Ekologia i Ochrona Środowiska

Atmosfera ziemska jest to gazowa powłoka otaczająca Ziemię i chroniąca życie na niej przed promieniowaniem krótkofalowym i korpuskularnym z kosmosu, kształtująca pogodę i klimat na naszej planecie, a jednocześnie stanowiąca rezerwuar substancji chemicznych niezbędnych dla biosfery: tlenu, azotu, dwutlenku węgla, pary wodnej.

Azot, oprócz wodom, tlenu, węgla i fosforu należy do podstawowych pierwiastków tworzących materię ożywioną. Wchodzi w skład aminokwasów, peptydów i białek; wpływa na rozwój roślin, a także stanowi początek łańcucha pokarmowego w ekosystemach. Nieorganiczne i organiczne związki azotu ulegają ciągłym przemianom i przemieszczaniu się w środowisku. Zachodzące procesy to: wiązanie azotu, nitryfikacja, przyswajanie przez rośliny, amonifikacja, denitryfikacja i opad atmosferyczny w postaci kwaśnych deszczów. Istotną rolę w obiegu azotu odgrywają m.in. reakcje zachodzące w atmosferze z udziałem tlenków azotu: N₂O, NO i NO₂.

Tlenki azotu występujące w atmosferze są pochodzenia zarówno naturalnego, jak i antropogenicznego (związanego z działalnością człowieka).

• Naturalne źródła tlenków azotu: Głównymi producentami NOx są drobnoustroje glebowe, sinice i bakterie żyjące w brodawkach grochu, fasoli i innych roślin strączkowych, które rozkładają związki azotowe z wytworzeniem N2O, a ten z kolei ulega w powietrzu reakcjom fotochemicznym prowadzącym do powstania NO i NO2. Naturalnymi źródłami zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego tlenkami azotu są także wyładowania atmosferyczne, bezpośrednia synteza z azotu i tlenu, rozkład substancji organicznych, pyły kosmiczne oraz erupcje wulkanów.
• Antropogeniczne źródła tlenków azotu: Antropogeniczna emisja tlenków azotu jest związana prawie wyłącznie ze spalaniem paliw. Tworzenie się tych związków jest niepożądanym, ubocznym skutkiem procesów wykorzystania paliw stałych, ciekłych i gazowych dla celów energetycznych (elektrociepłownie, elektrownie i lokalne kotłownie i paleniska domowe), na potrzeby transportu (samochody, samoloty, lokomotywy spalinowe, okręty i statki) oraz dla potrzeb przemysłowych takich jak wytop metali z rud, procesy koksowania węgla itp. Do źródeł związanych z działalnością ludzką przyczynia się również rolnictwo poprzez rozsiewanie nawozów sztucznych i pestycydów oraz źródła wtórne powstałe w wyniku utylizacji ścieków i odpadów np. spalarnie odpadów. Stosunkowo małe znaczenie w skali globalnej ma emisja tlenków azotu z fabryk kwasu azotowego, nawozów    sztucznych, nitrozwiązków i galwanizerni.

Stężenia tlenków azotu w powietrzu atmosferycznym w aglomeracjach miejskich mogą być bardzo wysokie, zwłaszcza w warunkach występowania w przyziemnej warstwie atmosfery zjawiska inwersji termicznej. Podczas gdy globalne (światowe) stężenie NO, wynosi 3-10^-3 ppm to stężenie w centrum niektórych miast wynosi 1-2 ppm.

Przemiany tlenków azotu w powietrzu atmosferycznym

W atmosferze tlenki azotu ulegają licznym reakcjom chemicznym i fotochemicznym. Dwa powszechnie znane zjawiska - smog fotochemiczny i tzw. kwaśne deszcze są ściśle związane z obecnością tlenków azotu w powietrzu atmosferycznym. Rezultatem tych zjawisk jest powstawanie nowych, często bardziej toksycznych substancji niż tlenki azotu, co wiąże się z fotochemicznym cyklem przemian NO_x. Natomiast w procesach usuwania tlenków azotu z atmosfery końcowymi produktami są substancje zakwaszające wodę deszczową, glebę i zbiorniki wód powierzchniowych. Z obecnością azotanu (V) w wodzie pitnej związane jest potencjalne niebezpieczeństwo wynikające z możliwości powstania w przewodzie pokarmowym ludzi rakotwórczych nitrozoamin w wyniku przemiany azotanu (V) w azotan (III), który wchodzi w reakcję z aminokwasami. Wymienione procesy powodują zwielokrotnienie szkodliwości tlenków azotu dla środowiska oraz komplikację problemu oznaczania tlenków azotu w powietrzu atmosferycznym.

Ostatnio coraz więcej uwagi poświęca się podtlenkowi azotu (monotlenkowi azotu) - N₂O. Jest on środkiem stosowanym w anestezjologii. Większe jego ilości wydzielają się przy produkcji nylonu 6.6 z kwasu adypinowego. Podtlenek azotu może być także produktem ubocznym w reakcji usuwania tlenków azotu na drodze selektywnej redukcji katalitycznej w obecności tlenu. Do niedawna był on podobnie jak CO₂ uważany za gaz obojętny dla środowiska. W latach osiemdziesiątych stwierdzono jednak, że podtlenek azotu dyfunduje do stratosfery, gdzie niszczy warstwę ozonową. Jest on także gazem cieplarnianym o działaniu o dwa rzędy wielkości silniejszym niż dwutlenek węgla.

Wpływ tlenków azotu na środowisko

Nadmierne stężenie NOx w powietrzu atmosferycznym powoduje:

1. Uszczuplenie warstwy ozonowej; tlenek diazotu stopniowo  przenika z niższych warstw atmosfery do stratosfery. Tam reaguje ze wzbudzonym tlenem:

N₂O + O -> 2NO

Reakcjar ta zmniejsza ilość powstającego ozonu, powstające zaś dwie cząsteczki NO powodują rozkład ozonu.

NO + O₃ -> NO₂ + O₂

W ten sposób następuje spadek koncentracji ozonu i tworzenie się tzw. dziur ozonowych. Dziura ozonowa to zjawisko ubytku ozonu w ozonosferze, związane z zanieczyszczeniami atmosfery związkami reagującymi z tlenem. Związki te to freony, chlorek metylu CH₃Cl, czterochlorek węgla CCl₄, bromek metylu CH₃Br i tlenki azotu. Tlenek azotu jest natomiast zdolny do katalizowania rozkładu ozonu, który ochrania Ziemię przed szkodliwym działaniem krótkofalowego promieniowania nadfioletowego.

Konsekwencją zmniejszenia powłoki ozonowej jest zwiększenie natężenia promieniowania UV, które jest zabójcze dla organizmów żywych. Kilkuprocentowe zmniejszenie się ozonosfery może mieć dramatyczne skutki: wzrost zachorowań na raka skóry i choroby oczu, zakłócenia układu immunologicznego, wzrost zachorowań na choroby  zakaźne. Nadmiar promieniowania UV  uszkadza strukturę kwasów nukleinowych, powodując różne mutacje genetyczne, upośledza fotosyntezę.

2. Tworzenie kwaśnych deszczów; część tlenku azotu, NO, reaguje z tlenem atomowym lub ozonem, tworząc ditlenek azotu, NO₂, który z kolei reaguje z wodą, tworząc kwas azotowy (V), HNO₃:

                 O            H₂O
         NO  =>  NO₂   => HNO₃
              lub O₃

Powstały  kwas  azotowy w dalszej kolejności reaguje z  obecnym w powietrzu amoniakiem:

         NO₃ + NH₃ ->  NH₄N0₃

Powstający azotan (V) amonu tworzy w powietrzu aerozol wspólnie ze związkami siarki. Aerozol ten, a także NO₂ i inne substancje powstałe w wyniku przemian NO_x, są pochłaniane przez drobne kropelki wody tworzące chmury, które mogą przenosić zaadsorbowane zanieczyszczenia na duże, rzędu kilkuset kilometrów, odległości. Dwutlenek węgla po rozpuszczeniu w wodzie deszczowej, ulega reakcji dysproporcjonowania:

2NO₂ + H₂O -> 2H⁺ + NO₂^- + NO₃^-

Reakcja ta jest jedną z przyczyn zakwaszania wody deszczowej.

3. Powstawanie smogu fotochemicznego; smog (mgła inwersyjna) to szczególnie niebezpieczny rodzaj zanieczyszczenia powietrza powstający w wyniku połączenia się dymu i mgły lub pary wodnej. Smog powstaje w obszarach o dużej emisji zanieczyszczeń przy znacznej ich koncentracji oraz w sprzyjających warunkach meteorologicznych i klimatycznych. Klasycznymi przykładami smogów są: smog utleniający typu "Los Angeles" i smog kwaśny typu "londyńskiego". Smog fotochemiczny (typu "Los Angeles") tworzy się w warunkach klimatu tropikalnego lub subtropikalnego. Jego powstawanie spowodowane jest występowaniem wysokich stężeń tlenków azotu i lotnych związków organicznych, szczególnie węglowodorów oraz dużego nasłonecznienia. Pod wpływem promieniowania słonecznego w wyniku reakcji chemicznych i fotochemicznych powstaje szereg toksycznych silnie utleniających substancji, takich jak nadtlenki organiczne, aldehydy, ketony, azotany organiczne, wolne rodniki i ozon.

Wzrost stężenia smogu fotochemicznego pozostaje w ścisłym związku z motoryzacją. Silniki spalinowe uwalniają do atmosfery zarówno tlenki azotu jak i węglowodory.

4. Niszczenie materiałów; powstają straty materialne w wyniku płowienia, spadku trwałości i wytrzymałości tekstyliów, przyspieszenia starzenia się wyrobów gumowych, niszczenia budynków, konstrukcji metalowych, korozji stopów niklowomosiężnych a w szczególności niszczenia zabytków, wykonanych najczęściej z wapienia i piaskowca.

5. Uszkodzenia roślin; oddziaływanie może mieć charakter bezpośredni, gdy uszkadzane są naziemne części roślin (igły, liście), lub pośredni, gdy uszkodzenia roślin powstają w wyniku zanieczyszczenia gleby jak: zakwaszenie, powstanie w glebie rakotwórczych i mutagennych nitrozoamin.

6. Szkodliwe oddziaływanie na organizm człowieka; spośród tlenków azotu, które występują jako zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego największe znaczenie ma NO₂ ze względu na swoją toksyczność i stosunkowo wysokie stężenia.

• Tlenek azotu (IV) NO₂ jest gazem silnie drażniącym i duszącym. Przy zatruciach ostrych, spowodowanych wysokimi stężeniami NO₂ (rzędu kilkunastu i więcej mg/m³) powoduje kaszel na skutek podrażnienia krtani, łzawienie oczu i zaczerwienienie spojówek, ból i zawroty głowy. Zatrucia ostre mogą powodować zmiany zarostowe oskrzełików płucnych, prowadzące do niewydolności oddechowej, a nawet śmierci. Przy zatruciach przewlekłych występuje upośledzenie wydolności oddechowej, przewlekłe zapalenie oskrzeli i rozedma płuc.
• Tlenek azotu (II) NO jest gazem drażniącym. Ze względu na "utlenianie" się w powietrzu do tlenku azotu (IV), może działać dusząco i objawy zatrucia ostrego będą analogiczne, jak w przypadku NO₂. Może wywoływać methemoglobinemię, o której świadczy pojawienie się sinicy oraz ból głowy, mdłości i wymioty.

Bądź pierwszym który skomentuje

Napisz komentarz

Treść komentarza powinna być związana z tematem artykułu. Komentarze naruszające netykietę będą usuwane. Komentarze promujące własne np. strony, produkty itp. będą usuwane. *Odśwież* swoją przeglądarkę by dokonać zmiany kodu przed użyciem przycisku 'wyślij'. Zachowaj w pamięci treść jeżeli pomyliłeś kod.
Imię:
E-mail
Strona wwww
Tytuł:
BBCode:
Komentarz:
Kod antyspamowy:*
	Chcę być powiadamiany emailem o dodaniu nowych komentarzy

Powered by AkoComment Tweaked Special Edition v.1.4.6
Polska adaptacja JoomlaPL.com Team
AkoComment © Copyright 2004 by Arthur Konze - www.mamboportal.com
All right reserved