Makra László. Környezeti klimatológia II

Környezeti klimatológia II.

Makra László

Városok éghajlata

Alapismeretek

•

A 19. század óta a városok erőteljesen növekednek, különösen a 20. században. A viszonylag kis területen lévő sok épület módosítja a különböző éghajlati elemeket, mint pl. a levegő hőmérsékletét, vagy a szélsebességet és a szélirányt. Azonban számos természeti tényező befolyásolja a város éghajlatát, mint pl. a földrajzi szélesség, a domborzat, a földhasználat és a vízfelszín előfordulása.

•

Az emberi tevékenységnek is van hatása a városklímára – főleg az iparnak és a közlekedésnek. Mindkettő városi területekre összpontosul és mindkettő nagy légszennyezéssel jár. A légszennyezésnek káros hatása van a természetes környezetre, gazdaságra és az emberi egészségre. A hatások közé soroljuk pl. a szmogot és a savas esőket. Földünk számos területét veszélyezteti a légszennyezés, ilyen pl. az ún. „Fekete Háromszög”, mely Lengyelország, Németország és Csehország hármas határvidékén található.

1. Fejezet: Antropogén eredetű légszennyezés • • • •

Mi a légszennyezés? Az antropogén légszennyezés okai A légszennyezettség káros hatásai Légszennyezettséggel veszélyeztetett területek

2. Fejezet: Városklíma • A városklímát befolyásoló tényezők • A városi hősziget • Helyi légkörzés

3. Fejezet: A savas eső • Mi a savas eső? • A savas esők hatásai a természetes környezetre • Savas esők által veszélyeztetett területek

1. fejezet: Antropogén eredetű légszennyezés •

Az antropogén eredetű légszennyezés súlyos probléma a városi területeken. Megváltoztatja a városklímát és károsítja a természetes környezetet, a gazdaságot és az emberi egészséget. A kiterjedt ipari és szállítási tevékenység jelentős mértékben járul hozzá a városi levegő szennyeződéséhez. Jellemzői: a szmog, illetve a magas porés koromtartalom.

•

Ipari katasztrófák és az ipari infrastruktúra üzemzavarai váratlanul hatalmas mennyiségű szennyezőanyagot juttathatnak a légkörbe, ami a természetes környezet állandósult leépüléséhez vezet. Ezek az emberi egészségre is nagyon veszélyesek. A légszennyezés nemzetközi probléma. Jellemző példa rá az ún. „Fekete Háromszög", ami a Német, a Lengyel, és a Cseh Köztársaság határainak találkozásánál terül el, s ahol hatalmas mennyiségű barnaszenet termelnek ki.

Mi a légszennyezés? Gázok, szilárd részecskék és aeroszolok, melyek megváltoztatják a légkör természetes összetételét. Ezek az anyagok károsak lehetnek az emberi egészségre, az élő szervezetekre, a talajra, a vízre, s a környezet más részeit is károsíthatják.

A tiszta levegő a természetben előforduló anyagokból áll. Oxigén és nitrogén alkotja a száraz levegő 99 %-át, a fennmaradó 1 % argont, szén-dioxidot, héliumot és más nyomgázokat tartalmaz. Továbbá a levegő tartalmazhat még pl. vízgőzt, melynek koncentrációja a 4 térfogatszázalékot is elérheti. A tiszta levegő nem tartalmaz káros mennyiségben vegyi anyagokat, vagy káros anyagokat, amelyeknek negatív hatásai vannak az élő szervezetekre.

Tiszta levegő és a növények. Kis növények élnek a fatörzsön (zuzmók), melyek nagyon érzékenyek a levegőszennyezésre, és csak tiszta levegőben tudnak élni.

Néhány gáz, ami a tiszta levegő természetes összetevője, pl. a szén-dioxid, veszélyessé válhat, ha keverési aránya az átlagosnál sokkal magasabb. A levegő összetételéről többet az „Alsó légkör: Összetevők” c. részben olvashatunk.

A légszennyezés két fő forrásból származhat. Természetes forrás:

Természetes légszennyezés. Füst a Sakura-jima vulkánból, Japán

Vulkánok, erdőtüzek, óceánok eredetű tengeri sók, kozmikus por, növényi pollenek, továbbá mocsarak és nedves, vizes területek, valamint más olyan források, amelyek az emberi tevékenységtől függetlenek. Ezek a források az embertől függetlenül is léteztek.

Antropogén forrás: Ipari tevékenység (pl. szénhidrogén alapú erőművek), bányászat, autók, kamionok emissziója, mezőgazdaság, hulladéklerakók. Gyakran nehéz a légkörnek ezekhez a többletszennyezésekhez alkalmazkodnia, s ennek következtében magas koncentrációk jelentkezhetnek regionális vagy lokális skálán.

Antropogén légszennyezés. Füst egy gyárkéményből.

A légszennyező gázok elsősorban fosszilis üzemanyagok elégetéséből származnak. Globális skálán a gáznemű légszennyezők a szén-dioxid (CO2), a metán (CH4) és a dinitrogén-oxid (N2O). Ezeket „üvegházgázoknak” is nevezzük, mert ezek felelősek a globális melegedésért, mely természetes okokra és az antropogén tevékenységre egyaránt visszavezethető. Városi közlekedés. A közlekedés számos globális és regionális szennyezőanyagot termel.

Regionális és lokális skálán a gáznemű légszennyezők a nitrogén-oxidok (NOx), a kén-dioxid (SO2), a szén-monoxid (CO) és a szénhidrogének széles skálája (illékony szerves vegyületek, röviden VOC-ok).

Mindegyikük a szerves üzemanyagok égése során kerül kibocsátásra. Azonban a VOC-k elsősorban természetes forrásból kerülnek a légkörbe. Ha ezen gázok közül kettő vagy több légköri koncentrációja egyidejűleg magas, az környezeti és egészségi problémákhoz vezethet. Az említett gázok elsődleges légszennyezők, mert a földfelszínről közvetlenül kerülnek a légkörbe.

A regionális gázok kémiai reakcióba is léphetnek a napsugárzás, a magas hőmérséklet és néha a légnedvesség révén, így létrehozva a másodlagos légszennyezést, a fotokémiai szmogot. A szmog igen gyakori Földünk legtöbb nagyvárosában. A fő összetevője az ózon (O3), mely nagy koncentrációban légzési problémákat és szemgyulladást okozhat. Míg a sztratoszférában az O3 kívánatos, mivel elnyeli a Napból érkező káros UV sugárzást, addig a városi levegőben az O3 veszélyes. A szennyezők másik típusa a részecskék, amelyek széles mérettartományban megtalálhatók a légkörben. A legkisebb mérettartományúak a nagyon finom részecskék, vagy aeroszolok. Ezek jelentik a legnagyobb veszélyt az emberi egészségre. A részecskék ugyanazokból a forrásokból kerülnek ki, mint a gázok, és ezek is kialakulhatnak kémiai úton a légkörben. Télen számos városban, különösen a szegény országokban, a fűtésre az emberek fát használnak. A fa égésekor a levegőbe kerülő részecskék barna homályt okozhatnak a terület fölött. A nagyobb részecskék gátolhatják a növények a növekedését, mivel kiülepednek a leveleken.

Erdőtüzek. Az erdőtüzek számos részecskét és gázt juttatnak a légkörbe.

•

Kétszáz évvel ezelőtt a légszennyezés főként természetes forrásból származott. Azonban az 1850 utáni gyors fejlődés a szénből és olajból hozzáférhető energián alapult, ami több új antropogén szennyezőanyag-forrást teremtett. A levegőszennyezés a világ sok részén az egyik legfőbb környezeti kérdés. Ha nem leszünk óvatosabbak, és nem készítünk megfelelő ellenőrzést és irányítást, a légszennyezettség tovább súlyosbodik.

•

A természetes levegőszennyezést felbonthatjuk: - szervetlen szennyezők, pl.: vulkáni kitörésekből származó gáz, hamu, tengerből származó és szél által szállított sórészecskék, szélviharban a levegőbe kerülő por, zivatarok idején a villámláskor keletkező gázok és az űrből származó kozmikus por. - szerves szennyezők, a növényi tüzekből származó füst és por, kicsi növényi részek (pl. pollenek, gombák), élő szervezetek (pl. baktériumok) és az ún. phytoncidek pl. virágok és fák által kibocsátott illékony részecskék, növények által előállított szerves anyagok keveréke, pl. terpének és aromás olajok.

•

•

Az antropogén levegőszennyezést is két csoportra lehet osztani, a kibocsátás jellemzői alapján: - ellenőrzött kibocsátás, ami megalapozott szabályok szerint zajlódik, szakképzett személyzet felügyelete alatt, - véletlen kibocsátás, ami öreg épületek bontásakor, kőbányában kitermeléskor, ipari katasztrófák során keletkezik a hiányos ipari felszerelés miatt. Követve a szennyezőanyag megváltozás kritériumát a légkörben, a légszennyezést két csoportra oszthatjuk: - elsődleges szennyezés, mely a légkörbe közvetlenül kibocsátott káros anyagokat tartalmaz. - másodlagos szennyezés, mely olyan anyagokat tartalmaz, amik a légkörbe való kibocsátás után, vagy a levegővel való kémiai reakciót követően válnak károssá. A következő ábra összefoglalja a különböző légszennyezés osztályozások kritériumait. A színek a szövegben megfelelnek az ábrán használt színeknek.

A légszennyezés osztályozása. Az ábrán használt színek megegyeznek a szövegben levőkkel, ahol magyarázatra kerülnek.

Kandalló A kandallók voltak az első beltéri antropogén légszennyező források.

Az eddig említett mindenféle levegőszennyezést szabadtéri légszennyezésnek nevezzük, de az emberek néha beltéri légszennyezést is okoznak. A lakásokon és más épületeken belüli levegő gyakran szennyezettebb, mint kültéri levegő a legnagyobb és legiparosodottabb városokban. Ilyen beltéri légszennyezést okozhatnak a kandallók, a kályha és a fűtés, ha nem jól működik,

továbbá olyan gázok [pl. a szén-monoxid (CO)], melyek ahelyett, hogy a kéményen keresztül elhagynák a lakást, a szobába kerülnek. Ez egy komoly probléma, főleg a szegény országokban, ahol az életkörülmények és a házak felszereltsége nagyon alacsony.

Más beltéri légszennyező forrás pl. a dohánytermékek, a háztartási vegytisztítók, s a testápolási cikkek. A nem megfelelő légcsere növelheti a beltéri légszennyezést, ha nem jön be elegendő szabad levegő, hogy a benti emissziók felhíguljanak, s ha a beltéri szennyezők nem hagyják el a zárt teret. A magas hőmérséklet és légnedvesség növelheti néhány szennyezőanyag koncentrációját. A városlakók idejük kb. 90 %-át zárt térben töltik. Így sok embernél a beltéri levegőszennyezettségnek való kitettség egészségi kockázata nagyobb, mint a szabadban.

Beltéri szennyezés A cigaretta, a pipa, a szivar több, mint 4000 összetevőt tartalmaz, melyek közül több mint 40-ről tudott, hogy az embernél, állatoknál rákot okoz, míg számos közülük erős ingerlő hatású.

Az antropogén légszennyezés okai • A legtöbb antropogén légszennyező anyag a fosszilis üzemanyagoknak az erőművekben, az ipari tevékenységek során, illetve a közlekedés révén történő elégetése miatt kerül be a légkörbe. Viszont a fejlődő országok városaiban a szállítás a fő szennyező.

Antropogén légszennyezés forrásai Az alapvető folyamat, melynek során az antropogén szennyező anyagok a légkörbe kerülnek, nem más, mint a fosszilis üzemanyagok erőművekben történő, továbbá egyedi és távfűtés révén, valamint a gépjármű közlekedésben való elégetése. Szennyezőanyagokat bocsát ki az ipar és a mezőgazdaság is.

Kandalló. A kandallók voltak az első antropogén légszennyező források.

Az emberi civilizáció kezdetén csak a kandallókból származó füst volt az antropogén légszennyező forrás. Viszont a probléma fontossága fokozatosan növekedett. Már 1273-ban I. Edward, Anglia királya betiltotta a szén használatát Londonban, mert hatalmas légszennyezést okozott.

A 20 században az ipar és a szolgáltatások dinamikus fejlődése számos intézményt és gyárat hozott létre a városi és ipari területeken. Ennek velejárója volt a lakosság, az autók, s az épületek számának jelentős növekedése, melyek szintén oda összpontosultak. Különösen fontos a városokban a járműforgalom, ahol az utcák, utak sűrűsége sokkal nagyobb, mint a nem városi területeken. Számos fejlett ország városaiban a közlekedés a legfontosabb légszennyező forrás.

Intenzíven városiasodott környezet. Sűrűn emelt épületek, különböző intézmények és gyárak a városi és ipari területeken a magas légszennyezés fő okai között szerepelnek.

Az összes, előbb említett paraméter rontja a városi életfeltételeket. Sőt, a városi légszennyezés hozzájárul a fokozódó üvegházhatáshoz és a globális felmelegedéshez.

Emisszió és immisszió

Emisszió és immisszió

A városi területeken számos légszennyező forrás (= kibocsátó) található, azonban szennyezőanyag kibocsátás másutt is történik. A káros gázok és aeroszolok a szél által messzire elkerülhetnek az emisszió forrásától. Ennek következtében, amikor a városi levegőminőséget mérjük, pl. egy adott anyag levegőbeli koncentrációját, figyelembe kell vegyük, hogy ez az immisszió eredménye, ami azt jelenti, hogy azok az anyagok, amelyeket adott helyen mérünk, lehet, hogy különböző forrásokból és helyszínekről származnak.

Egységek Amíg az emissziót általában nagy mennyiségként szokták megadni (pl. ezer tonna / év), s szétosztják terület és forrás szerint, az immissziót – azaz a levegőben mért koncentrációt – sokkal kisebb egységekben adják meg (pl. µg⋅m-3). Beszélhetünk az egész Földre vonatkozó koncentrációról [pl. a szén-dioxid (CO2) esetében], vagy egy adott helyre és időre vonatkozó értékről (mint pl. a kén-dioxid értéke 1952 decemberében Londonban). A levegőben a globális mennyiséget (keverési arányt) általában ppm (egy a millióból), vagy ppb (egy a milliárdból) mennyiségekkel fejezik ki. [Keverési arány: lásd: „Felső légkör” rész; Alapismeretek, A sztratoszféra megismerése, Összetétel].

A széndioxid (CO2, ppm) és a metán (CH4, ppb) keverési arányának változása a légkörben, 1980 – 2000.

Antropogén emisszió •

Ahogyan a „Mi a légszennyezés?” c. részben magyaráztuk, egyes kibocsátásoknak globális hatása van az éghajlatra, míg másoknak csak helyi. Az emberi tevékenység következtében magas légszennyezettségű területek: az USA és Kanada keleti partvidéke, Európa, Dél- és Délkelet-Ázsia, valamint Délkelet-Ausztrália, melyek nagy légszennyező-anyag kibocsátóként is ismertek. A kén-dioxid (SO2) és a nitrogén-oxidok (NOx) kibocsátásával és a savas esőkkel részben foglalkozunk. Más, nagy mennyiségben kibocsátott szennyezőanyagok, melyek jelentős szerepet játszanak az éghajlati rendszerben – a szén-dioxid (CO2), az illékony szerves vegyületek (VOC-k) és néhány VOC (pl. a metán (CH4) és a CFC-k) – üvegházgázok. A VOC-k kibocsátását „Az ipar hatásai a légszennyezésben” c. fejezetben tárgyaljuk. A következő táblázat és a grafikon a kibocsátott légszennyező anyagok emisszióját mutatja adott országokban. Az emisszió sokat változik, különböző okok miatt, az alábbiakban példaként a CO2-t említjük.

Ország

SOx

NOx

CO2

2 028

2 060

539 344

213

657

197

58 498

136

1 468

1 803

834 379

316

Franciaország

989

1 691

344 666

211

Lengyelország

2 368

1 154

348 260 1 282

Dél Korea

1 500

1 258

424 119

423

1 409 1 164 518

-

Anglia Magyarország Németország

Japán

903

USA

Por

18 481 21 394 5 444 794 3 393

Ausztrália

1 842

2 166

316 704

38

Néhány ország emissziói, 103 tonna

Légszennyező emissziók, 1997

CO2 emissziók, 1997

Légszennyező emissziók, USA, 1997

Néhány ország ermissziói, 103 tonna

Példa: Globális hatású kibocsátás: szén-dioxid (CO2) •

A CO2 kibocsátásnak globális hatása van az éghajlatunkra, mint ahogyan az „Üvegházgázok” c. részben láthatjuk. Nézzük meg kik a Földön a legnagyobb CO2 kibocsátók. Az Energy Information Administration szerint 2001-ben a globálisan kibocsátott CO2 6567,82 millió tonna szénnek felelt meg. A „szénnel megegyező”-t (vagy a szén-egyenértéket) úgy határozhatjuk meg, hogy a széndioxid keverési arányát megszorozzuk a szén-dioxid széntartalmával (vagyis, 12/44-el).

CO2 emisszió kontinensenként, 2001

Kontinensenkénti emisszió •

Amint a következő ábra is mutatja, Ázsia, Ausztrália és Óceánia a világ CO2 mennyiségének egyharmadát bocsátja ki, Észak-Amerika további 28 %-ot. Ez a két régió a globális kibocsátás majdnem 60 %-át adja. Jóllehet a két régió majdnem ugyanannyi mennyiségű szén-dioxidot bocsát ki évente, azonban ennek az oka különböző. Kb. 4 milliárd ember él Ázsiában, Ausztráliában és Óceániában, ami a világ népességének 57 %-a, ugyanakkor a Föld népességének mindössze 5 %-a (kb. 350 millió ember) él Észak-Amerikában. Amíg Ázsia, Óceánia és Ausztrália esetében a jelentős szén-dioxid kibocsátás oka az ott élő emberek magas száma, addig ÉszakAmerikában az ok a különböző formában meglévő igen magas energiafogyasztás.

Emissziók kontinensenként

Az adott földrészen a legtöbb szén-dioxidot kibocsátó országok, illetve térségek, 2001

Az ábrán láthatjuk, hogy az egyes kontinenseken mely ország, vagy térség bocsátja ki a legtöbb CO2-t. Pl. az USA 46 %-a azt jelenti, hogy az észak-amerikai kibocsátás 46 %-a az USA-ból származik. Összesen a világ népességének 33 %-a él az említett a hét országban, de a világ szén-dioxid kibocsátásának 51 %-t adják (ami 3352 millió tonna szénnek felel meg). Viszont az országonkénti egy főre jutó kibocsátás igen különböző (lásd: az ezt követő második ábra (Az egyes országok személyenkénti emissziója).

Emissziók országonként Az ábra azon országokat mutatja, melyek a legtöbb CO2ot bocsátják ki. Pl. az USA 23,2 %-a azt jelenti, hogy a Föld összes emissziójának 23,2 %-át ez az egyetlen ország adja. Amint láthatjuk, az előző ábráról feltűnik ismét néhány ország, viszont néhány nem.

Azon országok, melyeknek a legnagyobb a részesedésük (%) a Föld szén-dioxid kibocsátásából, 1999

Az USA, Kína és Oroszország együtt a az összes emisszió több, mint 42 %át adja, bár a Föld népességének csak 27 %-a él ezen országokban. A hét legnagyobb kibocsátó között nincsen ország a déli féltekéről; három közülük Európában van, három Ázsiában és egy Észak-Amerikában (megjegyezzük, hogy Oroszország Európához és Ázsiához is tartozik, de általában az európai országokhoz számítjuk).

Az egy főre jutó kibocsátás

Egyes országok emissziói személyenként

Az ábrán azt láthatjuk, hogy a kiválasztott országok mennyi CO2-ot bocsátanak ki évente személyenként, pl. az USAban az emisszió 19,7 tonna / év egy amerikai polgárra, míg Indiában mindössze 1,1 tonna / év / fő. Ilyen hatalmas eltérést okoz a gazdaság eltérő fejlettsége.

A kellemesebb élet (mint pl. az autóhasználat, a légkondicionáló, a különböző otthoni elektromos eszközök, stb.) több energiát igényel, és a nagyobb CO2 kibocsátás a nagyobb energiafelhasználásnak köszönhető.

Az egyes szektorok antropogén emissziói •

Az antropogén légszennyezés számos forrásból származik. Általában egy forrás többféle szennyezőanyagot is kibocsát. De azt is láthatjuk, hogy egyes emberi tevékenységek, mint pl. a szállítás, bizonyos szennyezések mértékét alapvetően meghatározzák. Az UNECE / EMEP-től (az Egyesült Nemzetek Európai Gazdasági Bizottságának Együttműködési Programja az Európai szennyezőanyagok hosszú távú szállításának monitoringjára és értékelésére) származó adatok megmutatják, hogy a gazdaság melyik szektora (azaz milyen emberi tevékenység) volt elsősorban felelős a szén-monoxid (CO), a nitrogén-oxidok (NOx) és a kéndioxid (SO2) kibocsátásért Európában, 2001-ben. A kibocsátás kifejezhető Gg SI mértékegységben: 1 Gg = 1000 tonna.

A szén-monoxid (CO) Európában, 2001-ben 30 679 Gg CO-ot bocsátottak ki. A légköri antropogén CO kibocsátás fő forrása a közlekedés volt (60 %), az ipar pedig 36 %-ban járult hozzá a teljes kibocsátáshoz. Ugyanakkor a mezőgazdaság és a hulladékkezelés szerepe esetleges volt. (CO kibocsátás: lásd még: „Alsó Légkör" (Alapismeretek, Üvegházhatás, Tűz) c. fejezet.)

Az egyes szektorok CO kibocsátása Európában, 2001. Látható, hogy a hulladékkezelés és -elhelyezés csak a 3, míg a mezőgazdaság csak 1 %-kal részesül a teljes kibocsátásból.

Nitrogén-oxidok (NOx)

A szállítás NOx forrás is egyben, ami a teljes kibocsátás 63 %áért felel, ami 10 056 Gg-nak felelt meg 2001-ben. Az ipar részesedése a teljes kibocsátásból 35 %. A hulladékkezelés és a mezőgazdaság szerepe minimális az NOx emisszióban. Az egyes szektorok NOx kibocsátása, 2001-ben Európában

Kén-oxidok (SOx) A CO és az NOx emisszióktól eltérően, a fő SOx kibocsátó az ipar volt 2001-ben. A teljes kibocsátás (5 949 Gg) 93 %-a innen került ki. Az összes többi szektor adta a maradék 7 %-ot. (SO2 és NOx kibocsátás: lásd még: „Savas esők" c. fejezet.) Az egyes szektorok SOx kibocsátása, Európa, 2001

Kibocsátások a városban

Városi közlekedés. Számos városban a közlekedés a légszennyezés fő forrása.

A fő források és a fő szennyezők városonként különbözhetnek. Függ attól, hogy milyen ipar települt az adott városba, milyen intenzív a közlekedés, milyen fűtést használnak, stb. A városokban a légszennyezést alacsony források (pl. a házak egyedi fűtése), magas források (pl. magas gyárkémények) és mobil források (autók, buszok) juttatják a légkörbe.

Pl. Krakkó egy közepes méretű lengyel város az ország déli részén 800 000 lakossal, fejlett nehéziparral (acélművel, hatalmas erőművel) és intenzív közlekedéssel. A kén-dioxid (SO2) szinte teljes egészében ipari emissziókból származik, míg a szénmonoxid (CO) emissziók fele-fele arányban az iparra és a közlekedésre vezethetők vissza. A nitrogén-oxidok (NOx) és por nagyobb részt ipari eredetű. Más légszennyező források szerepe minimális. Ugyanakkor Nyugat-Európa számos országában, a CO vagy NOx fő forrása a szállítás, mivel a nehézipart elköltöztették, vagy új, tiszta technológiával helyettesítették. szektor/szennyezõk

CO

NOx

por

szállítás

48%

15%

2%

ipar

44%

83%

88%

8%

2%

10%

100%

100%

100%

városi gazdaság összeg

Krakkóban (Lengyelország) az egyes szektorok szén-monoxid (CO), nitrogén-oxid (NOx) és por kibocsátása 2001-ben

A légszennyezés káros hatásai A légszennyezésnek mind globális, mind lokális hatásai is vannak. Káros anyagokat bocsátunk a légkörbe, amelyek a szél révén átlépik az országhatárokat. Ennek következtében nemzetközi összefogás szükséges a levegőminőséget javításához.

A légszennyezés globálisan jelentős szerepet játszik az üvegházhatás fokozódásában, valamint az ózonlyuk elmélyítésében. A leginkább ismert lokális hatások a szmog és a savas esők, melyek főleg azokat érintik, akik városi területen laknak. A légszennyezés fenyegeti az egészségünket és gazdasági károkat is okozhat. Szenteljünk több figyelmet a városi légszennyezésnek. A különböző forrásokból származó emissziók révén a következő anyagok találhatók meg a városi levegőben: kén- és nitrogén-oxidok, szénhidrogének (főleg a finomítókból és a közlekedésből), szén-oxidok, nehézfémek (a közlekedésből és az iparból), valamint por és korom. Azonban az egyes szennyezők részesedése a teljes légszennyezésből változik; pl. a fejlett országokból kibocsátott kén többé nem játszik főszerepet. A szennyezőanyagok légköri koncentrációja (ami a Városi légszennyezés. szennyezőanyag immisszió eredménye) Az egyedi fűtés hozzájárul a határozza meg a levegőminőséget. városi légszennyezéshez.

Szmog Számos városban a légszennyezés túllépi a megengedett koncentrációt, s akkor az ún. szmogriadót kell elrendelni. A „szmog" szó az angol füst és köd szavak egyesítéséből származik (smoke + fog), melynek bevezeteését Harold Des Voeux francia fizikus javasolta 1911-ben. A magas kén-dioxid koncentráció előidézte halálesetek száma, 1952 december

Kétfajta szmog létezik: 1) London típusú szmog: elsősorban a szén égéséből és a kén-dioxid (SO2), valamint por kibocsátásból származó légszennyezés okozza. Az ilyen szennyezés köddel párosulva levegőben lebegő kénsavcseppeket (H2SO4) eredményezhet. Amikor 1952-ben, Londonban a szmog idején a SO2 koncentrációja a levegőben meghaladta a 3,5 mg⋅m-3 értéket, jelentősen megnőtt az elhalálozások száma. A London típusú szmog először 1850-ben fordult elő, s napjainkban egyre ritkább. Pl. 2001-ben, Barcelonában az évi átlagos SO2 koncentráció értéke 3 µg⋅m-3, Münchenben 4 µg⋅m-3, Londonban 7 µg⋅m-3 (1999-es adat), s Varsóban 13 µg⋅m-3 volt. Azonban néhány napon a SO2 koncentrációja sokkal magasabb értékeket is elérhet. 2001-ben a legmagasabb óra-érték Varsóban 211 µg⋅m-3, Londonban 106 µg⋅m-3 (1999-es adat), Barcelonában 70 µg⋅m-3, Münchenben pedig 17 µg⋅m-3 volt.

2) Los Angeles-típusú szmog: (fotokémiai szmog), napfényes napokon intenzív közlekedés mellett fordul elő. A kipufogógázokból a nitrogén-oxidok és a szénhidrogének (változó antropogén és biogén forrásokból) reakcióba lépnek a napfény jelenlétében, s ártalmas gáz és aeroszol keveréket hoznak létre. A fotokémiai szmog ózont is tartalmaz (nevezetesen troposzférikus ózont), valamint formaldehideket, ketonokat és PAN-t (peroxi-acetil-nitrátot). Az ózon a sztratoszférában 12 ppm keverési arányt is elérhet, azonban a Föld felszínén a 0,04 ppm értéket nem szokta meghaladni. A fentiekben említett anyagok mindegyike ingerli a szemet és Mi a szmog, hogyan képződik? károsítja a légzőrendszert. Hatással vannak a növényzetre is. A nagyvárosokban nyaranta általában ez a típusú szmog fordul elő. Ez helyettesíti a London-típusú szmogot számos városban valamilyen módon 1960, Nyugat-Európában 1980 óta. A koncentrációkról és a keverési arányról lásd: a „Felső légkör” Alapismeretek, A sztratoszféra megismerése, Összetétel, c. fejezet.

Por és korom

A 10 µm-nél kisebb átmérőjű részecskék évi átlagos koncentrációja, 1999-ben

További káros anyagok a városok levegőjében a por és a korom. 1999-ben pl. a 10 μm-nél (PM10) kisebb átmérőjű részecskék koncentrációja Londonban 21,8 µg⋅m-3, Budapesten 29,5 µg⋅m-3, Rómában 43,3 µg⋅m-3, Sevillában 44,4 µg⋅m-3, s Krakkóban pedig 45,4 µg⋅m-3 volt. Összehasonlításként Krakkóban az 1970-es és 1980-as években a PM10 évi átlagos koncentrációja meghaladta a 100 µg⋅m-3-t, sőt télen még a 200 µg⋅m-3 értéket is túllépte, elsősorban az acélgyártás és az erőmű emissziói miatt. Ezeket a gyárakat azóta modernizálták és a termelésük is csökkent, így ott a levegőminőség jelentősen javult.

Határértékek Minden szennyezőnek van egy megállapított koncentráció határértéke, amelyet nem szabad túllépnie. Máskülönben a légszennyezés káros és veszélyes lehet az egészségünkre és akár az életre is. Az EU országainak a légszennyezők légköri határértékeit és riasztási küszöbértékeit 96/62/EC számú tanácsi direktívában 1996. szeptember 27-én fogadták el. A részleteket 3 tanácsi direktíva tartalmazza: 1. 1999/30/EC 1999. 04. 22.; 2. 2000/69/EC 2000. 11. 16., 3. 2002/3/EC 2002. 02. 12.

Az európai zászló, az egyesült Európa szimbóluma. Mivel a légszennyezés nemzetközi probléma, a kibocsátásról szóló törvényes szabályozást a tagországoknak az Európai Unió tanácsa alkotta meg.

EU országaiban a NO2, SO2, Pb és PM10 határértékei (évi átlagos koncentrációk).

A nitrogén-dioxid (NO2), kén-dioxid (SO2), ólom (Pb) és a 10 µm-nél kisebb átmérõjû részecskék (PM10) határértékei évi átlagos koncentrációban vannak megadva. Ez azt jelenti, hogy egy adott napon a koncentráció lehet magasabb, mint a határérték, míg más napokon lehet sokkal alacsonyabb, de éves átlagban a határérték alatta kell maradnia. A SO2 és a Pb határértékei jóval alacsonyabbak, mint az NO2 és a PM10 esetében, mivel ezek az anyagok még kis mennyiségben is nagyon károsak az emberi egészségre.

Az ózon (O3) és a szén-monoxid (CO) határértékei 8 órás átlagos koncentrációként vannak megadva. Ezek a gázok kis mennyiségben és rövid kitettségi időszak alatt (a kitettség az az idő, amely alatt az emberek belélegzik a szennyezett levegőt) is nagyon mérgezőek. Láthatjuk, hogy az engedélyezett ózonszint sokkal alacsonyabb, mint a szén-monoxidé. A felszín közelében lévő ózon, ami általában fotokémiai szmog révén keletkezik, káros ránk nézve, ellentétben a sztratoszférikus ózonnal, ami védi a földi életet.

Az EU országokban az O3 és a CO határértékei (8 órás átlagos koncentrációk).

Riasztási szint

Az EU országaiban a NO2, SO2 és az O3 riasztási (1 órás átlagos koncentráció) határértékei.

A NO2-nek, a SO2-nak és az O3nak, a határértéken kívül is van riasztási értéke. Ezek 1 órás átlagos koncentráció értékek. Ha ezeket az értékeket meghaladja a mért érték, a helyi hatóságnak először tájékoztatni kell a nyilvánosságot erről, és utána végrehajtani egy olyan cselekvési tervet, amely révén csökken a levegőben lévő szennyezőanyagok koncentrációja, pl. a közlekedés korlátozása a városban, az ipari termelés csökkentése, stb.

Magas légszennyezettségű területek • A sűrűn lakott és városi területeken a levegő mindig tartalmaz nem kívánatos anyagokat, néha azonban – az ipari katasztrófáknak következtében – tiszta levegőjű területek válhatnak igen szennyezetté. • Ahogyan a „Mi a légszennyezés?" c. fejezetben bemutattuk, a légszennyező anyagoknak globális vagy lokális hatásuk van. A légszennyezés lokális hatása: a talaj, víz és növényzet degradálódása.

A levegőszennyezés nemzetközi probléma

A „Fekete Háromszög” térképe

A légszennyezés hatásai a légáramlások révén a kibocsátás forrásától jelentős távolságban is érzékelhetők. Jó példa erre az ún. „Fekete Háromszög", amely terület a lengyel, német és a cseh határ találkozásánál helyezkedik el. Itt három nagy lignitmező található: Turoszow, Lusatian és az Észak-cseh mező,

összesen hét erőművel, amelyek együttesen 16 000 MW áramot termelnek. Ez a térség mindössze 32 400 km2-en terül el, mégis az európai SO2 kibocsátás 30 %-át adta 1989-ben. Ezzel jelentősen hozzájárult a savas esők kialakulásához (lásd: a „Savas esők által veszélyeztetett területek" c. fejezet).

Ez okozta Európa legnagyobb erdőpusztulását, ami a Szudétákban következett be. 1981-1987 között 11.000 hektár lucfenyő károsodott, amiből 10.000 hektár a Nyugat Szudétákban volt. Ugyanekkor, Északnyugat-Csehország területein és Szászországban összesen 15.000 hektár erdő pusztult ki. A három ország együttműködésének eredményeként, az 1990-es évek elején belekezdtek egy, a természetes környezetet javító tevékenységbe. 1992-ben 43 egységből álló automata mérőállomás hálózatot hoztak létre Lengyelország, Németország és Csehország területén. Az SO2 források kibocsátását korlátozták az erőművek és a fűtőrendszerek korszerűsítésével. A levegőminőség javulásához hozzájárult a közép-európai országok akkori gazdasági válsága, s ezzel együtt az ipari termelés csökkenése. Mindezek eredményeként a káros anyagok kibocsátása évről évre csökkent e régióban.

Por, SO2 és NOx emissziók a „Fekete Háromszög” területén

Ipari katasztrófák A technológiai kockázat a kezdetek óta az ipari termelés velejárója. Minden üzembe helyezés során kialakulhat üzemzavar a működés egy bizonyos pillanatában, s a gépekkel és rendszerrel dolgozó emberek mindig követhetnek el hibát. Amikor az ipari katasztrófa megtörténik, a légkörbe általában igen mérgező, vagy radioaktív anyagok kerülhetnek, mint pl. nukleáris erőmű baleset esetében.

Vegyi üzem

Ipari katasztrófák – események, időpontok 9 1930 - szmog a Mosa völgyben (Belgium), a kén-dioxid általi légszennyezés több száz ember halálát okozta; 9 1948 - Donora (USA), a szmog 20 embert ölt meg; 9 1950 - Pozza Rica (Mexikó), ellenőrizetlen kén-hidrogén kibocsátás (H2S) egy erőmű üzemzavara során, ami 300 embert mérgezett meg, közülük 22 meghalt; 9 1952 - londoni szmog, 4 ezer ember halt meg; 9 1984 - vegyi katasztrófa Bhopalban (India), 3400 ember halt meg, 600 ezer embert érintett; 9 1986 - csernobili atomerőmű megsérül (korábbi a Szovjetunió, ma Ukrajna), 31 ember halt meg a robbanás utáni egy héten belül, de még ma sem ismert az áldozatok pontos száma; becslések szerint több millió ember szenved sugárbetegségben: rák (a környező területeken a pajzsmirigy-rákos esetek növekedését figyelték meg), az immunrendszer működési zavarai, stb., nagy területek hosszú évtizedekre - évszázadokra elszennyeződtek; 9 1991-92 – az öbölháború idején lángoló olajkutak Kuwaitban és Irakban;

2. Fejezet: A városklíma •

Egyes városok éghajlatát számos természeti tényező alakítja, pl. magasság, domborzat, felszínborítás és a vízfelületek. Amilyen mértékben a város növekszik és fejlődik, új tényezők (pl. antropogén melegedés, légszennyezés) megváltoztatják a város helyi klímáját és hozzájárulnak a különböző városi klímák kialakulásához.

•

Nagyszámú lakos és az antropogén hőkibocsátás, valamint az a tény, hogy a várost főleg betonból, aszfaltból, téglákból és kövekből építették, a városban magasabb a hőmérséklet, mint vidéki területeken. A sűrű beépítettség módosítja a szél sebességét és irányát; helyi légáramlás, ún. városi szél alakul ki.

Mi vezérli a városklímát? A városklíma számos természetes és antropogén tényező kölcsönhatásának az eredménye. A légszennyezés, a városi felszínnek a környezetétől eltérő anyagi minősége, s az antropogén hőkibocsátás eredményeként a városok klímája eltér a környezetükétől.

Egy adott város éghajlatát számos természeti tényező határozza meg, mind makroskálán, mind pedig mezoskálán. Ahogyan a város növekszik és fejlődik, az új tényezők megváltoztatják a város helyi klímáját és hozzájárulnak a különböző városklímák kialakulásához.

A városi klímát meghatározó tényezők

A városi felszín nagy részét, utcák, épületek, stb. borítják, amelyek különféle áthatolhatatlan anyagból épültek (beton, aszfalt stb.). Az eredeti, természetes felszínborítást csak a gyepek és a parkok jelentik, ezek azonban a városnak csak kis részét borítják. A városi felszín gyakran nagyon összetett, mozaikszerűen tartalmaz különböző felszíneket.

Városi környezet albedója

Az egyes felszíni anyagoknak más és más az albedójuk, így módosítják a napsugárzás felszín által visszavert és elnyelt részét. A városi felszín albedója kb. 10-15 % (a friss hó albedója nagyobb, mint 80 %), ami azt jelenti, hogy a város a beérkező napenergia jelentős részét elnyeli. Továbbá a városi építőanyagoknak általában magas a a hőkapacitása és a hővezetése.

Az ég láthatósági tényezője. Az „ég láthatósági tényezőt” (sky view factor: SVF) csökkenti a városi beépítettség. Az SVF maximális értéke 1, ami nyílt, szabad területeken fordul el, fák, házak stb. takarása nélkül.

Továbbá a városok háromdimenziós kiterjedésük révén hajlamosak a felszín közelében a hosszúhullámú sugárzást visszatartani, s így csökkentik a hosszúhullámú sugárzási veszteséget. Ez azt jelenti, hogy sok energia tárolódik el nappal a városban, ami este fokozatosan sugárzódik ki. Ez lelassítja az éjszakai lehűlést a városban, a vidéki területekhez képest.

Egy másik fontos, a városklímát módosító tényező a légszennyezés. Megváltoztatja a városi levegő összetételét, csökkenti az áteresztő képességét, növeli az elnyelőképességét, s ennek következtében csökkenti a földfelszínre érkező sugárzás mennyiségét. Más szavakkal, a levegőben lévő szennyezőanyagok felfogják a napfényt, s a levegőt kevésbé áthatolhatóvá teszik. Ennek következtében kevesebb napsugárzás éri el a talajt. A városi légszennyezés az ipar, szállítás, fűtés, stb. által kibocsátott gázokat, szilárd anyagokat tartalmazza. Általában a városközpont sokkal szennyezettebb, mint a külváros, de ez függ az ipar elhelyezkedésétől és az utcai forgalom intenzivitásától is. Nappal a legmagasabb légszennyezettségi értékeket akkor figyelhetjük meg, amikor legintenzívebb a közlekedés. Az év folyamán a legmagasabb koncentráció értékeket télen fordulnak elő: ekkor a fűtés miatt megnő az emisszió, továbbá a légkör ilyenkor a legstabilabb, így kevésbé valószínű az átkeveredés. Viszont a fotokémiai szmog nyáron fordul elő, mikor a hőmérséklet a legmagasabb (lásd: az „Ózon szmog" és a „Levegőszennyezés: Káros hatások" c. fejezet).

Egy tipikus, napos nyári napon a légszennyezettség napi menete. Krakkó, 2003. augusztus 22. Nyáron a közlekedés a fő légszennyező forrás. Reggel az intenzív közlekedés magas nitrogén-oxid és szén-monoxid koncentrációt okoz (a és b ábra). Dél körül és délután – mivel a hőmérséklet emelkedik és a szélsebesség alacsony (c ábra) – a kémiai reakciók (a napfény hatására) a nitrogén-oxidok csökkenését és a troposzférikus ózon növekedését okozzák (a ábra). A méréseket utca közepén, egy keskeny, zöld területen végezték, csúcsforgalomban. Az egyes paramétereket a felszín fölött a következő magasságokban mérték: légszennyező anyagok: 4 m; szélsebesség 10 m; hőmérséklet: 6 m.

A légszennyezettség napi menete egy átlagos téli napon. Krakkó, 2002. 12. 2627. Télen a kibocsátás az épületek fűtése miatti energiatermelés eredménye. Mivel a hőmérséklet jóval nulla fok alatt van (c ábra), a hőforrásokból származó erős kibocsátás magas részecske ( PM10 = olyan részecskék, melyeknek átmérője nem nagyobb, mint 10 μm), szénmonoxid és kén-dioxid (a és b ábra) koncentrációt eredményez. Mivel a szélsebesség alacsony, és a hőmérséklet is nulla fok alatt van (tipikus hőmérsékleti inverziós helyzet - c ábra), a légszennyezést az inverziós rétegek felszín közelben tartják, és az nem szállítódik el a városból, ennélfogva a koncentráció magas marad. A méréseket a városközpontban végezték. Az egyes paramétereket a felszín fölött az alábbi magasságokban mérték: légszennyező anyagok: 12 m; szélsebesség: 10 m; hőmérséklet: 6 m.

Egy további fontos tényező, ami meghatározza a városi klímát az az antropogén hő. Ezt a hőt télen, mint a fűtés melléktermékét (nyáron a légkondicionálással), vagy más tevékenységgel (fosszilis üzemanyagok elégetésével, ipari termeléssel és szállítással) bocsátjuk a szabadba. Az antropogén hő mennyisége függ az egyének által felhasznált energiától, a város Az antropogén hő egyik formája a házi fűtés népsűrűségétől, az ipartól és a város helyzetétől. A városban a párolgás hatékonyan lecsökkenhet, mivel a mesterséges felszínek nem nyelik el oly mértékben a vizet, mint ahogy a természetesek teszik azt. Éppen ellenkezőleg, amikor esik, a víz gyorsan lefolyik a városi csatornahálózaton, s a felszín gyorsan kiszárad. Így a hő nem használódik fel a párolgásra (mivel kevés víz található itt, így csak kevés tud elpárologni), hanem felmelegíti a város levegőjét. Azonban fontos felismerni, hogy sok városban, vagy a városrészben jelentős mennyiségű növényzet lehet, ami javít ezen a helyzeten.

Az antropogén tényezőknak a városi klímára gyakorolt hatása függ a város méretétől, térbeli felépítésétől, népességétől, s az iparosodottság fokától. Kis városok viszonylag alacsony épületekkel, zöld területeken szétterülve, gyárak és erőművek nélkül kevésbé módosítják az éghajlatot, mint azok a városok, amelyekben magas épületek vannak. A várost körülvevő természetes környezet módosíthatja az antropogén tényezõk helyi klímára gyakorolt hatását. Pl. egy hegyvidéki medencében található városban a tapasztalat alapján gyakoribb a köd és gyengébb a légáramlás. Ez rontja a levegőminőséget, amihez a gyakori hőmérsékleti inverzió is hozzájárul. (Inverzió: lásd: a „Vertikális szerkezet" c. fejezet.)

A köd ronthatja a levegő minőségét a városban, mivel a légszennyezettség reakcióba léphet a ködben lévő vízzel, és savas köd képződhet.

•

A medencében, vagy egy mély völgyben elhelyezkedő város esetében az inverzió fő oka, hogy a völgy, vagy medence alját a lejtõk leárnyékolják, így az alacsonyabb, árnyékos terület, s a felszín közelében a levegő is hidegebb marad, mint a följebb elhelyezkedő területek. Ily módon keletkezik a hőmérsékleti inverzió. Továbbá a hideg (s emiatt nehezebb) levegő a város körüli lejtőkről gravitációs úton lefolyik, és felhalmozódik a völgyben, vagy a medencében, ami még tovább erősíti az inverziót.

•

A városklíma javítható, ha olyan módon tervezzük meg a város szerkezetét, hogy csökkentjük az antropogén és a természetes tényezők káros hatását. Például a stratégiai zöld területek (pl. parkok) és vízfelületek (pl. tavak, kutak) révén. A gyárakat az uralkodó széliránnyal szemben kell építeni, azért, hogy a szennyezést a szél elvigye, és ne kerüljön be a város területére.

A városi hősziget • Egy várost főleg betonból, aszfaltból, téglából és kövekből építenek fel. Mivel a levegő hőmérséklete adott helyen nagymértékben függ a felszín jellemzőitől, a hőmérséklet a városban magasabb, mint vidéki területen. A városi hősziget kialakulásához jelentős mértékben hozzájárul a nagy népsűrűség és az antropogén hőkibocsátás.

Számos városban a hőmérséklet melegebb, mint a várost körülvevő területeké. Ez a hőmérsékleti többlet átlagosan 0,5-0,8 °C, viszont télen akár 1,1-1,6 °C is lehet. Ezt a jelenséget nevezik városi hõszigetnek (VH). A város izotermái koncentrikusak, melyek értéke a külső kerületek felé csökken. A VH nem homogén , de általában vannak olyan elemei, melyek kedveznek a környezeténél melegebb viszonyok kialakulásának (pl. a városközpont, nagy gyárak, erőművek). A VH mértéke és erőssége változó, ezért cellás szerkezete van.

Térkép a New York-i hőszigetről. A felszín legmelegebb pontjait piros szín jelöli.

A VH maximális erősségének a városlakók számától való függése

A népsűrűség döntő tényező a VH kialakulásában. Azokban a városokban, ahol a népesség száma 500.0001.000.000, ott a léghőmérséklet általában 1,1-1,2 °C-kal magasabb, mint a város környezetében. Azokban a városokban pedig, amelyek lakossága meghaladja az egymillió főt, ez az érték 1,2-1,5 °C körüli. Ugyanakkor a megfigyelt maximális VT értékek ennél sokkal magasabbak (lásd az ábrát).

A városok mérete és térbeli kiterjedése szintén nagy fontossággal bír, mivel azok a városi területek, ahol sok a zöldfelület alacsony házakkal, nem alakítanak ki jellegzetes hőszigetet. A VH jelensége közeli kapcsolatban van a „Mi vezérli a városi klímát?" c. fejezetben megtárgyalt antropogén hőkibocsátással, légszennyezéssel és a természetes felszínborítás változásával.

A városi hősziget oldalnézetének vázlata

Ezek mindegyike hozzájárul a városi területek hőmérsékletének emelkedéséhez. Ezenkívül a VH erőssége (a város és a környező területek közötti a hőmérséklet-különbség ) számos meteorológiai elemtől és jelenségtől is függ (pl. szélsebesség, felhőzet, párolgás). A szélsebesség és a felhőzet növekedése csökkenti a VH erősségét.

A VH erőssége éves és napi ciklusban változik. Télen kétszer akkora lehet, mint nyáron, az épületek fűtése okozta antropogén hőkibocsátás miatt. Intenzívebb a városi hősziget éjjel, mint nappal, mivel éjszaka intenzív kisugárzás történik a felszínről a légkör felé. Tovább Tokióban megfigyelték, hogy a VH erőssége csökken a hétvégeken és ünnepnapokon.

Antropogén hőkibocsátás - autók

Eltekintve a vízszintes kiterjedéstől, a VH-nak függőleges szerkezete is van. A VH függőleges kiterjedése a talaj felett 200-300 m-t is elér, ami 3-5-ször magasabb az itt található épületeknél. Felhőtlen ég esetén a VH akár az 500 métert is elérheti. Két réteget különböztethetünk meg:

1. városi alsó határréteg, ahova a hő a házak kéményéből (ún. alacsony kibocsátás), az épületekből (mivel sok napfényt elnyelnek és utána hő formájában kisugározzák) és a közlekedésből kerül.

Antropogén hőkibocsátás - hűtőtornyok

2. kémény réteg, az előbbi réteg fölött található, ahová a hő az ún. magas kibocsátókból, az erőművek kéményeiből kerül ki.

A VH kialakulása megváltoztatja a városi klímát. Összehasonlítva a vidéki területekkel, több a forró nap és kevesebb a talajfagy. A vegetációs periódus hosszabb, a csapadékösszeg magasabb és gyakrabban fordulnak elő gomolyfelhők. A VH jelenségének káros hatásai is vannak az emberi szervezetre, különösen nyáron, mivel túlmelegedést okozhat. Következésképp, a városokban növelni kellene a zöld területek és a kis vízfelszínek arányát.

Helyi légkörzés • A városban helyi légkörzés alakulhat ki. Ún. városi szél figyelhető meg, továbbá a sűrűn emelt épületek módosítják a szélsebességet és a szélirányt. A szél javíthatja a levegő minőségét, de az épületek túlzott hűléséhez is vezethet.

•

A városban a légkörzést természetes és antropogén tényezők is meghatározzák, mint pl. a léghőmérséklet, a felszín érdessége, s a különböző akadályok megjelenése (hegyek, erdők, magas épületek). A nap folyamán a városi terület gyorsabban melegszik fel, mint a vidéki. Ennek következtében légnyomásban különbség alakul ki a két térszín között. A város fölött egy alacsony nyomású, míg a környezetében magas nyomású területek alakulnak ki. Ez egy lokális légáramlási cella kialakulásához vezet, melyvízszintes összetevője a felszínen a város belseje felé fújó szél. Ezek helyi szelek, melyeket eltérő okok hívnak életre, szemben kontinensek fölötti légnyomáskülönbséggel és a légköri cirkulációval, s a térbeli kiterjedésük is sokkal kisebb. A városi szélrendszer akkor tud a leginkább kifejlődni egy bizonyos terület fölött, amikor ott nincsenek frontális légáramlások, illetve nem tapasztalható a légköri cirkuláció által kiváltott szél. Először a város feletti meleg levegő felemelkedik s a magasban a külváros felé halad. Ez a szélrendszer felső ága, mely a felszíni a városi szélhez képest ellentétes irányú. A cirkuláció felső ága a magasban lehűlve a városperemen leereszkedik, s visszatér a városba, mint felszíni városi szél.

5175[1]-1.wmv

Városi szél

•

A várost elérve a szél iránya megváltozik. Az utcák két oldalán lévő magas házak által meghatározott csatornában halad, vagy kikerüli az akadályt képező épületeket, melyek az eredeti szélirányra merőlegesen helyezkednek el. A városba vezető főutak szintén fő folyosók, amelyeken keresztül esténként a szél bejut a városba. A széles utcákban a szél követi az út nyomvonalát. Viszont a keskeny utcákban a szélsebesség jelentősen megnő az utcasarkoknál. Sőt, a szél helyi örvényeket alakít ki tereknél, a háztömbök és az utcák találkozásánál, ahol a légáramlatok találkoznak. A városközpontban a szélsebesség alacsonyabb, mint a külvárosban, és a szélirány sokkal változatosabbá válik, szemben a városon kívüli egyetlen jellemző széliránnyal. A szélsebesség szoros kapcsolatban van a felszíni érdességgel, azaz az akadályok magassága és sűrűsége a szélsebesség csökkenését idézi elő (épületek, fák stb.). A városközpontban a szélsebesség a külvárosban mért érték 20 %ára csökken, s a gyenge szelek (v < 3 m⋅s-1) sokkal gyakoribbak, mint a városon kívül.

•

Ha a szél merőlegesen fúj a sorban álló épületek felé, a szélnek kitett oldalon erős széllökések tapasztalhatók, míg a szélvédett oldal ún. aerodinamikai árnyékban van. Ezenkívül az épületeket túlságosan intenzíven szellőzteti a szél, ami káros hatással van a lakók egészségére és kényelmére. Az egymást követő panelházak helyi örvényeket alakítanak ki a szélvédett oldalon. Az örvények mérete az épület magasságával növekszik. Ha a házak közötti távolság csökken, akkor a szélsebesség akár 50 %-kal is mérséklődhet! Amikor a szél elér egy magas épületet, a légáram több ágra oszlik. Egy része felfelé mozog, míg a maradék megkerüli a házat, ami 30 %-os sebességnövekedést idéz elő az épület sarkánál. A magas épületek szomszédságában lévő alacsony házak gyakran tapasztalhatják a szélirány változásának káros hatásait. A magas épületek által létrehozott légáram (a fentiekben került leírásra) pl. az alacsonyabb épületek vibrációját okozhatja. • A 3 m⋅s-1 fölötti szélsebesség pozitív hatást gyakorol a légegészségügyi állapotra, mivel növeli a város szellőzését és a párolgást. Másrészt, a negatív hatása abban nyilvánul meg, hogy növeli a légszennyezettség szétszóródását, és télen a szélnek gyakran kitett épületekben hőveszteséget okoz.

Idealizált áramlás egy épület közelében

Idealizált áramlás épületek közelében

3. Fejezet: A savas eső • A víz szükséges a földi élethez és ezért annak minősége nagyon fontos. Amikor a csapadék PH-ja 5,6 alatti, akkor savas esőnek nevezzük. Két légszennyező, a NOx és a SO2 a fő okai a savas eső kialakulásának. Amíg ezek kibocsátása Európában és Észak-Amerikában csökkenő trendet mutat, Ázsiában növekszik. •

A savas esők a láncfolyamatokon és kapcsolódásokon keresztül hatással vannak az egész természetes környezetre. A szennyezett csapadék bejut a felszíni vizekbe és a talajvízbe. Miután eléri a talajt, aktiválja az alumíniumot és kimossa a tápanyagokat. Ennek következtében a fák kipusztulnak, de rájuk közvetlenül is hatással van a savas eső. A szennyezett vizek komoly veszélyt jelentenek a biodiverzitás szempontjából. Savas esőkkel veszélyeztetett területek főleg Európában, az USAban és Kínában találhatóak, az erősen városiasodott és iparosodott területek környezetében. Azonban a nagy hatótávolságú transzport folyamatok révén a légszennyezettség a szennyezés forrásától távol is tud savas esőt okozni.

Mi a savas eső? • A víz alapvető a földi élet számára. Ezért, mikor szennyezetté válik, az egész környezetre hatással van. A savas esőket elsődlegesen a fosszilis üzemanyagok elégetéséből származó antropogén légszennyezés okozza. Az eső savasságát a pH skálával tudjuk mérni. •

A víz szükséges a földi élethez, ennek következtében a minősége nemcsak az emberek, hanem minden élő szervezet számára fontos. A légköri csapadék (eső, szitálás, hó, stb.) bejut a folyókba, beszivárog a talajba, vagy elpárolog és vízgőzzé alakul. Egy fontos, a vízminőséget leíró paraméter a pH-index.

A pH-skála Minden folyadéknak van bizonyos pH-ja. Minél savasabb a folyadék, annál kisebb a pH-ja. A pH a hidrónium-ion (hidratált hidrogén ion) koncentrációnak a negatív logaritmusa, melyet az egy literben található molok számával fejezünk ki (mol⋅liter-1). Ha a hidrónium-ion koncentráció c(H3O+) = 10-7 mol⋅l-1, akkor a pH = 7, ha a koncentráció 10-6 mol⋅l-1, akkor a pH = 6, stb.

A pH skála. Minél alacsonyabb a szám, annál nagyobb a savasság mértéke.

Ezt a skálát egy dán kutató, Soren Sorenson alkalmazta először 1909-ben. A pH-skála 0-tól 14-ig változik, a 7-es értéket semlegesnek tekintjük. A 7-nél nagyobb értékek lúgos, a 7-nél kisebbek savas állapotot jelölnek. Pl. az ecet pH-ja 2,5; a desztillált vízé 7,0; szódabikarbónáé 8,5; és a mészé 12. A skála kialakítása azon alapul, hogy a tiszta vizet elkülöníthetjük hidróniumionokra (H3O+) és hidroxil-ionokra (OH).

•

A disszociációra a tömegmegmaradás elve érvényes. A Kw állandót víz ionszorzatnak nevezzük, melynek értéke mindig 10-14.

így a törvény bármilyen vizes savra, vagy lúgra: pKw = pH + pOH = 14 Tiszta víznél c(H3O+) = c(OH-) = 10-7 mol⋅l-1 és pKw = 7 + 7 = 14 Ezt a tiszta víz önfelbomlásának, vagy auto-disszociációjának nevezzük.

Savas eső •

A csapadék általában valamennyire savas, mivel a szén-dioxid (CO2) mindenütt előfordul a természetben, s a légköri vízgőzzel szénsavat képez (H2CO3). Ily módon a csapadékvíz pH-ja 5.6 körüli. Ezért a szénsav nem stabil a vízben, hanem hidrónium-ionra és hidrogénkarbonát ionra disszociál:

•

Lúgosabb pH-jú oldatban a hidrogén-karbonát leadhat még egy hidrogénatomot és ekkor karbonáttá alakul. Sok szikla, hegy és üledék karbonát sókat tartalmaz, pl. a dolomit és a mész.

•

•

De a tiszta eső is gyengén savas a disszociált szénsav miatt. Savas esőről akkor beszélünk, amikor a csapadék pH-ja a szénsav által okozott érték, azaz az 5,6 alatt van. Mivel néhány természetes sav az esőt még savasabbá teszi, számos kutató csak a pH < 5.0 csapadékot tekinti savas esőnek. A savas esőn kívül lehet savas havazás és savas köd is, így általánosságban savas csapadékról beszélhetünk. Az ember a savas esőkhöz a nitrogén- és kénvegyületekkel járul hozzá. A kén-dioxid és a nitrogén-oxidok számos összetett kémiai reakción mennek keresztül, mielőtt a savas esőben található kénsavvá (H2SO4), vagy salétromsavvá (HNO3) alakulnának.

•

A kénsav kén-összetevőkből származik: SO2 + O2 ⎯→ SO3 SO3 + H2O ⎯→ H2SO4

•

A salétromsav nitrogén-oxidokból származik: NOx + H2O ⎯→ HNO3

•

A savas felhők pH-ja alacsonyabb lehet, mint 2,6. A savas eső pH-ja az erősen iparosodott területeken általában 4,0 körüli; Los Angelesben a ködök pH-ja gyakran kisebb 3,0-nál. Viszont Földünk néhány részén, pl. Észak-Ausztráliában, a természetes növényzetből történő szerves kibocsátás létre tud hozni 4,4 körüli pH-értéket.

Ok: SO2 és NOx kibocsátás Mi teszi savassá az esőt? A légköri savakat a légkörben főleg egyes gázok (amelyek a savak előfutárai) és a víz kémiai reakciói eredményezik. A legtöbb problémát okozó két szennyezőanyag a kén-dioxid (SO2) és a nitrogén-oxidok (NOx). A légkörbe kerülő legtöbb SO2 és NOx a szerves üzemanyagok erőművekben, iparban, lakások fűtésekor, továbbá a kereskedelmi és szolgáltatási szektorban való elégetésekor keletkezik. Pl. az USA-ban a SO2 kétharmada és a NOx egynegyede a szerves üzemanyagokkal (pl. a szén) működő erőművekből származik. A közúti szállítás, a hajózás és a légi közlekedés jelentős NOx kibocsátók. SO2 és NOx emissziók, 1995

•

Természetes nitrogén-oxid források a vulkánok, a villámlás és a biológiai bomlás. Természetes kén-dioxid források a vulkánok, az óceánok [dimetil-szulfid, azaz (CH3)2S és a karbonil-szulfid, azaz COS], a biológiai bomlás és az erdőtüzek. A savas esők azonban elsősorban az antropogén emissziókra vezethetők vissza. Nézzük meg a gazdasági szektorok emisszióit! Az előző képen található ábra azt a 10 országot mutatja, amelyeknek a legnagyobb az SO2 és NO2 emissziója. Mind a két esetben az USA, Kína, Oroszország és India emissziói a legnagyobbak, elsősorban a lakosság magas lélekszáma miatt.

Bizonytalanság a globális kibocsátásban •

Az SO2, NOx és az NH3 globális kibocsátásának összeállítása számottevő bizonytalanságot tartalmaz A természetes SO2 kibocsátás a becslések alapján a teljes globális emisszió 25-50 %áért felelős. Azonban az iparosodott és városiasodott területeken a SO2 és NOx 90 %-át antropogén források adják. A bizonytalanság területenként erősen változik. Ez az adathiánnyal kapcsolatos, különösen az agrotechnika területén, ahol – pl. a talaj- és vízi ökoszisztémák esetében – a kiterjedt források fluxusáról nincsenek adatok.

Változás a kibocsátásban Az ember megduplázta a természetes nitrogén rögzülési arányát, és a légköri nitrogén-kiülepedés mértékét 3-10-szeresére növelte az iparosodás előtti időkhöz képest. A légkörbe történő kén-kibocsátás is több, mint kétszeresére emelkedett.

Az egyes kontinenseken a növekvő SO2 kibocsátás 1960 óta. Főként Ázsia növekvő emissziója a felelős az 1980-as évek utáni globális kibocsátás növekedésért.

Az USA volt valaha a legnagyobb kéndioxid kibocsátó nemzet. De a kibocsátási arány olyan gyorsan növekszik Ázsiában, hogy az ott most már megelőzi Európát és az USA-t. Az értékek millió tonna SO2-t jelentenek.

•

A kénkibocsátás Európában már a 19. század végén jelentős emelkedést mutatott, alapvetően az iparosodásnak és a növekvő szénfelhasználás hatására. De a leggyorsabb növekvés 1945 után történt, amikor különösen az olajfelhasználás növekedett rendkívül intenzív mértékben. Ennek eredményeként a kénkibocsátás a háború vége és az 1970-es évek eleje között megduplázódott.

•

Manapság a savas esők egyre növekvő problémát jelentenek Ázsiában. A becslések szerint ha a mostani trend folytatódik, a kéndioxid kibocsátás az 1990. évi szinthez képest 2010-ig meg fog háromszorozódni. Fontos feladat Ázsiában is a savas eső okozta károk enyhítése, s a jövőbeni még nagyobb károk elkerülése. Ez akkora befektetést kíván a szennyezés ellenőrzésébe, mint amekkora összeget az elmúlt 20 év során Európában és ÉszakAmerikában kárenyhítésre fordítottak.

A világ legnagyobb antropogén SO2 és NOx kibocsátását adó területei és országai (a teljes kibocsátás százalékában)

• A kibocsátás Földünk néhány területére koncentrálódik. • Az SO2-emissziókban Kelet-Ázsia dominál, elsősorban a nagy mennyiségű szén – erőművekben, áramtermelés céljából történő – elégetése miatt. • Az USA-ból származik a legnagyobb NOx-emisszió, amelynek fő forrása a közlekedés.

Szabályozások a kibocsátásban •

A fáradozásoknak köszönhetően, a SO2 és NOx kibocsátás kezd csökkeni, legalábbis néhány országban. A kénkibocsátás Európában 1990 és 1998 között 44 %-kal csökkent. A nitrogén-oxidok emissziója 21 %-kal csökkent ugyanebben a periódusban, míg az ammónia (NH3) kibocsátás mintegy 15 %-kal mérséklődött. Az USA és Kanada 28 %-os SO2 kibocsátás csökkenést hajtott végre 1980 és 1995 között. Angliában a kénkibocsátás 32 %-kal csökkent az 1979 és 1993 közötti időszakban. Spanyolországban néhány erőmű a saját magas kéntartalmú lignitjét import szénre cserélte, ami hatodrészére csökkentette a kénkibocsátást. Csehországban az ipari technológiák megújításával a teljes SO2 emisszió az 1989-2000 közötti időszakban mintegy 55 %-kal csökkent; Lengyelországban pedig 1992-2000 között a csökkenés elérte a 46 %-ot.

A savas esők hatása a természetes környezetre • A savas esők a környezet minden elemét (a felszíni vizeket, a talajvizet, a talajt és a növényzetet) egyaránt károsítják. Károsítják a táplálékláncot és veszélyeztetik a biodiverzitást. Pusztítják környezetünket. A vizek savassága •

Ha a savas eső belekerül a folyókba, vagy a tavakba, csökkenti a víz pH-ját, ami igen veszélyes, pl. a halak számára. Amikor a víz pH-ja 5,5 alá csökken, akkor a halak elpusztulnak, vagy nagyon betegekké válnak. Az 1950-es évek végén felfedezték, hogy a halak eltűnnek Dél-Skandinávia tavaiból és vízi útjaiból.

Svédország különböző részein a savas tavak teljes száma, %, 1990. A helyzet azóta keveset változott.

Ma kb. 14.000 svéd tó érintett a savasodásban, melynek következtében széles skálán károsodik a növény- és az állatvilág. A károk Skandinávia nagy részét érintik, de előfordulnak az Egyesült Királyságban és az Alpokban is. Skandináviában a tavak és folyók különösen érzékenyek a savasodásra, mivel kristályos kőzeteken találhatóak, melyek szintén savasak. Emiatt a savas esők növelik a természetes savasságot, ami más területekhez képest már eleve magasabb. A savas esők okozzák a talajvíz savasodását is. Ez aztán hatással van az emberekre és a növényekre. Egy másik térség, mely szintén erősen érzékeny a víz savasodására, az Észak-Amerika. Kanadában 1981 óta 202 tavon végeznek méréseket Ontarió, Quebec és az Atlanti-óceán környéki tartományokban. 1994-ben a tavak 33 %-ának csökkent a savasodása, míg további 11 %-uk helyzete rosszabbodott. A fennmaradó 56 %-ban a savassági szintek nem változtak.

Az európai SO2 és NOx kibocsátás fokozatosan csökken. Az 1990-es években évi 1-6 %-os kéntartalom csökkenés volt megfigyelhető számos nyugat- és észak-európai tóban és vízfolyásban. Ezáltal több helyen a vizek regenerálódtak, míg másutt ez a hatás várható a közeljövőben. A regenerálódás úgy értendő, hogy e tavak és vízfolyások pH-értéke visszatért az iparosodás előtti savassági szintre, illetve más tényezők, amelyek ellensúlyozzák a savasodást, szintén ezen a szinten vannak. Nagy-Britannia volt az egyetlen régió, ahol nem figyelték meg a szulfát koncentráció csökkenését. A csökkentett emisszió nem jelenti azonnal a vízfolyások, tavak és folyók minőségének javulását. Pl. Maine-ben (USA) néhány felszíni víz az 1990-es években folyamatosan savasodott, pedig a csapadékvíz kénsavtartalma csökkent. Több tényező járult hozzá a vizsgált tavak folytatódó savasodásához: változás az éghajlatban, a nitrogén összetevők növekvő szintje a csapadékban, pl. a salétromsavé, továbbá a vízgyűjtő terület sav-semlegesítő képességének a csökkenése.

Talajok Amikor a talaj savassá válik, az alapvető ásványok [a kalcium (Ca) és a magnézium (Mg)] kioldódnak, mielőtt a fák és más növények a növekedésükhöz fel tudnák használni. Ez a jelenség csökkenti a talajok termékenységét. Továbbá a nagyon veszélyes és mérgező anyagokat [pl. az alumínium (Al)] kioldja és ezek felhalmozódnak a talajban, ami a talajok degradációjához vezet. Alumínium bőségesen található a talajokban ártalmatlan szerves formában. Ha viszont kioldódik, akkor a szerves formája átalakul szervetlen alumíniummá, ami mérgező az élő szervezetekre. Az alumínium az alumínium szilikátokból oldódik ki, amikor a víz pH-ja eléri a 4,0-es értéket. Károsítja a hajszálgyökereket és csökkenti a foszfor és más tápanyagok felvételét. A fának csökken az ellenálló képessége, majd később tápanyaghiányban, valamint az ellenálló képesség lecsökkenése miatt elpusztul. A kutatók szerint a talajban lévő tápanyagok elvesztése, továbbá a mérgező alumínium mennyiségének növekedése révén károsítják a savas esők a fákat. Ilyen kémiai anyagok kimosódhatnak a lefolyás során is, és elszállítódhatnak a vízfolyásokba, folyókba, illetve tavakba.

Nem minden talaj egyformán érzékeny a savas eső hatásaira. A leginkább veszélyeztetett talaj az, ami savas sziklán alakult ki, azaz gránit és más magas szilícium tartalmú glaciális területen lévő alapkőzeten (gránit, bizonyos gneiszek, kvarcit és kvarctartalmú homokkő), vagy vastag rétegben felhalmozott szilíciumtartalmú homokon (ilyen pl. a dán és a holland homoksíkság), vagy öreg és mállott talajon keletkezett. A mészben gazdag talajok sokkal ellenállóbbak a savasodásnak. Valóban, a mész a legjobb eddig ismert puffer, s következésképpen a gazdák és az erdészek mindinkább használják. A talajok kevésbé érzékenyek a savas esőre, mint a felszíni vizek, mert nagyobb a pufferkapacitásuk.

A pH-szintek változása a humuszos rétegben, Svédország 1963

Ez azt jelenti, hogy a talaj semlegesítheti részben vagy egészben a savas esővíz savanyító hatását. Ez elsősorban az alul elhelyezkedő alapkőzettől függ, valamint az ember talajhasználatától és -kezelésétől. A talajok pufferkapacitásának különbözősége egy fontos ok, amiért sok terület savas eső után nagy károkat mutat, míg más területek jóllehet kb. ugyanannyi savas esőt kapnak, de rajtuk a károsodás nem jelenik meg. Sajnos, a pufferkapacitás kimeríthető ha a talaj folyamatos savas esőnek van kitéve. Svédországban az ország legnagyobb részén a talajok a skandináv prekambriumi alapkőzet lassan málló ásványi anyagaiból képződtek. Ez azt jelenti, hogy a kritikus savas terhelés (az a maximális savas terhelés, amelyet a talaj még képes semlegesíteni) alacsony. Svédország – más szavakkal – sokkal érzékenyebb a savasodásra, mint más országok. Még egy közepes savas utánpótlás is elegendő a talajok elsavasításához.

Az erdőtalajok képessége, hogy ellenálljanak a savasodásnak (pufferkapacitás), függ a talajréteg vastagságától és összetételétől, valamint az erdő alatt lévő alapkőzet típusától. Pl. az USA-ban a középnyugati államokban, mint Nebraska és Indiana, olyan talajok vannak, amelyeknek jó a pufferkapacitásuk. Az északkeleti hegyvidéki területeken – mint pl. a new york-i Adirondack és a Catskill-hegység – alacsony pufferkapacitású, vékony talajréteg található.

A növényzet A savas csapadék nagyon káros a növényzetre. Általában nem pusztítja el közvetlenül a fákat. Inkább sokkal valószínűbb az, hogy a fák legyöngülnek, mert a levelek tápanyagot veszítenek, korlátozott a talajból hozzáférhető tápanyagok mennyisége, vagy pedig a talajból lassan távozó mérgező anyagok teszik tönkre a fákat.

A savak károsítják a levelek és a tűlevelek felszínét (gyorsítják a levél viaszrétegének pusztulását), ezáltal erőteljes párolgást okoznak, és meggátolják a fotoszintézist. A tápanyagok levélen keresztül történő kimosása is lehetséges. Ammónia és nitrogén érkezhet a levélre, száraz vagy nedves ülepedéssel, melyek átjuthatnak a levél felszínén lévő félig áteresztő hártyán.

A savas esők komoly károkat okozhatnak a fákon. Elpusztult erdő a nyugatkarkonoszei térségben (Szudétahegység) a lengyel-cseh határon.

Ezután azok a levélsejt részévé válnak. Kémiai kölcsönhatás játszódik le a levelekben, s a kálium, kalcium, magnézium és a kén átszűrődik és lemosódik a levél felszínéről. Emiatt a fák még érzékenyebbé válnak az éghajlati jelenségekre, paraméterekre és egyéb tényezőkre (pl. aszály, erős szél, alacsony hőmérséklet, rovarok, stb.). A savas esőknek róható fel az avar csökkenő arányú elbomlása, valamint a hasznos mikroorganizmusok (melyek szimbiózisban élnek a fa gyökereivel) elpusztulása.

A talajlakó szervezetek (ideértve a baktériumokat is) lélegzési sebessége lecsökken a savas eső hatására. A fák sérülése, illetve pusztulása számos esetben a savas esők következménye, ami kombinálódhat egy vagy több további, a fát veszélyeztető jelenséggel. Savas esők által károsított erdőket találhatunk Európa szerte, és az USA keleti részének számos régiójában. Az előző, s a jelen képek a „Fekete Háromszög”-ben pusztuló erdőket mutatja be. A fák gyökere és lombozata fizikailag károsodik, csökken a növényborítottság, a elhal lombkorona, csökken a fa növekedési sebessége s végül az egész fa elhal. Azonban a fák akkor is károsodhatnak, ha a talajnak jó a pufferkapacitása.

A hegyi erdők ki vannak téve a savas felhőknek, ködnek és esőnek. Elhalt erdő a nyugat-karkonoszei területen (Szudéták).

Magashegységi területek erdei gyakran nagy mennyiségű savnak vannak kitéve, szemben más erdőkkel, mert gyakran érintkeznek savas felhőkkel és köddel, melyek sokkal savasabbak, mint az eső. A kutatók úgy vélik, hogy amikor a levelek gyakran vannak kitéve ennek a savas ködnek, az alapvető tápanyagok a leveleket elhagyják. Ez a veszteség a fákat még fogékonyabbá teszi más környezeti ártalmak, mint pl. a téli hideg időjárás által okozott károkra. A savas esőknek az erdőkárokhoz való hozzájárulásukat nehéz elkülöníteni más stressz helyzetektől, mint pl. az aszály, tűzesetek és a rovarok, amelyek az erdő egészségére jelentős hatással vannak. Emiatt a légszennyezettség erdőkárosító hatása vitatott, különösen ÉszakAmerikában. Jelenleg a több, mint 30 európai országban a fák 25 %-a károsodottnak tekinthető (a fák a levelük több, mint 25 %-át elvesztették). Hasonló hatás figyelhető meg Kínában, Brazíliában, Chilében és Mexikóban, valamint a dél-kaliforniai Szent Bernardino hegyekben. Az elmúlt 20 évben a károk tovább növekedtek, és bár nehéz azonosítani a végleges okot, a vizsgálatban résztvevő országok közel felében a légszennyezettséget nevezték meg, mint kiváltó okot. A kötött talajok savasodását is megemlítették, mint az erdőkárok egyik lehetséges okát (különösen a tűlevelűek veszítik el leveleiket), mely jelenséget 1980 óta kezdték megfigyelni Svédország déli részein.

Tápláléklánc és a biodiverzitás A savasodás folyamata kioldja azokat az anyagokat, amelyek károsak lehetnek a talajban lévő mikroorganizmusokra, amik az elhalt szerves anyagok lebontásáért felelnek. Ugyanígy, a savasodás káros lehet a tápláléklánc felsőbb szintjein álló madarakra, emlősökre, s az emberre is. Az egyes fajok érzékenysége a légszennyezettségre és a savasodásra változó. A legérzékenyebb csoport a halak, zuzmók, moszatok, bizonyos gombák és a kis vízi szervezetek. A savas esők megzavarják a kén és a nitrogén természetes körforgását. Néhány faj teljesen kihalhat (ami a biodiverzitás csökkenését jelenti), mivel már nem tudnak a savasabb környezethez hozzászokni. A fő probléma az, hogy a savas esők folyamatosan rontják az ökoszisztémák életfeltételeit és a káros anyagok felhalmozódását idézik elő a vizekben és a talajokban. Dél-Svédország talajainak erős savasodása már alapvető változásokat hozott pl. a gombák fajösszetételében. Ugyanazon a területen a zuzmók és a moszatok fajtagazdagsága csökkent, habár ez inkább a savas csapadék direkt hatásának tulajdonítható, mintsem a talaj növekvő savasságának.

Halak

A savas esők hatása a halakra

Először azt hitték, hogy a halak pusztulását maguk a savak okozzák, viszont a kutatások azt mutatják, hogy a talajokból kioldódó magas alumíniumtartalom volt a valódi oka a pusztulásuknak. Az alumínium (Al) erősen mérgező lehet a halakra olyan pH szinteken, amelyek emberre még nem tekinthetők mérgezőnek. Az alumínium két módon pusztítja a halakat. Az első: képes csökkenteni a kopoltyún keresztül történő ioncserét, s következésképpen sócsökkenést okoz. Az édesvízi halaknál az ozmotikus szabályozás (a só és az ásványok közötti az egyensúlyi állapot fenntartásának képessége a szövetekben) alapvető feltétele az életben maradáshoz.

Az alumínium is kiválik a kopoltyún és kölcsönhatásba lép az oxigénnel,. Így a hal a szó szoros értelmében megfullad. Másodsorban a halak nyálkát választanak ki, hogy leküzdjék az alumíniumot a kopoltyújukról. Ez a nyálka eltorlaszolja a kopoltyút, olyannyira, hogy az oxigén- és a sószállítást is gátolja. A kutatások azt mutatták, hogy az elpusztult halak vérében alacsony volt a nátrium (Na+) és klorid (Cl-) ionszint. Ez azt jelenti, hogy nem voltak képesek a saját testükben lévő só szabályozására. A hal szöveteiben kialakuló alacsony pH-szint lecsökkenti a sóegyensúlyt. Sok halban a kalciumszint – a pH-szint változása miatt – nem tartható. Ez szaporodási problémákat okoz: az ikrák túl törékenyek, vagy gyengék lesznek. A kalcium hiánya pedig gyenge gerincet eredményez és deformálja a csontokat.

Más vízi szervezetek Más vízi szervezetekre is hatással van a savas víz. Az alacsony pHszint gyakran lecsökkenti a békák, szalamandrák növekedését. Azonban néhány savnak ellenálló faj, mint a tarajos gőte (Triturus vulgaris) el tudja viselni a savasodást és birtokba veheti a varangy és a béka üregeit. A savas esők nemcsak fajokat pusztítanak ki, hanem megváltoztatják és csökkentik a tápláléklánc magasabb szintjein lévő állatvilág élelemellátását. Pl. a tenger fenéklakó állat- és növényvilágának csökkenése a légy, moszkitó-, muslica-, szúnyog-, és tiszavirág fajok csökkenéséhez vezethet. Ez stresszet okozhat a vízi húsevők között (pl. a rovarevő halak). A ragadozó madarak (pl. a légykapók) megeszik a halakat, s elpusztulnak a magas alumínium koncentráció miatt. A madarak vékonyhéjú tojásokat fognak tojni, és a kicsik ritkán maradnak életben. Általában a legtöbb faj kicsinyei érzékenyebbek, mint az idősebb egyedek. Nem minden faj viseli el ugyanazt a mennyiségű savat. Pl. a békák viszonylag magasabb savszintet is elviselnek, míg a csigák sokkal érzékenyebbek a pH-szint változásaira.

Savas esőkkel veszélyeztetett területek • A savas esők főleg azokon az iparosodott területeken fordulnak elő, ahol magas az SO2 és az NOx kibocsátás. Azonban a szél általi szállítódás miatt a kibocsátás helyétől több ezer km távolságban lévő területeket is érinthetik.

Nagytávolságú szállítás A savas esők problémája nem új dolog (lásd: a savas esők keletkezéséről szóló részt), de a jellege változhat egy városi helyi problémától egészen a nemzetközi problémáig. A 13. században savas esőket főleg a városokban észleltek. Az 1950-es évek óta a magas kémények használata nagy területen szórja szét a légszennyezettséget, ugyanakkor javítja a városok levegőminőségét. Az emberek hamar rájöttek, hogy a légszenynyezettség a légkör magasabb rétegeibe eljutva messzire elkerülhet a forrástól, néha más országok felett az alacsonyabb rétegekbe jutva kihullik, mint savas eső.

Európában a 600 legnagyobb SO2 kibocsátó eloszlása. A lista elején két nagy bulgáriai széntüzelésű erőmű van. Összesen közel 600.000 tonna kéndioxidot bocsátanak ki évente – ugyanannyit, mint a következő országok együttesen: Ausztria, Belgium, Dánia, Finnország, Hollandia, Norvégia és Svédország.

A savasodás problémája nem ismer határokat. A savas esőt okozó szennyezőanyagok több száz kilométerre a forrástól olyan a területen is előidézhetnek savas esőt, ahol nincsenek erőművek, autók, és egyáltalán semmilyen ipar. Pl. Svédországban és Norvégiában a savas ülepedés 90 %-a más országokból származik, elsődlegesen az Egyesült Királyságból, Németországból és Lengyelországból, továbbá a nemzetközi hajózásból.

Veszélyeztetett területek Azok a területek a leginkább veszélyeztetettek savas esőkkel, ahol savanyú kőzet található a felszínen, ahol sok a csapadék, s ahol sok SO2 és NOx emisszió forrás van és számottevő a kibocsátás. Az elmúlt évtizedekben az elektromos áram iránti növekvő igény és a gépjárművek számának emelkedése azt jelzi, hogy az antropogén forrásokból származó, és savasodást okozó szennyezőanyagok kibocsátása jelentősen növekszik, különösen 1950 óta (lásd: részletesebben a természetes SO2 és NOx kibocsátásnál).

Európa A leginkább Közép- és Észak-Európa veszélyeztetett. A szennyező források földrajzi eloszlása nem egyenletes; azok az ipari területekre koncentrálódnak. Ennek eredményeként a csapadék általában savas ezen területeken, 4,1 és 5,1 közötti pH-értékekkel.

1993-ban a savas eső kockázata Európában. (Vörös szín a nagy, okker a közepes és citromsárga az alacsony kockázat.)

Az előző és a jelen képek ábráit összehasonlítva azt láthatjuk, hogy a skandináv országok savas esőkkel veszélyeztetettek, még akkor is ha ott nincsen nagy SO2 kibocsátó forrás. Sajnos, a savas szennyezőket a szél odaszállítja, és savanyú kőzetek dominálnak a területen, ami a természetes megnöveli a savasodást, és lecsökkenti a környezet ellenálló képességét a savas szennyezéssel szemben.

Skandináviában a csapadék savassága és szennyezőanyag tartalma Dél-Svédországban a legnagyobb, s ahogy észak felé haladunk, úgy csökken. A savas anyagok kiülepedése azonban nemcsak a csapadék savasságától, hanem mennyiségétől is függ. Következésképpen a legnagyobb savas kiülepedés Svédországban a csapadékban gazdag délnyugati területeken található.

1996-ban a teljes kén- (bal térkép) és nitrogén- (jobb térkép) kiülepedés Svédországban (száraz és nedves ülepedés együtt), mg⋅m-2⋅év-1

Észak-Amerika A legveszélyeztetettebbek az erősen városiasodott és ipari területek KeletKanadában és az USA északkeleti részén. Az USAban a kén-dioxid források Ohioban, Indianában és Illionis-ban koncentrálódnak. Az uralkodó szelek ÚjAngliába és Kanadába szállítják őket. Az előző, a jelen, s a következő képek ábráin azok a területek láthatók, ahol a savas anyagok kiülepedése a legnagyobb.

Szulfát-ion nedves kiülepedése, kg⋅ha-1, USA, 2002

Nitrát-ion nedves kiülepedése, kg⋅ha-1, USA, 2002

A savas esők következtében csökken az atlanti lazacok száma Új-Skóciában és Maineben, valamint csökken a halsűrűség ÉszaknyugatPennsylvániában. A New York állambeli Adirondack régióban a tavak 41 %-a tartósan, vagy rövidebb ideig savas. Kanadában a savas esők nagy mennyiségű hal és vízi közösség pusztulását idézték elő több, mint 30.000 érzékeny tóban Ontarió és Quebec tartományokban.

Ázsia A savas esők az egyik fő természeti probléma a fejlődő világban, különösen Ázsiában és a csendes-óceáni területeken, ahol az energia felhasználás gyorsan nő és a kéntartalmú szén és olaj (a savas emissziók elsődleges forrásai) felhasználása is igen magas. Kína és India az 1970-es évek közepén vált veszélyeztetetté, amikor az ipari fejlődés a legintenzívebb volt. Becslések szerint 1990-ben 34 millió tonna SO2-t bocsátottak ki az ázsiai régióban, 40 %-kal többet, mint Észak-Amerikában. A savas kiülepedés mértéke különösen olyan területeken volt magas, mint Délkelet-Kína, Északkelet-India, Thaiföld és Dél-Korea, melyek közel vannak városi és ipari területekhez, illetve olyan régiókban, ahol az uralkodó légáramlás az adott területek fölé szállítja a légszennyezettséget. A savas eső már a mezőgazdaságban is érezteti hatását. Indiában a kutatók megfigyelték, hogy az olyan erőmű közelében termesztett búza, ahol az SO2 kiülepedése majdnem ötször nagyobb, mint a kritikus szint (lásd az alábbi részben), 49 %-kal kevesebb termést adott, mint a 22 kmrel távolabbi búza. egy tanulmány a délnyugat-kínai Guizhou és Sichuan tartományokban kimutatta, hogy a savas esők a mezőgazdasági területek több mint kétharmadát érintik, s a területek 16 %-án fellépett valamilyen mértékű kár. Más ökoszisztémák is károsodnak. Egy tanulmány szerint, a savas esővel érintett fenyő és tölgy állományok növekedési sebessége jelentősen lecsökkent 1970 óta a Koreai Köztársaságban, mind vidéken mind a városokban. A savas esők káros hatásait Brazíliában és Venezuelában is megfigyelték.

Nyolc térkép hurokfilmje mutatja az időbeli fejlődést (1960 - 2010) a kén 5 %-os maximális kritikus szintje túllépésének irányába („savas kritikus szint"). A fehér területeken nincs túllépés, illetve azok adathiányosak. A piros színnel jelölt területeken a kén kiülepedés magasabb volt, mint a környezet számára megengedhető és elfogadható; ezeken a területeken volt a savasodás hatása a legnagyobb.

Kritikus terhelés az a maximális szennyezőanyag mennyiség, amit az ökoszisztéma még károsodás nélkül képes elviselni; azaz a mennyiség, ami a legérzékenyebb ökológiai rendszerekben sem okoz olyan kémiai változásokat, amelyek hosszú távú káros hatásokhoz vezetnének. Ahhoz, hogy a kritikus szint értékét megkaphassuk, ki kell választani egy ökoszisztémát, s ki kell jelölni egy megfelelő indikátor fajt, ami az ökoszisztémát jellemzi. A vegyi határt gyakran úgy definiálják, mint az a koncentráció, amelynek bekövetkeztekor az indikátor faj el fog pusztulni. Az erdőkben a fák az indikátorok, az édesvizekben pedig a halak.

Ahhoz, hogy a kritikus szintet használni tudjuk, célzott terhelés meghatározása szükséges a különböző területekre azért, hogy ellenőrizhessük és megállíthassuk a savasodás folyamatát. A célzott terhelést úgy definiálhatjuk, mint „politikai hozzájárulással engedélyezett szennyezőanyag terhelés". Ennek következtében a célterhelés magasabb és alacsonyabb is lehet a kritikus értékeknél. Pl. a célterhelés alacsonyabb lehet, azon célból, hogy egy biztonsági határt adjon, de pl. gazdasági okokból lehet magasabb is. Az eltérő célterhelések mögött az rejlik, hogy a kritikus szintek csak azt mutatják, hogy hol van savasodási probléma és hogy milyen mértékű károk fordulnak elő. A célzott terhelést azért használják, hogy a kibocsátást lehessen csökkenteni úgy, hogy a kitűzött célt elérjük, s a maximális megengedett kárösszeget ne lépjük túl. 1990-ben Európában kb. 93 millió hektár természetes környezetet érintett a savas kiülepedés, ami meghaladja a természet kompenzáló képességét, azaz a kritikus terhelést. Ahhoz, hogy elérhessük a kívánt értékeket, szükséges, hogy csökkentsük Európában a savas szennyezést, mégpedig az 1990-es szint 80-90 %-ára.

Kiegészítő ismeretek

Városok éghajlata A város – a beépítettség jellemzőinek és az épületek sűrűségének következményeként – módosítja a helyi klímát. Az épületek anyaga, az útburkolat, stb. szintén fontos szerepet játszanak. Mindezek a tényezők megváltoztatják a város sugárzási, hő- és vízmérlegét. A városi bioklíma kutatásának tárgya az, hogy a városklíma milyen hatást gyakorol az élő szervezetekre, elsősorban az emberre.

A városi területeken a légszennyezettségnek nagy jelentősége van az emberek egészségére. Az energiatermelés, ipar és a közlekedés különféle légszennyező anyagokat termel. Pl. a savas esők, melyet kénés nitrogén-oxidok okoznak, nemcsak a talajpusztulást és a tavak savasodását idézik elő, hanem gazdasági károkkal is járnak, mivel a szabadban használt fémek gyorsabb korrodálódnak. A savas eső az épületekre is hatással van, különösen azokra, melyek mészkőből, márványból, stb. épültek. Számos kísérlet történt arra vonatkozóan, hogy miként csökkentsük a légszennyezést. A veszélyeztetett régiókban légszennyezettségi monitoring rendszereket állítottak fel. A nemzetközi együttműködés számos egyezményhez, megállapodáshoz vezetett, amelyek segítenek a levegőminőséget globális skálán javítani.

1. Az emberi tevékenységnek okozta légszennyezés • • • •

Energiatermelés és szállítás Ipar és a gazdaság más ágazatai A légszennyezés hatásai (kitekintés) A légszennyezés csökkentése

2. Városok éghajlata • • • •

Sugárzási egyenleg Hőegyenleg Vízegyenleg Városi bioklíma

3. A savas eső • • •

A savas esők oka A savas esők hatása az emberi egészségre és a gazdaságra Mit tehetünk a savas esők ellen?

1. Fejezet: Az emberi tevékenység okozta légszennyezés Az ipar a városokban koncentrálódik, így az energiatermelés és a szállítás is. Ezek a gazdasági ágazatok a légszennyezés fő forrásai, mivel a különböző gázokat, részecskéket és a port a légkörbe juttatják. Mindegyik iparág – az adott technológiai folyamatra jellemző – valamilyen légszennyező anyagot állít elő, azonban az energiatermelés és a szállítás a szerves üzemanyagok elégetésén alapszik. Ezen gazdasági ágak átfogó hatást gyakorolnak az emberi egészségre, a természetes környezetre, s az éghajlatra.

Mindezidáig számos kísérlet történt a légszennyezés csökkentésére. Napjainkban a fenntartható fejlődés a széles körben elfogadott stratégia. Azzal a feltételezéssel él, hogy a gazdasági növekedés tartós lehet és kiegyensúlyozott, úgy is, hogy kielégítse a társadalom szükségleteit, a természetes környezet pusztítása nélkül. E fejezetben bemutatjuk a légszennyezés csökkentése érdekében használt új technológiákat, s népszerűsítjük az újrahasznosítást. A veszélyeztetett területeken légszennyezettség monitoring rendszert építenek ki. A nemzetközi egyezmények segítenek a helyzet javításában, elsősorban globális skálán.

Az üzemanyagok elégetése az energiatermelésben és a szállításban • Az energiatermelés és a szállítás számos anyag emisszióját okozza a szén, gáz, olaj és különféle üzemanyagok elégetése révén. Minden üzemanyag elégetésekor szennyezőanyagok kerülnek a légkörbe.

•

Az elektromos áramot világszerte elsősorban az olaj, a szén és a földgáz elégetéséből nyerjük. Ezeket a folyamatokat – a felhasznált anyagtól függően – nagy mennyiségű, különféle légszennyező anyag kibocsátása kíséri. A földgáz meglehetősen tiszta üzemanyag, a gázolaj (az egyik üzemanyagtípus) szén-dioxid, kéndioxid (SO2) és nitrogén-oxid (NOx) kibocsátással jár, de a szén elégetése a legsúlyosabb emisszió forrása, ugyanis gáz és por kibocsátásával is jár. A kibocsátott gázok SO2, NOx, CO, CO2, és a por nehézfémeket (ólom, cink, kadmium) tartalmaz. A szerves üzemanyagok elégetése révén 1998-ban egész Európában kb. 5.670.000 ezer tonna CO2 került a légkörbe. A szerves üzemanyagok közül a szénnek a legmagasabb a kéntartalma, de az jelentősen változik a szén típusától függően. Az energiatermelésből származó kénkibocsátás számottevően hozzájárul a savas esőkhöz (lásd: a „A savas esők eredete" c. fejezet).

Energiatermelés és légszennyezés. Fenn: szénerőmű - hűtőtornyok (balra) és az erőmű komplexum (jobbra). Lent: atomerőmű (balra) és vízerőmű (jobbra).

Néhány országban az elektromos áramot döntő hányadban szerves üzemanyagoktól eltérő forrásból nyerik, ami jelentősen javítja a levegőminőséget, mind regionális, mind globális skálán. Pl. Franciaországban az elektromos áram mintegy 65 %-a atomerőművekből származik, Norvégiában pedig az energia több mint 90 %-át vízerőművek szolgáltatják.

Városi közlekedés és a légszennyezés

A szállításnak jelentős szerepet játszik a globális légszennyezésben; sőt, a legfejlettebb országokban még az ipar részesedését is túllépi. Globális skálán az autók minden évben mintegy 300 millió tonna mérgező gázt bocsátanak ki a légkörbe. A benzinszármazékú üzemanyagokkal működő autók motorjából olyan gázok kerülnek ki, melyek CO-t, NOx-t, szénhidrogéneket, SO2-t és szilárd részecskéket tartalmaznak. Ha a motor gázolajjal működik (Diesel-motor), kevesebb toxikus gázt bocsát ki (pl. 20-szor kevesebb CO-t, 8-szor kevesebb szénhidrogént), de több kormot.

A közlekedési szektor növekedése Delhiben, India

Európában és Észak-Amerikában a légköri NOx mennyiségének csak 10 %-a származik természetes forrásból; a fennmaradó 90 %-ot elsősorban a szerves üzemanyagok magas hőmérsékleten történő égése szolgáltatja, pl. az autók motorjai(1.200-1.800 °C). A szállítás nagy mennyiségű ólmot juttatott a légkörbe, különösen 1940-1960 között, amikor az üzemanyagokat ólomadalékkal látták el, hogy javítsák az égést a motorban. Később vezették be az ólmozatlan üzemanyagot, először az USA-ban, majd ez fokozatosan elterjedve kiváltotta az ólmozott üzemanyagokat. Az 1970-es években egy buszmotor 1 óra alatt kb. 1000 m3 gázt termelt, ami 3,5 g ólmot tartalmazott (3.500 µg⋅m-3). Hogy összehasonlíthassuk: ma az EU-ban a megengedett szint 5 µg⋅m-3 a levegőben (nem a kipufogógázban!) 30 perc átlagában. Azonban, különösen a fejlett országokban ólommentes benzint használnak, s ennek következtében a szállítmányozási szektor ólomkibocsátása jelentősen csökkent. Az ólom és más nehézfém hatásai az embereken csak meglehetősen hosszú idő után láthatóak, mivel azok felhalmozódnak az emberi testben és csak fokozatosan jelentkezik a hatásuk.

Az EU-ban az ólmot tartalmazó benzin forgalmazása 2000 óta tilos. Továbbá a gázolajjal működő motorok nem bocsátanak ki ólmot. A közlekedésből származó por nemcsak az üzemanyagok égetéséből származik, hanem az utak felszínének és az autók gumijainak darabjaiból is. Ma már a legtöbb autó katalizátorral van felszerelve, ami jelentősen csökkenti a kibocsátott szennyezőanyagok mennyiségét. Másrészt az autók száma még növekszik, ami tovább növeli az emissziók szerepét. Delhi példája azt mutatja (lásd: a mellékelt ábra), hogy a népességnövekedést miként kíséri az autók számának növekedése. Az ábrán láthatjuk, hogy Delhiben a fő szennyezőanyagok a szállításból (NO2), és nem az energiatermelésből (SO2) származnak. Továbbá a katalizátorok nagyon kis méretű nehézfém (pl. platina, palládium és ródium részecske) kibocsátást okoznak, melyek hatása a természetes környezetre még nem ismert. A levegőminőség Delhiben, India

Egy másik fontos légszennyező forrás a közlekedésben a repülés. Egy sugárhajtású repülőgép annyi gázt bocsát ki, mintha 7000 autó működne egyszerre. Ellentétben az autókkal, a repülők a szennyezőanyagot a felső légkörbe is eljuttatják, és még befolyásolják a sztratoszférikus ózon koncentrációját is.

Légi közlekedés és a légszennyezés

2. Fejezet: A városklíma • A városi és a vidéki területeket figyelembe véve, könnyen látható a beérkező napsugárzásban és annak változásaiban mutatkozó különbség, valamint a hő- és a vízegyenleg eltérései.

A városi levegő számos szennyezőanyagot tartalmaz, közöttük szilárd részecskéket is. Az erősen módosított, főleg mesterséges városi felszínnel együtt – annak környezetéhez képest – jelentősen megváltoztatják egy város sugárzási mérlegét. A sugárzási és a hőegyenleg szoros kapcsolatban van egymással. Egy városi terület hőmérlege sokkal összetettebb az épületek mérete miatt. Ily módon egy városi terület hőegyensúlyának tartalmaznia kell a talaj, az utcák, az épületek falai közti hőkicserélődést, valamint a légkörbe kerülő antropogén hőt, ami főleg a szerves üzemanyagok elégetéséből származik. Egy város vízmérlege ugyanazokat az elemeket tartalmazza, mint a környezet vízmérlege, de az arányuk számottevően eltérő. Városi területen a csapadék összege magasabb, mint vidéken. A város éghajlatának lehet káros hatása az emberre, leginkább a légszennyezés és a zaj révén. Különösen a közlekedés okozta légszennyezés káros az emberre. A légszennyező anyagok kibocsátása miatt a városban rosszabbodnak az egészségi feltételek, mivel azok savas esőt okozhatnak és csökkentik a felszínre érkező napsugárzás mennyiségét. A városklíma emberekre gyakorolt káros hatásainak mérsékléséért a városi területeken a parkok és a gyepek arányát célszerű növelni.

A sugárzási mérleg a városban • A Nap hatalmas mennyiségű energiát szállít a Földre. • Hogyan alakul át ez az energia a városban? • A sugárzási egyensúlyban a légszennyezés milyen szerepet játszik? Az éghajlati rendszerben a napsugárzás a fő energiaforrás. A Napból kapott azon sugárzási energia mennyiségét, amely a légkör külső határán, közepes Nap - Föld távolság esetén a sugárzásra merőleges egységnyi felületre időegység alatt érkezik, napállandónak nevezzük. A napállandó éves menetének csekély változása a Föld Nap körüli keringésétől függ, amit a Nap és a Föld közötti távolság változása okoz. Értéke 1365 és 1372 W⋅m-2 között változik, mivel a Nap kisugárzása is változik. Azonban a földfelszín a napsugárzásnak csak egy részét kapja meg, mivel az gyengül a légkörben az abszorpció és szóródás révén.

A városi légkörben számos, szilárd részecskét tartalmazó szennyezőanyag található. Az erősen módosított, elsősorban mesterséges városi felszínnel együtt, ez a két tényező jelentősen megváltoztatja a sugárzási egyenleget a városban, a vidéki területhez képest. A sugárzási egyenleg (nettó sugárzás) egységnyi városi felszín fölött a következő képlettel fejezhető ki: Q = (1- A) (I · sin h + i) + (Ez - Ea) ahol: Q = nettó sugárzás (sugárzási egyenlegnek is nevezzük); A = albedó (tizedekben kifejezve pl. 0,7; nem 70 %); (1 - A) = a felszín által elnyelt rövidhullámú sugárzás; (I · sin h) = a vízszintes felszínt elérő direkt napsugárzás intenzitása; h = napmagasság; i = a diffúz napsugárzás intenzitása;

Ez = a Föld hosszúhullámú kisugárzása (a felszín által a légkörbe sugárzott hő); a légkör az Ez mintegy 96 %-t elnyeli, csak egy kis része jut ki az űrbe, ez azonban függ a levegő üvegházgáz- és nedvességtartalmától; Ea = a légkör hosszúhullámú kisugárzása, melyet visszasugárzásnak is nevezünk (a légkör által, a felszín felé kibocsátott hő); (Ez - Ea) = effektív sugárzásnak is nevezik; a Föld által elveszített hő, azaz az a hőmennyiség, ami a Földtől az űrbe távozik. Az egyenleg értéke Q lehet pozitív (azaz több energia érkezik a felszínre, mint amennyi kilép), vagy negatív (azaz több energiát veszít a felszín, mint amennyit kap).

Albedó (A) a felszínről visszavert sugárzás és a felszínre beérkező rövidhullámú sugárzás hányadosa. Ezt egy város elsősorban a nagyon különböző városi felszín jellemzői révén módosítja. Függ a felszín anyagától, színétől és nedvességtartalmától, de a hóborítottság időtartamától is. Az épület anyagainak jellemzően alacsony az albedója, összehasonlítva néhány természetes anyaggal és felszínnel, pl. az aszfalt albedója 5-20 %, a betoné 10-35 %, a kőé 20-35 %, a cseréptetőé 10-35 %; ugyanakkor a friss hóé 75-95 %-ot is elérhet. Azonban néhány természetes felszínnek is lehet alacsony albedója, pl. a csernozjomé (fekete talajként is ismert) 5-10 %, a lombhullató erdőé 15-20 %. A víz albedója a sugárzás beesési szögétől függően változik az egészen csekély értéktől 90 %-ig (lásd: a táblázatot). Ennek következtében a városban az elnyelt sugárzás összege kb. 15-30 %-kal magasabb, mint a vidéki területeken. Sőt, a különféle mesterséges felszínek mozaikos elrendezésűek és nagy térbeli változékonyságú albedót hoznak létre, ami jelentősen befolyásolja a városban a levegő hőmérsékletét.

Azonos napi inklináció, de eltérő felszínek esetében a napsugárzás visszaverődésének és abszorpciójának egy egyszerűsített modellje

Az albedó és a Nap inklinációja közötti kapcsolat ugyanazon felszín fölött. A vizet példaként hoztuk fel. Figyelem: különböző felszínek esetében a kapcsolat különböző lehet.

Nap 1° 5° 10° 20° 30° 40° 50° inklinációja víz albedója 89.6 58.6 35.0 13.6 6.2 3.5 2.5 (%) A globálsugárzás (a direkt és a diffúz sugárzás összege) mennyisége a városban a légszennyezettség és a növekvő felhőzet miatt 10-20 %-kal csökkenhet a környezethez képest. A direkt sugárzás azonban – a vidéki területtel összevetve – akár 50 %kal is mérséklődhet. Ez azt jelenti, hogy a beérkező UV sugárzás mennyisége is csökken; ez a biológiailag aktív sugárzás, ami a légegészségügyi feltételeket javítja, pl. megöli a baktériumokat, melyek különböző betegségeket okozhatnak. A légszennyező anyagok aeroszolokat képeznek, amik elnyelik a Föld hosszúhullámú kisugárzását (Ez), s azután visszasugározzák azt (Ea). A fentiekben említett tényezők együttesen okozzák a levegő hőmérsékletének emelkedését a városokban.

A (Napból érkező) rövidhullámú sugárzási áram változásai egy városban, összehasonlítva egy vidéki területtel; pl. „direkt sugárzás -15 %" azt jelenti, hogy egy városban a direkt sugárzás 15 %-kal alacsonyabb, mint a vidéki területeken.

A hosszúhullámú sugárzási áram (azaz infravörös sugárzás) változásai egy városban, összehasonlítva a vidéki területekkel; pl. „a légkörbe történő visszasugárzás +10 %" azt jelenti, hogy a sugárzási áram a városban 10 %-kal nagyobb, mint a vidéki területeken.

Napjainkban Közép-Európában a városi területek sugárzási egyenlegét számottevően módosította a légszennyezettség koncentrációkban bekövetkezett változás, ami gazdasági és politikai okokra vezethető vissza. Az 1990-es években a legtöbb volt kommunista ország gazdasági krízisen esett át, és az ipari termelés csökkenését alacsonyabb szennyezőanyag kibocsátás követte. Továbbá új, alacsony emissziójú technológiákat kezdtek alkalmazni számos gyárban. Ily módon tovább javították a levegő minőségét. Az 1996-1999 közötti időszakban a felhők visszaverő képessége Közép-Európa fölött (az indirekt aeroszol hatásnak következtében) 2,8 %-kal csökkent (az 19851989 közötti periódushoz képest), melynek hatására a sugárzási fluxus kb. 1,5 W⋅m-2-rel növekedett.

3. Fejezet: A savas eső • A savas eső a savas kiülepedés egy fajtája, amely lehet száraz és nedves. A savas eső egészségünket direkt, vagy indirekt módon veszélyezteti. Amikor a savas ködöt belélegezzük, légzőszerveink megsérülhetnek. Amikor savas víz folyik a csapból, az tartalmazhat nehézfémeket, amelyek súlyos betegségeket okozhatnak. •

Mindnyájan tudunk valamit tenni, hogy ellensúlyozzuk a savas esőt. Könnyebb korlátozni az okait, mint semlegesíteni a hatásokat. Ennek következtében először korlátoznunk kell az NOx és az SO2 kibocsátást, pl. az autókból és a gyárakból kikerülő gáznak szűrőkön való átvezetésével. A jobb technológia (pl. a katalitikus átalakítók használata) sokat segíthet. Azonban amikor a savas eső már lehull, amit tenni tudunk mindössze az, hogy semlegesítjük a hatását, itt a meszezés a leginkább elterjedt módszer.

A savas esők eredete • A savas eső a savas ülepedés része. Az ülepedés lehet nedves vagy száraz. A levegőben a savas eső képződését az SO2 és NOx fotokémiai oxidációja idézi elő, de jelentősen befolyásolják azt a jelenlévő más anyagok, beleértve az illékony szerves vegyületeket (VOC).

Vizsgáljuk meg közelebbről a pH-t! A „Mi a savas eső?" c. fejezetben (lásd: az „Alapismeretek” c. fejezet) megmagyaráztuk, hogy mi a pH-skála. A skála szerkesztése azon a tényen nyugszik, hogy a tiszta víz szétbomlik oxónium ionokra (H3O+) és hidroxid ionokra (OH-).

Erre a disszociációra is érvényes a tömegmegmaradás törvénye. A Kw konstanst a víz iontermelésének nevezik, s értéke mindig 10-14. Tehát a törvény bármilyen vizes savra vagy lúgra: pKw = pH + pOH = 14; Tiszta vízben: c(H3O+) = c(OH-) = 10-7 mol⋅l-1 és pKw = 7 + 7 = 14; Ezt a tiszta víz auto-disszociációjának nevezzük.

A savas eső problémájának felfedezése A savas eső jelenségét már a 17. század végén felismerték. 1692-ben Boyle kiadta a „A levegő általános története” című könyvét, ahol ezt a jelenséget úgy írja le, mint „nitrátos vagy sós-kénes szellem”. A „savas eső” kifejezést egy manchesteri kutató, Robert Angus Smith (1817-1884) használta először az 1872-ben megjelent könyvében, melynek címe: „Levegő és eső: a kémiai klimatológia kezdetei ". A savas eső problémáját nagyskálán az 1960-as években fedezték fel. Azt találták, hogy a skandináv tavak savassága növekszik, és ezzel együtt a halpopulációk kipusztulnak. Hasonló folyamatot figyeltek meg ÉszakAmerikában. A savas eső jelensége számos erdőt érintett mind Európában, mind Észak-Amerikában. A hozzá kapcsolódó egyre kiterjedtebb környezeti károkat kivédendő, a tudomány, a politika és a technológia szintjein számos intézkedés történt.

Antropogén kibocsátás, mint a savas eső forrása Az SO2-őn és a NOx-en kívül, amiket a szerves üzemanyagok elégetésével juttatunk a légkörbe, vannak más anyagok is, melyek hozzájárulnak a savas esőkhöz. Ide tartoznak a klorid-ionok, az ammónia és a VOC-k. Amikor a gáz fázisú sósav (HCl) feloldódik az esőcseppekben, a sósav vizes oldatát képezi [HCl (aq)]. A klorid-ionok az óceáni sóból származnak. A VOC-k – melyek a légköri oxidáció révén olyan szerves savakat képeznek mint a hangyasav, ecetsav és oxálsav, és befolyásolják a kén- és salétromsav kémiáját – a városi területeken elsősorban az autókból származnak, de a növények (mint természetes források) e tekintetben globális skálán tízszer jelentősebbek, mint az antropogén VOC-k. A legtöbb ammónia kibocsátás azokból a talajokból történik, amelyeket műtrágyázzák. Az ammónia kettős szerepét az alábbiakban magyarázzuk.

Az ammónia kettős szerepe Az ammónia (NH3) kettős szerepet játszik a savasodásban. Egyrészt nagymértékben semlegesíti a légköri kén-dioxid és nitrogén-dioxid oxidációjával történő savképződést oly módon, hogy szemcsés ammónium-iont képez (NH4+). Az ammónia (NH3) nem sav, hanem egy gyenge bázis. Azonban a légkörben kölcsönhatásba lép az erős savakkal, mint pl. a kénsav vagy a salétromsav, és azután enyhén savas ammónium-sót képez [(NH4)2SO4; NH4NO3]. Ezek már kevésbé illékonyak, részecskét képeznek, és végül a talajra süllyednek, vagy a csapadékkal kimosódnak. Amikor az NH4+ kiülepedik és bekerül a talajba, nitrifikációt okozhat. A légköri savból származó hidrogén-ion (amelyet semlegesített az NH3 a légkörben) a talajban felszabadulhat, ami további savasodást okoz: NH4+ + 2 O2 ⎯→ 2 H+ + NO3- + H2O Ennek eredményeképpen az NH4+ kiülepedése és azt követő nitrifikáció a talajok közvetlen savasodásához vezet.

A savas eső forrásai és hatásai, valamint a savas ülepedés további formái. (Az erőművekből, a közlekedésből, az iparból és a háztartásokból a légkörbe juttatott kén-dioxid és nitrogén-oxidok kénsavvá és salétromsavvá alakulnak, majd száraz ülepedéssel, illetve savas esőkkel, vagy savas havazással a felszínre kerülnek, ahol elpusztítják a növényzetet és kimossák a tápanyagokat a talajból. A savak aktiválják a talaj alumínium-tartalmát, ami egyrészt tovább károsítja a növényzetet, másrészt kipusztítja az életet a tavakból és folyókból.)

Ülepedés Azt folyamatot, ami a kémiai alkotóelemeket a légkörből a földfelszínre viszi, ülepedésnek nevezzük. Ilyen folyamat a csapadékhullás (nedves ülepedés, pl. eső,vagy köd), valamint részecske- és gáz ülepedés (száraz ülepedés). Amikor a savas alkotóelemek kerülnek ki a talajra, akkor azt savas ülepedésnek nevezzük.

Nedves ülepedés Azt a folyamatot, ami a vegyületeket kijuttatja a légkörből és eső, havas eső, hó, illetve a felhő víztartalma és a köd révén kiülepíti a földfelszínre, nedves ülepedésnek nevezzük. A savas eső számos, a légkörben előforduló kémiai reakció eredménye. A gáz emissziók elsősorban a szerves üzemanyagok erőművekben és az ipari tevékenységek során történő elégetése révén kerülnek e levegőbe. A kén-dioxid (SO2), nitrogén-dioxid (NO2) és a nitrogén-monoxid (NO) kölcsönhatásba lép a hidroxil-gyökökkel és az oxigén atomokkal, és savakat képeznek. A savrészecskék igen higroszkóposak (azaz könnyen felszívják a vizet), így tehát kondenzációs magként szolgálnak és növelik a felhőképződést. Végül a savas eső eléri a földfelszínt. A gázok köddel történő kölcsönhatása savas ködöt, savas hót stb. eredményezhet.

Trend a szulfát nedves ülepedésben (kg⋅ha-1) az USA keleti részén, a NADP/NTN Monitoring Data alapján. A bal oldali kép az 1989-1991 közötti adatokat, míg a jobb oldali kép az 1995-1998 közötti értékeket mutatja. Az 1990-es évek elején a szulfát nedves ülepedése a legmagasabb Közép-nyugaton és az USA keleti részén volt, beleértve az Ohio folyó mentét, Nyugat-Pennsylvaniát és az Appalache-hegység középső részét (lásd: 1989-1991).

Az 1995 elejétől kezdődő jelentős kén-dioxid kibocsátás csökkenés eredményeképpen („A savas eső” program 1. fázisa), a teljes kén kiülepedés az esővízzel jelentősen, helyenként 25 %-kal csökkent az USA keleti felének nagy területei fölött, ami példa nélküli a koncentráció mértékét és a térbeli kiterjedést tekintve (lásd: 1995-1998).

Száraz ülepedés Bár a sav okozta káros hatások veszélyével csak csapadékos napokon találkozunk, a savas ülepedés mindig előfordul, még napos időben is. A savas gázok és részecskék kiülepedését a légkörből száraz ülepedésnek nevezzük. Ez akkor játszódik le, amikor az NOx és SO2, valamint ezek oxidációs termékei gáz, aeroszol, vagy száraz részecskeként érik el a talajt. Ezután kölcsönhatásba lépnek a talaj felszínén, talajban lévő vízzel vagy folyókkal, de károsítják a növények leveleit is, az épületek felszínét, stb. A légkörben a savak kb. fele száraz ülepedéssel jut vissza a földfelszínre. A szél ezeket a savas részecskéket és gázokat az épületekbe, autókba, házakba és fákra fújja.

Az esőcseppek, a fák és egyéb tárgyak felszínére száraz ülepedéssel került gázokat és részecskéket lemoshatják. Amikor ez történik, a lefolyó víz ezeket a savas részecskéket még hozzáadja a savas esőhöz, így ez a víz sokkal savasabb lesz, mint egy lehulló esőcsepp. A száraz ülepedés általában a kibocsátó forrás közelében fordul elő, míg a nedves ülepedés a forrásoktól még 1000 km távolságban is megtörténhet. A gyárak magasabb kéményei szennyezőanyagokat bocsáthatnak ki a középső troposzférába, ezáltal lokálisan alacsonyabb szennyezőanyag koncentrációt okoznak a felszín közelében, ugyanakkor nagyobb területet szennyeznek be. Az esővíz savassága általában nagyobb probléma, mint a száraz ülepedésből származó savasság, mivel a savas cseppek olyan kémiai reakciókban vesznek részt, amelyek a nagy távolságú légköri transzport folyamatokban fordulnak elő.

Mára befejeztük, viszontlátásra!