O problemă de chimie

Sunt toate gazele importante pentru mediu?

Multe dintre gazele din aer nu sunt în mod special importante în termeni de chimie. Unele gaze reziduale, precum dioxidul de carbon și oxidul de diazot nu reacţionează rapid în aer și, din acest motiv, intră în categoria gazelor cu durată mare de viaţă. Principalul component al aerului, azotul, este, de asemenea, în mare parte inert în atmosferă. Gazele reziduale cu durată de viaţă mare sunt prezente aproximativ în aceleași concentraţii peste tot în lume. Dacă am compara un eșantion din emisfera nordică și unul din emisfera sudică, nu ar exista diferenţe prea mari în ceea ce privește cantitatea acestor gaze în aer.

Totuși, concentraţiile altor gaze, precum dioxidul de sulf, amoniacul și oxidanţii sensibili la lumina soarelui, precum ozonul, sunt mult mai variabile. Aceste gaze reprezintă o ameninţare pentru mediu și pentru sănătatea umană și deoarece reacţionează atât de repede în atmosferă nu rămân mult timp în forma lor originală. Aceste gaze reacţionează rapid și formează alţi compuși sau sunt îndepărtate din aer prin depozitare pe sol și sunt numite gaze cu durată de viaţă redusă. Prin urmare, acestea sunt prezente în apropierea locului de unde au fost emise sau formate prin reacţie. Imaginile preluate de sateliţi prin sistemul de teledetecţie indică puncte în care se găsesc aceste gaze cu durată de viaţă redusă în anumite zone ale lumii, în special în zonele industrializate.

Cum pot gazele cu durată de viaţă redusă să creeze probleme pentru calitatea aerului și mediu?

Multe dintre aceste gaze cu durată de viaţă redusă sunt toxice pentru sănătatea umană și vegetaţie. De asemenea, acestea sunt imediat transformate în atmosferă în alţi poluanţi, unele sub acţiunea razelor soarelui. Energia solară poate diviza multe dintre aceste gaze reactive cu durată de viaţă redusă în compuși chimici noi. Dioxidul de azot este un bun exemplu. Dioxidul de azot este produs în principal prin arderea combustibilului, fie de mașinile care ard benzină, fie de centralele electrice care ard gaze și cărbune. Atunci când dioxidul de azot este expus razelor soarelui, acesta este divizat în doi compuși chimic noi, oxidul de azot și ceea ce chimiștii numesc oxigen atomic. Oxigenul atomic este pur și simplu un singur atom de oxigen. Oxigenul atomic reacţionează cu oxigenul molecular (doi atomi de oxigen combinaţi ca molecule de O2) formând ozonul (O3), care este toxic pentru ecosisteme și pentru sănătatea umană și este unul dintre cei mai importanţi poluanţi în toate ţările industrializate.

Nu este însă adevărat că în anii 1980 aveam nevoie de ozon pentru a ne proteja de radiaţiile solare prea puternice?

Este adevărat. Insă ozonul din stratul de ozon din stratosferă se află la altitudini între 10 km și 50 km deasupra suprafeţei terestre, unde oferă o protecţie împotriva radiaţiilor UV. Ozonul de la niveluri mai scăzute – denumit în general ozonul de la nivelul solului – reprezintă o ameninţare pentru sănătatea umană, recolte și alte tipuri sensibile de vegetaţie.

Ozonul este un oxidant puternic. Acesta pătrunde în plante prin porii minusculi din frunze. Este absorbit de plantă și generează radicali liberi – molecule instabile care deteriorează membranele și proteinele. Plantele au mecanisme sofisticate de combatere a radicalilor liberi, însă dacă o plantă trebuie să utilizeze o parte din energia pe care o obţine de la soare și prin fotosinteză pentru a remedia deteriorarea celulelor cauzată de radicalii liberi, va dispune de mai puţină energie pentru a se dezvolta. Astfel, atunci când culturile sunt expuse ozonului, sunt mai puţin productive. În Europa, America de Nord și Asia recoltele agricole sunt reduse de ozon.

Chimia ozonului la om este similară cu chimia ozonului la plante, cu excepţia faptului că în loc să intre prin porii de pe suprafaţa plantei, ozonul este absorbit prin membrana plămânului. Acesta creează radicali liberi în membrana plămânului și deteriorează funcţionarea acestuia. Astfel, persoanele cele mai expuse riscului sunt cele care au probleme de respiraţie. Dacă ne uităm la statistici, perioadele în care nivelul de ozon este crescut prezintă o creștere a ratei zilnice de decese.

Având în vedere că aceste gaze au o durată de viaţă redusă, nu ar trebui ca o reducere drastică a dioxidului de azot să conducă la o scădere rapidă a nivelurilor de ozon?

În principiu, da. Am putea reduce emisiile, iar nivelurile de ozon ar începe să scadă. Însă ozonul este creat de la distanţe foarte apropiate de suprafaţa pământului, până la înălţimi de aproximativ 10 km. Prin urmare există un fond destul de mare de ozon încă prezent. Dacă am reduce toate emisiile ar dura în jur de o lună pentru a reveni la nivelurile naturale de ozon.

Însă chiar dacă Europa ia o astfel de măsură în legătură cu emisiile, expunerea noastră la ozon nu s-ar reduce aproape deloc. O parte din ozonul care intră în Europa provine din ozonul generat de emisiile europene, însă Europa este expusă și la ozonul transportat din China, India și America de Nord. Dioxidul de azot este, într-adevăr un gaz cu durată de viaţă redusă, dar ozonul pe care îl creează poate avea o durată de viaţă mai lungă și, prin urmare, există timp suficient pentru a fi transportat de vânt în jurul lumii. O decizie unilaterală a UE ar reduce unele dintre cantităţile de vârf produse în Europa, dar ar avea doar o contribuţie minoră la situaţia globală, deoarece Europa este doar unul dintre contribuitori, printre mulţi alţii.

Europa, America de Nord, China, India și Japonia au toate o problemă legată de ozon. Chiar și ţările care se dezvoltă rapid, precum Brazilia (unde arderea biomasei și vehiculele emit gaze precursoare ale ozonului) au o problemă cu ozonul. Cele mai curate părţi ale lumii în termeni de producţie de ozon sunt zonele oceanice izolate.

(c) Cesarino Leoni, ImaginAIR/EEA

Este ozonul singura sursă de preocupare?

Aerosolii sunt celălalt poluant și sunt mult mai importanţi decât ozonul. În această accepţiune, aerosolii nu sunt ceea ce consumatorii asociază în general cu acest termen, cum ar fi deodorantul sau sprayul pentru mobilă care poate fi cumpărat de la supermarket. Pentru chimiști, aerosolii sunt pulberi fine în atmosferă, numite și particule (particulate matter – PM). Acestea pot fi solide sau lichide, iar unele particule se transformă în picături în aerul umed și din nou în particule solide atunci când aerul devine mai uscat. Aerosolii sunt asociaţi cu rate mai mari ale mortalităţii la om, iar persoanele expuse cel mai mult riscurilor sunt cele cu probleme respiratorii. Particulele din atmosferă au efecte mai grave asupra sănătăţii decât ozonul.

Mulţi dintre poluanţii creaţi de activităţile omului sunt emiși sub formă de gaze. De exemplu, sulful este de obicei emis ca dioxid de sulf (SO2), în timp ce azotul este emis ca dioxid de azot (NO2) și/sau amoniac (NH3). Însă, odată ce ajung în atmosferă, aceste gaze se transformă în particule. Acest proces transformă dioxidul de sulf în particule de sulfaţi, care nu sunt mai mari decât o fracţiune de micron.

Dacă există suficient amoniac în aer, sulfatul respectiv reacţionează și devine sulfat de amoniu. Dacă ne uităm la aerul de deasupra Europei acum 50 de ani, sulfatul de amoniu era o componentă realmente dominantă. Am redus însă foarte mult emisiile de sulf în Europa – cu aproximativ 90 % din anii 1970.

Totuși, deși am redus emisiile de sulf, reducerea emisiilor de amoniac nici măcar nu se aproprie de un nivel similar. Aceasta înseamnă că amoniacul din atmosferă reacţionează cu alte substanţe. De exemplu, NO2 din atmosferă se transformă în acid azotic, iar acest acid azotic reacţionează cu amoniacul și formează azotatul de amoniu.

Azotatul de amoniu este foarte volatil. La altitudini mai mari în atmosferă, azotatul de amoniu este o particulă sau o picătură, dar într-o zi caldă și în apropierea suprafeţei, azotatul de amoniu se separă în acid azotic și amoniac, ambele depunându-se cu rapiditate pe suprafaţa pământului.

Ce se întâmplă atunci când acidul azotic este depozitat pe suprafaţa pământului?

Acidul azotic reprezintă un adaos de azot pe suprafaţa pământului și acţionează efectiv ca un îngrășământ pentru plantele noastre. În acest fel, adăugăm îngrășăminte mediului natural al Europei la fel cum fac agricultorii cu terenul agricol. Azotul suplimentar care acţionează ca îngrășământ pentru peisajul natural determină acidificarea și creșterea emisiilor de oxid de diazot, dar în același timp contribuie la dezvoltarea pădurilor fiind atât o ameninţare, cât și un beneficiu. Cel mai mare efect al azotului depozitat pe terenul natural este adaosul de îngrășăminte suplimentare în ecosistemele naturale. Astfel plantele mari consumatoare de azot cresc foarte repede și se răspândesc, eliminând speciile care se dezvoltă mai lent. Aceasta determină pierderea speciilor mai specializate, care s-au adaptat la creșterea într-un mediu cu un nivel scăzut de azot. Putem deja observa o modificare a biodiversităţii florei în întreaga Europă, ca urmare a fertilizării solului continentului prin intermediul atmosferei.

(c) Cesarino Leoni, ImaginAIR/EEA

"Fiecare dintre noi încercăm să creăm în mediul care ne înconjoară condiţiile optime pentru bunăstarea noastră. Calitatea aerului pe care îl respirăm are o influenţă semnificativă asupra vieţii noastre și asupra bunăstării noastre."
Cesarino Leoni, Italia

Am rezolvat problema emisiilor de sulf și a stratului de ozon. De ce nu am rezolvat și problema amoniului?

Emisiile de amoniac provin din sectorul agricol și, în special din sectorul producţiei intensive de lactate. Urina și dejecţiile de la vite și oi pe câmp produc emisii de amoniac în atmosferă. Acesta este foarte reactiv și formează imediat depozite pe sol. De asemenea, formează azotat de amoniu și contribuie în mod semnificativ la particulele din atmosferă și la problemele de sănătate umană asociate. Cea mai mare parte a amoniacului pe care îl emitem în Europa se depozitează în Europa. Trebuie să existe o voinţă politică mai fermă pentru a introduce măsuri de control în vederea reducerii emisiilor de amoniac.

Ceea ce este interesant este că în cazul sulfului, voinţa politică a existat. Cred că s-a datorat în parte unui sentiment al obligaţiei morale a marilor ţări emitente ale Europei faţă de ţările net primitoare din Peninsula Scandinavă, unde se forma cea mai mare parte a depozitului de acid.

Reducerea emisiilor de amoniac ar însemna controlarea sectorului agricol, iar lobby-iștii din agricultură sunt destul de influenţi în cercurile politice. Situaţia nu este diferită în America de Nord, unde de asemenea, nu există măsuri de control.

Informaţii suplimentare

Despre chimia atmosferică: ESPERE Climate Encyclopaedia