Capitolul 9

Elemente de chimia mediului

Dezvoltarea accentuată a industriei din ultimele decenii a demonstrat relaţia strânsă existentă între creşterea economică şi modificările ce se petrec în mediu. Orice politică de dezvoltare care nu este ancorată într-un context ecologic este sortită eşecului. La începutul dezvoltării umane, mediul era protejat natural datorită, pe de o parte, posibilităţilor reduse ale omului de a transforma natura, iar, pe de altă parte, capacităţii mediului de a se autoregla. Pe măsura industrializării societăţii umane activităţile generatoare de poluare au depăşit capacitatea de autocurăţare şi autoreglare a factorilor de mediu, ajungându-se să se pună în pericol existenţa vieţii pe Terra.

Progresul tehnico-ştiinţific a afectat echilibrul om-natură prin accentuarea riscului real de epuizare a unor resurse naturale, modificarea calităţii aerului, solului, apei, sporirea volumului de deşeuri şi a diversităţii lor, realizarea unor tehnologii generatoare de materiale reziduale şi toxice, care au constituit originea accidentelor tot mai frecvente, creând noi riscuri pentru sănătatea oamenilor şi a mediului. Compoziţia atmosferei s-a schimbat ca urmare a activităţii omului, emisiile de noxe gazoase, pulberi şi aerosoli conducând la grave probleme de mediu ca poluarea urbană, ploile acide, modificarea climei.

În acest context este nevoie ca problemele privind poluarea atmosferei să se trateze pe cât posibil în mod global. Organismele din cadrul Organizaţiei Naţiunilor Unite studiază poluarea atmosferică a oraşelor, a zonelor industriale şi rurale. S-au încheiat acorduri regionale sau mondiale referitoare la supravegherea şi evaluarea poluării atmosferice în oraşe, lărgirea reţelei de supraveghere în tările în curs de dezvoltare, formularea unor strategii de supraveghere integrată a poluanţilor pe termen lung, elaborarea de noi metode de descriere a propagării la mari distanţe a poluanţilor, metode de supraveghere a depozitelor de deşeuri şi a oxidanţilor foto-chimici.

9.1. Ciclul elementelor în naturăNoţiunea de ciclu natural al unui element este frecvent utilizată în

ecologie şi ştiinţele naturii sub titulatura de ciclu biogeochimic sau ciclu de nutrienţi. În definiţie, un astfel de ciclu este o cale prin care un element chimic sau o moleculă circulă prin compartimentele biotice (biosfera) şi abiotice (litosferă, pedosferă, atmosferă şi hidrosferă) ale ecosistemului planetar. În esenţă, elementul este reciclat, dar, în anumite cicluri există compartimente (denumite rezervoare) unde elementul respectiv se acumulează şi este stocat pentru o perioadă îndelungată de timp. Elementele chimice, compuşi chimici, precum şi alte forme de materie sunt transmise de la un organism la altul şi de la o parte a biosferei la altul prin intermediul acestor cicluri biogeochimice [3].

Cele mai cunoscute şi studiate cicluri biogeochimice tratează circuitul apei, carbonului, oxigenului, sulfului, azotului, fosforului şi hidrogenului în ecosistem, datorită dimensiunilor mari şi a cantităţii mari de materie şi energie implicate, dar şi a utilităţii informaţiei din punct de vedere al societăţii umane. Activitatea microorganismelor este în legătură cu toate aceste cicluri, poate doar cu excepţia celui al apei, independent în mare măsură de activitatea biologică a acestui grup.

9.1.1. Ciclul carbonului Ciclul carbonului implică participarea atmosferei, hidrosferei,

pedosferei, litosferei şi biosferei, fiind, probabil, cel mai complex circuit natural. Schematic vorbind, carbonul este eliberat în atmosferă în mare parte sub formă de dioxid de carbon, provenit din arderea combustibililor fosili, respiraţie animală şi vegetală, reacţii de descompunere a materiei vii, reacţii chimice naturale sau provocate antropic ale rocilor calcaroase, erupţii vulcanice şi fenomene metamorfice, sau eliberare la suprafaţa apelor încălzite, de unde este preluat fie de organisme fotosintetizante şi prelucrat pentru procese metabolice, fie de apele oceanice şi cele interioare şi stocat, majoritar în formă de ion bicarbonat (în jur de 90% stocat sub această formă, www.wikipedia.org), sau, în cantităţi mici, la suprafaţa rocilor calcaroase, prin reacţie chimică. În cadrul acestui ciclu, cantităţi mari de carbon sunt stocate în patru forme: în masă organică vegetală şi animală, în rezerve de carbon din sol, sub formă de combustibili fosili, sau sub formă ionică în masa apelor oceanice şi continentale.

9.1.2. Ciclul oxigenului Ciclul oxigenului (fig. 9.1) cuprinde, de asemenea, componente ale

tuturor geosferelor, dar este desfăşurat predominant prin intermediul atmosferei şi biosferei, şi poate fi descris schematic prin două procese

antagonice: fotosinteză (producere de oxigen) şi respiraţie (consum de oxigen). Oxigenul este stocat în trei rezervoare: litosfera şi mantaua (99,5% din oxigen, blocat în roci care conţin silicaţi sau alţi oxizi), biosfera (oxigen cuprins în molecule componente ale sistemelor vii) şi hidrosfera (oxigenul din compoziţia moleculei de apă) [2].

Fig. 9.1. Circuitul simpificat al oxigenului în biosferă

9.1.3. Ciclul azotului Ciclul azotului este de o importanţă majoră în procesele biologice,

datorită prezenţei acestui element în componenţa aminoacizilor şi, deci, a proteinelor, precum şi în bazele care constituie structura acizilor nucleici. Ciclul este iniţiat de la azotul atmosferic, prezent în cantitate foarte mare (79,05% din compoziţia atmosferei), de unde este preluat şi fixat în sol şi plante, prin mecanisme specifice, pentru a fi, ulterior, eliberat în atmosferă de procese antagonice celor menţionate anterior. Majoritatea etapelor acestui ciclu sunt mediate de microorganisme, fie în mod direct, fie indirect (prin simbioză, de exemplu).

9.1.4. Ciclul fosforuluiCiclul fosforului este, de asemenea, de mare importanţă biologică,

datorită prezenţei acestui element în structura acizilor nucleici, dar şi în cea a elementelor generatoare de energie în organisme (adenozin fosfaţii). Datorită formei solide sub care se găsesc, de obicei, compuşii acestui element, atmosfera nu participă la acest ciclu (www.enviroliteracy.org). Fosforul este preluat de producătorii primari din sol sau apă, de obicei sub formă de ioni (ortofosfatul fiind cel mai frecvent, www.wikipedia.org), este încorporat în materia organică, urmează lanţurile trofice, pentru a fi eliberat de acţiunea descompunătorilor, şi a reajunge în sol sau apă.

9.1.5. Ciclul sulfului Ciclul sulfului (fig. 9.2) în natură este complicat şi nu este cunoscut

în întregime. Sulful este răspîndit în sistemele biologice, el intrînd în componenţa a doi aminoacizi: metionina şi cisteina. Rolul biologic al sulfului este legat de facilitarea transformărilor oxidoreducătoare, care joacă rolul principal în formarea structurilor cuaternare ale proteinelor şi în restructurarea lor conformaţională, dar şi de importanţa acestui element în lanţul transportor de electroni. Ciclul cuprinde eliberarea sulfului în atmosferă, fie ca hidrogen sulfurat, eliberat din procese de descompunere, fie ca oxizi de sulf, emişi de către instalaţiile industriale, fie ca dimetilsulfit şi dimetildisulfură sau alţi compuşi eliminaţi de organismele vii, de unde este preluat de către organismele capabile de procesare fie din aer, fie de pe sol sau din apă [2].

Fig. 9.2. Circuitul simplificat al sulfului{O}- echivalentul oxidant (acceptor de 2 electroni, atomi de H);

{2H} – echivalentul bielectronic reducător

9.1.6. Ciclul hidrogenului Ciclul hidrogenului este denumirea sub care este cunoscută reacţia

scindării şi reformării apei, având ca produs intermediar hidrogenul, folosit, de regulă, ca sursă energetică. Definirea este incompletă, dat fiind faptul că există şi alte modalităţi de reacţie ce implică prezenţa acestui element (cum ar fi metanogeneza, spre exemplu), modalităţi care contribuie la circulaţia generală a hidrogenului în ecosistem şi care sunt duse la indeplinire prin intermediul unor grupe de microorganisme. Pentru evitarea confuziilor, traseul biogeochimic al acestui element va fi numit circuitul hidrogenului. În cadrul acestui circuit, rezervorul principal de hidrogen este apa.

Cicluri biogeochimice similare fosforului şi sulfului sunt proprii şi altor elemente chimice (K, Na, Mg, Fe, Mn, Co, Zn, Cu) care se află în compoziţia oricărui organism. Datele oferite de geochimie şi biologia contemporană nu sunt însă în aceeaşi măsură de bogate pentru aceasta categorie de elemente.

Ciclurile biogeochimice însumează căile de circulaţie ale elementelor în natură, şi, deşi în mod convenţional sunt prezentate separat, ele sunt interconectate şi interdependente, realizând, în ansamblu circuitul global al materiei în natură. În cadrul fiecărui circuit deosebim două compartimente: rezervorul şi compartimentul de ciclare. Un model simplificat al unui circuit biogeochimic surprinde, în general, alternanţa organic anorganic. În realitate există numeroase etape intermediare, reacţii fizice (solubilizări, precipitări, volatilizări), chimice (oxidări, reduceri, hidrolize) şi activităţi biologice (mineralizări, biosinteze), care concură la realizarea circuitelor biogeochimice complexe [2].

9.2. Efectele toxice ale oxizilor de sulf

La temperatura şi presiunea normală a ambientului bioxidul de sulf este un gaz incolor, constând dintr-un atom de sulf şi doi atomi de oxigen. Acesta se datorează arderii combustibillor fosili care conţin sulf (cărbune şi păcură).

Din oxidarea sulfului combustibil, cea mai mare parte ( peste 95%) se transformă în SO2 restul în SO3. Calculul emisiilor produse, in echivalent SO2, se poate efectua cu relaţia :

[g/s]

în care: Si

c este conţinutul în sulf al combustibilului, în %;η’ - fracţia de oxizi de sulf, eliminate în instalaţia de desprăfuire. η” - fracţia de oxizi de sulf absorbită în particulele fine de cenuşă

zburătoare, evacuate împreuna cu acestea. Conversia SO2 în SO3 are loc în flacără, în cazul unui exces mare de oxigen, dar şi pe traseul gazelor, în prezenţa oxizilor de vanadium şi chiar de fier, care joacă rol de catalizator, mai ales la temperature de peste 800 oC.

Evacuat în atmosferă, dioxidul de sulf reacţionează cu oxigenul, sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete solare ( ruv ) , dând naştere anhidridei sulfuroase ( SO3 ), conform relaţiei:

2 SO2 + O2 + ruv = 2 SO3

Aceasta la rândul ei se combină cu apa din atmosferă şi formează acidul sulfuric. În perioadele de ceaţă şi în zilele foarte umede se atinge un grad de transformare de până la 15,7%.

SO3 + H2O = H2SO4

Dioxidul de sulf reprezintă o substanţă toxică, care atrage atenţia prin mirosul şi acţiunea iritantă asupra mucoaselor, provocând spasm şi contracţia muşchilor căilor respiratorii superioare. În concentraţii ridicate, SO2 provoacă senzaţie de arsură asupra mucoaselor respiratorii şi conjuctivale, tuse, tulburări ale respiraţiei, spasm glotic, senzaţie de sufocare etc.

Prezenţa oxizilor de sulf în mediul ambient se manifestă atât prin leziuni directe ale plantelor, cât şi prin modificarea compoziţiei apei şi solului. Astfel SO2 în concentraţie mare, distruge clorofila din frunze, acţiunea sa amplificându-se prin asociere cu NO2.

Oxizii de sulf, respectiv acizii sulfuros şi sulfuric, care rezultă prin hidratarea acestora, determină fenomene de coroziune, decolorarea materialelor colorate, reducerea elasticităţii şi rezistenţei pentru unii compuşi organici, unele materiale de construcţie şi unele tipuri de cabluri electrice [2].

Oxizii de sulf, alături de cei de azot, sunt astăzi consideraţi principalele cauze ale ploilor acide, care cauzează distrugerea pădurilor, pe suprafeţe îngrijorător de mari. Modificările în compoziţia apei şi a solului au ca rezultat tulburări de dezvoltare a plantelor, o scădere a producţiei de masă lemnoasă, respectiv a producţiei şi calităţii fructelor, cu întregul cortegiu de consecinţe economice şi de alta natură, ultimele manifestate în lanţul trofic plantă-animal-om.

Fig. 9.1. Formarea, distribuţia şi impactul ploilor acide

Aceste depuneri acide cresc aciditatea apelor terestre, apelor subterane, a solului. Impactul lor depinde mai mult de cantitatea depunerilor acide decât de gradul de aciditate. Cu alte cuvinte, o cantitate mare de precipitaţii relativ diluată (pH cu valoare mai mare) poate cauza un impact mult mai semnificativ decât o cantitate mică de ploaie cu caracter puternic acid (pH scăzut). Este, de aceea, foarte important a se considera nu numai pH – ul, dar şi cantităţile totale de depuneri acide.

Depunerile acide au loc prin două procese :Un proces este depunerea umedă. Acidul sulfuric şi acidul azotic

sunt incorporaţi în nori şi ajung pe pământ sub formă de ploaie, zăpadă, ceaţă. Atunci când este dizolvată o mare cantitate de acid, ploaia este puternic acidă .

Alt proces denumit depunerea uscată se întâmplă în zilele senine şi înnourate. Oxizii din aer vin în contact direct cu vântul şi sunt depozitaţi pe copaci, clădiri şi chiar pe sistemul respirator uman [3].

Pe baza cunoştiinţelor actuale, se pare că efectele la expunerea la SO2 apar foarte repede, chiar din primele minute de la începerea inhalării, dar continuarea expunerii nu conduce la creşterea acestor efecte.

Efectele observate ale expunerii la SO2 include o serie de simptome ca funcţionarea cu dificultate a plămânilor. Grupul cel mai sensibil este reprezentat de populaţia cu astm.

În anul 1987, studiile epidemiologice realizate au constatat zi de zi schimbări ale mortalităţii, morbidităţii sau ale funcţionării plămânilor legate de concentraţii medii zilnice de SO2 în prezenţa pulberilor şi altor poluanţi asociaţi , care au fost analizaţi.

Mai multe seturi de analize realizate în timp prezentate în acest studiu arată că nu este nici o asociere a crizelor de astm, chiar în cazul luării în considerare a unor expuneri maxime orare. Un al doilea studiu nou realizat indică că o creştere în exces a mortalităţii poate fi determinată de schimbarea concentraţiile de SO2. De asemenea sugerează că efectele pot apărea şi la concentraţii zilnice sub 125 μg/m3. În viitor numai studiile individuale vor putea da analize care să confirme aceste rezultate.

Plantele joase, ca licheni şi muşchi, datorită structurii lor au o sensibilitate particulară la SO2. Factorii decisivi ai acţiunii SO2 asupra plantelor sunt: concentraţia, durata de expunere, frecvenţa şi secvenţa impactului.

La nivelele sigure ale concentraţiilor şi la doze cunoscute (durata în timp a expunerii la concentraţii) extinderea deteriorării foliarului depinde de creşterea acestor nivele. Importanţa concentraţiilor foarte joase asupra creşterii şi asupra schimbării sensibilităţii plantelor la alte stresuri ale mediului este acum recunoscută.

Rezultatele observaţiilor în domeniu şi experimentele de fumegare au fost utilizate pentru a determina cantitativ dozele care corespund relaţiei dintre concentraţia de SO2 şi efectele atât asupra plantelor anuale, cât şi perene şi au devenit un ghid. Aceste concentraţii sunt în general definite ca anuale şi/sau iarna:

- 30 μg/m3 poate afecta grânele;- 20 μg/m3 poate afecta pădurile,- < 10 μg/m3 poate afecta licheni şi muşchi.De asemenea, SO2 influenţează materialele şi diversele obiecte

culturale de patrimoniu putând conduce la deteriorarea lor. Acesta este un proces, care apare la rate bine determinate de parametrii meteorologici, ca umiditatea relativă, temperatura şi precipitaţiile, precum şi datorat altor poluanţi. Deoarece umiditatea şi temperatura au variaţii mici în zona climatică temperată, concentraţia poluanţilor atmosferici este deseori variabila dominantă în coroziune.

Printre poluanţi antropogenici din aer SO2, poate fi considerat cel mai important în deteriorarea câtorva materiale. In multe părţi ale Europei s-a constatat o degradare accelerată a suprafeţelor acestora în ultimile decade.

Emisiile de SO2 au fost reduse cu circa 20 % între 1980 şi 1990 in ţările membre ale UE. Emisiile din Europa de Est sunt de cam acelaşi ordin de mărime ca a celor 15 ţări membre.

Prognoza reducerii emisiilor de SO2 între 1990 şi 2010 este de 60 % până la 91 % în Uniunea Europeană şi între 29 % până la 86 % în celelalte ţări europene.

9.3. Efectele toxice ale oxizilor de azot

Dupa evacuarea în atmosferă transformarea monoxidului de azot în dioxid de azot se accelerează datorită conţinutului ridicat de oxigen din aer şi prezenţei radiaţiilor ultraviolete în lumina solară.

NO2 + ruv = NO + O;O + O2 + P = O3 + P;NO + O3 = NO2 + O2’

unde P, reprezintă un partener de ciocnire, iar ruv, radiaţia ultravioletă.Oxizii de azot apar sub formă de NO mai mult de 90%. NO2 se

formează relativ rapid din NO, care reacţionează cu ozonul sau radicalii. Prin diverse reacţii atmosferice o parte din oxizii de azot ajung în final HNO3/NO3

-, care împreună cu NO2 sunt reţinuţi din aer prin procese umede sau uscate de depunere.

În anumite condiţii, NO2 împreună cu H2O formează acidul azotic, conform reacţiei:

3 NO2 + H2O =2 HNO3+NO

Deşi, nu este principal în toate zonele, NO2 este unul din cei mai importanţi poluanţi din zona urbană, pentru sănătatea umană.

Emisiile de oxizi de azot provin în principal din sursele de ardere antropogenice, unde NO se formează din azotul şi oxigenul din aerul de ardere şi din oxidarea azotului din combustibil. Principalele surse natropogenice sunt sursele de ardere mobile (traficul de pe şosele, din aer şi apă) şi sursele de ardere staţionare ( inclusiv, arderea industrială). Aceste principale categorii produc între 39 şi 57%, din emisia totală de oxizi de azot din Europa.

Concentraţia de oxizi de azot din case poate depăşi nivelurile de afară şi de aceea este mai importantă pentru sănătatea umană. Surse mari de producere de oxizi de azot în interior sunt fumul de ţigară, diverse aplicaţii cu arderea gazului natural şi sursele de încălzire.

Expunerea pe termen scurt şi lung poate avea diferite efecte asupra sănătăţii umane. Expunerea pe termen scurt la concentraţii ridicate de NO2

provoacă deteriorări pulmonare severe. Persoanele cu boli de plămâni cronice, ca astmul sau altele pot fi afectate rapid prin modificări în funcţionarea plămânului sau a căilor respiratorii. Expunerea pe termen lung este asociată cu creşterea simptomelor respiratorii, în special la expunerea în spaţii închise.

Metodologiile pentru studiul condiţiilor acute reversibile şi efectele cronice asupra sănătăţii sunt în general chiar foarte diferite. Astfel, este bine ca în evaluare să se separe efectele care apar pe termen scurt de cele pe termen lung, dar uneori este foarte dificil să le determine din ce rezultă. Pe baza datelor clinice privind sănătatea umană se recomandă ca valoare maximă orară 200 µg/m3. Dacă un astmatic este expus simultan sau secvenţial la NO2 şi la un aerosol alergic, riscul unui răspuns mărit la agentul alergic creşte. La 50% din valoarea sugerată de ghid (100 µg/m3) nu s- au făcut nici un fel de studii, aşa că efectele sunt necunoscute.

Oxizii de azot sunt absorbiţi de vegetaţie la fel ca şi CO, prin stomata, fiind dizolvaţi cu apă şi formând nitriţi şi nitraţi. Aceştia sunt reduşi la NH3 şi eventual încorporaţi în componentele organice. Dacă este absorbit prea mult NO2 ,pot apărea deteriorări masive sub formă de necroze. Până la un anumit nivel nu se observă nici un efect, apoi NO2 stimulează

creşterea. Oricum, concentraţii ridicate conduc la oprirea creşterii. În prezent, există o dispută de la ce valoare oxizii de azot sunt toxici.

Recent se acordă deosebită atenţie şi compusului N2O (protoxidul de azot).

Deşi se cunosc efectele sale nocive, nu s-a promulgat încă, în nici o ţară, o legislaţie privind emisiile de protoxid de azot, pentru protejarea mediului ambient. N2O este un gaz stabil care se descompune de-abia la 600oC în elementele N2 şi O2 . În troposferă, pătura inferioară a atmosferei, deci până la circa 10 Km deasupra pământului, se comportă ca şi un gaz inert.

Experimental s-a dovedit însă că măsurile primare şi secundare, aplicate industrial pentru scăderea concentraţiei de NOx în gazele de ardere, sunt aproape totdeauna însoţite de o producere de emisii secundare, nedorite ca CO, N2O, NH3. Acest fenomen este un semnal de alarmă şi îşi aduce o contribuţie de până la 10% la creşterea anuală de N2O în troposferă. Alte surse generatoare de N2O sunt: fenomenele naturale din pădurile tropicale şi ale apelor oceanelor, procesele de nitrificare-denitrificare determinate de îngrăşămintele chimice, industria chimică şi vehiculele rutiere [1].

Efectul nociv al N2O este dublu. Întâi se aminteşte contribuţia acestuia la efectul de seră. N2O absoarbe spectre caracteristice în domeniul razelor ultraviolete ( ruv ), emise de pământ. Spectrul în domeniul 16-18 μm se suprapune peste spectrul de absorbţie al CO2. În general, contribuţia noxei N2O la încălzirea atmosferei terestre este de circa 14%.

Al doilea şi de fapt cel mai nociv efect al N2O, este contributie sa la distrugerea păturii protectoare de ozon din stratosferă. N2O face parte din categoria gazelor inerte în troposferă, dar nocive în stratosferă, datorită efectului său catalitic în cadrul unor reacţii fotochimice, ce dezvoltă radicali active care atacă pătura de ozon.

9.4. Încălzirea globală şi efectul de seră

De foarte multă vreme în atmosferă există concentraţii naturale de gaze cu efect de seră, cum ar fi vaporii de apă, gazele carbonice, metanul şi oxizii de azot. Razele cu lungime scurtă de undă, numite lumina vizibilă a soarelui, pot traversa aceste gaze, încălzind atmosfera, oceanele, suprafaţa planetei şi organismele vii. Energia calorică este răspândită în spaţiu în formă de raze infraroşii, adică de unde lungi. Acestea din urmă sunt absorbite în parte de gaze cu efect de seră, pentru a se reflecta încă odată de suprafaţa Pământului. Din cauza acestui fenomen natural, numit “efect de

seră” temperatura medie anuală la suprafaţa pământului se menţine la 15° C. Acesta e ceea ce noi numim un climat normal. Activitatea umană constituie cauza aruncării în atmosferă a unei cantităţi mari de gaze cu efect de seră, mai ales a gazului carbonic, a oxizilor de azot, a metanului şi a clorofluorocarbonilor (CFC).

Conform concluziilor numeroaselor comitete internaţionale de cercetare ştiinţifică, sporirea efectului de seră a declanşat o nouă încălzire planetară de o amploare nemaiîntâlnită pe parcursul istoriei. Ele descriu şi argumentează fenomenul noii încălziri globale, a schimbării climei, a reîncălzirii climatului şi a efectului de seră accelerat [1].

9.4.1. Gaze cu efect de seră

9.4.1.1. Bioxidul de carbon (CO2)Dioxidul de carbon este toxic numai în concentraţii foarte mari

( peste 5000 ppm ). CO2 influenţează clima prin efectul de seră creat asupra pământului, contribuţia care-i revine fiind apreciată la circa 50%. Până în prezent nu există soluţii tehnico-economice de combatere a emisiilor de CO2. Singura soluţie fezabilă este accentuarea creşterii eficienţei la producerea, transformarea şi utilizarea energiei termice sau exploatarea energiei nucleare şi a altor surse de energie neconvenţională.

Din fericire, procesul de asimilare clorofiliană ( fotosinteza ) foloseşte CO2 expirat de fiintele vii sau eliminate de industrie, dând naştere la glucide şi oxigen:

6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2

Prin efectele ei, această reacţie poate fi numită ecuaţia vieţii.Conţinutul atmosferic de bioxid de carbon (gazul cu efect de seră de

provenienţă antropică cel mai frecvent) a crescut până la 25% de la debutul revoluţiei industriale (pe parcursul a 1700 de ani.) cu o frecvenţă de 280 părţi la milion până la 350 părţi la milion. Eliminările de gaz carbonic de origine antropică au condus la sporirea cu 55% a potenţialului efectului de seră. CO2 este unul din principalele subproduse ale arderii tuturor combustibililor fosili. Circa 90% a energiei comercializate pe plan mondial este produsă de către combustibilii carbonici: păcura, cărbunele brun, gazul natural şi lemnul. Cu fiecare an zeci de miliarde de tone de CO2 sunt astfel eliminate în atmosferă. Circa 2 miliarde de tone de gaz carbonic suplimentar este atribuit fenomenului despăduririi, inclusiv incendierii pădurilor.

Emisiile de CO2 sunt prezentate în unităţi de greutate, în general în tone. Uneori valoarea datǎ corespunde numai greutăţii carbonului, uneori greutăţii totale a gazului carbonic, carbonului şi oxigenului conţinut. De exemplu, 6 miliarde de tone de carbon emis anual echivalează cu 22 miliarde de tone de gaz carbonic. Pentru a transforma carbonul în CO2 se înmulţeşte cu 3,66 şi invers [2].

9.4.1.2. Metanul (CH4) Emisiile de CH4 contribuie cu aproape 15% la creşterea potenţialului efectului de seră. Metanul este principalul component al gazului natural ars de către utilajele de încălzit. El provine de la descompunerea vegetală: câmpurile inundate de orez, mlaştinile, gazele de baltă, aparatul digestiv al numeroaselor animale, în special bovinele şi termitele, arderile anaerobe (descompunerea vegetaţiei în lipsă de O2). CH4 provine în egalǎ mǎsurǎ de la scurgerile conductelor de gaze, de la centrele de tratament, de la instalaţiile de stocaj şi de la minele de carbune, de la materiale organice în descompunere (cum ar fi produsele alimentare aflate in depozite). Cercetǎtorii sunt alarmaţi cǎ o nouǎ încǎlzire a climei va antrena eliberarea unei pǎrţi din CH4 natural acumulat în cantitǎţi mari sub gheţari şi în calotele polare, provocând astfel efectul de retroacţiune. Altfel spus reîncǎlzirea climei va avea un efect de creştere.

9.4.1.3. Oxidul de azot (N2O) N2O este un oxid de azot, provenit de la arderea combustibilului fosil, utilizarea îngrǎşǎmintelor azotate, incinerarea arborilor şi reziduurilor de plante. Gazul contribuie la sporirea efectului de serǎ cu circa 6%. Acest gaz este la fel cunoscut sub numele de “gaz înveselitor”.

9.4.1.4. Ozonul stratosferic (O3) În atmosferă, la o înălţime foarte înaltă, ozonul creat natural apare ca un ecran de protecţie împotriva razelor ultraviolete. În troposferă, ozonul e un subproduct al reacţiilor poluantelor atmosferice, al industriilor şi al automobilelor eliminat în prezenţa luminii solare. Ozonul troposferic reacţioneazǎ cu ţesuturile vegetale şi animale provocând efectul de serǎ. Contribuţia ozonului stratosferic la sporirea efectului de serǎ se apreciazǎ la 8%.

9.4.1.5. Clorofluorocarburile (CFC) Sunt produse chimice care răreşte stratul de ozon constituind în egală măsură un gaz cu efect de seră în creştere. Savanţii nu sunt siguri de efectele reale produse de CFC asupra schimbării climatului pentru că acţiunea lor de

rarifiere a stratului de ozon poate să conducă la o noua răcire a planetei. Este posibil ca reducând emisia de CFC, ceea ce e imperativ, să protejăm stratul de ozon, accelerând o nouă încălzire a planetei. Aceastǎ problemă demonstreazǎ în ce măsură factorii de mediu sunt legaţi nemijlocit.

În unele acte se regăsesc comparaţii între potenţialul dezvoltǎrii efectului de seră a diferitor gaze şi a celui produs de CO2. Raportând molecula la moleculă, potenţialul de creştere a efectului de seră a metanului e de 21 ori mai mare decât a bioxidului de carbon CO2; a N2O e de 200 ori mai mare decât a CO2; şi a CFC e de 18000 de ori mai mare decât a CO2 [1].

9.4.1.6. Distrugerea stratului de ozonDistrugerea stratului de ozon este o rezultantă a acumulării în

atmosferă a unor substanţe extrem de stabile din punct de vedere chimic care distrug moleculele de ozon la nivelul stratosferei. Mecanismul producerii, deşi destul de complex, şi-a găsit o explicaţie ştiinţifică credibilă începând cu jumătatea deceniului opt. De altfel, încă din 1974, cercetătorii americani au arătat că substanţele de tipul clorofluorocarbonilor pot distruge moleculele de ozon. Manifestarea efectelor unui astfel de comportament la nivelul ozonului stratosferic a fost pusă în evidenţă în 1985, când s-a constatat o scădere dramatică a grosimii stratului de ozon de deasupra Antarcticii; în timpul primăverii astrale, formându-se “o gaură” (grosimea a scăzut sub 1,5 mm). Centrarea “găurii” de ozon deasupra Antarcticii se explică prin natura specifică a vremii antarcticii. Iarna, stratosfera de deasupra acestei regiuni este practic izolată de restul lumii, datorită vânturilor puternice care se rotesc în jurul ei formând un vârtej aproape imposibil de penetrat. În plus, apariţia unor particule de gheaţă în stratosfera polară oferă suprafeţe pe care reacţiile chimice ce conduc la dispariţia ozonului au loc cu viteză sporită.

Deşi sunt cele mai mari semnalate, pierderile de ozon de deasupra Antarcticii (40%) nu sunt singurele. Acestea au fost semnalate şi în alte zone geografice: deasupra Arcticii (20%); la latitudini de 53-64º (23%); la latitudini de 40º-52º (1,7%).

Clorofluorocarburile (CFC-urile sau freoni) au fost produse pentru prima oară în 1900, fiind folosite la scară industrială ca agenţi de răcire. Mai târziu, s-au găsit noi utilizări: spălarea materialelor plastice, a metalelor şi a componentelor electronice, ca propulsori în spray-uri, agenţi de spumare pentru spume industriale şi poliuretani. Extinderea utilizării lor este justificată de numeroasele avantaje, printre care mai importante sunt: toxicitatea redusă; nu sunt inflamabile; sunt uşor solubile; au cost scăzut de producţie şi depozitare; sunt foarte stabile din punct de vedere chimic etc. Aceste avantaje au contribuit, pe de o parte, la creşterea producţiei lor iar,

pe de altă parte, la acumularea lor în atmosferă şi antrenarea la nivelul ozonului stratosferic. Aici, sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete, eliberează atomii de halogen (Cl, F, Br) pe care le conţin, iar aceştia catalizează reacţia de descompunere a moleculelor de ozon, perturbând echilibrul în sensul diminuării grosimii stratului de ozon.

Se apreciază că o moleculă de freon poate distruge 104-106 molecule de ozon, dupăurmătorul mecanism:

X + O3 → XO + O2

2 XO → O2 + 2 X

Trebuie adăugat şi faptul că moleculele de freoni se pot menţine în atmosferă de la câteva decenii până la un secol.

O scădere a concentraţiei de ozon stratosferic cu 1% intensifică fluxul de radiaţii ultraviolete cu 2%. Consecinţele unei astfel de evoluţii se resimt atât la nivelul biosferei, cât şi pentru sănătatea umană. Din prima categorie putem menţiona: scăderea suprafeţei foliare la numeroase plante (fasole, varză, soia etc.), diminuarea productivităţii fitoplanctonului din mări şi oceane cu repercusiuni asupra întregului ecosistem, scăderea intensităţii fotosintezei, iar pentru sănătatea omului principalele riscuri sunt reprezentate de: scăderea eficienţei sistemului imunitar, creşterea incidenţei cataractei şi cancerului cutanat (melanom); scăderea eficienţei vaccinărilor, în special contra tuberculozei etc. Incertitudinea ştiinţifică în ceea ce priveşte distrugerea stratului de ozon este mult mai mică, în comparaţie cu cea exprimată în raport cu încălzirea globală, astfel că, susţinute fiind de o argumentaţie ştiinţifică foarte precisă, acordurile internaţionale pentru diminuarea factorilor de risc au găsit un răspuns favorabil, producţia de freoni din 1994 fiind în scădere, faţă de cea din 1989, cu 77% [1].

Bibliografie

1. Demetrescu,I. - Chimie şi management de mediu, Ed. Matrix Rom, Bucureşti, 2002;

2. Duca, Gh., s.a.- Chimie ecologică, Ed. Matrix Rom, Bucureşti, 1999;

3. Surpăţeanu, M. - Chimia mediului, Editura Universităţii Tehnice Iaşi, 1994