Stvar kemije

Jesu li svi plinovi važni za naš okoliš?

Mnogi plinovi u zraku nisu osobito važni po pitanju kemije. Neki plinovi u tragovima, poput ugljikova dioksida i dušičnog oksida, ne reagiraju u doticaju sa zrakom i iz tog se razloga kategoriziraju kao plinovi duga vijeka. Najvažnija sastavnica zraka, dušik, također je inertan u atmosferi. Plinovi duga vijeka kojih ima u tragovima u približno su jednakim koncentracijama prisutni diljem svijeta. Kad biste uzeli uzorak na sjevernoj i na južnoj hemisferi, razlika u količini tih plinova u zraku ne bi bila velika.

Ipak, koncentracije drugih plinova, poput sumpornog oksida, amonijaka i oksidanata koji su osjetljivi na sunce, poput ozona, mnogo su nestabilnije. Ovi plinovi predstavljaju prijetnju okolišu i ljudskom zdravlju te ubrzo izgube prvotni oblik zato što tako brzo reagiraju u atmosferi. Brzo reagiraju i tvore druge spojeve ili se talože na tlu te ih tada nazivamo plinovima kratkog vijeka. Stoga su prisutni na mjestima gdje su ispušteni ili gdje su nastali reakcijom. Satelitske slike daljinskog očitavanja pokazuju visoku koncentraciju ovih plinova kratkog vijeka u nekim dijelovima svijeta, posebice u industrijskim područjima.

Kako ti plinovi kratkog vijeka mogu stvoriti problem za kvalitetu zraka i prirodu?

Mnogi od tih plinova kratkog vijeka otrovni su za ljude i biljni svijet. Također, u atmosferi se često pretvaraju u druge onečišćujuće tvari, ponekad i sunčevim djelovanjem. Sunčeva energija sposobna je reaktivne plinove kratkog vijeka razlučiti u nove kemijske spojeve. Dobar je primjer dušični dioksid. Dušični oksid uglavnom nastaje izgaranjem goriva, neovisno o tome radi li se o izgaranju benzina u automobilima ili izgaranju plina i ugljena u elektranama. Pri izlaganju suncu dušični se dioksid razdvaja u dva nova kemijska spoja: dušični oksid i ono što kemičari nazivaju atomskim kisikom. Atomski je kisik jednostavno jedan atom kisika. Atomski kisik reagira s molekularnim kisikom (dva atoma kisika u kombinaciji s molekulama O₂) i tvore ozon (O₃) koji je otrovan za ekosustave i ljudsko zdravlje te je jedna od najvažnijih onečišćujućih tvari u svim industrijaliziranim zemljama.

No, nismo li 1980-ih trebali ozon da nas štiti od prejaka zračenja sunca?

To je točno. No, ozon unutar ozonskog sloja u stratosferi nalazi se na visinama 10 do 50 kilometara iznad površine, gdje nas štiti od UV-zračenja. No, ozon na nižim visinama, koji često nazivamo prizemnim ozonom, prijetnja je za ljudsko zdravlje, usjeve i ostalu osjetljivu vegetaciju.

Ozon je jak oksidant. U biljke ulazi preko malih pora na lišću. Upijaju ga biljke i proizvodi slobodne radikale - nestabilne molekule koje oštećuju membrane i proteine. Biljke imaju visokorazvijene mehanizme za suzbijanje slobodnih radikala. No, ako biljka dio energije koju upija iz sunca i proizvodi fotosintezom mora iskoristiti za popravak oštećenih stanica izazvanih slobodnim radikalima, imat će manje energije potrebne za rast. Kad su usjevi izloženi ozonu, plodnost je manja. Ozon smanjuje poljoprivredne prinose od usjeva diljem Europe, Sjeverne Amerike i Azije.

Kemija ozona u ljudi slična je onoj u biljaka. No, u ovom slučaju ozon ne upijaju pore na površini biljke, već stijenke pluća. Stvara slobodne radikale u stijenkama pluća i ometa rad pluća. Ljudi koji imaju problema s disanjem najviše su ugroženi djelovanjem ozona. Pogledate li statistike, tijekom razdoblja s visokom koncentracijom ozona, povećana je smrtnost ljudi.

Uzmemo li u obzir da su ti plinovi kratkog vijeka, ne bi li veliki rezovi u emisijama dušičnog dioksida trebali dovesti do naglog opadanja razine ozona?

U principu, da. Mogli bismo smanjiti emisije, što bi snizilo razinu ozona. No, ozon se stvara na širokoj udaljenosti koja se proteže od blizine zemljine površine pa sve do visine od otprilike 10 km. Dakle, ondje visoko ima još mnogo zaliha ozona. Kad bismo prestali emitirati sav ozon, trebalo bi nam oko mjesec dana da se vratimo na normalnu razinu ozona.

No, čak i kad bi Europa poduzela te mjere, to ne bi smanjilo našu izloženost ozonu. Dio ozona u Europi dolazi od emisija ozona u samoj Europi. No, Europa je izložena i ozonu koji dolazi iz Kine, Indije i Sjeverne Amerike. Sam dušični dioksid plin je kratkog vijeka, no ozon koji stvara može živjeti dulje i zato vjetar ima dovoljno vremena da ga prenese svijetom. Jednostrana odluka EU-a smanjila bi neke od vršnih vrijednosti proizvodnje ozona u Europi, no to bi tek neznatno doprinijelo globalnom rješavanju problema jer je Europa samo jedan od mnogih proizvođača ozona.

Europa, Sjeverna Amerika, Kina, Indija i Japan imaju problema s ozonom. Čak i brzorastuće države poput Brazila (gdje izgaranje biomase i vozila ispuštaju plinove koji su prekursori ozona) imaju problema s ozonom. Kad govorimo o proizvodnji ozona, najčišći su dijelovi svijeta izolirana oceanska područja.

(c) Cesarino Leoni, ImaginAIR/EEA

Je li ozon jedina briga?

Aerosoli su druga važna onečišćujuća tvar i važniji su od ozona. Kad govorimo o aerosolima, to nije ono što potrošači obično smatraju aerosolima, poput dezodoransa i spreja za namještaj koji možete kupiti u trgovini. Za kemičare, aerosoli su sitne čestice u atmosferi koje nazivamo i lebdećim česticama (PM). One mogu biti čvrste ili tekuće, a neke se od njih u doticaju s vlažnim zrakom pretvaraju u kapljice te se, kako se zrak suši, vraćaju u kruto stanje. Aerosoli su povezani s višom smrtnošću ljudi, a najviše su ugroženi ljudi s dišnim problemima. Lebdeće čestice u atmosferi imaju veći utjecaj na zdravlje od ozona.

Mnoge onečišćujuće tvari koje je proizveo čovjek emitiraju se u obliku plina. Na primjer, sumpor se obično emitira u obliku sumpornog dioksida (SO₂), dok se dušik emitira kao dušični dioksid (NO₂) i/ili amonijak (NH₃). No, jednom kad se nađu u atmosferi, ovi se plinovi pretvaraju u čestice. Ovim se procesom sumporni dioksid pretvara u čestice sumpora koje nisu veće od djelića mikrona.

Ako je u zraku prisutna dovoljna količina amonijaka, taj se sulfat reakcijom pretvara u amonijev sulfat. Pogledate li zrak u Europi prije 50 godina, uvidjet ćete da je amonijev sulfat bio njegov glavni sastojak. No, emisije su se sumpora u Europi znatno smanjile - oko 90% od 1970-ih naovamo.

Iako smo smanjili emisije sumpora, emisije amonijaka nismo smanjili ni približno toliko. To znači da amonijak u atmosferi reagira s drugim tvarima. Primjerice, NO₂ se u atmosferi pretvara u dušičnu kiselinu, a ta dušična kiselina u reakciji s amonijakom proizvodi amonijev nitrat.

Amonijev je nitrat vrlo hlapljiv. Visoko u atmosferi, amonijev je nitrat čestica ili kapljica, no kad je dan vruć i kad se nađe blizu Zemljine površine, amonijev se nitrat cijepa na dušičnu kiselinu i amonijak koji se brzo talože na površini Zemlje.

Što se događa kad se dušična kiselina taloži na površini Zemlje?

Dušična kiselina dodatak je dušiku na Zemljinoj površini te služi kao korisno gnojivo našim biljkama. Na ovaj način gnojimo prirodni okoliš Europe iz atmosfere na jednak način na koji poljoprivrednici gnoje usjeve. Dodatno gnojivo koje dušik predstavlja za prirodni okoliš rezultira povećanjem kiselosti i vodi k uvećanim ispuštanjima dušičnog oksida, no ujedno pomaže rastu šuma te tako predstavlja i prijetnju i korist. Najveći utjecaj dušika nataloženog u prirodnom okolišu jest opskrbljivanje prirodnog ekosustava dodatnim hranjivim tvarima. Kao rezultat toga, biljke koje žeđaju za dušikom vrlo brzo rastu i cvjetaju te potiskuju vrste koje sporije rastu. Ovo vodi k nestanku vrsta koje su se prilagodile životu u klimi s manjkom dušika. Već i sad možemo zamijetiti promjenu u bioraznolikosti flore diljem Europe koja je rezultat gnojenja kontinenta iz atmosfere.

(c) Cesarino Leoni, ImaginAIR/EEA

"Svi nastojimo stvoriti optimalne uvjete u svojem okruženju kako bismo se dobro osjećali. Kvaliteta zraka koji udišemo ima značajan utjecaj na naš život i našu dobrobit." Cesarino Leoni, Italija

Pozabavili smo se problemom emisija sumpora i ozonskim omotačem. Zašto se nismo pozabavili problemom amonijaka?

Ispuštanja amonijaka potječu iz sektora poljoprivrede, posebno iz bujajućeg sektora mljekarstva. Urin i gnojivo od krava i ovaca na poljima uzrokuju emisije amonijaka u atmosferu. On je vrlo reaktivan i odmah se taloži u okolišu. Također, stvara i amonijev dušik te je važan čimbenik pri stvaranju lebdećih čestica u atmosferi, što utječe na ljudsko zdravlje. Većina amonijaka koji emitiramo u Europi ujedno se i taloži u Europi. Mora postojati snažnija politička volja za uvođenjem kontrolnih mjera za smanjenje emisija amonijaka.

Zanimljivo je da je u slučaju sumpora bila prisutna snažna politička volja. Smatram da je za to odgovorna jaka moralna obveza velikog dijela europskih zemalja koje emitiraju sumpor, razmjerno zemljama pohranjivačima Skandinavije, gdje je nastala većina problema s taloženjem kiseline.

Smanjenje emisija amonijaka značilo bi da se cilja na poljoprivredni sektor, a poljoprivredni su lobiji prilično utjecajni u političkim krugovima. Situacija je slična i u Sjevernoj Americi. I tamo postoji velik problem s emisijama amonijaka te je također prisutan manjak djelovanja kojim bi se on kontrolirao.

Dodatne informacije

• O atmosferskoj kemiji: Enciklopedija klime ESPERE