Zanieczyszczenia nie znają granic

Szukając źródeł zanieczyszczeń powietrza zwykle kierujemy naszą uwagę na działalność prowadzoną przez człowieka w bliskim sąsiedztwie miejsca, gdzie zanotowano wysokie stężenia szkodliwych substancji. Czasem zdarza się jednak, że pomimo zróżnicowania lokalnych źródeł emisji, na jakimś dużym obszarze skład chemiczny deponowanych zanieczyszczeń jest zbliżony. Co więcej zanieczyszczenia notowane są również w obszarach, gdzie źródła emisji praktycznie nie występują (np. Spitsbergen). Rozwiązania tej zagadki należy szukać w regionalnej i globalnej cyrkulacji atmosfery. Okazuje się bowiem, że wraz z przemieszczaniem się mas powietrza, zanieczyszczenia mogą być transportowane na odległości znacznie przekraczające 100 km (nawet do kilku tysięcy km). Mówimy wówczas o transporcie zanieczyszczeń na dalekie odległości (ang. Long range atmospheric pollution transport). Badamy go wieloma różnymi metodami, których synergia pozwala na dość precyzyjne analizy typu „źródło – receptor”. Wykorzystujemy m.in. obserwacje satelitarne, badania depozycji zanieczyszczeń (m.in. w wodach powierzchniowych i podziemnych, opadach i osadach atmosferycznych, glebach) oraz modelowanie numeryczne.

Zanieczyszczenia emitowane w kontynentalnej części Europy mogą być deponowane na odległej północy – pobór próbek wody subglacjalnej do analizy chemicznej na przedpolu lodowca Werenskiolda, SW Spitsbergen (fot. P. Muskała)

Transport zanieczyszczeń na duże odległości odbywa się głównie w wyższych partiach atmosfery, dlatego tak przenoszone substancje mają w dużej mierze źródła w zakładach przemysłowych z wysokimi emitorami. Możliwość uruchomienia transportu jak i depozycji przeniesionych zanieczyszczeń zależy od stanu warstwy granicznej atmosfery (m.in. mieszanie pionowe, występowanie inwersji). Zanieczyszczenia transportowane na dalekie odległości są też często intensywnie deponowane (szczególnie w osadach atmosferycznych) w obszarach górskich.

Rozprzestrzenianie pyłu PM₁₀ nad Dolnym Śląskiem, wyraźnie widoczne źródła z nadgranicznych niemieckich elektrowni – wyniki modelowania dla 23.06.2014, materiały Projektu LIFE-APIS/PL

Szczegółowe obliczenia udziału zanieczyszczeń transgranicznych prowadzone są w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska i raportowane do odpowiednich instytucji (EMEP, UE). Dla przykładu warto przytoczyć kilka liczb. Obliczenia wykonane dla Polski w połowie obecnej dekady wskazują, że w przypadku związków siarki 37 % miało źródła emisji poza naszymi granicami. Napływ był głównie regionalny – znad Czech, Niemiec i Ukrainy, ale odnotowano również pył wulkaniczny, czy substancje znad odległej na ponad 1 000 km Serbii. Podobnie jest ze związkami azotu – 33 % deponowanych w Polsce pochodzi z różnych, często odległych obszarów źródłowych np. z Francji. Niektóre zanieczyszczenia (np. benzo(α)piren) wykazują bardzo silny napływ w obszarach przygranicznych – w pobliżu granic z Białorusią i Ukrainą nawet do 70 %.

Zanieczyszczenia transportowane w atmosferze podlegają licznym przekształceniom (reakcjom chemicznym), co powoduje, że w miejscu depozycji mogą mieć inny skład i charakter niż w obszarach źródłowych. Transportowi na duże odległości podlegają nie tylko zanieczyszczenia gazowe, ale również pyłowe (głównie drobnej frakcji) oraz ich prekursory, czyli substancje, przyczyniające się do powstania pyłu. Dobrym przykładem może być roczny przebieg grubości optycznej aerozolu atmosferycznego z obserwatorium w Belsku, gdzie zauważyć można występujące wiosną maksimum związane z transportem pyłu mineralnego znad Sahary oraz pyłu emitowanego podczas wypalania traw na Ukrainie i Białorusi. Jak możemy przeczytać w danych EMEP. Istotnym źródłem zanieczyszczeń napływowych nad Europą jest również ruch statków w basenie morza śródziemnego. W obszarach śródziemnomorskich często zdarza się, że epizody wysokich stężeń PM związane są z napływem pyłu pochodzenia naturalnego znad północnej Afryki.

Źródła:

1. Jerry Lin C., 2007, Evidences and modelling of long-range transport of air pollutants, Inventories of greenhouse gases and aerosol emissions in the Mekong River Basins (https://www.yumpu.com/en/document/read/49987566/evidences-modeling-of-long-range-transport-of-air-pollutants, dostęp 02.05.2020)
2. Błaś M., Kryza M., Dore A., Sobik M., 2006, Modelling of long-range transport and deposition of air pollutants in Poland Rusing FRAME (https://www.yumpu.com/en/document/read/18224461/modelling-of-long-range-transport-and-deposition-of-air-manhaz, dostęp: 02.05.2020)
3. Strony internetowe Konwencji w sprawie transgranicznego zanieczyszczania powietrza na dalekie odległości (https://www.emep.int/, dostęp 02.05.2020)
4. EMEP Report 1/2018: Transboundary particulate matter, photo-oxidants, acidifying and eutrophying components (https://emep.int/publ/reports/2018/EMEP_Status_Report_1_2018.pdf, dostęp: 02.05.2020)
5. Mazur A., 2016, Ocena bilansu transportu zanieczyszczeń powietrza pomiędzy Polską a krajami sąsiednimi w latach 2008–2012 na podstawie symulacji atmosferycznej dyspersji zanieczyszczeń. Część II – związki azotu i siarki, Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska (2016), 25 (4), 472–482
6. GIOŚ 2015, Monitoring tła zanieczyszczenia atmosfery w Polsce dla potrzeb EMEP, GAW/WMO I KOMISJI EUROPEJSKIEJ, Raport syntetyczny 2015 opracowany na zlecenie Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska
7. Steinnes E., 1987, Impact of Long range Atmospheric Transport of Heavy Metals to the Terrestrial Environment in Norway, Lead, Mercury, Cadmium and Arsenic in the Environment, s. 108 – 118
8. Juda-Rezler K., Toczko B. (red.), 2016, Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy, Biblioteka Monitoringu Środowiska
9. Febo A., Guglielmi F., Manigrasso M., Ciambottini V., Avino P., 2010, Local air pollution and long–range mass transport of atmospheric particulate matter: A comparative study of the temporal evolution of the aerosol size fractions, Atmospheric Pollution Research, t. 1, wyd. 3, s. 141-146