Smog: jak powstaje i z czego się składa?

Smog to według Europejskiej Agencji Środowiska „najpoważniejsze obecnie zagrożenie dla zdrowia człowieka”. Co więcej, powietrze w Polsce jest – obok tego w Bułgarii – jednym z najbardziej zanieczyszczonych na Starym Kontynencie, przodujemy też w produkcji rakotwórczego benzo(a)pirenu. Czym właściwie jest smog? Jak powstaje i z czego się składa?

Smog: jak powstaje?

Smog swoją nazwę wziął od złożenia w jedno dwóch angielskich słów – „smoke”, oznaczającego dym i „fog”, oznaczającego mgłę. Większość osób zapytana o to, jak wygląda smog, zapewne właśnie tak odpowie – że to połączenie mgły i dymu. Czy tak jest w rzeczywistości?

Po części. Smogiem nazywamy nienaturalne zjawisko atmosferyczne, powstające na skutek działania dwóch czynników: atmosferycznych i ludzkich. Ten naturalny element w smogu stanowi właśnie mgła, bezwietrzna pogoda i inwersja termiczna. Inwersja polega na tym, że temperatura rośnie wraz z wysokością, co jest zjawiskiem nietypowym, ponieważ zazwyczaj im wyżej, tym zimniej, a nie cieplej. Przez inwersję nie dochodzi do konwekcji, czyli pionowych ruchów powietrza i jego mieszania, powodującego rozpraszanie szkodliwych gazów w powietrzu. Przez inwersję zostają one zatrzymane na niższej wysokości.

Nienaturalnym i szkodliwym elementem smogu są substancje emitowane do powietrza na skutek działalności człowieka.

Niska emisja

Najbardziej groźną formą tej ludzkiej działalności jest tzw. niska emisja. To trafiające do powietrza zanieczyszczenia, które nie unoszą się na wysokość większą niż 40 m. Zazwyczaj generowane są one w gospodarstwach domowych. Według raportu Polskiego Alarmu Smogowego, to właśnie niska emisja odpowiada za niemal połowę generowanego do powietrza pyłu zawieszonego, około 84 proc. emisji WWA (wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych) i niemal 100 proc. toksycznych związków trafiających do powietrza ze spalania tworzyw sztucznych.

To więc wcale nie samochody, nie wielkie fabryki, a właściciele gospodarstw domowych najbardziej zatruwają powietrze. Raport „Efektywność energetyczna w Polsce. Przegląd” z 2017 roku wskazuje, że Polacy palą głównie – aż w 66,4 proc. przypadków – w piecach lub kotłach węglowych, najczęściej nie najnowszych – tylko 19 proc. z nich ma mniej niż 3 lata. W 2017 roku weszło w życie rozporządzenie, które zakazuje zarówno sprzedaży, jak i podłączania tzw. „kopciuchów”, czyli pieców lub kotłów górnego spalania, mających w tworzeniu smogu ogromny udział. Można w nich palić niemal wszystko: śmieci, liście, tworzywa sztuczne. Z przestrzeganiem tych przepisów różnie bywa – niektórzy sprzedawcy fałszują certyfikaty, zmieniają piecom nazwy.

W wielu polskich miastach zauważono problem i wprowadzane są uchwały antysmogowe. Nie obowiązuje jedna uchwała dotycząca całego kraju, ale poszczególne województwa mogą wprowadzać konkretne rozwiązania u siebie.

Przyczyną, dla których Polacy nie wymieniają kotłów, jest nie tylko niska świadomość ich szkodliwości, ale i ubóstwo energetyczne. Oznacza ono brak środków finansowych na ogrzanie domu, brak dostępu do elektryczności czy ciepłej wody. Z analiz przygotowanych przez Instytut Badań Strukturalnych wynika, że ubóstwo energetyczne dotyczy około 12 proc. (4,6 mln) Polaków, jednak z roku na rok problem ten jest coraz mniejszy.

Transport

Wbrew utartym więc przez lata przekonaniom, to nie transport jest głównym odpowiedzialnym za tworzenie smogu. Według danych Krajowego Ośrodka Bilansowania i Zarządzania Emisjami z 2017 roku, transport drogowy w Polsce generuje 9 proc. zanieczyszczeń do powietrza.

Głównymi winowajcami są pojazdy z silnikiem Diesla, emitujące do powietrza pył zawieszony i WWA. Ogólnie pojazdy wytwarzają i uwalniają do powietrza tlenki azotu i lotne substancje organiczne, co więcej – na polskich drogach wciąż obecnych jest mnóstwo starych autobusów, przez miasta nadal często przejeżdżają ciężarówki.

Warto jednak dodać, że Unia Europejska próbuje radzić sobie z tym problemem i wprowadziła normę emisji spalin Euro 6, którą muszą spełnić wszystkie nowo wyprodukowane pojazdy, jeśli mają zostać zarejestrowane i dopuszczone do użytkowania na terenie UE i Europejskiego Obszaru Gospodarczego. Norma ta nie dotyczy jednak samochodów już będących w użytkowaniu.

Przemysł

Trzecią główną przyczyną powstawania smogu jest przemysł, z którego pochodzi około 20 proc. zanieczyszczeń. Huty, elektrociepłownie czy zakłady przemysłowe nie emitują już do powietrza tak wiele pyłów i gazów, jak to było jeszcze kilkadziesiąt lat temu. W 2008 roku państwa UE przyjęły dyrektywę Clean Air for Europe (CAFE), do której i polskiej przedsiębiorstwa musiały i muszą się dostosować.

Smog: z czego się składa?

Pyły zawieszone

Pyły zawieszone to mieszanka różnego rodzaju substancji – głównie dioksyn, furanów, wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (w tym rakotwórczego benzo(a)pirenu), metali ciężkich.

PM2,5 i PM10 – na te skróty można natknąć się w wielu tekstach poświęconych smogowi. Oznaczają one najgroźniejsze dla zdrowia pyły zawieszone o najmniejszej średnicy – poniżej 10 i 2,5 mikrometrów (μm). Średnia ludzkiego włosa wynosi około 50-70 mikrometrów, więc można sobie wyobrazić, jak małe są te cząstki. Przez te niewielkie rozmiary mogą się one dostawać do górnych dróg oddechowych i do płuc. Pył zawieszony PM2,5 jest bardziej niebezpieczny dla zdrowia niż pył PM10, ponieważ – ze względu na mniejszą średnicę – może trafić przez pęcherzyki płucne do krwiobiegu.

Światowa Organizacja Zdrowia dopuszcza następujące stężenie pyłów PM2,5 i PM10 w powietrzu:

PM2,5

• średnia roczna: 10 μg/m3
• średnia dobowa: 25 μg/m3

PM10

• średnia roczna: 20 μg/m3
• średnia dobowa: 50 μg/m3

W Polsce najbardziej zanieczyszczone pyłami zawieszonymi są małe i średnie miasta.

Narażenie na wdychanie pyłu PM10 zwiększa ryzyko zachorowania na przewlekłą obturacyjną chorobę płuc i ostre zapalenie oskrzeli. Pył PM2,5 może z kolei prowadzić do zapalenia naczyń krwionośnych i miażdżycy.

Pył PM2,5 pozostaje w atmosferze nawet do kilku tygodni, a pył PM10 – do kilku godzin.

Benzo(a)piren

Benzo(a)piren należy do wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), powstaje podczas pożarów lasów, traw, wybuchów wulkanów, ale również na skutek działalności człowieka – podczas palenia w piecach.

Benzo(a)piren jest czynnikiem kancerogennym. Już w 1987 roku został określony przez Międzynarodową Agencję Badań nad Rakiem jako jedna z przyczyn raka u ludzi. Niestety, raport Europejskiej Agencji Środowiska „Air quality in Europe 2019” wskazuje, że Polska zajmuje 1. miejsce wśród krajów europejskich w niechlubnym rankingu największej emisji benzo(a)pirenu, a wśród Polek i Polaków najczęściej powodującym śmierć nowotworem jest rak płuc, który wyprzedził raka piersi u kobiet i raka prostaty u mężczyzn.

Benzo(a)piren przedostaje się do płuc wraz z pyłem PM10, powodując alergię, astmę, pylicę, a także wspomniane wyżej nowotwory płuc. Ma właściwości teratogenne (wpływa negatywnie na rozwój płodu) i zdolność do bioakumulacji, co oznacza, że może pozostawać w tkankach długo.

Pozostałe składniki smogu

W smogu znajdują się również inne niebezpieczne dla zdrowia związki:

• dwutlenek siarki (może powodować trudności z oddychaniem),
• dwutlenek azotu (podrażnia drogi oddechowe),
• tlenek węgla (zmniejsza ilość tlenu dostarczanego do serca, co u osób z problemami kardiologicznymi może powodować w sytuacji stresowej lub podczas wysiłku ból w klatce piersiowej),
• benzen (czynnik kancerogenny),
• metale ciężkie (nikiel, ołów, arsen, kadm, które są oznaczane w pyle PM10).

Smog londyński i smog typu Los Angeles: czym się różnią?

Warto dodać, że smog smogowi nierówny. Najczęściej mówimy o szczególnie dokuczliwym w Polsce smogu londyńskim, ale istnieje też smog typu Los Angeles, inaczej nazywany smogiem fotochemicznym. Skąd wzięły się te nazwy?

W 1952 roku od 5 do 9 grudnia Londyn pogrążył się we mgle. Była ciemniejsza i bardziej gęsta niż zazwyczaj, a widoczność ograniczała się do 1 m. Niestety, przyzwyczajeni do mgieł londyńczycy szczególnie się tym nie przerazili i często wychodzili na zewnątrz. Przez te 5 dni zmarło 4000 osób, a 150 000 trafiło do szpitali.

Na ten szczególnie gęsty smog złożyło się kilka czynników. Jednym z nich była inwersja temperatury, na skutek której zimne powietrze zostało zablokowane pod cieplejszym. Drugim czynnikiem był mocny kwas siarkowy, który powstał z dwutlenku siarki.

Smog fotochemiczny natomiast pojawia się w wielkich miastach i występuje latem, gdy temperatura osiąga 25-34°C. Powodowany jest przez mieszaninę kilku czynników. Przede wszystkim konkretnych warunków atmosferycznych (oprócz wysokiej temperatury to także inwersja termiczna i brak wiatru), położenie danego miasta w zagłębieniu terenu (tak samo jak w przypadku smogu londyńskiego), a także spaliny emitowane przez pojazdy i zanieczyszczenia z produkcji przemysłowej.

Głównymi składnikami smogu fotochemicznego są: tlenek azotu, tlenek siarki, ozon, nadtlenki, aldehydy. Tego rodzaju smog może powodować podrażnienia oczu, bóle głowy, nudności, a w dłuższej konsekwencji także choroby dróg oddechowych i choroby układu krążenia.

Źródła:

1. https://www.polskialarmsmogowy.pl/polski-alarm-smogowy/smog/szczegoly,skad-sie-bierze-smog,18.html [dostęp z dn. 18.11.2019]
2. Raport „Efektywność energetyczna w Polsce. Przegląd 2017” dostępny pod adresem: http://efektywnapolska.pl/wp-content/uploads/2018/03/KK_IES_Przeglad2017_WydEl_160x230mm_2018_03_21-www.pdf [dostęp z dn. 18.11.2019]
3. http://ibs.org.pl/publications/jak-ograniczyc-skale-ubostwa-energetycznego-w-polsce/ [dostęp z dn. 18.11.2019]
4. Raport „Air quality in Europe 2019” dostępny pod adresem: https://www.eea.europa.eu/publications/air-quality-in-europe-2019 [dostęp z dn. 18.11.2019]
5. Kubiak M. S., Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) – ich występowanie w środowisku i w żywności, Problemy Higieny i Epidemiologii, 2013, nr 94(1)