W latach 80. i 90. XX wieku przyjmowano, że przyczyną zanieczyszczenia powietrza w miastach jest przede wszystkim emisja ze źródeł przemysłowych. Dlatego zagrożenie środowiska miast i zespołów miejsko‑przemysłowych oceniano nie tylko na podstawie stężeń poszczególnych substancji w komponentach środowiska (jak to ma miejsce obecnie), ale także w sposób pośredni, posługując się statystycznymi wskaźnikami. Należały do nich m.in. gęstość zaludnienia, zużycie wody, ilość odprowadzanych ścieków, struktura użytkowania gruntów, powierzchnia gruntów zdegradowanych, wielkość produkcji odpadów przemysłowych, wielkość emisji zanieczyszczeń gazowych i pyłowych, stopień uprzemysłowienia i wielkość zatrudnienia w przemyśle. W ten sposób wyznaczono na przykład w 1983 roku obszary ekologicznego zagrożenia, przewidując, że na ich terenie, wskutek intensywnej działalności gospodarczej człowieka, nastąpiła degradacja komponentów środowiska przyrodniczego doprowadzająca do naruszenia stanu równowagi ekologicznej.

R1Ys1Bmwki0PM

Na mapie Polski zaznaczono obszary ekologicznego zagrożenia w 1983 r. Zaznaczono główne ośrodki emisji zanieczyszczeń: Gdańsk, Szczecin, Świecie, Białystok, Bydgoszcz, Inowrocław, Gorzów Wielkopolski, Kostrzyn, Poznań, Konin, Turek, Warszawa, Łódź, Kozienice, Puławy, Ostrowiec Świętokrzyski, Kielce, Stalowa Wola, Tarnobrzeg, Tarnów, Kraków, Racibórz, GOP, Opole, Kędzierzyn‑Koźle, Wałbrzych, Jelenia Góra, Wrocław, Brzeg Dolny, Legnica, Głogów, Turoszów. Na mapie zaznaczono także obszary zagrożeń lasów: rejon Bydgoszczy i obszar od Bydgoszczy na południowy wschód, rejon Warszawy, Puław, Stalowej Woli i Tarnobrzegu, Częstochowy, Bełchatowa, Konina, Szczecina, Jeleniej Góry, Wałbrzycha, Głogowa, Legnicy, Raciborza, GOP‑u, Kielc. Obszary dużego zanieczyszczenia powietrza powyżej 50 miligramów na metr sześcienny emisji dwutlenku siarki na rok: to znaczna część południowego obszaru Polski od Legnicy aż po Tarnobrzeg, a także obszar od Poznania, przez Konin, po Warszawy i Kozienice. Obszar ekologicznego zagrożenia środowiska: rejon Gdańska, Szczecina, Bydgoszczy, Inowrocławia, Poznania, Turku, Konina, Łodzi oraz na południowy wschód od Łodzi, rejon Puław i obszar na wschód od Puław, rejon Stalowej Woli, Tarnobrzegu, Tarnowa, Krakowa, GOP‑u, Częstochowy, Wrocławia, Opola, Kędzierzyna‑Koźla, Raciborza, Brzegu Dolnego, Wrocławia, Wałbrzycha, Turoszowa, Legnicy.

Dziś w świetle wyników pomiarów prowadzonych w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska wiadomo, że ten powstały przed ponad 30 laty obraz przestrzenny zagrożenia miast i regionów nie do końca pokrywa się ze stanem rzeczywistym. Nie istnieje także wyraźny, wprost proporcjonalny związek między wielkością miasta a poziomem zanieczyszczenia środowiska na jego terenie.

Długoletnie badania prowadzone w ramach monitoringu jakości powietrza wskazują bowiem, że głównym źródłem zanieczyszczenia są substancje pochodzące z tzw. niskiej emisji. Jej źródłem są przede wszystkim indywidualne paleniska domowe, piece, kotłownie i inne instalacje grzewcze wyposażone w kotły nieodpowiedniej klasy, w których wykorzystuje się niskiej jakości węgiel, muł i miał węglowy, a czasem odpady. Szczególnie narażone na negatywne skutki oddziaływania zanieczyszczonego powietrza są małe dzieci, kobiety w ciąży i osoby starsze, a także ludzie chorujący na choroby układu oddechowego lub krążenia. Dlatego miasta są obszarami, w których prowadzona jest bieżąca kontrola i ocena jakości powietrza.

Zanieczyszczenie powietrza w miastach

Corocznie w blisko 2000 punktów pomiarowych, z których znaczna część leży na obszarze miast, dokonywana jest ocena jakości powietrza pod kątem zanieczyszczenia dwutlenkiem siarki (SOIndeks dolny 2₂), dwutlenkiem azotu (NOIndeks dolny 2₂), tlenkiem węgla (CO), benzenem (CIndeks dolny 6₆HIndeks dolny 6₆), ozonem (OIndeks dolny 3₃), pyłem zawieszonym PM10 i PM2,5 oraz oznaczanymi w pyle PM10 metalami ciężkimi: ołowiem (Pb), arsenem (As), kadmem (Cd), niklem (Ni) oraz benzo(a)pirenem (B(a)P).

Długoletnie pomiary prowadzone w ramach monitoringu jakości powietrza wskazują, że zanieczyszczenia w miastach pochodzą głównie z transportu i komunikacji oraz tzw. niskiej emisji. Szacuje się, że z tych źródeł pochodzi 46% zanieczyszczeń pyłowych (PM10) i przeważająca część niezwykle toksycznego już w małych stężeniach benzo(a)pirenu (84%). Dlatego tak często na obszarze miast występuje zjawisko smogu, którego skład obfituje w te substancje. Natomiast głównym zanieczyszczeniem komunikacyjnym jest powstający w wyniku spalania paliw płynnych dwutlenek azotu i wspomniane powyżej węglowodory.

Znacznie mniejszy udział w zanieczyszczeniu powietrza na obszarze miast mają źródła przemysłowe. Elektrownie, elektrociepłownie, huty i inne zakłady produkcyjne leżą bowiem z reguły poza granicami zwartej zabudowy miejskiej, a poza tym są wyposażone w filtry kominowe i posiadają wysokie kominy, które umożliwiają dalekie wynoszenie zanieczyszczeń i ich rozpraszanie. Niekiedy jednak obszar wokół zakładów wykazuje wysokie zanieczyszczenie powietrza, którego źródłem jest tzw. emisja niezorganizowanaemisja niezorganizowanaemisja niezorganizowana pochodząca z nieszczelności instalacji.

RiKQmC6hbDGkb

Zdjęcie przedstawia niską zabudowę - osiedle domków jednorodzinnych. Z niektórych kominów unosi się dym.

Zanieczyszczenie powietrza na obszarze miast zależy jednak nie tylko od emisji pyłów i gazów, ale także od czynników środowiskowych. Podstawowe znaczenie mają w tym względzie warunki meteorologiczne, w tym pogoda wyżowa i towarzysząca jej inwersja temperatury hamująca konwekcyjny (wznoszący) ruch powietrza. Równie ważnymi czynnikami są: temperatura powietrza, wilgotność, prędkość wiatru i ukształtowanie terenu. Istotny wpływ na zanieczyszczenie powietrza ma również regionalna i ponadregionalna cyrkulacja atmosferyczna powodująca napływ zanieczyszczeń z regionów sąsiednich.

RgnXM6jTIncQr

Schemat powstawania zastoiska chłodnego i zanieczyszczonego powietrza przy powierzchni ziemi. W dolnej części schematu są kominy, wysokie i niskie budynki, auta, nad autami leci samolot. Elementy te to warstwa przyziemna. Strzałkami skierowanymi w dół w stronę powierzchni i w górę zaznaczono głębokość mieszania się mas powietrza. Kolejną warstwą jest warstwa inwersji temperatury. Tu strzałki skierowane w dół i w górę. Ostatnią warstwą są wyższe warstwy atmosfery. Od warstwy przyziemnej do wyższych warstw atmosfery poprowadzono kolorową falowaną linię - od koloru czerwonego w warstwie przyziemnej, do żółtego, a następnie niebieskiego w wyższych warstwach atmosfery.

Znaczącym czynnikiem warunkującym zanieczyszczenie powietrza może być także osłabione przewietrzanie charakterystyczne dla terenów położonych w obniżeniach, kotlinach i dolinach. Jest ono także cechą terenów zurbanizowanych, w przypadku których zabudowa ogranicza prędkość wiatru i deformuje cyrkulację powietrza. Istotny wpływ, zwłaszcza latem, na zanieczyszczenie powietrza w miastach ma również duży dopływ promieniowania słonecznego.

RZq9PEJSpTv5N

Zdjęcie przedstawia niskie wzniesienia. U ich podnóża z jednego z domów unosi się z komina biały dym. Snuje się nad okolicą.

Wymienione warunki sprzyjają powstawaniu smogu kwaśnegosmog kwaśny (londyński)smogu kwaśnego, zwanego też londyńskim, lub smogu fotochemicznegosmog fotochemiczny (typu Los Angeles)smogu fotochemicznego (typu Los Angeles). Więcej na temat smogu przeczytasz w materiałach: Rodzaje smogu, Jak walczyć ze smogiem i Wielki Smog Londyński.

Najbardziej zanieczyszczone miasta w Polsce

Dwutlenek siarki (SOIndeks dolny 2₂)

Dwutlenek siarki (SOIndeks dolny 2₂) jest uwalniany wskutek działalności przemysłowej, przede wszystkim spalania paliw kopalnych w elektrowniach i elektrociepłowniach. W 2019 roku stężenia dwutlenku siarki w powietrzu wszystkich ośrodków badanych w ramach monitoringu utrzymują się poniżej dopuszczalnego poziomu (1 godzina - 350 µg/m3, 24h godziny - 125 µg/m3). Oczywiście podwyższone stężenie dwutlenku siarki może występować lokalnie, zjawisko to nie ma jednak charakteru trwałego.

Z kolei dwutlenek azotu (NOIndeks dolny 2₂) powstaje w wyniku procesów spalania paliw płynnych w wysokiej temperaturze (np. w silnikach samochodowych). Z tego względu najwyższe stężenia występują na obszarach o dużym natężeniu ruchu samochodowego. Poziom dopuszczalny (rok – 40 µg/m3) jest przekroczony z reguły w centrach dużych miast, głównie w Krakowie, Warszawie, Wrocławiu oraz w miastach aglomeracji górnośląskiej.

Ozon troposferycznyozon troposferyczny (przypowierzchniowy, przygruntowy)Ozon troposferyczny powstaje w wyniku reakcji fotochemicznych, tzw. prekursorów ozonuprekursory ozonuprekursorów ozonu, do których należą m.in. tlenek węgla (CO), dwutlenek azotu (NOIndeks dolny 2₂), metan (CHIndeks dolny 4₄), lotne związki organiczne pochodzące ze spalania benzyny albo oleju napędowego, a których emisja jest największa na obszarze miast i zespołów miejsko‑przemysłowych. Powstawaniu ozonu sprzyja słoneczna pogoda i wysoka temperatura powietrza. Stężenie ozonu jest więc wypadkową oddziaływania czynników antropogenicznych i naturalnych.

Ozon ma zdolność przenoszenia się na duże odległości, dlatego jego stężenia na obszarze Polski zależą także od jego stężenia w masach powietrza napływających z południowej i południowo‑zachodniej Europy.

Najwyższe stężenia ozonu występują z reguły w miastach południowej i południowo‑zachodniej Polski, zwłaszcza we Wrocławiu, Katowicach, Dąbrowie Górniczej czy Świeradowie Zdroju.

Obecność ozonu w powietrzu może prowadzić u mieszkańców miast do podrażnienia oczu, chorób dróg oddechowych, w tym nasilenia objawów astmy i zmniejszenia wydolności płuc, chorób układu krążenia, występowania objawów senności, bólu głowy i innych dolegliwości. 

Pył zawieszony (PM10, PM2,5)

Pył zawieszony jest mieszaniną bardzo małych cząstek stałych, które mogą mieć rozmiar od kilku nanometrów do nawet 100 mikrometrów. W pyle zawieszonym wyróżnia się ziarna o średnicy poniżej 10 μmum (PM10), w skład których wchodzą cząstki o średnicy poniżej 2,5 μmum (PM2,5). Ich źródłem w powietrzu na obszarze miast jest przede wszystkim emisja bezpośrednia, głównie emisja niska (źródła komunalne, transport), choć mogą one powstawać także wtórnie w wyniku reakcji między substancjami znajdującymi się w powietrzu. Pył zawieszony jest głównym składnikiem smogu występującego w polskich miastach.

Wpływ pyłu zawieszonego na zdrowie mieszkańców miast zależy od wielkości cząstek oraz ich składu chemicznego. Może on być powodem nasilenia astmy, ostrych reakcji układu oddechowego czy osłabienia czynności płuc. Pył bardzo drobny (PM2,5) jest transportowany wraz z krwiobiegiem po całym organizmie.

W chwili obecnej duże stężenia pyłu zawieszonego PM10 i PM2,5 są głównym zagrożeniem jakości powietrza w polskich miastach i aglomeracjach. Najwyższe ich wartości występują z reguły w okresie zimowym i związane są głównie z emisją niską (indywidualnym ogrzewaniem budynków i transportem). Dopuszczalny średni roczny poziom stężeń wynosi dla PM2,5 - 25 µg/mIndeks górny 3³, a dla PM10 - 40 µg/mIndeks górny 3³.

Najwyższe stężenia pyłu zawieszonego występują w miastach województwa śląskiego i małopolskiego, co - oprócz najwyższej w kraju emisji - spowodowane jest także ich położeniem w słabo przewietrzanych obniżeniach.

W świetle raportów Europejskiej Agencji Środowiska (EEA) i Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) z 2018 roku dotyczących jakości powietrza w Europie i na świecie, 36 z 50 miast w Unii Europejskiej o największym stężeniu pyłu zawieszonego PM2,5 znajduje się w Polsce. Co ważne, na liście znalazły się przede wszystkim małe i średnie miasta, w których nie ma rozbudowanego przemysłu, a zanieczyszczenie powodowane jest przez niską emisję i występuje głównie w sezonie grzewczym (wrzesień–kwiecień). Obserwowane tam stężenia pyłu zawieszonego PM2,5 są większe niż w większości dużych miast wojewódzkich. Najbardziej zanieczyszczonymi PM2,5 polskimi miastami są Opoczno, Żywiec, Rybnik i Pszczyna. Te i wiele innych uwzględnionych w rankingu miast leży w obniżeniach terenu (kotlinach i dolinach), co dodatkowo sprzyja powstawaniu niekorzystnych warunków aerosanitarnych.

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne - benzo(a)piren

Zanieczyszczeniami powietrza stwarzającymi ryzyko wystąpienia negatywnych skutków zdrowotnych są również związki z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) mające udowodnione właściwości kancerogenne i mutagenne. Szczególne zagrożenie stwarza benzo(a)piren obecny w pyle zawieszonym PM10, którego źródłem jest niska emisja.

Benzo(a)piren w ilościach przekraczających średnią roczną dopuszczalną normę (1 ng/mIndeks górny 3³) jest obecny we wszystkich badanych w ramach monitoringu miastach Polski z wyjątkiem Olsztyna, Koszalina oraz aglomeracji trójmiejskiej. Największe stężenia i przekroczenia normy są notowane w miastach południowej i zachodniej Polski. Są one znacznie większe niż w dużych miastach wojewódzkich.

R15Ffa6RTW1fR

Na mapie Polski zaznaczono miasta o najwyższym średnim rocznym stężeniu (ng/m³) benzo(a)pirenu w roku 2018. Norma wynosi 1 nanogram na metr sześcienny. Nowy Targ 18, Rybnik 13, Sucha Beskidzka 13, Nowa Ruda 11, Sulęcin, Wschowa, Zdzieszowice, Tuchów, Nowy Sącz po 10, Godów 9, Zakopane, Oświęcim, Żywiec po 8.

Tabela. Zanieczyszczenie powietrza w miastach wojewódzkich (stężenia średnie roczne - 2018).

Indeks górny Źródło danych: roczne oceny jakości powietrza w województwach – raporty WIOŚ https://powietrze.gios.gov.pl/pjp/rwms/ Indeks górny koniec^{Źródło danych: roczne oceny jakości powietrza w województwach – raporty WIOŚ https://powietrze.gios.gov.pl/pjp/rwms/}

Indeks Jakości Powietrza

Aktualny stan zanieczyszczenia powietrza w miastach można sprawdzić na stronie internetowej Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska (http://powietrze.gios.gov.pl/pjp/current) oraz w wielu aplikacjach na urządzenia mobilne. Oprócz informacji o stężeniach konkretnych substancji w powietrzu, prezentowany jest także Indeks Jakości Powietrza, który charakteryzuje w sposób kompleksowy aktualny poziom zanieczyszczenia. Wyznacza się go na podstawie stężeń wybranych substancji (najczęściej pyłu zawieszonego PM10 i PM2,5, ozonu OIndeks dolny 3₃, dwutlenku azotu NOIndeks dolny 2₂, dwutlenku siarki SOIndeks dolny 2₂, benzenu CIndeks dolny 6₆HIndeks dolny 6₆ i tlenku węgla CO). Stężenie każdej z substancji zostało podzielone na 6 przedziałów odpowiadających warunkom bardzo dobrym, dobrym, umiarkowanym, dostatecznym, złym i bardzo złym. O wartości Indeksu decyduje stan zanieczyszczenia osiągającego najwyższe stężenie. Dla każdej z klas Indeksu określono również możliwe skutki zdrowotne, jakie niesie dla ludzi przebywanie w takich warunkach oraz proste wskazówki pozwalające ograniczyć niekorzystne oddziaływanie zanieczyszczeń na organizm.

Słownik