20.2: تلوث الهواء

Last updated

Oct 31, 2022
Page ID
169193
Save as PDF
- 20.1.3: التخفيف من تلوث المياه
- 20.2.1: استنفاد الأوزون

Melissa Ha and Rachel Schleiger
Yuba College & Butte College via ASCCC Open Educational Resources Initiative

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

يحدث تلوث الهواء بأشكال عديدة ولكن يمكن اعتباره عمومًا ملوثات غازية وجسيمية موجودة في الغلاف الجوي للأرض. تسمى المواد الكيميائية التي يتم تصريفها في الهواء والتي لها تأثير مباشر على البيئة بالملوثات الأولية. تتفاعل هذه الملوثات الأولية أحيانًا مع مواد كيميائية أخرى في الهواء لإنتاج ملوثات ثانوية.

عادة ما يتم تقسيم تلوث الهواء إلى فئتين: تلوث الهواء الخارجي وتلوث الهواء الداخلي. يشمل تلوث الهواء الخارجي التعرضات التي تحدث خارج البيئة المبنية. ومن الأمثلة على ذلك الجسيمات الدقيقة الناتجة عن حرق الفحم والغازات الضارة مثل ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون والأوزون على مستوى الأرض ودخان التبغ. يشمل تلوث الهواء الداخلي التعرض للجسيمات وأكاسيد الكربون والملوثات الأخرى التي يحملها الهواء الداخلي أو الغبار. ومن الأمثلة على ذلك المنتجات المنزلية والمواد الكيميائية، وإطلاق الغازات من مواد البناء، والمواد المسببة للحساسية (سقوط الصراصير والفئران، والعفن، وحبوب اللقاح)، ودخان التبغ.

يلخص هذا الفيديو أسباب وعواقب وحلول تلوث الهواء.

مصادر تلوث الهواء

يشير المصدر الثابت لتلوث الهواء إلى مصدر الانبعاثات الذي لا يتحرك، والمعروف أيضًا باسم المصدر النقطي. تشمل المصادر الثابتة المصانع ومحطات الطاقة والمنظفات الجافة. يُستخدم مصطلح مصدر المنطقة لوصف العديد من المصادر الصغيرة لتلوث الهواء الموجودة معًا والتي قد تكون انبعاثاتها الفردية أقل من عتبات القلق، ولكن انبعاثاتها الجماعية يمكن أن تكون كبيرة. تعتبر مواقد الأخشاب السكنية مثالًا جيدًا على المصادر الصغيرة، ولكن عند دمجها مع العديد من المصادر الصغيرة الأخرى، يمكن أن تساهم في مستويات تلوث الهواء المحلية والإقليمية. يمكن أيضًا اعتبار مصادر المنطقة مصادر غير ثابتة، مثل بناء مشاريع الإسكان، وأحواض البحيرات الجافة، ومدافن النفايات.

يشير المصدر المحمول لتلوث الهواء إلى مصدر قادر على التحرك تحت طاقته الخاصة. بشكل عام، تشير المصادر المتنقلة إلى النقل «على الطرق»، والذي يشمل المركبات مثل السيارات والمركبات الرياضية متعددة الأغراض والحافلات. بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا فئة «غير الطرق» أو «الطرق الوعرة» التي تشمل أدوات الحدائق التي تعمل بالغاز والجزازات، ومعدات المزارع والبناء، والمركبات الترفيهية، والقوارب، والطائرات، والقطارات.

تنشأ المصادر الزراعية من العمليات التي تربي الحيوانات وتزرع المحاصيل، والتي يمكن أن تولد انبعاثات الغازات والجسيمات. على سبيل المثال، تنتج الحيوانات المحصورة في حظيرة أو منطقة محظورة كميات كبيرة من السماد. يُصدر السماد العديد من الغازات، وخاصة الأمونيا في الهواء. يمكن أن تنبعث هذه الأمونيا من بيوت الحيوانات أو مناطق تخزين السماد أو من الأرض بعد استخدام السماد. في إنتاج المحاصيل، يمكن أن يؤدي سوء استخدام الأسمدة ومبيدات الأعشاب والمبيدات الحشرية إلى الانجراف الجوي لهذه المواد وقد يحدث ضرر.

على عكس مصادر تلوث الهواء المذكورة أعلاه، فإن تلوث الهواء الناجم عن المصادر الطبيعية لا يسببه الأشخاص أو أنشطتهم. يصدر البركان المتفجر الجسيمات والغازات، ويمكن لحرائق الغابات والبراري أن تنبعث منها كميات كبيرة من الملوثات (الشكل $\PageIndex{a}$ )، ويمكن أن تخلق العواصف الترابية كميات كبيرة من الجسيمات، وتنبعث النباتات والأشجار بشكل طبيعي مركبات عضوية متطايرة يمكن أن تشكل هباء جوي يمكن أن يسبب ضباب أزرق. تعتبر الحيوانات البرية في بيئتها الطبيعية أيضًا مصادر طبيعية «للتلوث».

منظر جوي للدخان المنبعث من كامب فاير في كاليفورنيا. — الشكل $\PageIndex{a}$ : يغطي الدخان المنبعث من حريق المخيم في نوفمبر من عام 2018 معظم شمال كاليفورنيا ويمتد فوق المحيط الهادئ. الصورة من مرصد ناسا الأرضي/لورين دوفين (المجال العام).

معايير ملوثات الهواء

حددت وكالة حماية البيئة ستة ملوثات هواء شائعة تسمى ملوثات الهواء القياسية. وهي الجسيمات والأوزون على مستوى الأرض وأول أكسيد الكربون وأكاسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين والرصاص. يمكن أن تضر هذه الملوثات بالصحة والبيئة، وتتسبب في تلف الممتلكات. من بين الملوثات الستة، يعد تلوث الجسيمات والأوزون على مستوى الأرض أكثر التهديدات الصحية انتشارًا. تنظمها وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) من خلال تطوير معايير تستند إلى اعتبارات صحة الإنسان والبيئة.

لا ينبعث الأوزون الموجود على مستوى الأرض مباشرة في الهواء، ولكنه ينشأ عن تفاعلات كيميائية بين أكاسيد النيتروجين (NO _X) والأكسجين الغازي (O ₂) في الغلاف الجوي الذي يتفاعل في وجود ضوء الشمس. يتشكل أيضًا عندما تتفاعل أكاسيد النيتروجين والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs). تعد الانبعاثات من المنشآت الصناعية والمرافق الكهربائية وعادم السيارات وأبخرة البنزين والمذيبات الكيميائية من المصادر الرئيسية لأكسيد النيتروجين _{والمركبات} العضوية المتطايرة. يمكن أن يؤدي تنفس الأوزون إلى مجموعة متنوعة من المشاكل الصحية، خاصة للأطفال وكبار السن والأشخاص من جميع الأعمار الذين يعانون من أمراض الرئة مثل الربو. يمكن أن يكون للأوزون على مستوى الأرض أيضًا آثار ضارة على النباتات والنظم البيئية الحساسة. (لا ينبغي الخلط بين الأوزون على مستوى الأرض وطبقة الأوزون، التي ترتفع في الغلاف الجوي وتحمي الأرض من الأشعة فوق البنفسجية؛ ولا يوفر الأوزون على مستوى الأرض مثل هذه الحماية).
المادة الجسيمية، المعروفة أيضًا باسم تلوث الجسيمات، هي مزيج معقد من الجسيمات الصغيرة للغاية والقطرات السائلة. يتكون تلوث الجسيمات من عدد من المكونات، بما في ذلك الأحماض (مثل النترات والكبريتات) والمواد الكيميائية العضوية والمعادن وجزيئات التربة أو الغبار. ومن أمثلة الجسيمات التي يولدها الإنسان الاحتراق (مثل حرق الخشب أو الفحم) والتعدين (الذي يطلق الغبار). تعد حرائق الغابات أو تآكل الرياح مصادر طبيعية للجسيمات. يرتبط حجم الجسيمات ارتباطًا مباشرًا بقدرتها على التسبب في مشاكل صحية. تشعر وكالة حماية البيئة بالقلق إزاء الجسيمات التي يبلغ قطرها 10 ميكرومتر أو أصغر لأن هذه هي الجسيمات التي تمر عمومًا عبر الحلق والأنف وتدخل الرئتين. علاوة على ذلك، يمكن للجسيمات التي يبلغ قطرها 2.5 ميكرومتر أو أصغر أن تنتقل من الرئتين إلى مجرى الدم، حيث يتم نقلها من خلالها إلى أعضاء مختلفة وتسبب آثارًا صحية خطيرة.
أول أكسيد الكربون (CO) هو غاز عديم اللون والرائحة ينبعث من عمليات الاحتراق. على الصعيد الوطني، وخاصة في المناطق الحضرية، تأتي غالبية انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى الهواء المحيط من المركبات. ومع ذلك، فإن الانفجارات البركانية وحرائق الغابات تطلق أيضًا أول أكسيد الكربون. يمكن أن يسبب أول أكسيد الكربون آثارًا صحية ضارة عن طريق تقليل توصيل الأكسجين إلى أعضاء الجسم (مثل القلب والدماغ) والأنسجة. على مستويات عالية للغاية، يمكن أن يسبب ثاني أكسيد الكربون الموت.
أكاسيد النيتروجين (NO _X) هي مجموعة من الغازات عالية التفاعل، والتي تشمل أول أكسيد النيتروجين (NO) وثاني أكسيد النيتروجين (NO ₂). يستخدم معيار جودة الهواء المحيط الوطني الخاص بـ EPA رقم ₂ كمؤشر للمجموعة الأكبر من أكاسيد النيتروجين. تتكون أكاسيد النيتروجين بسرعة من الانبعاثات من السيارات والشاحنات والحافلات ومحطات الطاقة ومعدات الطرق الوعرة. بالإضافة إلى ذلك، يتم إطلاق أكاسيد النيتروجين بشكل طبيعي بواسطة بكتيريا معينة. بالإضافة إلى المساهمة في تكوين الأوزون على مستوى الأرض، والتلوث بالجسيمات الدقيقة، تتفاعل أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي لتكوين حمض النيتريك (HNO ₃) وحمض النيتروز (HNO ₂)، وهما من مكونات الترسيب الحمضي. ترتبط أكاسيد النيتروجين بعدد من الآثار الضارة على الجهاز التنفسي.
يتم إطلاق ثاني أكسيد الكبريت (SO ₂) بشكل أساسي من احتراق الوقود الأحفوري في محطات الطاقة (73٪) والمرافق الصناعية الأخرى (20٪). تشمل المصادر الأصغر لانبعاثات ثاني _أكسيد الكبريت العمليات الصناعية مثل استخراج المعادن من الخام، وحرق الوقود المحتوي على نسبة عالية من الكبريت بواسطة القاطرات والسفن الكبيرة والمعدات غير الطرقية. البراكين هي مصدر طبيعي لـ SO ₂. يرتبط ثاني أكسيد الكبريت بعدد من الآثار الضارة على الجهاز التنفسي. يتفاعل في الغلاف الجوي لتكوين حمض الكبريتيك (H _{2 SO} ₄)، وهو أحد مكونات الترسيب الحمضي.
الرصاص هو معدن موجود بشكل طبيعي في البيئة وكذلك في المنتجات المصنعة. كانت المصادر الرئيسية لانبعاثات الرصاص تاريخياً من الوقود في السيارات على الطرق (مثل السيارات والشاحنات) والمصادر الصناعية. نتيجة للجهود التنظيمية في الولايات المتحدة لإزالة الرصاص من بنزين السيارات على الطرق، انخفضت انبعاثات الرصاص من قطاع النقل بشكل كبير بنسبة 95 في المائة بين عامي 1980 و 1999، وانخفضت مستويات الرصاص في الهواء بنسبة 94 في المائة بين عامي 1980 و 1999. اليوم، عادة ما توجد أعلى مستويات الرصاص في الهواء بالقرب من مصاهر الرصاص. المصادر الرئيسية لانبعاثات الرصاص في الهواء اليوم هي معالجة الخام والمعادن والطائرات ذات المحرك المكبس التي تعمل على بنزين الطيران الذي يحتوي على الرصاص. تعتبر البراكين والتعرية مصادر طبيعية للرصاص.

تلوث الهواء الداخلي (المخاوف الرئيسية في البلدان المتقدمة)

يقضي معظم الناس حوالي 90 بالمائة من وقتهم في الداخل. ومع ذلك، يمكن أن يكون الهواء الداخلي الذي نتنفسه في المنازل والمباني الأخرى أكثر تلوثًا من الهواء الخارجي ويمكن أن يزيد من خطر الإصابة بالأمراض. هناك العديد من مصادر تلوث الهواء الداخلي في المنازل. وهي تشمل الملوثات البيولوجية مثل البكتيريا والعفن وحبوب اللقاح، وحرق الوقود ودخان التبغ البيئي، ومواد البناء والمفروشات، والمنتجات المنزلية، وأنظمة التدفئة والتبريد المركزية، والمصادر الخارجية. يمكن أن يدخل تلوث الهواء الخارجي المباني ويصبح مصدرًا لتلوث الهواء الداخلي.

متلازمة المباني المرضية هي مصطلح يستخدم لوصف الحالات التي يعاني فيها شاغلو المبنى من أعراض صحية مرتبطة فقط بقضاء الوقت في ذلك المبنى. يُعتقد أن أسباب متلازمة المباني المرضية تشمل التهوية غير الكافية وتلوث الهواء الداخلي والملوثات البيولوجية. عادة ما تسبب مشاكل جودة الهواء الداخلي الانزعاج فقط. يشعر معظم الناس بالتحسن بمجرد إزالة مصدر التلوث. يمكن أن يؤدي التأكد من أن المبنى جيد التهوية والتخلص من الملوثات إلى تحسين جودة الهواء الداخلي.

التدخين السلبي (دخان التبغ البيئي)

التدخين السلبي هو مزيج من الدخان المنبعث من السيجارة والدخان الذي يتنفسه المدخن. عندما يكون شخص غير مدخن بجوار شخص يدخن، فإنه يتنفس دخانًا مستعملًا.

التدخين السلبي يشكل خطورة على أي شخص يستنشقه. لا توجد كمية آمنة من التدخين السلبي. يحتوي على أكثر من 7000 مادة كيميائية ضارة، من المعروف أن 250 منها على الأقل تضر بصحة الإنسان. يمكن أن يبقى أيضًا في الهواء لعدة ساعات بعد أن يدخن شخص ما. حتى استنشاق الدخان السلبي لفترة قصيرة من الوقت يمكن أن يؤذي جسمك.

مع مرور الوقت، يمكن أن يسبب التدخين السلبي مشاكل صحية خطيرة لغير المدخنين. الطريقة الوحيدة لحماية غير المدخنين بشكل كامل من مخاطر التدخين السلبي هي عدم السماح بالتدخين في الداخل. لا يؤدي فصل المدخنين عن غير المدخنين (مثل أقسام «عدم التدخين» في المطاعم) وتنظيف الهواء وتهوية المباني إلى التخلص تمامًا من التدخين السلبي.

المصدر: Smokefree.gov

معالجة تلوث الهواء

يمكن لمجموعة من الاستراتيجيات التنظيمية والاقتصادية والتكنولوجية أن تقلل من تلوث الهواء. يعد قانون الهواء النظيف لعام 1970 من اللوائح الفيدرالية الرئيسية التي نجحت في تقليل انبعاثات ملوثات الهواء مثل الرصاص وثاني أكسيد الكبريت. تضع وكالة حماية البيئة معيارًا لجودة الهواء للبواعث الكبيرة لملوثات الهواء القياسية، وهي الحد الأقصى المسموح به من الملوثات التي يمكن إطلاقها. تقوم كل ولاية بعد ذلك بوضع خطة للامتثال لهذه المعايير. لاحظ أن المئات من ملوثات الهواء التي تتجاوز المعايير الستة يتم تنظيمها بموجب قانون الهواء النظيف.

الحوافز الاقتصادية تجعل من المفيد ماليًا للأفراد أو المؤسسات أو الشركات استخدام التقنيات أو اتخاذ إجراءات تحد من تلوث الهواء. على سبيل المثال، تزيد الضرائب الخضراء من تكلفة الإجراءات الضارة بالبيئة. على سبيل المثال، تفرض كندا ضريبة خضراء على المركبات غير الفعالة في استهلاك الوقود. الإعانات، من ناحية أخرى، تقلل من تكلفة الخيارات المفيدة بيئياً. على سبيل المثال، يسمح الائتمان الضريبي الفيدرالي للطاقة الشمسية في الولايات المتحدة لأصحاب المنازل بالمطالبة بنسبة مئوية من تكلفة تركيب الألواح الشمسية عند تقديم الضرائب. وبالتالي فإن هذا المبلغ سيقلل الضرائب المستحقة أو التي يتم إصدارها كاسترداد ضريبي. (الاستخدام المتزايد للكهرباء الشمسية يقلل في النهاية من الحاجة إلى محطات توليد الطاقة بالفحم والغاز الطبيعي، والتي تولد تلوث الهواء.)

التصاريح القابلة للتداول (الحد الأقصى والتجارة) هي حافز اقتصادي آخر. أولاً، يتم تعيين إجمالي كمية الانبعاثات المسموح بها للكيان (مثل الولاية أو البلد). بعد ذلك، يتم توزيع اعتمادات الانبعاثات على الملوثين المحتملين. يمكن للصناعات التي تقلل الانبعاثات بيع رصيدها، بينما قد تكون هناك حاجة إلى تلك ذات الانبعاثات العالية. على سبيل المثال، يجب أن تكون الانبعاثات الكبيرة لغازات الاحتباس الحراري في كاليفورنيا عن طريق تصاريح التلوث الكربوني. ويمول شراء هذه التصاريح ائتمان كاليفورنيا للمناخ، الذي يحصل عليه سكان كاليفورنيا كتخفيض في فواتير الكهرباء لشهر أبريل وأكتوبر.

أخيرًا، تعمل مجموعة متنوعة من التقنيات على تقليل تلوث الهواء. على سبيل المثال، تعتبر فلاتر الهواء والتهوية المناسبة ضرورية للحد من تلوث الهواء الداخلي. يؤدي التقدم في وسائل النقل العام (والسياسات التي تروج لها) والمركبات الموفرة للطاقة إلى تقليل تلوث الهواء. تعمل السيارات الكهربائية أيضًا على تقليل تلوث الهواء (الشكل $\PageIndex{b}$ )، خاصة إذا كانت الكهرباء التي تزودها تأتي من مصدر نظيف ومتجدد، مثل الألواح الشمسية. تعمل محولات C الحفازة على جعل الانبعاثات من المركبات القياسية أقل ضررًا من خلال تسهيل التفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال، تحفز التفاعلات التي تحول أكاسيد النيتروجين (NO _X) إلى غاز النيتروجين (N ₂) وأول أكسيد الكربون (CO) إلى ثاني أكسيد الكربون (CO ₂). (في حين أن ثاني أكسيد الكربون هو أحد غازات الاحتباس الحراري، إلا أنه ليس سامًا بشكل مباشر مثل أول أكسيد الكربون.)

تقنيات أخرى تحد من الانبعاثات من الصناعة. على سبيل المثال، تقوم أجهزة غسل المداخن بإزالة بعض الملوثات من انبعاثات محطات الطاقة قبل إطلاقها وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت من حرق الفحم. تقوم المرسبات الكهروستاتيكية بشحن الملوثات بشكل سلبي وإزالة الملوثات المشحونة بقطب كهربائي إيجابي (الشكل $\PageIndex{c}$ ). بينما تم تطوير المرسبات الكهروستاتيكية في الأصل للصناعة، يمكن استخدام الإصدارات الأصغر كمنقيات للهواء في المنازل أو الشركات.

حافلة كهربائية زرقاء تعلن عن طاقتها النظيفة — الشكل $\PageIndex{b}$ : وسائل النقل الجماعي، خاصة تلك التي تستخدم الطاقة النظيفة، تقلل من تلوث الهواء. الصورة من ماتترين (CC-BY-SA).

يقوم المرسب الكهروستاتيكي بشحن الملوثات بشكل سلبي، والتي تتم إزالتها بعد ذلك باستخدام أقطاب كهربائية موجبة تشبه اللوحة. — الشكل $\PageIndex{c}$ : مرسب إلكتروستاتيكي. تمثل السهام الزرقاء تدفق الهواء عبر قضبان معدنية، مما يؤدي إلى شحن الملوثات بشكل سلبي. ثم يتم سحبها إلى أقطاب موجبة (ألواح معدنية حمراء مسطحة) لإزالة الملوثات من الهواء. الصورة من قبل إيفان ماسون (CC-BY-SA).

الإسناد

تم تعديله بواسطة Melissa Ha من المصادر التالية:

تلوث الغلاف الجوي من علم الأحياء البيئي بواسطة ماثيو آر فيشر (مرخص بموجب CC-BY)
معلومات أساسية حول NO ₂. وكالة حماية البيئة. تم الوصول إليه في 11-04-2021 (المجال العام).

Air Pollution

20.2.1: استنفاد الأوزون
تبدأ عملية استنفاد الأوزون عندما تنبعث مركبات الكربون الكلورية فلورية (CFCs) وغيرها من المواد المستنفدة للأوزون (ODS) في الغلاف الجوي. جزيئات CFC مستقرة للغاية، ولا تذوب في المطر. بعد فترة من عدة سنوات، تصل جزيئات المواد المستنفدة للأوزون إلى طبقة الستراتوسفير، على ارتفاع حوالي 10 كيلومترات فوق سطح الأرض. تم استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية من قبل الصناعة كمبردات ومذيبات إزالة الشحوم ودوافع.
20.2.2: الترسيب الحمضي
الترسيب الحمضي هو مصطلح يشير إلى خليط من الترسبات الرطبة والجافة (المواد المترسبة) من الغلاف الجوي الذي يحتوي على كميات أعلى من المعتاد من أحماض النيتريك والكبريتيك. تنتج السلائف، أو المواد الكيميائية الرائدة، لتكوين الترسيب الحمضي من كل من المصادر الطبيعية، مثل البراكين والنباتات المتحللة، والمصادر التي من صنع الإنسان، وخاصة انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) وأكاسيد النيتروجين (NO) الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري.