[geografija v šoli] 1-2·2012 25 * Anton Planinšek je zaposlen na Agen- ciji RS za okolje v Ljubljani. anton.planinsek@gov.si COBISS: 1.04 oneSnaŽenoST Zraka ko T PoSleDiC a emiSij in lokalniH vremenSkiH Pojavov Anton Planinšek * Povzetek V članku so opisani viri onesnaževanja v Sloveniji in najpogostejša onesnaževala, stanje kakovosti zunanjega zraka in opis vzrokov za takšno stanje. Na koncu je podana še povezava onesnaženosti zraka s klimat- skimi spremembami. Ključne besede: zrak, onesnaženost, emisija, antropogeni viri, naravni viri, onesnaževalo AIR POLLUTION AS THE CONSEQUENCE OF EMISSION AND OF LOCAL METEOROLOGICAL PHENOMENA Abstract: The article deals with the causes of pollution in Slovenia, the most fre- quent pollutants, the quality of the air, and gives the description of the causes for the present situation. In the final part the connection between the air pollution and the climate change is presented. Keywords: air, pollution, emission, anthropogenic sources, natural re- sources, pollutant Namen tega članka je podati nekaj dejstev o problematiki onesnaženosti zraka, ki jih redkeje srečujemo v učbenikih. Poleg tega sem dodal nekaj spletnih povezav do podatkovnih baz, v katerih so shranjeni podatki o virih onesnaževal (emisije) in stanja onesnaženosti v zunanjem zraku (imi- sija). Na razpolago je veliko podatkov, ki so lahko dobra osnova za naloge in projekte. Zrak, ki nas obdaja, je zmes plinov, večinoma dušika in kisika. V kubič- nem metru je na morski gladini okoli 1,3 kg zraka, odvisno od temperatu- re in trenutnega zračnega tlaka. Z višino se gostota zraka zmanjšuje, raz- merje deležev posameznih plinov pa se z višino pravzaprav ne spreminja. V manjših količinah so v zraku zastopani tudi drugi plini, argon okoli 1 %, ogljikov dioksid okoli 0,3 % in vodna para, katere delež se spreminja in je lahko do 4 %. Količine preostalih plinov so bistveno manjše. Nekateri plini so naravnega izvora, drugi so posledica človeške dejavnosti (antropogene emisje). V zraku so lahko prisotni tudi trdni delci in kapljevine. Če so delci dovolj majhni, lebdijo v zraku. Nekatere snovi v zraku so neškodljive za Podnebje od lokalne do globalne ravni [geografija v šoli] 1-2·2012 26 zdravje ljudi, živali, rastline in nežive materiale, druge pa lahko pri dovolj veliki koncentraciji povzročajo škodo. Snovi, ki sestavljajo zrak, so lahko kemično nevtralne, večinoma pa med seboj reagirajo in nastajajo nove spojine, ki so lahko nevarne ali pa ne. Nevarnim snovem pravimo one- snaževala, definirana v Uredbi o kakovosti zunanjega zraka Ur. l. RS, št. 9/2011: onesnaževalo je katera koli snov, ki je prisotna v zraku in za katero je verjetno, da ima škodljive učinke na zdravje ljudi oziroma na okolje. Količino onesnaževal merimo v mikrogramih v kubičnem metru zraka. Mejne vrednosti koncentracij, pri katere se smatra, da pod to vre- dnostjo ne povzročajo škodljivih učinkov, so predpisane v prej navedeni uredbi. Z besedo emisija mislimo na izpuščanje onesnaževal v zunanji zrak. Delimo jih na naravne in antropogene. naravne emisije so predvsem po- sledica preperevanja kamnin, ki jih dviguje veter, in vulkanskih pojavov, kot so vulkanski izbruhi ter emisije iz vulkanskih kraterjev, fumarol in podobnega, ter sol iz morja zaradi izhlapevanja kapljic. Velik del naravnih emisij nastaja tudi zaradi delovanja rastlin in živali, na primer cvetni prah in organske spojine, ki izhlapevajo iz listov in iglic, pa amoniak zaradi živali. Z rastjo števila prebivalcev in svojo dejavnostjo je človeštvo v zadnjih nekaj tisoč letih, posebno pa zadnjih dvesto let, močno povečalo emisije onesnaževal v zrak. Največ so se emisije povečale ob industrijski revo- luciji s povečano uporabo premoga. V začetku 20. stoletja se je začela z razvojem avtomobilizma povečevati poraba nafte, z razvojem kemijske industrije pa je v ozračje prihajalo vedno več kemikalij, tudi strupenih organskih spojin. S povečanjem števila prebivalcev in vedno višjega stan- darda, predvsem v zahodnih državah, se je pojavila potreba po velikih količinah energije za ogrevanje bivalnih in poslovnih prostorov pozimi in njihovo hlajenje poleti. Povečana poraba energije je seveda povezana z emisijami onesnaževal. Podatke o emisiji posameznih onesnaževal v Sloveniji lahko dobimo za državo kot celoto in za posamezne naprave. Podatki so navadno poraz- deljeni po posameznih sektorjih, kot je energetika, promet, kmetijstvo in podobno. Dostopni so na spletni strani Agencije Republike Slovenije za okolje (ARSO) po posameznih letih do leta 2008 na naslovu: http://okolje.arso.gov.si/onesnazevanje_zraka/vsebine/onesnazevala- -zraka Podatki za žveplov dioksid in dušikove diokside od leta 1980 ter za delce PM10 od leta 2000 so prikazani na sliki 1. Pri žveplovem dioksidu se je emisija močno zmanjšala zaradi izgradnje čistilnih naprav v termoelek- trarnah, zmanjšanja industrijske dejavnosti, boljših goriv in večje uporabe zemeljskega plina za ogrevanje. Pri dušikovih oksidih emisije ne padajo. V devetdesetih letih prejšnjega stoletja se pozna padec emisij zaradi vedno večje uporabe katalizatorjev v avtomobilih, v zadnjem času pa je ta trend izničil povečani promet. Emi- sije v energetiki ostajajo na približno enakem nivoju, ker termoelektrarne še nimajo čistilnih naprav za dušikove okside. emisije Podnebje od lokalne do globalne ravni [geografija v šoli] 1-2·2012 27 Na področju cele Slovenije spustijo v zrak največjo količino delcev mala kurišča. Drugačni deleži so seveda v mestih, kjer posebej izstopa Ljublja- na. Večina energije za ogrevanje pride iz toplarne in iz kotlovnic, ki upo- rabljajo zemeljski plin. Tako več kot polovica delcev nastane zaradi pro- meta z motornimi vozili. Ta emisija prihaja v zrak pri tleh in zato na višini, kjer dihamo, povzročajo previsoke koncentracije. Podatki o emisijah iz posameznih naprav so zelo podrobni in zajemajo veliko onesnaževal. Podani so v excelovih datotekah po posameznih letih. Ta baza podatkov nastaja na podlagi poročil, ki so jih upravljavci naprav dolžni vsako leto pošiljati na ARSO na podlagi okoljevarstvenih dovoljenj. Spletna stran je nekoliko nepregledna, zato podajam polni naslov do po- datkov: http://okolje.arso.gov.si/onesnazevanje_zraka/devices#Naprave (splošno) Slika 1: Trendi emisij žveplovega dioksida, dušikovih oksidov in delcev PM 10 . Tabela 1: Nacionalni izpusti za osnovna onesnaževala in delce za leto 2008 Podnebje od lokalne do globalne ravni [geografija v šoli] 1-2·2012 28 Ti podatki so lahko osnova za naloge in projekte s tega področja. Kakovost zraka se je v času, od kar so na razpolago meritve koncentracij onesnaževal, od leta 1968, precej spremenila. To je predvsem posledica spremenjenih emisij, delno pa tudi klimatskih sprememb. Stanje kakovosti zunanjega zraka za leto 2010 nam pokaže tabela, vzeta iz poročila ARSO kakovost zraka v Sloveniji v letu 2010. (http://www.arso.gov.si/zrak/kakovost%20zraka/poro%c4%8dila%20 in%20publikacije/kakovost_letna.html) Iz tabele 1 se vidi, da so prekoračene mejne vrednosti predvsem pri del- cih PM 10 , delno pri ozonu in benzo(a)pirenu, ki se ga upošteva kot indika- tor za prisotnost policikličnih ogljikovodikov. Stanje kakovosti zunanjega zraka v Sloveniji Podnebje od lokalne do globalne ravni [geografija v šoli] 1-2·2012 29 V zadnjih letih je bilo največ prekoračitev mejne vrednosti pri delcih PM 10 . To so delci, ki imajo aerodinamični premer manjši od 10 mikronov. Ta- kšni delci so dovolj majhni, da jih dlačice v nosu ne zadržijo, zato pridejo v pljuča. Še nevarnejši so delci, manjši od 2,5 mikronov, ki prodrejo do pljučnih mešičkov. V večini primerov so delci, ki lebdijo v zraku, porozni in imajo veliko površino. Posebej v hladni polovici leta se v delce adsorbirajo precejšnje količine plinov, predvsem onesnaževal. Ko pride takšen delec v pljuča, se zaradi toplejšega okolja plini v delcu sprostijo, v pljučih na- stane visoka koncentracija onesnaževal, ki povzroča škodljive posledice za zdravje. Koncentracije delcev so najvišje v hladni polovici leta, ko so njihove emisije zaradi ogrevanja večje, vremenske razmere za redčenje emisij pa so slabše. Situacija pri ozonu je ravno nasprotna kot pri delcih. Ozon je fotokemijsko onesnaževalo. Nastaja s kemičnimi reakcijami med predhodniki ozona, pri katerih kot katalizator nastopa sončna svetloba. Predhodniki ozona so dušikovi oksidi in ogljikovodiki. Antropogene emisije predhodnikov ozona se čez leto ne spreminjajo veliko. Glavni vir teh snovi je promet z motornimi vozili. Poleti je več naravnih emisij ogljikovodikov, ki jih odda- jajo rastline, pa tudi sončne svetlobe je bistveno več. Ozon lahko kljub svoji veliki reaktivnosti prepotuje velike razdalje. Tak pojav opazujemo na Primorskem, kjer so najvišje koncentracije v Sloveniji. Najvišje vrednosti koncentracij se praviloma pojavljajo ob jugozahodnem vetru, ko prinese ozon iz sosednjih pokrajin v Italiji, ki spada med najbolj z ozonom obre- menjena območja v Evropi. Koncentracije ozona so visoke tudi nekaj tisoč metrov nad morjem. V Sloveniji je izmerjena najvišja povprečna letna koncentracija ozona na Krvavcu. Primerjave z enostavnejšimi meritvami so celo pokazale, da je nivo koncentracij ozona na Krvavcu in Kredarici enak. Tega dejstva se morajo zavedati planinci, saj je intenziven napor ob visokih koncentracijah ozona škodljiv za zdravje. V poletnem času ARSO izdaja napoved najvišjih urnih koncentracij za posamezne predele v Sloveniji. Napovedi so objavljene na spletni strani ARSO. Na tej spletni strani so tudi sprotni podatki o koncentracijah one- snaževal, v mesečnih biltenih in letnih poročilih (od leta 1997 dalje) pa so objavljene obdelave podatkov za določeno leto in trendi koncentracij za več let. Prostorska razporeditev posameznih onesnaževal pa je ocenjena v elabo- ratu OCENA ONESNAŽENOSTI ZRAKA z žveplovim dioksidom, dušikovimi oksidi, delci PM10, ogljikovim monoksidom, benzenom, težkimi kovinami (Pb, As, Cd, Ni) in policiklicnimi aromatskimi ogljikovodiki (PAH), ki je obja- vljen na spletni strani ARSO. Sprotne podatke o koncentracijah onesnaževal z merilnih mest okoli termoenergetskih objektov so na spletni strani Elektroinštituta Milan Vid- mar: http://www.okolje.info/. Podatke iz Slovenije lahko primerjamo s koncentracijami drugih evropskih držav. Države članice Evropske agencije za okolje letno pošiljajo izmerje- ne podatke v skupno bazo EIONET, ki je dostopna na spletu: http://www. eionet.europa.eu/. Podnebje od lokalne do globalne ravni [geografija v šoli] 1-2·2012 30 Tabela 1: Nivo koncentracij na merilnih postajah za onesnaženost zraka Sklep vzroki visokih koncetracij zaradi lokalnih vremenskih pojavov Podnebje od lokalne do globalne ravni Visoke koncentracije niso odvisne le od emisij onesnaževal, ampak so tudi lahko posledica neugodnih vremenskih razmer, ki onemogočajo razredčenje emisij v večji volumen. Slovenija ima glede tega precej neu- godne razmere. Imamo območja z različnimi klimatskimi pasovi – sredo- zemsko, alpsko in celinsko, razgiban relief in šibke vetrove. Ob jasnem vremenu nastajajo temperaturne inverzije, ki onemogočajo vertikalno izmenjavo zraka. To pomeni, da vsa emisija, ki nastane pri tleh, tam tudi ostane in so zato koncentracije bistveno višje kot na dobro prevetrenem območju. Omeniti je treba še pojav mestnega toplotnega otoka. Zaradi večje porabe energije v mestih se zrak v mestu dodatno segreje in je to- plejši kot v okolici. Ob šibkih vetrovih, ki v Sloveniji prevladujejo, posebej ponoči in v kotlinah, se zato v mestih in okolici pojavi posebna cirkulacija zraka. Toplejši zrak se nad mestom dviguje do višine temperaturne inver- zije oz. do višine, ki mu jo omogoča večja toplotna energija. Nadomešča ga zrak iz okolice, ki v plasti debeline nekaj deset metrov z vseh strani piha proti središču mesta. Zrak, ki se je prej dvignil do temperaturne in- verzije pa se ob robu mesta spušča nazaj proti tlom in delno vstopa v tok zraka, ki leze proti središču mesta. Tako imamo delno zaprt krog, ki zato zadrži večino emisij onesnaževal, ki jih oddaja mesto s svojo dejavnostjo. Ti pojavi so opisani v raziskavi o klimi Ljubljane (Jernej 2000), opazili in izmerili pa so ga tudi v drugih mestih. Onesnaženost zraka v Sloveniji je občasno slabša, kot so predpisane vre- dnosti. To velja predvsem za mesta, kjer so glavni problem koncentracije [geografija v šoli] 1-2·2012 31 delcev. Koncentracije ozona spomladi in poleti presegajo mejne vrednosti po celi državi, tudi v gorah. Glavni povzročitelj prekomernega onesnaženja zraka sta promet in ogrevanje v zimskem času. Po osamosvojitvi Slove- nije je propadlo precej industrije, ki je s svojimi emisijami onesnaževala okolje, sedaj pa je teh emisij znatno manj. Tudi termoelektrarne so z izgradnjo čistilnih naprav emisije znižale do te meje, da okolja ne onesna- žujejo prekomerno. Večji viri onesnaženja morajo pridobiti za obratovanje okoljevarstveno dovoljenje, v katerih so predpisani pogoji za obratovanju naprave, pri katerih ne obremenjuje okolja prekomerno. Nadzor nad na- pravami opravlja inšpekcija za okolje. V zadnjem času se veliko govori o klimatskih spremembah. Toplejše pod- nebje pomeni, da porabimo manj energije za ogrevanje, kar pomeni tudi manjše emisije onesnaževal v zrak. Pomeni tudi večjo prevetrenost naših krajev in s tem zniževanje koncentracij. Glede na to, da je Zemlja že doži- vljala v ne preveč oddaljeni preteklosti toplejša obdobja kot to, v katerem se nahajamo (npr. pred 800 leti je rasla vinska trta na Koroškem, pa tudi v Angliji), pa tudi bistveno hladnejša, ko so se v 6. stoletju narodi s severa preselili v srednjo Evropo, ker se na severu zaradi mraza ni dalo preživeti. Spremembe temperature v zadnjih 10.000 letih so prikazane na sliki 2. Obstajajo sicer novejše raziskave, ki so pokazale podrobnejše spremem- be temperatur na več lokacijah na Zemlji, povzetek pa je podoben kot na sliki 2. Antropogene emisije toplogrednih plinov so bile takrat bistveno manjše, kot so sedaj, zato ne moremo z gotovostjo trditi, da so povečane emisije teh plinov edini vzrok za segrevanje Zemlje. Vendar imajo prizade- vanja za zmanjšanje emisij ogljikovega dioksida (brezogljična družba) tudi zelo blagodejen stranski učinek – veliko zmanjšanje emisij onesnaževal in s tem boljši zrak. 1. Kakovost zraka v Sloveniji v letu 2010, julij 2011, Ljubljana. Agencija republi- ke Slovenije za okolje. 2. Silvester Jernej in ostali, 2000, Analiza klime mesta Ljubljana: z dodatkom aplikacij za uporabo klimatskih izhodišč pri načrtovanju rabe prostora Podnebje od lokalne do globalne ravni Segrevanje v holocenu Srednjeveško toplejše obdobje Mala ledena doba Ledena doba Leta pred n. š. Črtkana črta predstavlja temperature okoli začetka 20. stoletja. Vir: Segrevanje v času Rimljanov Spreminjanje temp. (°C) Slika 2: Spremembe temperature na Zemlji zadnjih 10.000 let literatura [geografija v šoli] 1-2·2012 32 Podnebje od lokalne do globalne ravni Korelacijski koeficienti med količino padavin na 658 merilnih postajah po svetu in nekoliko prilago- jenim indeksom za pojav El Niño za prve tri mesece v letu (jan.-mar.). Zeleni in modri toni označujejo pozitivne korelacijske koeficiente (višji indeks – več padavin), rumeni in rdeči pa negativne. V začetku leta so statistično pomembno povezane močnejše padavine z močnejšim pojavim El Niño v južnem in osrednjem delu Združenih držav, pa tudi v Evropi - torej precej daleč od tropskega Pacifika. (Oldenborghetal., 2005, dostopno na KNMI, http://www.knmi.nl/publications/fulltexts/decadal_ copy1.pdfin http://www.knmi.nl/research/global_climate/enso/effects/#temperature, z dovoljenjem za reproduciranje.) Korelacijski koeficienti med količino padavin in indeksom za pojav El Niño 1 1 Karta korelacijskih koeficientov sodi k članku Jožeta Rakovca, Vzroki za spreminjanje podnebja (str. 51-60).