Kłopoty z zanieczyszczeniem powietrza pojawiały się już cztery stulecia temu. W XVII-wiecznym Londynie zakazano palenia ognisk podczas sesji parlamentu, ponieważ mieszkańcy miasta dusili się dymem.

 

Nie był to jeszcze osławiony smog (z ang. smoke – dym, fog – mgła), ale nie bez przyczyny termin ten powstał niewiele później właśnie w Anglii – ojczyźnie rewolucji przemysłowej, gdzie najwcześniej zaczęto odczuwać skutki coraz intensywniejszego wykorzystywania paliw kopalnych. Szczególnie od XVIII w., kiedy to Anglik, Abraham Darby, zastosował do wytapiania stali węgiel, zapoczątkowując spalanie tego surowca na skalę przemysłową. Następny wiek odkrył dla ludzkości nowe paliwo – ropę naftową. Pierwszy na świecie szyb naftowy postawił w roku 1854, w Bóbrce w Karpatach, odkrywca lampy naftowej – Ignacy Łukasiewicz. W kilka lat później rozpoczął pracę pierwszy szyb naftowy w Pensylwanii, stając się zalążkiem późniejszego gigantycznego przemysłu naftowego. Ropa z kolei zrodziła motoryzację, obecnie największego truciciela.

Ogólnie rzecz biorąc, zanieczyszczenia powietrza to wszelkie substancje – lotne, stałe czy płynne – których stężenie jest większe niż w czystym powietrzu. Wynika z tego, że definicję zanieczyszczenia może wyczerpywać bardzo wiele substancji, nawet jeśli są stosunkowo nieszkodliwe. Spośród bezliku związków chemicznych emitowanych do atmosfery w wyniku działalności człowieka kilka należy do kategorii szczególnie toksycznych i niebezpiecznych: tlenki azotu, siarki i węgla, a także pyły.

Te ostatnie powstają przede wszystkim w wyniku spalania paliw stałych w elektrowniach i kotłowniach, które odpowiadają niemal w połowie za zapylenie powietrza w Polsce. Spalanie węgla generuje rocznie kilka milionów ton zanieczyszczeń stałych trafiających do atmosfery. Oprócz sadzy wdychamy też inne cząstki zanieczyszczeń pochodzące z przemysłu, przede wszystkim z cementowni, a także z przemysłu chemicznego i metalurgicznego. W ciągu roku na jeden kilometr kwadratowy naszego kraju opada kilkanaście ton pyłu różnego pochodzenia. Lecz takie uśrednienie nie oddaje w pełni powagi sytuacji. O ile bowiem w niektórych regionach opad pyłu może być niewielki, o tyle na obszarach uprzemysłowionych i zurbanizowanych koncentracja zanieczyszczeń stałych może przyjmować wartości znacznie przekraczające dopuszczalne normy, jak na przykład w większości miast na Śląsku.

Pył – którego wiele rodzajów jest silnie toksycznych – może być przyczyną wielu dolegliwości i chorób: od podrażnienia naskórka i chorób oczu, poprzez zapalenie górnych dróg oddechowych, aż po nowotwory płuc, krtani i gardła, czy astmę.

Zanieczyszczenia chemiczne są jeszcze groźniejsze. Największy udział w nich ma dwutlenek węgla, współodpowiedzialny za efekt cieplarniany, a następnie dwutlenek siarki i tlenki azotu. Nadal jeszcze nie znamy całkowicie skutecznej metody odsiarczania spalin, stąd też ogromne ilości tego związku w atmosferze. Jak się oblicza, elektrociepłownia o mocy 100 MW emituje rocznie ponad 10 tys. ton dwutlenku siarki. Dwutlenek azotu, którego „dostarczycielem” są w dużej mierze silniki samochodów, ma bardzo silne działanie toksyczne; w łagodniejszej formie przejawiające się w uporczywym kaszlu bądź bólach głowy, ale przy wyższym stężeniu może skutkować zaburzeniami krążenia, a nawet śmiercią.

W Polsce na przewlekłe choroby układu oddechowego – w dużej części związane z wdychaniem zanieczyszczonego powietrza – cierpi ok. 6 mln ludzi, a rocznie umiera 40 tys.

Niedawne badania wykazały, że zanieczyszczenie powietrza w dużych miastach może być nawet odpowiedzialne za niekorzystne zmiany we florze bakteryjnej jelit, niezbędnej dla prawidłowego funkcjonowania organizmu. Zmiany te mogą wywołać tzw. nieswoiste zapalenie jelit (inflammatory bowel disease – IBD), na przykład chorobę Leśniowskiego–Crohna. Nie wiadomo jednak jeszcze, jaki toksyczny czynnik zawarty w powietrzu ją powoduje.

Przepis na londyńską mgłę

Smog to mieszanina mgły i stałych zanieczyszczeń, tworząca się w warunkach pogodowych sprzyjających stagnacji powietrza nad miastem. Oczywiście, w skład tej iście zabójczej mikstury wchodzą też różne rodzaje zanieczyszczeń chemicznych i biologicznych: lotnych węglowodorów, związków siarki i azotu, drobnoustrojów. Wiele z tych substancji ma działanie silnie rakotwórcze. Badania przeprowadzone we Francji wykazały, że w powietrzu miejskim znajduje się nawet do 30 cząstek pyłu na centymetr sześcienny, podczas gdy na wsi jedynie 1–2 cząstek. Jeszcze drastyczniejsza różnica występuje w ilości mikroorganizmów – o ile w rejonach górskich w jednym metrze sześciennym powietrza można znaleźć kilkanaście drobnoustrojów, to w takiej samej objętości powietrza w centrum Paryża jest ich już niemal 100 tys., a wewnątrz obiektów użyteczności publicznej, takich jak dworce czy sklepy – nawet do kilku milionów.

Londyn, gdzie zaczęła się światowa kariera smogu, jeszcze w 1951 r. został nawiedzony przez szczególnie silny jego atak. Gwałtownie wzrosła w powietrzu zawartość trójtlenku siarki, a zanieczyszczeń stałych – nawet dziesięciokrotnie. Ponad 4 tys. ludzi zmarło, a szpitale nie mogły nadążyć z przyjmowaniem chorych skarżących się na dolegliwości oddechowe i zaburzenia układu krążenia. Smog londyński z lat 50. XX w. nazywano nawet zabójczym.

Jeszcze w latach 60. XX w. w Pittsburgu, w Pensylwanii, uważanym wówczas za najbardziej zanieczyszczone miasto świata, gromadziło się rocznie na jednym kilometrze kwadratowym 250 ton pyłów zawierających szkodliwe związki chemiczne. Smog był w całym tym rejonie szczególnie uciążliwy. Na przykład w roku 1948, w małym miasteczku nieopodal Pittsburga, atak smogu zabił dwadzieścia osób, a spośród 12 tys. mieszkańców aż 42 proc. odczuło dolegliwości związane z okładem oddechowym i naczyniowo-sercowym.

Podobnych zdarzeń z kilkudziesięcioletniego okresu między latami 20. a 70. XX w. można wymienić wiele. Jak choćby utrzymujący się przez pięć dni silny smog w całej dolinie Mozy, w Belgii, w roku 1930, który stał się przyczyną wielu przypadków chorób układu krążenia i oddechowego, a śmiertelność na tym obszarze wzrosła dziesięciokrotnie.

Symbolem czasu może być los starożytnego egipskiego obelisku z Luksoru, zdobiącego obecnie plac Zgody (Place de la Concorde) w Paryżu. Został tam postawiony w roku 1836 i przez następne sto lat uległ znacznie większemu zniszczeniu, niż w ciągu 3 tys. lat pozostawania w Egipcie. Co znamienne, drugi, identyczny obelisk nadal zdobiący pylon świątyni w Luksorze, zachował się w wyraźnie lepszym stanie. Porównanie tych dwóch obiektów unaocznia, jak bardzo negatywny wpływ wywiera zanieczyszczenie powietrza również na budowle wzniesione przez człowieka. Widać też różnicę w jakości powietrza między uprzemysłowiona częścią świata a tą wciąż względnie „czystą”.

Dziś prym w zanieczyszczaniu powietrza wiodą miasta azjatyckie, głównie w Chinach i Indiach. W największych tamtejszych metropoliach jest to bardzo poważny problem. Do tego stopnia, że turyści wybierający się na zwiedzanie Pekinu czy Szanghaju mogą mówić o szczęściu, jeśli trafią akurat na dni bez smogu. Stolica Indii, Delhi, zajmuje stałe miejsce w gronie dziesięciu najbardziej zanieczyszczonych miast świata. Badania przeprowadzone w roku 2015 wykazały, że połowa uczniów tamtejszych szkół (ponad 2 mln dzieci) cierpi na dolegliwości układu oddechowego.

Największy udział w zatruwaniu powietrza w mieście mają spaliny samochodowe – jak się szacuje, około 60 proc. Ponad 30 proc. to szkodliwe substancje emitowane przez kominy budynków mieszkalnych, a reszta pochodzi od przemysłu, który w ostatnich latach poczynił znaczne postępy w ograniczaniu szkodliwej emisji. Naturalnie, jest to obraz uśredniony; każde miasto należy rozpatrywać jako przypadek indywidualny. W jednym jest bowiem więcej zakładów przemysłowych, w innym więcej starej substancji mieszkaniowej, jeszcze inne może stanowić węzeł komunikacyjny. Każde z nich ma swoją specyfikę decydującą o proporcjach poszczególnych czynników składających się na sumę zanieczyszczeń.

Po miastach jeździ coraz więcej samochodów, a trzeba pamiętać, że każdy tysiąc aut emituje dziennie do atmosfery ponad 3 tony tlenku węgla i do 400 kilogramów lotnych węglowodorów.

Chociaż centralne ogrzewanie słusznie jest uznawane za bardziej ekologiczne od pieców na węgiel, trzeba mieć na uwadze, że elektrociepłownie również odprowadzają zanieczyszczenia. I choć systemy filtrujące są coraz doskonalsze, nie zmienia to faktu, że przeciętna elektrociepłownia w taki czy inny sposób musi się uporać z około 500 tonami związków siarki dziennie.

Polskie miasta należą do niechlubnej czołówki miast o najbardziej zanieczyszczonym powietrzu. Winne są zarówno stare samochody przekraczające normy emisji, jak i opalane byle jakim węglem, a nawet odpadkami, gospodarstwa domowe. W Warszawie zdarzają się dni, kiedy norma dotycząca ilości tzw. pyłu zawieszonego bywa przekraczana nawet 800-krotnie, co stawia naszą stolicę w rzędzie dziesięciu metropolii o najwyższym na świecie stopniu skażenia atmosfery. Największe problemy zdarzają się zimą, kiedy to w Polsce nagminnie występuje ponadnormatywne stężenie pyłu zawieszonego frakcji PM10 (o ziarnach mniejszych niż 10 mikrometrów) oraz PM2,5 (o cząstkach mniejszych niż 2,5 mikrometra). Szczególnie groźny jest pył drobniejszy – przenika głęboko do płuc, a następnie jest rozprowadzany przez krew po całym organizmie. Przekroczenia norm występują zarówno w cyklu dobowym, jak i rocznym, przede wszystkim w miastach, ale także w południowych regionach Polski poza obszarem zurbanizowanym. Rozkład europejskiego stężenia pyłu PM10 pokazuje, że Polska – jako całość – jest najbardziej zanieczyszczonym pod tym względem krajem Unii Europejskiej. W innych państwach (jak we Włoszech czy na Węgrzech) jedynie pewne rejony są dotknięte przekroczeniami norm stężenia pyłu zawieszonego.

Zanieczyszczone powietrze nie tylko stanowi zagrożenie dla zdrowia, ale wpływa też negatywnie na komfort życia w rozmaitych jego aspektach. Na przykład, powietrze miejskie jest mniej przejrzyste. Jak obliczono, liczba dni w Paryżu z widocznością wynoszącą ponad 6 km zmniejszyła się o jedną trzecią w stosunku do sytuacji sprzed II wojny światowej. Cząstki pyłu w powietrzu rozpraszają też promieniowanie słoneczne, osłabiając jego siłę. Przeprowadzone w Wiedniu badania wykazały, że promieniowanie Słońca na wysokości katedralnej wieży było o kilka procent intensywniejsze niż na poziomie ulicy. Wystarczy więc warstwa zanieczyszczonej atmosfery o grubości kilkudziesięciu metrów, aby znacząco zmniejszyć ilość światła słonecznego docierającą do powierzchni ziemi. Aerozole zawieszone w powietrzu mogą zmniejszyć tę ilość nawet o 40 proc. Tym bardziej, że smog  może nie tylko odbijać, ale i pochłaniać promieniowanie słoneczne, jeśli składa się, na przykład, z drobin sadzy.

Zmniejszenie nasłonecznienia może też mieć negatywne skutki zdrowotne związane z brakiem odpowiedniej dawki promieniowania ultrafioletowego, takie jak osłabienie odporności organizmu, zagrożenie chorobami związanymi z awitaminozą, nasilenie się stanów depresyjnych.

Nasz komin, wasz problem

Jednym ze sposobów walki z zanieczyszczeniem powietrza jest likwidacja niskich kominów. Warto to czynić jako działanie doraźne, ale należy pamiętać, że wysokie kominy tylko przenoszą problem ze skali lokalnej na globalną. Za ich sprawą zanieczyszczenia z wielkich miast nie niszczą już ich samych w takim stopniu, jak kiedyś, ale za to odciskają swoje piętno na obszarach odległych nieraz o setki i tysiące kilometrów. Na przykład, zanieczyszczenia z Londynu szkodzą lasom w Skandynawii, a z Pittsburga – przyrodzie na półwyspie Labrador. Nawet nad biegunem północnym zbierają się wiosną i zimą zanieczyszczenia, tworząc rodzaj smogu zwany ironicznie „arktyczną mgłą”.

W roku 1999 ogromna chmura smogu utworzyła się nad Oceanem Indyjskim, z dala od obszarów zamieszkanych. Nastąpiło to w miejscu, gdzie na przełomie zimy i wiosny spotykają się dwie masy powietrza – jedna napływająca znad kontynentu azjatyckiego i druga znad południowo-wschodniego rejonu oceanu. Ta pierwsza jest zwykle mocno zanieczyszczona aerozolami (cząstkami o wielkości mikrometra lub mniejszymi) pochodzenia cywilizacyjnego. Wynikiem ścierania się tych dwóch mas powietrza jest silne zachmurzenie, które w połączeniu z wyjątkowo dużą ilością zanieczyszczeń poskutkowało powstaniem mieszaniny o charakterze miejskiego smogu. Aerozole wzmocniły zdolność chmur do odbijania światła słonecznego, co zaburzyło klimat całego regionu. Warstwa smogu zalegała do wysokości 3 kilometrów nad powierzchnią oceanu i składała się z azotanów, siarczanów, drobin sadzy i cząstek organicznych, a ponadto występowało w niej znaczne stężenie tlenku węgla. W rezultacie wpływ takiej mieszaniny na pogodę okazał się niezwykle skomplikowany. Z jednej strony bowiem chmury odbijają światło słoneczne, czemu sprzyjają też aerozole składające się z cząstek przezroczystych, co działa schładzająco; z drugiej – aerozole takie jak cząstki sadzy absorbują promieniowanie słoneczne, mają więc działanie odwrotne – ogrzewają lokalnie atmosferę. Wypadkowa tych przeciwstawnych sobie czynników jest trudna do przewidzenia.

Idealnym rozwiązaniem kwestii smogu byłyby filtry o stuprocentowej skuteczności (ale takich na razie nie ma) lub korzystanie z paliw odnawialnych i ekologicznych, np. biomasy, jak w kotłowniach opalanych słomą (ale tych jest wciąż zbyt mało).

Za pomysł ciekawy, lecz nie dający szans na skuteczne rozwiązanie problemu zanieczyszczeń powietrza, należy uznać budowę tzw. wież antysmogowych. Przypominające nieco silosy do przechowywania ziarna, liczące siedem metrów wysokości konstrukcje stoją już w Holandii i Chinach. Ich pomysłodawcą jest holenderski artysta i konstruktor Daan Roosegaarde. Działają jak odkurzacz – wciągają skażone powietrze, oczyszczają je i „wydychają” już pozbawione szkodliwych substancji i aerozoli. Ich wydajność sięga 30 tys. metrów sześciennych powietrza na godzinę. W pobliżu wieży zanieczyszczenie powietrza zmniejsza się nawet o dwie trzecie. Niemal połowę objętości odfiltrowanych zanieczyszczeń stanowi węgiel, z którego – po odpowiedniej obróbce pod wysokim ciśnieniem – uzyskuje się… diamenty. Co prawda, nie są to kamienie klasy Koh-i-noora czy Cullinana, są bowiem małe i ciemne, niemniej obrotny Holender stara się je rozreklamować jako „smogową biżuterię” – nie dość, że oryginalną, to jeszcze zapewniającą nabywcy poczucie, że przyczynia się do ochrony środowiska. Każdy kamień jest bowiem efektem oczyszczenia powietrza z tysiąca metrów sześciennych szkodliwych substancji.

Nie jest to nowa koncepcja. W roku 2000 na pomysł oczyszczania spalin samochodowych i tworzenia z odpadowego węgla diamentów wpadli dwaj australijscy naukowcy. Zbudowali urządzenie, którego głównym elementem była niewielka – o rozmiarach butelki szampana – komora wyposażona w mikrofalowy promiennik, który podgrzewając silnie spaliny powodował rozpad cząsteczek gazów na jony tworzące plazmę. Opuszczając komorę plazma stygła, a jej atomy łączyły się ponownie, lecz w cząsteczki proste, jak cząsteczka wody czy dwutlenku węgla. Pozostała po tym procesie sadza węglowa była dalej przetwarzana – ogrzewana ponownie, a następnie gwałtownie schładzana na szklanej płytce, w wyniku czego następowała krystalizacja do postaci diamentów. Podobnie jak w przypadku wież antysmogowych diamenty te (zwane diamentami karbonado) nie mają walorów jubilerskich, lecz są szeroko stosowane w przemyśle.

Australijczycy nie przewidzieli wprawdzie takiego zastosowania dla swojego projektu, jakie wymyślił Daan Roosegaarde, lecz zasugerowali, iż urządzenie można by przystosować do montażu na kominach przemysłowych.

Prawda jest jednak taka, że analogicznie do leczenia choroby nie powinniśmy ograniczać się do łagodzenia objawów, lecz starać się usunąć przyczynę. Jak ktoś słusznie zauważył komentując doniesienie o „smogowym odkurzaczu”, zamiast wytwarzać diamenty ze smogu lepiej byłoby wytwarzać je bezpośrednio z węgla zanim wykorzysta się go do „produkcji” smogu. Oczywiście, to żart, lecz spalanie węgla, prędzej czy później, będzie musiało przejść do historii. Oby nie za późno.

Świat ocknął się dopiero w połowie XX w. Nadal trudno przesądzić, czy będzie mógł w przyszłości cieszyć się urokami czystego nieba. W miastach powinniśmy być na to szczególnie wyczuleni. Warto pamiętać, że mieszkając przy ruchliwej ulicy wdychamy tyle zanieczyszczeń, jakbyśmy palili paczkę papierosów dziennie. Skracamy sobie tym życie nawet o lat kilkanaście.