مفهوم التلوث الهوائي -الضباب الدخاني-ألأمطار الحامضية-ألأحتباس الحراري-ثقب ألأوزون

- الغلاف الجوي: l'atmosphère "الهـــواء":

هو طبقة الهواء التي تحيط بالكرة الأرضية و الذي هو عبارة عن خليط من الغازات أهمها النيتروجين (الأزوت)، الأكسجين، ثاني أكسيد الكربون و غاز الأوزون و بخار الماء (جدول 1). و يمتد هذا الغلاف الجوي إلى عدة مئات من الكيلومترات فوق سطح الأرض و تقل كثافته بالارتفاع إلى درجة كبيرة.
جدول 1: نسبة الغازات في الجو القريب من سطح الأرض




و يعد الغلاف الغازي الطبيعي من مقومات الحياة للكائنات الحية من إنسان و حيوان و نبات، و أية تغيرات تطرأ على مكوناته الطبيعية تؤدي إلى تأثيرات سلبية على هذه الكائنات الحية. و يحيط الهواء بالكرة الأرضية بتوازن حيث تقوم الجاذبية بمنع الهواء من الخروج إلى الفضاء الخارجي لكوكب الأرض، و تقوم الأشعة الشمسية بتسخين غازات الهواء حيث تبقى في حركة مستمرة، و بذلك تحول هذه الطاقة الحرارية من سقوط الغلاف الغازي على سطح الكرة الأرضية بفعل الجاذبية الأرضية.
و يتكون الغلاف الجوي من عدة طبقات تتواجد فوق بعضها البعض تبدأ بــطبقة التروبوسفير Troposphère الملاصقة لسطح الكرة الأرضية، و يصل ارتفاعها في المتوسط إلى حوالي 10 كلم، و هي الطبقة التي تتكون فيها الغيوم و تحدث فيها تغيرات الطقس ، و تنخفض درجات حرارتها لتصل في حدودها العليا عند التروبوبوز Tropopause إلى حوالي – 50°م. و تلي هذه الطبقة طبقة الستراتوسفير Stratosphère و التي تخلو تقريبا من بخار الماء و بالتالي من الغيوم و التقلبات المختلفة و العواصف، و تمتد بين 10 كلم إلى حوالي 50 كلم فوق سطح الأرض. و يوجد فيها الأوزون في ما يعرف بــطبقة الأوزون التي تكون حزاما يحمي الكائنات الحية على الكرة الأرضية من مخاطر الاشعاعات فوق البنفسجية Ultra violet (UV). و ترتكز على طبقة الستراتوسفير طـبقة الميزوسفير Mésosphère التي تمتد من 50 كلم حتى حوالي 80 كلم و التي تتميز بانخفاض درجة الحرارة إلى حدودها الدنيا حيث تصل إلى -80°م عند الميزوبوز Mésopause.
وتلي طبقة Mésosphère طبقة الثرموسفيرThermosphère و يصل ارتفاعها إلى حوالي 500 كلم ، وفي هذه الطبقة تتأين الغازات نتيجة درجات الحرارة العالية التي تصل إلى أكثر من 1000°م في حدودها العليا. و أخيرا نجد طـبقة الأكسوسفير Exosphère التي تبدأ من ارتفاع 500 كلم و تمتد إلى الفضاء الخارجي.

2- تــــلوث الهواء:

يعد تلوث الهواء من الظواهر التي يرجع عمرها إلى عمر الحضارات القديمة، و قد بدأت هذه الظاهرة منذ معرفة الإنسان للنار أي قبل حوالي 50 ألف سنة إلا أن حجم التلوث آنذاك كان محدودا لا يتعدى كهف الإنسان الأول، و بدأت تتضح ظاهرة التلوث الهوائي في العصور الوسطى بسبب زيادة معدلات نمو المدن و الصناعة وزاد خطر هذا التلوث مع الثورة الصناعية حتى وقتنا الحاضر.
و بصفة عامة يقال أن الهواء قد تلوث عندما يحدث اضطراب في نسب مكوناته الأساسية، و تعرف المنظمة العالمية للصحة التلوث الهوائي Pollution atmosphérique على أنه وجود مادة أو مجموعة من المواد أو خليط من المواد الملوثة في الهواء بكميات أو على فترات تسبب من خلاله آثار خطيرة على الإنسان، الحيوان و النبات، أو تؤدي إلى حدوث ظواهر تكون نتائجها خطيرة على حياة الإنسان.
ويعرفه قانون حماية البيئة الجزائري لسنة 2003 بأنه إدخال أية مادة في الهواء أو الجو بسبب انبعاث غازات أو أبخرة أو أدخنة أو جزيئات سائلة أو صلبة من شأنها التسبب في أضرار و أخطار على الإطار المعيشي.
و يعتبر التلوث الهوائي أكثر أشكال التلوث البيئي انتشارا نظرا لسهولة انتقاله و انتشاره من منطقة إلى أخرى و في فترة زمنية وجيزة نسبيا ويؤثر هذا النوع من التلوث على الإنسان و الحيوان و النبات تأثيرا مباشرا و يخلف آثار بيئية وصحية و اقتصادية واضحة متمثلة في التأثير على صحة الإنسان و انخفاض كفاءته الإنتاجية، كما أن التأثير ينتقل إلى الحيوانات و يصيبها بالأمراض المختلفة و يقلل من قيمتها الاقتصادية. أما تأثيرها على النبات فهي واضحة و جلية متمثلة بالدرجة الأولى في انخفاض الإنتاجية الزراعية في المناطق التي تعاني من زيادة تركيز الملوثات الهوائية بالإضافة إلى ذلك هناك تأثيرات غير مباشرة متمثلة في التأثير على النظام البيئي العالمي.


3- مستوى تأثير الملوثات

يمكن أن تؤثر الملوثات على ثلاث مستويات: محلي، جهوي و عــــالمي.
- التلوث المحلي Pollution de proximité حيث لا يتجاوز تأثير الملوثات مكان انبعاث الملوثات مثل التلوث في المناطق الصناعية و التجمعات السكانية و المدن ذات الكثافة السكانية العالية.
- التلوث الجهوي Pollution à long distance حيث يمكن أن تترسب الملوثات بعيدا عن مصدرها بمئات الكيلومترات مثل التلوث الحمضي .
- التلوث Pollution planétaire الكوكبي مثل ظاهرة الاحتباس الحراري و ثقب الأوزون.
و للملوثات آثار حسب مدة التعرض لها فهناك:

* آثار آنية (لحظية) و تلاحظ عادة أثناء الحوادث الخطرة
* آثار على المدى القصير: و تلاحظ بعد مدة معينة
* آثار على المدى البعيد: و تلاحظ بعد فترة طويلة من التعرض المستمر لتراكيز من الملوثات يمكن أن تكون ضعيفة جدا.
و نتيجة لأن آثار الملوثات تلاحظ بعد سنوات عديدة أدى بالدول و المنظمة العالمية للصحة إلى اتخاذ إجراءات و إقرار قوانين تحدد نسبة الملوثات الواجب احترامها.


4- مـــصادر التلوث:

1-4- مصادر طبيعية: قد يسبب التلوث الهوائي عمليات طبيعية بحتة لا دخل للإنسان فيها مثل حبوب الطلع التي تسبب أنواع عديدة من الحساسية، هبوب الرياح المحملة بالأتربة و الغبار و تصاعد بعض أنواع الغازات من البرك و المستنقعات و البراكين. هذه المصادر عادة ما تكون محدودة في مناطق في مناطق معينة تحكمها العوامل الجوية و الجغرافية و الجيولوجية، و يعد التلوث من هذه المصادر متقطعا أو موسميا.

2-4- مصادر من صنع الإنسان: ينتج التلوث الهوائي بفعل الإنسان نتيجة العمليات الصناعية المختلفة و احتراق الوقود الحفري و وسائل النقل و المواصلات و إنتاج الطاقة بأنواعها المختلفة و حرق الغابات و حرب الجراثيم و الغازات و الإشعاعات الذرية و غيرها... و مثل هذه المسببات تؤدي إلى ادخال جزيئات غريبة للهواء على مكوناته الأساسية و النتيجة هي اضطراب في نسب هذه المكونات كأن يقل عنصر و يزيد آخر، و قد تظهر مركبات غازية جديدة و كل هذا له آثاره البيئية الخطيرة على الكائنات الحية. وهذا النوع من التلوث مستمر باستمرار أنشطة الإنسان و منتشر بانتشارها على سطح الأرض في التجمعات السكانية. و هو التلوث الذي يثير الاهتمام و القلق حيث أن مكوناته و كمياته أصبحت متنوعة و كبيرة بدرجة أحدثت خللا ملحوظا في التركيب الطبيعي للهواء.


5- المواد الملوثة للهواء Les substances polluantes

المواد الملوثة للهواء عبارة عن مواد غازية، سائلة أو صلبة تؤدي إلى تغير في نسب مكونات الهواء و يمكن تمييز الأشكال التالية من الملوثات
الغاز: يعرف الغاز بأنه حالة من حالات المادة الثلاث فهو عبارة عن مادة تكون في الشروط المعيارية من درجة حرارة و ضغط جوي على الحالة الغازية، و يمكن أن يتكاثف و يتحول إلى الحالة السائلة إذا انخفضت درجة الحرارة.
البخار: عبارة عن غاز يتكاثف في شروط عادية مثل بخار الماء.
الهباء الجوي أو الدقائق المتطايرة Aérosol: و هو عبارة عن مزيج من الغازات و المواد الصلبة أو السائلة الدقيقة جدا يتراوح قطرها بين 0.001-100µm مثل:

الضباب:و هو عبارة عن قطرات دقيقة سائلة، و حسب حجم هذه القطرات نفرق بين الضباب الخفيف Brouillard fin أو Mist بالانجليزية (حجم قطراته أقل من 10 µm). و الضباب الكثيف Brouillard épais أو Fog بالانجليزية (حجم قطراته أكبر من 10 µm).
الدخان La fumée عبارة عن خليط معقد من الغازات و الجزيئات الصلبة تنتج عادة عن عمليات الحرق.
الغبارLa poussière و هو عبارة عن جزيئات صلبة دقيقة جدا يتراوح قطرها بين 10 و 100 µm ينتج عن تذرية المواد الصلبة بفعل الرياح.
الضبخان Smog عبارة عن دخان ممزوج بالضباب ) Smog مشتقة من الكلمتين Fog و Smog ).



حجـــــــم الدقائــــق المتطايــــــرة Les Aérosols
6
- أهـم مــلوثات الهــواء:

قائمة الملوثات الهوائية طويلة،فبالإضافة إلى الملوثات المعروفة منذ سنوات عديدة أو الملوثات الكلاسيكية مثل الغبار، الهيدروكربونات، اكسيد الكبريت،أكاسيد النتروجين، CO، المعادن الثقيلة، المركبات العضوية الطيارة C.O.V، الفليور، حمض الكلور... يضاف إليها بعض الملوثات مثل المركبات المسببة لظاهرة الاحتباس الحراري مثل CO2، الميثان، N2O، CFC، HFC، SF6، غاز الأوزون، مركبات الكلور العضوية Dioxine و الهيدروكربونات الأروماتية متعددة الحلقات. و تقدر ملوثات الهواء الغازية بنحو 90% من مجموع الملوثات التي تقذف في الهواء.

1-6- أول أكسيد الكربون Le monoxyde de carbone CO يتميز غاز CO بكونه ساما و عديم اللون و الرائحة، و ينتج عن الاحتراق غير الكامل للمواد العضوية، و ترجع خاصية السمية لأول أكسيد الكربون إلى قوة اتحاده مع هيموغلوبين الدم حيث يحل محل الأكسجين مكونا كربوكسي هيموغلوبين HbCO لأن قوة اتحاده و تثبيته تفوق قدرة الأكسجين بـ240 مرة، و يمنع بذلك نقل الأكسجين إلى خلايا الجسم، الأمر الذي قد يسبب الموت. فمثلا تبدأ وظيفة الجهاز العصبي في التأثر عندما يصل تركيز مادة HbCO في الدم 5-10% التي توافق تركيز 50ppm من CO في هواء الشهيق. و تؤدي نسبة اكبر من 70 % من HbCO إلى موت الفرد و هي نسبة موافقة لتركيز 250 ppm من غاز CO في هـواء الشهيق.

و تقدر كمية أول أكسيد الكربون المنتجة عالميا بحوالي 300 مليون طنا و تعد السيارات (67%) و تدفئة المنازل و الصناعات المختلفة المصادر الرئيسية لأول أكسيد الكربون في الغلاف الغازي.و يتم أكسدة القسم الأعظم من CO إلى غاز ثاني أكسيد الكربون CO2 و يدخل بذلك في دورة الكربون الغازية.

2-6- الهيدروكربــوناتِ Les hydrocarbures CnHn: و هي عبارة عن مركبات عضوية تتكون من الكربون و الهيدروجين مثل البروبان و الميثان و غيرها من المواد التي توجد في النفط، لذا فإن أهم مصادر هذه الملوثات مصافي النفط و المركبات البتروكيميائية و محارق النفايات الصلبة.و تعتبر الهيدروكربونات التي يصل عدد مكوناتها من عوادم المركبات إلى نحو 40 مركبا كيميائيا، من المكونات الرئيسية التي تنطلق في الهواء، إما نتيجة التبخر المباشر للوقود أو على شكل غازات من المحركات، ويقدر ان نحو 75% من الهيدروكربونات الموجودة في الهواء مصدرها عوادم المركبات. و تشكل الهيدروكربونات عنصرا هاما في تكوين الضباب الدخاني Smog، و تسبب مختلف الأمراض السرطانية للإنسان.

3-6- أكــاسيد النتروجـــين NOx Les oxydes d'Azote: يقصد بأكاسيد النتروجين مركبات النتروجين الغازية و التي تتكون عند اتحاد النتروجين و الأكسجين تحت درجات حرارة عالية كما هو الحال عند احتراق البنزين في السيارات. و أهم هذه المركبات أول أكسيد النتروجين NO و ثاني أكسيد النتروجين NO2، و هذه الغازات سامة حيث تكون حامض النتريك في الرئتين و تحدث فيها التهابات خطيرة قد تؤدي إلى الموت في مدة نصف ساعة اذا وصلت نسبتها في الهواء إلى 0.07%، و تتحد هذه الأكاسيد أيضا مع هيموغلوبين الدم و تمنع نقل الأكسجين إلى الخلايا. و تعد أكاسيد النتروجين من الملوثات التي تسبب تساقط الأمطار الحامضية في مناطق كثيرة من أوربا و كندا و الولايات المتحدة الأمريكية.

4-6- غاز ثاني أكسيد الكبريت Dioxyde de soufre SO2: هو غاز عديم اللون ذو رائحة حادة يؤدي إلى السعال، و ينشأ هذا الغاز من مصادر طبيعية من أهمها تحلل النفايات و المجموعات الخضرية و المواد العضوية في المسطحات المائية الراكدة مثل البرك و المستنقعات بالإضافة إلى البراكين و الينابيع الحارة. و ما يطلق كثاني أكسيد الكبريت من صنع الإنسان ينتج عن حرق الوقود المحتوي على الكبريت و صهر و استخلاص الفلزات غير الحديدية و تكرير البترول و إنتاج عجائن الأخشاب و ينتج القسم الأعظم منه بسبب احتراق الوقود الحفري. و يسبب هذا الغاز التهابات عديدة في الجهاز التنفسي يمكن ان تؤدي إلى الموت في حالة التلوث الشديد. و تكمن خطورة هذا الغاز في تحوله إلى حمض الكبريتيك Acide Sulfurique H2SO4 في وجود بخار الماء و هو اخطر من الغاز نفسه. و تحدد الدراسات تركيز غاز SO2 بين 3-10ppm كحد أعلى في الهواء (حد الأمان). و يشكل هذا الغاز عنصرا هاما في تكوين الضباب الدخاني Smog و الأمطار الحامضية.

5-6- الجزيئات أو الحبيبات الدقيقة: و هي عبارة عن الجزيئات التي تبقى عالقة في الهواء سواء كانت صلبة مثل حبيبات الرمل أم سائلة مثل قطرات المياه الصغيرة التي يتراوح قطر الواحدة منها بين 0.01-100µm و تكمن خطورة هذه الجزيئات إما في تركيبها الكيماوي كالجزيئات المنبعثة من احتراق الوقود الحفري، او في صغر حجمها و بالتالي كبر سطحها النوعي الذي يمكنها من امتصاص الغازات و المواد السامة و نقلها إلى رئتي الإنسان.

7- ما الذي يحدث للملوثات في الهواء ؟
يختلف مصير الملوثات المنبعثة في الهواء من مكان إلى آخر طبقا للظروف الجوية السائدة حول مصادر التلوث. ففي بعض الأماكن قد تساعد سرعة الرياح على حمل الملوثات إلى مسافات بعيدة (و بالتالي إلى تخفيف تركيزاتها)، و في أماكن أخرى قد لا يحدث هذا. و لذا فإن التركيزات النهائية للملوثات المختلفة في الهواء لا تتوقف فقط على الكميات المنبعثة و لكن أيضا على الظروف الجوية المحلية و الظروف الطبوغرافية. بالإضافة إلى ذلك غالبا ما تحدث عدة تفاعلات طبيعية و كيميائية بين هذه الملوثات، مما قد يزيد أو يخفف من حدة آثارها. فمثلا تتفاعل أكاسيد النتروجين مع الهيدروكربونات في وجود ضوء الشمس و الحرارة لتكون عددا من المركبات الكيميائية مثل البيروكسي أستيل و غاز الأوزون.

و هناك ظاهرة جوية هامة تعرف باسم الانعكاس أو الانقلاب الحراري تلعب دورا هاما في حدوث حالات تلوث الهواء الحاد. ففي الظروف الجوية العادية ترتفع درجة حرارة الهواء قرب سطح الأرض بفعل الحرارة المنبعثة من اليابسة نتيجة تسخينها بأشعة الشمس الساقطة عليها. و نظرا لأن الهواء الدافئ أخف من الهواء البارد، يتصاعد الهواء الدافئ القريب من سطح الأرض إلى أعلى حاملا معه كميات مختلفة من الملوثات الموجودة فيه، مما يساعد على انتشار و تقل الملوثات بعيدا عن سطح الأرض. و تحدد حركة الهواء و سرعته المستويات السائدة للملوثات التي يتم قياسها على مدار العام تحت الظروف الجوية العادية.
و لكن عندما تتعرض منطقة ما لضغط جوي مرتفع يدور فيه الهواء في دوامات عكسية فإن تيارات الهواء تهبط ببطء إلى أسفل في اتجاه الأرض، و عندما يتقابل الهواء الهابط من أعلى و الهواء الصاعد من سطح الأرض تكون درجة حرارة الهواء الصاعد قد أصبحت أقل من درجة الهواء الهابط، و بذلك تتكون طبقة بين كتلتي الهواء تسمى بـمنطقة الانعكاس أو الانقلاب الحراري inversion des gradients de température. و تشكل هذه الطبقة من الهواء الدافئ "غطاء" أو "سقفا" يحجز تحته الهواء الصاعد. و يترتب على ذلك "حـبس" الملوثات فيه و الحد من انتشارها إلى أعلى، و بذلك ترتفع تركيزاتها بدرجة كبيرة، مما يؤدي الى حدوث ما يعرف بنوبات تلوث الهواء الحاد.

و تجدر الإشارة إلى أنه أثناء حدوث الانعكاس الحراري تكون قاعدة طبقة الانعكاس الحراري على ارتفاع يتراوح بين 500 و 1000 م فوق سطح الأرض. و يزداد ارتفاع هذه القاعدة نهارا نتيجة تآكل أجزاء منها، لأن الهواء الصاعد تكون حرارته أعلى أثناء النهار، و بذلك يكون أدفأ قرب قاعدة طبقة الانعكاس الحراري فيدفعها إلى أعلى (و يترتب على ذلك انتشار أكبر للملوثات إلى أعلى أثناء النهار). و لكن بعد غروب الشمس تهبط درجة حرارة الهواء الصاعد، و بذلك لا يستطيع دفع طبقة الانعكاس الحراري إلى أعلى، فتهبط قاعدة طبقة الانعكاس الحراري إلى مستويات منخفضة قريبة من سطح الأرض (ويترتب على ذلك حبس معظم الملوثات في الهواء على ارتفاعات قريبة جدا من سطح الأرض). و هذا يفسر عدم الإحساس بحدة التلوث نهارا، و الإحساس به بعد غروب الشمس و حتى صباح اليوم التالي.

و تحدث حالات الانعكاس الحراري في مناطق متفرقة من العالم خاصة تلك الواقعة بين خطي عرض 30 شمالا و جنوبا في اوقات مختلفة من السنة، و لكن آثارها تكون ملموسة بدرجة اكبر في فصل الصيف و هو فصل انتقالي بين الصيف الحار و الشتاء البارد و عادة تحدث فيه تقلبات جوية مختلفة.


1-7- ما هــو الضباب الدخــاني؟

في العصور القديمة استخدم الإنسان الخشب كوقود إلى ان حل الفحم محله بدرجات متزايدة مع النمو العمراني و بداية الثورة الصناعية. في ذلك الوقت تركزت الشكاوي حول تلوين واجهات البنايات باللون الرمادي نتيجة الدخان المنبعث من حرق الفحم، مما أدى إلى إعادة طلائها بصورة دورية كل بضع سنوات. و لكن سرعان ما بدأت الشكاوى من الأثار الصحية للدخان، خاصة عندما يتراكم مع الضباب في سكون الهواء أيام البرد و هو ما أطلق عليه في إنجلترا كلمة Smog، التي هي دمج لكلمتي Smoke + fog. و الترجمة العربية لهذه الكلمة هي "الضباب الدخاني" أو "الضباب المدخن"و يستعمل البعض كلمة "الضبخان" التي هي دمج لكلمتي ضباب + دخان. و يستخدم تعبير الضباب الدخاني حاليا لوصف جميع حالات تلوث الهواء الشديد بغض النظر عن نوع الملوثات أو مصادرها او عمليات تكوينها فبجانب الضباب الدخاني من نوع لندن، هناك ضباب دخاني يعرف بنوع لوس أنجلس.

أ‌- الضباب الدخاني الضوئي (نوع لوس أنجلس)Le smog photochimique (type de Los Angele):يتكون هذا النوع من الضبخان فوق المدن ذات الكثافة السكانية و المرورية الكبيرة،خاصة في ولاية كاليفورنيا. فمدينة لوس أنجلس تقع في منخفض في منطقة شبه جافة تسطع فيها الشمس معظم أيام السنة، و نتيجة انسلال كتلة الهواء الباردة الآتية من المحيط تحت طبقة الهواء الساخنة فوق المدينة يحدث انعكاس حراري حيث تتناقص درجة الحرارة عموديا ثم تصعد في طبقة الجو الساخنة. الشيء الذي يحد من انتشار الملوثات إلى طبقات الجو العليا. و يتكون الضبخان عندما تكون د رجة الحرارة بين 25-35°م مع نسبة رطوبة ضعيفة و قوة رياح لا تتجاوز 2م/ثا، و جو غني بملوثات السيارات خاصة أكاسيد النتروجين و أنواع الهيدروكربونات. يبدأ حدوث الظاهرة مع بزوغ الشمس بـإختزال NO2 بفعل الأشعة فوق البنفسجية (<420nmλ)