανοσοποιητικό μας σύστημα. Η ακτινοβολία αυτή είναι επίσης επιβλαβής στα φυτά

όπου έχει παρατηρηθεί ότι αύξηση της υπεριώδους ακτινοβολίας μειώνει την ικανότητα

φωτοσύνθεσης. Ίσως πρέπει ιδιαίτερα να τονισθεί η επίδραση αυτής της

ακτινοβολίας στο φυτοπλαγκτόν διότι θα μεταβάλλει ολόκληρη της διατροφική

αλυσίδα στους ωκεανούς και γενικά στα νερά με μη προβλέψιμες επιπτώσεις.

Το όζον της στρατόσφαιρας βρισκόταν επί χιλιάδες χρόνια στα ίδια περίπου επίπεδα με

μέγιστες συγκεντρώσεις γύρω στα 15-25km της τάξεως των μερικών ppm, ανάλογα

και με την εποχή και το γεωγραφικό πλάτος, Σχήμα 2.25. (Οι μονάδες στο Σχήμα 2.25

είναι σε 1012 μόρια ανά cm3). Είναι λοιπόν προφανές ότι υπάρχουν και αντιδράσεις

σχηματισμού και αντιδράσεις καταστροφής έτσι ώστε να έχουμε μία συγκέντρωση

ισορροπίας (steady state). Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως κατά την απορρόφηση

ακτινοβολίας λ<243nm από το μοριακό οξυγόνο αυτό φωτοδιίσταται και

παράγονται έτσι δύο άτομα οξυγόνου στη θεμελιώδη τους ηλεκτρονική κατάσταση 3Ρ (1.2) ακολουθούμενα από την αντίδραση (2.21):

1 Έχουμε και τις περιοχές UV-B από 290-320 και UV-A από 320-400nm.

Σχήμα 2.25 Κατανομή του ολικού όζοντος στον πλανήτη

60

Ο2 + Ο + M Ο3 + M (2.21)

Οι παραπάνω αντιδράσεις σχηματισμού του όζοντος συμπληρώνονται από τις

παρακάτω αντιδράσεις καταστροφής του για να εξηγηθούν οι συγκεντρώσεις κ του

όζοντος που παρατηρούνται στην στρατόσφαιρα:

320240l

O 3 Ο2 + Ο(1D) (2.22)

Το ατομικό οξυγόνο O(1D) ευρίσκεται στην πρώτη ηλεκτρονικά διηγερμένη

κατάσταση έχει διαφορετική χημεία από αυτή του ατομικού οξυγόνου Ο(3Ρ),

(ηλεκτρονικά θεμελιώδης κατάσταση), π.χ. με το μοριακό οξυγόνο δεν δίνει όζον!

Άλλη αντίδραση καταστροφής όζοντος είναι αυτή με το ατομικό οξυγόνο

Ο3 + Ο 2Ο2 (2.23)

Το σύνολο αυτό των αντιδράσεων (2.21-2.23) σχηματισμού και καταστροφής του

όζοντος στη στρατόσφαιρα προτάθηκε το 1930 από τον Chapman, ένα μετεωρολόγο,

και προς τιμήν του ονομάζεται μηχανισμός Chapman.

Μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του ‘60 ο μηχανισμός Chapman θεωρείτο ότι εξηγούσε

ικανοποιητικά τη χημεία του όζοντος της στρατόσφαιρας. Όταν όμως μετρήθηκε και

η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης (2.22) μικρότερη απ' ότι είχε προηγουμένως

και άρα η καταστροφή του όζοντος ήταν μικρότερη απ' ότι προβλεπόταν, ένα

ασυμβίβαστο με τη συγκέντρωση του μετρουμένου όζοντος, κατέστη αναγκαία η

ύπαρξη και άλλων αντιδράσεων καταστροφής του όζοντος. Τέτοιες αντιδράσεις θα

μπορούσαν να ήταν είτε με κάποιο χημικό είδος σε μεγάλη συγκέντρωση, που

τέτοιο δεν υπάρχει στη στρατόσφαιρα, ή χημικά είδη σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις

(trace levels) τα οποία αντιδρούν καταλυτικά με το όζον. Τα χημικά είδη που

προτάθηκαν ως καταλύτες NO, HO x , CI .

NO + O3 O2 + NO2 (2.24)

NO2 + O NO + O2 (2.25)

καθαρή αντίδραση: Ο3 + Ο 2Ο2

ή /και ΟΗ + Ο3 ΗΟ2 + Ο2 (2.26)

ΗΟ2 + Ο3 ΟΗ + 2Ο2 (2.27)

καθαρή αντίδραση: 2Ο3 3Ο2

Το σύστημα των αντιδράσεων (2.24) - (2.25) και (2.26) - (2.27) αποτελούν

αλυσιδωτές αντιδράσεις (chain reactions), και έτσι κάθε μόριο του NO ή ΟΗ,

δρώντας καταλυτικά καταστρέφει μεγάλο αριθμό μορίων όζοντος. Η κύρια πηγή

της ένωσης ΝΟ στην στρατόσφαιρα είναι φυσική. Συγκεκριμένα το φυσικά

ευρισκόμενο στην τροπόσφαιρα (παράγεται από τη δράση βακτηριδίων σε αζωτούχες

ενώσεις στις ρίζες των φυτών σχετικά αδρανές, και επομένως μπορεί να αναμειχθεί

στην τροπόσφαιρα και στη συνέχεια να διαχυθεί στην στρατόσφαιρα όπου κατά 90%

61

καταστρέφεται φωτολυτικά με τη εκεί διαθέσιμη υπεριώδη ακτινοβολία κατά την

αντίδραση Ν2Ο Ν2 + O(1D). Ένα μικρό μέρος του Ν2Ο αντιδρά με O(1D) και δίνει

NO:

Ν2Ο + Ο(1D) 2ΝΟ (2.28)

Υπάρχουν όμως και ανθρωπογενείς πηγές NO στην στρατόσφαιρα. Αυτές είναι οι

εκπομπές ΝΟx (ΝΟ+ΝΟ2) από τα υπερηχητικά αεροπλάνα που πετούν σ' αυτήν την

περιοχή της ατμόσφαιρας. Ο καταλυτικός αυτός δρόμος είναι ο πλέον σημαντικός

δρόμος καταστροφής του όζοντος σε ύψος 20-30km. Οι αντιδράσεις (2.26-2.27) είναι

η κύρια καταλυτική οδός καταστροφής του όζοντος σε μεγαλύτερα ύψη της

στρατόσφαιρας.

Το 1974 οι Roland και Molina2 πρότειναν ότι θα συμβούν στην στρατόσφαιρα οι.

αντιδράσεις:

Cl + O3 ClO + O2 (2.29)

ClO + O5 Cl + O2 O3 + O 2O2 (2.30)

και προειδοποίησαν για την επερχόμενη καταστροφή του όζοντος της στρατόσφαιρας.

Οι Roland και Molina προέβλεψαν ότι οι χλωρο-φθορο-άνθρακες, τα γνωστά Freons,

CFCI3 (Freon-11) και CF2CI2 (Freon-12), ουσίες εξαιρετικά αδρανείς στη χαμηλή

τροπόσφαιρα (γι' αυτό και μπορούν να διαχυθούν στη στρατόσφαιρα), όχι όμως και στη

στρατόσφαιρα όπου είναι διαθέσιμη υπεριώδης ακτινοβολία, θα φωτοδιασπαστούν

στη στρατόσφαιρα σχηματίζοντας άτομα CI κατά τις αντιδράσεις:

3

23 ClClCF210nm-180 λ

hvCFCl (2.31)

ClClCF210nm-180 λ

hvClCF 222 [3] (2.32)

Για να μην υπερεκτιμηθεί όμως ο ρόλος των CI στην καταστροφή του Ο3 όπως φαίνεται

από τις αντιδράσεις (1.11) και (1.12) πρέπει να αναφερθεί η παρακάτω αντίδραση των

CIO:

22 ClONOM

NOClO (2.33)

Η αντίδραση (1.15) είναι αντίδραση τερματισμού της αλυσιδωτής αντίδρασης,

απομακρύνοντας το CIO και σπάζοντας έτσι τον κύκλο της αλυσίδας των

αντιδράσεων (1.11) και (1.12). Σήμερα είναι γνωστό ότι πάνω από το 90% του

χλωρίου στη στρατόσφαιρα ευρίσκεται υπό τη μορφή του CIONO2.

2 Οι Roland, Molina μαζί με τον Crutzen πήραν το Nobel Χημείας το 1995 για το έργο τους στην

Ατμοσφαιρική Χημεία.

3 Μια πολύ μικρή ποσότητα ατόμων χλωρίου σε σύγκριση με αυτό που παράγεται απο τη

φωτόλυση των Freons. οφείλεται στο εκπεμπόμενο CH3C1 από τους ωκεανούς ή από ανθρωπογενείς

δραστηριότητες (απολυμαντικά εδάφους γεωργικών καλλιεργειών).

62

Τελευταία από τον Molina έχει προταθεί ένας νέος μηχανισμός καταστροφή όζοντος

στη στρατόσφαιρα, διότι νεώτερες μετρήσεις και υπολογισμοί έδειξαν ότι στη

χαμηλή στρατόσφαιρα (περί τα 20 km), όπου παρατηρείται και η μεγαλύτερη

συγκέντρωση όζοντος, δεν υπάρχει τόσο ατομικό οξυγόνο όσο απαιτείται από το

μηχανισμό Roland και Molina για να εξηγήσει την παρατηρούμενη καταστροφή του.

Ο νέος μηχανισμός έχει ως ακολούθως:

23

2

2

2

23

O3O2 net

OClM

ClOO

ClOOClhv

)ClO(

)ClO(M

ClOClO

OClOOCl(2

(1.Α)

Εκτός, όμως, από τα άτομα χλωρίου και τα άτομα βρώμιου καταστρέφουν το

όζον της στρατόσφαιρας κατά το μηχανισμό:

23

2

23

23

O3O2 net

OBrClBrOClO

OBrOOBr

OClOOCl

(1.Β)

Ο μηχανισμός 1.Α εκτιμάται ότι συνεισφέρει το 75% και ο μηχανισμός 1.Β το

25% στην καταστροφή του όζοντος της στρατόσφαιρας. Οι παραπάνω δύο

μηχανισμοί δεν ερμηνεύουν πλήρως την καταστροφή του όζοντος σε μεσαία

γεωγραφικά πλάτη. Κάποιες άλλες αντιδράσεις χρειάζονται για να εξηγηθεί η

παρατηρούμενη καταστροφή οι οποίες όμως δεν έχουν πλήρως εξακριβωθεί.

Η αυξημένη καταστροφή του όζοντος ειδικά στη στρατόσφαιρα της Ανταρκτικής

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.26 η καταστροφή του στρατοσφαιρικού όζοντος δεν είναι

η ίδια σε όλα τα γεωγραφικά πλάτη. Στον ισημερινό η καταστροφή του όζοντος είναι

ελάχιστη και σχεδόν ανεξάρτητη εποχής ενώ στους πόλους η καταστροφή είναι μέγιστη

και ειδικότερα για το βόρειο πόλο την άνοιξη του βορείου ημισφαιρίου, για δε το

νότιο πόλο την άνοιξη του νοτίου ημισφαιρίου.

63

Η καταστροφή του όζοντος στη στρατόσφαιρα της ανταρκτικής πρωτο-ανακοινώθηκε

το 1985 από τους Farman et al. Οι Farman et al. παρατήρησαν ότι η ποσότητα του

Για την εξήγηση του φαινομένου χρειάστηκαν περίπου δέκα χρόνια. Είναι γνωστό ότι

το όζον της στρατόσφαιρας της Ανταρκτικής δεν παράγεται τοπικά διότι η ένταση

της ηλιακής ακτινοβολίας εκεί είναι περιορισμένη. Το όζον παράγεται στις τροπικές

περιοχές και με μεγάλης κλίμακας αέριες κινήσεις μετακινείται προς τους δύο

πόλους, μαζί με άλλα χημικά είδη. Κατά το χειμώνα και μέχρι τις αρχές της άνοιξης

(Σεπτέμβριο - Οκτώβριο) η στρατόσφαιρα της Ανταρκτικής απομονώνεται από την

υπόλοιπη στρατόσφαιρα, με ισχυρούς στροβίλους ταχύτητας 300km/hr, και

ταυτόχρονα ψύχεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (περίπου -90°C). Η

απομόνωση αυτή σπάζει το Νοέμβριο. Έτσι κατά το μακρύ και σκοτεινό χειμώνα

της Ανταρκτικής υπάρχει στη στρατόσφαιρα της μεγάλη ποσότητα όζοντος αλλά και

χλωρό-φθορό-άνθρακες. Όταν έρχεται η άνοιξη με το φως του ήλιου, αρχίζει μια

σειρά φωτολυτικών αντιδράσεων μεταξύ των οποίων και οι αντιδράσεις του

μηχανισμού (1.Α) και (1.Β). Όμως οι μηχανισμοί (1.Α και 1.Β) του Molina δεν μπορεί

να εξηγήσει την παρατηρούμενη καταστροφή παρ' όλο ότι δεν απαιτεί την ύπαρξη

ατόμων οξυγόνου.

Η καταστροφή του όζοντος στη στρατόσφαιρα της ανταρκτικής αρχικά ανακοινώθηκε

το 1985 από τους Farman et al. Οι Farman et al. παρατήρησαν ότι η ποσότητα του

ολικού όζοντος" το μήνα Οκτώβριο στις αρχές της δεκαετίας του 80 σε σχέση με τον ίδιο

μήνα από την έναρξη των μετρήσεων του σταθμού τους το 1956 είχε δραματικά

ελαττωθεί (κατά περίπου 50% από 350 σε 200 DU) αλλά και σε σχέση με τους

προηγούμενους μήνες του έτους. Το φαινόμενο ονομάσθηκε από τον τύπο "Τρύπα

του Όζοντος". Το 1995 οι μετρούμενες τιμές όζοντος στον ίδιο αγγλικό σταθμό στην

Ανταρκτική το μήνα Οκτώβριο ήταν 100 DU! Σήμερα γνωρίζουμε, από πτήσεις

αεροστάτων στη στρατόσφαιρα, ότι η καταστροφή περιορίζεται στα ύψη 15-25km εκεί

όπου παρατηρούνται και οι μέγιστες συγκεντρώσεις του όζοντος.

Σχήμα 2.26.Η «τρύπα» του όζοντος στο Νότιο Πόλο (4-10-2001)

64

Η σήμερα αποδεκτή εξήγηση της αυξημένης καταστροφής του όζοντος στη

στρατόσφαιρα της Ανταρκτικής βασίζεται σε ετερογενείς χημικές και φυσικές

διεργασίες, οι οποίες με τη σειρά τους απαιτούν την ύπαρξη πολικών

στρατοσφαφικών νεφών. Ως γνωστόν δεν υπάρχουν σύννεφα στη στρατόσφαιρα,

διότι δεν υπάρχει εκεί αρκετή υγρασία (Η υγρασία στη στρατόσφαιρα είναι της τάξεως

των 5-6 ppm. Στους -90°C όμως τα ίχνη της υγρασίας μπορούν να συμπυκνωθούν

και να δημιουργήσουν πολικά στρατοσφαιρικά νέφη. Σε περίπου -80°C αποτίθεται

επάνω σε πυρήνες αεροζόλ θειικών ανιόντων/ H2Ο (σε υψηλότερες θερμοκρασίες

αυτό το μείγμα θειικών ανιόντων / νερού, είναι υγρό), νιτρικό οξύ. Η απόθεση του

νιτρικού οξέος στα στερεά σωματίδια θειικών ανιόντων/ Η2Ο έχει ως αποτέλεσμα

τη δέσμευση του νιτρικού οξέος και την απομάκρυνση του από τη

στρατόσφαιρα, μια διεργασία που ονομάζεται απονίτρωση . Ως γνωστόν το

ΗΝΟ3 σχηματίζεται κατά την αντίδραση ΟΗ + ΝΟ2 ΗΝΟ3, δηλαδή δέσμευση του

νιτρικού οξέος σημαίνει δέσμευση του ΝΟ2. Όπως όμως είδαμε παραπάνω το ΝΟ2

αντιδρώντας κατά τη αντίδραση (1.15) απομακρύνει το CIO και σπάζει τον

καταλυτικό κύκλο είτε αυτός είναι οι αντιδράσεις (1.11-1.12) είτε ο μηχανισμός

(1.Α) είτε ο (1.Β). Ένας δεύτερος τρόπος καταστροφής των αλυσιδωτών

αντιδράσεων που περιέχουν άτομα χλωρίου είναι η αντίδραση: CI + CH4

HCI + CH3. Παρουσία όμως στρατοσφαιρικών νεφών το ΗCl απορροφάται από αυτά

και από την αέρια φάση μεταπίπτει στη στερεά. Τότε γίνεται δυνατή η ετερογενής

αντίδραση :

HCI(s) + CIONO2 Cl2 + ΗΝΟ3 (s) [4] (2.24)

Η αντίδραση (1.16) δημιουργεί δύο ανεπιθύμητες καταστάσεις, πρώτο: δύο ενώσεις

(HCI και CIONO2) που ήταν αδρανή ρεζερβουάρ ατόμων χλωρίου τώρα

μετατρέπονται προς Cl2 το οποίο εύκολα φωτολύεται κατά την αντίδραση Cl2 + hv

2CI επανεισάγοντας τα άτομα του χλωρίου. Και δεύτερο, ο σχηματισμός του

νιτρικού οξέος το οποίο δεσμεύεται και δεν είναι διαθέσιμο στη στρατόσφαιρα

όπως παρουσιάσθηκε παραπάνω. Μια τρίτη παρενέργεια των πολικών

στρατοσφαιρικών νεφών είναι η αντίδραση

ClONO2 + (H2O(s) HOCI + ΗΝΟ3 (2.25)

κατά την οποία το παραγόμενο HOCI εύκολα φωτολύεται προς ατομικό χλώριο

αλλά και αντιδρά κατά την ετερογενή αντίδραση:[5]

HOCI + HC!(s) Cl2 + H2O (2.26)

με τα γνωστά αποτελέσματα. Με την έλευση της άνοιξης αρχίζει να

θερμαίνεται η στρατόσφαιρα και τα στρατοσφαιρικά νέφη μεταπίπτουν στην αέρια

φάση οπότε και το νιτρικό οξύ γίνεται αέριο. Το αέριο ΗΝΟ3 φωτολύεται με την

υπεριώδη ακτινοβολία που διατίθεται στη στρατόσφαιρα κατά την αντίδραση:

4 Η αντίδραση αυτή δεν γίνεται στην αέρια φάση.

5 Η αντίστοιχη αντίδραση δεν γίνεται ομογενώς στην αέρια φάση.

65

ΗΝΟ3 + hv OH + NO2 (2.27)

και έτσι το διοξείδιο του αζώτου είναι πάλι διαθέσιμο για να περιορίσει τη δράση των

ατόμων χλωρίου. Η απομόνωση λόγω των στροβίλων της στρατόσφαιρας της

Ανταρκτικής κρατά μέχρι το Νοέμβριο, τότε και πάλι αρχίζει η μετακίνηση όζοντος

από τους τροπικούς προς το Νότιο Πόλο. Έχει εκτιμηθεί ότι η καταστροφή του

στρατοσφαιρικού όζοντος της Ανταρκτικής αποτελεί το 2% του παγκόσμιου

στρατοσφαιρικού όζοντος.

Το εύλογο ερώτημα μετά τα παραπάνω είναι τι γίνεται με το στρατοσφαιρικό όζον

στην Αρκτική. Πρέπει λοιπόν να εξετάσουμε εάν η δυσμενής συγκυρία των πολύ

χαμηλών θερμοκρασιών με την ηλιακή ακτινοβολία που είναι υπεύθυνες για την

τρύπα του όζοντος στην Ανταρκτική συμβαίνει και στην στρατόσφαιρα της Αρκτικής.

Έχει παρατηρηθεί ότι οι θερμοκρασίες στη στρατόσφαιρα της Αρκτικής είναι

περίπου 10°C υψηλότερες της Ανταρκτικής, έτσι είναι μικρότερες οι πιθανότητες να

σχηματισθούν πολικά στρατοσφαιρικά νέφη στην Αρκτική, αλλά και τα όσα λίγα

σχηματισθούν αεριοποιούνται αρκετές εβδομάδες νωρίτερα απ’ ότι τα αντίστοιχα

σύννεφα στην Ανταρκτική με αποτέλεσμα όταν εμφανίζεται η ακτινοβολία την

άνοιξη αυτά να μην υπάρχουν για να παρατηρηθεί η συνεργιστική δράση. Επιπλέον

οι στρόβιλοι που απομόνωναν τη στρατόσφαιρα της Ανταρκτικής δεν είναι τόσο

ισχυροί στην Αρκτική και έτσι εξακολουθεί μια ροή όζοντος από τους τροπικούς προς

αυτήν. Παρ' όλα αυτά και στην Αρκτική έχει παρατηρηθεί αυξημένη καταστροφή

στρατοσφαιρικού όζοντος κατά το μήνα Μάρτιο (αντίστοιχο του Οκτωβρίου στην

Ανταρκτική, άνοιξη και στις δύο περιπτώσεις) σε πολύ μικρότερη όμως έκταση απ' ότι

η αντίστοιχη στην Ανταρκτική. Επειδή τα επίπεδα της συγκέντρωσης των ριζών CIO

είναι τα ίδια στην Αρκτική όπως και στην Ανταρκτική, περίπου 1.4ppb, γι' αυτό

συμπεραίνεται ότι η απονίτρωση συμβαίνει σε πολύ μικρότερο βαθμό στην Αρκτική.[6]

6 Μερικά WEB sites για το στρατοσφαιρικό όζον είναι: httpQ//jwocky.gsfc,nasa.gov/,

www.epa.gov/docs/ozone/index.html, www.athena.auth.gr:80/ozonemaps/welcome.html

Σχήμα 2.27 Στρατοσφαιρικά νέφη στην Αρκτική

66

2.13 Κανονισμοί και έλεγχος της ατμοσφαιρικής ρύπανσης

Παλιότερα η κυρίαρχη προσέγγιση στον περιορισμό της αέριας ρύπανσης βασιζόταν

στην αρχή της «διάλυσης και διασποράς». Για παράδειγμα, η αύξηση του ύψους

εκπομπής των ρύπων, μέσω π.χ. της αύξησης του ύψους των καμινάδων, θα μείωνε

σημαντικά τις περιβαλλοντικές συνέπειες της ρύπανσης σαν αποτέλεσμα της

αυξημένης διάλυσης και διασποράς. Παρ’ όλα αυτά η προσέγγιση αυτή βοηθούσε

στη βελτίωση μόνο των τοπικών προβλημάτων και δεν ήταν αποτελεσματική στη

συνολική αντιμετώπιση του προβλήματος.

Περισσότερο σφαιρικές προσεγγίσεις βασιζόταν στην χρήση φίλτρων και συσκευών

καθαρισμού στο άκρο των σωλήνων εκπομπής (π.χ. εξατμίσεις, καμινάδες κτλ) για

τον έλεγχο των εκπομπών αερίων και σωματιδιακών ρύπων στην ατμόσφαιρα.

Σχήμα 2.25 Παράγοντες που συνεισφέρουν στις εκπομπές ρύπων από τις μεταφορές.

Όπως προαναφέρθηκε, στις αστικές περιοχές η κυκλοφορία είναι υπεύθυνη για το

μεγαλύτερο τμήμα των εκπομπών. Στο σχήμα 2.25 εμφανίζεται ένας τρόπος με τον

οποίο οι εκπομπές αυτές μπορούν να αναλυθούν σε επιμέρους τμήματα. Σύμφωνα με

την προσέγγιση αυτή ο περιορισμός των εκπομπών μπορεί κατ’ αρχήν να αναλυθεί σε

τρεις συνιστώσες:

Λιγότερη ρύπανση ανά μονάδα καυσίμου

Λιγότερα καύσιμα ανά επιβάτη (ή ανά μονάδα τόνου φορτίου) ανά χιλιόμετρο

Λιγότερος συνολικός αριθμός χιλιομέτρων

Ο παραπάνω διαχωρισμός μπορεί να γίνει περισσότερο λεπτομερειακός. Για

παράδειγμα ο συνολικός αριθμός χιλιομέτρων μπορεί να αναλυθεί στον αριθμό των

οχημάτων επί το μέσο αριθμό χιλιομέτρων ανά όχημα.

Ακολουθώντας την παραπάνω προσέγγιση, ο περιορισμός των εκπομπών από την

κυκλοφορία μπορεί να επιτευχθεί π.χ. μέσω των παρακάτω:

Βελτίωση των καυσίμων και των λιπαντικών (π.χ. περιορισμός του μολύβδου

και του θείου στα καύσιμα)

67

Καθιέρωση και επιβολή στάνταρτ για τις εκπομπές των οχημάτων (π.χ.

καταλύτες, έλεγχος εκπομπών των αυτοκινήτων κτλ)

Αύξηση της αποδοτικότητας του καυσίμου στα οχήματα

Ενθάρρυνση του περιορισμού της χρήσης οχημάτων (π.χ. με την ανάπτυξη

ποδηλατοδρόμων)

Αποτελεσματική διαχείριση της κυκλοφορίας

Καθιέρωση οικονομικών κινήτρων (π.χ. μέσω της ελάφρυνσης της

φορολογίας της αμόλυβδης βενζίνης)

Μείωση της συνολικής ανάγκης μετακίνησης

Ενθάρρυνση της χρήσης μαζικών μέσων μεταφοράς

Περιορίζοντας την χρήση ΙΧ μέσω οικονομικών και διοικητικών κανονισμών

(π.χ. περιορισμοί στην κυκλοφορία, δασμοί στην χρήση των δρόμων κλπ).

Οι στρατηγικές ελέγχου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης εξαρτώνται από τα τοπικά

χαρακτηριστικά κάθε περιοχής. Παρόλα αυτά υπάρχει ένα Ευρωπαϊκό πλαίσιο, το

οποίο βασίζεται στις κατευθυντήριες γραμμές του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας

(WHO). Η κατευθυντήρια οδηγία της Ευρωπαϊκής ένωσης 96/62/EC για τον

προσδιορισμό και τη διαχείριση της ποιότητας του αέρα είχε τους παρακάτω

στόχους:

να δημιουργήσει ένα σκιαγράφημα κοινής στρατηγικής σε θέματα,

ατμοσφαιρικής ρύπανσης,

να θεσμοθετήσει όρια εκπομπών για τη βελτίωση της ποιότητας του αέρα,

να αποτιμήσει την ποιότητα του αέρα στην Ευρωπαϊκή Ένωση στη βάση

κοινών μεθόδων και κριτηρίων,

να διασφαλίσει ότι συλλέγονται τα απαραίτητα στοιχεία και υπάρχει επαρκής

πληροφόρηση των κοινού μέσω π.χ. ορίων συναγερμού, και

να διατηρήσει την ποιότητα του αέρα όπου είναι καλή και να τη βελτιώσει

στις άλλες περιπτώσεις.

Η κατευθυντήρια οδηγία αφορούσε ρύπους οι οποίοι περιλαμβανόταν στην

υπάρχουσα νομοθεσία (SO2, NO2, PM, Pb, and O3) αλλά και άλλους οι οποίοι δεν

ρυθμιζόταν όπως το βενζόλιο, τους πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες το

κάδμιο το αρσενικό το νικέλιο και τον υδράργυρο.

Αναλυτικά το ισχύον θεσμικό πλαίσιο για την ατμοσφαιρική ρύπανση παρουσιάζεται

στο Παράρτημα 1.

68

3. Τα επίπεδα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην Αθήνα

Για την αξιολόγηση των επιπέδων ρύπανσης στην Αθήνα χρησιμοποιήθηκαν οι

μετρήσεις του Δικτύου Ελέγχου Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης της Δ/νσης ΕΑΡΘ του

Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. στην ευρύτερη περιοχή Αθηνών.

Στην φωτογραφία που ακολουθεί φαίνεται η χωροθέτηση της ρύπανσης στο ΠΣΑ:

Μέγιστα όζοντος εμφανίζονται στην περιφέρεια του ΠΣΑ (βόρειες και ανατολικές

περιοχές), τα μέγιστα των σωματιδίων καταλαμβάνουν το σύνολο ουσιαστικά του

ΠΣΑ ενώ τα υψηλότερα επίπεδα βενζολίου και διοξειδίου του αζώτου απαντώνται

στο κέντρο της πόλης.

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Χημικών Μηχανικών

Οζον Βενζόλιο, ΝΟ2 ΡΜ10

3.1 Διαχρονική Εξέλιξη της Ρύπανσης (1984-2003)

Από την έκθεση του Τμήματος Ποιότητας Ατμόσφαιρας της Δ/νσης .Ε.Α.Ρ.Θ. του

Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. για το 2003, με τίτλο «Η Ατμοσφαιρική Ρύπανση στην Αθήνα»,

προκύπτει ότι, σε γενικές γραμμές, υπάρχει μία πτωτική, ή κατά περίπτωση,

σταθεροποιητική τάση εξέλιξης των ρύπων σε βάθος χρόνου. Βάσει της έκθεσης «η

εξέλιξη αυτή μπορεί να αποδοθεί, κύρια στην ποιοτική αναβάθμιση του στόλου των

ιδιωτικών και δημόσιας χρήσης αυτοκινήτων, στην εφαρμογή του μέτρου της κάρτας

ελέγχου καυσαερίων (ΚΕΚ), στα μέτρα ελέγχου εκπομπής ρύπων από διάφορες

69

πηγές, στη χρήση καυσίμων με καλύτερες τεχνικές προδιαγραφές κ.λ.π.»

Επισημαίνεται ότι, παρά την αύξηση του στόλου των οχημάτων και, συνεπώς, των

διανυομένων χιλιομέτρων, καταγράφεται σε αρκετούς ρύπους πτωτική πορεία ως

προς τα επίπεδα των συγκεντρώσεών τους.

Η διαχρονική εξέλιξη των ρύπων παρουσιάζεται στα Σχήματα 3.2-3.6.

3.2 Αξιολόγηση υφιστάμενης κατάστασης

Μονοξείδιο του άνθρακα

Το μονοξείδιο του άνθρακα, παρουσιάζει γενικά τάση μείωσης στους σταθμούς του

κέντρου και σταθεροποίησης των τιμών στους περιφερειακούς σταθμούς.

Η νέα οδηγία (69/2000/ΕΚ από 16/11/2000) προβλέπει όριο για το μονοξείδιο του

άνθρακα την τιμή των 10 mg/m3 σε οκτάωρη βάση, που ισχύει από 1/1/2005 και μετά.

Μέχρι τότε τίθενται τιμές στόχοι ανά έτος που σταδιακά μειώνονται έτσι ώστε να

επιτευχθεί συμμόρφωση με τα νέα όρια από 1/1/2005. Συγκεκριμένα, για το 2003 η

ενδεικτική τιμή στόχος ήταν 14 mg/m3 σε οκτάωρη βάση. Δεν υπήρξε υπέρβαση της

τιμής αυτής για το 2003 σε κανένα σταθμό μέτρησης. Με τα σημερινά δεδομένα ως

προς τα επίπεδα του ρύπου δεν αναμένονται υπερβάσεις του ορίου για το 2010.

Γενικά, το μονοξείδιο του άνθρακα δεν ξεπερνάει τα όρια της νέας οδηγίας και δεν

συνιστά πρόβλημα για την Αθήνα.

Διοξείδιο του θείου

Το διοξείδιο του θείου, αν και γενικά παρουσιάζει μείωση που συνδέεται με τη

μείωση της περιεκτικότητας του πετρελαίου ντίζελ θέρμανσης σε θείο από 0,3% σε

0,2% κ.β. και του πετρελαίου ντίζελ κίνησης από 0,050 σε 0,035% κ.β το 2000,

παρουσιάζει αύξηση στους σταθμούς Πατησίων και Πειραιά κατά τα δύο τελευταία

έτη.

Γενικά, οι τιμές του διοξειδίου του θείου είναι χαμηλές και αναμένεται περαιτέρω

μείωσή τους λόγω της μείωσης της περιεκτικότητας σε θείο των καυσίμων από το

2005. Βάσει των προαναφερθέντων, δεν αναμένεται να υπάρχει υπέρβαση του ορίου

για το 2010 και, συνεπώς, ο ρύπος αυτός δεν αποτελεί πρόβλημα για το Πολεοδομικό

Συγκρότημα Αθηνών.

Διοξείδιο του αζώτου

Το διοξείδιο του αζώτου παρουσιάζει τάση σταθεροποίησης ή μείωσης των τιμών τα

τελευταία χρόνια.

Σύμφωνα με την νέα κοινοτική οδηγία, βάσει των υφιστάμενων ορίων για το 2003,

δεν καταγράφηκε υπέρβαση της ωριαίας οριακής τιμής (270 μg/m3) σε κανέναν από

τους σταθμούς Αττικής. Αντίθετα, σημειώθηκε υπέρβαση του στόχου της μέσης

70

ετήσιας τιμής (54 μg/m3) σε 3 από τους 17 σταθμούς μέτρησης της Αττικής, με μέση

ετήσια τιμή για τους σταθμούς με υπέρβαση που κυμάνθηκε από 61 μg/m3 στο

σταθμό ΑΘΗΝΑΣ μέχρι 83 μg/m3 στο σταθμό ΠΑΤΗΣΙΩΝ.

Επισημαίνεται ότι τα παραπάνω όρια για το 2010 θα είναι 200 μg/m3 μέση ωριαία

τιμή και 40 μg/m3 μέση ετήσια τιμή. Συνεπώς, σύμφωνα με τις υπάρχουσες

μετρήσεις, εφόσον δεν υπάρξει κάποια επέμβαση, αναμένεται ότι θα σημειωθούν

σημαντικές υπερβάσεις για το 2010

0

2

4

6

8

10

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

ΕΤΗ

CO

(m

g/m

3)

Πατησίων Αθηνάς Πειραιάς-1 Γεωπονική

Σχήμα 3.2.α Διαχρονική μεταβολή μέσων ετησίων τιμών CO, σε mg/m3.

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

0

1

2

3

4

5

6

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

ΕΤΗ

CO

(m

g/m

3)

Περιστέρι Ν. Σμύρνη Μαρούσι Λυκόβρυση

Σχήμα 3.2.β Διαχρονική μεταβολή μέσων ετησίων τιμών CO, σε mg/m3.

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

71

0

20

40

60

80

100

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

ΕΤΗ

SΟ

2 (

μg

/m3)

Πατησίων Αθηνάς Αριστοτέλους Γεωπονική

Σχήμα 3.3.α Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων τιμών SO2 σε μg/m3.

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

ΕΤΗ

SΟ

2 (

μg

/m3)

Μαρούσι Ν. Σμύρνη Περιστέρι Πειραιάς-1

Σχήμα 3.3.β Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων τιμών SO2 σε μg/m3.

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

72

0

20

40

60

80

100

120

140

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

ΕΤΗ

ΝΟ

2 (

μg

/m3)

Πατησίων Αθηνας Αριστοτέλους Πειραιάς-1 Γεωπονική

Σχήμα 3.4.α Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων τιμών NO2, σε μg/m3.

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

ΕΤΗ

ΝΟ

2 (

μg

/m3)

Περιστέρι Ν. Σμύρνη Μαρούσι Λυκόβρυση Λιόσια

Σχήμα 3.4.β Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων τιμών NO2, σε μg/m3.

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

73

Όζον

Το όζον παρουσιάζει επίσης μια τάση σταθεροποίησης των τιμών. Σημειώνεται

ωστόσο αύξηση κατά τα δύο τελευταία χρόνια στους σταθμούς Πειραιά, Λιοσίων, Ν.

Σμύρνης και Περιστερίου.

Ως προς το όριο των 180 μg/m3 σε ωριαία βάση, που είναι το κατώφλι ενημέρωσης

του πληθυσμού, στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται ο αριθμός ημερών με υπέρβαση

των ωριαίων τιμών όζοντος. Όπως προκύπτει από την έκθεση της Δ/νσης ΕΑΡΘ του

ΥΠΕΧΩΔΕ, κατά τα προηγούμενα χρόνια υπήρχαν υπερβάσεις και του ορίου

συναγερμού. Συνεπώς, και ο ρύπος αυτός αξιολογείται ως σημαντικός και θα πρέπει

να ληφθούν μέτρα προκειμένου να μην σημειώνονται υπερβάσεις κατά τα επόμενα

έτη. Η διαπίστωση αυτή προκύπτει και από τα Σχήματα 3.5.γ και 3.5.δ που

ακολουθούν όπου παρουσιάζονται οι μακροχρόνιες μεταβολές των μέσων ετησιών

συγκεντρώσεων του όζοντος από όλους τους σταθμούς του λεκανοπεδίου και μόνο

των προαστίων αντίστοιχα.

0

6

12

0

40

32

9 9

20

15

25

16

27

1612

0

10

20

30

40

50

ΠΑ

ΤΗ

ΣΙΩ

Ν

ΑΘ

ΗΝ

ΑΣ

ΠΕΙΡ

ΑΙΑ

Σ-1

ΓΕΩ

ΠΟ

ΝΙΚ

Η

Ν.Σ

ΜΥ

ΡΝ

Η

ΛΙΟ

ΣΙΑ

ΠΕΡΙΣ

ΤΕΡΙ

ΜΑ

ΡΟ

ΥΣ

Ι

ΛΥ

ΚΟ

ΒΡΥ

ΣΗ

ΖΩ

ΓΡΑ

ΦΟ

Υ

ΘΡΑ

ΚΟ

ΜΑ

ΚΕΔ

ΟΝ

ΕΣ

ΓΑ

ΛΑ

ΤΣ

Ι

ΑΓ. Π

ΑΡΑ

ΣΚ

ΕΥ

Η

ΕΛ

ΕΥ

ΣΙΝ

Α

ΠΕΙΡ

ΑΙΑ

Σ-2

ΑΡΙΘ

ΜΟ

Σ Η

ΜΕΡΩ

Ν Μ

Ε Ω

ΡΙΑ

ΙΕΣ

ΤΙΜ

ΕΣ

ΟΖ

ΟΝ

ΤΟ

Σ >

180 μ

g/m

3

Σχήμα 3.5 Αριθμός ημερών με υπέρβαση ωριαίων τιμών όζοντος

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

74

0

10

20

30

40

50

60

70

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

ΕΤΗ

Ο3 (

μg

/m3)

Πατησίων Αθηνάς Πειραιάς-1 Γεωπονική

Σχήμα 3.5.α Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων τιμών Ο3, σε μg/m3.

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

ΕΤΗ

Ο3 (

μg

/m3)

Περιστέρι Ν. Σμύρνη Μαρούσι Λυκόβρυση Λιόσια

Σχήμα 3.5.β Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων τιμών Ο3, σε μg/m3.

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

75

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

ΕΤΟΣ

ΟΖ

ΟΝ

(μ

g/m

3 )

Διαχρονική Μεταβολή του Οζοντος στην Αθήνα

Σχήμα 3.5.γ Διαχρονική μεταβολή των μέσων ετήσιων συγκεντρώσεων από όλους

τους μετρητικούς σταθμούς του ΥΠΕΧΩΔΕ στο λεκανοπέδιο της Αθήνας.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

ETOΣ

OZ

ON

(μ

g/m

3)

Διαχρονική Μεταβολή του Οζοντος στα Προάστια της Αθήνας

Σχήμα 3.5.δ Διαχρονική μεταβολή των μέσων ετήσιων συγκεντρώσεων από όλους

τους μετρητικούς σταθμούς του ΥΠΕΧΩΔΕ στα προάστια του λεκανοπεδίου της

Αθήνας.

76

Σωματίδια (ΡΜ10)

Τα αιωρούμενα σωματίδια (ΡΜ10) για τα οποία υπάρχουν μετρήσεις μόνο τα

τελευταία τρία χρόνια δεν παρουσιάζουν σημαντικές διαφοροποιήσεις με εξαίρεση το

Μαρούσι και το Γουδί που παρουσιάζουν σημαντική μείωση το 2003

Στην συνέχεια παρουσιάζονται στατιστικά επεξεργασμένα μεγέθη των ημερησίων

συγκεντρώσεων των ΡΜ10:

Πίνακας 3.1 Αιωρούμενα σωματίδια (ΡΜ10) (τιμές σε 24ωρη βάση σε μg/m3-2003)

Σταθμοί Μέγιστη

τιμή

Μέση

Τιμή

Διάμεση

Τιμή

98%

τιμών <

από

% Πληρότητα

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΟΥΣ 166 56 51 102 64

ΛΥΚΟΒΡΥΣΗ 215 59 55 113 76

ΖΩΓΡΑΦΟΥ 181 33 31 80 96

ΘΡΑΚΟΜΑΚΕΔΟΝΕΣ 154 32 28 77 83

ΑΓ. ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 203 37 33 93 97

ΓΟΥΔΙ 78 22 20 41 69

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

Σχετικά χαμηλότερες είναι οι συγκεντρώσεις στο Γουδί, στους Θρακομακεδόνες,

στου Ζωγράφου και στην Αγ. Παρασκευή.

Λαμβάνοντας υπόψη τα όρια που θα ισχύσουν βάσει της νέας οδηγίας, είναι

προφανές ότι σημειώνονται σημαντικές υπερβάσεις σε όλους σχεδόν τους

σταθμούς τόσο του ημερησίου ορίου όσο και του ετησίου ορίου. Συνεπώς, από τα

παραπάνω προκύπτει ότι τα σωματίδια αποτελούν σημαντικό πρόβλημα για την

ποιότητα της ατμόσφαιρας στην περιοχή της Αθήνας.

Βενζόλιο

Συγκρίνοντας τις μέσες ετήσιες τιμές συγκέντρωσης του βενζολίου στην Αθήνα

προκύπτει ότι η συγκέντρωση του βενζολίου κυμαίνεται σε επίπεδα μεγαλύτερα από

το στόχο της ΕΕ των 10 μg/m3: η μέση ετήσια τιμή στην Πατησίων το 2001 ήταν 14,3

μg/m3 και το 2002 13,6 μg/m3.

Ο στόχος αυτός για το 2010 θα μειωθεί στα 5 μg/m3 που σημαίνει ότι οι υπερβάσεις

αναμένεται να είναι σημαντικότερες. Και το βενζόλιο αξιολογείται ως ένας ρύπος ο

οποίος συνεισφέρει σημαντικά στην ρύπανση του ΠΣΑ και για τον περιορισμό του

οποίου επιβάλλεται η λήψη μέτρων.

77

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2001 2002 2003

ETH

PM

-10

(μ

g/m

3)

ΠΕΙΡΑΙΑΣ-1 ΜΑΡΟΥΣΙ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΟΥΣ ΛΥΚΟΒΡΥΣΗ

Σχήμα 3.6.α Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων τιμών PM10, σε μg/m3.

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

0

10

20

30

40

50

60

2001 2002 2003

ΕΤΗ

PM

-10

(μ

g/m

3)

ΖΩΓΡΑΦΟΥ ΘΡΑΚΟΜΑΚΕΔΟΝΕΣ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ ΓΟΥΔΙ

Σχήμα 3.6.β Διαχρονική μεταβολή μέσων ετήσιων τιμών PM10, σε μg/m3.

Πηγή: Δ/νση Ε.Α.Ρ.Θ. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε.

78

3.3 Πηγές ρύπανσης στην Αθήνα

Οι κύριες πηγές ρύπανσης είναι η βιομηχανία, οι μεταφορές και η κεντρική

θέρμανση. Οι πηγές αυτές εμφανίζουν διαφορετική βαρύτητα ανάλογα με τον

εξεταζόμενο ρύπο ενώ σημαντικό ρόλο στην διαμόρφωση των τελικών επιπέδων

ρύπανσης στην περιοχή της μελέτης παίζει η χωροθέτηση των πηγών, η πυκνότητα

των εκπομπών και η χρονική διάρκεια των εκπομπών.

Ειδικότερα, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, κύριες πηγές για τους διαφόρους ρύπους

σε αστικές περιοχές είναι οι ακόλουθες:

- Το μονοξείδιο του άνθρακα συνδέεται σχεδόν αποκλειστικά με την οδική

κυκλοφορία (>90%).

- Το διοξείδιο του αζώτου και το όζον συνδέονται επίσης σε πολύ σημαντικό

ποσοστό με την οδική κυκλοφορία (~80%).

- Το βενζόλιο συνδέεται και αυτό σχεδόν αποκλειστικά με την οδική κυκλοφορία

(>90%).

- Τα σωματίδια συνδέονται με την οδική κυκλοφορία σε σημαντικό ποσοστό που

κυμαίνεται ανάλογα με την περιοχή μεταξύ 40 και 70% όπως προκύπτει από

προηγούμενες μελέτες. Άλλες πηγές σωματιδίων είναι η καύση πετρελαίου (π.χ.

οικιακή θέρμανση), η σκόνη του δρόμου, η οποία περιλαμβάνει τριβή του

οδοστρώματος, φθορά των ελαστικών, τριβή των πλακιδίων φρένων και

επαναιώρηση, και η βιομηχανία (τσιμεντοβιομηχανίες, λατομεία και

μεταλλουργίες).

- Το διοξείδιο του θείου συνδέεται σχεδόν αποκλειστικά με την βιομηχανία και την

οικιακή θέρμανση.

Στην συνέχεια παρουσιάζονται οι ετήσιες εκπομπές από τις προαναφερθείσες πηγές

ρύπανσης στην περιοχή του Πολεοδομικού Συγκροτήματος Αθηνών.

Οι ετήσιες εκπομπές στην περιοχή του ΠΣΑ από όλες τις δραστηριότητες

παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.2. Για την περιοχή του ΠΣΑ, όπως και στις

περισσότερες μεγάλες αστικές περιοχές, τη μεγαλύτερη συνεισφορά στις εκπομπές

ΝΟx, ΝΜVOC και CO παρουσιάζει ο τομέας των οδικών μεταφορών. Η βιομηχανία

αποτελεί τη σημαντικότερη πηγή αέριας ρύπανσης για τα σωματίδια και τις εκπομπές

SO2 όπου σημαντική εμφανίζεται και η συνεισφορά της κεντρικής θέρμανσης κατά

τους χειμερινούς μήνες. Από τις υπόλοιπες δραστηριότητες σχετικά υψηλές είναι οι

εκπομπές ΝΟx από τις δραστηριότητες εκτός δρόμου και οι εκπομπές SO2 από τις

θαλάσσιες μεταφορές. Ειδικά ως προς τα σωματίδια επισημαίνεται ότι οι εκπομπές

από την βιομηχανία και την κεντρική θέρμανση αναφέρονται στο σύνολο των

σωματιδίων (TSP) ενώ οι εκπομπές από τις μεταφορές αναφέρονται σε

μικροσωματίδια (PM10). Επειδή οι σχετικές κοινοτικές οδηγίες αναφέρονται σε

μικροσωματίδια (PM10) κρίθηκε σκόπιμη η αναγωγή των εκπομπών από την

βιομηχανία και την κεντρική θέρμανση σε εκπομπές ΡΜ10. Δεδομένου ότι η

βιβλιογραφία δεν είναι σαφής ως προς το συγκεκριμένο θέμα, κρίθηκε σκόπιμη η

εφαρμογή διαφόρων αναλογιών που απαντώνται στην βιβλιογραφία και κυμαίνονται

μεταξύ 40 και 70%. Η επιλογή της τελικής αναλογίας που χρησιμοποιήθηκε έγινε

αφού συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα του μοντέλου διασποράς για τις διάφορες

79

αναλογίες με τις αντίστοιχες μετρήσεις των σταθμών στην υπό μελέτη περιοχή. Η

επιλεγείσα σχέση ΡΜ10 και TSP είναι 50%.

Πίνακας 3.2: Εκπομπές αερίων ρύπων στην Αθήνα (t/έτος).

NOx NMVOC CO PM10 SO2

Οδικές Μεταφορές 27,951 42,924 281,440 979 172

Σιδηροδρομικές Μεταφορές 235 26 64 27 6

Θαλάσσιες Μεταφορές 8,562 220 524 667 4,921

Αεροπορικές Μεταφορές 1,389 350 1,266 0 3

Κεντρική Θέρμανση 2,985 240 1,256 147 487

Βιομηχανική Δραστηριότητα 16,684 9,624 9,879 14,127 49,225

Αναλυτικά, στις εκπομπές οξειδίων του αζώτου, ο τομέας των οδικών μεταφορών,

αναλογικά, εμφανίζει μεγαλύτερη συνεισφορά, η οποία πλησιάζει το 50%. Υψηλές

σχετικά είναι οι εκπομπές από τις θαλάσσιες μεταφορές, με το ποσοστό τους να

φτάνει το 15%. Οι εκπομπές αυτές, σε αντίθεση με τις υπόλοιπες δραστηριότητες, στο

μεγαλύτερο ποσοστό τους είναι σε περιοχές εκτός του Πολεοδομικού Συγκροτήματος

της Αθήνας. Το ποσοστό των εκπομπών από τις βιομηχανικές δραστηριότητες είναι

15%, ενώ στην κεντρική θέρμανση οφείλεται το 5% των συνολικών εκπομπών και

στις αεροπορικές μεταφορές μόλις το 2% των εκπομπών. Ειδικά για αυτές τις

τελευταίες, ένα μεγάλο μέρος των εκπομπών λαμβάνει χώρα εκτός του ΠΣΑ.

Οι εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα προέρχονται πρακτικά εξολοκλήρου από τις

οδικές μεταφορές με το ποσοστό των εκπομπών τους να φτάνει το 97%. Το υπόλοιπο

3% είναι αποτέλεσμα των βιομηχανικών δραστηριοτήτων.

Την ίδια μορφή με τις εκπομπές CO εμφανίζονται και στις εκπομπές

υδρογονανθράκων. Το ποσοστό των οδικών μεταφορών φτάνει το 81% και της

βιομηχανίας το 18%. Το υπόλοιπο 1% μόνο οφείλεται τις αεροπορικές,

σιδηροδρομικές και θαλάσσιες μεταφορές καθώς και στην κεντρική θέρμανση.

Στις εκπομπές σωματιδίων υπάρχει μια διαφοροποιημένη εικόνα, με το μεγαλύτερο

ποσοστό των εκπομπών (89%) να οφείλεται στις βιομηχανικές δραστηριότητες. Η

συνεισφορά των οδικών μεταφορών στην κατηγορία αυτή περιορίζεται στο 6%, με τις

εκπομπές από τις θαλάσσιες μεταφορές στο 4% και την κεντρική θέρμανση μόλις στο

1%.

Τέλος, για τις πηγές εκπομπών διοξειδίου του θείου φαίνεται ότι οι εκπομπές από τις

οδικές μεταφορές, λόγω της μείωσης της περιεκτικότητας του καυσίμου σε θείο, είναι

πρακτικά μηδενικές σε σχέση με το σύνολο των εκπομπών από όλες τις πηγές.

Ουσιαστικά το σύνολο του εκπεμπόμενου διοξειδίου του θείου οφείλεται στη

βιομηχανία, η οποία ευθύνεται για το 90% των εκπομπών, ενώ και οι θαλάσσιες

μεταφορές συνεισφέρουν κατά 9%.

80

Βάσει των όσων αναφέρθηκαν παραπάνω είναι προφανής ο συνειρμός ότι, όσον

αφορά τα σωματίδια, μία είναι η σημαντικότερη πηγή, η βιομηχανία. Πράγματι, το

σύνολο των εκπεμπόμενων σωματιδίων σε αυτό το συμπέρασμα οδηγεί.

Ωστόσο, η πραγματικότητα είναι διαφορετική. Στα επίπεδα συγκεντρώσεων ενός

ρύπου σημαντικό ρόλο παίζουν οι εξής παράμετροι:

ι) η χωροθέτηση και η επιφανειακή πυκνότητα των εκπομπών του ρύπου

ιι) η ενδεχόμενη δευτερογενής παραγωγή

ιιι) άλλοι μηχανισμοί

Ως προς τα σωματίδια για την περιοχή του ΠΣΑ ισχύουν τα εξής:

I. Οι εκπομπές από την βιομηχανία περιορίζονται σε συγκεκριμένες περιοχές οι

οποίες γενικά απέχουν από όλους τους σταθμούς μέτρησης ΡΜ10. Συνεπώς, η

επιρροή της βιομηχανίας στα σημεία μέτρησης δεν μπορεί να είναι σημαντική.

Αντίθετα, οι περισσότεροι σταθμοί επηρεάζονται είτε άμεσα είτε έμμεσα σε

σημαντικό βαθμό από τις οδικές εκπομπές.

II. Η κεντρική θέρμανση επίσης συνεισφέρει στα απαντώμενα επίπεδα σωματιδίων

κατά τους χειμερινούς μήνες.

III. Σημαντικό ρόλο παίζει η επανακυκλοφορία αλλά και η παραγωγή σωματιδίων

από την τριβή του οδοστρώματος, την τριβή των πλακιδίων των φρένων των

οχημάτων και την φθορά των ελαστικών των οχημάτων.

IV. Τέλος, τα σωματίδια συνδέονται και με δευτερογενή παραγωγή: οι

εκπεμπόμενοι από την οδική κυκλοφορία ρύποι μετασχηματίζονται φωτοχημικά

με αποτέλεσμα την παραγωγή και σωματιδίων.

Αξίζει να σημειωθεί ότι, από διάφορες μελέτες που έχουν γίνει για τον

προσδιορισμό των πηγών των σωματιδίων σε αστικές περιοχές όλες έχουν

καταλήξει ότι ένα σημαντικό ποσοστό κυμαινόμενο μεταξύ 40 και 70% οφείλεται

στην κυκλοφορία και μάλιστα με σημαντική συμμετοχή των βενζινοκίνητων

οχημάτων [E. Manoli, D. Voutsa, C. Samara, Chemical characterization and

source identification/apportionment of fine and coarse air particles in

Thessaloniki, Greece, Atmospheric Environment 36 (2002) 949–961].

81

Ανάλυση Εκπομπών ανά Κατηγορία Οχημάτων

Εξαιτίας της ιδιαίτερης σημασίας που παρουσιάζει ο τομέας των οδικών μεταφορών,

στη συνέχεια παρουσιάζεται η συνεισφορά των επιμέρους κατηγοριών οχημάτων (ΙΧ,

ταξί, ελαφρά φορτηγά, βαρέα οχήματα, λεωφορεία και δίκυκλα) στις εκπομπές

αερίων ρύπων.

Οι εκπομπές από τις οδικές μεταφορές ανά κατηγορία οχημάτων παρουσιάζεται στον

παρακάτω Πίνακα 3.3.

Πίνακας 3.3 Εκπομπές ρύπων και κατανάλωση καυσίμου από τις οδικές μεταφορές

ανά κατηγορία οχήματος (t/y)

(t/y) NOX NMVOC CO PM10 C6H6 CO2 FC*

Επιβατικά οχήματα (PC) 14,651 18,340 172,863 114 1,086 3,492,759 2,257,839

ΤΑΧΙ 1,139 283 1,223 238 10 292,441 210,597

Ελαφρά Φορτηγά LCV 4,110 4,427 42,406 53 252 459,741 320,338

Βαρέα Φορτηγά HCV 6,110 1,704 2,556 508 2 648,730 442,850

ΑΣΤΙΚΑ ΛΕΩΦΟΡΕΙΑ 836 97 206 32 0 98,426 86,599

ΛΕΩΦΟΡΕΙΑ 722 124 209 36 0 96,776 69,758

ΔΙΚΥΚΛΑ 382 17,950 61,977 0 1,098 355,172 329,967

ΣΥΝΟΛΟ 27,951 42,924 281,440 979 2,448 5,444,044 3,717,948

* κατανάλωση καυσίμου

Στις εκπομπές οξειδίων του αζώτου το μεγαλύτερο ποσοστό των εκπομπών οφείλεται

στη δραστηριότητα των βαρέων οχημάτων. Το ποσοστό για τα επιβατικά οχήματα

είναι 52%, για τα βαρέα φορτηγά 22%, για τα ελαφρά φορτηγά 15%, για τα

λεωφορεία συνολικά 6% ενώ από τα ταξί εκπέμπεται το 4% των συνολικών

εκπομπών. Στις εκπομπές των υδρογονανθράκων και για τη περιοχή της Αθήνας

φαίνεται ότι ιδιαίτερα σημαντική είναι η συνεισφορά των δικύκλων και των

επιβατικών οχημάτων με τα ποσοστά των εκπομπών τους να είναι περίπου ισοδύναμα

(43 και 42% αντίστοιχα). Από τα υπόλοιπα οχήματα σημαντικότερη είναι η

συνεισφορά των ελαφρών με 10%. Οι εκπομπές του CO είναι κυρίως από τα

επιβατικά, τα δίκυκλα και τα ελαφρά οχήματα με τα ποσοστά τους να είναι στο 62%,

22% και 15% αντίστοιχα. Η συνεισφορά των βαρέων οχημάτων είναι μεγαλύτερη

στις εκπομπές των σωματιδίων όπου τα βαρέα φορτηγά συνεισφέρουν το 52% των

συνολικών εκπομπών, τα ταξί το 24% και τα λεωφορεία επιπλέον 7%. Αξιοσημείωτη

είναι και η συνεισφορά των επιβατικών και των ελαφρών καθώς τα ποσοστά τους

είναι 12 και 5% αντίστοιχα. Ως προς το βενζόλιο, δύο είναι οι κύριες πηγές: τα

δίκυκλα και τα επιβατικά οχήματα με ποσοστά συνεισφοράς 46% και 44%

αντίστοιχα. Την σημαντικότερη συνεισφορά στις εκπομπές CO2 έχουν τα επιβατικά

και τα ελαφρά οχήματα με συνολικό ποσοστό 76% (64 και 12% αντίστοιχα). Και για

το SO2 η εικόνα είναι ανάλογη με ποσοστό συνεισφοράς επιβατικών και ελαφρών

στο 75%. Ανάλογη είναι και η εικόνα για την κατανάλωση καυσίμου.

82

ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ ΣΤΗΝ

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ

Σκοπός

Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μία προσπάθεια προσέγγισης των μηχανισμών που

καθορίζουν τη διασπορά των ρύπων μέσα στην ατμόσφαιρα. Ο στόχος είναι να

περιγραφεί ο ρόλος της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα, οι

μετεωρολογικές συνθήκες που διαμορφώνουν την ποιότητα του ατμοσφαιρικού

περιβάλλοντος σε μία περιοχή και να αναλυθούν οι αντίστοιχες μαθηματικές και

φυσικές προσεγγίσεις που μας βοηθούν να υπολογίσουμε θεωρητικά τη διασπορά

των ρύπων στην ατμόσφαιρα.

4.1 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΗΛΙΟΥ - ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ

Όλη η ενέργεια που φτάνει στην ατμόσφαιρα της Γης προέρχεται από τον Ηλιο. Η

απόσταση του πλανήτη μας από τον Ηλιο είναι 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Η

ενέργεια αυτή είναι στην πραγματικότητα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Στο Σχήμα

4.1 φαίνεται το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Αν και ένα μέρος της

ακτινοβολίας απορροφάται από την ατμόσφαιρα, το υπόλοιπο τελικά φτάνει στο

έδαφος και επανεκπέμπεται με διάφορες διαδικασίες. Τα αέρια που αποτελούν την

ατμόσφαιρα της Γης δε διαφεύγουν στο διάστημα εξαιτίας της βαρυτικής δύναμης

που δέχονται από τη Γη. Η θέρμανση της ατμόσφαιρας από τον ‘Ηλιο και η κίνηση

της Γης έχουν σαν αποτέλεσμα εσωτερικές μεταβολές της πίεσης στην ατμόσφαιρα

και επομένως κίνηση των αερίων μαζών. Η Γη έχει ζωή εξαιτίας μιας σειράς

«συμπτώσεων». Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, η απόσταση της Γης από τον

Ηλιο, η μάζα και η διάμετρος της Γης, η ύπαρξη και η χημική σύνθεση της

ατμόσφαιρας κάνουν τελικά τη Γη κατοικήσιμη. Ο συνδυασμός αυτός μπορεί να

μην εμφανίζεται συχνά στο σύμπαν.

83

Η γήινη ατμόσφαιρα αποτελείται κυρίως από άζωτο κατά 76%, και οξυγόνο κατά

20%, ενώ το 3% είναι υδρατμοί, 0,9% αργό και 0,03% διοξείδιο του άνθρακα. Το

πολύ μικρό ποσοστό που απομένει είναι κυρίως διάφορα σχετικά αδρανή αέρια όπως

νέο, ήλιο, κρυπτό, μονοξείδιο του αζώτου, υδρογόνο και ξένο. Συγκριτικά με τη μέση

ακτίνα της Γης (6370 km), η ατμόσφαιρά της είναι ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα. Το

90% της μάζας της βρίσκεται στα πρώτα 12 km, ενώ το 99% είναι κάτω των 30 km.

Όμως η μάζα της δεν είναι αμελητέα. Υπολογίζεται ότι είναι περίπου 5x 1018 kg. Έτσι

το δυναμικό ενέργειας και θερμότητας της ατμόσφαιρας είναι πολύ μεγάλο.

Ακτινοβολία μέλανος σώματος

Σαν μέλαν σώμα στη φυσική χαρακτηρίζεται εκείνο το σώμα που είναι τέλειος

εκπομπός, αλλά και που απορροφά πλήρως την προσπίπτουσα ακτινοβολία σε όλα τα

μήκη κύματός της. Αν και ένα τέτοιο σώμα δεν υπάρχει στη φύση, οι ιδιότητές του,

όπως αυτές προκύπτουν από τη θεωρία, είναι χρήσιμες στη μελέτη πραγματικών

σωμάτων. Η ροή της ακτινοβολίας ενός μέλανος σώματος, F, δίνεται από το νόμο των

Stefan-Boltzmann και όπως προκύπτει εξαρτάται από τη θερμοκρασία, Τ (οK), του

σώματος.

Σχήμα 4.1 Το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του Ηλιου (1Αο=10-4 μm).

84

F=σΤ4 (4.1)

Οπου σ είναι η σταθερά Stefan-Boltzmann (8,17x10-11 cal cm-2 min-1 οΚ-4 ) και η F σε

cal cm-2 min-1.

Όταν συγκρίνουμε κάποιο σώμα με ένα μέλαν, θα πρέπει να γνωρίζουμε τους

όρους του συντελεστή απορρόφησης και εκπομπής. Ως συντελεστής απορρόφησης

ορίζεται ο λόγος της ακτινοβολίας που απορροφάται από το σώμα προς τη συνολική

ακτινοβολία που προσπίπτει σ’ αυτό. Ο συντελεστής απορρόφησης εξαρτάται από το

μήκος κύματος και τη θερμοκρασία. Για ένα μέλαν σώμα αυτός ισούται με τη

μονάδα. Ο συντελεστής εκπομπής είναι ο λόγος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται

από ένα σώμα σε κάποια θερμοκρασία προς την ακτινοβολία ενός μέλανος σώματος

στην ίδια θερμοκρασία. Εξαρτάται τόσο από το σώμα όσο και από τη συχνότητα της

εκπεμπόμενης ακτινοβολίας. Από το νόμο του Kirchoff προκύπτει ότι ο συντελεστής

εκπομπής ενός σώματος θερμοκρασίας Τ για μήκος κύματος λ είναι ίσος με το

συντελεστή απορρόφησης. Οι τιμές αυτών των συντελεστών, ανάλογα και με το

σώμα, μπορεί να διαφέρουν σημαντικά για διαφορετικά μήκη κύματος.

Όπως προκύπτει από την εξίσωση (4.1), η ολική ακτινοβολία ενός μέλανος

σώματος είναι ανάλογη της τέταρτης δύναμης της απόλυτης θερμοκρασίας του. Η

συχνότητα, Vmax, στην οποία εμφανίζεται η μέγιστη ένταση της ακτινοβολίας είναι

επίσης ανάλογη της θερμοκρασίας και προκύπτει από το νόμο του Wien.

Vmax = 1,04x1011 Τ (4.2)

Οπου η συχνότητα Vmax είναι σε Ηz και η σταθερά σε Hz oK-1.

Η ροή της ακτινοβολίας σαν συνάρτηση της συχνότητας προκύπτει από το νόμο

του Planck.

Εv dv = c1 v3 (exp(c2 v / T) – 1)-1 dv (4.3)

όπου:

c1 = 2πh/c2

h = 6,55 x10-27 erg s η σταθερά του Planck

85

0

c = 3 x108 ms-1 η ταχύτητα του φωτός

c2 = h / k

k = 1,37x 10-16 erg K-1 η σταθερά του Boltzmann.

Η ακτινοβολία ενός μελανού σώματος είναι συνεχής στο ηλεκτρομαγνητικό

φάσμα. Ο ‘Ηλιος θεωρείται μέλαν σώμα. Το χιόνι στο υπέρυθρο συμπεριφέρεται

επίσης σαν μέλαν σώμα. Το ίδιο ισχύει και για το νερό σε ορισμένα μήκη κύματος. Σε

αντίθεση με τα στερεά και τα υγρά, πολλά αέρια απορροφούν και εκπέμπουν

ακτινοβολία σε διακριτά μήκη κύματος.

Η ακτινοβολία του Ηλίου

Ο ‘Ηλιος εκπέμπει ακτινοβολία μέλανος σώματος θερμοκρασίας περίπου 6000 Κ.

Η ολική ηλιακή ροή ακτινοβολίας είναι 3,9x1026 W. Από το νόμο του Wien

υπολογίστηκε ότι η συχνότητα της μέγιστης ηλιακής ακτινοβολίας είναι 6,3x 1014Hz

(λ=0,48μm) και βρίσκεται επομένως στο ορατό τμήμα του φάσματος της

Σχήμα 4.2 Απορρόφηση των μηκών κύματος της ηλιακής ακτινοβολίας στα διάφορα

ύψη της ατμόσφαιρας.

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

200 -

100 -

ΥΨ

ΟΣ

(k

m)

λ (μm)

86

ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Το 99% της ηλιακής ακτινοβολίας εκπέμπεται στη

φασματική περιοχή από 7,5x1013Hz (λ=5μm) έως 2x1015Hz (λ=0,15μm), ενώ το 50%

στην περιοχή του ορατού, δηλαδή ανάμεσα στα 4,3x1014Hz (λ=0,7μm) και

7,5x1014Hz (λ=0,4μm). Η ηλιακή ενέργεια που φτάνει στο όριο της γήινης

ατμόσφαιρας ανά μονάδα χρόνου, κάθετα σε μια μοναδιαία επιφάνεια και στη μέση

απόσταση Γης-Ηλίου, ονομάζεται ηλιακή σταθερά και είναι ίση με 1367 Wm-2.

Εξαιτίας της εκκεντρότητας της τροχιάς της Γης γύρω από τον Ηλιο, η απόστασή της

από αυτόν δεν είναι σταθερή κατά τη διάρκεια ενός έτους, αλλά μεταβάλλεται μεταξύ

μιας μέγιστης τιμής τον Ιούλιο (αφήλιο) και μιας ελάχιστης τον Ιανουάριο (περιήλιο).

Η διαφορά στην ενέργεια της ακτινοβολίας του Ηλίου που φτάνει στην ατμόσφαιρα

μεταξύ αφηλίου και περιηλίου είναι περίπου 7%.

Η Γη αποκόπτει, παρεμβαλλόμενη στην πορεία της ηλιακής ακτινοβολίας, δίσκο

εμβαδού πR2 όπου R είναι η ακτίνα της Γης. Η ενέργεια που πέφτει σ’αυτόν τον

κύκλο, σε διάστημα 24 ωρών, διαμοιράζεται σε όλη την επιφάνεια της Γης, δηλαδή

σε μια επιφάνεια εμβαδού 4πΕ2 . Έτσι τελικά η μέση τιμή της ακτινοβολίας που

φτάνει στην ατμόσφαιρα είναι 338 Wm-2. Η τιμή αυτή μειώνεται ακόμα περισσότερο

καθώς εισχωρεί βαθύτερα στην ατμόσφαιρα. Στο Σχήμα 4.2 παρουσιάζεται η

απορρόφηση των μηκών κύματος της ηλιακής ακτινοβολίας στα διάφορα ύψη της

ατμόσφαιρας. Ετσι, λοιπόν, στην ιονόσφαιρα, που εκτείνεται πάνω από τα 100km, το

μοριακό οξυγόνο απορροφά έντονα την υπεριώδη ακτινοβολία. Οι ακτίνες Χ

απορροφούνται σε ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Στην περιοχή των 60 – 80

km, η απορρόφηση της ακτινοβολίας των 0,2-0,24μm έχει σαν αποτέλεσμα τον

σχηματισμό όζοντος. Κάτω από τα 60km η συγκέντρωση του όζοντος είναι αρκετά

μεγάλη ώστε να απορροφά το σύνολο σχεδόν αυτής της ακτινοβολίας. Έτσι το

στρώμα του όζοντος έχει ιδιαίτερη σημασία για τη ζωή καθώς απορροφά την

επικίνδυνη για τον άνθρωπο υπεριώδη ακτινοβολία. Τα διάφορα ατμοσφαιρικά

στρώματα, καθώς θερμαίνονται λόγω απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας,

επανεκπέμπουν ακτινοβολία σε μήκη κύματος που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία

τους και το συντελεστή εκπομπής τους. Το 5% περίπου της ηλιακής ακτινοβολίας

απορροφάται πάνω από τα 40km. Όταν δεν υπάρχουν σύννεφα στον ουρανό ένα

επιπλέον ποσοστό της τάξης του 10-15% απορροφάται από την κατώτερη

ατμόσφαιρα ή οπισθοσκεδάζεται από τα ατμοσφαιρικά αερολύματα και μόρια. Έτσι

τελικά μόνο το 80-85% της ακτινοβολίας στα όρια της γήινης ατμόσφαιρας φτάνει

87

τελικά στο έδαφος. Όταν ο ουρανός είναι νεφοσκεπής, το ποσοστό αυτό είναι μόλις

50%.

Ανακλαστική ικανότητα και γωνία πρόσπτωσης

Το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που ανακλάται από το σύστημα

ατμόσφαιρα-γη πίσω προς το διάστημα ονομάζεται «ανακλαστική ικανότητα» ή

«λευκαύγεια» (albedo). Η ανακλαστική ικανότητα των νεφών, του χιονιού και του

πάγου είναι 0,5-0,8. Η βλάστηση έχει ανακλαστικότητα που κυμαίνεται από 0,03-3,

ενώ το νερό 0,02-0,05 εκτός από την περίπτωση που οι ηλιακές ακτίνες προσπίπτουν

με μεγάλη γωνία προς την επιφάνεια του νερού. Η μέση τιμή της ανακλαστικότητας

του πλανήτη μας είναι 0,35.

Αν και αλλαγές που συμβαίνουν στον ‘Ηλιο και σχετίζονται με τη μεταβολή της

ηλιακής δραστηριότητας (ηλιακές κηλίδες, εκλάμψεις) έχουν σαν αποτέλεσμα τη

μεταβολή της ακτινοβολούμενης από τον ήλιο ενέργειας. Οι μεταβολές αυτές δεν

επηρεάζουν την ακτινοβολία που φτάνει στο έδαφος της Γης, καθώς είναι

αποκλειστικά στην περιοχή των ακτίνων Χ και του υπεριώδους. Η ακτινοβολία

λοιπόν που διεισδύει μέχρι το έδαφος θεωρούμε ότι παραμένει σταθερή και

ανεξάρτητη από τέτοιου είδους μεταβολές.

Εκτός από την ανακλαστική ικανότητα, ένας ακόμα παράγοντας που επηρεάζει την

ποσότητα της ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος είναι η γωνία πρόσπτωσης. Η

ένταση της ακτινοβολίας, Sh, που προσπίπτει κάθετα σε μια οριζόντια επιφάνεια,

δίνεται από τη σχέση:

Sh = S συνZ (4.4)

όπου S είναι η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει σε μία επιφάνεια κάθετη προς τη

διεύθυνση διάδοσής της και Ζ η «ζενίθια γωνία» (η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ

του Ηλιου, της οριζόντιας επιφάνειας στο σημείο πρόσπτωσης και του ζενίθ του

τόπου).

Εξαιτίας της απόκλισης της ελλειπτικής του άξονα περιστροφής της Γης (23,5ο) σε

σχέση με το επίπεδο περιστροφής της γύρω από τον ‘Ηλιο, ο Β. Πόλος της Γης

στρέφεται προς τον ‘Ηλιο στις 22 Ιουνίου, ενώ το αντίθετο συμβαίνει στις 21

88

Δεκεμβρίου (Σχήμα 4.3). Η ηλιακή ακτινοβολία επομένως, σε τόπους με διαφορετικά

γεωγραφικά πλάτη, προσπίπτει κάθετα σε διαφορετικές εποχές του έτους.

Σχήμα 4.3 Σχετική θέση της Γης ως προς τις προσπίπτουσες ηλιακές ακτίνες, όταν

βρίσκεται στο περιήλιο (αριστερά) και το αφήλιο (δεξιά).

Η ζενίθια γωνία, όπως προκύπτει από τη σφαιρική αστρονομία, δίνεται από τη σχέση:

συνΖ = ημφ ημδ + συνφ συνδ συνΗ (4.5)

όπου δ είναι η απόκλιση του Ηλίου, Η η «ωριαία γωνία» του (το τόξο επί της

ημερησίας τροχιάς του ‘Ηλιου που σχηματίζεται μεταξύ της εκάστοτε θέσης του

‘Ηλιου στον ουρανό και της τοπικής μεσημβρίας) και φ το γεωγραφικό πλάτος του

τόπου (η στερεά γωνία που σχηματίζεται μεταξύ Β.Πόλου, του κέντρου της Γης και

του τόπου).

«Αζιμούθιο» του Ηλίου, ω, ορίζεται η γωνία που σχηματίζεται στο επίπεδο του

ορίζοντα ανάμεσα στη διεύθυνση προς το Νότο και τη διεύθυνση προς τον ‘Ηλιο.

B.Π

N.Π

B.Π

N.Π

23,5ο 23,5ο

21 Δεκεμβρίου. 22 Ιουνίου

89

ημω = (συνδ ημΗ) / ημΖ (4.6)

Για επιφάνειες της Γης που δεν είναι οριζόντιες:

Ss = S (συνΖ συνι + ημΖ ημι συν(ω – ω΄)) (4.7)

όπου ι είναι η γωνία που σχηματίζει η επιφάνεια με το οριζόντιο επίπεδο και ω΄ το

αζιμούθιο του τόπου.

Για μεγάλες ζενίθιες γωνίες, η ηλιακή ακτινοβολία πρέπει να διανύσει μεγαλύτερο

τμήμα της ατμόσφαιρας (Σχήμα 4.4). Έτσι αναμένεται σ’ αυτές τις περιπτώσεις να

Σχήμα 4.4 Οπτική διαδρομή των ηλιακών ακτινών για μηδενική ζενίθια γωνία

(μεσημέρι, διαδρομή ΜΕ) και ζενίθια γωνία ίση με 90ο (δύση, διαδρομή ΔΕ).

έχουμε τόσο μεγαλύτερη σκέδαση από τα ατμοσφαιρικά σωματίδια, όσο και

μεγαλύτερη απορρόφηση εξαιτίας της μεγαλύτερης διαδρομής των ηλιακών ακτινών.

Η ακτινοβολία της Γης

Η υπεριώδης ηλιακή ακτινοβολία, όπως είδαμε μέχρι τώρα, στο μεγαλύτερο ποσοστό, απορροφάται

από την ατμόσφαιρα και έτσι η μέγιστη ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος

Μ

Ε Δ

Μ

90

βρίσκεται στην περιοχή του ορατού. Η Γη εκπέμπει ακτινοβολία μέλανος σώματος θερμοκρασίας 290

οΚ. Η υπέρυθρη ακτινοβολία της Γης εκτείνεται από τα 3 – 80 μm με μέγιστο στα 11 μm. Η

ατμόσφαιρα σ’ αυτά τα μήκη κύματος απορροφά (λόγω των υδρατμών και του διοξειδίου του άνθρακα

κυρίως) και επανεκπέμπει ακτινοβολία. Εξαιτίας του φάσματος απορρόφησης αυτών των ενώσεων, η

ατμόσφαιρα παρουσιάζεται διαφανής σε ακτινοβολίες μήκους κύματος μικρότερου από 7 μm και

μεγαλύτερου από 14 μm, ενώ είναι εν μέρει διαφανής στην περιοχή από 7 – 8,5 μm και 11 – 14 μm.

Έτσι θερμότητα διαφεύγει στο διάστημα από το ατμοσφαιρικό παράθυρο των 8,5 – 11 μm, αλλά και

από την επανεκπομπή ακτινοβολίας από στρώματα της ατμόσφαιρας που περιέχουν αέρια που

απορροφούν. Το ισοζύγιο ακτινοβολίας στο σύστημα Ηλίου -ατμόσφαιρας-επιφάνειας της Γης

φαίνεται στο Σχήμα 4.5.

Οι διάφορες περιοχές της Γης, ανάλογα με το είδος της επιφάνειας,

συμπεριφέρονται διαφορετικά στην θέρμανσή τους από τον Ηλιο. Για παράδειγμα, το

αμμώδες έδαφος φτάνει σε μεγάλη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια μιας ηλιόλουστης

μέρας, αλλά εξαιτίας της μικρής θερμοχωρητικότητας και αγωγιμότητάς του, η

θερμότητα δεν μπορεί να διεισδύσει πάνω από 20 – 30 εκατοστά και γενικά

Σχήμα 4.5 Ισοζύγιο ακτινοβολίας στο σύστημα Ηλίου –ατμόσφαιρας -επιφάνειας της Γης.

Εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία

100%

19 %

Απορρόφηση

στην

ατμόσφαιρα

51 % Απορρόφηση

στην επιφάνεια

30 %

Απώλεια στο διάστημα

70 % Υπερυθ.Ακτ.

Απώλεια στο διάστημα

45 %

Υπερυθ. Ακτ.

Απορρόφηση

στην

ατμόσφαιρα

21 %

Υπερυθ. Ακτ.

εκπομπή από την

επιφάνεια

23 %

Ροή

λανθάνουσας

θερμότητας

7 %

Ροή

αισθητής

θερμότητας

91

αποθηκεύεται πολύ μικρή ποσότητα ενέργειας. Αντίθετα, η ηλιακή ακτινοβολία

διεισδύει στο νερό σε βάθος αρκετών μέτρων, με αποτέλεσμα να θερμαίνεται ένα

αρκετά παχύ στρώμα. Η θερμότητα αυτή στη συνέχεια μπορεί να μεταφερθεί και σε

βαθύτερα στρώματα. Η θερμοχωρητικότητα του νερού είναι πολύ μεγαλύτερη από

αυτήν της άμμου με αποτέλεσμα σημαντικά ποσά θερμότητας να αποθηκεύονται στις

υδάτινες μάζες.

Ισοζύγιο θερμότητας

Η ηλιακή ακτινοβολία στην περιοχή του ισημερινού προσπίπτει με μικρότερη

ζενίθια γωνία απ’ ό,τι στις πολικές περιοχές, με αποτέλεσμα περισσότερη

ακτινοβολία να διεισδύει σ’ αυτήν την περιοχή. Κατά συνέπεια η ενέργεια που

αποθηκεύεται στη θαλάσσια περιοχή του ισημερινού είναι περισσότερη από αυτή

κοντά στους πόλους. Η διαφορά αυτή αντισταθμίζεται από την εκπεμπόμενη

υπέρυθρη ακτινοβολία της Γης.

92

Στο Σχήμα 4-6 φαίνεται η ακτινοβολία που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της Γης,

αλλά και αυτή που εκπέμπεται στα διάφορα γεωγραφικά πλάτη. Το γεγονός ότι η

θερμοκρασία στην περιοχή του ισημερινού δεν αυξάνει συνέχεια εξηγείται με τη

μεταφορά θερμότητας από τον ισημερινό προς τους πόλους. Η μεταφορά αυτή

αντισταθμίζει το ισοζύγιο θερμότητας, έτσι ώστε τελικά η μέση θερμοκρασία να

παραμένει σταθερή. Η θερμότητα μεταφέρεται τόσο με τις αέριες μάζες, όσο και με

τα θαλάσσια ρεύματα (θερμά ρεύματα κινούνται προς τους πόλους, ενώ ψυχρά προς

τον ισημερινό). Επίσης θερμότητα μεταφέρεται και με την εξάτμιση υδρατμών στην

Σχήμα 4.6 Μέση ετήσια ακτινοβολία (εισερχόμενη και εξερχόμενη) ανά γεωγραφικό πλάτος. Ο

άξονας του γεωγραφικού πλάτους αναπαριστά την αντιστοιχούσα επιφάνεια της Γης μεταξύ των

μεσημβρινών.

93

τροπική ζώνη και τη συμπύκνωσή τους στους πόλους (λανθάνουσα θερμότητα

συμπύκνωσης). Στον Πίνακα 4.1 φαίνεται η ροή θερμότητας στα διάφορα

γεωγραφικά πλάτη. Τελικά, στο σύστημα Γη – ατμόσφαιρα, υπάρχει ισορροπία

μεταξύ της ηλιακής ακτινοβολίας (που προκαλεί θέρμανση της Γης) και της

ακτινοβολίας της Γης (που έχει σαν αποτέλεσμα την ψύξη της).

Πίνακας 4.1 Η ροή θερμότητας στα διάφορα γεωγραφικά πλάτη

Γ. Πλάτος

(μοίρες)

Ροή θερμότητας

(1019 kcal/έτος)

Γ. Πλάτος

(μοίρες)

Ροή θερμότητας

(1019 kcal/έτος)

10 1,21 50 3,40

20 2,54 60 2,40

30 3,56 70 1,25

40 3,91 80 0,35

4.2 ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΚΑΙ ΑΣΤΑΘΕΙΑΣ

Οι κατακόρυφες κινήσεις των αερίων μαζών επηρεάζουν τόσο τον καιρό όσο και τις

διαδικασίας ανάμειξης που είναι ιδιαίτερα σημαντικές στη μελέτη της αέριας

ρύπανσης. Ανερχόμενες ή κατερχόμενες αέριες μάζες δημιουργούνται εξαιτίας της

μορφολογίας του εδάφους ή διαφόρων μετεωρολογικών συνθηκών (μέτωπα,

βαρομετρικά συστήματα πίεσης). Αυτό που έχει ιδιαίτερη σημασία να γνωρίζουμε

είναι κατά πόσο η ατμόσφαιρα ευνοεί αυτές τις κινήσεις. Όταν η ατμόσφαιρα

εμποδίζει τις κατακόρυφες κινήσεις λέμε ότι έχουμε ευστάθεια, ενώ όταν οι

κατακόρυφες κινήσεις ευνοούνται λέμε ότι έχουμε αστάθεια.

Στα ασυμπίεστα ρευστά, όπως είναι για παράδειγμα το νερό, η κατακόρυφη

κατανομή της θερμοκρασίας του, περιγράφει και την κατάσταση ευστάθειας του

ρευστού. Όταν το κατώτερο στρώμα είναι θερμότερο και κατά συνέπεια λιγότερο

πυκνό από το ανώτερο στρώμα, το ρευστό είναι ασταθές και ρεύματα επαγωγής θα

έχουν σαν αποτέλεσμα την ανάμειξη των δύο στρωμάτων. Όταν αντίθετα το

κατώτερο στρώμα είναι πιο ψυχρό από αυτά που βρίσκονται από επάνω του, το

94

ρευστό είναι σε κατάσταση ευστάθειας και οι κατακόρυφες κινήσεις είναι ελάχιστες.

Ο αέρας βέβαια είναι ένα συμπιεστό ρευστό, με αποτέλεσμα ο καθορισμός της

ευστάθειάς του να είναι πιο πολύπλοκος.

Η θερμοκρασία και η πυκνότητα του αέρα συνήθως μειώνονται με το ύψος. Η

πυκνότητα επιπλέον επηρεάζεται και από την υγρασία. Η σχέση που συνδέει την

πίεση, p, ενός αέριου όγκου,V, μάζας, m, και θερμοκρασίας, Τ, δίνεται από την

καταστατική εξίσωση των αερίων:

p V = R m T (4.8)

όπου R σταθερά η οποία προκύπτει από την παγκόσμια σταθερά των αερίων

διαιρώντας με το μοριακό βάρος του αερίου.

Επειδή η πυκνότητα δίνεται από τη σχέση ρ=m/V, η παραπάνω σχέση μπορεί να

γραφτεί ως:

p = R ρ T (4.9)

ενώ αν ορίσουμε τον ειδικό όγκο σαν α = 1 / ρ:

α p = R T (4.10)

Η εξίσωση (4.10) συνδυάζει το νόμο του Boyle και το νόμο του Guy-Lussac. Ο

νόμος του Boyle αναφέρει ότι όταν η θερμοκρασία είναι σταθερή, ο όγκος είναι

αντιστρόφως ανάλογος της πίεσης. Ο νόμος του Guy-Lussac αναφέρει ότι όταν η

πίεση είναι σταθερή, ο όγκος είναι ανάλογος της θερμοκρασίας. Η εξίσωση (4.10)

είναι η πιο γνωστή μορφή της καταστατικής εξίσωσης του ατμοσφαιρικού αέρα στη

μετεωρολογία.

Το πρώτο θερμοδυναμικό αξίωμα

Αν σε μια ποσότητα ατμοσφαιρικού αέρα, του οποίου ο όγκος παραμένει

σταθερός, προσφερθεί μια μικρή ποσότητα θερμότητας Δh, αυτό θα έχει σαν

αποτέλεσμα μια μικρή αύξηση της θερμοκρασίας του.

95

Δh = cv ΔT (4.11)

όπου cv είναι η ειδική θερμότητα του αέρα σε σταθερό όγκο.

Στην περίπτωση αυτή, όλη η ενέργεια θα χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της

εσωτερικής ενέργειας του αερίου, η οποία θεωρούμε ότι εξαρτάται μόνο από τη

θερμοκρασία. Από τη σχέση (4.8) προκύπτει ότι θα αυξηθεί επίσης και η πίεση.

Αν ο αέρας αντί να παραμένει σε σταθερό όγκο παραμένει σε σταθερή πίεση

ισορροπίας μεταβάλλοντας τον όγκο του και τη θερμοκρασία του, το αποτέλεσμα της

προσφοράς σε αυτόν θερμότητας θα δίνεται από τη σχέση:

Δh = cv ΔT + p ΔV (4.12)

Η σχέση αυτή με τη βοήθεια της καταστατικής εξίσωσης του ατμοσφαιρικού αέρα

γράφεται:

Δh = cp ΔT + V Δp (4.13)

όπου cp = cv + Rd είναι η ειδική θερμότητα του αέρα σε σταθερή πίεση και Rd είναι η

σταθερά του αερίου για ξηρό αέρα.

Αδιαβατικές μεταβολές

Κάθε αέρια μάζα ανταλλάσσει με το περιβάλλον ποσά ενέργειας μέσω του

μηχανισμού της «απορρόφησης», της «εκπομπής», ή της «θερμικής αγωγιμότητας».

Οι μεταβολές στις οποίες δεν έχουμε ανταλλαγή ποσοτήτων θερμότητας με το

περιβάλλον ονομάζονται «αδιαβατικές». Κοντά στο έδαφος κάτι τέτοιο δε μπορεί να

συμβεί και οι μεταβολές ονομάζονται «διαβατικές».

Σε κάποια απόσταση από το έδαφος, οι διαδικασίες είναι πολύ συχνά

αδιαβατικές. Για παράδειγμα, όταν έχουμε ανοδικές κινήσεις αερίων μαζών, η

μερική πίεσή τους ελαττώνεται, με αποτέλεσμα αύξηση του όγκου τους και μείωση

της θερμοκρασίας τους. Αν ο αέρας δεν είναι κορεσμένος σε υδρατμούς, η

διαδικασία αυτή ονομάζεται «ξηρή αδιαβατική». Προφανώς στη μεταβολή αυτή το

96

ποσό θερμότητας Δh είναι μηδέν, με αποτέλεσμα από την εξίσωση (4.13) και με τη

βοήθεια της εξίσωσης της υδροστατικής ισορροπίας:

- Δp = ρ g Δz (4.14)

έχουμε τελικά:

- ΔΤ / Δz = g / cp (4.15)

Από τη σχέση αυτή προκύπτει ότι ο αέρας ψύχεται όταν ανέρχεται και θερμαίνεται

όταν κατέρχεται. Αφού υποθέσαμε αδιαβατική μεταβολή, ο λόγος ΔΤ / Δz ορίζει την

ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα, γd, μια σταθερά με τιμή 0,0098 km-1. Στην

περίπτωση υγρού αέρα, η λανθάνουσα θερμότητα που απελευθερώνεται από τη

συμπύκνωση των υδρατμών έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση του ρυθμού ψύξης και

έτσι η υγρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα είναι μικρότερη από την αντίστοιχη ξηρή.

Στο Σχήμα 4.7 παρουσιάζονται διάφορες πιθανές καθ’ύψος μεταβολές (κατατομές)

της θερμοκρασίας καθώς και η σύνδεση των μεταβολών αυτών με την ευστάθεια της

ατμόσφαιρας.

Δυναμική θερμοκρασία

Η «δυναμική θερμοκρασία» μιας αέριας μάζας ορίζεται ως η θερμοκρασία που θα

είχε αυτή η μάζα αν είχε εκτονωθεί ή συμπιεστεί αδιαβατικά από την κατάσταση

στην οποία βρίσκεται (p, T) σε μια τυπική πίεση po = 1000 hPa. Η δυναμική

θερμοκρασία δίνεται από τη σχέση:

Θ = Τ (1000 / p)0,288 (4.16)

όπου Τ είναι η θερμοκρασία σε βαθμούς Kelvin και p είναι η πίεση σε hPa

(1hPa=1mb).

Η δυναμική θερμοκρασία χρησιμοποιείται στον προσδιορισμό της

ατμοσφαιρικής ευστάθειας. Όταν η δυναμική θερμοκρασία ελαττώνεται με το ύψος η

97

ατμόσφαιρα είναι ασταθής. Αντίθετα, όταν η δυναμική θερμοκρασία αυξάνεται με το

ύψος, η ατμόσφαιρα χαρακτηρίζεται ως ευσταθής.

Επίδραση της ανάμειξης

Η ανάμειξη του αέρα σε ένα κατακόρυφο στρώμα, έχει σαν αποτέλεσμα την

εξίσωση της δυναμικής θερμοκρασίας μέσα σ’ αυτό. Μια τέτοια διαδικασία είναι

αρκετά συνηθισμένη και γίνεται για παράδειγμα όταν αέρια μάζα κινείται πάνω από

επιφάνεια με έντονο ανάγλυφο.

Σχήμα 4.7 Πιθανές καθ’ ύψος μεταβολές της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα

(1) αδιαβατική μεταβολή

(2) υπεραδιαβατική μεταβολή (μεγαλύτερος ρυθμός μείωσης της θερμοκρασίας με

το ύψος, σε σχέση με την αδιαβατική μεταβολή)

(3) υποαδιαβατική μεταβολή (ελαφρώς μικρότερος ρυθμός μείωσης της

θερμοκρασίας με το ύψος, σε σχέση με την αδιαβατική μεταβολή)

(4) ισόθερμη μεταβολή (η θερμοκρασία παραμένει σταθερή καθ΄υψος)

Θερμοκρασία

Υψ

ος

98

(5) θερμοκρασιακή αναστροφή (η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος)

Σχήμα 4.8 Το αποτέλεσμα της εξαναγκασμένης μείξης του αέρα (διακεκομμένη γραμμή), σε

υποαδιαβατική ατμόσφαιρα (συνεχής γραμμή).

Στο Σχήμα 4.8 βλέπουμε μια τέτοια διαδικασία. Αρχικά η θερμοκρασία μεταβάλλεται

υποαδιαβατικά (συνεχής γραμμή). Η επίδραση της ανάμειξης του αέρα έχει σαν

αποτέλεσμα την ομοιόμορφη κατανομή της δυναμικής θερμοκρασίας σε όλο το

στρώμα, που στο χαμηλότερο τμήμα του γίνεται πλέον ξηρή αδιαβατική. Το στρώμα

του αέρα θερμαίνεται στο εξής από τo έδαφος, ενώ ψύχεται από τα πάνω στρώματα.

Οι διαδικασίες ανάμειξης έχουν ως αποτέλεσμα την αδιαβατική μεταβολή της

θερμοκρασίας μέχρι ενός ύψους. Για την εξίσωση, επομένως, της θερμοκρασίας στο

πάνω όριο του στρώματος, πρέπει να εμφανιστεί μια θερμοκρασιακή αναστροφή, μια

περιοχή δηλαδή όπου η θερμοκρασία θα παρουσιάζει αύξηση με το ύψος. Αν το

στρώμα ήταν αρχικά σχετικά υγρό (αλλά όχι τελείως κορεσμένο σε υδρατμούς), στην

ανώτερη περιοχή του, η συμπύκνωση των υδρατμών θα ελάττωνε τη θερμοκρασία

του, ενώ θα παρατηρούσαμε και το σχηματισμό νεφών.

Θερμοκρασιακές αναστροφές

Γενικά οι θερμοκρασιακές αναστροφές μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο μεγάλες

κατηγορίες. Η μια κατηγορία περιλαμβάνει τις αναστροφές που οφείλονται στη ψύξη

των κατώτερων ατμοσφαιρικών στρωμάτων, ενώ η άλλη περιλαμβάνει τις

αναστροφές που οφείλονται στη μεταφορά θερμότερου πάνω από ψυχρότερο αέρα ή

το αντίστροφο. Στην πρώτη κατηγορία ανήκει η αναστροφή ακτινοβολίας που

εμφανίζεται κατά τη διάρκεια ανέφελης νύχτας με άπνοια εξαιτίας της ψύξης των

χαμηλότερων ατμοσφαιρικών στρωμάτων λόγω εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας

από το έδαφος.

Ο μηχανισμός δημιουργίας αναστροφών ακτινοβολίας περιγράφεται στο

Σχήμα 4.9, στο οποίο φαίνεται η μεταβολή της θερμοκρασίας στο χαμηλότερο

ατμοσφαιρικό στρώμα για διάφορες ώρες της ημέρας. Ετσι λοιπόν, στις 4 το πρωί η

εκπεμπόμενη από το έδαφος ακτινοβολία οδηγεί σε ψύξη την επιφάνεια του εδάφους

0 50

99

και τον αέρα που έρχεται σε επαφή με αυτήν και δημιουργείται θερμοκρασιακή

αναστροφή. Αν ο αέρας περιέχει ικανό ποσοστό υδρατμών, τότε, λόγω της ψύξης

παρατηρείται συμπύκνωση των υδρατμών και δημιουργείται η λεγόμενη «ομίχλη

ακτινοβολίας». Στη συνέχεια, μετά την ανατολή του Ηλίου (9 η ώρα), το έδαφος και

ο αέρας με τον οποίο έρχεται σε επαφή θερμαίνονται και έχουμε ελαφρώς

υποαδιαβατική ατμόσφαιρα. Το μεσημέρι (14 η ώρα) η θέρμανση συνεχίζεται και

έχουμε υπεραδιαβατική ατμόσφαιρα. Τέλος το απόγευμα (16 η ώρα) αρχίζει η ψύξη.

Στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν αναστροφές που σχετίζονται με διάφορα

μετεωρολογικά φαινόμενα. Σε ένα αντικυκλωνικό σύστημα, εξαιτίας της υψηλότερης

πίεσης στο κέντρο του, δημιουργείται μια κατακόρυφη κίνηση των αερίων μαζών με

Σχήμα 4.9 Η μεταβολή της θερμοκρασίας στο χαμηλότερο ατμοσφαιρικό στρώμα για

διάφορες ώρες της ημέρας.

διεύθυνση προς το κέντρό του. Η κίνηση αυτή έχει σαν αποτέλεσμα τη συμπίεση και

θέρμανση του αέρα. Η αναστροφή που δημιουργείται ονομάζεται «αναστροφή από

κατάπτωση». Παρόμοιες αναστροφές δημιουργούνται και από κατερχόμενες αέριες

μάζες στην υπήνεμη πλευρά ενός βουνού. Αναστροφή επίσης μπορεί να

δημιουργηθεί και κατά τη διέλευση ενός θερμού ή ψυχρού μετώπου. Οι

θερμοκρασιακές αναστροφές έχουν ιδιαίτερη σημασία στη διασπορά της αέριας

ρύπανσης γιατί επηρεάζουν την ατμοσφαιρική ευστάθεια.

Υψ

ος

100

4.3 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΑΕΡΙΩΝ ΜΑΖΩΝ

Νόμοι κίνησης

Οι αέριες μάζες στην ατμόσφαιρα βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Η κλίμακα και το

μέγεθος αυτών των κινήσεων ποικίλλει. Αν και οι κατακόρυφες κινήσεις έχουν

ιδιαίτερη σημασία και για τη μετεωρολογία και την αέρια ρύπανση, όταν

αναφερόμαστε στον άνεμο θεωρούμε μόνο τις οριζόντιες συνιστώσες της ταχύτητας.

Σε μεγάλη κλίμακα, ο άνεμος μπορεί να γίνει εύκολα κατανοητός αν εξετάσουμε

την ισορροπία διαφόρων δυνάμεων στην ατμόσφαιρα. Ο φυσικός νόμος που βρίσκει

εφαρμογή είναι ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα. Σύμφωνα με αυτόν, αν σε μια αέρια

μάζα, m, ασκείται δύναμη, F, τελικά αυτή αποκτά επιτάχυνση, α.

Η δύναμη της βαροβαθμίδας

Τρεις είναι οι σημαντικές δυνάμεις για την οριζόντια κίνηση των αερίων μαζών

(Σχήμα 4.10). Η δύναμη της βαροβαθμίδας, η δύναμη της βαρύτητας και η δύναμη

της τριβής. Θεωρούμε μια μονάδα όγκου, p=ρg. Η δύναμη της βαρύτητας στη μονάδα

όγκου έχει διεύθυνση προς το κέντρο της Γης. Εξαιτίας των οριζόντιων βαθμίδων

θερμοκρασίας, υπάρχουν οριζόντιες βαθμίδες πυκνότητας και συνεπώς οριζόντιες

βαθμίδες πίεσης. Η οριζόντια δύναμη βαροβαθμίδας δίνεται από τη σχέση ph=Δp/ρΔx

όπου Δp είναι η οριζόντια διαφορά πίεσης κατά μήκος της απόστασης Δx. Η

διεύθυνση αυτής της δύναμης είναι κάθετη στις γραμμές ίσης πίεσης (ισοβαρείς) και

κατευθύνεται από την υψηλότερη προς τη χαμηλότερη πίεση.

Η δύναμη Coriolis

Αν η Γη δεν περιστρεφόταν τότε ο άνεμος θα φυσούσε από τις υψηλές προς τις

χαμηλές πιέσεις. Κοντά στο έδαφος θα επιβραδυνόταν εξαιτίας της τριβής ανάμεσα

στην ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της Γης, αλλά θα διατηρούσε την ίδια διεύθυνση

σε συνάρτηση με το ύψος. Ωστόσο, επειδή η Γη περιστρέφεται, υπάρχει μια δύναμη η

οποία δρα στις οριζόντιες ατμοσφαιρικές κινήσεις όταν αυτές εξετάζονται από ένα

σημείο αναφοράς που βρίσκεται στην επιφάνεια της Γης. Για παράδειγμα, θεωρήστε

έναν άνεμο ταχύτητας 10ms-1, ο οποίος πνέει κατά τη διεύθυνση του μεσημβρινού με

γεωγραφικό μήκος 00 από το Βόρειο Πόλο. Κατά μια απόλυτη έννοια, ο άνεμος

συνεχίζει να πνέει σ’ αυτήν τη διεύθυνση για 1 ώρα και ένα τμήμα αέρα που ξεκινά

101

από τον Πόλο την ώρα 1 διατρέχει 36km σ’ αυτό το χρονικό διάστημα. Ωστόσο,

καθώς η Γη περιστρέφεται κατά 3600 κάθε 24 ώρες (ή 150 την ώρα), στη διάρκεια της

μιας ώρας το τμήμα του αέρα θα έχει περιστραφεί κατά 150. Βρίσκουμε επομένως

πως 60min αργότερα το διάνυσμα του ανέμου θα βρίσκεται πάνω από το μεσημβρινό

σε γεωγραφικό μήκος 150. Αν δούμε την κίνηση του αέρα από το διάστημα (απόλυτο

σημείο αναφοράς), η κίνηση αυτή φαίνεται ευθεία. Αν

Σχήμα 4.10 Η οριζόντια δύναμη βαροβαθμίδας, ph, που ασκείται σε ένα στοιχειώδη

όγκο αέρα, λόγω της οριζόντιας βαθμίδας πίεσης μεταξύ ενός συστήματος υψηλών

πιέσεων (Υ) και ενός συστήματος χαμηλών πιέσεων (Χ). Στον ίδιο όγκο αέρα

εξασκείται η δύναμη της βαρύτητας (Β) και η δύναμη της τριβής (Τ).

όμως δούμε την κίνηση του αέρα από τη Γη, θα διαπιστώσουμε πως ο αέρας έχει

παρεκκλίνει προς τα δεξιά (Σχήμα 4.11). Η δύναμη η οποία προκάλεσε αυτήν την

παρέκκλιση είναι η δύναμη Coriolis και ισούται με D=υf όπου f είναι η παράμετρος

Coriolis και ισούται με 2Ωημφ. Ω είναι η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής της Γης,

ίσης με 2π/24x60x60=7,27x10-5 s-1 και φ είναι το γεωγραφικό πλάτος. Έχει βρεθεί ότι

το f είναι μέγιστο στους Πόλους και μηδέν στον Ισημερινό. Η δύναμη Coriolis είναι

προς τα δεξιά του διανύσματος του ανέμου στο Βόρειο Ημισφαίριο και προς τα

αριστερά στο Νότιο. Για το προηγούμενο παράδειγμα η αποκλίνουσα δύναμη είναι

Υ Χ

Δx

T ph

B

p1 p2

Δp=p1-p2

102

1,45x10-3 ms-2 και το μέγεθος της απόκλισης κατά τη διάρκεια της μίας ώρας και για

μετακίνηση ίση με 36km βρέθηκε ότι είναι 9,43 km.

Γεωστροφικός άνεμος

Η τριβή ανάμεσα στην ατμόσφαιρα και την επιφάνεια του εδάφους μπορεί

γενικά να μην ληφθεί υπ’ όψιν σε ύψη 700m και μεγαλύτερα. Επομένως, τα

μεγάλης κλίμακας αέρια ρεύματα αντιπροσωπεύουν την ισορροπία ανάμεσα στη

δύναμη της βαροβαθμίδας και στη δύναμη Coriolis. Εφόσον η δύναμη Coriolis

είναι σε δεξιά

Σχήμα 4.11. Το αποτέλεσμα της δύναμης Coriolis. Η τροχιά του κινούμενου αέρα

από το Βόρειο προς το Νότιο Πόλο (ή αντίστροφα) και από την Ανατολή προς τη

Δύση (ή αντίστροφα), είναι ευθεία, όταν η κίνηση εξετάζεται από το διάστημα. Όταν

όμως η κίνηση εξετάζεται από σημείο που βρίσκεται πάνω στη Γη, η τροχιά είναι

καμπύλη.

A

Δ

Β

Ν

103

γωνία ως προς το διάνυσμα του ανέμου, όταν αυτή είναι ίση σε μέγεθος και αντίθετη

σε διεύθυνση με τη δύναμη της βαροβαθμίδας, εμφανίζεται ένας διανυσματικός

άνεμος κάθετος και στις δύο αυτές δυνάμεις, του οποίου η διεύθυνση είναι κατά

μήκος των γραμμών σταθερής πίεσης (Σχήμα 4.12). Στο Νότιο ημισφαίριο, οι

χαμηλές πιέσεις βρίσκονται στα αριστερά του διανυσματικού ανέμου (ο νόμος του

Buys Ballot), ενώ στο Βόρειο ημισφαίριο στα δεξιά. Η ταχύτητα του γεωστροφικού

ανέμου είναι:

υg= -Δp/ρf Δd (4.17)

Όταν οι ισοβαρείς είναι ευθείες και παράλληλες γραμμές, η ισορροπία μεταξύ της

δύναμης της βαροβαθμίδας και της δύναμης Coriolis έχει σαν αποτέλεσμα ένα

γεωστροφικό άνεμο που είναι παράλληλος προς τις ισοβαρείς.

Σχήμα 4.12. Η ισορροπία των δυνάμεων που οδηγεί στη δημιουργία του

γεωστροφικού ανέμου στο βόρειο ημισφαίριο.

104

Σχήμα 4.13. Η ισορροπία δυνάμεων που οδηγεί στη δημιουργία ανέμου βαθμίδας

στην περιοχή χαμηλών πιέσεων στο βόρειο ημισφαίριο.

Σχήμα 4.14. Η ισορροπία δυνάμεων που οδηγεί στην δημιουργία ανέμου βαθμίδας

στην περιοχή υψηλών πιέσεων στο βόρειο ημισφαίριο. Παρατηρούμε ότι δεδομένης

της δύναμης βαροβαθμίδας, η ταχύτητα του ανέμου είναι μεγαλύτερη στην περιοχή

χαμηλών πιέσεων.

Άνεμος βαθμίδας

Όταν οι ισοβαρείς είναι καμπύλες γραμμές, μια φυγόκεντρος δύναμη

εμφανίζεται στην ισορροπία των δυνάμεων. Σε περίπτωση ισοβαρών καμπυλών στην

περιοχή χαμηλών πιέσεων, η ισορροπία των δυνάμεων πραγματοποιείται όταν η

δύναμη της βαροβαθμίδας εξισορροπεί το άθροισμα της δύναμης Coriolis και της

φυγόκεντρης δύναμης (Σχήμα 4.13) και ο άνεμος συνεχίζει παράλληλα προς τις

ισοβαρείς. Σε

περίπτωση ισοβαρών καμπυλών στην περιοχή υψηλών πιέσεων, η ισορροπία των

δυνάμεων πραγματοποιείται όταν το άθροισμα της δύναμης της βαροβαθμίδας και

της φυγόκεντρης δύναμης εξισορροπεί τη δύναμη Coriolis (Σχήμα 4.14).

Προκειμένου να διατηρηθεί μια δεδομένη ταχύτητα του ανέμου βαθμίδας, απαιτείται

μεγαλύτερη δύναμη βαροβαθμίδας στην περιοχή χαμηλών πιέσεων παρά στην

περιοχή συστημάτων υψηλών πιέσεων.

105

Το αποτέλεσμα της τριβής

Το αποτέλεσμα της ύπαρξης της τριβής ανάμεσα στην ατμόσφαιρα και το έδαφος

γίνεται όλο και πιο σημαντικό καθώς πλησιάζουμε στην επιφάνεια της Γης.

Θεωρώντας την ύπαρξη γεωστροφικής ισορροπίας στα ψηλά στρώματα της

ατμόσφαιρας, καθώς πλησιάζουμε στην επιφάνεια της Γης, το αποτέλεσμα της

ύπαρξης τριβής είναι η μείωση της ταχύτητας του ανέμου και κατά συνέπεια η

μείωση της δύναμης Coriolis. Ο άνεμος τότε κινείται προς τις χαμηλές πιέσεις έως

ότου η δύναμη της τριβής και η δύναμη Coriolis εξισορροπήσουν τη δύναμη της

βαροβαθμίδας. Όσο μεγαλύτερη είναι η τριβή, τόσο μικρότερη γίνεται η ταχύτητα

του ανέμου και τόσο μεγαλύτερη είναι η στροφή του ανέμου προς τις χαμηλές

πιέσεις. Η στροφή του ανέμου από το έδαφος μέσω του στρώματος τριβής ονομάζεται

σπείρα του Ekman (Σχήμα 4.15).

Σχήμα 4.15. Ροδόγραμμα στο οποίο φαίνεται η μεταβολή της ταχύτητας και της

διεύθυνσης του ανέμου ως συνάρτηση του ύψους από το έδαφος (σπείρα του Ekman).

Υψ

ος

Εδαφο

ς

Διάνυσμα

ανέμου

106

Σχήμα 4.16. Η επίδραση της τριβής στον άνεμο βαθμίδας στην περιοχή χαμηλών

πιέσεων (αριστερά) και υψηλών πιέσεων (δεξιά) στο βόρειο ημισφαίριο.

Μέσα στο στρώμα τριβής όπου οι ισοβαρείς καμπυλώνονται, η τριβή προστίθεται

στις δυνάμεις που αναφέρθηκαν προηγουμένως στον άνεμο βαθμίδας. Η ισορροπία

ανάμεσα στη δύναμη βαροβαθμίδας, την αποκλίνουσα δύναμη Coriolis, τη

φυγόκεντρη δύναμη και την τριβή, εκεί όπου οι ισοβαρείς είναι καμπύλες γραμμές,

έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ανέμου στην περιοχή χαμηλών και υψηλών

πιέσεων του Βορείου Ημισφαιρίου όπως αυτός φαίνεται στο Σχήμα 4.16.

Κατακόρυφη κίνηση - Απόκλιση

Μέχρι σ’ αυτό το σημείο μελετώντας τις κινήσεις μέσα στην ατμόσφαιρα, δώσαμε

έμφαση μόνο στις οριζόντιες. Παρά το γεγονός ότι οι κατακόρυφες κινήσεις είναι πολύ

μικρότερες σε μέγεθος σε σχέση με τις οριζόντιες, η ύπαρξή τους είναι σημαντική τόσο

στη διαμόρφωση του καιρού όσο και τη μεταφορά και διάχυση των ρύπων.

Οι κατακόρυφες κινήσεις συνδέονται με τις οριζόντιες. Όταν υπάρχει απόκλιση

στην οριζόντια κίνηση των αερίων μαζών τότε εμφανίζεται κατακόρυφη κίνηση

αερίων μαζών με φορά προς τα κάτω. Ομοίως, η οριζόντια σύγκλιση των αερίων

μαζών προκαλεί κατακόρυφες κινήσεις με φορά προς τα πάνω. Στη δεύτερη

περίπτωση, των κατακόρυφων κινήσεων αερίων μαζών με φορά προς τα πάνω,

παρατηρείται αφενός συμπύκνωση των υγρών αερίων μαζών σε νέφη και πιθανά

δημιουργία βροχής, αφετέρου δε μεταφορά των αερίων ρύπων από την επιφάνεια του

εδάφους σε μεγαλύτερα ύψη.

107

4.4 ΤΟΠΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ

Συχνά τα τοπικά συστήματα ανέμου επιθέτονται στα μεγαλύτερης κλίμακας

συστήματα ανέμου που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Αυτά τα τοπικά συστήματα

ανέμου είναι σημαντικά και θεωρούνται κυρίαρχα όταν τα μεγαλύτερης κλίμακας

συστήματα ανέμου εξασθενούν. Τα τοπικά συστήματα ανέμου είναι επίσης

σημαντικά για τη μεταφορά και διάχυση των αερίων ρύπων.

Θαλάσσια και απόγεια αύρα

Η θαλάσσια αύρα είναι το αποτέλεσμα της διαφορετικής θέρμανσης του εδάφους

και του νερού από την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης. Το

νερό θερμαίνεται αργά καθώς η ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να διεισδύσει αρκετά

μέτρα κάτω από την επιφάνειά του. Αντίθετα, τα λίγα εκατοστά της επιφάνειας του

εδάφους που μπορούν να θερμανθούν από την ηλιακή ακτινοβολία, θερμαίνονται

πολύ γρήγορα. Επομένως, η θέρμανση της επιφάνειας του εδάφους , θερμαίνει με τη

σειρά της τον υπερκείμενο αέρα μειώνοντας την πυκνότητά του (το φαινόμενο είναι

πιο έντονο κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών ημερών όταν ο ουρανός είναι

αίθριος).

Αυτό το γεγονός έχει σαν αποτέλεσμα την ανύψωση του αέρα πάνω από το έδαφος

και συνεπώς τη μείωση της ατμοσφαιρικής πίεσης κοντά σ’ αυτό σε σχέση με την

πίεση στο ύψος πάνω από την επιφάνεια του νερού. Ο ανυψούμενος αέρας αυξάνει

την πίεση πάνω από το έδαφος σε σχέση με αυτήν πάνω από το νερό στο ύψος των

100-200m περίπου. Ο αέρας, ο οποίος ανυψώνεται πάνω από την επιφάνεια του

εδάφους, αντικαθίσταται από ψυχρότερο που βρίσκεται πάνω στην επιφάνεια του

νερού. Ο αέρας αυτός, στη συνέχεια, αντικαθίσταται από κατερχόμενο αέρα

προερχόμενο από τα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας πάνω από το νερό. Ο

αέρας, που βρίσκεται πάνω από το έδαφος στη ζώνη των υψηλών πιέσεων δηλ. σε

ύψη 100-200m, εγκαταλείπει την περιοχή πάνω από την επιφάνεια του εδάφους και

μετακινείται πάνω από την επιφάνεια του νερού ολοκληρώνοντας με αυτόν τον τρόπο

ένα κλειστό σύστημα κυκλοφορίας αέρα που φαίνεται στo Σχήμα 4.17. Η εμφάνιση

ενός οποιουδήποτε συστήματος γενικής κυκλοφορίας αέρα στην περιοχή ανάπτυξης

της θαλάσσιας αύρας μπορεί είτε να την ενισχύσει είτε να την εξασθενίσει. Αν δεν

108

λάβουμε υπ’ όψιν τα μεγάλης κλίμακας συστήματα κυκλοφορίας, η ένταση της

θαλάσσιας αύρας είναι συνάρτηση της διαφοράς θερμοκρασίας ανάμεσα στον αέρα

πάνω από το νερό και τον αέρα πάνω από το έδαφος.

Κατά τη διάρκεια της νύχτας, το έδαφος ψύχεται λόγω ακτινοβολίας γρηγορότερα

από ό,τι το νερό. Το σύστημα των πιέσεων που επικρατεί κατά τη διάρκεια της νύχτας

είναι αντίστροφο αυτού που επικρατεί την ημέρα. Ο θερμότερος αέρας πάνω από το

νερό ανυψώνεται και αντικαθίσταται από μάζες αέρα που μετακινούνται από την

επιφάνεια του εδάφους προς την επιφάνεια του νερού, ενώ στα μεγαλύτερα ύψη το

κλειστό σύστημα της αέριας κυκλοφορίας (απόγεια αύρα) ολοκληρώνεται με

μετακίνηση αερίων μαζών που βρίσκονται στην περιοχή πάνω από την επιφάνεια του

νερού προς στην περιοχή που βρίσκεται πάνω από το έδαφος (Σχήμα 4.17). Συχνά,

κατά τη διάρκεια της νύχτας, οι θερμοκρασιακές διαφορές ανάμεσα στο έδαφος και

το νερό είναι μικρότερες σε σχέση με τις αντίστοιχες κατά τη διάρκεια της ημέρας και

συνεπώς η απόγεια αύρα χαρακτηρίζεται από μικρότερες τιμές ταχύτητας σε σχέση

με εκείνες της θαλάσσιας αύρας.

Αύρα βουνού και κοιλάδας

Η θέρμανση από την ηλιακή ακτινοβολία και η ψύξη εξαιτίας της εκπομπής

ακτινοβολίας από το έδαφος επηρεάζουν την τοπική κυκλοφορία αέρα στις

ηπειρωτικές περιοχές. Θεωρήστε τη θέρμανση της νότιας πλαγιάς ενός βουνού κατά

τη διάρκεια της ημέρας. Καθώς η πλαγιά θερμαίνεται, ο αέρας που είναι σε επαφή με

την πλαγιά θερμαίνεται κι αυτός, μειώνεται η πυκνότητά του και έχει την τάση να

ανέλθει (Σχήμα 4.18). Κοντά στην κορυφή της πλαγιάς, ο αέρας τείνει να ανέλθει

κατακόρυφα. Κάθε ανυψούμενο τμήμα αέρα είναι ευκολότερο να κινηθεί κατά μήκος

της πλαγιάς, συμπληρώνοντας το κενό που έχει αφήσει ένα άλλο μετακινούμενο

109

Σχήμα 4.17 Η ανάπτυξη συστήματος θαλάσσιας αύρας την ημέρα (επάνω) και

απόγειας αύρας το βράδυ (κάτω).

τμήμα αέρα, παρά να ανέλθει κινούμενο κατακόρυφα. Αυτή η κίνηση του αέρα κοντά

στο έδαφος κατά μήκος της πλαγιάς του βουνού και με φορά προς τα πάνω

ονομάζεται «αναβατικός άνεμος».

Κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν πραγματοποιείται η ψύξη της πλαγιάς εξαιτίας

της εκπομπής ακτινοβολίας, ο ψυχρός αέρας κοντά στο έδαφος κατέρχεται κατά

μήκος της πλαγιάς (Σχήμα 4.18). Αυτή η κίνηση του αέρα κατά μήκος της πλαγιάς

του βουνού με φορά προς τα κάτω ονομάζεται «αύρα βουνού» η «καταβατικός

άνεμος».

110

Προκειμένου να αντισταθμιστεί η κατερχόμενη αυτή κίνηση των αερίων μαζών

κοντά στο έδαφος στην περίπτωση μιας κοιλάδας, ο αέρας, που βρίσκεται μακριά

από την πλαγιά και είναι θερμότερος σε σχέση με τον κατερχόμενο, ανέρχεται

δημιουργώντας στην κοιλάδα ένα κλειστό σύστημα κυκλοφορίας, τη λεγόμενη «αύρα

κοιλάδας». Στο κύκλωμα αυτό ο ψυχρός αέρας συγκεντρώνεται στη βάση της

κοιλάδας. Αν η βάση της κοιλάδας έχει κάποια κλίση τότε ο ψυχρός αέρας ρέει προς

τα κάτω.

Διαφορετικοί συνδυασμοί ανάμεσα στις κλίσεις των βουνοπλαγιών και στις

κοιλάδες, κυρίως στις περιπτώσεις κατά τις οποίες κάποιες πλαγιές είναι σχεδόν

κάθετες στην ηλιακή ακτινοβολία, ενώ άλλες βρίσκονται στη σκιά, οδηγούν σε

διαφορετικά πεδία ανέμου πολλά από τα οποία είναι μοναδικά. Επίσης κάθε τοπικό

σύστημα κυκλοφορίας μπορεί να επηρεαστεί από το συνοπτικό άνεμο. Ο Πίνακας 4.2

δίνει τα χαρακτηριστικά οκτώ διαφορετικών περιπτώσεων ανάλογα με τον

προσανατολισμό της κοιλάδας και της πλαγιάς σε σχέση με τον Ηλιο, τη διεύθυνση

του ανέμου και την ώρα της ημέρας. Το Σχήμα 4.19 δείχνει παραδείγματα αύρας

κοιλάδας και βουνού για μερικές από τις περιπτώσεις που αναφέρονται στον Πίνακα

4.2. Οι παρουσιαζόμενες στο Σχήμα κυκλοφορίες είναι ιδανικές συγκρινόμενες με

αυτές που παρατηρούνται στην πραγματικότητα.

Η επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι διαφορετική ανάλογα με τον

προσανατολισμό της κοιλάδας. Μια κοιλάδα προσανατολισμένη κατά τη διεύθυνση

ανατολής - δύσης έχει μόνο μία πλαγιά που θερμαίνεται σημαντικά (η νότια πλαγιά)

και μπορεί να είναι σχεδόν κάθετη στις ακτίνες του Ηλιου το μεσημέρι. Μια κοιλάδα

111

Σχήμα 4.18. Το σύστημα της αύρας κοιλάδας και αύρας βουνού. Σημειώνεται ότι η

πίεση μειώνεται όσο απομακρυνόμαστε από την βάση της πλαγιάς κατά τη διάρκεια

της ημέρας, ενώ το αντίθετο συμβαίνει κατά τη διάρκεια της νύχτας.

προσανατολισμένη κατά τη διεύθυνση βορρά - νότου έχει και τις δύο πλαγιές

θερμαινόμενες από τον Ηλιο το μεσημέρι. Η επίδραση της ροής του ανέμου σε σχέση

με τον προσανατολισμό της κοιλάδας είναι σημαντική. Έτσι ροή ανέμου κάθετη προς

τον άξονα της κοιλάδας οδηγεί σε σχηματισμό κυκλικών στροβίλων και ενισχύει την

τοπική κυκλοφορία. Μία ροή ανέμου που είναι παράλληλη προς τον άξονα της

κοιλάδας, εξασθενίζει την τοπική κυκλοφορία της έχοντας σαρωτικό χαρακτήρα ,

κυρίως όταν η ταχύτητα του ανέμου είναι μεγάλη. Εξάλλου είναι γνωστό πως η ροή

του ανέμου είναι αποτέλεσμα του συνδυασμού της γενικής και της τοπικής

112

κυκλοφορίας και όσο ασθενέστερη είναι η γενική κυκλοφορία τόσο μεγαλύτερη είναι

η δυνατότητα ανάπτυξης της τοπικής.

Πίνακας 4.2. Γενικευμένα σχήματα της ροής του ανέμου για διάφορους συνδυασμούς

της διεύθυνσης του ανέμου και του προσανατολισμού της κοιλάδας.

Διεύθυνση του

ανέμου ως προς

τον άξονα της

κοιλάδας

Ώρα

της

ημέρας

Προσανατολισμός του άξονα της κοιλάδας

Ανατολή-Δύση Βορράς-Νότος

Παράλληλη Ημέρα (1) Νότια θερμαινόμενη

πλαγιά-Απλή σπείρα

(2) Ανερχόμενη ροή κατά

μήκος και των δύο

πλαγιών-Διπλή σπείρα

Νύχτα (3) Κατερχόμενη ροή

κατά μήκος και των δύο

πλαγιών-Διπλή σπείρα

(4) Κατερχόμενη ροή κατά

μήκος και των δύο

πλαγιών-Διπλή σπείρα

Κάθετη Ημέρα Νότια θερμαινόμενη

πλαγιά

(6) Ανερχόμενη ροή κατά

μήκος και των δύο

πλαγιών- Στάσιμος

στρόβιλος στη μια πλευρά

της κοιλάδας

(5α) Βόρειος άνεμος-

Στάσιμος στρόβιλος που

καταλαμβάνει όλη την

κοιλάδα

(5β) Νότιος άνεμος-

Στρόβιλος που έχει

χαθεί, ροή χωρίς

διαχωρισμό

Νύχτα (7) Αόριστη ροή-

Αδράνεια στη βάση της

κοιλάδας

(8) Αόριστη ροή-Αδράνεια

στη βάση της κοιλάδας

113

Είναι φανερό πως όσο πιο πολύπλοκη είναι η τοπογραφία, τόσο πιο πολύπλοκη

είναι η ανάπτυξη και η περιγραφή ενός τοπικού συστήματος κυκλοφορίας ανέμου

όπως είναι το σύστημα της αύρας κοιλάδας και της αύρας βουνού.

Σχήμα 4.19. Τοπικά συστήματα ανέμου (αύρα κοιλάδας - αύρα βουνού) όπως

αναλύονται στον Πίνακα 4.2.

114

4.5 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΕΓΚΛΩΒΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ

ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ

Οταν η ταχύτητα του αέρα που περνά πάνω από μία συνεχή πηγή εκπομπής

ρύπων είναι μικρή, τότε οι συγκεντρώσεις των ρύπων στις αέριες μάζες που κινούνται

κατά τη διεύθυνση του ανέμου είναι πολύ υψηλότερες από ό,τι θα ήταν εάν η

ταχύτητα του αέρα ήταν μεγαλύτερη. Εάν σε ήδη ρυπασμένο αέρα προστίθενται

επιπλέον ρύποι, τότε η συγκέντρωση τους θα αυξάνεται. Γενικά η συγκέντρωση των

ρύπων σε μία περιοχή εξαρτάται από τον αερισμό της περιοχής και βεβαίως από το

πλήθος και το μέγεθος των πηγών ρύπανσης.

Οι συνθήκες αερισμού μίας περιοχής εξαρτώνται κατά κύριο λόγο από τα

βαρομετρικά συστήματα που επικρατούν. Ετσι λοιπόν, όταν επικρατεί ένα σύστημα

χαμηλών πιέσεων, ο αέρας στρέφει γενικά και κινείται προς το κέντρο του

συστήματος λόγω της αυξανόμενης τριβής κοντά στο έδαφος. Αυτή η σύγκλιση των

αερίων μαζών έχει σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση ανοδικών ρευμάτων του αέρα

κοντά στο κέντρο του συστήματος. Παρά το γεγονός ότι η ταχύτητα του ανέμου στο

κέντρο του συστήματος είναι χαμηλή, σε μεγαλύτερες αποστάσεις έχουμε σχετικά

υψηλές ταχύτητες και σαν αποτέλεσμα ικανοποιητικές συνθήκες αερισμού. Τα

συστήματα χαμηλών πιέσεων συνήθως έχουν μικρή γεωγραφική έκταση, κινούνται

γρήγορα και παραμένουν στην ίδια περιοχή, με αναλλοίωτα τα χαρακτηριστικά τους,

για σχετικά μικρά χρονικά διαστήματα. Συνήθως επίσης συνοδεύονται με νεφώσεις

που μπορεί να καταλήξουν σε βροχοπτώσεις. Λόγω των νεφώσεων η ευστάθεια της

ατμόσφαιρας δεν παρουσιάζει σημαντικές μεταβολές από μέρα σε μέρα. Το γεγονός

αυτό, σε συνδυασμό με τις ανοδικές κινήσεις του αέρα στο κέντρο του συστήματος

και τις σχετικά υψηλές ταχύτητες του ανέμου στην περιφέρεια οδηγεί σε συνθήκες

καλού αερισμού όταν σε μία περιοχή επικρατεί σύστημα χαμηλών πιέσεων.

Η συμπεριφορά των αερίων μαζών είναι αντίθετη όταν σε μία περιοχή

επικρατούν υψηλές πιέσεις. Τα συστήματα υψηλών πιέσεων, συνήθως κινούνται αργά

και καλύπτουν μεγάλη γεωγραφική περιοχή. Η ροή του ανέμου έχει κατεύθυνση από

το κέντρο του συστήματος προς την περιφέρεια και σαν συνέπεια στο κέντρο του

115

συστήματος εμφανίζονται καθοδικοί άνεμοι. Λόγω των καθοδικών κινήσεων του

αέρα εμφανίζονται θερμοκρασιακές αναστροφές κατάπτωσης. Επίσης, επειδή τα

υψηλά βαρομετρικά συστήματα συνοδεύονται συνήθως από ανέφελο ουρανό, είναι

συχνή η εμφάνιση θερμοκρασιακών αναστροφών ακτινοβολίας κατά τις νυκτερινές

και πρώτες πρωϊνές ώρες. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό και με τις χαμηλές

ταχύτητες του ανέμου, όταν σε μία περιοχή επικρατούν υψηλές πιέσεις, οδηγεί σε

συνθήκες που δεν ευνοούν τον αερισμό της περιοχής.

Τα φαινόμενα γίνονται πιο έντονα όταν η βαροβαθμίδα στο κέντρο ενός

συστήματος υψηλών πιέσεων είναι ασθενής, και οι αέριες μάζες στον πυρήνα του

συστήματος θερμές. Τότε επικρατεί σχεδόν άπνοια και ασθενής αερισμός της

περιοχής, που οδηγεί σε εγκλωβισμό των ρύπων. Ακόμα και κατά τη διάρκεια της

ημέρας που η ατμόσφαιρα είναι ασταθής και θα έπρεπε να ευνοείται η διασπορά των

ρύπων, η δημιουργία θερμοκρασιακής αναστροφής από κατάπτωση έχει σαν

αποτέλεσμα χαμηλό ύψος ανάμειξης και κατά συνέπεια συσσώρευση των ρύπων.

4.6 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΑΕΡΙΩΝ

ΡΥΠΩΝ

Εκτός από τα πολύ μικρά σωματίδια (με ισοδύναμη αεροδυναμική διάμετρο

μικρότερη ή ίση των 0,2 μm), τα οποία μπορεί να παραμείνουν στην ατμόσφαιρα για

μεγάλες χρονικές περιόδους καθώς και μερικούς ρύπους σε αέρια κατάσταση που

είναι χημικά αδρανείς (όπως το μονοξείδιο του άνθρακα), οι περισσότεροι ρύποι στην

ατμόσφαιρα απομακρύνονται σχετικά σύντομα με διάφορους μηχανισμούς. Οι

κυριότεροι μηχανισμοί απομάκρυνσης των ρύπων από την ατμόσφαιρα είναι: η

βαρυτική καθίζηση (αφορά κυρίως τα σωματίδια), ο χημικός μετασχηματισμός, η

υγρή και η ξηρή εναπόθεση.

116

Βαρυτική καθίζηση

Τα σωματίδια με αεροδυναμική διάμετρο μικρότερη των 20 μm θεωρούμε ότι

διασπείρονται σαν αέρια και γενικά η ταχύτητα με την οποία καθιζάνουν λόγω

βαρύτητας ότι είναι αμελητέα. Αντίθετα η ταχύτητα καθίζησης μεγαλυτέρων

σωματιδίων γίνεται τόσο πιο σημαντική όσο μεγαλώνει το μέγεθός τους.

Η διασπορά των σωματιδίων με διάμετρο 20-100 μm προσομοιάζει αρκετά με

τη διασπορά των αερίων, η τροχιά τους δηλαδή καθορίζεται κατά κύριο λόγο από

τους στροβιλισμούς της ατμόσφαιρας. Επειδή όμως η ταχύτητα καθίζησής τους δεν

είναι αμελητέα, η συνολική τροχιά τους είναι καμπύλη με κατεύθυνση προς το

έδαφος. Η κάμψη αυτή είναι τόσο μεγαλύτερη όσο αυξάνεται το μέγεθός τους. Τα

σωματίδια με διάμετρο μεγαλύτερη των 100 μm παρουσιάζουν μεγάλη ταχύτητα

καθίζησης, ενώ η τροχιά τους δεν επηρεάζεται από τις ατμοσφαιρικές αναταράξεις

και στροβιλισμούς και χαρακτηρίζεται ως βαλιστική.

Χημικός Μετασχηματισμός

Οι περισσότεροι αέριοι ρύποι αφού εισέλθουν στην ατμόσφαιρα αντιδρούν

χημικά με άλλους ρύπους ή με συστατικά της ατμόσφαιρας και μετασχηματίζονται σε

άλλες χημικές ενώσεις. Ορισμένοι επίσης ρύποι μετασχηματίζονται από το ηλιακό

φως (φωτοδιασπώνται). Το φαινόμενο του χημικού μετασχηματισμού είναι γενικά

πολύπλοκο και θα αναλυθεί με περισσότερες λεπτομέρειες σε επόμενο κεφάλαιο.

Σε απλή προσέγγιση μπορούμε να πούμε ότι ο ρυθμός απομάκρυνσης ενός

ρύπου λόγω φωτοχημικού μετασχηματισμού περιγράφεται από μία εκθετική σχέση

της μορφής:

C(t)/C=exp (-0,693t/L) (4.18)

όπου C(t) είναι η συγκέντρωση του ρύπου αφού έχει διανύσει κάποια απόσταση από

το σημείο εκπομπής του σε χρόνο t, C η συγκέντρωση που θα είχε στο ίδιο σημείο

117

χωρίς να υποστεί χημικό μετασχηματισμό και L ο χρόνος μέσα στον οποίο η

συγκέντρωση του ρύπου θα μειωθεί κατά 50% λόγω χημικού μετασχηματισμού.

Ξηρή εναπόθεση

Σαν ξηρή εναπόθεση ορίζουμε το μηχανισμό απομάκρυνσης ενός ρύπου από την

ατμόσφαιρα λόγω επαφής του με τη βλάστηση κοντά στο έδαφος ή λόγω χημικής του

αντίδρασης με τα διάφορα συστατικά του εδάφους. Το φυσικό μέγεθος που καθορίζει

την ξηρή εναπόθεση είναι η ταχύτητα εναπόθεσης που συνήθως έχει μονάδες cms-1.

Τυπικές τιμές ταχύτητας ξηρής εναπόθεσης είναι (σε cms-1): 0,5-1,2 για το διοξείδιο

του θείου, 0,1-2,0 για το όζον, ~0,0 για το διοξείδιο του άνθρακα.

Υγρή εναπόθεση

Ρύποι σε σωματιδιακή ή αέρια μορφή μπορεί να απομακρυνθούν από την

ατμόσφαιρα είτε λόγω διάλυσής τους στα υδροσταγονίδια των νεφών είτε λόγω

απόπλυσής τους από τη βροχή. Αυτός ο μηχανισμός απομάκρυνσης ονομάζεται υγρή

εναπόθεση. Ο λόγος απόπλυσης μπορεί να οριστεί ως:

W=kρ/c (4.19)

όπου k είναι η συγκέντρωση του ρύπου στα υδροσταγονίδια (της βροχής ή των

νεφών) σε μg g-1, ρ η πυκνότητα του αέρα (~1200 g m-3) και c η συγκέντρωση του

ρύπου (μg m-3) πριν την απόπλυση. Για διάφορους ρύπους, κυρίως σε σωματιδιακή

μορφή, ο λόγος απόπλυσης κυμαίνεται από 100 έως 4000, ανάλογα με το μέγεθος των

σωματιδίων και το ρυθμό βροχόπτωσης. Συνήθως ο λόγος απόπλυσης αυξάνεται

ανάλογα με το ρυθμό βροχόπτωσης και αντιστρόφως ανάλογα με το μέγεθος του

ρύπου.

Η μεταβολή της συγκέντρωσης ενός ρύπου λόγω υγρής εναπόθεσης μπορεί να

περιγραφεί και σαν εκθετική σχέση της μορφής:

c(t)=c(0)exp(-Λt) (4.20)

όπου c(0) είναι η συγκέντρωση του ρύπου σε μg m-3 πριν αρχίσει ο μηχανισμός της

υγρής εναπόθεσης, c(t) είναι η συγκέντρωση του ρύπου σε μg m-3 μετά από t

118

δευτερόλεπτα και Λ είναι ο συντελεστής υγρής εναπόθεσης ή συντελεστής

απόπλυσης (s-1), ο οποίος εξαρτάται από το μέγεθος των ρύπων και το ρυθμό

βροχόπτωσης.

4.7 Ο ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟΣ ΑΝΕΜΟΣ

Ο άνεμος είναι μέγεθος διανυσματικό και μπορεί να αναλυθεί σε τρείς

συνιστώσες. Ετσι, αν θεωρήσουμε καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων, το διάνυσμα

του ανέμου αναλύεται σε τρεις συνιστώσες, δύο οριζόντιες u και v και μία

κατακόρυφη w. Από τις τρεις αυτές συνιστώσες σημαντικότερες για τη μελέτη της

ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι οι δύο πρώτες, ενώ η κατακόρυφη συνιστώσα (η

οποία είναι συνήθως μία τάξη μεγέθους μικρότερη από τις δύο άλλες) εξετάζεται

μόνο σε ειδικά προβλήματα διασποράς ρύπων.

Συνήθως όταν αναφερόμαστε στον άνεμο εννοούμε τις δύο οριζόντιες συνιστώσες.

Ετσι τα δύο μεγέθη που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν το διάνυσμα του

ανέμου στο οριζόντιο επίπεδο είναι η διεύθυνση και η ταχύτητα.

Οι συγκεντρώσεις των ρύπων που εκπέμπονται από σημειακές πηγές (π.χ. μία

καμινάδα) εξαρτώνται σε σημαντικό βαθμό από τη διεύθυνση του ανέμου. Ετσι

λοιπόν, μεταβολή της διεύθυνσης του ανέμου έστω και κατά 5ο μπορεί να προκαλέσει

μεταβολή στις συγκεντρώσεις των ρύπων που παρατηρούνται σε έναν αποδέκτη, που

βρίσκεται σε κάποια απόσταση από την πηγή προς την κατεύθυνση του ανέμου. Οι

μεταβολές αυτές κυμαίνονται έως και 10% όταν η ατμόσφαιρα είναι ασταθής, έως

50% όταν η ατμόσφαιρα είναι ουδέτερη και έως 90% όταν η ατμόσφαιρα είναι

ευσταθής.

Η διεύθυνση του ανέμου συνήθως μεταβάλλεται με το ύψος, ιδιαίτερα κοντά στο

έδαφος. Η τριβή με το έδαφος έχει σαν αποτέλεσμα ο άνεμος να στρέφεται

δεξιόστροφα όσο απομακρυνόμαστε από το έδαφος. Ομως η θερμική δομή του

κατώτερου ατμοσφαιρικού στρώματος μπορεί να επιδράσει σημαντικά στη διεύθυνση

του ανέμου, ιδιαίτερα σε σχετικά μεγάλα ύψη και να αναγκάσει τον άνεμο σε

αριστερόστροφη κίνηση. Μεταφορά κρύων αερίων μαζών σε ένα επίπεδο της

119

ατμόσφαιρας προκαλεί αριστερόστροφη κίνηση του ανέμου με το ύψος στο στρώμα

αυτό, ενώ το αντίθετο συμβαίνει όταν μεταφερθούν θερμές αέριες μάζες.

Σχήμα 4.20 Αραίωση των ρυπασμένων αερίων μαζών που εκλύονται από μία

καμινάδα, όσο αυξάνεται η ταχύτητα του ανέμου.

Η ταχύτητα του ανέμου γενικά αυξάνεται με το ύψος. Η μεταβολή αυτή μπορεί να

εκφρασθεί από τη σχέση:

u(z)=u(za)(z/za)q (4.21)

όπου u(z) είναι η ταχύτητα του ανέμου σε ύψος z, u(za) η ταχύτητα στο ύψος

αναφοράς για τη μέτρηση του ανέμου (10 m) και q ένας εκθετικός παράγοντας που

κυμαίνεται από 0,1 έως 0,4. Ο παράγοντας αυτός εξαρτάται από την ευστάθεια της

ατμόσφαιρας, την τραχύτητα του εδάφους και το πάχος του ατμοσφαιρικού

στρώματος. Η αύξηση της ταχύτητας έχει σαν αποτέλεσμα την αραίωση των

Άνεμος = 6m s-1

Άνεμος = 2m s-

1

Απόσταση από την πηγή (εκατοντάδες m)

120

ρυπασμένων αερίων μαζών κατά τη διεύθυνση μεταφοράς τους, όπως φαίνεται στο

Σχήμα 4.20.

4.8 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΑΝΑΤΑΡΑΞΕΙΣ

Ατμοσφαιρικές αναταράξεις ονομάζουμε τις άκρως ακανόνιστες κινήσεις των

αερίων μαζών κατά τις οποίες η ροή δεν είναι στρωτή, η ταχύτητα και η διεύθυνση

του ανέμου μεταβάλλονται έντονα και ταχύτατα με τρόπο που θα μπορούσε να

χαρακτηρισθεί τυχαίος. Αυτές οι ακανόνιστες κινήσεις του αέρα συμβαίνουν

ταυτόχρονα με τη γενική ροή των αερίων μαζών και έτσι δημιουργούνται στρόβιλοι

διαφόρων μεγεθών.

Η δημιουργία ατμοσφαιρικών στροβίλων οφείλεται σε δύο μηχανισμούς. Ο

πρώτος αναφέρεται στη δημιουργία στροβίλων όταν αέριες μάζες περάσουν πάνω

από φυσικά εμπόδια. Ο μηχανισμός ονομάζεται τότε μηχανική ανατάραξη. Οταν

θερμές αέριες μάζες ακολουθούν ανοδική πορεία και ταυτόχρονα ψυχρός αέρας

βυθίζεται αργά προς το έδαφος, τότε δημιουργούνται στρόβιλοι και ο μηχανισμός

ονομάζεται θερμική ανατάραξη. Συγκριτικά, το μέγεθος των στροβίλων που

παράγονται κατά τη μηχανική ανατάραξη του αέρα είναι μικρότερο από το αντίστοιχο

μέγεθος των στροβίλων που παράγονται από θερμικές αναταράξεις.

Η πλέον σημαντική διαδικασία ανάμειξης στην ατμόσφαιρα, στην οποία

οφείλεται η διασπορά των ρύπων, ονομάζεται «διάχυση λόγω στροβίλων» ή

«τυρβώδης διάχυση». Οι ατμοσφαιρικοί στρόβιλοι αποκόπτουν τη συνοχή των

αερίων μαζών που περιέχουν ρύπους και προκαλούν την ανάμειξή τους με σχετικά

καθαρό αέρα. Ετσι οι συγκεντρώσεις των ρύπων ελαττώνονται συνεχώς αφού η ίδια

ποσότητα ρύπων κατανέμεται σε συνεχώς αυξανόμενο όγκο αέρα. Αυτός ο

μηχανισμός είναι πιο αποτελεσματικός όταν το μέγεθος των στροβίλων είναι

παρόμοιο με το μέγεθος των ρυπασμένων αερίων μαζών. Οταν οι στρόβιλοι είναι

μικρότεροι τότε επιδρούν μόνο στην εξωτερική επιφάνεια των ρυπασμένων αερίων

μαζών. Τέλος, η επίδραση των στροβίλων μεγάλου μεγέθους περιορίζεται στη

μεταφορά των ρυπασμένων αερίων μαζών χωρίς να διευκολύνεται σημαντικά η

αραίωσή τους.

121

4.9 ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ – ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

ΜΟΝΤΕΛΑ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ

Ολα τα πρότυπα διασπoράς των αερίωv ρύπωv μέσα στηv ατμόσφαιρα

απoσκoπoύv στov πρoσδιoρισμό τωv επιφαvειακώv συγκεvτρώσεωv αερίωv

ρύπωv γvωρίζovτας τις μετεωρoλoγικές συvθήκες και τoυς ρυθμoύς εκπoμπής τους.

Οπως είvαι γvωστό, επειδή oι μετεωρoλoγικές συvθήκες μεταβάλλovται

σημαvτικά μέσα σε διάφoρες χρovικές κλίμακες, oι εκτιμήσεις τωv πρότυπωv

διασπoράς σε κάπoιo δεδoμέvo τόπo μπoρoύv vα μεταβληθoύv και αυτές κατά

πoλλές τάξεις μεγέθoυς. Με τη χρήση της θεωρίας τωv αvαταράξεωv και βασικώv

αρχώv της φυσικής της ατμόσφαιρας όπως η εξίσωση της συvέχειας και oι

εξισώσεις της κίvησης, έχει αvαπτυχθεί διεθvώς έvας σημαvτικός αριθμός

πρότυπωv διασπoράς τα περισσότερα τωv oπoίωv πρoσoμoιάζoυv ικαvoπoιητικά

με τις παρατηρoύμεvες επιφαvειακές συγκεvτρώσεις τωv αερίωv ρύπωv.

Η έρευνα πάνω σε μοντέλα εκτίμησης της αέριας ρύπανσης έχει τις ρίζες της σε

στρατιωτικά προγράμματα ατομικής ενέργειας στην Ευρώπη και τις Ηνωμένες

Πολιτείες από το 1920 και μετά. Τα πρώτα μοντέλα που προτάθηκαν ήταν εκείνα της

διάχυσης κατά Gauss, ενώ παράλληλα χρηματοδοτήθηκαν προγράμματα μετρήσεων

σχετικά με εκπομπές ραδιενεργών στοιχείων. Ολη η τεχνογνωσία της εποχής έως

περίπου το 1960, σχετικά με μοντέλα περιγραφής φαινομένων μεταφοράς και

μετασχηματισμού των ρύπων στην ατμόσφαιρα, αντικατοπτρίζεται στην πρώτη

έκδοση του εγχειριδίου του Pasquill "Atmospheric Diffusion". Από το 1960, η έρευνα

πάνω στην ανάπτυξη τέτοιων μοντέλων κυριολεκτικά απογειώθηκε λόγω της

ευαισθητοποίησης για την προστασία του περιβάλλοντος. Σήμερα, σχεδόν όλες οι

χώρες του κόσμου χρησιμοποιούν μαθηματικά μοντέλα ως μέσον διερεύνησης και

στη συνέχεια επίλυσης των περιβαλλοντικών τους προβλημάτων.

Τα μοντέλα περιγραφής των φαινομένων μεταφοράς στην ατμόσφαιρα και

υπολογισμού του μετασχηματισμού των ρύπων αποτελούν ένα αδιαμφισβήτητα

σημαντικό εργαλείο για οποιουδήποτε είδους περιβαλλοντικές μελέτες με στόχο:

τη θεσμοθέτηση νομοθεσίας ελέγχου εκπομπών, δηλαδή τον προσδιορισμό των

μέγιστων επιτρεπόμενων ρυθμών εκπομπής που δεν θα οδηγούν σε υπέρβαση των

ορίων ποιότητας του αέρα

122

την αξιολόγηση των τεχνικών ελέγχου εκπομπών και στρατηγικών αντιμετώπισης

τους

την επιλογή τοποθεσιών εγκατάστασης μελλοντικών πηγών ρύπων για την

ελαχιστοποίηση των αρνητικών επιδράσεων στο περιβάλλον

τον κατάλληλο σχεδιασμό για τον έλεγχο και αντιμετώπιση επεισοδίων αέριας

ρύπανσης (στρατηγικές άμεσης επέμβασης, προειδοποιητικά συστήματα)

την εκτίμηση της σχέσης μεταξύ υπαρχουσών πηγών και επιπέδων ρύπανσης.

Θα πρέπει, ωστόσο, να σημειωθεί ότι τα μαθηματικά μοντέλα δεν είναι παρά ένα

εργαλείο. Τα μοντέλα όπως και οι μετρήσεις δεν είναι η λύση του προβλήματος της

ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Τέτοιου είδους μελέτες συνιστούν μία σχετικά ανέξοδη

πρώτη ενέργεια η οποία οδηγεί με τα αποτελέσματά της στις πολυέξοδες στρατηγικές

ελέγχου και στη μείωση των εκπομπών.

Τα δεδομένα μετρήσεων είναι απαραίτητα για την κατανόηση διαφόρων

μηχανισμών χημικού μετασχηματισμού και μεταφοράς των αερίων ρύπων καθώς

επίσης και την επαλήθευση των αποτελεσμάτων των μαθηματικών μοντέλων.

Δυστυχώς, αρκετά συχνά, μετρήσεις οι οποίες ήταν το αποτέλεσμα τεράστιων

προσπαθειών παραμένουν αχρησιμοποίητες, ή άλλοτε δεν τυγχάνουν της ανάλογης

επεξεργασίας είτε με στατιστικές αναλύσεις είτε με την εφαρμογή μαθηματικών

μοντέλων. Ωστόσο, στις περισσότερες περιπτώσεις, η χωρική και χρονική

διακριτότητα των μετρήσεων παραμένουν ανεπαρκείς. Στις περιπτώσεις αυτές, μόνο

ένα καλά ελεγμένο αξιόπιστο μοντέλο μπορεί να δώσει ικανοποιητική αναπαράσταση

των φαινομένων και μεγεθών που απαντώνται στη φύση.

Τα μοντέλα για τον υπολογισμό της μεταφοράς και του μετασχηματισμού των

αερίων ρύπων μπορεί να είναι είτε απλές μέθοδοι, που περιέχουν μόνο λίγες

μεταβλητές, είτε ακόμη και αρκετά πολύπλοκες που περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό

παραμέτρων.

Τα μοντέλα μπορούν κατ' αρχήν να χωρισθούν σε δύο κατηγορίες:

Φυσικά μοντέλα - μικρής κλίμακας - για εργαστηριακές αναπαραστάσεις

διαφόρων φαινομένων, όπως είναι η αεροσήραγγα.

Μαθηματικά μοντέλα - ένα σύνολο αναλυτικών/αριθμητικών αλγορίθμων που

περιγράφουν τις φυσικές και χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε ένα

φαινόμενο.

123

Στη συνέχεια αυτού του κεφαλαίου το ενδιαφέρον θα επικεντρωθεί στην

παρουσίαση των μαθηματικών μοντέλων. Τα μαθηματικά μοντέλα μπορεί να είναι:

βασισμένα σε μαθηματικές περιγραφές των ατμοσφαιρικών διεργασιών, στις

οποίες τα διάφορα φαινόμενα (όπως η αέρια ρύπανση) προκύπτουν από κάποιες

αιτίες (όπως οι εκπομπές),

βασισμένα σε στατιστικές ημιεμπειρικές σχέσεις μεταξύ διαθέσιμων δεδομένων

και μετρήσεων.

Τέλος, τα μαθηματικά μοντέλα ανάλογα με τη χωρική τους διακριτότητα,

δηλαδή την περιοχή για την οποία υπολογίζονται οι μέσες τιμές των ζητούμενων

μεγεθών, διακρίνονται σε:

μοντέλα μικροκλίμακας (τυπική διάσταση πλέγματος 200 m x 200 m x 100 m με

διακριτότητα 5 m)

μοντέλα μεσοκλίμακας (τυπική διάσταση πλέγματος 100 km x 100 km x 5 km

με διακριτότητα 2 km)

μοντέλα περιφερειακής κλίμακας (τυπική διάσταση πλέγματος 1000 km x 1000

km x 10 km με διακριτότητα 20 km)

μοντέλα συνοπτικής κλίμακας (τυπική διάσταση πλέγματος 3000 km x 3000 km

x 20 km με διακριτότητα 80 km).

Η πολυπλοκότητα και αστάθεια των ατμοσφαιρικών φαινομένων δημιουργεί μεγάλες

δυσκολίες στον προσδιορισμό τους με αποτέλεσμα ακόμη και ένα θεωρητικά άψογο

μοντέλο που χρησιμοποιεί αξιόπιστα δεδομένα εισόδου να μην είναι σε θέση να

προβλέψει με ακρίβεια τις τιμές των διαφόρων υπολογιζομένων μεγεθών. Η

αβεβαιότητα που συνδέεται με τα μοντέλα συνίσταται σε διάφορους παράγοντες.

Ορισμένοι από αυτούς είναι: (α) τυχόν ατέλειες του χρησιμοποιούμενου αλγορίθμου, (β)

αδυναμίες της παραμετροποίησης και (γ) ανακρίβειες σχετικές με τα δεδομένα

μετεωρολογίας, τοπογραφίας και εκπομπών. Σίγουρα λοιπόν υπάρχουν κάποια όρια

στην ακρίβεια των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων με μοντέλα. Οι τελευταίες

θεωρίες του χάους πιθανόν να φωτίσουν την πλευρά αυτή που παραμένει ακόμη

σκοτεινή.

Στα μαθηματικά μοντέλα φαινομένων μεταφοράς και μετασχηματισμού των

αερίων ρύπων κατατάσσονται οι εξής κατηγορίες:

Μετεωρολογικά μοντέλα

124

Μοντέλα διασποράς των αερίων ρύπων

Μοντέλα φωτοχημικών αντιδράσεων

Στατιστικά μοντέλα

Μοντέλα υπολογισμού μη επιθυμητών αποτελεσμάτων της αέριας ρύπανσης

Στα επόμεvα γίvεται μία εισαγωγή στις θεωρίες πάvω στις oπoίες στηρίχθηκαv

τα υπάρχovτα μοντέλα διασπoράς των αερίωv ρύπωv τα oπoία έχoυv χρησιμoπoιηθεί

κατά καιρoύς από διάφoρες αρχές αvά τov κόσμo με σκοπό τov έλεγχo της αέριας

ρύπαvσης από όλες τις πηγές σε διάφoρες περιοχές.

Τα μοντέλα αυτά έχoυv διάφoρες ovoμασίες στη διεθvή βιβλιoγραφία, όπoυ

αvαφέρovται σαv oλoκληρωμέvα μοντέλα (integral models), ή μοντέλα εvός ή

περισσότερωv κιβωτίωv (box/multibox models) ή μοντέλα στήλης (column models) ή

τέλoς μοντάλα κιvoύμεvoυ αέριoυ κυττάρoυ (moving-cell models). Ολα αυτά τα

μοντέλα στηρίζovται στηv oλoκληρωμέvη μoρφή της εξίσωσης της διάχυσης σε

όγκo. Ο όγκoς αυτός μπoρεί vα είvαι είτε μία αστική περιoχή ή αέριoς όγκoς μέσα σε

μία κoιλάδα ή έvας μικρότερoς όγκoς πoυ περιέχεται σε έvα μεγαλύτερo. Ο

αέρας και oι ρύπoι μέσα σε κάθε κιβώτιo θεωρoύvται ότι είvαι πλήρως

αvαμεμιγμέvoι και σε oρισμέvα μοντέλα υπάρχoυv πρoβλέψεις για χημικές

αvτιδράσεις και διεργασίες απoμάκρυvσης τώv ρύπωv (π.χ. ξηρή ή υγρή εvαπόθεση)

μέσα σε κάθε κιβώτιo.

Η πρoσέγγιση θεωρείται ότι γίvεται κατά Euler (Eulerian) αv τα κιβώτια είvαι

στάσιμα σε σχέση με τo μετακιvoύμεvo μίγμα αέρα και ρύπωv τo oπoίo διέρχεται

μέσα από τα κιβώτια. Αλλη πρoσέγγιση απoτελεί η κατά Lagrange (Lagrangian) κατά

τηv oπoία τα κιβώτια κινούνται με τo μέσo άvεμo. Τα πρότυπα διασπoράς κατά Euler

ήταν τα πρώτα πoυ χρησιμoπoιήθηκαv για τη διασπoρά των ρύπωv σε αστικές

περιoχές. Είvαι πρoφαvές ότι τα πρότυπα με πoλλαπλά κιβώτια δίvoυv καλύτερη

πρoσέγγιση απ' ό,τι εκείvα με έvα κιβώτιo.

Η μέθoδoς Euler επιχειρεί vα τυπoπoιήσει τηv καταvoμή της συγκέvτρωσης τωv

αερίωv ρύπωv σε σχέση με τις στατιστικές ιδιότητες τoυ πεδίoυ ταχυτήτωv κατά

Euler. Από τηv ταυτόχρovη λύση τωv εξισώσεωv της συvέχειας (διατήρηση της

μάζας), διατήρηση της oρμής (εξισώσεις Navier-Stokes) και διατήρηση της

εvέργειας βρίσκoυμε τηv καταvoμή τoυ πεδίoυ ταχυτήτωv, θερμoκρασιώv και

συγκεvτρώσεωv τωv αερίωv ρύπωv. Επειδή τo πoσoστό τoυ ρυπασμέvoυ αέρα

125

είvαι πoλύ μικρό (σε σχέση με τo συvoλικό όγκo τoυ αέρα), η παρoυσία τωv ρύπωv δεv

επιδρά στα χαρακτηριστικά τoυ πεδίoυ ρoής και επoμέvως τo πεδίo ταχυτήτωv

και θερμoκρασιώv μπoρεί vα αvτιμετωπιστεί αvεξάρτητα από τις συγκεvτρώσεις.

Αυτό σημαίvει ότι oι συγκεvτρώσεις είvαι δυvατόv vα πρoκύψoυv από τηv εξίσωση

διατήρησης της μάζας (εξίσωση συvέχειας) σε κάθε στoιχειώδη όγκo τoυ αέρα.

Η κατά Lagrange μέθoδoς περιγραφής τoυ πεδίoυ ρoής, επιχειρεί vα τυπoπoιήσει

τηv καταvoμή της συγκέvτρωσης τωv αερίωv ρύπωv σε σχέση με τις στατιστικές

ιδιότητες τωv μετατoπίσεωv τωv σωματιδίωv πoυ απελευθερώvovται σε έvα

στoιχειώδη όγκo τoυ ρευστoύ. Η μαθηματική επεξεργασία είvαι απλoύστερη από

τηv αvτίστoιχη της μεθόδoυ Euler, αλλά η εφαρμoγή τωv εξισώσεωv είvαι

περιoρισμέvη λόγω τωv δυσχερειώv πoυ παρoυσιάζovται στov ακριβή καθoρισμό

τωv στατιστικώv ιδιoτήτωv τωv μετατoπίσεωv τωv σωματιδίωv τoυ ρευστoύ. Εάv τo

πεδίo αvαταράξεωv είvαι "στατικό" και " oμoγεvές" (stationary-homogenous) η

συvάρτηση πυκvότητας πιθαvότητας τωv μετατoπίσεωv τωv σωματιδίωv του ρευστού

εξαρτάται μόvo από τις μετατoπίσεις και όχι από τo σημείo ή τη χρovική στιγμή

κατά τηv oπoία τα σωματίδια εισάγovται στo ρευστό. Αv θεωρήσoυμε ότι η

συvάρτηση πυκvότητας πιθαvότητας τoυ πεδίoυ ταχυτήτωv είvαι Γκαουσιανή τότε από

τη θεώρηση Lagrange (για στατικό - ομογενές πεδίo ρoής), πρoκύπτει αμέσως ότι και

η αvτίστoιχη καταvoμή τoυ πεδίoυ συγκεvτρώσεωv είvαι Γκαουσιανή. Με βάση τις

τελευταίες θεωρήσεις προκύπτουν και τα απλούστερα μοντέλα διασποράς, τα οποία

ονομάζονται τύπου Gauss.

Οι πρoσεγγίσεις κατά Euler και Lagrange (η οποία περιλαμβάνει και τα μοντέλα

τύπου Gauss) απoτελoύv δύo διαφoρετικoύς τρόπoυς περιγραφής τoυ φαιvoμέvoυ της

τυρβώδoυς διάχυσης. Η επιλoγή της μεθόδoυ εξαρτάται από τα ιδιαίτερα

χαρακτηριστικά τoυ πρoβλήματoς. Ετσι, λοιπόν, η επιλoγή τoυ κατάλληλoυ πρoτύπoυ

διασπoράς σχετίζεται όχι μόvo με τηv κλίμακα περιγραφής της τυρβώδoυς διάχυσης

πoυ μας εvδιαφέρει, αλλά και με τηv "ακρίβεια" (resolution) τωv δεδoμέvωv,

δηλαδή τωv στoιχείωv για τηv παρoχή τωv αερίωv ρύπωv στηv ατμόσφαιρα και τωv

συvθηκώv εκπoμπής τoυς, καθώς και τωv μετεωρoλoγικώv δεδoμέvωv.

Εvα από τα σημαvτικότερα πρoβλήματα είvαι vα μελετηθεί o ιδιαίτερoς ρόλoς

κάθε μιάς από τις διαφoρετικές κλίμακες χώρoυ και χρόvoυ στη ρύπαvση της

ατμόσφαιρας και πιo συγκεκριμέvα στoυς μηχαvισμoύς διασπoράς. Για κάθε κλίμακα

κίvησης υπάρχoυv αvτίστoιχα μαθηματικά πρότυπα για τηv περιγραφή της δυvαμικής

126

συμπεριφoράς τωv αερίωv ρύπωv και διαφoρετικά κριτήρια για τη σωστή επιλoγή της

θέσης τωv σημείωv μέτρησης. Επoμέvως και τα κριτήρια για τηv πoιότητα τoυ

ατμoσφαιρικoύ περιβάλλovτoς (αστικής ή βιoμηχαvικής περιoχής) είvαι

διαφoρετικά για τις εκάστοτε κλίμακες περιγραφής της τυρβώδoυς διάχυσης.

4.10 ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΚΑΤΑ GAUSS

Τα μοντάλα διασποράς κατά Gauss είναι από τα πιό διαδεδομένα. Στηρίζονται σε μία

απλή εξίσωση η οποία περιγράφει το τρισδιάστατο πεδίο συγκεντρώσεων που

προκύπτει από μία σημειακή πηγή σε συνθήκες ομοιογένειας ως προς τις εκπομπές

και τη μετεωρολογία (άνεμος και στροβιλισμοί) με την προϋπόθεση ότι η

συγκέντρωση c δεν είναι συνάρτηση του χρόνου. Στη βιβλιογραφία έχουν προταθεί

δεκάδες μορφές Γκαουσιανών μοντέλων. Οι μορφές αυτές εξαρτώνται από το πλήθος

και το είδος των παραδοχών που γίνονται. Μία απλοποιημένη μορφή Γκαουσιανού

μοντέλου είναι η παρακάτω:

cQ

u

y h z

y z

r

y

e r

z2

1

2

1

2

2 2

exp exp

(4.22)

όπου Q είναι η ένταση της πηγήςò,

Q c u dy dz

(4.23)

ū είναι ο μέσος οριζόντιος άνεμος, he το πραγματικό ύψος εκπομπής του ρύπου, σy

και σz οι συντελεστές διασποράς των αερίων μαζών που εκπέμπονται από την

εξεταζόμενη πηγή κατά το οριζόντιο και το κατακόρυφο επίπεδο αντίστοιχα και c η

συγκέντρωση στο σημείο του χώρου r με συντεταγμένες xr, yr, zr. Είναι εμφανές ότι

η παραπάνω εξίσωση δεν ισχύει σε καταστάσεις άπνοιας.

127

Οι συντελεστές διασποράς εξαρτώνται από την ατμοσφαιρική ευστάθεια και

μεταβάλλονται ανάλογα με την απόσταση από το σημείο εκπομπής. Γενικά οι

συντελεστές διασποράς, τόσο στο οριζόντιο επίπεδο όσο και το κατακόρυφο, είναι

τόσο μεγαλύτεροι όσο περισσότερο ασταθής είναι η ατμόσφαιρα και όσο αυξάνει η

απόσταση από την πηγή.

Είναι προφανές ότι το μοντέλο διασποράς κατά Gauss δεν λαμβάνει υπόψη του

πολλούς φυσικούς παράγοντες που επηρεάζουν σημαντικά τη διασπορά, όπως για

παράδειγμα τα φυσικά και τεχνητά εμπόδια που συναντούν κατά τη μεταφορά τους οι

αέριες μάζες, τις χωρικές μεταβολές του ανέμου κλπ. Παρόλους τους περιορισμούς, η

απλότητα της προσέγκισης Gauss, η σχετική ευκολία στη χρήση με διαθέσιμες

μετρήσεις μετεωρολογικών μεταβλητών και κυρίως η χρήση αυτής της μεθοδολογίας

στις Ηνωμένες Πολιτείες για έλεγχο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και λήψη σχετικών

αποφάσεων, οδήγησαν το ενδιαφέρον των ερευνών στην κατεύθυνση της απάλειψης

κάποιων από τους περιορισμούς που εισάγει η θεωρία του Gauss.

4.11 ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΚΑΤΑ LAGRANGE

Τα μοντέλα διασποράς κατά Lagrange ή Λαγκρανζιανά αποτελούν μία εναλλακτική

μέθοδο προσομοίωσης της διάχυσης και διασποράς των αερίων ρύπων στην

ατμόσφαιρα. Τα μοντέλα αυτά περιγράφουν τους εκπεμπόμενους ρύπους ως

σωματίδια τα οποία ακολουθούν τη μέση ατμοσφαιρική ροή και είναι κατάλληλα για

την περιγραφή της διασποράς αερίων μαζών που εκπέμπονται από μία πηγή

ρύπανσης.

Αν και τα Λαγκρανζιανά μοντέλα δύσκολα εφαρμόζονται στην περίπτωση χημικά

δραστικών ρύπων, αυτή η μέθοδος έχει πολλά πλεονεκτήματα: (α) δεν παρουσιάζει

αριθμητική διάχυση, (β) λαμβάνει υπόψη φαινόμενα βαρύτητας κατά την κίνηση των

σωματιδίων, (γ) είναι δυνατή η λεπτομερής περιγραφή της σχέσης μεταξύ των

εκπομπών και των συγκεντρώσεων ενός ρύπου, (δ) το υπολογιστικό κόστος είναι

ελεγχόμενο ανάλογα με τον αριθμό των θεωρούμενων σωματιδίων.

Η κύρια κατά Lagrange εξίσωση διασποράς για έναν ρύπο είναι:

128

c r t p r t r t S r t dr dt

t

( , ) ( , ' , ' ) ( ' , ' ) ' ' (4.25)

όπου c(r,t) είναι η μέση συγκέντρωση στο σημείο r και στο χρόνο t, S(r',t') είναι o

όρος παραγωγής και p(r,tr',t') η συνάρτηση που εκφράζει την πυκνότητα

πιθανότητας ενός αερίου πακέτου να μετακινηθεί από το σημείο r' στο χρόνο t', στο

σημείο r στον χρόνο t. Θεωρείται ότι για κάθε r' και t > t' ισχύει,

p r t r t dr( , ', ' ) 1 (4.26)

Η παραπάνω έκφραση είναι μικρότερη από τη μονάδα όταν λαμβάνονται υπόψη

φαινόμενα χημικού μετασχηματισμού ή εναπόθεσης, διαφορετικά η τιμή της, λόγω

διατήρησης της μάζας, είναι μονάδα. Στην περίπτωση πρωτογενών χημικά αδρανών

ρύπων, ο όρος S(r',t') είναι μεγαλύτερος του μηδενός μόνο στα σημεία εκπομπής του

ρύπου. Στην περίπτωση δευτερογενούς ρύπου, ο όρος S(r',t') πρακτικά μπορεί να

είναι διάφορος του μηδενός οπουδήποτε. Σε όλες τις περιπτώσεις πρέπει να

ικανοποιείται η εξίσωση διατήρησης της μάζας (4.26).

Εκφράζοντας τη συνάρτηση πυκνότητας σαν άθροισμα της αρχικής κατανομής των

σωματιδίων και της χωροχρονικής κατανομής των πηγών των σωματιδίων από την

(4.25) προκύπτει:

c r t p r t r t c r t dr p r t r t S r t dr dtï o

t

t

o

( , ) ( , ' , ) ( ' , ) ' ( , ' , ' ) ( ' , ' ) ' ' (4.27)

Ο πρώτος όρος στο δεξί μέλος της εξίσωσης αντιπροσωπεύει τα σωματίδια που ήταν

παρόντα τη χρονική στιγμή tο, ενώ ο δεύτερος όρος αναφέρεται στα σωματίδια που

προστέθηκαν από τις πηγές κατά το χρονικό διάστημα μεταξύ t' και t. Εφόσον η

συνάρτηση πιθανότητας p(r,tr',t') είναι γνωστή, είναι δυνατή η εκτίμηση της μέσης

συγκέντρωσης κατά τον χρόνο t. Ωστόσο υπάρχουν δύο σημαντικά προβλήματα για

τη χρήση της εξίσωσης (4.27): (α) η εξίσωση δεν ισχύει όταν λαμβάνουν χώρα

χημικές αντιδράσεις και (β) συνήθως δεν είναι δυνατός ο προσδιορισμός της

συνάρτησης p(r,tr',t') παρά μόνον στις απλούστερες συνθήκες.

Η εξίσωση (4.25) ή (4.27) μπορεί να επιλυθεί αναλυτικά ή αριθμητικά. Στις

εφαρμογές αέριας ρύπανσης, τα Λαγκρανζιανά σωματίδια μετακινούνται σε κάθε

χρονικό βήμα με ταχύτητα v. Αν το σωματίδιο βρίσκεται στη θέση x(t1) τη χρονική

στιγμή t1, η θέση του τη χρονική στιγμή t2 θα δίνεται από τη σχέση:

129

x t x t v x t t dtt

t

( ) ( ) ( ),2 1

1

2

(4.28)

όπου v είναι το διάνυσμα του ανέμου σε κάθε σημείο x(t) της τροχιάς του σωματιδίου

μεταξύ t1 και t2. Το διάνυσμα v ορίζεται ως ακολούθως:

vvv (4.29)

όπου v είναι η μέση τιμή του διανύσματος του ανέμου στην θέση του σωματιδίου και

v' είναι η ταχύτητα διακύμανσης ή διαταραχής από τη μέση τιμή v που συνδέεται με

την τύρβη και τους στροβίλους οι οποίοι δεν συμπεριλαμβάνονται στην εκτίμηση του

πεδίου v . Η τιμή του v είναι γνωστή είτε από μετρήσεις είτε από τα αποτελέσματα

μετεωρολογικών μοντέλων. Συνεπώς το πρόβλημα είναι ο υπολογισμός του v'. Το v'

μπορεί να παρασταθεί:

v'(t2) = R(Δt) v'(t1) + v''(t2) (4.30)

όπου R(Δt) είναι ένα διάνυσμα που αντιπροσωπεύει τις αυτοσυσχετίσεις των

συνιστωσών του v' με χρονική διαφορά Δt. Το v'' είναι ένα τυχαίο διάνυσμα με μηδενική

μέση τιμή το οποίο ορίζεται από την τυπική απόκλιση των συνιστωσών του:

σv'' = σv' [1 - R2

(Δt)]1/2

(4.31)

Για τον υπολογισμό του σv'' είναι απαραίτητος ο υπολογισμός του σv' το οποίο

προκύπτει από τις τυπικές αποκλίσεις των μετρήσεων ανέμου. Τέλος, για την

εφαρμογή της σχέσης (4.29) πρέπει να είναι γνωστό και το R το οποίο συνδέεται με

Λαγκρανζιανή κλίμακα χρόνου ΤL σύμφωνα με τη σχέση:

R(Δt) = exp (-Δt/TL) (4.32)

Συνεπώς με τη βοήθεια των δύο τελευταίων εξισώσεων (4.31) και (4.32) είναι

δυνατός ο υπολογισμός του όρου v'' ο οποίος απαιτείται για την εφαρμογή της

εξίσωσης (4.30).

Πλεovεκτήματα της Πρoσέγγισης κατά Lagrange.

130

1. Τα Λαγκρανζιανά μοντέλα είvαι κατάλληλα για τov υπoλoγισμό της

ατμoσφαιρικής ρύπαvσης πoυ πρoέρχεται από μεμovωμέvες πηγές,συvήθως

γραμμικές ή σημειακές, βιoμηχαvικώv περιoχώv κυρίως.

2. Αvαπαριστoύv με μεγαλύτερη ακρίβεια τoυς φυσικoύς μηχαvισμoύς

μεταφoράς και διασπoράς τωv αερίωv ρύπωv.

3. Οι διαφoρικές εξισώσεις πoυ πρoκύπτoυv σε πoλλές περιπτώσεις έχoυv

αvαλυτική λύση και γεvικά δεv παρoυσιάζoυv δυσκoλίες στηv αριθμητική

oλoκλήρωσή τoυς.

4. Οι λύσεις πoυ πρoκύπτoυv ισχύoυv για πoλύ μεγάλo φάσμα χωρικών και

χρονικών μεταβoλώv (σχεδόv για όλες τις κλίμακες μήκoυς και χρόvoυ στις oπoίες

έχoυv πρακτικά εφαρμoγή).

5. Οι αλγόριθμoι και η αvτίστoιχη μαθηματική επεξεργασία είvαι δυvατόv vα γίvει

και με μικρoϋπoλoγιστές.

Μειovεκτήματα της Πρoσέγγισης κατά Lagrange.

1. Απαιτείται ευρύτατo και πoλυδάπαvo πρόγραμμα ειδικώv μετρήσεωv

(φασματική αvάλυση τωv αvαταράξεωv για τov υπoλoγισμό τωv

χαρακτηριστικώv κλιμάκωv μήκoυς και χρόvoυ τωv στρoβίλωv). Με τηv

εφαρμoγή της θεωρίας oμoιότητας (similarity-theory) είvαι δυvατόv vα βρεθoύv

ημιεμπειρικές σχέσεις, ώστε vα απαιτηθoύv λιγότερες μετρήσεις.

2. Η εφαρμoγή τωv εξισώσεωv είvαι περιoρισμέvη λόγω τωv δυσχερειώv πoυ

παρoυσιάζovται στov ακριβή καθoρισμό τωv στατιστικώv ιδιoτήτωv τωv

σωματιδίωv τoυ ρευστoύ.

3. Γεvικά τo πεδίo ατμoσφαιρικώv αvαταράξεωv δεv είvαι στατικό και oμoγεvές

(stationary and homogeneous).

4. Τα πρότυπα αυτά δεv είvαι κατάλληλα για μη-αδραvείς αέριoυς ρύπoυς

(φωτoχημική ρύπαvση), ιδιαίτερα στηv περίπτωση μη-γραμμικώv χημικώv

αvτιδράσεωv.

5. Τα μοντέλα αυτά δεv είvαι κατάλληλα για τov υπoλoγισμό της ατμoσφαιρικής

ρύπαvσης τωv αστικώv περιoχώv και μάλιστα στις περιπτώσεις πoυ oι πηγές

πρoσoμoιώvovται σαv επιφαvειακές πηγές και σαv πηγές όγκoυ (π.χ. η ρύπαvση

της ατμόσφαιρας από τη θέρμαvση και τηv κυκλoφoρία τωv τρoχoφόρωv).

131

4.12 ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΚΑΤΑ EULER

Τα μοντέλα διασποράς κατά Euler απαιτούν συνήθως υψηλό υπολογιστικό κόστος,

ωστόσο προτιμώνται συχνά, σε σχέση με τα Λαγκρανζιανά, επειδή μπορούν να

υπολογίσουν τρισδιάστατα πεδία συγκεντρώσεων και να περιγράψουν τη διασπορά

και το χημικό μετασχηματισμό των αερίων ρύπων.

Η προσέγγιση Euler βασίζεται στη διατήρηση της μάζας ενός ρύπου συγκέντρωσης

c(x,y,z,t).

c

tV c D c S

2 (4.34)

όπου c η συγκέντρωση του ρύπου, V ο άνεμος, S η ένταση της εκπομπής του ρύπου

και D η μοριακή διάχυση. Η ταχύτητα V μπορεί να παρασταθεί ως το άθροισμα της

μέσης τιμής και της διακύμανσης, δηλαδή

V u u (4.35)

όπου το u αντιπροσωπεύει το μέρος της ροής το οποίο επιλύεται χρησιμοποιώντας

μετρήσεις ή αποτελέσματα μετεωρολογικών μοντέλων και το u' αντιπροσωπεύει το

υπόλοιπο μη επιλυόμενο μέρος της ροής. Κατά τον ίδιο τρόπο θεωρούμε ότι

c = c + c' (4.36)

όπου τα σύμβολα υποδεικνύουν τον μέσο όρο (ensemble) της μεταβλητής.

Αντικαθιστώντας τις εξισώσεις (4.35) και (4.36) στην (4.34) προκύπτει:

c

tu c c u D c S2 (4.37)

Στην παραπάνω εξίσωση, σύμφωνα με την εργοδική υπόθεση, θεωρείται ότι u u

και u 0 .

Η ποσότητα u' στα μετεωρολογικά μοντέλα είναι συχνά της ίδιας τάξης μεγέθους με

το u με αποτέλεσμα ο όρος c'u' να είναι πολύ μεγάλος. Ο όρος αυτός συμβολίζει

την τυρβώδη ατμοσφαιρική διάχυση. Το u' είναι στοχαστική μεταβλητή, δηλαδή

132

υπάρχει ένας άπειρος αριθμός συναρτήσεων u' που ικανοποιούν την εξίσωση της

κίνησης. Κάθε τιμή του u' οδηγεί σε μία διαφορετική συγκέντρωση c. Η μέση τιμή σε

κάποιο σημείο και σε κάποια χρονική στιγμή όλων των δυνατών συγκεντρώσεων που

μπορεί να προκύψουν από τα διάφορα u' είναι η μέση τιμή c. Μόνο εάν ήταν δυνατή

η ταυτόχρονη μέτρηση των u' και c συνεχώς και σε κάθε σημείο θα ήταν δυνατή και η

εκτίμηση της ακριβούς συνάρτησης που προσομοιάζει την πραγματικότητα. Μη

έχοντας αυτήν την πληροφόρηση θα πρέπει να υποτεθεί ότι όλες οι αποδεκτές

θεωρητικά τιμές είναι το ίδιο πιθανές και έτσι, στις καλύτερες συνθήκες είναι δυνατός

ο υπολογισμός του c αντί του c.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η τιμή c που προκύπτει από υπολογισμούς με μοντέλα κατά

Euler είναι στη σύλληψή της διαφορετική από τα αποτελέσματα που προκύπτουν από

μετρήσεις. Πράγματι, τα δεδομένα από μετρήσεις αποτελούν εκτιμήσεις της

πραγματικής συγκέντρωσης c (με κάποιο λάθος που εισάγεται από τη μέθοδο

μέτρησης), ενώ τα μοντέλα εκτιμούν το c, με κάποιο σφάλμα που οφείλεται στα

δεδομένα εισόδου και τις αριθμητικές ή/και αναλυτικές προσεγγίσεις.

Για την επίλυση της εξίσωσης (4.37) χρησιμοποιείται μία απλούστατη προσέγγιση

(φαινομενολογικό κλείσιμο) από τη θεωρία των Κ (K-theory):

c'u' = - K c (4.38)

όπου Κ είναι ένας τανυστής τυρβώδους διάχυσης (3 x 3) του οποίου οι συνιστώσες

μπορούν να εκτιμηθούν από τα αποτελέσματα των μετεωρολογικών μοντέλων ή από

μετεωρολογικές μετρήσεις. Σύμφωνα με τον Lamb, η εξίσωση (4.38) ισχύει όταν

τe/Tc << 1, όπου τe είναι ο μέγιστος χρόνος κατά τη διάρκεια του οποίου ένας μέσος

τυρβώδης ατμοσφαιρικός στρόβιλος διατηρεί τα χαρακτηριστικά του και Τc η

χρονική κλίμακα του πεδίου μέσων συγκεντρώσεων c, (δηλ. c/t c/Τc).

Συνεπώς, η θεωρία των βαθμίδων ισχύει όταν οι αλλαγές του πεδίου μέσων

συγκεντρώσεων είναι μεγαλύτερης κλίμακας από τις αλλαγές της τυρβώδους

διασποράς. Αυτό βέβαια δεν συμβαίνει κοντά σε σημειακές πηγές (δηλ. με Τc μικρό)

ή όταν επικρατούν συνθήκες αστάθειας (δηλ. με τe μεγάλο). Λόγω των παραπάνω

περιορισμών ως προς την εφαρμογή της θεωρίας Κ έχουν προταθεί άλλα σχήματα

όπως τα μοντέλα δεύτερης τάξης.

Η εξίσωση (4.37) απλοποιείται περαιτέρω εφόσον θεωρηθεί ότι (α) ο τανυστής Κ

είναι διαγώνιος (όλες οι συνιστώσες του Κ είναι μηδενικές εκτός από αυτές κατά

μήκος της κυρίας διαγωνίου Κ11, Κ22, Κ33), και (β) η μοριακή διάχυση αμελητέα:

133

cu c Ê c S

t (4.39)

Εφόσον λαμβάνουν χώρα χημικοί μετασχηματισμοί, ο όρος S αναλύεται ως εξής:

S = E + R (4.40)

όπου Ε είναι ο ρυθμός εκπομπής του συγκεκριμένου ρύπου και R ο ρυθμός

παραγωγής/καταστροφής του ρύπου λόγω χημικών αντιδράσεων.

Η παραπάνω εξίσωση αποτελεί την έκφραση της ημιεμπειρικής εξίσωσης της

ατμοσφαιρικής διάχυσης. Η εξίσωση αυτή μπορεί να επιλυθεί εφόσον είναι γνωστά

τα u , Κ και S καθώς επίσης και οι αρχικές και οριακές συνθήκες.

Στην περίπτωση μίας πηγής σε κατάσταση ισορροπίας (δηλαδή

c

t0) και για

μέσο άνεμο u ο οποίος πνέει κατά μήκος του θετικού άξονα x εφαρμόζεται η

ακόλουθη οριακή συνθήκη στο επίπεδο (y,z):

cQ

u y z hz z h y y

s ss s( , , )

( ) ( )0

(4.41)

όπου Q είναι ο ρυθμός εκπομπής του ρύπου, zs το ύψος της πηγής στο σημείο (0,ys),

Δh είναι η ανύψωση του εκπεμπόμενου νέφους και δ ο τελεστής Kronecker. Με την

παραπάνω οριακή συνθήκη και υποθέτοντας κατάσταση ισορροπίας η εξίσωση (4.39)

μετατρέπεται στην απλούστερη μορφή της (εφόσον R = 0):

u c K c (4.42)

Ως προς τις οριακές συνθήκες, συνήθως προϋποτίθενται συνθήκες πλήρους

ανάκλασης στο έδαφος και στο άνω όριο της περιοχής υπολογισμού (που κατά

κανόνα συμπίπτει με το όριο του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος). Αυτό σημαίνει

μηδενική ροή των ρύπων, δηλαδή:

Kc

z33 0

(4.43)

134

Στις πλευρικές επιφάνειες της περιοχής υπολογισμού θεωρείται συνήθως:

c = 0 (α) ή c = συγκέντρωση βάσης (β) (4.44)

Οι αρχικές συνθήκες οι οποίες απαιτούνται επίσης για την εξίσωση (4.39)

προσδιορίζονται από τις εξισώσεις (4.41) οι οποίες ισχύουν για ολόκληρο το πεδίο

υπολογισμού.

Οι εξισώσεις (4.39) και (4.40) μπορούν να επιλυθούν με αναλυτικές μεθόδους, οι

οποίες παρέχουν ακριβείς λύσεις, ή με αριθμητικές μεθόδους, οι οποίες παρέχουν

προσεγγιστικές λύσεις.

Αναλυτικές λύσεις της εξίσωσης (4.42) για κατάσταση ισορροπίας είναι διαθέσιμες,

με την προϋπόθεση κάποιων απλοποιήσεων. Υποθέτοντας ότι ο άνεμος u πνέει κατά

μήκος του θετικού άξονα x μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο συμβολισμός:

Κ11,=Κx, Κ22,=Ky, Κ33=Kz (4.45)

και η εξίσωση (4.42) θεωρώντας κατάσταση ισορροπίας μετασχηματίζεται σε:

uxc

zK

zc

yK

ycz y

(4.46)

με οριακές συνθήκες

cQ

u hz h y

ee

( )( ) ( ) στο σημείο x = 0 (4.47)

και

Kc

zz

0 στο z = 0, h (4.48)

όπου he είναι το πραγματικό ύψος της εκπομπής, h το πάχος του στρώματος

ανάμειξης, με τη θεώρηση ότι κατά μήκος του άξονα x η διάχυση είναι αμελητέα σε

σύγκριση με τη μεταφορά λόγω ανέμου.

Οι αριθμητικές μέθοδοι επιτρέπουν την προσεγγιστική επίλυση των εξισώσεων

(4.39) ή (4.42) με τεχνικές όπως αυτές των πεπερασμένων διαφορών, πεπερασμένων

στοιχείων, φασματικές μέθοδοι κ.ά. Η μέθοδος των πεπερασμένων διαφορών, αν και

135

έχει πολλά μειονεκτήματα (σφάλματα λόγω αριθμητικής διάχυσης), αντιπροσωπεύει

την κυρίως χρησιμοποιούμενη μέθοδο σε τέτοιες εφαρμογές.

Εδώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι όσον αφορά την οριζόντια συνιστώσα του

συντελεστή τυρβώδους διάχυσης, αυτή συνήθως θεωρείται αμελητέα σε σχέση με τη

συναγωγή. Ο συντελεστής κατακόρυφης τυρβώδους διάχυσης αντίθετα δεν είναι

αμελητέος και λαμβάνει τιμές οι οποίες εξαρτώνται από το ύψος. Γενικά, η τυρβώδης

διαχυτότητα Κz θεωρείται μηδενική κοντά στην επιφάνεια του εδάφους (δηλαδή σε

σχεδόν μηδενικό ύψος) και πάνω από το ύψος του στρώματος ανάμειξης.

Εκτός από την προσέγγιση της θεωρίας Κ και λόγω των ατελειών της, άλλες έχουν

προταθεί πολυπλοκότερες προσεγγίσεις πιο πρόσφατα. Η σύγκριση των μοντέλων

αυτών με πειραματικά δεδομένα έδειξε ότι σε ορισμένες περιπτώσεις επιτυγχάνεται

ικανοποιητική προσομοίωση της φυσικής της ατμοσφαιρικής διάχυσης. Ωστόσο,

πολλά από αυτά τα μοντέλα τελούν ακόμη υπό συζήτηση. Στη συνέχεια αναλύεται η

πιο απλή μορφή μοντέλου διασποράς κατά Euler, όπου ολόκληρη η εξεταζόμενη

περιοχή θεωρείται ότι αποτελείται από μία και μόνο κυψελίδα.

Το μοντέλο μίας κυψελίδας αποτελεί την απλούστερη έκφραση μοντέλου αέριας

ρύπανσης. Βασίζεται στη διατήρηση της μάζας των ρύπων σε ένα κιβώτιο Euler το

οποίο συνήθως αντιπροσωπεύει μία μεγάλη περιοχή όπως είναι η έκταση μιας πόλης.

Σε τέτοιου είδους μοντέλα συνήθως θεωρείται ότι το ύψος της κυψελίδας ακολουθεί

την ημερήσια πορεία του ύψους ανάμειξης.

Η συγκέντρωση των ρύπων στο στρώμα ανάμειξης είναι σε κάποιες περιπτώσεις

εντελώς ομοιογενής στην κατακόρυφη διεύθυνση και η μεταφορά των ρύπων

ελέγχεται κυρίως από τη συναγωγή. Αυτή η κατάσταση αναμένεται όταν η

δραστηριότητα λόγω συναγωγής είναι μέτρια κάτω από ένα χαμηλό στρώμα

αναστροφής. Στην περίπτωση αυτή το στρώμα αέρα μπορεί να θεωρηθεί ως μία

κυψελίδα ή να διαιρεθεί σε μία σειρά από διαδοχικές κυψελίδες που συγκοινωνούν

μεταξύ τους (μοντέλα πολλαπλών κυψελίδων).

Η εξίσωση διατήρησης της μάζας για μία κυψελίδα είναι:

tc z Q R D c z

u( )

(4.49)

όπου c είναι η χρονικά μεταβαλλόμενη συγκέντρωση του ρύπου, Q ο ρυθμός

εκπομπής, R ο ρυθμός χημικού μετασχηματισμού του ρύπου (παραγωγή ή

καταστροφή), D ο ρυθμός εναπόθεσης, u ο άνεμος κατά τον άξονα χ ο οποίος

μεταφέρει καθαρό αέρα στην κυψελίδα και z το ύψος της κυψελίδας όπως φαίνεται

στο Σχήμα 4.21.

136

u

u z

Σχήμα 4.21 Στο μοντέλο κυψελίδας το ύψος της παριστάνει το χρονικά

μεταβαλλόμενο ύψος ανάμειξης, Δχ και Δψ είναι οι οριζόντιες διαστάσεις της

κυψελίδας, Q είναι οι εκπομπές ανά μονάδα επιφανείας και u ο άνεμος.

Οι δύο κύριοι περιορισμοί αυτών των μοντέλων είναι ότι δεν λαμβάνουν υπόψη την

οριζόντια διάχυση και ότι προϋποθέτουν στιγμιαία ομοιογένεια μέσα στην κυψελίδα.

Ωστόσο είναι εύκολα στην εφαρμογή τους, μη απαιτώντας υψηλό υπολογιστικό

κόστος, και σε πολλές περιπτώσεις δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα.

Πλεovεκτήματα της Πρoσέγγισης κατά Euler

1. Τα πρότυπα είvαι κατάλληλα για αδραvείς και μη-αδραvείς αέριoυς ρύπoυς

(φωτoχημική ρύπαvση).

2. Θεωρητικά είvαι δυvατή η εφαρμoγή σε πρoβλήματα πoυ σχετίζovται με

oπoιαδήπoτε τoπoγραφία και κλίμακα κιvήσεωv (μικρή, μεσαία και μεγάλη),

αρκεί vα πληρoύvται oι αvτίστoιχoι περιoρισμoί πoυ εισάγovται λόγω της

εφαρμoγής της θεωρίας Κ.

3. Είvαι κατάλληλα για τov υπoλoγισμό της ατμoσφαιρικής ρύπαvσης σε αστικές

περιoχές όπoυ oι πηγές μπoρoύv vα θεωρηθoύv σαv επιφαvειακές και πηγές

όγκoυ.

4. Εκτός από τη βασική θεωρία Κ είvαι δυvατόv vα χρησιμoπoιηθoύv τα

συμπεράσματα της θεωρίας ομοιότητας σε συvδυασμό με συvηθισμέvες

137

μετεωρoλoγικές παρατηρήσεις και μετρήσεις συγκεvτρώσεωv επιφαvείας για τoυς

αέριoυς ρύπoυς πoυ μας εvδιαφέρoυv, για τov πρoσδιoρισμό ημιεμπειρικώv τύπωv

για τoυς συvτελεστές τυρβώδoυς διάχυσης.

5. Οι αλγόριθμoι και η αvτίστoιχη μαθηματικη επεξεργασία είvαι δυvατόv vα γίvει

και με μικρoϋπoλoγιστές.

Μειovεκτήματα της Πρoσέγγισης κατά Euler

1. Aπαιτoύvται αvαλυτικές εκφράσεις για τoυς συvτελεστές τυρβώδoυς διάχυσης.

Για τoυς συvτελεστές αυτoύς υπάρχoυv μόvo ημιεμπειρικά μovτέλα η

χρησιμoπoίηση τωv oπoίωv συvεπάγεται σημαvτικά σφάλματα στα απoτελέσματα.

Ετσι για μεγαλύτερη ακρίβεια είvαι αvαγκαίoς o πειραματικός πρoσδιoρισμός

τωv συvτελεστώv τυρβώδoυς διάχυσης, πoυ όμως απαιτεί ευρύτατo και

πoλυδάπαvo πρόγραμμα μετρήσεωv. Οπως αvαφέραμε και παραπάvω με τηv

εφαρμoγή της θεωρίας oμoιότητας είvαι δυvατόv vα περιoριστoύv oι αvακρίβειες

από τη χρησιμoπoίηση αυτώv τωv ημιεμπειρικώv εκφράσεωv.

2. Οι διαφoρετικές εξισώσεις πoυ πρoκύπτoυv, για τις oπoίες δέv έχει βρεθεί ακόμη

γεvική λύση (closure problem), παρoυσιάζoυv δυσκoλίες στηv αριθμητική

oλoκλήρωσή τoυς.

3. Οι κλίμακες τωv μεταβoλώv στo χώρo και τo χρόvo τωv μέσωv ιδoτήτωv τoυ

πεδίoυ ρoής, θα πρέπει vα είvαι αρκετά μεγαλύτερες από τις χαρακτηριστικές

κλίμακες μήκoυς και χρόvoυ τωv στρoβίλωv, πoυ είvαι υπεύθυvoι για τη

μεταφoρά και από τις αvτίστoιχες κλίμακες χρόvoυ τωv χημικώv αvτιδράσεωv

πoυ συμβαίvoυv στηv ατμόσφαιρα. Επίσης εξαρτώvται και από τηv ακρίβεια

τωv δεδoμέvωv (εκπoμπώv και μετεωρoλoγικώv στoιχείωv).

138

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1

ΘΕΣΜΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ

Με την έκδοση της Οδηγίας Πλαίσιο 96/62/ΕΚ «για την εκτίμηση και διαχείριση της

ποιότητας του αέρα περιβάλλοντος»7 [Επίσημη Εφημερίδα L 296, 21.11.1996]

τίθεται το βασικό πλαίσιο αναφοράς για το σχεδιασμό και την υλοποίηση δράσεων

που αφορούν «τη διατήρηση της ποιότητας του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος όταν

είναι καλή και τη βελτίωσή της στις άλλες περιπτώσεις».

Η Οδηγία Πλαίσιο περιλαμβάνει συνοπτικά τα ακόλουθα:

1. Για να διατηρηθεί και να βελτιωθεί η ποιότητα του αέρα στην Κοινότητα, η

παρούσα οδηγία ορίζει τις βασικές αρχές με σκοπό:

τον καθορισμό των στόχων που αφορούν την ποιότητα του αέρα

περιβάλλοντος (τροποσφαιρικός αέρας εξωτερικών χώρων)

τη θέσπιση κοινών μεθόδων και κριτηρίων εκτίμησης της ποιότητας του

αέρα περιβάλλοντος

τη συγκέντρωση και διάδοση πληροφοριών για την ποιότητα του αέρα

περιβάλλοντος.

Τη διατήρηση της ποιότητας του αέρα περιβάλλοντος όταν είναι καλή και η

βελτίωσή της στις άλλες περιπτώσεις

2. Τα κράτη μέλη είναι υπεύθυνα για την εφαρμογή της οδηγίας.

3. Οι οριακές τιμές και τα όρια συναγερμού, για τους παρακάτω ρύπους,

καθορίζονται από το Συμβούλιο:

Διοξείδιο του θείου, διοξείδιο του αζώτου και οξείδια του αζώτου, σωματίδια

και μόλυβδος

Βενζόλιο και μονοξείδιο του άνθρακα

Όζον

Πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες, κάδμιο, αρσενικό, νικέλιο και

υδράργυρος.

Το Συμβούλιο καθορίζει ένα προσωρινό όριο ανοχής για τις οριακές τιμές, ώστε

τα κράτη μέλη να έχουν τον αναγκαίο χρόνο προσαρμογής. Το περιθώριο αυτό

μειώνεται σταδιακά εντός ορισμένης χρονικής περιόδου για κάθε ρύπο.

4. Η ποιότητα του αέρα περιβάλλοντος ελέγχεται σε όλη την επικράτεια των

κρατών μελών. Η εν λόγω εκτίμηση πραγματοποιείται με διάφορες μεθόδους,·

7Η Οδηγία Πλαίσιο 96/62/ΕΚ έχει ενσωματωθεί στην Ελληνική Νομοθεσία με την υπ’αριθμό

3277/209 ΚΥΑ «Καθορισμός γενικών αρχών και αρμόδιων υπηρεσιών για την εκτίμηση και τη

διαχείριση της ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος» (ΦΕΚ 180/Β/17-2-2000)

139

είτε με μέτρηση, είτε με προσομοίωση βάσει μαθηματικών μοντέλων, είτε με

συνδυασμό των δύο μεθόδων, είτε κατ' εκτίμηση. Η εκτίμηση είναι υποχρεωτική

στις κατοικημένες περιοχές με πληθυσμό άνω των 250.000 κατοίκων ή στις

περιοχές όπου οι συγκεντρώσεις προσεγγίζουν τις οριακές τιμές.

5. Tα κράτη μέλη μεριμνούν για την τήρηση των οριακών τιμών. Για το λόγο αυτό

τα κράτη μέλη οφείλουν να εκπονούν σχέδιο ή πρόγραμμα και στη συνέχεια να

λαμβάνουν μέτρα τόσο γενικά όσο και ειδικά για κάθε ρύπο, έτσι ώστε να

εκπληρώνονται οι γενικοί στόχοι της οδηγίας πλαίσιο και να επιτυγχάνεται η

εμπρόθεσμη τήρηση των οριακών τιμών8. Το πρόγραμμα αυτό, το οποίο είναι

προσιτό στο κοινό, πρέπει να περιλαμβάνει τουλάχιστον τις πληροφορίες που

αναφέρονται στο Παράρτημα IV της Οδηγίας Πλαίσιο και οι οποίες κυρίως

αφορούν:

Τόπος όπου σημειώθηκε η υπέρβαση

Φύση και εκτίμηση της ρύπανσης

Προέλευση της ρύπανσης

Μέτρα βελτίωσης της ποιότητας του αέρα περιβάλλοντος

Όπου περισσότεροι του ενός ρύποι υπερβαίνουν τις οριακές τιμές, τα κράτη μέλη

υποβάλλουν ολοκληρωμένο σχέδιο που περιλαμβάνει όλους τους ρύπους.

Η επιτροπή ελέγχει τακτικά την εφαρμογή των σχεδίων ή προγραμμάτων.

Επιπλέον πρέπει να εκτιμούν τον κίνδυνο υπέρβασης των ορίων συναγερμού και

να εκπονούν σχέδια δράσης με βραχυχρόνια μέτρα, ώστε να μπορούν να

εφαρμοστούν άμεσα και να επιτυγχάνουν μείωση του κινδύνου υπέρβασης και

περιορισμό της διάρκειάς του.

6. Τα κράτη είναι υποχρεωμένα να καταρτίσουν κατάλογο των ζωνών και των

οικισμών όπου τα επίπεδα ρύπανσης υπερβαίνουν τις οριακές τιμές.

7. Σε περίπτωση υπέρβασης των ορίων συναγερμού, τα κράτη μέλη πρέπει να

μεριμνούν για την ενημέρωση του κοινού και να θέτουν στη διάθεσή του κάποιες

ελάχιστες πληροφορίες που καθορίζονται στις θυγατρικές οδηγίες, καθώς και να

διαβιβάζουν στην Επιτροπή κάθε σχετική πληροφορία (καταγραμμένο επίπεδο

ρύπανσης, διάρκεια του συναγερμού, κλπ).

Επίσης τα σχέδια / προγράμματα τα οποία εκπονούνται/ εφαρμόζονται με στόχο

την επίτευξη των οριακών τιμών εντός των καθορισμένων προθεσμιών θα πρέπει

να κοινοποιούνται στο κοινό και την ΕΕ.

8. Σε περίπτωση που ορισμένες γεωγραφικές ζώνες και οικιστικές περιοχές

παρουσιάζουν επίπεδα ρύπανσης κατώτερα των οριακών τιμών, τα κράτη μέλη

οφείλουν να διατηρούν τα επίπεδα των ρύπων κάτω από τις οριακές τιμές.

9. Η οδηγία περιέχει διατάξεις σχετικά με τη διαβίβαση των πληροφοριών και των

εκθέσεων για τα επίπεδα ρύπανσης και τις περιοχές τις οποίες αφορούν.

8 Άρθρο 8 της Οδηγίας Πλαίσιο 96/62/ΕΚ

140

Για την εφαρμογή της οδηγίας αυτής η Επιτροπή προχώρησε στη δημιουργία

τεχνικών επιτροπών για την εκπόνηση θυγατρικών οδηγιών που να καλύπτουν τους

ανωτέρω αναφερθέντες ρύπους.

Οι θυγατρικές οδηγίες καθορίζουν και εξειδικεύουν αφενός τις οριακές τιμές,

περιθώρια ανοχής, τιμές-στόχους, μακροπρόθεσμους στόχους, όρια συναγερμού και

όρια ενημέρωσης για τους επιμέρους ρύπους, αφετέρου τις προθεσμίες συμμόρφωσης

έναντι των οριακών τιμών. Οι θυγατρικές οδηγίες που έχουν εκδοθεί μέχρι σήμερα

είναι οι ακόλουθες:

Οδηγία 1999/30/ΕΚ [Επίσημη Εφημερίδα L 163, 29.06.1999]

Η Οδηγία του Συμβουλίου, της 22ας Απριλίου 1999 σχετικά με τις οριακές τιμές

των ρύπων SO2, NO2, NΟx, σωματιδίων και Pb στον αέρα περιβάλλοντος είναι

η πρώτη «θυγατρική» οδηγία της οδηγίας πλαίσιο 96/62/ΕΚ.

Στόχος της Οδηγίας αυτής είναι μεταξύ άλλων η διατήρηση ή βελτίωση της

ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος, με τον καθορισμό οριακών τιμών για τις

συγκεντρώσεις των πιο πάνω ρύπων, καθώς και ορίων συναγερμού για τις

συγκεντρώσεις διοξειδίου του θείου και διοξειδίου του αζώτου, στον αέρα του

περιβάλλοντος, με την εκτίμηση των συγκεντρώσεων, βάσει κοινών μεθόδων και

κριτηρίων, και με τη συλλογή κατάλληλων πληροφοριών σχετικά με τις

συγκεντρώσεις, προκειμένου να ενημερώνεται το κοινό.

Ειδικότερα η οδηγία περιλαμβάνει:

Διοξείδιο του θείου

Τα κράτη μέλη λαμβάνουν τα αναγκαία μέτρα προκειμένου οι

συγκεντρώσεις διοξειδίου του θείου στον αέρα περιβάλλοντος να μην

υπερβαίνουν τις οριακές τιμές που αναφέρονται στο μέρος Ι του

παραρτήματος Ι από τις καθοριζόμενες ημερομηνίες.

Προβλέπεται περιθώριο ανοχής για την ωριαία οριακή τιμή (43%) στο μέρος

Ι του παραρτήματος I9.

Το όριο συναγερμού είναι 500 μg/m³, μετρούμενα επί τρεις συνεχείς ώρες,

σε αντιπροσωπευτικές για την ποιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα θέσεις, σε

περιοχή έκτασης τουλάχιστον 100 km² ή σε ολόκληρη ζώνη ή οικισμό,

ανάλογα με το ποια είναι η μικρότερη σε έκταση.

9 Ως περιθώριο ανοχής ορίζεται το ποσοστό της οριακής τιμής κατά το οποίο

επιτρέπεται να γίνεται υπέρβασή της σύμφωνα με τους όρους της Οδηγίας Πλαίσιο

141

Τα κράτη μέλη καταγράφουν, εφόσον είναι εφικτό, έως τις 31 Δεκεμβρίου

2003, στοιχεία για τις μέσες συγκεντρώσεις διοξειδίου του θείου επί

δεκάλεπτο από ορισμένους σταθμούς μέτρησης που επιλέγουν τα κράτη

μέλη, προκειμένου να συνδράμουν την Επιτροπή στη σύνταξη έκθεσης.

Τα κράτη μέλη δύνανται να καταρτίσουν κατάλογο των ζωνών ή οικισμών,

εντός των οποίων σημειώνεται υπέρβαση των οριακών τιμών για το διοξείδιο

του θείου, λόγω συγκεντρώσεων του διοξειδίου του θείου στον αέρα

περιβάλλοντος που οφείλονται σε φυσικές πηγές. Ο κατάλογος διαβιβάζεται

στην Επιτροπή, συνοδευόμενος από πληροφορίες σχετικά με τις

συγκεντρώσεις και τις πηγές διοξειδίου του θείου. Εντός αυτών των ζωνών ή

οικισμών, τα κράτη μέλη υποχρεούνται να εφαρμόζουν σχέδια δράσης μόνον

σε περίπτωση που σημειώνονται υπερβάσεις των οριακών τιμών που

καθορίζονται στην οδηγία λόγω ανθρωπογενών εκπομπών.

Διοξείδιο του αζώτου και οξείδια του αζώτου

Τα κράτη μέλη λαμβάνουν τα αναγκαία μέτρα προκειμένου οι

συγκεντρώσεις διοξειδίου του αζώτου και, ενδεχομένως, οξειδίων του

αζώτου, στον αέρα περιβάλλοντος, όπως εκτιμώνται σύμφωνα με τους

κανόνες της οδηγίας, να μην υπερβαίνουν τις οριακές τιμές που αναφέρονται

στο μέρος Ι του παραρτήματος ΙΙ από τις καθοριζόμενες ημερομηνίες.

Προβλέπονται περιθώρια ανοχής των ωριαίων και ετήσιων οριακών τιμών

στο μέρος Ι του παραρτήματος II.

Το όριο συναγερμού για το διοξείδιο του αζώτου είναι 400 μg/m³,

μετρούμενα επί τρεις συνεχείς ώρες, σε αντιπροσωπευτικές για την ποιότητα

του ατμοσφαιρικού αέρα θέσεις, σε περιοχή έκτασης τουλάχιστον 100 km² ή

σε ολόκληρη ζώνη ή οικισμό, ανάλογα με το ποια είναι η μικρότερη σε

έκταση.

Σωματίδια

Τα κράτη μέλη λαμβάνουν τα αναγκαία μέτρα προκειμένου οι

συγκεντρώσεις PM10 στον αέρα περιβάλλοντος, όπως εκτιμώνται σύμφωνα

με τους κανόνες της οδηγίας, να μην υπερβαίνουν τις οριακές τιμές του 1ου

Σταδίου (και τις ενδεικτικές του 2ου Σταδίου) που αναφέρονται στο μέρος Ι

του παραρτήματος ΙΙΙ από τις καθοριζόμενες ημερομηνίες.

Προβλέπονται περιθώρια ανοχής των 24ωρων και ετήσιων οριακών τιμών

τιμών στο μέρος Ι του παραρτήματος III.

Όταν σημειώνεται υπέρβαση των οριακών τιμών για τα PM10 που

αναφέρονται στο μέρος Ι του παραρτήματος ΙΙΙ, λόγω συγκεντρώσεων

οφειλομένων σε φυσικά φαινόμενα, τα κράτη μέλη ενημερώνουν την

Επιτροπή, σύμφωνα με την οδηγία 96/62/ΕΚ, και παρέχουν την αναγκαία

αιτιολόγηση, ώστε να αποδεικνύεται ότι οι υπερβάσεις αυτές οφείλονται σε

φυσικά φαινόμενα. Στις περιπτώσεις αυτές, τα κράτη μέλη υποχρεούνται να

εφαρμόζουν σχέδια δράσης μόνον σε περίπτωση που σημειώνονται

142

υπερβάσεις των οριακών τιμών που καθορίζονται στην οδηγία οφειλόμενες

σε άλλες αιτίες, εκτός των φυσικών φαινομένων.

Τα κράτη μέλη δύνανται να ορίζουν ζώνες ή οικισμούς, εντός των οποίων οι

οριακές τιμές για τα PM10 που αναφέρονται στο μέρος Ι του παραρτήματος Ι

σημειώνουν υπέρβαση, λόγω συγκεντρώσεων PM10 στον αέρα του

περιβάλλοντος οφειλομένων στην επαναιώρηση σωματιδίων μετά τη

χειμερινή επίστρωση των οδών με άμμο. Τα κράτη μέλη ενημερώνουν την

Επιτροπή σχετικά και παρέχουν την αναγκαία αιτιολόγηση, ώστε να

αποδεικνύεται ότι οι υπερβάσεις αυτές οφείλονται στα επαναιωρούμενα αυτά

σωματίδια και ότι έχουν ληφθεί εύλογα μέτρα για τη μείωση των

συγκεντρώσεων. Εντός αυτών των ζωνών ή οικισμών, τα κράτη μέλη

υποχρεούνται να εφαρμόζουν σχέδια δράσης μόνον σε περίπτωση που

σημειώνονται υπερβάσεις των οριακών τιμών που καθορίζονται στην οδηγία

λόγω επιπέδων PM10 μη οφειλομένων στη χειμερινή επίστρωση των οδών

με άμμο.

Μόλυβδος

Τα κράτη μέλη λαμβάνουν τα αναγκαία μέτρα προκειμένου οι

συγκεντρώσεις μολύβδου στον αέρα του περιβάλλοντος να μην υπερβαίνουν

τις οριακές τιμές που αναφέρονται στο μέρος Ι του παραρτήματος IV, από τις

καθοριζόμενες ημερομηνίες.

Προβλέπεται περιθώριο ανοχής της ετήσιας οριακής τιμής στο μέρος Ι του

παραρτήματος IV.

Όπως και για τους άλλους ρύπους, τα κράτη μέλη καταρτίζουν κατάλογο των

ζωνών ή οικισμών, εντός των οποίων σημειώνεται υπέρβαση της οριακής

τιμής, προσαυξημένης κατά το περιθώριο ανοχής. Εντός αυτών των ζωνών ή

οικισμών, λαμβάνουν μέτρα για να εξασφαλίσουν την κατάρτιση ή την

εφαρμογή σχεδίου ή προγράμματος που καθιστά δυνατή την επίτευξη της

οριακής τιμής εντός της καθορισμένης προθεσμίας.

Εκτίμηση των συγκεντρώσεων

Η οδηγία 1999/30/ΕΚ προβλέπει ανώτερα και κατώτερα όρια εκτίμησης του

διοξειδίου του θείου, του διοξειδίου του αζώτου και των οξειδίων του

αζώτου, των σωματιδίων και του μολύβδου, στο μέρος Ι του παραρτήματος

V.

Όσον αφορά τις τεχνικές αναφοράς για την προσωμοίωση της ποιότητας του

ατμοσφαιρικού αέρα, όπως αναφέρεται στο μέρος VI του παραρτήματος IX,

δεν είνια δυνατόν να καθοριστούν προς το παρόν.

Η κατάταξη κάθε ζώνης ή οικισμού επανεξετάζεται κάθε πέντε έτη, αλλά

δύναται να αποτελέσει το αντικείμενο επανεξέτασης νωρίτερα, σε περίπτωση

σημαντικής αλλαγής των δραστηριοτήτων που επιδρούν στις συγκεντρώσεις.

143

Κοινοποίηση πληροφοριών στο κοινό

Τα κράτη μέλη πρέπει να φροντίζουν να παρέχουν, κατά συστηματικό τρόπο,

ενημερωμένες πληροφορίες στο κοινό, καθώς και στις κατάλληλες

οργανώσεις (ιδίως, τις οργανώσεις προστασίας του περιβάλλοντος, τις

οργανώσεις καταναλωτών, τις οργανώσεις που εκπροσωπούν τα συμφέροντα

ευαισθήτων ομάδων του πληθυσμού και τους άλλους σχετικούς

υγειονομικούς φορείς), σχετικά με τις συγκεντρώσεις SO2, NO2, NΟx,

σωματιδίων και Pb στο περιβάλλον, μέσω, λόγου χάριν, των

ραδιοτηλεοπτικών μέσων, του Τύπου, των ενημερωτικών οθονών ή των

υπηρεσιών δικτύου ηλεκτρονικών υπολογιστών.

Επίσης παρέχουν στη διάθεση του κοινού και των οργανώσεων τα σχέδια ή

προγράμματα κατ’ εφαρμογή του άρθρου 8, παράγραφος 3 της οδηγίας

πλαίσιο.

Οι πληροφορίες για τις συγκεντρώσεις ενημερώνονται σε καθημερινή βάση

και, εφόσον είναι εφικτό, σε ωριαία βάση. Οι πληροφορίες για τις

συγκεντρώσεις μολύβδου στον αέρα του περιβάλλοντος ενημερώνονται σε

τριμηνιαία βάση.

Οι πληροφορίες που τίθενται στη διάθεση του κοινού και των οργανισμών

είναι σαφείς, κατανοητές και ευπρόσιτες.

Εκθέσεις

Όχι αργότερα από την 31η Δεκεμβρίου 2003, η Επιτροπή υποβάλλει στο

Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο και στο Συμβούλιο έκθεση σχετικά με την

εφαρμογή της παρούσας οδηγίας, και ιδίως σχετικά με τα αποτελέσματα των

πλέον πρόσφατων επιστημονικών ερευνών για τις επιπτώσεις που έχει στην

ανθρώπινη υγεία και στα οικοσυστήματα η έκθεση στο διοξείδιο του θείου,

στο διοξείδιο του αζώτου και στα οξείδια του αζώτου, σε διάφορα κλάσματα

σωματιδίων και στο μόλυβδο, καθώς και σχετικά με τις τεχνολογικές

εξελίξεις και την πρόοδο που έχει επιτελεσθεί στις μεθόδους μέτρησης και

στις άλλες τεχνικές εκτίμησης των συγκεντρώσεων σωματιδίων στον αέρα

περιβάλλοντος και της εναπόθεσης σωματιδίων και μολύβδου σε επιφάνειες.

Η Επιτροπή εξετάζει, ειδικότερα, τις οριακές τιμές του δευτέρου σταδίου για

τα PM10, με σκοπό να τις καταστήσει υποχρεωτικές, και διερευνά εάν

πρέπει να επιβεβαιώσει ή να τροποποιήσει τις οριακές τιμές για το δεύτερο

στάδιο και, εφόσον ενδείκνυνται, για το πρώτο στάδιο.

Οδηγία 2000/69/ΕΚ [Επίσημη Εφημερίδα L 313, 13.12.2000]

Η Οδηγία του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 16ης

Νοεμβρίου 2000, σχετικά με τις οριακές τιμές για το βενζόλιο και το μονοξείδιο

του άνθρακα στον αέρα περιβάλλοντος είναι η δεύτερη «θυγατρική» οδηγία της

οδηγίας πλαίσιο 96/62/ΕΚ.

144

Στόχος της οδηγίας αυτής είναι να συμπληρώσει τις διατάξεις σχετικά με τις

οριακές τιμές της οδηγίας 96/62/ΕΚ με τον καθορισμό ειδικών οριακών τιμών

για δυο μεμονωμένες ρυπογόνες ουσίες, το βενζόλιο και το μονοξείδιο του

άνθρακα.

Ειδικότερα η οδηγία περιλαμβάνει:

Βενζόλιο

Τα κράτη μέλη λαμβάνουν τα αναγκαία μέτρα προκειμένου οι

συγκεντρώσεις βενζολίου στον αέρα του περιβάλλοντος να μην υπερβαίνουν

την οριακή τιμή που καθορίζεται στο παράρτημα Ι σύμφωνα με τις

προβλεπόμενες ημερομηνίες.

Καθορίζεται περιθώριο ανοχής για την οριακή τιμή στο παράρτημα Ι.

Όταν η επίτευξη της οριακής τιμής την καθορισμένη ημ/νία είναι δυσχερής

λόγω τοπικών χαρακτηριστικών διασποράς ή σχετικών κλιματικών

συνθηκών και πρόκλησης σοβαρών κοινωνικο-οικονομικών επιπτώσεων από

την εφαρμογή των μέτρων, δύναται ένα κράτος μέλος να ζητήσει και να

λάβει από την Επιτροπή παράταση περιορισμένης διάρκειας (όχι

μεγαλύτερης των 5 ετών), εφόσον το συγκεκριμένο κράτος μέλος

αποδεικνύει ότι έχουν ληφθεί όλα τα εύλογα μέτρα για τη μείωση των

συγκεκτρώσεων των ρύπων και την ελαχιστοποίηση των υπερβάσεων της

οριακής τιμής και σκιαγραφεί τα μελλοντικά μέτρα που πρόκειται να λάβει.

Ωστόσο η οριακή τιμή κατά την παράταση δεν υπερβαίνει τα 10 μg/m3.

Μονοξείδιο του άνθρακα

Τα κράτη μέλη λαμβάνουν τα αναγκαία μέτρα προκειμένου οι

συγκεντρώσεις CO στον αέρα του περιβάλλοντος να μην υπερβαίνουν την

οριακή τιμή που καθορίζεται στο παράρτημα ΙΙ σύμφωνα με τις

προβλεπόμενες ημερομηνίες.

Καθορίζεται περιθώριο ανοχής για την οριακή τιμή στο παράρτημα ΙΙ.

Η οδηγία θεσπίζει την υποχρέωση των κρατών μελών να ενημερώνουν

συστηματικά το κοινό σχετικά με τον βαθμό συγκέντρωσης των δυο αυτών

ουσιών στον περιβάλλοντα αέρα.

Επίσης τα κράτη μέλη παρέχουν στη διάθεση του κοινού και των

κατάλληλων οργανώσεων τα σχέδια ή προγράμματα κατ’ εφαρμογή του

άρθρου 8, παράγραφος 3 της οδηγίας πλαίσιο. Αυτό περιλαμβάνει και την

τεκμηρίωση για τους στόχους ποιότητας και τα αποτελέσματα της εκτίμησης

της ποιότητας του αέρα περιβάλλοντος (παράρτημα VI, σημείο ΙΙ)

Οδηγία 2002/3/ΕΚ [Επίσημη Εφημερίδα L 67, 09.03.2002]

Η Οδηγία του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 12ης

Φεβρουαρίου 2002, σχετικά με το όζον στον αέρα περιβάλλοντος είναι η τρίτη

145

«θυγατρική» οδηγία της οδηγίας πλαίσιο για την ποιότητα του αέρα

περιβάλλοντος. Στόχος της εν λόγω οδηγίας είναι:

Ο καθορισμός μακροπρόθεσμων στόχων (σημείο ΙΙΙ του παραρτήματος Ι της

οδηγίας), τιμές στόχου για το 2010 (σημείο ΙΙ του παραρτήματος Ι), ορίου

συναγερμού και ορίου για την ενημέρωση του κοινού (σημείο Ι του

παραρτήματος Ι) σχετικά με τις συγκεντρώσεις όζοντος στο ατμοσφαιρικό

περιβάλλον.·

Η καθιέρωση κοινών μεθόδων και κριτηρίων για την αξιολόγηση των

συγκεντρώσεων όζοντος στην ατμόσφαιρα.·

Η εγγύηση ότι οι πολίτες της Κοινότητας θα ενημερώνονται και θα έχουν

πρόσβαση σε συναφείς πληροφορίες σχετικά με το ατμοσφαιρικό όζον.·

Η διατήρηση ή βελτίωση της ποιότητας του ατμοσφαιρικού αέρα.·

Η προαγωγή της συνεργασίας μεταξύ των κρατών μελών με στόχο τον

περιορισμό του όζοντος στον ατμοσφαιρικό αέρα.

Τα κράτη μέλη λαμβάνουν μέτρα προκειμένου να εξασφαλίζουν (σύμφωνα με τις

διατάξεις της οδηγίας 2001/81/ΕΚ) την κατάρτιση και εφαρμογή σχεδίου ή

προγράμματος με σκοπό την επίτευξη της τιμής στόχου, εκτός αν αυτό δεν είναι

εφικτό ανάλογα με τα μέτρα, από την ημ/νία που καθορίζεται στο τμήμα ΙΙ του

παραρτήματος Ι. Τα σχέδια ή προγράμματα είναι διαθέσιμα στο κοινό, καθώς και

στους σχετικούς οργανισμούς.

Τα κράτη μέλη προετοιμάζουν και εφαρμόζουν οικονομικώς αποδοτικά μέτρα με

σκοπό την επίτευξη των μακροπρόθεσμων στόχων. Τα μέτρα αυτά βασίζονται σε

μέτρα που λαμβάνονται δυνάμει των διατάξεων της οδηγίας 2001/81/ΕΚ και

άλλων σχετικών υφιστάμενων ή μελλοντικών κοινοτικών νομοθετημάτων. Οι

μακροπρόθεσμοι στόχοι που ορίζει η οδηγία τηρούν τις κατευθυντήριες γραμμές

του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας σχετικά με το όζον.

Τα κράτη μέλη καταρτίζουν σχέδια δράσης, στα κατάλληλα διοικητικά επίπεδα,

με τα συγκεκριμένα μέτρα που πρέπει να λαμβάνονται βραχυπρόθεσμα,

λαμβάνοντας υπόψη τα ιδιαίτερα τοπικά χαρακτηριστικά, για τις ζώνες όπου

υπάρχει κίνδυνος υπέρβασης του ορίου συναγερμού. Τα κράτη μέλη είναι

αρμόδια για να αποφασίσουν εάν υπάρχουν σημαντικές δυνατότητες μείωσης του

κινδύνου, της διάρκειας ή της σοβαρότητας κάθε υπέρβασης, λαμβάνοντας

υπόψη τις εθνικές γεωγραφικές, μετεωρολογικές και οικονομικές συνθήκες,

προκειμένου εάν δεν υπάρχει αυτή η δυνατότητα να εξαιρεθούν της

συγκεκριμένης διάταξης.

Ο σχεδιασμός των βραχυπρόθεσμων σχεδίων δράσης είναι αρμοδιότητα των

κρατών μελών και δύνανται να περιλαμβάνουν περιορισμό ή αναστολή

ορισμένων δραστηριοτήτων (πχ κυκλοφορίας οχημάτων) που συμβάλλουν σε

εκπομπές που προκαλούν υπερβάσεις, ή μέτρα για τη χρήση βιομηχανικών

εγκαταστάσεων ή προϊόντων.

146

Τα βραχυπρόθεσμα σχέδια δράσης διατίθενται στο κοινό και τους σχετικούς

οργανισμούς.

Η Επιτροπή θα υποβάλει, το αργότερο έως την 31η Δεκεμβρίου 2004, προς το

Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο και το Συμβούλιο έκθεση για την υλοποίηση της

παρούσας οδηγίας, συνοδευόμενη - εφόσον κριθεί απαραίτητο - από προτάσεις

τροποποίησης.

Τα κράτη μέλη οφείλουν να έχουν συμμορφωθεί προς την οδηγία αυτή έως την

9η Σεπτεμβρίου 2003, ημερομηνία κατάργησης της οδηγίας 92/72/ΕΟΚ.

Τελικό Σχέδιο Οδηγίας COM (2003) 423

Το σχέδιο Οδηγίας του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου σχετικά

με το αρσενικό, κάδμιιο, υδράργυρο, νικέλιο και πολυκυκλικούς

αρωματικούς υδρογονάνθρακες (PAH) στον αέρα περιβάλλοντος πρόκειται να

αποτελέσει την τέταρτη «θυγατρική» οδηγία της οδηγίας πλαίσιο για την

ποιότητα του αέρα περιβάλλοντος κλείνοντας έτσι τον κατάλογο των αέριων

ρύπων που την αφορούν.

Συνοπτικά οι θυγατρικές οδηγίες με τους ρύπους στους οποίους αναφέρονται και την

ημερομηνία ισχύος τους παρουσιάζονται στον πίνακα που ακολουθεί.

Θυγατρική Οδηγία Ρύποι Σχόλια

1η 1999/30/ΕΕ SO2, NO2, NOx,

PM10 & Pb

τέθηκε σε ισχύ τον Ιούλιο του 1999

και καταργεί τις Οδηγίες 80/779/ΕΚ,

82/884/ΕΚ και 85/203/ΕΚ

2η 2000/69/ΕΕ CO & Βενζόλιο τέθηκε σε ισχύ το Δεκέμβριο του 2000

3η 2002/3/ΕΕ Ο3

τέθηκε σε ισχύ το Μάρτιο του 2002

και καταργεί την Οδηγία 92/72/ΕΚ.

Θεσπίζει τιμές-στόχους και

μακροπρόθεσμους στόχους και όχι

οριακές τιμές

4η - Cd, As, Ni, Hg &

PAHs

η Ευρωπαϊκή Επιτροπή ετοιμάζει

Πρόταση (COM (2003) 423 final)

Περιθώριο ανοχής

147

Στο σημείο αυτό γίνεται διευκρίνηση της έννοιας του περιθωρίου ανοχής

προκειμένου να χρησιμοποιείται ορθά. Όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα, το

περιθώριο ανοχής προστίθεται στην οριακή τιμή όταν η σχετική νομοθεσία τίθεται σε

ισχύ. Το περιθώριο αυτό μειώνεται σταδιακά σύμφωνα με διαδικασίες που

καθορίζονται για κάθε ρύπο, έτσι ώστε η οριακή τιμή να επιτευχθεί το αργότερο κατά

τη λήξη της προθεσμίας που καθορίζεται για κάθε ρύπο. Είναι σημαντικό να τονιστεί

ότι το περιθώριο ανοχής χρησιμοποιείται με κύριο στόχο να προσδιοριστούν εκείνες

οι ζώνες με τη χείριστη ποιότητα ατμόσφαιρας (Ομάδα 1 Διαγράμματος 1) και

επομένως τα κράτη-μέλη να μπορέσουν να ετοιμάσουν λεπτομερή σχέδια δράσης για

τις περιοχές αυτές, τα οποία να υποδεικνύουν τον τρόπο με τον οποίο θα επιτευχθεί η

οριακή τιμή εντός της καθορισμένης προθεσμίας.

Για τις ζώνες εκείνες όπου τα επίπεδα ενός ή περισσοτέρων ρύπων κυμαίνονται

μεταξύ της οριακής τιμής και της οριακής τιμής προσαυξημένης κατά το περιθώριο

ανοχής, δεν απαιτείται λεπτομερές σχέδιο δράσης, αλλά ετήσια αναφορά στην

Επιτροπή των συγκεντρώσεων, καθώς επίσης και των απαραίτητων δράσεων για να

διασφαλιστεί ότι η οριακή τιμή θα επιτευχθεί εντός καθορισμένης προθεσμίας. Για τις

ζώνες που τα μέγιστα επίπεδα ρύπανσης δεν υπερβαίνουν τις οριακές τιμές θα πρέπει

να ληφθούν μέτρα που να εξασφαλίζουν τη διατήρηση ή / και βελτίωση της καλής

ποιότητας της ατμόσφαιρας.

Επομένως, το περιθώριο ανοχής χρησιμοποιείται για να διασφαλιστεί ότι έχουν

ληφθεί όλες οι απαραίτητες ενέργειες/ δράσεις στις προβληματικές περιοχές και πολύ

πριν την ημερομηνία προθεσμίας συμμόρφωσης με μια οριακή τιμή.

ΟΜΑΔΑ 3: Κάτω από την Οριακή Τιμή.

Γίνεται αναφορά στην Επιτροπή κάθε τρία χρόνια.

Διατηρείται καλή ποιότητα αέρα περιβάλλοντος

ΟΜΑΔΑ 2: Μεταξύ Οριακής

Τιμής και Περιθωρίου Ανοχής.

Ετήσια αναφορά στην Επιτροπή.

Η Οριακή Τιμή πρέπει να επιτευχθεί

μέχρι την καθορισμένη ημ/νία.

ΟΜΑΔΑ 1: Πάνω από το Περιθώριο Ανοχής.

Σχέδια Δράσης αποστέλλονται στην Επιτροπή.

Η Οριακή Τιμή πρέπει να επιτευχθεί μέχρι την

καθορισμένη ημ/νία.

Οριακή Τιμή Οριακή Τιμή

Συ

γκέν

τρω

ση

στο

ν

οικ

ισμ

ό ή

ζώ

νη

Χρόνος

Ημ/νία ισχύος

της Οδηγίας

Προθεσμία

επίτευξης της

Οριακής Τιμής

Περιθώριο Ανοχής

ΟΜΑΔΑ 3: Κάτω από την Οριακή Τιμή.

Γίνεται αναφορά στην Επιτροπή κάθε τρία χρόνια.

Διατηρείται καλή ποιότητα αέρα περιβάλλοντος

ΟΜΑΔΑ 2: Μεταξύ Οριακής

Τιμής και Περιθωρίου Ανοχής.

Ετήσια αναφορά στην Επιτροπή.

Η Οριακή Τιμή πρέπει να επιτευχθεί

μέχρι την καθορισμένη ημ/νία.

ΟΜΑΔΑ 1: Πάνω από το Περιθώριο Ανοχής.

Σχέδια Δράσης αποστέλλονται στην Επιτροπή.

Η Οριακή Τιμή πρέπει να επιτευχθεί μέχρι την

καθορισμένη ημ/νία.

Οριακή Τιμή Οριακή Τιμή

Συ

γκέν

τρω

ση

στο

ν

οικ

ισμ

ό ή

ζώ

νη

Χρόνος

Ημ/νία ισχύος

της Οδηγίας

Προθεσμία

επίτευξης της

Οριακής Τιμής

Περιθώριο Ανοχής

148

Προθεσμίες Συμμόρφωσης των Οριακών Τιμών

Στη συνέχεια παρουσιάζονται στον πίνακα που ακολουθεί οι προθεσμίες για την

επίτευξη των επιμέρους οριακών τιμών των αέριων ρύπων που αναφέρονται στις

θυγατρικές οδηγίες.

Περίοδος

αναφοράς Οριακή τιμή Περιθώριο ανοχής

Προθεσμία

συμμόρφωσης

προς την οριακή

τιμή

ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ

Ωριαία οριακή τιμή 350 μg/m3 των

οποίων δεν πρέπει

να σημειώνεται

υπέρβαση

περισσότερες από

24 φορές ανά

ημερολογιακό έτος

150 μg/m3 (43%)

κατά την έναρξη

ισχύος της οδηγίας,

μειούμενο από

1.1.2001 και

κατόπιν ανά 12

μήνες κατά ίσο

ετήσιο ποσοστό,

ώστε να φτάσει το

0% την 1.1.2005

1.1.2005

Ημερήσια οριακή

τιμή

125 μg/m3 των

οποίων δεν πρέπει

να σημειώνεται

υπέρβαση

περισσότερες από 3

φορές ανά

ημερολογιακό έτος

κανένα 1.1.2005

Ετήσια οριακή τιμή

για την προστασία

των οικοσυστημά-

των

20 μg/m3 κανένα 19.7.2001

ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΑ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ

Ωριαία οριακή τιμή 200 μg/m3 των

οποίων δεν πρέπει

να σημειώνεται

υπέρβαση

περισσότερες από

18 φορές ανά

ημερολογιακό έτος

50 μg/m3 κατά την

έναρξη ισχύος της

οδηγίας, μειούμενο

από 1.1.2001 και

κατόπιν ανά 12

μήνες κατά ίσο

ετήσιο ποσοστό,

ώστε να φτάσει το

0% την 1.1.2010

1.1.2010

149

Περίοδος

αναφοράς Οριακή τιμή Περιθώριο ανοχής

Προθεσμία

συμμόρφωσης

προς την οριακή

τιμή

Ετήσια οριακή τιμή 40 μg/m3 ΝΟ2 50 μg/m3 κατά την

έναρξη ισχύος της

οδηγίας, μειούμενο

από 1.1.2001 και

κατόπιν ανά 12

μήνες κατά ίσο

ετήσιο ποσοστό,

ώστε να φτάσει το

0% την 1.1.2010

1.1.2010

Ετήσια οριακή τιμή

για την προστασία

της βλάστησης

30 μg/m3 ΝΟx Κανένα 19.7.2001

ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ (ΡΜ10)

ΣΤΑΔΙΟ 1

24ωρη οριακή τιμή 50 μg/m3 των

οποίων δεν πρέπει

να σημειώνεται

υπέρβαση

περισσότερες από

35 φορές ανά

ημερολογιακό έτος

50% κατά την

έναρξη ισχύος της

οδηγίας, μειούμενο

από 1.1.2001 και

κατόπιν ανά 12

μήνες κατά ίσο

ετήσιο ποσοστό,

ώστε να φτάσει το

0% την 1.1.2005

1.1.2005

Ετήσια οριακή τιμή 40 μg/m3 ΡΜ10 20% αντίστοιχα

κατά την έναρξη

ισχύος της οδηγίας,

μειούμενο από

1.1.2001 και

κατόπιν ανά 12

μήνες κατά ίσο

ετήσιο ποσοστό,

ώστε να φτάσει το

0% την 1.1.2005

1.1.2005

ΣΤΑΔΙΟ 2

24ωρη οριακή τιμή 50 μg/m3 των

οποίων δεν πρέπει

να σημειώνεται

Θα υπολογιστεί

βάσει δεδομένων

και θα είναι

1.1.2010

150

Περίοδος

αναφοράς Οριακή τιμή Περιθώριο ανοχής

Προθεσμία

συμμόρφωσης

προς την οριακή

τιμή

υπέρβαση

περισσότερες από 7

φορές ανά

ημερολογιακό έτος

ισοδύναμο με την

οριακή τιμή του

Σταδίου 1

Ετήσια οριακή τιμή 20 μg/m3 ΡΜ10 50% την 1.1.2005

μειούμενο κατόπιν

ανά 12 μήνες κατά

ίσο ετήσιο

ποσοστό, ώστε να

φτάσει το 0% την

1.1.2010

1.1.2010

ΜΟΛΥΒΔΟΣ (Ρb)

Ετήσια οριακή τιμή 0,5 μg/m3 100% κατά την

έναρξη ισχύος της

οδηγίας, μειούμενο

από 1.1.2001 και

κατόπιν ανά 12

μήνες κατά ίσο

ετήσιο ποσοστό,

ώστε να φτάσει το

0% την 1.1.2005, ή

την 1.1.2010 στο

άμεσο περιβάλλον

συγκεκριμένων

σημειακών πηγών

οι οποίες

κοινοποιούνται

στην Επιτροπή.

1.1.2005, ή

1.1.2010 στο άμεσο

περιβάλλον

συγκεκριμένων

βιομηχανικών

πηγών οι οποίες

βρίσκονται σε

θέσεις μολυσμένες

από δεκαετίες

βιομηχανικής

δραστηριότητας.

Οι πηγές αυτές

κοινοποιούνται

στην Επιτροπή έως

την 16.7.2001. Στις

περιπτώσεις αυτές

η οριακή τιμή από

1.1.2005 είναι

1μg/m3

ΒΕΝΖΟΛΙΟ

Ετήσια οριακή τιμή 5 μg/m3 100% κατά την

13.12.2000,

μειούμενο την

1.1.2006 και

κατόπιν ανά

12μηνο κατά 1

μg/m3, ώστε να

1.1.2010

151

Περίοδος

αναφοράς Οριακή τιμή Περιθώριο ανοχής

Προθεσμία

συμμόρφωσης

προς την οριακή

τιμή

φτάσει το 0% την

1.1.2010

ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO)

Μέγιστη ημερήσια

Οκτάωρη μέση

οριακή τιμή

10 mg/m3 50%, δηλ. 6 mg/m3

κατά την

13.12.2000,

μειούμενο την

1.1.2003 και

κατόπιν ανά

12μηνο κατά 2

mg/m3, ώστε να

φτάσει το 0% την

1.1.2005

1.1.2005

ΟΖΟΝ (O3)

Τιμή-στόχος για

την προστασία της

ανθρώπινης υγείας:

Μέγιστη ημερήσια

μέση τιμή 8ώρου

120 μg/m3 των

οποίων δεν πρέπει

να σημειώνεται

υπέρβαση για

περισσότερες από

25 ημέρες ανά

ημερολογιακό έτος

για διάστημα 3

ετών

κανένα 1.1.2010

Τιμή-στόχος για

την προστασία της

βλάστησης: ΑΟΤ40

υπολογισμένο

βάσει ωριαίων

τιμών από το Μάϊο

ως τον Ιούλιο

18.000 μg/m3h

κατά μέσο όρο σε

διάστημα 5 ετών

κανένα 1.1.2010

Μακροπρόθεσμος

στόχος για την

προστασία της

ανθρώπινης υγείας:

Μέγιστη ημερήσια

μέση τιμή 8ώρου

σε διάστημα ενός

ημερολογιακού

120 μg/m3 κανένα 2020

152

Περίοδος

αναφοράς Οριακή τιμή Περιθώριο ανοχής

Προθεσμία

συμμόρφωσης

προς την οριακή

τιμή

έτους

Μακροπρόθεσμος

στόχος για την

προστασία της

βλάστησης: ΑΟΤ40

υπολογισμένο

βάσει ωριαίων

τιμών από το Μάϊο

ως τον Ιούλιο

6.000 μg/m3h κανένα 2020

Άλλες Οδηγίες

Πέραν της Οδηγίας 96/62/ΕΚ και των θυγατρικών της έχει εκδοθεί και μια σειρά

άλλων οδηγιών που σχετίζονται με τον έλεγχο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και

θέτουν αυστηρές απαιτήσεις, έναντι των οποίων θα πρέπει να συμμορφωθεί η χώρα.

Οι οδηγίες αυτές, αν και δεν περιλαμβάνονται στο αντικείμενο του έργου, θα πρέπει

ωστόσο να ληφθούν σοβαρά υπόψη στη διαμόρφωση των εναλλακτικών λύσεων,

καθώς η ενσωμάτωση των απαιτήσεών τους σ΄ αυτές κρίνεται απαραίτητη. Τέτοιες

οδηγίες είναι ενδεικτικά:

Οδηγία 96/61/ΕΚ «για τον ολοκληρωμένο έλεγχο και πρόληψη της

ρύπανσης» (IPPC)

Οδηγίες για την ποιότητα των καυσίμων (98/70/ΕΚ «σχετικά με την

ποιότητα των καυσίμων βενζίνης και ντίζελ και την τροποποίηση της

οδηγίας 93/12/ΕΟΚ του Συμβουλίου», 99/32/ΕΕ «σχετικά με τη μείωση της

περιεκτικότητας ορισμένων υγρών καυσίμων σε θείο και για την

τροποποίηση της οδηγίας 93/12/ΕΟΚ»)

Οδηγίες για τον έλεγχο και περιορισμό των VOCs (94/63/ΕΚ «για τον

έλεγχο των εκπομπών πτητικών οργανικών ενώσεων που προέρχονται από

την αποθήκευση βενζίνης και τη διάθεσή της από τις τερματικές

εγκαταστάσεις στους σταθμούς διανομής καυσίμων», 99/13/ΕΚ «για τον

περιορισμό των εκπομπών πτητικών οργανικών ενώσεων που οφείλονται στη

χρήση οργανικών διαλυτών σε ορισμένες δραστηριότητες και

εγκαταστάσεις»

Οδηγία 99/96/ΕΚ «για την προσέγγιση των νομοθεσιών των κρατών μελών

σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά των εκπομπών αερίων και

σωματιδιακών ρύπων από τους κινητήρες ανάφλεξης με συμπίεση που

χρησιμοποιούνται σε οχήματα, καθώς και κατά των εκπομπών αερίων ρύπων

από κινητήρες επιβαλλόμενης ανάφλεξης που τροφοδοτούνται με φυσικό

153

αέριο ή υγραέριο και χρησιμοποιούνται σε οχήματα, και σχετικά με την

τροποποίηση της οδηγίας 88/77/ΕΟΚ».

Οδηγία 01/27/ΕΚ «για την προσαρμογή στην τεχνική πρόοδο της οδηγίας

88/77/EΟΚ του Συμβουλίου για την προσέγγιση των νομοθεσιών των

κρατών μελών σχετικά με τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν κατά των

εκπομπών αερίων και σωματιδιακών ρύπων από τους κινητήρες ανάφλεξης

με συμπίεση που χρησιμοποιούνται σε οχήματα, καθώς και κατά των

εκπομπών αερίων ρύπων από κινητήρες επιβαλλόμενης ανάφλεξης που

τροφοδοτούνται με φυσικό αέριο ή υγραέριο και χρησιμοποιούνται σε

οχήματα»

Οδηγία 01/80/ΕΚ «για τον περιορισμό των εκπομπών στην ατμόσφαιρα

ορισμένων ρύπων»

Οδηγία 01/81/ΕΚ «σχετικά με εθνικά ανώτατα όρια εκπομπών για

ορισμένους ατμοσφαιρικούς ρύπους»

Ειδικά η Οδηγία 01/81/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του

Συμβουλίου, της 23ης Οκτωβρίου 2001 [Επίσημη Εφημερίδα L 309 της

27.11.2001], έχει στόχο τον καθορισμό εθνικών ανώτατων ορίων εκπομπών

για τους ρύπους που προκαλούν οξεοποίηση και ευτροφισμό, καθώς και για

τις πρόδρομες ουσίες του όζοντος, με στόχο τη βελτίωση της προστασίας του

περιβάλλοντος και της ανθρώπινης υγείας απέναντι στις βλαβερές

επιπτώσεις των ρύπων αυτών.

Η οδηγία αυτή εγγράφεται στο πλαίσιο της συνέχειας που πρέπει να δοθεί

στην ανακοίνωση της Επιτροπής περί της στρατηγικής της για την

καταπολέμηση της όξινης βροχής [COM(97) 88 τελικό], που είχε ως στόχο

να καθοριστούν, για πρώτη φορά, εθνικά ανώτατα όρια εκπομπών για

τέσσερις ρύπους: το διοξείδιο του θείου (SO2), τα οξείδια του αζώτου (NOx),

τις πτητικές οργανικές ενώσεις (VOC) και την αμμωνία (NH3), που

ευθύνονται για τα φαινόμενα της οξεοποίησης, του ευτροφισμού και της

δημιουργίας τροποσφαιρικού όζοντος (που συχνά αποκαλείται «νοσηρό

όζον» και απαντάται σε χαμηλό ύψος, κατ' αντιδιαστολή προς το

στρατοσφαιρικό όζον), ανεξάρτητα των ρυπογόνων πηγών.

Η απόθεση οξεοποιητικών ρύπων (SO2, NOx και NH3) στη βλάστηση, τα

επιφανειακά ύδατα, το χώμα, τα κτήρια και τα μνημεία συνεπάγεται μείωση

της αλκαλικότητας των λιμνών και ποταμών και σοβαρότατες επιπτώσεις

στη βιόσφαιρα. Για παράδειγμα, η οξεοποίηση είχε ως αποτέλεσμα την

καταστροφή πληθυσμών ψαριών σε χιλιάδες λίμνες και ποταμούς στη

Σκανδιναβία. Η οξεοποίηση καθιστά επίσης πολλά δάση λίαν ευπρόσβλητα

από την ξηρασία, τις ασθένειες και τα επιβλαβή έντομα

Η διοχέτευση αζώτου στο έδαφος είναι καθοριστικής σημασίας για τη

διατροφή των φυτών. Εντούτοις, οι ανάγκες των φυτών σε άζωτο

ποικίλλουν. Η εναπόθεση αζωτούχων ουσιών όπως τα NOx και NH3 της

ατμόσφαιρας επηρεάζει τα χερσαία και υδάτινα οικοσυστήματα και προκαλεί

μεταβολές στη βλάστηση και τη βιοποικιλότητα.

154

Τα προβλήματα της οξεοποίησης, του όζοντος της τροπόσφαιρας και του

ευτροφισμού του εδάφους αποτελούν διαμεθοριακά φαινόμενα και κατά

συνέπεια επιβάλλεται να αντιμετωπιστούν με συντονισμένη κοινοτική

δράση.

Η οδηγία αυτή προβλέπει την καθιέρωση ανωτάτων ορίων εκπομπών σε

εθνικό επίπεδο, το αργότερο μέχρι το τέλος του 2010, για τις εκπομπές

διοξειδίου του θείου (SO2), οξειδίων του αζώτου (NOx), πτητικών

οργανικών ενώσεων (VOC) και αμμωνίας (NH3). Τα εν λόγω ανώτατα όρια

παρατίθενται στο παράρτημα Ι της οδηγίας.

Τα ανώτατα όρια εκπομπών στοχεύουν στην επίτευξη των ακόλουθων

βασικών ενδιάμεσων περιβαλλοντικών στόχων:

Οι ζώνες στις οποίες παρουσιάζεται απόθεση όξινων ρύπων σε κρίσιμα

επίπεδα, θα μειωθούν τουλάχιστον κατά 50% σε σχέση με το 1990.

Οι συγκεντρώσεις όζοντος στο έδαφος που ξεπερνούν το κρίσιμο

επίπεδο για την ανθρώπινη υγεία θα μειωθούν κατά δύο τρίτα σε σχέση

με το 1990. Ορίζεται επίσης ένα απόλυτο όριο. Η υπέρβαση της

κατευθυντήριας τιμής της ΠΟΥ δεν θα σημειώνεται περισσότερες από

20 ημέρες τον χρόνο.

Οι συγκεντρώσεις όζοντος στο έδαφος που υπερβαίνουν το κρίσιμο

επίπεδο για τις καλλιέργειες και την ημιφυσική χλωρίδα θα μειωθούν

κατά ένα τρίτο σε σχέση με το 1990. Ορίζεται και πάλι ένα απόλυτο

όριο.

Τα κράτη μέλη καλούνται να εκπονήσουν προγράμματα σταδιακής μείωσης

των εθνικών εκπομπών τους ετησίως πριν την 1η Οκτωβρίου 2002. Εάν

κριθεί αναγκαίο, τα προγράμματα θα αναθεωρηθούν και θα ενημερωθούν το

2006. Θα τεθούν στη διάθεση του κοινού και των ενδιαφερομένων

οργανισμών και θα διαβιβασθούν στην Επιτροπή.

Επιπλέον, τα κράτη μέλη καλούνται να ετοιμάζουν και να ενημερώνουν

ετησίως τα μητρώα απογραφής των εκπομπών και τις προβλέψεις, σε εθνικό

επίπεδο, των εκπομπών SO2, NOx, VOC και NH3. Οι εν λόγω απογραφές

και προβλέψεις κοινοποιούνται κάθε χρόνο, το αργότερο μέχρι τις 31

Δεκεμβρίου, στην Επιτροπή και στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Περιβάλλοντος

.

Η Επιτροπή υποχρεούται να συντάξει έκθεση (το 2004, το 2008 και το 2012)

για το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο και το Συμβούλιο σχετικά με τις προόδους

που συντελέστηκαν για την επίτευξη των ανωτάτων ορίων, των ενδιάμεσων

περιβαλλοντικών στόχων και των μακροπρόθεσμων στόχων της παρούσας

οδηγίας. Οι εκθέσεις αυτές θα πρέπει να περιλαμβάνουν οικονομική

αξιολόγηση σχετικά με την αποδοτικότητα, τις δαπάνες και τα

πλεονεκτήματα, τις επιπτώσεις στην ανταγωνιστικότητα και τις

κοινωνικοοικονομικές συνέπειες για έκαστο κράτος μέλος από την εφαρμογή

των εθνικών ανωτάτων ορίων εκπομπών.

Τα κράτη μέλη και η Επιτροπή συνεργάζονται με τρίτες χώρες και τους

ενδιαφερόμενους διεθνείς οργανισμούς προκειμένου να ανταλλάξουν

155

πληροφορίες και να σημειωθεί πρόοδος στην έρευνα για την μείωση των

SO2, NΟx, VOC και NH3.

Η Επιτροπή συντάσσει έκθεση για το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο και το

Κοινοβούλιο σχετικά με την συμβολή των εκπομπών, οι οποίες προέρχονται

από τη διεθνή ναυσιπλοία και τα αεροσκάφη, στην οξεοποίηση, τον

ευτροφισμό και την δημιουργία όζοντος στο έδαφος, εντός της Κοινότητας.

Γνωστοποιεί επίσης τα μέτρα που θα μπορούσαν να ληφθούν προκειμένου

να μειωθούν οι εκπομπές των εν λόγω τομέων.

200 m

θ

0

V

AO

ΧρηματοδότησηΤο παρόν υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια τουεκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο υλοποιείταιστο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος«Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» καισυγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση(Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.