Źródła pyłów w otoczeniu człowieka

Zagadnienia związane z pyłowymi zanieczyszczeniami powietrza, w okresie jesienno-zimowym, jak bumerang powracają na łamy mediów. Nie bez znaczenia pozostaje przy tym fakt, że okres ten pokrywa się z sezonem grzewczym oraz z warunkami meteorologicznymi, sprzyjającymi utrzymywaniu się zanieczyszczeń pyłowych (materii zawieszonej) na wysokości wdychania powietrza atmosferycznego przez człowieka.

W związku z tym rodzi się fundamentalne pytanie czy możliwe jest doprowadzenie do stanu, w którym uwolnimy się od jakichkolwiek zanieczyszczeń powietrza? Kolejnym istotnym zagadnieniem jest rola człowieka w powstawaniu oraz dystrybucji zanieczyszczeń atmosferycznych. W niniejszym artykule skupimy się na źródłach powstawania i dystrybucji pyłów, będących poniekąd częścią naszego otoczenia.

Źródła i podział materii zawieszonej

W najogólniejszym podziale przyjmuje się, że źródłem materii zawieszonej są źródła antropogeniczne (związane z działalnością człowieka) oraz źródła związane z emisją naturalną. Podział ten jest podziałem bezkrytycznym i nie do końca jasnym, gdyż w przypadku lasów nie zawsze można zidentyfikować źródła pożaru a w konsekwencji przypisać sprawstwa emisji. Gdyby próbować uszczegółowić powyższy podział można przyjąć, że do źródeł naturalnych zaliczamy:

erozje skalne – pyły mineralne;
nawiewanie z obszarów pustynnych – pyły mineralne;
pyłki traw i kwiatów – pyły organiczno-biologiczne;
bakterie, zarodniki grzybów, naskórek – pyły biologiczne;
cząstki soli powstałe z morskich i oceanicznych aerozoli – pyły mineralne;
popioły z pożarów lasów – pyły mineralno-organiczne;
pyły wulkaniczne – pyły typowo mineralne z dużą emisją gazów.

Oczywiście powyższe zestawienie nie wyczerpuje informacji o naturalnych źródłach emisji pyłów, niemniej wyraźnie z niego wynika, że emisja naturalna stanowi bardzo istotny wkład do puli materii zawieszonej zanieczyszczającej atmosferę ziemi. Działalność człowieka to tylko dodatek do emisji pyłów, jednak nie bez znaczenia pozostaje fakt, iż zanieczyszczenia antropogeniczne posiadają odmienną strukturę niż naturalna emisja abiotyczna, na co układ oddechowy człowieka nie został przygotowany w drodze ewolucji. Do antropogenicznych źródeł pyłów w atmosferze zaliczamy:

spalanie paliw stałych – emisja mineralno-organiczna;
motoryzacja i transport – emisja typowo organiczna;
rolnictwo – emisja mineralna;
produkcja materiałów budowlanych (cementownie, kamieniołomy) – emisja mineralna;
metalurgia (operowanie rudami, koksem) – emisja mineralna z naciskiem na metale ciężkie;
przemysł chemiczny – emisja mineralna lub organiczna zależna od profilu produkcji.

Warto przy tym mieć na uwadze, że niektóre emisje ze źródeł naturalnych mogą być tożsame, pod względem chemicznym, ze źródłami antropogenicznymi. Tak może być np. w przypadku emisji związanej z naturalną erozją skał i antropogeniczną emisją powstającą w trakcie uprawy roli czy też produkcji materiałów budowlanych. Podział materii zawieszonej w powietrzu atmosferycznym pod kątem źródeł jej pochodzenia zawsze będzie zatem względny, nieostry i uzasadniany potrzebami badawczymi. Należy jednak pamiętać o fakcie wkładu człowieka w ogólną ilość zanieczyszczeń, a także o nieodwracalności skutków działania pyłowych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego na organizm ludzki.

Emisja naturalna

W ramach emisji naturalnej wyróżnia się źródła abiotyczne, czyli nieożywione. Można wśród nich wskazać m.in. nawiewanie materii z obszarów pustynnych, erupcje wulkaniczne oraz erozje skalne. Należą one do tych źródeł emisji pyłów, na które człowiek nie ma najmniejszego wpływu. Podejmuje się próby ochrony przed nimi, lokalnie odizolowując się od otoczenia filtrami, kurtynami wodnymi oraz całym szeregiem lepiej lub gorzej funkcjonujących wynalazków, niemniej nie ma możliwości ich powstrzymania. Nie sposób przecież powstrzymać np. erupcji wulkanicznej, a warto zwrócić uwagę, że liczbę czynnych wulkanów szacuje się na 800 (na podstawie https://earthquakes.volcanodiscovery.com). Podobnie jest z nawiewaniem pyłów z obszarów pustynnych. W ramach tego procesu wraz z powietrzem transportowane są gigantyczne masy materii. W przypadku erozji skalnych sytuacja przedstawia się podobnie, masy powietrza niosące pył ścierają skały i przenoszą kolejne pokłady materii zawieszonej. Erozja skalna ma również miejsce w trakcie trzęsień ziemi towarzyszących zarówno erupcjom wulkanów, jak i ruchom tektonicznym.

Odmiennym typem emisji naturalnej jest powstawanie aerozoli morskich i oceanicznych, zawierających duże ilości soli mineralnych, najczęściej rozpuszczalnych w wodzie. Często charakteryzują się one właściwościami prozdrowotnymi. Między innymi z tej przyczyny wszelkie kurorty znajdujące się nad dużymi akwenami cieszą się niesłabnącą popularnością.

Warto jednak pamiętać, że aerozole solne mimo niezaprzeczalnych zalet, nie są pozbawione wad. Do najpoważniejszych należy przyspieszanie korozji wszelkiej materii na nią podatnej.

Dodatkowo obecność akwenów powoduje szybką sedymentację innych, najczęściej szkodliwych, zanieczyszczeń pyłowych.
Kolejnym abiotycznym źródłem emisji pyłów są pożary lasów generowane zarówno przez samozapłon suchego podłoża, jak i w wyniku erupcji wulkanicznej. Źródło to generuje duże ilości materii zawieszonej, powstającej poprzez zagęszczenie składników mineralnych drzew i ich emisje do atmosfery. W konsekwencji, nawet jeżeli emisja ta jest krótkotrwała, powoduje znaczące zanieczyszczenie atmosfery analogiczne, jak w przypadku ogrzewania gospodarstw domowych drewnem.

Do naturalnych zanieczyszczeń pyłowych, mających swe źródło w procesach biologicznych należą pyłki traw, kwiatów, zbóż, bakterie, zarodniki grzybów czy w końcu naskórek. Elementy te mogą stanowić istotny składnik zanieczyszczenia najbliższego otoczenia człowieka i powodować alergie, choć trzeba zaznaczyć, że w trakcie ewolucji natura wypracowała u zwierząt i człowieka mechanizmy obronne, pozwalające na oczyszczanie z nich, w wydajny sposób, aparatu oddechowego oraz ich biodegradację.

Nie mając wpływu na abiotyczne źródła emisji nauczyliśmy się ich unikać, a niekiedy wykorzystywać. Niestety rozwój cywilizacyjny doprowadził do wystąpienia oraz intensyfikacji emisji antropogenicznej, na którą żywe organizmy nie wypracowały skutecznych metod ochrony.

Emisja antropogeniczna

Działalność grabieżcza wobec środowiska przyrodniczego doprowadziła, w ciągu ostatniego stulecia, do powstania źródeł materii zawieszonej dotychczas nie występujących w naturze. W tym miejscu należy podkreślić, że przepisy ochrony środowiska w znaczącym stopniu ograniczyły bądź wyeliminowały emisję pyłów przez przemysł, w tym elektrociepłownie wykorzystujące paliwa stałe. W ślad za tym, do ograniczenia emisji pyłów, poprzez instalację elektrofiltrów, cyklonów czy kurtyn wodnych, zobligowany został przemysł produkujący materiały budowlane, w tym cementownie. Wyeliminowało to problem emisji zanieczyszczeń mineralnych z tego źródła. Podobnie sytuacja ma się w przemyśle chemicznym i metalurgicznym, które to branże również zostały zobligowane do ochrony środowiska. Ograniczenie emisji pyłów ze źródeł przemysłowych udało się zatem wprowadzić na drodze legislacyjnej, co poskutkowało znaczącą poprawą jakości powietrza atmosferycznego.

Odrębnym zagadnieniem jest emisja powodowana przez działalność rolniczą. Składa się ona z dwóch różnych źródeł: erozji gleb spowodowanej naruszaniem jej struktury oraz nawożeniem, a także emisją pyłów emitowanych przez dojrzały plon. Charakterystyka tejże emisji jest zróżnicowana i uzależniona od pór roku.

Niemniej, podkreślić należy, że wkład rolnictwa do emisji materii zawieszonej oraz jej skutków środowiskowych jest dużo mniejszy niż konsekwencje tzw. niskiej emisji, która jest współcześnie największym antropogenicznym źródłem zanieczyszczenia powietrza pyłami.

Niska emisja

Stanowi ona zagrożenie dla mieszkańców większości miejscowości, zwłaszcza tych położonych na terenach o ukształtowaniu niesprzyjającym wymianie mas powietrza, a generowana jest przez źródła rozproszone – stacjonarne (głównie piece domowe i lokalne kotłownie opalane paliwami stałymi) i mobilne (związane z transportem). Do źródeł niskiej emisji zaliczamy przede wszystkim przydomowe paleniska na paliwa stałe oraz pojazdy poruszające się dzięki spalaniu paliw. Jedna z definicji określa niską emisję jako źródło zanieczyszczeń zlokalizowane do wysokości 40 metrów.
W praktyce poważne przekroczenia parametrów powietrza atmosferycznego wywołane przez niską emisję obserwuje się w sezonie grzewczym – jesienią i zimą. Warto przy tym zauważyć, że o ile emisje przemysłowe zostały ograniczone kosztem sporych nakładów inwestycyjnych, o tyle przydomowe kotłownie działają najmniejszym kosztem, bez wymagających nakładów elektrofiltrów, i to właśnie one są głównym źródłem materii zawieszonej w okresach niskich temperatur. Do zanieczyszczenia powietrza w znaczący sposób przyczyniają się też niska jakość wykorzystywanych paliw kopalnych i spalanie odpadów. Należy też zwrócić uwagę na rosnący ruch samochodowy, przyczyniający się, zwłaszcza poprzez wykorzystywanie starych, kopcących autobusów oraz źle wyregulowanych i również nie najnowszych samochodów, do zwiększenia puli pyłów trafiających każdego dnia do atmosfery. W wielu polskich miastach opad pyłów widoczny jest gołym okiem na każdej powierzchni o jasnym kolorze.

Można zapytać, dlaczego emisja antropogeniczna, pomimo jej mniejszego od emisji naturalnej wkładu do całkowitej emisji materii zawieszonej, stanowi problem środowiskowy oraz społeczny? Odpowiedzi na to pytanie należy szukać w składzie chemicznym zanieczyszczeń pochodzących z niskiej emisji.

Pyły emitowane w ramach niskiej emisji zawierają relatywnie dużo siarki, wchodzącej w skład paliw kopalnych oraz materii organicznej i w wyniku spalania trafiającej do powietrza. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne oraz lotne związki organiczne powstają w warunkach niewłaściwego spalania paliw oraz spalania odpadów. Związki te są niebezpieczne dla zdrowia i potencjalnie uważane za kancerogenne. Spalaniu odpadów komunalnych (zawierających PCV) w przydomowych paleniskach towarzyszy również powstawanie chlorowanych związków aromatycznych.

Występowania takich substancji nie stwierdza się w zanieczyszczeniach pochodzących z emisji naturalne. W konsekwencji emisja materii zawieszonej związana z działalnością człowieka powoduje zanieczyszczenie atmosfery związkami, które w warunkach naturalnych nie powstają lub na przestrzeni dziejów nigdy nie byłe emitowane.

Źródła emisji pyłów pomimo że można rozdzielić je na naturalne oraz te związane w działalnością człowieka stanowią problem zarówno gospodarczy jak i społeczny, nie wspominając o konsekwencjach zdrowotnych. Nie da się ukryć, iż większości źródeł emisji nie sposób wyeliminować z otoczenia człowieka. To nad czym warto się zastanowić to zagadnienie, w jaki sposób można ograniczyć emisję lub jak się przed nią chronić. Aby sprostać takiemu zadaniu niezbędny jest monitoring oraz metody analityczne, których zadaniem jest oszacowanie emisji, badanie składu chemicznego oraz właściwości fizycznych emitowanych do atmosfery cząstek materii zawieszonej.

Wykorzystane źródła

„Od toksycznych emisji do efektów zdrowotnych”, Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie, 2006 (http://www.krakow.pios.gov.pl/ispra/wnioski.htm).
Kaczmarczyk M., „Niska emisja – od przyczyn występowania do sposobów eliminacji”, Kraków, Geosystem Burek, Kotyza s.c., www.globenergia.pl, 2015, s. 144. ISBN 978-83-64339-02-8
http://archiwum.ekoportal.gov.pl/prawo_dokumenty_strategiczne/ochrona_srodowiska_w_polsce_zagadnienia/Powietrze/PodstawoweZanieczyszczeniaPowietrza.html
Cichoń D., „Zimowe epizody wysokich stężeń – możliwości ich rozpoznania i oceny”; „Ochrona Powietrza i problemy odpadów” 2/2008

Krystian Eitner, Włodzimierz Urbaniak
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Chemii

fot. P. Strzyżyński