تلوث الهواء بالجسيمات air pollution by particulates

تعرف الجسيمات بأنها ما يحمله الهواء من دقائق صلبة او سائلة تنطلق اليه من مصادر عديدة بأحجام واشكال والوان مختلفة وبتركيب كيميائية مختلف. وتنتج الجسيمات اما من مصادر طبيعية او كم انشطة الإنسان المختلفة. وكما يلعب التركيب الكيميائي للجسيمات الملوثة للهواء دورا كبيرا في الاثار الناتجة عن تغير الحلقات البيئية، فان حجم الجسيمات اهمية كبرى حيث يحدد مسار وتأثير الجسيمات على الأنسان والحيوان والنبات والجماد.

يتراوح حجم الجسيمات الملوثة للهواء ما بين 0,0001 الى 500 ميكروميتر ويمكن لهذه الجسيمات ان تبقى عالقة في الهواء لزمن يتراوح بين ثوان الى عدة سنوات. ويمكن تصنيف الجسيمات تبعا لحجمها الى ما يلي:

1. الجسيمات المتساقطة settling particulates

وهي تلك الدقائق التي لا تلبث ان تعود الى الأرض بعد انطلاقها من مصادرها بتأثير الجاذبية الأرضية، ويطلق عليها اسم الغبار الساقط، ويزيد قطر هذه الجسيمات عن عشرة ميكرومترات، وهذ الجسيمات لها تأثير على العيون والمنشأة الصناعية والابنية والممتلكات ولها تأثير خفيف على المجاري التنفسية للإنسان لان شعيرات الانف تعمل على حجز وترسيب جزء كبير منها وخاصة الجسيمات التي يزيد قطرها عن مائة ميكروميتر.

وقد بلغ كمية الغبار الساقط على لندن في أحد السنوات حوالي 23 طن/ كم²/ شهر، وحوالي 33 طن/ كم²/ شهر على مدينة اوزاكا اليابانية. علما بان الحد المسموح به هو 9 طن/ كم²/ شهر.

2. الجسيمات العالقة الكلية total suspended particulates

ويرمز لهذه الجسيمات بالرمز tsp total suspended particulates وهي تلك الجسيمات التي يتراوح قطرها بين من 0,1 الى 10 ميكروميترات وتبقى فترة طويلة معلقة في الهواء، ام معدل ترسبها فهو بطيء نسبيا ويتوقف على الظروف الطبيعية من رطوبة او رياح او حرارة وغيرها. وتعتبر الجسيمات العالقة أخطر الجسيمات الملوثة للهواء حيث من الممكن ان تصل للرئتين وتستقر هناك. وبعض هذه الجسيمات كبير او قاتم اللون بما فيه الكفاية لكي يرى بالعين المجردة مثل الدخان، والبعض الآخر صغيراً جداً بحيث لا يكتشف إلا بالمجاهر الإلكترونية وعادة تنتج الجسيمات العالقة التي لا يزيد قطرها على 2,5 ميكرومتر من احتراق الوقود في محركات السيارات، ومحطات توليد الكهرباء، والمصانع، وحرق الأخشاب. أما الجسيمات الأكبر من 2,5 ميكرومتر فتنتج عادة من حركة السيارات على الطرق غير المعبدة، والكسارات، وتذرية الرياح، وثوران البراكين. وتتراكم هذه المواد العالقة في الهواء في الجهاز التنفسي وينجم عنها تأثيرات صحية متعددة. فعند التعرض للمواد العالقة الدقيقة فينجم عنها عدة مشكلات أهمها زيادة الحالات الإسعافية، والتنويم بالمستشفيات المتعلقة بأمراض القلب والرئتين، وتدني في كفاءة عمل الرئتين، وأحياناً الموت المبكر. ويتعدى تأثير هذه المواد العالقة المشكلات الصحية ليشمل تدني الرؤية، وما تسببه من مشكلات، وتدمير للألوان والدهانات ومواد المباني.

وتنص مواصفات جودة الهواءambient air quality standards من قبل وكالة حماية البيئة (environment protection agency) epa الأمريكية، وتتبعها في ذلك العديد من بلدان العالم، على أنه يجب:

(1) ألا يتعدى المتوسط الحسابي السنوي لتركيز المواد العالقة، التي يتجاوز قطرها 10 ميكرومتر، 50 ميكروجرام في المتر المكعب الواحد.

(2) ألا يتعدى المتوسط الحسابي اليومي لتركيز المواد العالقة، التي لا يتجاوز قطرها 2,5 ميكرومتر، 150 ميكروجرام في المتر المكعب الواحد.

(3) ألا يتعدى المتوسط الحسابي السنوي لتركيز المواد العالقة في الهواء التي لا يتجاوز قطرها 2,5 ميكرو متر، 15 ميكروجرام في المتر المكعب الواحد من الهواء.

(4) ألا يتعدى المتوسط الحسابي اليومي لتركيز المواد العالقة في الهواء، التي لا يتجاوز قطها 2,5 ميكرومتر، 65 ميكروجرام في المتر المكعب الواحد من الهواء.

3. الجسيمات العالقة الدقيقة fine suspended particulates

وهذه الجسيمات صغيرة جدا وقطرها اقل من 0,1 ميكروميتر، ومن الصعب ترسبها ولها حركة عشوائية وقد تتجمع مع بعضها البعض ليزداد حجمها الى أكثر من 1 ميكروميتر ويصل عددها في الهواء النقي الى عدة مئات في السنتيمتر المكعب، اما في الاجواء الملوثة فيصل عددها الى أكثر من 100 ألف في السنتيمتر المكعب. ولا تشكل هذه الجسيمات خطرا كبيرا على صحة الإنسان، مع أنها تصل الى الرئتين بسهولة، حيث تستطيع الرئتين نفثها اثناء الزفير.

كما أنه يمكن تصنيف الجسيمات الملوثة للهواء تبعا لطبيعتها الى الانواع التالية:

1. جسيمات الغبار dust particles هي مواد دقيقيه صلبة وغالبا ما تكون خاملة كيميائيا.

2. جسيمات السناج او السخام soot particles وهي عبارة عن تجمع لذرات الكربون المنبعثة من احتراق الوقود والمواد العضوية.

3. جسيمات الرماد ash particles وهي جسيمات تنطلق مع غازات المداخن، وقد تحمل معها وقودا غير كامل الاحتراق.

4. جسيمات الأبخرة fume particles وتنتج عن طريق التكثيف او التفاعلات الكيميائية ويكون قطرها غالبا اقل من 1 ميكروميتر.

5. جسيمات الرذاذ mist particles وهي تتكون من سوائل عالقة في الهواء ولا يزيد قطرها عن 2 ميكروميتر.

6. جسيمات الايروسولات aerosols وهي عبارة عن دقائق صلبة او سائلة متناهية الصغر لا تتراكم ابدا، ويكون قطرها غالبا اقل من 1 ميكروميتر. 

وتنتج الجسيمات اما من مصادر طبيعية او من نشاطات الإنسان المختلفة. وتتمثل الجسيمات التي تنتج من المصادر الطبيعية في الرمال وجزيئات التربة وذرات الاملاح بالقرب من شواطئ البحار والغبار البركاني. اما الجسيمات الناتجة من نشاطات الإنسان فهي جسيمات عضوية واخرى غير عضوية. وتنتج الجسيمات العضوية من احتراق الفحم والنفط والخشب والنفايات وتتألف بصورة اساسية من الكربون وتحتوي على العديد من المواد المسببة للسرطان اضافة الى الجسيمات الناتجة من المبيدات الكيميائية والصناعات الكيميائية والغذائية. اما الجسيمات غير العضوية فتنتج من صناعة التعدين والصناعات الكيميائية غير العضوية وصناعة مواد البناء ورصف الطرق وحركة وسائل النقل وصناعة الزجاج والأسمنت وغيرها.

ومن أخطر الجسيمات الملوثة للهواء هي جسيمات مبيدات البكتريا والفطريات والقوارض والحشرات والاعشاب. والتي تبقى في الهواء لفترة طويلة حتى تستقط مع الامطار الى التربة ثم الى المسطحات المائية او تمتصها بعض ملوثات الهواء الاخرى وتحتوي الجسيمات الدقيقة العالقة بالهواء على العديد من العناصر الثقيلة السامة مثل الزئبق ودقائق الرصاص والكادميوم والزرنيخ والبريليوم والنيكل.

انواع الجسيمات بالنسبة لطبيعتها الكيميائية

يمكن تصنيف الجسيمات تبعا لطبيعتها الكيميائية الى ما يلي:

1-الجسيمات العضوية كتابة انكليزي organic particulates

2-الجسيمات الغير عضوية inorganic particulates

1-الجسيمات العضوية organic particulates

يعد احتراق الوقود وعوادم السيارات ونمو النباتات من اهم المصادر للجسيمات العضوية. وهذه الملوثات تحتوي عادة على الهيدروكربونات متعددة الحلقات الاروماتية polycyclic aromatic hydrocarbons وفي الجواء المدن الكبيرة قد تتراوح الجسيمات العضوية 20 ميكرجرام لكل متر مكعب.

الهيدروكربونات متعددة الحلقات الاروماتية تكون عادة ممتصة داخل السناج او السخام soot. وتعد pah من اهم المكونات للجسيمات العضوية وذلك لطبيعتها المسببة للسرطان ومن امثلة هذه الجسيمات البنزوبيرين والكراسيين والبنزوفلورانسينbenzo (a")  pyrene, chrysene, benzofluoranthene.

وايضا تعد الكيتونات والالديهيدات والاسترات وفوق الأكسيد والكينونات واللكتونات من أشهر الملوثات العضوية للهواء.

2-الجسيمات الغير عضوية inorganic particulates

تنتج الجسيمات غير العضوية في الصور الاتية:

أ-في صورة اكاسيد المنطلقة خلال احتراق الوقود في وجود الأكسجين

ب-جزء من كربونات الكالسيوم والتي تحتوي على الفحم عند احتراقها بمعزل عن الهواء تنتج جسيمات من أكسيد الكالسيوم في الهواء مسببة تلوثة.

ج-في صورة املاح الكبريتات والتي قد تتكون من تفاعل قطرات الأحماض كحمض الكبرتيك مع بعض الغازات الموجودة بالهواء كغاز الامونيا مكونة كبريتات الامونيوم.

او تفاعل الحمض مع أكسيد الكالسيوم مكونا كبريتات الكالسيوم.

د-بعض الملوثات الجسيمية الغير عضوية مثل هاليدات الرصاص تدخل الهواء الجوي من خلال احتراق الوقود البترولي واختلاطه مع رابع ايثيل الرصاص وبروميد الايثيلين وكلوريد الايثيلين مكونا جسيمات هاليدات الرصاص الملوثة للهواء.

وهناك فقط من الولايات المتحدة الامريكية يدخل للهواء الجوي 200,000 طن من هاليدات الرصاص سنويا.