Lugbesoedeling

Lugbesoedeling van 'n 20ste eeuse produksie-aanleg.

Lugbesoedeling is enige vorm van besmetting met betreking tot die atmosfeer met gasse, vloeistowwe of soliede afval of byprodukte wat menslike gesondheid en die welvaart van plante en diere in gevaar stel, of wat nuttige stowwe en materiale afbreek, sigbaarheid verminder, of ongewenste reuke produseer.

Gasvormige besoedeling

Onder die lugbesoedelaars wat deur natuurlike prosesse vrygestel word, word slegs die radioaktiewe gas radon as 'n noemenswaardige gesondheidsgevaar geag. Radon is die byproduk van die radioaktiewe verval van uraanminerale in sommige rotstipes en sluip in die kelders in van huise wat op hierdie rots gebou is, en stel die inwoners van die woning in gevaar om longkanker te ontwikkel.

Elke jaar word miljarde ton besoedeling deur geïndustrialiseerde lande gegenereer. Die meeste besoedelstowwe kom uit bronne wat direk identifiseerbaar is, soos swaweldioksied (SO₂) wat byvoorbeeld van elektriese kragsentrales kom wat steenkool of olie verbrand. Ander besoedeling word gevorm deur die aktiwiteit van sonlig op voorheen vrygestelde reaktiewe stowwe. Osoon, 'n gevaarlike komponent van rookmis (smog), word byvoorbeeld gevorm wanneer koolwaterstowwe en stikstofoksiedes onder die invloed van sonlig met mekaar reageer. Osoon veroorsaak ook ernstige skade aan oeste. Aan die ander kant is osoon weer 'n belangrike komponent in die aarde se beskermende laag in die atmosfeer, die osoonlaag, en nadat in die 1980's waargeneem is dat fluoorkoolstowwe die osoon in hierdie beskermende laag in suurstof (O₂) omskakel, is die gebruik van hierdie FK's begin uitfaseer.

Van die grootste lugbesoedelaars is koolstofmonoksied (CO) wat met motoruitlaatgasse en sommige industriële prosesse vrygestel word, swaweldioksied (SO₂) wat vrygestel word deur kragsentrales wat swawelbevattende olie of koolstof verbrand, PM10 partikelstof (TSP) wat by motoruitlaat, industriële prosesse, afvalverbranding, hitte- en kragopwekking, en die reaksie van besoedelgasse in die atmosfeer vrygestel word, lood (Pb) wat by motoruitlaat, loodsmelterye en battery-aanlegte vrygestel word, fotochemiese oksidante – hoofsaaklik osoon (O₃), maar ook peroksi-asetielnitraat (PAN) en aldehiede – wat in die atmosfeer gevorm word by die reaksies tussen stikstofoksiedes, koolwaterstowwe en sonlig, nie-metaankoolwaterstowwe (soos etaan, etileen, propaan, butaan, pentaan, asetileen) wat by gasuitlaat van motors, die verdamping van oplossings, industriële prosesse, soliede afvalvernietiging en brandstofverbranding vrygestel word, en koolstofdioksied (CO₂) wat by brandstofverbranding vrygestel word.

Historiese agtergrond

Daar is altyd 'n mate van besoedeling in die lug vanweë natuurlike oorsake soos vulkaniese uitbarstings, stof en veldbrande. Lugbesoedeling deur die mens se toedoen is nie net 'n probleem van die 20ste eeu nie. Reeds in die 14de eeu, tydens die bewind van Eduard II van Engeland, is 'n persoon aangekla en gestraf omdat hy die lug besoedel het met die "verpestende stank" van sy steenkoolbrandery.

Die Britse parlementslede het aangevoer dat hulle nie hul werk kon doen nie vanweë die digte rookwolke wat deur die steenkoolvure veroorsaak is. Die eerste groot besoedelingsramp het in 1930 in die hoogs geïndustrialiseerde Maasvallei van België plaasgevind. Gepaard met 'n digte mis was daar 'n temperatuurinversie oor die vallei - 'n soort "deksel" wat verhoed dat lug van die grond af opstyg. Op die manier het die besoedelde lug in die Maasvallei meer gekonsentreer geraak en binne 'n paar dae is 60 mense dood en 'n paar duisend het siek geword.

Eers tydens 'n regeringsondersoek is vasgestel dat besoedeling die oorsaak was en nie "die pes", soos sommige mense dit wou hê nie. Agtien jaar later het 'n soortgelyke ramp die nywerheidsdorp Donora in die VSA getref. Die vrylating van gasse uit die staal- en sinkreduksiefabrieke in die dorp en die rook van stoomenjins is weereens vasgekeer onder 'n deksel van reënwolke en die koue lug van 'n hoogdrukstelsel. Ná vyf dae is 20 mense dood en byna die helfte van die dorp se inwoners was siek.

Toetse wat tien jaar later gedoen is om die langtermyngevolge van die besoedeling te bepaal, het bewys dat mense wat baie siek was tydens die voorval, 'n hoër sterftesyfer getoon het as die res van die inwoners van Donora. Die grootste ramp, wat uiteindelik die wêreld se aandag op die gevaar van besoedeling gevestig het, het in 1952 in Londen plaasgevind. Weereens is die toestand veroorsaak deur 'n digte mis met temperatuurinversie. Binne twee weke het 4 000 mense gesterf en na twee maande is nog 8 000 dood.

Swaeldioksied (SO₂) was een van die hoofoorsake, maar in hierdie geval was dit afkomstig van duisende huishoudelike vure en nie van die nywerhede soos in Donora en die Maasvallei nie. Die owerheid het onmiddellik stappe gedoen om besoedeling te beperk, maar vier jaar later is 1 000 mense in 'n soortgelyke voorval dood. In die tweede helfte van die 20ste eeu het 'n nuwe tipe lugbesoedeling ontstaan, die sogenaamde fotochemiese rookmis ("smog"), wat bale algemeen in die VSA voorkom.

In teenstelling met ander tipes rook en mis, wat hoofsaaklik van nywerhede en die verbranding van steenkool afkomstig is, word hierdie rookmis gevorm deur die fotochemiese inwerking van sonlig op die uitlaatgasse van motorvoertuie. In 1955 het 'n weeklange hittegolf Los Angeles getref. Die intense ultravioletstrale, wat gepaard gegaan het met enorme hoeveelhede uitlaatgasse, het uiters irriterende chemiese stowwe gevorm wat die sterftesyfer vervierdubbel het.

Akute longkwale soos asma en brongitis het epidemiese afmetings aangeneem. In die jare daarna moes die owerheid in Los Angeles verskeie noodmaatreëls toepas, want vir gemiddeld 290 dae van die jaar hang daar rookmis oor die stad. Wanneer die ergste besoedeling voorkom, word die nywerhede gelas om die vrylating van skadelike stowwe met 20 % te verminder, en pogings word aangewend om die motorverkeer met 75 % te verminder.

Die produksieverlies gedurende een dag se noodtoestand beloop maklik 5 miljoen dollar. Cubatao, 'n nywerheidstad wat in 'n kom tussen heuwels naby die kus van Brasilië lê, word bestempel as die "vallei van die dood". Vier riviere waarin niks kan leef nie, vloei deur die gebied en daagliks sif 1 000 ton giftige gasse wat deur die fabrieke vrygelaat word, op die stad neer. Tagtig uit elke 1 000 pasgebore babas sterf binne 'n week en baie van hulle is misvorm. In 1977 het 'n besoedelingsverklikker wat deur die owerheid geïnstalleer is, onklaar geraak vanweë die uiters hoë konsentrasie besoedeling. Slegs een van die 24 nywerhede in die stad is bereid om iets aan die toestand te doen.

Sommige rampe vind plotseling en sonder enige waarskuwing plaas. Op 'n Sondagmiddag in 1976 was die inwoners van Seveso, 'n klein dorpie in die noorde van Italië, besig met hul middagmaal. Sommige was onbewus van die ontploffing in die nabygeleë chemikalieëfabriek en van die dodelike wolk gifgas wat oor die dorp uitgesak het. Binne 2 dae was feitlik al die diere in die dorp dood en eers na 9 dae is die 739 inwoners, wat toe al 'n hele reeks ernstige simptome getoon het, verwyder. Altesaam 108 hektaar van die dorpsgebied is afgekamp en onbewoonbaar verklaar, moontlik vir altyd, en al die inwoners moes hul besittings net so agterlaat.

Oorsake

Wanneer 'n oormaat van skadelike stowwe in die atmosfeer vrygelaat word, word die lug besoedel, wat nadelige gevolge vir alle lewende wesens inhou. Lugbesoedeling vind vandag wêreldwyd plaas, maar in sommige gebiede en lande is die konsentrasie sorgwekkend hoog.

Nogtans kan niemand, selfs nie diegene wat in sogenaamde "skoon" gebiede leef nie, die probleem ignoreer. As gevolg van die verbranding van fossielbrandstowwe, soos olie en steenkool, word 20 000 miljoen ton koolsuurgas (CO₂) jaarliks in die atmosfeer vrygelaat. Dit begin die suurstof-koolsuurgassiklus, wat deur die plantegroei en die plankton in die oseane onderhou word, versteur. 'n Ander aspek van lugbesoedeling wat almal raak, is die vernietiging van die osoonlaag in die boonste lae van die Aarde se atmosfeer.

Die koolhalogene (fluoor- en chloorverbindings) soos die in aërosolspuitkannetjies, en die stikstofoksiede wat deur supersoniese straalvliegtuie in die stratosfeer uitgelaat word, reageer en vernietig osoon (O₃). Omdat die osoonlaag 'n groot deel van die son se Ultravioletstrale absorbeer, kan dit twee nadelige gevolge hê: Ten eerste kan 'n te hoë persentasie binnedringing van ultraviolet strale lewende organismes op aarde beskadig of vernietig.

Ten tweede kan 'n vermindering in die absorpsie van die strale die temperatuur van die stratosfeer beïnvloed, wat op sy beurt die wêreldklimaat kan verander. Lugbesoedeling word grotendeels deur die verbranding van fossielbrandstowwe veroorsaak. Daar word bereken dat daar in die tydperk 1860 tot 1960 85 biljoen ton steenkool. 12 biljoen ton ligniet en 20 biljoen ton petroleum verbrand is. Sowat 122 biljoen ton brandstowwe wat oor miljoene jare gevorm is, is met ander woorde binne 100 jaar verbrand en die resulterende gasprodukte soos stikstofoksiede (NO_x), swaeloksiede (SO_x) waterstowwe en koolstofmonoksied is in dieselfde tydperk in die lug vrygelaat.

Steenkool

Steenkool word meestal gebruik in oop huishoudelike vure, kragsentrales en sekere nywerhede. Een van die vernaamste onsuiwerhede in steenkool is swael en 60 % van die swaeloksiede - giftige, vretende gasse - in die atmosfeer kom vry deur die verbranding van steenkool. In ontwikkelde lande is byna 75 % van die swaeloksiede afkomstig van elektriese kragsentrales. Roetdeeltjies en teer kom ook by steenkoolverbranding-vry.

Olie

Olie en olieprodukte, veral in die vorm van petrol, is vir 'n ontsaglike hoeveelheid besoedeling verantwoordelik. In die VSA word 60 % van die lugbesoedeling deur voertuie veroorsaak. Die uitlaatgasse van die gewone motor se binnebrandenjin bevat koolstofmonoksied (CO), stikstofoksiede (NO_x), swaeloksiede (SO_x), koolwaterstowwe en lood (Pb). Die verbranding van 1 000 liter petrol laat 70 kg koolstofmonoksied, 10 kg koolwaterstowwe, 10 kg stikstofoksiede, 2 kg aldehiede en 400 g lood vry. In 1977 is 194 miljoen ton besoedelstowwe in die VSA in die lug vrygelaat, waarvan 108 miljoen ton van voertuie afkomstig was. Kragsentrales, nywerhede, raffinaderye en ander verbruikers het nog 72 miljoen ton bygedra. Die binnebrandenjin kan dus as een van die grootste bydraers van lugbesoedeling beskou word.

Soorte besoedelstowwe

Ongeveer 200 miljoen ton koolmonoksied word jaarliks vrygelaat, meestal deur voertuie. Koolstof (C) is die hoofbestanddeel van fossielbrandstowwe. As gevolg, van ʼn onvolledige verbrandingsproses in die binnebrandenjin word die koolstof nie heeltemal geoksideer nie en vorm sodoende koolmonoksied (CO). 'n giftige gas, in plaas van koolsuurgas (CO₂). Gelukkig oksideer die gas geredelik in die atmosfeer, maar in stede is die konsentrasie dikwels so hoog dat die proses nie vinnig genoeg kan plaasvind nie.

Lae konsentrasies koolmonoksied veroorsaak hoofpyn, lighoofdigheid en uitputting. Die rooibloedselle in die mens se liggaam verbind makliker met koolmonoksied as met suurstof en dra dus 'n onvoldoende hoeveelheid suurstof deur die liggaam. Dit neem die bloed ses tot agt uur om van die gebonde koolmonoksied ontslae te raak. Hoë konsentrasies van die kleurlose, reuklose gas is dodelik. Die aanwesigheid van groot hoeveelhede koolmonoksied in die atmosfeer dra ook by tot die vorming van die fotochemiese rookmis wat so kenmerkend vir Los Angeles geword het. Die swaeloksiede word beskou as die giftigste van die besoedelstowwe.

Dit was grotendeels verantwoordelik vir die lewensverlies in al die geskiedkundige besoedelingsrampe. Swael (S) kom voor as 'n onsuiwerheid in fossielbrandstowwe. Wanneer die stowwe gebrand word, verbind die swael met suurstof en vorm swaeloksiede, gewoonlik swaeldioksied (SO₂). Die swaar, bytende gas los maklik op in waterdamp en vorm swaeligsuur (H₂SO₃), 'n vretende stof. Wanneer die swaeligsuur met nog suurstof verbind, vorm dit swaelsuur (H₂SO₄), 'n sterk suur.

Die skade wat die suur aanrig as dit in die atmosfeer voorkom, is aansienlik: Blare vergeel, marmer begin oplos en yster en staal word weggevreet. Dit tas mense se asemhalingsorgane aan en het asma en ander respiratoriese siektes tot gevolg. Vier vyfdes van die lug wat ons inasem, bestaan uit stikstof (N) en heelwat stikstofoksiede word in die natuur deur weerlig, die verrotting van organiese stowwe en bakterieë vrygelaat. Groot konsentrasies daarvan word egter in stede gevorm.

By die hoë temperature waarby verbranding in motorenjins plaasvind, verbind suurstof en stikstof, en vorm die stikstofoksiede wat vrygelaat word. In die lug vorm die gasse stikstofdioksied (NO₂), 'n gas wat die longe irriteer, respiratoriese infeksies vererger en die bloed se vermoë om suurstof op te neem, belemmer. Dit dra ook by tot die vorming van fotochemiese rookmis. Stikstofdioksied word ook direk vrygelaat tydens die vervaardiging van kunsmis- en plofstowwe.

Die meeste vloeibare fossielbrandstowwe bestaan uit kettings van waterstof en koolstof, die sogenaamde koolwaterstowwe. Onverbruikte brandstof wat verdamp, dra by tot besoedeling en word deur die inwerking van sonlig in giftige stowwe verander. Die bestanddele van 'n fotochemiese rookmis (ʼn komplekse mengsel van reagerende gasse) is motoruitlaatgasse, stikstofoksiede, koolwaterstowwe en koolmonoksied. As sterk sonlig op hierdie stowwe inwerk, ondergaan hulle chemiese reaksies, wat nuwe besoedelstowwe tot gevolg het. Osoon (O₃), 'n irriterende gas wat gewoonlik in die boonste lae van die atmosfeer voorkom, is een daarvan. Dit word gevorm wanneer sonlig die stikstofdioksied (SO₂) kloof in stikstofoksied (NO) en suurstof (O) in die atoomvorm.

As 'n O-atoom weer met 'n O-molekule verbind, word osoon gevorm. Die O-atome reageer dadelik met die groot hoeveelhede koolwaterstowwe in die rookmis, waardeur allerlei nuwe verbindings gevorm word, soos peroksiasielnitrate (PAN) en formaldehied - skerp, irriterende stowwe wat die oë, vel en longe kan brand. As daar slegs 0,1 d.p.m. (dele per miljoen) osoon in die lug is, begin die slymvliese in die neus en keel uitdroog. 'n Hoër konsentrasie veroorsaak hoofpyn en die abnormaal versnelde veroudering van die bloedselle.

Aërosols

Die hoofartikel vir hierdie afdeling is: padstof.

So 'n rookmis kan dae lank oor 'n stad hang en in die proses raak die konsentrasie giftige stowwe al hoe hoër en dodeliker. Besoedeldeeltjies is uiters fyn stof- of vloeistofpartikels wat in die lug rondsweef. Hulle word tydens verbranding (byvoorbeeld van steenkool) en tydens die vervaardigingsproses in sommige fabrieke vrygelaat. Growwer deeltjies word in steengroewe en in die bou- en mynbedryf vrygestel. Hierdie deeltjies is te fyn om deur die slymvliese in die neus en keel opgevang te word en word in die longe ingetrek, waar dit die suurstofopname belemmer. Hulle is dikwels met 'n lagie giftige chemikalieë oortrek en die gif word dus direk in die longe opgeneem. Lood is nog 'n besoedelstof wat in uitlaatgasse voorkom.

Loodverbindings is lank by petrol gevoeg as 'n klopweermiddel. Elke liter petrol het ongeveer 0,5 g lood bevat en teen hoë snelhede het 70 tot 80 % daarvan vrygekom. Stedelinge se bloed bevat heelwat meer lood as dié van mense in buitestedelike gebiede. Loodvergiftiging kan bloedarmoede, niersiektes, verstandelike vertraging en blindheid veroorsaak. Plante absorbeer ook lood en daar word gevrees dat toenemende konsentrasies lood in die voedselketting dodelik kan wees.

Motorvoertuige speel 'n groot rol in die ontstaan van mikroskopiese padstof wat as aërosols in die lug bly hang. In klimate met baie reënval is hierdie probleem dalk kleiner as in droë gebiede soos Suid-Afrika.

Meteorologie en gesondheidskwessies

Besoedelingskonsentrasie word gemoontlik deur atmosferiese skommelinge verlaag, wat afhang van weertoestande soos temperatuur, windspoed, en die beweging van hoë- en laedrukstelsels en hul interaksie met die plaaslike topografie, soos berge en valleie. Normaalweg daal temperatuur met 'n toename in hoogte bo seevlak. Soms kan 'n koue laag egter onder 'n warm laag lug vorm en 'n termiese inversie laat ontstaan; atmosferiese skommelinge word hierdeur vertraag en besoedelaars gader naby die aardoppervlak op. Inversielae kan vir verlengde tydperke onder 'n stilstaande hoëdrukstelsel onderhou word, veral indien windsnelheid boonop laag is.

Tydperke van slegs drie dae van swak atmosferiese aktiwiteit kan tot hoë konsentrasies gevaarlike materiaal in hoë-besoedelingsareas lei, en dit kan in ernstige gevalle tot gesondheidskade en selfs die dood lei. 'n Inversielaag bo-oor Donora, Pennsilvanië in die VSA het in 1948 asemhalingssiektes by meer as 6 000 mense laat ontstaan het tot die verlies van twintig lewens gelei. Erge lugbesoedeling in Londen het in 1952 ongeveer 3 000 lewens geëis en 700 in 1962. Die vrystel van metiel-isosianaat in die lug tydens 'n termiese inversie het in Desember 1984 'n ramp in Bhopal (Indië) veroorsaak toe 3 300 mense hul lewens verloor het en 20 000 siek geraak het Die effek van langtermyn blootstelling aan lae konsentrasies besoedeling is nie wel bekend nie; dié wat egter veral vatbaar is, is baie jong of ou mense, rokers, werkers wat in hul werk aan giftige materiale blootgestel word, en mense met hart- of longkwale. Ander effekte van lugbesoedeling is die moontlike besering van vee en die beskadiging van oeste.

Die eerste tekens van lugbesoedeling is gewoonlik esteties en onskadelik. Hierdie tekens is byvoorbeeld verlaagde sigbaarheid weens klein deeltjies wat in die lug hang, of slegte reuke, soos die reuk van vrot eier wat deur waterstofsulfied geproduseer word by pulp- en papiermeule.

Bronne

Die verbranding van steenkool, olie en petrol dra tot veel van die besoedeling in die lug by. Meer as 80% van die swaweldioksied, 50% van die stikstofoksiedes, en 30 tot 40% van die partikelstof wat in die VSA in die lug vrygestel word, word deur fossielbrandstofkragsentrales, industriële kokers, en huise se kaggels veroorsaak. Tagtig persent van die koolstofmonoksied en 40% van die stikstofoksiedes en koolwaterstowwe kom van die verbranding van petrol en diesel in motors en vragmotors (trokke). Ander belangrike bronne van lugbesoedeling sluit in yster- en staalmeule, sink-, lood- en kopersmelterye, munisipale verbranders, olieraffinaderye, sementaanlegte, en stikstof- en swaelsuuraanlegte.

Beheer

Potensiële besoedelaars kan bestaan in die stowwe wat 'n chemiese of verbrandingsproses binnegaan (soos lood in petrol), of dit kan as gevolg van die proses self geproduseer word. Koolstofmonoksied is byvoorbeeld 'n algemene produk van interne verbrandingsenjins. Metodes om lugbesoedeling te beheer, is onder meer om die gevaarlike stowwe te verwyder voordat dit gebruik word, om die besoedelaars te verwyder nadat dit gevorm is, en om die proses te wysig sodat die besoedelaar nie gevorm word nie of net op lae vlakke ontstaan. Motoruitlaatbesoedelaars kan beheer word deur die brandstof so geheel as moontlik te verbrand, om die dampe van die branstoftenk, vergasser en die krukkas (die houer vir die krukas) te hersirkuleer, en om die uitlaat in katalitiese omskakelaars onskadelik te stel. Industrieelvrygestelde partikels kan in siklone, elektrostatiese presipitators, en filters vasgevang word. Besoedelgasse kan in vloeistowwe of soliede stowwe versamel word, of tot onskadelike stowwe verbrand word.

Grootskaalse effekte

Die hoë rooktorings wat deur industrieë gebruik word, verminder nie besoedeling nie, maar laat dit net op hoër vlakke in die atmosfeer vry, sodat konsentrasies op die perseel verlaag word. Hierdie besoedelaars kan dan ver vervoer word en areas ver weg van die oorspronklike vrylating negatief affekteer. Swaweldioksied- en stikstofoksied-vrylatings van Brittanje veroorsaak suurreën in Noorweë en Swede. Die pH, of suurgraad, van menige varswatermere is só drasties deur suurreën beïnvloed dat ganse visbevolkings uitgewis is. Swaweldioksieduitlaat en gevolglike vorming van swawelsuur kan ook verantwoordelik wees vir die vernietiging van kalksteen- en marmerkonstruksies op 'n ver afstand van die bron van hierdie besoedelaars.

Die wêreldwye toename in die verbranding van steenkool en olie sedert die laat 1940's het tot immer toenemende konsentrasies van koolstofdioksied gelei. Sommige wetenskaplikes beweer dat die gevolglike ontstaan van 'n kweekhuiseffek, wat toelaat dat sonenergie die atmosfeer binnekom, maar verhoed dat die aarde die hitte in die vorm van infrarooibestraling weer uitstraal, moontlik tot 'n verwarmingstendens lei wat die globale klimaat kan affekteer en tot die smelt van die ys by die pole kan lei.

Regeringsaksies

Verskeie lande het nuwe standaarde in wetgewing in plek gestel om die konsentrasievlakke in so 'n mate te reguleer dat dit laag genoeg is om onskadelik vir openbare gesondheid te wees. Bronuitlaatstandaarde is ook gespesifiseer om die vrystel van besoedelaars in die lug te beperk sodat luggehaltestandaarde bereik kan word. Die aard van die probleem verg egter die implementering van internasionale omgewingsooreenkomste, en 49 lande het in Maart 1985 by 'n Verenigde Nasies-konvensie daartoe ingestem om die osoonlaag te beskerm. Hierdie Montreal-protokol, wat in 1990 ooreengekom is, het vir die uitfasering van sekere chloor- en fluoorkoolstowwe teen die einde van die eeu gevra en het hulp aan ontwikkelende lande verleen om hierdie verandering te onderneem. Bykomend is verskeie internasionale protokole in werking gestel om spesifieke voorvalle van suurreën te bekamp.

Sien ook

• Besoedeling

Bronnelys

• Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409583 volume 17, bl. 138

Eksterne skakels

• Wikimedia Commons het meer media in die kategorie Lugbesoedeling.

• data oor lugbesoedeling in Suid-Afrika