تلوث الهواء وطبقات الغالف الجوي PDF
Document Details
Uploaded by StreamlinedEuphoria
أكاديمية الدراسات العليا بنغازي
Tags
Summary
هذا المستند يشرح مكونات الغلاف الجوي وطبقاته المختلفة، بالإضافة إلى تلوث الهواء وأنواعه. يغطي المستند أيضًا أهمية طبقة الأوزون في امتصاص الأشعة فوق البنفسجية.
Full Transcript
تلوث الهواء وطبقات الغالف الجوي Layers Atmospheric and Pollution Air يعد تلوث الهواء من أكبر المشاكل التي تواجه المجتمعات المعاصرة وبخاصًة في الدول الصناعية وتزداد مأساة هذا النوع من التلوث عامًا بعد عام نتيجًة للزيادة التراكمية في حجم الملوثات التي تنبعث عن نشا...
تلوث الهواء وطبقات الغالف الجوي Layers Atmospheric and Pollution Air يعد تلوث الهواء من أكبر المشاكل التي تواجه المجتمعات المعاصرة وبخاصًة في الدول الصناعية وتزداد مأساة هذا النوع من التلوث عامًا بعد عام نتيجًة للزيادة التراكمية في حجم الملوثات التي تنبعث عن نشاطات اإلنسان المختلفة. قبل الخوض في هذا المحور من التلوث البيئي البد من التعرف على الغالف الجوي ونوعية الهواء النقي. الغالف الجوي Atmosphere الغالف الجوي هو أحد أربعة أغلفة للكرة األرضية وهي :الغالف الجوي Atmosphereوالغالف المائي Hydrosphereوالغالف الصخري Lithosphere والغالف الحيوي Biosphere يمثل الغالف الجوي محيطًا من الهواء يناهز ارتفاعه حوالي 10000كم كما ذكر في إحدى الدراسات ،وترى دراسات اخرى أنه يصل حتى 30000كم ،ومن األكيد أنه ال يوجد هواء بعد ارتفاع 32000كم ألنه عند ذلك االرتفاع تتفوق قدرة الطرد المركزية المتولدة من دوران األرض حول نفسها على الجاذبية األرضية.ولكن بينت القياسات الحديثة باستخدام األقمار الصناعية التي ُأجريت مؤخرًا بأن ارتفاع الغالف الجوي يصل إلى نحو 64400كم فوق سطح البحر.وذلك بعد اكتشاف بعض ذرات غازية من الغالف الجوي موجودة عند هذا االرتفاع ،ومن الخصائص العامة لهذا الغالف ما يأتي: يقع حوالي % 99.99997من الغالف الجوي دون ارتفاع 100كم. يزيد حجم الغالف الجوي عن²¹ 10× 5متر مكعب. تقدر كتلته بحوالي 5.14×¹⁸10كغم. طبقات الغالف الجوي Layers Atmosphere في السابق كان االعتقاد السائد هو أن الغالف الجوي يتكون من طبقة واحدة تمتد من سطح البحر وحتى قمته ،ويعود ذلك إلى ضعف اإلمكانيات البحثية في مجال علم الفضاء أو الفلك.وبعد التطور العلمي ظهرت إمكانية تقسيم الغالف الجوي إلى خمسة طبقات متميزة. اوال :طبقة التروبوسفير Troposphere: تشكل طبقة التروبوسفير الطبقة السفلى من الغالف الجوي ،وتعرف أحيانًا بالغالف الجوي األسفل.من سطح البحر وتنتهي عند قمتها بحد انتقالي يشكل حدًا بينها وبين الطبقة التي تليها إذ يعرف تمتد هذا الحد باسم التروبوبوز Tropopause.ومن أهم خصائص هذه الطبقة هي: .1يقدر سمكها بحدود 11كم من سطح البحر بشكل عام ،إال أن سمكها يتباين بدرجة كبيرة، فتتراوح بين 18 – 16كم فوق خط االستواء و 8كم فوق القطبين. . 2تحظى طبقة التروبوسفير بأهمية مناخية خاصة ،ففيها تجري عمليات الطقس والمناخ المهيمنة على سطح األرض جميعها.وفيها توجد الغازات وبخار الماء والغبار والجسيمات ،وكذلك تتكون فيها الغيوم التي تشكل الهطول بكافة أشكاله وأصنافه ومظاهره ،وتهب فيها الرياح الخفيفة والعاتية. ثانيًا :طبقة الستراتوسفير Stratosphere: تشكل طبقة الستراتوسفير الطبقة الثانية من طبقات الغالف الجوي ،اكتشفها بشكل منفصل كل من العالم الفرنسي Port DEوالعالم األلماني Assmannعام 1902م.حيث أستخدم بالونًا متطورًا مثبت عليه بعض المتحسسات ،تمكن من االرتفاع في الغالف الجوي متجاوزًا حد التروبوبوز، حيث توقفت درجة الحرارة عن التناقص ثم أخذت باالزدياد بعد ذلك مع تزايد االرتفاع.وتتميز طبقة الستراتوسفير بكون سمكها من ارتفاع 50 – 11كم فوق سطح البحر.وتنتهي عند قمتها بحد الستراتوبوز ، Stratopauseالذي يفصلها عن الطبقة الثالثة التي تليها في الغالف الجوي. يقل سمك هذه الطبقة إلى حوالي 33كم فوق خط االستواء ،حيث تمتد بين 50 – 17كم ،بينما تصل إلى حوالي 42كم فوق القطبين. عود سبب ارتفاع حرارة طبقة الستراتوسفير ووجودها أساسًا إلى وجود طبقة األوزون OzoneLayerفيها.إذ تعمل طبقة األوزون -من خالل التـــــــفاعالت الكـــــــيموضوئية reactions Photochemicalالمشكلة لألوزون ( )O3والمفككة له -بامتصاص األشعة فوق البنفسجية ) UV) Violet Ultraبكل أطوالها الموجية المحصورة بين 100-300نانومتر ،ثم تنشرها على شكل أشعة حرارية تحت حمراء عن طريق اإلشعاع بوساطة عمليات االصطدام مع جزيئات الهواء األخرى ،حيث تعمل على تسخين طبقة الستراتوسفير من قمتها حتى قاعدتها ،وذلك لقيام جزيئات األوزون بامتصاص األشعة فوق البنفسجية. ثالثا طبقة الميزوسفير Mesosphere: وهي الطبقة الثالثة في الغالف الجوي ،وقد اشتق اسمها من الكلمة اإلغريقية " "Mesoالتي تعني الوسط.تمتد طبقة الميزوسفير مرتفعًة فوق حد الستراتوبوز إلى ارتفاع يناهز 80كم فوق سطح البحر ،وتنتهي عند قمتها بحد لميزوبوز Mesopauseالذي يفصلها عن الطبقة التي تليها من الغالف الجوي.وتميل بعض الدراسات إلى تسمية طبقة الستراتوسفير وطبقة Middle Atmosphere الميزوسفير بالغالف الجوي األوسط رابعًا :طبقة الثرموسفير Thermosphere: ترتفع طبقة الثرموسفير فوق سطح البحر إلى ارتفاع يتراوح بين 750 – 500كم ،حسب حالة الشمس.وبذلك يتراوح سمكها فوق حد الميزوبوز بين 670 – 420كم.واال يوجد بينها وبين الطبقة الجوية التي تليها إلى حد حراري ،ولذلك تحدد قمتها بحد الثرموبوز.وتمتاز هذه الطبقة بتباين درجات الحرارة فيها ( 1700-93درجة مئوية). خامسًا :طبقة اإلكسوسفير Exosphere: هي الطبقة األخيرة الخارجية من الغالف الجوي ،وقد اشتق اسمها من كلمة " "Exoوالتي تعني خارج.تمتد هذه الطبقة مرتفعًة فوق طبقة الثرموسفير وحتى نهاية الغالف الجوي عند ارتفاع يقارب 64400كم.الهواء نادر الوجود فيها ،إذ ينحصر بوجود ذرات من الهيليوم He واألوكسجين Oوالهيدروجين . Hوتتميز طبقة اإلكسوسفير بكون درجة حرارتها تتصرف بشكل مثير ،حيث تكون درجة حرارتها عند الظل أكثر مما هي عليه عند التعرض ألشعة الشمس مباشرًة. ويبين الشكل توزيع طبقات الغالف الجوي وهناك تقسيمات ُاخرى لطبقات الغالف الجوي تتضمن منطقة متأينة تسمى بطبقة االيونوسفير Ionosphereالتي تتميز بتأثيرها الفعال على انعكاس الموجات الالسلكية القصيرة، وذلك بسبب تأين جزيئات الغاز بتأثير األشعة فوق البنفسجية وتتميز هذه الطبقة بظهور وهج أعالي الغالف الهوائي يسمى بالوهج القطبي. مكونات الهواء Components Air يتألف الهواء النقي من مزيج فيزيائي متجانس التركيب لعدة غازات ،وهو قابل للتمدد والنضغاط، ويمثل نظامًا ثير وديناميكيا متكامال متوازنًا ،وهو متجانس التركيب في كل أجزائه من سطح البحر وحتى ارتفاع 80كم ،ويتكون من مجموعتين من الغازات: مجموعة الغازات الثابتة. مجموعة الغازات غير الثابتة. فالغازات الثابتة هي الغازات التي تكون نسب التراكيز الحجمية لها ثابتة ،وتسمى أيضًا بالغازات الدائمة، وهي كل من: النتروجين ( (N2و االوكسجين ( ،)O2اآلرغون ( ،)Arالنيون ( ، )Neالهيليوم ( (،He الكريبتون ( (،Kr ()Rn الهيدروجين ( ( ،H2الكسينون ( )Xeو الرادون الغازات غير الثابتة هي كل من: ثاني اكسيد الكربون ( ) CO2و ميثان ( ) CH4وأوكسيد النتروز ( )N2Oو أول أوكسيد الكاربون ( )COوثاني أوكسيد الكبريت ( ) SO2و وزون ( )O3وثاني أوكسيد النتروجين ( ) NO2وأمونيوم ( )NH3وكبريت الهيدروجين ( ) H2Sوثاني كلورو ثالث فلورو كاربون ( ) CF3Cl2وثالث كلورو فلورو كاربون ( ) CFCl3وهيدروكسيل ( )-OHو بخار الماء () H2O تلوث الهواء Pollution Air يختلف تلوث الهواء من وقت إلى آخر ومن مكان إلى آخر تبعًا لبعض العوامل ،من أهمها سرعة الرياح والظروف الجوية.فمثاًل تتفاعل أكاسيد النتروجين مع الهايدروكاربونات في وجود ضوء الشمس تحت ظروف جوية خاصة غالبًا ما تكون في فصل الصيف لتنتج مواد كيميائية سامة مثل رباعي األسيتيل بيروين وغاز األوزون ،وتؤدي هذه المركبات الكيميائية مع بعض المكونات األخرى إلى ما يعرف بالضبخن أو الضباب الدخاني ،Smogوالذي في الغالب يكون لونه مائل إلى البني ،ويحدث الضباب الدخاني في المدن المزدحمة بالسيارات مثل مدن لوس أنجلوس ونيويورك ولندن والقاهرة وغيرها.ومن أشهر ظواهر الضبخن هي التي حدثت في لندن عام 1952والتي راح ضحيتها أكثر من 4000شخص. وفي كثير من األحيان يشار إلى تلوث الهواء في المناطق الحضرية بالضباب الدخاني والذي نوعين: : Classical Smogوهو نمط الضباب الدخاني الذي يحدث - 1الضباب الدخاني الكالسيكي في لندن. -2الضباب الدخاني الكيموضوئي : Photo-Chemical Smogوهو نمط الضباب الدخاني الذي يحدث في لوس أنجلوس ،ألنه يتشكل عن طريق تفاعالت كيميائية تتضمن ضوء الشمس. تقدر خسارة العالم سنويًا بحوالي مليون 5000دوالر ،بسبب تأثير الهواء على المحاصيل والنباتات الزراعية.ويعتبر تلوث الهواء من أسوأ الملوثات وأخطرها بالجو ،وكلما إزداد عدد السكان في المنطقة الملوثة كلما زاد التأثير الخطر لهذه الملوثات. ومن األسباب التي تجعل تلوث الهواء من أخطر المشاكل البيئية هي: -1انتقال الهواء الملوث بسرعة من منطقة إلى أخرى حسب سرعة الرياح واتجاهها ،مما يسبب صعوبة تفادي التلوث أو السيطرة عليه. -2يستنشق اإلنسان يوميًا كمية كبيرة من الهواء تقدر بحوالي 15كلغم. إن هذا التأثير المباشر لتلوث الهواء قد دفع الكثير من المؤسسات الحكومية والجمعيات والمنظمات العالمية ومنظمات المجتمع المدني ،إلى اتخاذ إجراءات معينة للحد من تلوث الهواء والسيطرة عليه ورصد مصادره.إذ تشير الدراسات الخاصة بتلوث الهواء في شتى بقاع العالم عمليات اإلحراق في القطاع الصناعي إضافًة إلى قطاع تنتج عن Sources ملوثات الهواء Pollution معظم الهواء Air مصادرأنتلوث إلى المصادر الناتجة عن نشاطات اإلنسان المختلفة ،إذ تتمثل أهم مصادر تلوث الهواء النقل. وهي الرئيسية بما يأتي: -1قطاع النقل والمواصالت بكافة أنواعها. - 2مراكز اإلحراق الثابتة أينما وجدت ،وخاصًة محارق الطمر الصحي في المدن. -3المراكز والتجمعات الصناعية ومحطات توليد الكهرباء ومصافي النفط ،وأية صناعة تولد انبعاثات. أنواع تلوث الهواء Types Pollution Air -1التلوث بالمواد الصلبة العالقة Matter Particulate Suspendedوتشمل كل من الدخان وانبعاثات عوادم السيارات ومولدات الكهرباء وتصاعد األتربة ،وكذلك حبوب اللقاح وغبار القطن وأتربة معامل اإلسمنت ،ويعبر عنها بالرمز PM 10وهي المواد العالقة التي تقل أحجامها عن 10ما يكرون. - 2التلوث بالمواد الغازية واألبخرة Vapors and Gases مثل غاز الكلور وأكاسيد النتروجين والكاربون ،وثاني أوكسيد الكبريت ،وغاز األوزون إضافًة إلى الغازات المنبعثة عن عمليات التحلل مثل الميثان وكبريتيد الهيدروجين. -3التلوث باألحياء المجهرية Pollution Microbial وتشمل مخلفات عمليات التحلل للمواد العضوية مثل البكتيريا والفايروسات والعفن. - 4تلوث الهواء بالصوت (الضجيج أو الضوضاء( Pollution Noise ويتضمن األصوات المرتفعة غير المنسقة الناتجة عن وسائل النقل واشتغال المكائن والمعدات، وكذلك تلك الناتجة عن األماكن المكتظة كاألسواق التجارية ،والتي ستوضح في محاضرة الحقة. -5التلوث باإلشعاع Pollution Radioactive حيث تنبعث عن بعض النشاطات العلمية والعسكرية إشعاعات مختلفة تسبب خطورة كبيرة على اإلنسان والكائنات الحية ،وستوضح في محاضرة الحقة. ملوثات الهواء Pollutants Air تصنف ملوثات الهواء إلى الملوثات األساسية والملوثات الثانوية.فالملوثات األساسية هي التي تتمثل باألكاسيد الناتجة عن حرق الوقود بأنواعه والفحم الحجري والنشاطات الصناعية األخرى، وينتج عنها انبعاثات تتضمن ما يأتي: 1-أكاسيد الكاربون COو CO2. 2 - -أكاسيد النتروجين ()Noxوهي كل من NOو NO2و N2O. -3 -ثاني أوكسيد الكبريت SO2. -4 -المادة الدقائقية Matters Particulate مثل المركبات الهيدروكربونية متعددة الحلقات ،إضافًة إلى أمالح الكبريت وأمالح النترات. -5 -مركبات عضوية متطايرة مثل البنزين والكلوروفورم والميثان. - 6 -بخار الماء الملوثات الثانوية فهي تلك الناتجة عن التفاعالت التي تحصل بين الملوثات األساسية أو األولية ومكونات الهواء بوجود بخار الماء وأشعة الشمس ،مثل األمطار الحامضية واألوزون وغيرها. ملوثات الهواء Pollutants Air تصنف ملوثات الهواء إلى الملوثات األساسية والملوثات الثانوية.فالملوثات األساسية هي التي تتمثل باألكاسيد الناتجة عن حرق الوقود بأنواعه والفحم الحجري والنشاطات الصناعية األخرى، وينتج عنها انبعاثات تتضمن ما يأتي: 1-أكاسيد الكاربون COو CO2. 2 - -أكاسيد النتروجين ()Noxوهي كل من NOو NO2و N2O. -3 -ثاني أوكسيد الكبريت SO2. -4 -المادة الدقائقية Matters Particulate مثل المركبات الهيدروكربونية متعددة الحلقات ،إضافًة إلى أمالح الكبريت وأمالح النترات. -5 -مركبات عضوية متطايرة مثل البنزين والكلوروفورم والميثان. - 6 -بخار الماء الملوثات الثانوية فهي تلك الناتجة عن التفاعالت التي تحصل بين الملوثات األساسية أو األولية ومكونات الهواء بوجود بخار الماء وأشعة الشمس ،مثل األمطار الحامضية واألوزون وغيرها. ملوثات الهواء األساسية أو األولية Pollutants Air Primary يعتبر التلوث البيئي الناجم عن العمليات الصناعية من أخطر أنواع التلوث وأكثرها تأثيرًا على اإلنسان والحيوان والنبات.مثال ذلك هو صناعة اإلسمنت إذ تعتبر من الصناعات الملوثة للبيئة وخاصًة الهواء ،سواء داخل بيئة العمل أو في البيئة المحيطة بالمعمل ،وذلك لما تطرحه هذه المعامل في الجو من غبار وانبعاثات بدءًا من المقالع وصوال إلى أقسام التعبئة والتسويق. وحتى وقت قريب كان الغبار واألتربة المنطلقة في معامل اإلسمنت تعتبر المشكلة البيئية األهم واألخطر في صناعة اإلسمنت ،لكن ومنذ أواخر غازية من المداخن الثمانينات وبداية التسعينات اتسعت قائمة الملوثات الواجب أخذها بعين االعتبار لغرض السيطرة عليها لتشمل ما يأتي: المادة الدقائقية Matter.Particulate v أول أوكسيد الكاربون CO. v ثاني أوكسيد الكاربون CO2. v أكاسيد الكبريت SOx. v أكاسيد النتروجين NOx. v المعادن الثقيلة (الرصاص Pb). v الدايوكسين والفيوران Furans &.Dioxins v المركبات الهايدروكاربونية Hydrocarbons. v المادة الدقائقية )PM10) Matter Particulate وهي الجسيمات التي تنبعث من خالل مداخن المصانع وكذلك عوادم السيارات نتيجًة االحتراق الوقود.وهناك العديد من الجسيمات التي لها آثار صحية سيئة على اإلنسان ،مثال ذلك انبعاثات الرصاص الذي يضاف إلى البنزين للمساعدة في عملية االحتراق وتقليل عملية الفرقعة في المحرك ،إذ أن انطالق هذه المواد في الجو يسبب بعض المشاكل الصحية مثل نقص الكريات الدموية في جسم اإلنسان ،كما أن تراكم الرصاص في أنسجة الجسم يؤدي إلى إرباك في الجهاز العصبي فهو يؤثر على األطفال بشكل خاص حيث يضعف الذكاء عندهم ،األمر الذي يؤثر على الحالة العقلية وقد يسبب التخلف العقلي في الحاالت المتقدمة. يحتوي الغالف الجوي على كميات ضخمة من ذرات الغبار الدقيقة جدًا والتي تسمى بالجسيمات Aerosolsأو المادة الدقائقية Matter Particulateوالتي تتكون عادًة من: مواد صلبة غير غازية عضوية وال عضوية. -1 عناصر معدنية. -2 قطرات حامضية وهيدروكربونية. -3 دخان من مختلف األصناف واألحجام. -4 تأثيرات العامة للمادة الدقائقية Matter Particulate of Effects General للمادة الدقائقية تأثيرات سلبية على مختلف جوانب الحياة بصورة عامة ،ومن أهم هذه التأثيرات ما يأتي: -1اختزال الرؤيا عن طريق امتصاص وتشتيت ضوء الشمس. - 2تؤدي إلى تآكل الفلزات عند ارتفاع مستوى الرطوبة ،ويتجلى تأثيرها في هذا المجال من خالل تلف وتآكل المعدات الكهربائية (الماسات الكهربائية) عبر فعل المادة الدقائقية الكيمياوي والميكانيكي. - 3التأثيرات السمية على اإلنسان والحيوان ،كالسمية الداخلية التي تنتج عن فعل بعض الخصائص الكيمياوية والفيزيائية للمادة الدقائقية ،أو من خالل التدخل في آليات التنقية في القناة التنفسية أو إفراز مواد سمية داخل الجسم.