Bir kimya meselesi

Tüm gazlar çevre için önemli mi?

Havadaki birçok gaz, kimya bakımından özel bir önem arz etmez. Karbondioksit ve nitröz oksit gibi bazı eser gazlar, havada kolaylıkla tepkimeye girmez ve bu nedenle uzun ömürlü gazlar olarak sınıflandırılır. Havanın ana bileşeni azot da, atmosferde büyük ölçüde tepkimesizdir. Uzun ömürlü eser gazlar, dünyanın her yerinde hemen hemen aynı konsantrasyonlarda mevcuttur. Kuzey yarımküreden ve güney yarımküreden bir numune alırsanız, bu gazların havadaki miktarı bakımından çok büyük farklılık olmayacaktır.

Ancak sülfür dioksit, amonyak gibi diğer gazların ve ozon gibi günışığına hassas oksidanların konsantrasyonları çok daha değişkendir. Bu gazlar, çevre ve insan sağlığı için tehdit oluşturur ve atmosferde hızla tepkimeye girdikleri için orijinal biçimlerinde uzun süre kalmazlar. Başka bileşikler oluşturmak üzere hızla tepkimeye girerler ya da yere inerek havadan bileşiminden çıkarlar ve kısa ömürlü gazlar olarak adlandırılırlar. Bu nedenle, salındıkları veya tepkimeyle oluştukları yerlerin yakınında bulunurlar. Uzaktan algılama uydularıyla elde edilen görüntülerde, bu kısa ömürlü gazların dünyanın belirli yerlerindeki, genellikle de sanayileşmiş bölgelerindeki sıcak noktaları gösterilir.

Bu kısa ömürlü gazlar hava kalitesi ve çevre için nasıl sorun oluşturuyor?

Bu kısa ömürlü gazların birçoğu insan sağlığı ve bitki örtüsü için zehirlidir. Bunlar ayrıca, günışığının etkisiyle atmosferde kolaylıkla başka kirleticilere dönüşürler. Güneşin enerjisi, bu reaktif kısa ömürlü gazların birçoğunu yeni kimyasal bileşiklere ayırabilir. Nitrojen dioksit buna iyi bir örnektir. Nitrojen dioksit çoğunlukla, benzin yakan arabalarda veya gaz ve kömür yakan elektrik santrallerinde yakıtın yanmasıyla oluşur. Nitrojen dioksit günışığına maruz kaldığında, iki yeni kimyasal bileşiğe ayrılır: Nitrik oksit ve kimyagerlerin atomik oksijen olarak adlandırdığı madde. Atomik oksijen basitçe oksijenin tek bir atomudur. Atomik oksijen, moleküler oksijenle (O₂ molekülü olarak birleşen iki oksijen atomu) tepkimeye girerek ozonu (O₃) oluşturur, bu da ekosistemler ve insan sağlığı için zehirli olup, sanayileşmiş tüm ülkelerde en önemli kirleticilerden biridir.

Ama 1980’lerde bizi güneşten gelen aşırı radyasyondan koruması için ozona ihtiyacımız yok muydu?

Bu doğru. Ancak ozon tabakasındaki ozon, UV radyasyondan koruma sağladığı yüzeyden 10 km ile 50 km arasındaki yüksekliklerde bulunan stratosferdedir. Genellikle yer seviyesindeki ozon olarak adlandırılan daha düşük seviyelerdeki ozon ise; insan sağlığı, ekinler ve diğer hassas bitki örtüsü için bir tehdit oluşturur.

Ozon güçlü bir oksidandır. Yapraklardaki küçük gözenekler yoluyla bitkilere girer. Bitki tarafından emilerek serbest radikaller, yani membranlara ve proteinlere zarar veren dayanıksız moleküller oluşturur. Bitkilerin serbest radikallerle mücadele etmek için gelişmiş mekanizmaları vardır. Ancak bir bitki, günışığı ve fotosentezden topladığı enerjisinin bir bölümünü serbest radikallerin neden olduğu hücre hasarını onarmaya harcamak zorunda kalırsa, büyümek için daha az enerjisi kalır. Bu nedenle, ekinler ozona maruz kaldığında daha az verimli olurlar. Avrupa, Kuzey Amerika ve Asya genelinde tarımsal verim ozon nedeniyle azalır.

Ozonun insanlardaki kimyası, bitkilerdeki kimyasına oldukça benzerdir. Ancak bitki yüzeyindeki gözeneklerden girmek yerine ozon, akciğer zarı yoluyla emilir. Akciğer zarında serbest radikaller oluşturur ve akciğer fonksiyonuna hasar verir. Bu nedenle, ozondan dolayı en çok risk altında olan kişiler, solunum bozukluğu olanlardır. İstatistiklere bakarsanız yüksek ozon dönemleri, insanlar için günlük ölüm oranında artış gösterir.

Bu gazların kısa ömürlü olduğu düşünüldüğünde, nitrojen dioksit emisyonlarında şiddetli bir kesintinin ozon seviyelerinde hızlı bir düşüş sağlaması gerekmez mi?

Prensipte evet. Emisyonları kestiğimizde ozon seviyeleri düşmeye başlayacaktır. Ancak ozon, yeryüzünün yüzeyinin çok yakınından yaklaşık 10 km'lik bir yüksekliğe kadar tüm alanda oluşur. Bu nedenle, orada hala oldukça fazla arka plan ozonu bulunur. Yayılmasını tamamen durdurduğumuzda, doğal ozon seviyelerine geri dönmek bir ay kadar sürecektir.

Ancak Avrupa emisyonlarla ilgili bu adımı atsa bile, bizim ozon maruziyetimizi gerçekten azaltmayacaktır. Avrupa’ya giren ozonun bir bölümü, Avrupa’daki emisyonların oluşturduğu ozondan kaynaklanıyor. Avrupa aynı zamanda, Çin, Hindistan ve Kuzey Amerika’dan taşınan ozona da maruz kalıyor. Nitrojen dioksitin kendisi kısa ömürlü bir gazdır, ancak oluşturduğu ozon daha uzun süre kalabilir ve bu nedenle rüzgarla dünyanın etrafına taşınmak için yeterli zamanı olur. Tek taraflı bir AB kararı, Avrupa genelindeki ozon salınımının bazı zirve seviyelerini azaltabilir, ancak bu kararın küresel arka plana çok az bir katkısı olacaktır, çünkü Avrupa birçok katkı faktörünün arasında yalnızca bir tanesidir.

Avrupa, Kuzey Amerika, Çin, Hindistan ve Japonya’nın her biri de ozon sorunuyla karşı karşıyadır. Hatta Brezilya gibi hızla gelişen ülkelerin bile (Brezilya’da biyokütle yakıt ve taşıtlar ozon öncül gazlarını salar) ozon sorunu vardır. Dünyanın ozon üretimi bakımından en temiz bölümleri, ücra okyanus alanlarıdır.

(c) Cesarino Leoni, ImaginAIR/EEA

Tek endişe kaynağı ozon mu?

Aerosoller başlıca diğer bir kirletici olup, ozondan daha önemlidir. Bu anlamda aerosoller, tüketicilerin genellikle aerosol olarak düşündükleri, süpermarketten alınabilen deodorant ve mobilya spreyi gibi şeyler değildir. Kimyagerler için aerosoller, partikül madde (PM) olarak da adlandırılan atmosferdeki küçük partiküllerdir. Bunlar katı veya sıvı olabilir ve partiküllerin bazıları nemli havada damlacıklar haline gelir ve hava kurudukça katı partiküller haline geri döner. Aerosoller daha yüksek ölüm oranıyla ilişkilidir ve en çok riskte olan kişiler, solunumla ilgili sorunları olanlardır. Atmosferdeki partikül madde, ozona göre insan sağlığında daha büyük hasara yol açar.

İnsan faaliyetlerinden kaynaklanan kirleticilerin birçoğu gaz olarak yayılır. Örneğin sülfür genellikle sülfür dioksit (SO₂) olarak yayılırken, azot da nitrojen dioksit (NO₂) ve/veya amonyak (NH₃) olarak yayılır. Ancak atmosferde oldukları zaman, bu gazlar partiküllere dönüşür. Bu süreç sülfür dioksiti, bir mikrondan çok daha küçük sülfat partiküllerine dönüştürür.

Havada yeterli amonyak varsa, sülfat tepkimeye girerek amonyum sülfat olur. 50 yıl önce Avrupa genelindeki havaya bakarsanız, amonyum sülfatın gerçekten baskın bir bileşen olduğunu görürsünüz. Ancak Avrupa’daki sülfür emisyonlarını büyük ölçüde, 1970’lerden bu yana yaklaşık %90 oranında azalttık.

Sülfür emisyonlarını azaltmış olsak bile, amonyak emisyonlarını bunun kadar azaltamadık. Bunun anlamı, atmosferdeki amonyağın diğer maddelerle tepkimeye girmesidir. Örneğin atmosferdeki NO₂ nitrik aside dönüşür ve bu nitrik asit de amonyakla tepkimeye girerek amonyum nitratı oluşturur.

Amonyum nitrat çok uçucudur. Daha yüksek irtifalarda, amonyum nitrat bir partikül veya damlacıktır; ancak sıcak bir günde ve yüzeyin yakınında, amonyum nitrat nitrik asit ve amonyak olarak ayrışır ve bunların ikisi de yeryüzünün yüzeyinde hızla iner.

Nitrik asit yeryüzünün yüzeyinde inerse ne olur?

Nitrik asit, yeryüzünün yüzeyine ilave azot sağlar ve bitkilerimiz için bir gübre olarak etkin görev görür. Bu şekilde, çiftçilerin ekilen araziyi gübrelediği gibi biz de atmosferden Avrupa’nın doğal çevresini gübreleriz. Doğal araziyi gübreleyen ilave azot, asitleşme ile sonuçlanarak artan nitröz oksit emisyonuna yol açar, ancak aynı zamanda ormanların büyümesini artırır ve bu anlamda hem bir tehdit hem de bir avantajdır. Doğal arazide biriken azotun en büyük etkisi, doğal ekosistemlere ilave besin maddesi sağlamasıdır. Sonuç olarak azota aç bitkiler çok hızlı büyüyüp gelişirken, yavaş büyüyen türleri geride bırakır. Bu da düşük azotlu bir iklimde büyümeye adapte olmuş daha özel türlerin kaybına yol açar. Kıtayı atmosferden gübrelememizin bir sonucu olarak, Avrupa genelindeki bitkisel biyolojik çeşitlilikteki değişikliği şimdiden görebiliyoruz.

(c) Cesarino Leoni, ImaginAIR/EEA

"Her birimiz, çevremizde kendi sağlığımız için en iyi koşulları yaratmaya çalışıyoruz. Soluduğumuz havanın kalitesinin, yaşamlarımız ve sağlığımız üzerinde ciddi bir etkisi vardır."
Cesarino Leoni, İtalya

Sülfür emisyonları ve ozon tabakasıyla mücadele ettik. Neden amonyum problemiyle mücadele etmedik?

Amonyak emisyonları tarım sektöründen ve özellikle yoğun süt ürünleri sektöründen kaynaklanır. Otlaklardaki inek ve koyunların idrar ve gübresi, atmosferde amonyak emisyonlarına yol açar. Çok reaktiftir ve arazide hızla birikir. Ayrıca amonyum nitratı oluşturur ve atmosferdeki partikül madde ve ilgili insan sağlığı problemleri için önemli bir etkendir. Avrupa’da yaydığımız amonyağın çoğu Avrupa’da birikir. Amonyak emisyonlarını azaltmaya yönelik kontrol önlemlerini uygulayabilmek daha güçlü bir politik irade sergilemek gerekiyor.

İlginçtir ki, sülfür konusunda politik irade tamamen mevcuttu. Sanırım bunun nedeni kısmen, asit birikim problemlerinin büyük bölümünün meydana geldiği ve net alıcı olan İskandinav ülkeleri ile Avrupa'nın büyük yayıcı ülkeleri arasındaki ahlaki zorunluluk algısı oldu.

Amonyak emisyonlarını azaltma, tarım sektörünün hedeflenmesi anlamına gelecektir ve tarım lobileri siyasi çevrelerde oldukça etkilidir. Durum Kuzey Amerika’da da farklı değildir. Kuzey Amerika’da da amonyak emisyonları ile ilgili büyük bir problem mevcuttur ve bunun kontrolü için orada da eyleme geçilmemiştir.

Daha fazla bilgi için

Atmosferik kimya: ESPERE İklim Ansiklopedisi