Dodaj do ulubionych Udostępnij materiał Wydrukuj

W większości są niewidoczne dla ludzkiego oka, ale mimo to wpływają na życie na Ziemi. Mowa tu o zanieczyszczeniach powietrza. Nawet niewielka zmiana ich stężenia w atmosferze może powodować tragiczne skutki. Według raportu Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) oraz Europejskiej Agencji Środowiska z 2013 r. Kraków jest miastem o największym zanieczyszczeniu powietrza w Polsce.

Badania wskazują, że w XX w. temperatura na powierzchni naszej planety wzrosła o 0,6°C. Czy to możliwe, że za ten obserwowany w ostatnich dziesięcioleciach fakt odpowiedzialne są gazy zanieczyszczające powietrze? A jeśli tak – to jakie?

RviPa0yfOvtlq1
Zanieczyszczenie powietrza to jeden z największych problemów całego świata – na zdjęciu smog nad Kairem
Już wiesz
  • jaki jest skład procentowy powietrza;

  • w jaki sposób można otrzymać tlenki oraz zapisać równania reakcji ich otrzymywania;

  • jakie właściwości i zastosowanie mają gazy będące składnikami powietrza;

  • w jaki sposób można wytłumaczyć obieg tlenu w przyrodzie.

Nauczysz się
  • wskazywać źródła zanieczyszczeń powietrza;

  • wyjaśniać, dlaczego wzrost tlenku węgla(IV) w atmosferze jest zjawiskiem niekorzystnym;

  • omawiać skutki zanieczyszczeń powietrza dla człowieka i przyrody;

  • proponować działania mające na celu ochronę powietrza przed zanieczyszczeniami.

ifc3Qv6OxA_d5e196

1. Źródła zanieczyszczeń powietrza

Zanieczyszczenia powietrza to wszystkie substancje w postaci gazów, cieczy lub ciał stałych (pyły), które nie są jego naturalnymi składnikami lub występują w stężeniu wyższym niż naturalne.

Dawniej jedynym źródłem zanieczyszczeń były procesy naturalne, takie jak: wybuchy wulkanów, pożary lasów, wyładowania atmosferyczne oraz rozkład substancji organicznych. W ich efekcie powstają: tlenek węgla(II), tlenki azotu, metan, pyły i gazy wulkaniczne, m.in. tlenek węgla(IV).

Rozwój motoryzacji i przemysłu spowodował zwiększenie zapotrzebowania na energię wytwarzaną z surowców takich, jak ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel kamienny. Podczas ich spalania tworzą się tlenki węgla, siarki i azotu.

RFP1sklj0QsJf1
Animację rozpoczyna plansza z rysunkiem noszącym w górnej części podpis Źródła zanieczyszczeń powietrza umieszczony na tle żółtego paska. Rysunek przedstawia krajobraz podzielony przez górzysty horyzont na wysokości około jednej trzeciej kadru licząc od góry oraz linię kolejową biegnącą ponad ziemią w poprzek na wysokości około jednej trzeciej kadru licząc od dołu. Na torach po prawej stronie rysunku szybki pociąg dalekobieżny. Poniżej linii kolejowej w lewym dolnym rogu rysunku znajduje się gospodarstwo rolne z dwoma polami, traktorem, zagrodą dla zwierząt i czerwonym budynkiem gospodarczym, w centralnej dolnej części rysunku dwa pasy drzew, w prawej dolnej części rysunku szosa z samochodem osobowym i autobusem. Szosa przecina linię kolejową, przebiega pod nią, a następnie układa się równolegle do niej i kończy na lewej krawędzi kadru. Od szosy odchodzą dwa rozwidlenia kierujące się w stronę miasta położonego w samym środku rysunku. Po lewej stronie rysunku ponad szosą lat, którego część płonie. Daleko w tyle po prawej stronie przed linią horyzontu elektrociepłownia z wysokim kominem węglowym oraz dwiema chłodniami kominowymi. Na niebie w centralnej części rysunku unosi się samolot. Na tle rysunku widoczne cztery półprzezroczyste grube strzałki skierowane od dolnej części kadru w stronę nieba po delikatnych łukach. W miarę komentarza lektora na strzałkach tych pojawiają się napisy. Pierwsza strzałka od lewej: napis Naturalne, obok napisy wybuchy wulkanów, wyładowania atmosferyczne. Pozostałe trzy strzałki: napis Powstałe w wyniku działalności człowieka, obok przy określonych partiach rysunku napisy: pożary lasów, tereny rolne, miasta, samoloty, elektrownie, rafinerie, zakłady przemysłowe, fabryki. W miarę rozwoju komentarza na ekran wjeżdżają symbole różnych tlenków, a fragmenty rysunku symbolizujące główne źródła tych tlenków zostają wyróżnione odpowiednim obrysem. I tak: tlenki azotu NO i NO2, zaznaczone samochód, autobus, elektrociepłownia i samolot. Tlenki siarki SO2 i SO3, zaznaczona elektrociepłownia. Zmiana planszy na zdjęcie przedstawiające wybuch wulkanu, na jego tle pojawia się symbol SO2. Zmiana planszy na zdjęcie rury wydechowej w samochodzie, na jego tle pojawia się symbol CO. Zmiana planszy na sąsiadujące zdjęcia rury wydechowej innego samochodu i dymiących kominów fabrycznych, na ich tle pojawia się symbol CO2. Zmiana planszy na sąsiadujące zdjęcia przedstawiające pożar lasu i wybuch wulkanu, symbol CO2 pozostaje bez zmian.
ifc3Qv6OxA_d5e236

2. Skutki zanieczyszczenia powietrza

Zanieczyszczenia powietrza wpływają negatywnie na środowisko przyrodnicze. Ich najgroźniejszymi skutkami są: kwaśne opady, nasilenie efektu cieplarnianego, dziura ozonowa, smog, pyły, zanieczyszczenie gleby i wody.

Kwaśne opady powstają, gdy powietrze zanieczyszczone tlenkami siarki i azotu, łącząc się z wodą lub parą wodną zawartą w powietrzu, opadnie z deszczem albo śniegiem na ziemię. Opady te powodują szkody w środowisku, przyspieszają korozję metali i niszczenie budowli.

Efekt cieplarniany występuje w wyniku nagromadzenia się tlenku węgla(IV) i pary wodnej (a także: metanu, tlenków azotu, freonówfreonyfreonów i ozonu), które zatrzymują ciepło w atmosferze. Wynikiem tego jest globalne ocieplanie się klimatu, które może prowadzić do topnienia lodowców, podnoszenia się poziomu mórz i oceanów oraz zmian klimatycznych.

Efekt cieplarniany
Doświadczenie 1
Problem badawczy

Jakie są skutki efektu cieplarnianego?

Hipoteza

Efekt cieplarniany powoduje podwyższenie temperatury.

Co będzie potrzebne
  • dwie jednakowe kolby,

  • dwa gumowe korki z osadzonymi w nich termometrami,

  • dwie lampy,

  • zebrany wcześniej tlenek węgla(IV).

Instrukcja
  1. Pierwszą kolbę (z powietrzem) pozostaw jako próbę kontrolną.

  2. Drugą kolbę napełnij tlenkiem węgla(IV).

  3. Obie kolby zamknij gumowymi korkami z osadzonymi wewnątrz nich termometrami.

  4. Każdą z kolb postaw pod lampą lub innym źródłem ciepła.

  5. Obserwuj zachodzące zmiany, notuj wskazania termometru.

    R17u9r8UV247a1
    Wskazania termometrów przed doświadczeniem (1), w trakcie doświadczenia (2)

Podsumowanie

Podczas ogrzewania zawartości obu kolb szybszy wzrost temperatury można było zaobserwować w kolbie zawierającej tlenek węgla(IV).
Tlenek węgla(IV) szybciej się nagrzewa i trudniej oddaje energię cieplną.

RkBT7RRfvJupl1
Na pierwszym planie przedmioty potrzebne do przeprowadzenia doświadczenia (dwie kolby stożkowe, łyżka do spalań, siarka, świeżo ścięte kwiaty), zbliżenia na wybrane elementy zgodnie z komentarzem lektora. W pierwszej kolbie stożkowej umieszczamy kwiat jako próbę kontrolną. Do drugiej kolby stożkowej wkładamy łyżkę z palącą się siarką. Zbliżenie na wnętrze kolby - jej wnętrze wypełnia się tlenkiem siarki(IV). Do kolby z tlenkiem siarki(IV) wkładamy kwiat. Widok ogólny obu próbek. Następnie zbliżenia zgodnie z komentarzem lektora na odpowiednie próbki.
R19S6yh9lFiXD1
R1EWWsF6xiNy81
ifc3Qv6OxA_d5e344

2.1. Dziura ozonowa

W górnych warstwach atmosfery, na wysokości pomiędzy 15. a 50. km, naszą planetę otacza powłoka ozonu (O3). Stanowi ona naturalny filtr przeciwsłoneczny, który chroni Ziemię przed nadmiernym promieniowaniem ultrafioletowym (UV). Promieniowanie to jest niezbędne do wytwarzania witaminy D w naszym organizmie, ale jego nadmiar może przyczyniać się do zmniejszenia odporności organizmu oraz powodować choroby skóry i wzrost zachorowań na nowotwory, podwyższenie temperatury powietrza i zmiany klimatyczne.

W wyniku zanieczyszczenia środowiska, szczególnie wiosną nad Antarktydą i w mniejszym stopniu nad Arktyką, warstwa ozonu staje się cieńsza i powstaje tzw. dziura ozonowadziura ozonowadziura ozonowa, przez którą znaczna część szkodliwego promieniowanie dociera na naszą planetę.

Promieniowanie ultrafioletowe jest dla nas niewidzialne i nieodczuwalne. Wywołane jego nadmiarem pieczenie i ból to reakcja na uszkodzenie skóry. Dlatego należy:

  • ograniczyć czas przebywania na słońcu w miesiącach letnich w godzinach okołopołudniowych;

  • ubierać się w odzież z grubszych, gęstych tkanin, z długimi rękawami i nogawkami (przeciętna tkanina bawełniana zatrzymuje zaledwie 20–30% promieniowania UV);

  • zakładać czapkę z daszkiem lub kapelusz z szerokim rondem;

  • nosić okulary przeciwsłoneczne z filtrami UV;

  • używać kremów z filtrami UV.

R12OGrlC90HIC1
Powiększenie się dziury ozonowej (obszar niebieski) w latach 1979–2010
RP56eM6nvH0Fc1
Film rozpoczyna ujęcie planszy zawierającej trzy obrazy kuli ziemskiej z widokiem na Antarktykę z naniesionymi obrazami stężenia ozonu w roku 1960, 1970 i 1990. Poniżej legenda tłumacząca barwy na liczbowe stężenie ozonu w skali Dobsona. Barwy czarne i fioletowe odpowiadają wartościom liczbowym od 100 do 200, niebieskie i zielone od 200 do 375, żółte i pomarańczowe od 375 do 450, pomarańczowe i czerwone powyżej 450. Kolor fioletowy widnieje nad Antarktyką od 1980 roku, kolor czarny pojawia się od 1990 roku. Zmiana ujęcia na rysunek lodówki w rzucie izometrycznym od tyłu z przekrojem wyróżniającym elementy konstrukcyjne: zamrażarkę u góry i kompresor u dołu. Zmiana ujęcia na fotomontaż przedstawiający dłoń z aerozolem opryskującym kulę ziemską. Zmiana ujęcia na serię obrazów kuli ziemskiej z widokiem na Antarktykę z naniesionymi obrazami stężenia ozonu corocznie od roku 2001 do 2015. Zauważalne jest zmniejszenie dziury ozonowej do 2007 roku, a potem ponowne zwiększenie trwające do teraz. Zmiana ujęcia na białą planszę z logiem Ozone Friendly, No CFC w którym napis ten znajduje się wokół piktogramu symbolizującego kulę ziemską.
Ciekawostka

Dziurę ozonową zaobserwowano po raz pierwszy nad Antarktydą w latach 80. XX wieku. Obecnie jej wielkość nad tym obszarem jest stale monitorowa przez NASA (Narodową Agencję Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej), a jej rekordowy rozmiar (30 mln kmIndeks górny 2) odnotowano w 2000 roku.

ifc3Qv6OxA_d5e471

2.2. Smog

Zanieczyszczenia, których głównym źródłem są spaliny samochodowe, przemysł ciężki i gospodarstwa domowe (systemy grzewcze), w połączeniu z bezwietrzną pogodą i dużą wilgotnością powietrza – mgłą tworzą smogsmogsmog. Unoszący się nad miastem smog jest szczególnie niebezpieczny dla niemowląt, osób starszych, astmatyków, ludzi z chorobami układu oddechowego i krążenia.

Ze względu na sposób tworzenia, miejsce powstawania oraz skład chemiczny wyróżnia się smog londyński (występujący głównie w miesiącach zimowych) i smog typu Los Angeles (spotykany głównie w miesiącach letnich).

Ciekawostka

Smog dawniej i dziś w doniesieniach prasowych
Rok 1952. Londyński smog
Londyn, 4 grudnia 1952 r.: nad miastem zaczęła się osadzać gęsta mgła, ustała bryza, a powietrze było nieruchome. Spalanie węgla uwalniało duże ilości tlenków siarki, przez co mgła nabrała żółtego odcienia. Szpitale wkrótce zapełniły się osobami cierpiącymi na choroby układu oddechowego. W najgorszym momencie widoczność była w wielu miejscach tak ograniczona, że ludzie nie widzieli własnych stóp. Szacuje się, że podczas wielkiego smogu londyńskiego przeciętna śmiertelność zwiększyła się o dodatkowe 4000–8000 osób – były to głównie niemowlęta i osoby starsze. Zanieczyszczenie powietrza w dużych miastach przemysłowych w Europie było powszechne w XX w. Paliwa stałe, w szczególności węgiel, często wykorzystywano do opalania fabryk i ogrzewania domów. W połączeniu z warunkami zimowymi i czynnikami meteorologicznymi zdarzało się, że bardzo wysokie poziomy zanieczyszczenia powietrza utrzymywały się nad obszarami miejskimi przez wiele dni, tygodni, a nawet miesięcy bez przerwy. Od XVII w. Londyn był znany z powtarzających się epizodów zanieczyszczenia powietrza. Zanim nadszedł wiek XX, smog londyński stał się jedną z cech charakterystycznych miasta, a nawet zyskał swoje miejsce w literaturze.
Rok 2013
W 11‑milionowym mieście Harbin w północno‑wschodnich Chinach widoczność spadła do 10 metrów, zamknięte zostały szkoły, odwołano setki lotów i kursy autobusów miejskich, zamknięto odcinki autostrady – wszystko z powodu największego w historii smogu.
Rok 2014
W rejonie Paryża oraz na północy i wschodzie Francji odnotowano maksymalny poziom zanieczyszczenia powietrza porównywalny z tym z Pekinu i o 80% wyższy niż w Londynie i Berlinie. Smog zagrażał zdrowiu mieszkańców Paryża. Spowodowała go pogoda – bezwietrzna, z zimnymi nocami i nietypowo jak na tę porę roku ciepłymi dniami. Władze Paryża nie tylko apelowały o pozostawienie samochodów w garażach, ale zalecały również, aby seniorzy, dzieci i astmatycy nie wychodzili z domów.

ifc3Qv6OxA_d5e527

3. Ochrona powietrza

Głównymi źródłami zanieczyszczenia powietrza są przemysł oraz transport. Gazy przenoszone na duże odległości powodują, że skażone mogą zostać obszary znacznie oddalone od źródła ich emisji. Dlatego ochrona powietrza jest sprawą globalną i regulują ją przepisy prawne.

W Polsce jakość powietrza monitorowana jest w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska przez Główny Inspektorat Ochrony Środowiska i w ostatnich latach ulega ona systematycznej poprawie.

Działania na rzecz ograniczenia emisji szkodliwych pyłów i gazów do atmosfery

  • Zmniejszenie emisji zanieczyszczeń pochodzących z górnictwa, hutnictwa oraz elektrowni.

  • Zmniejszenie eksploatowania zasobów naturalnych, ograniczenie zużycia energii elektrycznej oraz stosowania alternatywnych źródeł energii.

  • Zmniejszenie emisji szkodliwych spalin przez ograniczenie transportu, poprzez zakup samochodów emitujących mniej spalin albo korzystanie z komunikacji miejskiej czy roweru.

  • Stosowanie w przemyśle nowoczesnych technologii ograniczających emisję pyłów.

  • Sadzenie pasów zieleni w celach ochronnych.

R1JOzgRp80C361
Polecenie 1

Zastanów się, w jaki sposób możesz przyczynić się do zmniejszenia emisji substancji szkodliwych do atmosfery.
*Zdefiniuj pojęcie alternatywne źródła energii.

RxRVyidbcZPMQ1
RYzJlGyMBKiZQ1
Aplikacja interaktywna pozwalająca prześledzić zależność średniej temperatury od stężenia dwutlenku węgla w atmosferze podawanego w liczbie cząstek CO2 na każdy milion cząstek. W górnej części okna znajduje się polecenie: Przesuń suwak, aby zwiększyć lub obniżyć stężenie dwutlenku węgla. Określ zależność stężenia CO2 od temperatury. Poniżej znajduje się pozioma skala z czerwonym suwakiem, którego położenie można zmieniać. Napis na suwaku informuje o ustawionym stężeniu CO2, które może wynosić od 180 do 800 cząstek na milion. Poniżej znajduje się termometr podający średnią światową temperaturę. Wartość wyświetlana zmienia się automatycznie wraz z ustawionym stężeniem CO2 i wynosi od 12,4 stopni Celsjusza dla stężenia najniższego do 16,7 stopnia Celsjusza przy stężeniu najwyższym. Na dole okna aplikacji znajduje się tabela z przykładowymi stężeniami CO2 w 1820, 2000, 2010 i 2012 roku. Wynoszą one odpowiednio 280, 370, 390 i powyżej 400 cząstek na milion.
ifc3Qv6OxA_d5e627

Podsumowanie

  • Zanieczyszczenie powietrza ma charakter globalny. Może pochodzić ze źródeł naturalnych albo być wynikiem działalności człowieka.

  • Substancjami zanieczyszczającymi powietrze są m.in. tlenki węgla, siarki, azotu, pyły, freony.

  • Niekorzystnymi zjawiskami spowodowanymi przez zanieczyszczenia atmosfery są: efekt cieplarniany, dziura ozonowa, kwaśne deszcze i smog.

Praca domowa
Polecenie 2.1

Przygotuj ulotkę dotyczącą ochrony środowiska. Wybierz jeden z tematów:

  • Przyczyny zanieczyszczenia powietrza

  • Skutki zanieczyszczeń powietrza

  • Sposoby przeciwdziałania zanieczyszczeniom powietrza

Polecenie 2.2

Przeanalizuj ostatni rachunek za energię elektryczną i napisz informację na temat jej zużycia (w kWh) oraz zaproponuj formy oszczędzania energii.

Polecenie 2.3

*Wskaźnikiem stanu czystości powietrza są porosty, które odznaczają się wysoką wrażliwością na zanieczyszczenia. Korzystając ze skali porostowej, oceń jakość powietrza w swojej okolicy.

ifc3Qv6OxA_d5e699

Słowniczek

dziura ozonowa
dziura ozonowa

potoczne określenie zmniejszenia się ilości ozonu w atmosferze ziemskiej (na wysokości 10–50 km), głównie wokół biegunów

freony
freony

związki węgla z fluorem i chlorem; lotne ciecze lub gazy, bierne chemicznie, niepalne, niezwykle trwałe; znalazły zastosowanie w chłodnictwie, jako środki spieniające używane do produkcji tworzyw sztucznych oraz gaz nośny w aerozolach; są uważane za główną przyczynę powstawania dziury ozonowej

smog
smog

groźna mieszanina zanieczyszczeń powietrza, powstająca głównie w dużych miastach przez osadzenie się tlenku węgla(IV), tlenku siarki(IV) i pary wodnej na cząstkach pyłów i sadzy

ifc3Qv6OxA_d5e933

Zadania

Ćwiczenie 1
Rn31ROf4nGFy11
zadanie interaktywne

Do podanych zdjęć dopasuj metody zapobiegania zanieczyszczeniom powietrza, wstawiając brakujące elementy we właściwe miejsce.

Ćwiczenie 2.1
Rtb9TUW2merHf1
Aplikacja interaktywna. Górna część okna zawiera ilustracje prezentujące pięć źródeł zanieczyszczeń powietrza. Licząc od lewej są to: ruch samochodowy, kominy fabryczne, droga szybkiego ruchu, palenisko węglowe w kotłowni oraz zakłady przemysłowe. Poniżej, w centralnej części znajduje się wolna przestrzeń. U dołu rząd pięciu ilustracji z podpisami, które należy przeciągnąć we właściwe miejsca. Są to propozycje działań mających na celu ograniczenie lub wyeliminowanie źródeł zanieczyszczeń. Kolejno, licząc od lewej: powstawanie stref ochronnych i pasów zieleni, wdrażanie nowych technologii przemysłowych, ograniczenie emisji spalin, montowanie wydajnych filtrów kominowych, inwestowanie w ekologiczne paliwa i źródła energii. Obok, w prawym dolnym rogu przycisk Sprawdź.

Podziel źródła zanieczyszczeń powietrza, wstawiając elementy we właściwe miejsca schematu.

Ćwiczenie 3.1
R1LNA3PqNLWUz1
Aplikacja interaktywna. Górna część okna zawiera napis Zanieczyszczenia Powietrza i strzałki prowadzące do dwóch szerokich szarych kolumn. Po lewej stronie podpis kolumny Źródła naturalne, po prawej Źródła powstałe w wyniku działalności człowieka. Poniżej lista siedmiu źródeł zanieczyszczeń w postaci ikon ze zdjęciem i tekstem, które należy przeciągnąć w odpowiednią kolumnę. Ikony to: wybuchy wulkanów, przemysł, elektrownia, transport, rolnictwo, wyładowania elektryczne i pożary lasów. Poniżej w prawym dolnym rogu przycisk Sprawdź.

Połącz w pary ilustracje obrazujące tworzenie się tlenków z odpowiednimi opisami.

Ćwiczenie 4.1
RhE0KHpMUahch1
Aplikacja interaktywna. Górna część okna zawiera ilustracje prezentujące cztery grupy tlenków obecnych w powietrzu i zagrażających środowisku oraz naszemu zdrowiu. Licząc od lewej, są to: NO i NO2 ilustrowane przez rysunek fabryki i jadących przed nią samochodów. SO2 i SO3 ilustrowane przez rysunek budynku fabryki. CO ilustrowane przez rysunek łazienki z gazowym ogrzewaczem wody. CO2 ilustrowane przez rysunek samochodów dymiących z rur wydechowych. W dolnej części okna znajduje się pięć nazw związków z opisami. Licząc od lewej są to: tlenek węgla powstaje w procesie niecałkowitego spalania węgla i jego związków. Do atmosfery jest emitowany głównie podczas spalania paliw samochodowych. Dwutlenek węgla jest naturalnym składnikiem powietrza. Do atmosfery emitowany jest dodatkowo w wyniku rozwoju przemysłu i motoryzacji jako produkt całkowitego spalania węgla i jego związków. Tlenki azotu powstają w trakcie spalania paliw. Tlenki siarki powstają w trakcie spalania paliw kopalnych zanieczyszczonych siarką i jej związkami. Pomiędzy linią obrazków i linią opisów znajdują się dwa rzędy uchwytów. Klikając je można łączyć uchwyty górne z dolnymi tworząc powiązania. Polecenie pod oknem aplikacji brzmi: Połącz liniami w pary ilustracje obrazujące tworzenie się tlenków z odpowiednimi opisami. Poniżej w prawym dolnym rogu przycisk Sprawdź.
Ćwiczenie 5
Rt1slVYpfbXs61
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 6
R85oHXb4D04tg1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 7
R8KAd0OPNJ4tY1
zadanie interaktywne