Przyczyny antropogenicznego zanieczyszczenia powietrza

Większość antropogenicznych zanieczyszczeń powietrza dostaje się do atmosfery w wyniku spalania paliw kopalnych w elektrociepłowniach, w produkcji przemysłowej i transporcie. Jednak w krajach rozwiniętych, w miastach to zanieczyszczenia komunikacyjne odgrywają główną rolę.

Źródła antropogenicznego zanieczyszczenia powietrza

Podstawowym procesem, w trakcie którego następuje emisja zanieczyszczeń do powietrza atmosferycznego, jest spalanie paliw kopalnych w elektrowniach, elektrociepłowniach, indywidualnych paleniskach domowych oraz przez transport. Zanieczyszczenia emitowane są także przez przemysł oraz przez rolnictwo (więcej na ten temat w części "Przemysł" - link na dole strony).

1. Kominek.
Paleniska domowe były jednymi z pierwszych antropogenicznych źródeł zanieczyszczenia powietrza
Źródło: www.freefoto.com

U zarania ludzkiej cywilizacji jedynie dymy z ognisk i palenisk domowych były antropogenicznym źródłem zanieczyszczenia powietrza. Jednak znaczenie zanieczyszczenia powietrza stale wzrastało. Już w 1273 r. król Anglii Edward I wydał zakaz używania węgla w Londynie, gdyż powodowało to znaczne pogorszenie jakości powietrza.

W XX wieku dynamiczny rozwój przemysłu i usług doprowadził do dużej koncentracji instytucji i zakładów produkcyjnych na stosunkowo niewielkich obszarach w regionach miejskich i przemysłowych. Do tego dołączył też rozwój motoryzacji i wzrost liczby mieszkańców miast, a więc i liczby budynków w miastach. Ruch samochodowy odgrywa w miastach szczególną rolę, ze względu na duże zagęszczenie ulic i tras komunikacyjnych, w porównaniu z obszarami poza miejskimi. W krajach rozwiniętych, w wielu miastach to właśnie transport jest głównym źródłem zanieczyszczenia powietrza. Wszystko to sprawia, że warunki życia w mieście stają się coraz trudniejsze. Ponadto miejskie zanieczyszczenia powietrza przyczyniają się do wzmożenia efektu cieplarnianego i globalnego ocieplenia (więcej o efekcie cieplarnianym w części "Troposfera").

2. Intensywnie zurbanizowany obszar miasta Meksyk.
Duża koncentracja budynków, instytucji i zakładów przemysłowych w terenach miejskich i przemysłowych jest jedną z przyczyn dużego zanieczyszczenia powietrza.
Źródło: www.arriba-dueren.de

3. Emisja i imisja
Źródło: Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft 1996
Kliknij proszę aby powiększyć rysunek! (75 K)

Emisja i imisja

W terenach miejskich jest wiele źródeł (= emitorów) zanieczyszczenia powietrza, ale emisja zanieczyszczeń ma miejsce także w innych terenach. Szkodliwe gazy i aerozole mogą być przenoszone przez wiatr i transportowane do miejsc nawet bardzo odległych od emitora. Dlatego określając jakość powietrza w mieście, czyli koncentrację (stężenie) danej substancji w powietrzu musimy pamietać, że jest to skutek imisji, co oznacza, że substancja znajdująca się w danym miejscu może pochodzić z różnych źródeł i obszarów.

Jednostki

Emisje wyrażane są zwykle w jednostkach takich jak tysiące ton na rok. Dzieli się je według źródeł i obszarów pochodzenia. Imisje natomiast (czyli stężenie substancji w powietrzu) są podawane w jednostkach odpowiednich dla znacznie mniejszych ilości, np. µg/m³ powietrza, i mówimy o średnich stężeniach globalnych, tak jak w przypadku CO₂, albo też dla danego miejsca i czasu, np. SO₂ w Londynie w grudniu 1952 r. Globalne zawartości substancji w powietrzu (tzw. stosunek zmieszania) wyraża się w ppm (od ang. parts per million, czyli części milionowe) lub ppb (parts per billion, czyli części bilionowe). Więcej na ten temat koncentracji i stosunku zmieszania w polu tematycznym "Stratosfera").

4a. Zmiany globalnej zawartości w powietrzu (czyli stosunku zmieszania) dwutlenku węgla (CO₂, w ppm), metanu (CH₄, w ppb), dwutlenku azotu (N₂O) do roku 2015.
Autor: Anita Bokwa
Źródło: https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-chapter2.pdf

4b.

Emisje antropogeniczne w różnych regionach świata

W części "Co to jest zanieczyszczenie powietrza?" zostało wyjaśnione, że niektóre emisje mają globalny wpływ na klimat, zaś inne tylko lokalny. Do głównych obszarów o wysokim zanieczyszczeniu powietrza, będącym wynikiem działalności człowieka, należy zaliczyć: wschodnie wybrzeża Stanów Zjednoczonych i Kanady, Europę, Azję południową i południowo-wschodnią oraz południowo-wschodnią Australię. Występuje tam także duża emisja zanieczyszczeń. Emisje dwutlenku siarki (SO₂) i tlenków azotu (NO_x) są omówione w części pt. "Kwaśne deszcze". Inne zanieczyszczenia emitowane w dużych ilościach, które mają duże znaczenie dla funkcjonowania systemu klimatycznego, to dwutlenek węgla (CO₂) oraz lotne związki organiczne. CO₂ i niektóre lotne związki organiczne są gazami cieplarnianymi. Emisje lotnych związków organicznych są omówione w części dotyczącej wpływu przemysłu na zanieczyszczenie powietrza ("Klimat miasta", poziom: więcej). Tabela poniżej i wykresy na ryc. 5 prezentują wielkość emisji w wybranych krajach. Emisje są bardzo zróżnicowane, wskutek wielu przyczyn, objaśnionych przykładowo dla CO₂.

Tab. 1. Emisje zanieczyszczeń w 2012 
(bd - brak danych)

Źródło: https://stats.oecd.org/Index.aspx?DataSetCode=AIR_EMISSIONS

5a. Emisje zanieczyszczeń w 2012 [Gg]

5b. Emisje CO2 w 2012 (USA: 5152356 Gg)

5c. Emisje zanieczyszczeń w USA w 2012

5. Emisje zanieczyszczeń powietrza w wybranych krajach
Autorzy: Anita Bokwa, Paweł Jezioro
Źródła:
5a.: https://stats.oecd.org/Index.aspx?DataSetCode=AIR_EMISSIONS 
5b.: http://edgar.jrc.ec.europa.eu/overview.php?sort=des9&v=CO2ts1990-2014
5c.: http://webdab.umweltbundesamt.at/official_country_year.html?cgiproxy_skip=1

Przykład: Emisje o globalnym wpływie na klimat: dwutlenek węgla (CO₂)

Emisje CO₂ mają globalny wpływ na nasz klimat (więcej o efekcie cieplarnianym w części "Troposfera"). Zobaczmy kto na świecie emituje największe ilości CO₂. Według danych amerykańskiej Energy Information Administration globalna emisja CO₂ w roku 2001 wyniosła 6567,82 milionów ton tzw. ekwiwalentu węgla. "Jednostki ekwiwalentu węgla" są definiowane jako jednostki CO₂ pomnożone przez zawartość czystego węgla w CO₂ (czyli przez 12/44).

6. Procentowy udział kontynentów i regionów w emisji CO₂ w 2014r. 
Źródło: https://www.globalcarbonatlas.org/?q=en/emissions

Emisje według kontynentów

Azja z Australią i Oceanią emitują połowę światowego CO₂, a Ameryka Północna kolejne 19%, zatem te dwa regiony świata dostarczają łącznie prawie 70% globalnej emisji CO₂. Jednakże, chociaż oba regiony emitują prawie po tyle samo CO₂ rocznie, przyczyny tak wysokich emisji są w obu przypadkach odmienne. W Azji, Australii i Oceanii żyje około 3 882 milionów ludzi, co stanowi 61% ludności świata. Zaledwie 5% ludności świata (około 400 milionów ludzi, dane z roku 2000) żyje w Ameryce Północnej (USA, Kanada i Meksyk). Przyczyną wysokiej emisji w Azji, Oceanii i Australii jest duża liczba ludzi tam żyjących, podczas gdy w przypadku Ameryki Północnej przyczyną jest bardzo wysokie zużycie energii w różnych formach.

7. Kraje, które miały największy udział w globalnej emisji CO₂ (%) w 2014r.
Źródło: https://www.globalcarbonatlas.org/?q=en/emissions

Emisje według krajów

Rycina 7 pokazuje które kraje emitują największe ilości CO₂ w świecie, np. 16% dla USA oznacza, że ten jeden kraj emituje 16% emisji całego świata. Jak widać USA, Chiny i Rosja emitują razem 49% globalnej emisji CO₂, chociaż mieszka w nich tylko 27% ludności świata. Pośród 7 największych światowych emitorów nie ma krajów z Półkuli Południowej; 2 z nich to kraje europejskie, 3 azjatyckie, 1 z Azji Płd. Wsch. i 1 z Ameryki Północnej (zauważ, że Rosja leży zarówno w Europie jak też w Azji, ale zazwyczaj wlicza się ją do Europy).

Emisje na głowę mieszkańca

Rycina 8 pokazuje ile CO₂ jest emitowane w wybranych krajach na głowę mieszkańca, np. w USA to 17 ton na mieszkańca, zaś w Indiach to tylko 2 tony. Tak wielkie różnice są skutkiem różnych poziomów rozwoju gospodarczego w poszczególnych krajach. Czym bardziej komfortowe życie (czyli z użyciem samochodu, klimatyzacji, różnych elektrycznych urządzeń AGD) tym większej produkcji energii to wymaga, a to pociąga za sobą zwiększone emisje CO₂.

8. Emisje CO₂ (w tys. ton) na głowę mieszkańca w wybranych krajach w 2014 r. 
Źródło: https://www.globalcarbonatlas.org/?q=en/emissions

Emisje antropogeniczne według sektorów

Antropogeniczne zanieczyszczenie powietrza pochodzi z wielu źródeł. Zwykle jedno źródło emituje wiele rodzajów zanieczyszczeń. Pewne rodzaje działalności ludzkiej np. transport, są jednak decydujące dla emisji niektórych zanieczyszczeń, tzn. są głównie odpowiedzialne za emisję danego zanieczyszczenia. Dane z bazy UNECE/EMEP (United Nations Economic Commission for Europe/Co-operative programme for monitoring and evaluation of long range transmission of air pollutants in Europe) pokazują które działy gospodarki (czyli jakie rodzaje działalności człowieka) były głównie odpowiedzialne za emisje tlenku węgla (CO), tlenków azotu (NO_x) i dwutlenku siarki (SO₂) w Europie, w roku 2001. Emisje są podane w jednostce SI "gigagramy" (Gg); 1 Gg = 1000 ton.

Tlenek węgla (CO)

W Europie, w roku 2013, zostało wyemitowane 22 199 Gg CO. Głównym źródłem antropogenicznego CO w powietrzu był sektor komunalny (47%) i transport drogowy (22% całkowitej emisji). Utylizacja odpadów i rolnictwo miały znikome znaczenie. Więcej o emisjach CO w części "Troposfera", podstawy.

9. Emisje CO w Europie w roku 2013 według sektorów gospodarki.
Źródło: http://www.eea.europa.eu/publications/lrtap-emission-inventory-report

Tlenki azotu (NO_x)

Transport drogowy był głównym źródłem NO_x i dostarczył 39% ich całkowitej emisji, czyli 8 175 Gg w roku 2013. Ponownie emisje z utylizacji odpadów i rolnictwa miały znikome znaczenie.

10. Emisje NO_x w Europie w roku 2013 według sektorów gospodarki.
Źródło: http://www.eea.europa.eu/publications/lrtap-emission-inventory-report

Tlenki siarki (SO_x)

W przeciwieństwie do CO i NO_x, głównym źródłem emisji SO_x była produkcja i dystrybucja energi. Dostarczyła ona 56% całkowitej emisji SO_x w roku 2013, a emisja całkowita wyniosła 3 430 Gg. . Dowiedz się więcej o emisjach SO₂ i NO_x w części poświęconej kwaśnym deszczom!

11. Emisje SO_x w Europie w roku 2013 według sektorów gospodarki.
Źródło: http://www.eea.europa.eu/publications/lrtap-emission-inventory-report

12. Ruch miejski. Transport jest w wielu miastach głównym źródłem zanieczyszcenia powietrza. źródło: www.freefoto.com

Emisje w miastach

W każdym mieście zarówno główne źródła emisji, jak też główne zanieczyszczenia powietrza mogą być różne. Zależy to od takich czynników jak: rodzaj przemysłu zlokalizowanego w danym mieście, intensywność ruchu drogowego, systemy grzewcze stosowane w budynkach itd. Zanieczyszczenia powietrza w mieście są emitowane przez tzw. niskie źródła emisji (np.indywidualne systemy grzewcze w domach), wysokie źródła emisji (np. wysokie kominy fabryczne) i źródła mobilne (samochody, autobust). Dla przykładu Kraków jest średniej wielkości miastem w południowej Polsce (800 000 mieszkańców), z rozwiniętym przemysłem ciężkim (huta stali, duża elektrociepłownia) i intensywnym ruchem ulicznym. Przemysł dostarcza prawie całą emisję SO₂, i tak samo dużo CO jak transport, ale znacznie więcej NO_x i pyłów. Inne żródła zanieczyszczeń mają znikome znaczenie. Jednakże w wielu miastach Europy Zachodniej transport jest głównym źródłem takich zanieczyszczeń jak CO czy NO_x, ponieważ przemysł ciężki został przeniesiony w inne miejsca lub zastąpiony nowymi, czystymi technologiami.

sektor/zanieczyszczenie	CO	NOx	pył
transport	48%	15%	2%
przemysł	44%	83%	88%
gospodarka komunalna	8%	2%	10%
suma	100%	100%	100%

13. Emisje CO, NO_x i pyłów według sektorów gospodarki w Krakowie w roku 2001. Źródło: Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie

Zajrzyj na te strony Encyklopedii ESPERE:

Zanieczyszczenia powietrza są emitowane także przez przemysł i rolnictwo:
Klimat miasta - Więcej - część 1 - Przemysł
Efekt cieplarniany i globalne ocieplenie:
Troposfera - Podstawy - cześć 2 - Gazy cieplarniane
Stężenia SO₂ w Londynie w grudniu 1952 r.:
Klimat miasta - podstawy - część 1 - Negatywne skutki
Niektóre emisje mają globalny wpływ na klimat, zaś inne tylko lokalny:
Klimat miasta - podstawy - część 1 - Co to jest?
Koncentracja i stosunek zmieszania:
Stratosfera - podstawy - część 1 - Skład

Emisje SO₂ i NO_x są omówione w: Klimat miasta - podstawy - część 3 - Co to jest?

O tej stronie:

Autorzy: Pawel Jezioro, Anita Bokwa - Universytet Jagielloński - Kraków
Współpraca: Grzegorz Wawrejko
1. Recenzent: Prof. Barbara Obrebska-Starkel - Universytet Jagielloński - Kraków- 2003-06-20
2. Recenzent: Dr. Marek Nowosad - Uniwersytet Maria Curie-Sklodowskiej - Lublin - 2003-06-16
3. Recenzent: Prof. Wilhelm Kuttler - University of Essen / Niemcy - 2003-09-12
4. Recenzent: Dr. Ulrich Reuter - Stuttgart / Niemcy - 2003-09-03
Konsultacja dydaktyczna: Michael Seesing - University of Duisburg - Duisburg / Niemcy
ostatnia zmiana: 2005-03-11