بحث حول الغلاف الجوي ( التلوث )

المقدمة



إن قضية التلوث ، تعتبر اليوم في مقدمة القضايا التي استحوذت على قسط وافر من اهتمامات الحكومات في العالم وشعوبها ، فالتلوث لا يعترف بالحدود السياسية للدول وبالاعتبارات الجغرافية ، الإقليمية أو المحلية وذلك لانتشارها السريع وتفاقمها المدمر نتيجة أنشطة التنمية الاقتصادية التي يقوم بها الإنسان مثل التصنيع المكثف المتنامي والاستخدام الجائر للموارد الطبيعية غير المتجددة ، الأمر الذي أدى إلى تلوث الهواء والماء والتربة أي إفساد النظام البيئي والحياة على الأرض بمعدل لم يستطع الإنسان عبر القرون أن يعالجه أو يقاومه أو يخفف منه.
وقضية التلوث ليست وليدة اليوم ولم تظهر على حين غرة ، بل أن التلوث كان ملازماً للإنسان منذ الخليقة ، وأي نشاط بشري جديد حدث ويحدث في تجمعات كبيرة لا بد أن ينتج عنه تلوث إضافي . وحين ظهر الإنسان على ظهر الأرض وحتى القرن الرابع عشر كان التلوث ظاهرة محلية ، فحرائق الغابات وثورات البراكين ، وهبوب العواصف كانت محصورة في أماكن صغيرة حتى تم اكتشاف استخدام الفحم في نهاية القرن الرابع عشر الميلادي وعرف ما له من طاقة حرارية عالية ، لكنه أصبح بعد مصدراً مزعجاً للروائح الكبريتية الكريهة والدخان والسناج مما أدى إلى قيام الاحتجاجات الشعبية المتكررة في بريطانيا مطالبة بتنظيم استخدام الفحم وتقنيته ، فصدرت بعد ذلك بفترة طويلة التشريعات التي تمنع حرق بعض أنواع الفحم التني تحتوي على نسب عالية من المواد الكبريتية .
لكن المعاناة الكبرى للتلوث بدأت تظهر منذ العقد الثاني للقرن العشرين وزادت أهوالها بنهاية الحرب العالمية الثانية إثر قيام الصناعات الضخمة الكثيرة واختراق باطن الأرض للبحث عن الوقود والمعادن بمعدل سريع جداً فاق ما شهده العالم منذ مئات السنين ، وذلك في محاولة الإنسان لتحسين مستواه المعيشي . ولكنه – أي الإنسان – لم يتوقف عند ذلك ، بل أندفع دون تريث أو تبصر يرمي بنفاياته البشرية والصناعية السامة والنفطية والغازية الناتجة عن آليات النقل ومداخن عشرات آلاف المصانع . أدى ذلك إلى انتشار النفايات السامة والسحب السوداء في كل مكان . أصبحت البحيرات والأنهار تموت وتكون غير صالحة للاستخدام الآدمي ، وغابات ومزارع تهطل عليها أمطاراً حمضية فتجف أشجارها وتتلف ثمارها يصاحب ذلك زيادة في حرارة الأرض ، تصحر وفيضانات ، وتأكل طبقة الأوزون مما أدى إلى اضطراب في الغلاف بين الإنسان وبيئته ، فظهرت آثار التلوث الناجم على المكونات الحية للنظام البيئي ، ابتداءً من البكتيريا وانتهاءً بالإنسان الذي بدأ يعاني من أمراض لم يعهدها من قبل ، إضافة إلى تفاقم انتشار أمراض كثيرة مثل الكوليرا والتيفود والملاريا وأمراض القلب والحساسية والسرطان .
والملاحظة أنه كلما زادت معدلات النمو الصناعي والأنشطة المختلفة للإنسان كلما زاد الإقبال على المواد الخام الأولية وبالتالي زاد التلوث وظهرت آثاره بارزة وواضحة.

مفهـوم التــلـوث


يعرف ا لتلوث بانه إطلاق عناصر أو مركبات كيميائية سائلة أو صلبة أو غازية الى محيط البيئة ( الهواء والماء والتربة ) مما يقلل من نقائها ، أو بمعنى آخر فان التلوث يعني عدم قدرة الإنسان على التحكم في النفايات المختلفة وعدم تصريفها بطريقة سليمة مما يؤدي الى تراكمها في محيط البيئة وبالتالي تلويثها .
1-2- المحـيـط الهـوائي
الهواء عبارة عن مخلوط من عدة غازات أهمها الأكسجين بنسبة 20% والنتروجين بنسبة 78% من وزن الهواء بالاضافه الى غازات أخرى توجد بنسب اقل مثل ثاني أكسيد الكربون بنسبة 0.04 % وبعض الغازات الخاملة مثل الهليوم والنيون والأرجوان (1) .
1-3- طبقات الغلاف الجوي
يمكن تقسيم طبقات الغلاف الجوي إلى أربع طبقات :
1- طبقة التروبو سفير: - وهي الطبقة السفلى من الغلاف الجوي والتي نعيش فيها وتمتد من سطح الأرض الى إرتفاع 12 كم تقريبا ، وتحتوي على 75% من كتلة الهواء الجوي ، ومكوناتها الغازية ، غاز النتروجين (78.08%) والأكسجين (20.95%) وكذلك غاز ثاني أكسيد الكربون ( 0.0325%) ومزيج من الغازات الأخرى بنسب بسيطة ، وتقع فيها كل التقلبات المناخية المألوفة من رياح وأمطار وعواصف وغيوم المؤثرة على الحياة .
2- طبقة الستراتوسفير :- وهي الطبقة الثانية من طبقات الغلاف الجوي وتمتد من إرتفاع 12 كم حتى 50 كم فوق سطح البحر وهي أدفا من طبقة التروبوسفير وتحتوي على معظم غاز الأوزون (91%) بين أرتفاع 22-30 كم وتبلغ أقصى كثافة للأوزون عند أرتفاع 22 كم ، لذا فأنه يطلق عليها طبقة الأوزون .
3- طبقة الميزو سفير :- وهذه هي الطبقة الثالثة من طبقات الغلاف الجوي ، وتمتد من سقف الستراتوسفير أي من 50 وحتى ارتفاع 80 كم . ومكوناتها الغازية (الهيليوم والهيدروجين ) وهي شديدة التخلخل وخفيفة وتتناقص درجات الحرارة حتى تصل 120-130م تحت الصفر .
4- طبقة الثرموسفير:- وتعرف هذه بالطبقة الحرارية وترتفع من ارتفاع 80كم حتى 500كم . وتتكون مكوناتها الغازية من الأوكسجين ( الذري و الغازي ) والنتروجين والهيليوم ولاتحتوي على بخار الماء أو الأوزون، ولكنها تحتوي على الكترونات حرة أو أيونات ( تعرف أيضا بالطبقة المتأينة ) نتيجة للتفاعلات الكيموضوئية التي تحدث فيها وترتفع درجة الحرارة في هذه المنطقة الى حوالي 1000 درجة مئوية (2) .
تاريخ تلوث الهواء 4-1

ترجع بداية التلوث بسبب النشاط البشرى إلى اكتشاف الإنسان لمصادر الطاقة وأولها هي بدء استخدام الخشب للوقود. ثم ازدادت ظاهرة تلوث هواء المدن بالذات عندما بدأ الفحم محل الخشب كمادة رئسيـــه للوقود .حتى أن الملك أدوارد الأول ملك انجلترا أصدر في 1273 أول قانون يهدف الى مقاومة التلوث عن طريق وضع قيود على حرق الفحم ، وفي سنة 1306 أصدرت حكومة انجلترا قانونا آخر لمقاومة التلوث وبمقتضاه حظر حرق الفحم أثناء انعقاد جلسات البرلمان .
وقد كتب جون إيفيلين في سنة 1661 أول كتاب عن التلوث وفيه أرجع السبب في تكوين الدخان الضبابي Smog فوق لندن إلى حرق الفحم في مصانع بكميات أكثر من اللازم ، وفي سنة 1873 بدأت المقالات تنتشر في المجلات لتحذر من الغبار العضوي الذي كان قد بدأ يلوث المدن الأمريكية . ويشكل التلوث الهوائي في الوقت الحاضر مشكلة في كل العالم وتقدر كميات الملوثات التي تطلق الى الجو بنحو 200 مليون طن سنويا ، ويقدر أن هذه الكمية ستتضاعف في سنة 2000 لتصل الى أكثر من 400 مليون طن . ويقدر أن الأمريكيين يطلقون في الهواء حوالي 150 مليون طن من الملوثات سنويا وهو ما يعادل 3/2 ملوثات العالم .وربما يكون معظم التلوث الهوائي الأمريكي موجودا في مدن الولايات المتحدة ولكن نفس هذه المشكلة موجودة في دول أخرى.
ولا يزال التلوث يتزايد بسرعة على مستوى العالم. ففي جنوب أفريقيا أغلقت صناعات كثيرة بلغت تكاليفها ملايين الدولارات نتيجة لشكوى السكان من انعدام النوم والغثيان والقيء بسبب الدخان الذي تطلقه هذه المصانع. وقد اشتهرت مدينة كوبي اليابانية باسم المدينة المدخنة بسبب شدة تلوث هوائها . وقد تبين من الدراسة عينات من هواء جزر هواي آن كميات الملوثات بها تتزايد وأنها قد تكون أتيه في الأصل من أماكن تبعد عن هذه الجزر بآلاف الميال مثل اليابان (3) .
1-5- تعريف التلوث الهوائي
يتلوث الهواء عندما تتواجد فيه مادة غريبة أو يحدث تغير هام في نسب المواد المكونة له يترتب عليها حدوث نتائج ضارة(2) .
1-6- مصادر التلوث الهوائي :
تنقسم مصادر التلوث الهوائي إلى :
1-6-1- مصادر طبيعية: وهي المصادر التي لا يكون للإنسان أي دخل فيها
مثل حدوث العواصف و تطاير الرمال والأتربة ، حرائق الغابات ، رذاذ البحر ، التحلل العضوي للنبات أو الحيوان ،البراكين .
1-6-2- مصادر غير طبيعية: وهي مصادر لها دخل بسبب النشاط البشري و تنقسم إلى قسمين :-
أ ) مصادر متحركة :- تشمل وسائل النقل المختلفه مثل السيارات والمركبات والطائرات والسفن وغيرها . حيث تطلق هذه الوسائل في الهواء المحيط العديد من الغازات والمواد الضاره بصحة الانسان والبيئه مثل اول اكسيد الكربون ، وأكاسيد النتروجين ، واكاسيد الكبريت ، واكاسيد وكلوريدات وبروميدات الرصاص ، وبعض الهيدروكربونات كالمثيان والايثان والايثلين وغيرهـا . .
ب) مصادر ثابتة :- وتشمل المنشآت الصناعية المختلفة مثل محطات توليد الطاقة الكهربائيـــة ، ومنشآت صناعة النفط والغاز الطبيعي ، ومصانع الاسمنت والسماد والأصباغ والمعادن كالذهب والالمنيوم والحديد وغيرها ، ومدافن النفايات العضوية وغير العضوية ، ومحارق النفايات وخاصة النفايات الطبية والنفايات الخطرة ، ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي ، والكسارات والمحاجر ، واعمال الهدم والبناء وغيرها. فعلى سبيل المثال لا الحصر ... تؤدي صناعة النفط الى تلوث الهواء بأكاسيد الكبريت والنتروجين والنشادر (الامونيا) واول اكسيد الكربون وكبريتد الهيدروجين. وتطلق صناعة الالمنيوم والاسمده الفوسفاتيه غاز فلورالهيدروجين وغيره من مركبات الفلور. وتنبعث بعض الغازات كالميثان واكاسيد الكربون والنشادر وكبريتد الهيدروجين من النفايات العضويه في مرادم النفايات. وتنطلق السيليكات والغبار والاتربه (العوالق الجويه) في الهواء المحيط بمصانع الاسمنت والمحاجر والكسارات وأعمال الهدم والبنـــاء. وتنبعث اكاسيد الحديد في المناطق التي توجد فيها صناعة الحديد والصلب. كما تنطلق بعض المواد والمركبات العضويه الطياره في الهواء المحيط بمصانع الاصباغ ومستودعات البترول(4) .
1-7- تقسيم الملوثات
تنقسم ملوثات الهواء إلى قسمين :هما الملوثات الغازية والجسيمات العالقة
أولا : الملوثات الغازية :
وتشمل هذه الملوثات ، غازات الكربون ( أول وثاني أكسيد الكربون ) ، الأكاسيد النتروجينية ، والهيدروكربونات ، وأكاسيد الكبريت ، والأوزون .
1-أول أكسيد الكربون ( CO ) :
يعتبر أول أكسيد ألكربون غاز عديم اللون والطعم والرائحة وهو من اشد الغازات الملوثة للهواء سميه .
أ) مصادر غاز أول أكسيد الكربون:
ينتج غاز أول اكسيد الكربون بشكل خاص في المدن الكبيرة المزدحمة بوسائل النقل وكذلك من مصافي تكرير البترول ومصانع الورق والحديد والصلب وغيرها من عمليات الإحتراق غير الكامل :
2C + O2 → 2CO
ب ) تأثير غاز أول أكسيد الكربون :
عندما يتنفس الإنسان الهواء الملوث بغاز أول أكسيد الكربون فإنه يتحد مع هيموجلوبين كرات الدم الحمراء حيث يحل محل الأكسجين مكونا مركب الكربوكسي هيموجلوبين Car boxy hemoglobin ، حيث ينتج عن ذلك إقلال نسبة الهيموجلوبين الموجودة في الدم واللازم لنقل الأكسجين اللازم لعملية التنفس .

2- أكاسيد النتروجين ( NOx ) :
تتكون اكاسيد النتروجين باتحاد الأكسجين مع النتروجين وهي تشمل أكسيد النتريك وهو غاز بني محمر وله رائحة نفاذة وذو أثر سام . وهذه الاكاسيد تحدث تلوثا للهواء عندما تتكون نتيجة احتراق الوقود مثل الفحم أو الجازولين والسولار آو الديزل والمازوت والمحتوية على نسبة صغيرة من المركبات العضوية النتروجينية بالإضافة إلى تكونها خلال بعض العمليات الكيماوية داخل المصانع .
أ) مصادر غازات الأكاسيد النتروجينية :
أن تأثير البكتيريا على مركبات النتروجين الموجودة في التربة وهذا من أهم المصادر الطبيعية ، ويرجع ضرر هذه الاكاسيد في تكوين الدخان الضبابي حيث تعمل على تحفيز تكوين غاز الأوزون O3 الضارة بالإنسان والحيوان .
ب) الآثار الضارة للاكاسيد النتروجينية :
إن التعرض للتركيزات العالية من هذه الاكاسيد يؤدى الى إصابة الإنسان بتلف الرئتين،
كما أن التعرض للتركيزات الأقل من هذه الغازات يصيب الإنسان بالتهاب العيون والزور والرئتين .كما تساهم اكاسيد النتروجين في تكوين الأمطار الحامضة(5) .
3- الهيدروكربونات ( HC ) :
تعرف الهيدروكربونات على أنها عبارة عن مركبات غازية اليفاتية سريعة التبخر مثل الميثان أو غير مشبعة مثل الايثلين أو الاسيتلين أو مركبات سائلة أو صلبة مستقرة مثل البنزين أو بنزوبايرين .
أ) مصادر الهيدركربونات :- الأحتراق الكامل وغير الكامل للوقود وخاصة في وسائل النقل عندما يكون الإحتراق رديئا ومحرك السيارة غير سليم . كما تتكون الهيدروكربونات من الصناعات المختلفة والمواقد والأفران واستخدامات الانسان المنزلية .
ب) الآثــار الضارة للهيدروكربونات:
تعتبر الهيدروكربونات مواد سامه تسبب أمراضا خطيرة مثل تلف الكلى والكبد والتحجر الرئوي والتهابات الجهاز التنفسي ويزداد خطر هذه المركبات بما تنتجه من مشتقات ثانوية نتيجة تعرضها وتفاعلها مع أكاسيد النتروجين في وجود ضوء الشمس لتتكون مركبات يطلق عليها مركبات الضباب الأسود مثل الالدهيدات ونيترات بيروكسي اسيتل والتي بدورها تسبب أذى شديد للإنسان والحيوان والنبات .
كما تتفاعل بعض الهيدروكربونات عند تصاعدها الى طبقات الجو العليا مع غاز الأوزون لتشكل جذورا كربونية حرة أو طليقة تتميز بفاعلية كبيرة يمكنها ذلك من التفاعل مع كثير من الغازات والمركبات الأخرى مكونة ما يعرف بظاهرة الضباب الدخاني(2) .
4- اكـاسيــد الـكـبريـت (SOX ) :
توجد اكاسيد الكبريت في الهواء على هيئة ثاني أكسيد الكبريت (SO2 ) ، وثالث أكسيد الكبريت (SO3 ) ، وتتميز اكاسيد الكبريت برائحتها النفاذة وخواصها التأكلية .
4-1- ثاني أكسيد الكبريت :
يتميز هذا الغاز برائحته النفاذة وخواصه التآكلية، وهو من اخطر ملوثات الهواء غير قابل للاشتعال عديم اللون .
أ) مصادر غاز ثاني أكسيد الكبريت :
ينتج هذا الغاز من مصادر طبيعية مثل البراكين، وينابيع المياه الكبريتية، وتحلل المواد العضوية الكبريتية وكذلك من مصادر صناعية، وذلك عند احتراق الوقود مثل
الفحم والبترول وكذلك مصانع تكرير البترول.
جدول(6)
يوضح نسب أكاسيد الكبريت بسبب الأنشطة البشرية
المصدر
النسبة في الجو
من احتراق الوقود
من عمليات صناعية
من مصادر مختلفة
73,4 %
23 %
3,6 %
ب) الآثار الضـــارة لثاني أكسيد الكبريت :
يؤدى تعرض إستنشاق غاز ثاني أكسيد الكبريت إلى الإصابة بالكثير من الأمراض التنفسية والتي لها تأثير ضار على الصحة العامة مثل السعال، والربو، والالتهابات الشعبية بالإضافة إلى ضيق التنفس. يتحد هذا الغاز بأكسجين الهواء منتجا غاز ثالث أكسيد الكبريت والذي عند ذوبانه في بخار الماء الموجود في الهواء يعطى حامضا قويا ويبقى معلقا به على هيئه رذاذ والذي يتساقط بعد ذلك على سطح الأرض مع الأمطار مكونا أمطارا حمضية، مما يؤدى إلى تلوث التربة الزراعية ومياه الأنهار والبحيرات وبالتالي الأضرار كافة الكائنات الحية(5).
3- الأوزون ( O3 ) :
غاز سام ذو رائحة خانقة ، ويتكون الجزيء منه من ثلاث ذرات من الاكسجين .
أ) مصادره :
يتكون نتيجة تفاعل أكاسيد النتروجين مع الهيدروكربونات في وجود أشعة الشمس وهو أحد مكونات الضباب الدخاني.
NO2 NO + O
NO2 NO + O
O + O2 O3
ب) الآثار الضارة لغاز الأوزون :
يعتبر غاز الأوزون من أخطر الملوثات المؤكسدة حيث إن استنشاق غاز الأوزون يؤدي الى تهيج وحساسية الأغشية المخاطية ،والجهاز التنفسي.ويسبب السعال ، وقد يحدث تورمات خبيثة في الرئتين .
كما يؤثر الأوزون في النباتات فيسبب تبقع الأوراق وبرقشتها ويظهر هذا التأثير على نباتات العنب والبرسيم والقمح والبطاطس وغيرها(1)