حامد میرزاخلیل | کارشناسی ارشد آلودگی‌های محیط زیست

مرصاد جعفری | دانشجوی دکتری آب و هواشناسی

با سرد شدن هوا و شروع فصل زمستان در شهرهای بزرگ، باز هم با پدیده‌ای آشنا روبه‌رو هستیم که منجر به افزایش آلودگی هوا می‌شود؛ پدیده اینورژن یا وارونگی دما؛ در نتیجه آسمان آبی کم کم جای خود را به آسمان غبارآلود و دودی می‎دهد. استفاده از خودروهای شخصی، ناوگان حمل‌و‌نقل فرسوده، کیفیت پایین فرآورده‌های نفتی، سوخت خودروها و کارخانه‎ها و نیروگاه‌‏هایی که از سوخت فسیلی استفاده می‎کنند، مقصران داستان آلودگی هوا هستند، امسال نیز بحث داغ مزارع بیت‎کوین و کمبود گاز برای تولید برق توسط نیروگاه‌ها و استفاده از سوخت جایگزین مازوت به جای گاز نیز به این آلاینده‌ها اضافه شده است. در روزهای آلوده معمولا غلظت گازهای کربن‎منواکسید، کربن‎دی‎اکسید، ازن، انیدرید سولفور، اکسیدهای ازت، فرآورده‌های هیدروکربورها و ذرات غبار افزایش پیدا می‎کند.

در این بین طبیعت نیز پالاینده‎های طبیعی خودش را دارد. مولکول «رادیکال نیترات» در شب، آلاینده‎های هوا و گازهای سمی را اکسید و هوا را تصفیه می‎کند. اما متاسفانه ماهیت این مولکولِ مفید به‌گونه‌ای‌ست که با طلوع خورشید و تابش نور شکسته می‎شود، به‎خصوص در روزهای گرم سال که نور آفتاب شدید‌تر هم می‎شود. در تابستان گرچه شاهد آسمانی آبی و هوای صاف هستیم، اما ممکن است میزان ازن هوا در حد هشدار و خطرناک بالا برود و هوای چندان پاکی نداشته باشیم.
در روزهایی که هوا آلوده است، رادیکال نیترات به دلیل حساسیت به نور می‌تواند مانند یک شمشیر دو‌ لبه رفتار کند. در طول روز نور خورشید باعث شکسته شدن رادیکال نیترات و تبدیل آن به نیتروژن‌دی‌اکسید (مولکول اصلی در تولید ازن) می‌شود، در نتیجه هوا آلوده‌تر می‌شود. اما شب‌ها به دلیل نبود نور خورشید، رادیکال نیترات همان طور که اشاره شد، به تصفیه هوا کمک می‌کند. رادیکال نیترات یکی از اکسیدان‌های کلیدی اتمسفر است. در طی این مدت آن‌ها با انواع ترکیبات شیمیایی واکنش می‌دهند. از جمله این ترکیبات آلی فراری است که توسط فعالیت‌های انسانی و گیاهی منتشر می‌شود و ترکیباتی که برای ازن تروپوسفر نیاز است. متاسفانه سال‌های زیادی است که در شهرها به دلیل وجود آلودگی نوری، نور شبانه چراغ‌ها حکم خورشیدِ روز را برای رادیکال نیترات ایفا می‌کنند و آن‌ها را از بین می‌برد.
مطالعات نشان می‌دهد گرچه شدت نور چراغ‌ها 10هزار برابر کمتر از نور خورشید است، اما فرآیند تصفیه هوا ۷درصد آهسته‌تر می‎شود و میزان آلودگی ازن در روز بعد 5 درصد افزایش پیدا می‌کند. هرالد استارک از آزمایشگاه پژوهشی سامانه‌ زمین ایالات متحده‌ تعدادی آزمایش هوایی بر فراز شهر لس‌انجلس انجام داد، تا شدت آلودگی نوری را در ارتفاع بسنجد. هرالد با این آزمایش دریافت که تابش نور شهرها به سمت آسمان در شب 25 برابر نور ماه کامل است که البته در مورد شهر لاس‌وگاس این عدد 5 برابر می‌شود و این مقدار نور معادل یک ده هزارم نور خورشید است.
استارک و همکارانش دریافتند که رادیکال نیترات کمتر تحت تاثیر نور قرمز قرار می‎گیرد و دیرتر از بین می‌رود. اما متاسفانه این نور برای شهرها در شب، رنگ مطلوبی نیست. البته آن سر طیف، نورهای سفید LED هستند. پژوهشگران توصیه می‎کنند اگر نمی‌توانیم از نورهای قرمز در سطح شهر استفاده کنیم، حداقل از نور زرد لامپ‌های بخار سدیمی که بیشتر برای معابر استفاده می‌شوند، فاصله نگیریم.
ازن یک اکسیدان بسیار قوی است و می‌تواند سبب بروز بیماری‌های ریوی مانند آسم، آمفیزم و برونشیت مزمن، افزایش تعداد حملات آسم، حساس‌تر شدن ریه به عفونت و ایجاد بیماری مزمن انسداد ریوی (COPD) شود.
شینا انصاری، مدیر کل محیط‎زیست و توسعه پایدار شهرداری تهران نیز در این باره می‌گوید: «کم بودن شرایط ابرناکی هوا، تشدید تابش خورشید و بالا رفتن دما، غلظت آلاینده ازن را در هوا افزایش می‌دهد.»
ازن از «آلاینده‌های ثانویه» هوا است. این گاز به طور مستقیم از منابع متحرک یا ساکن نظیر خودروها و صنایع منتشر نمی‌شود، بلکه با واکنش برخی گازها مانند اکسیدهای‌نیتروژن، ترکیبات آلی و هیدروکربن‌ها ایجاد می‌شود. از جمله گازها و ترکیباتی که باعث تشکیل و افزایش غلظت ازن تروپوسفری می‌شود، انتشار اکسیدهای نیتروژن و ترکیبات آلی فرار است.
اصطلاح «اکسیدهای نیتروژن» (NOx) معمولاً شامل دو گاز اکسید نیتریک (NO) است که یک گاز بی‌رنگ و بدون بو و دی اکسید نیتروژن (NO2) است که یک گاز قهوه‌ای مایل به قرمز با بوی تند است. اکسید نیتریک با اکسیژن یا ازن موجود در هوا واکنش داده و دی‌اکسید‌نیتروژن تشکیل می‌دهد. اکسیدهای دیگر نیتروژن شامل NO3 (تری‌اکسید‌نیتروژن)، N2O (اکسید‌نیتروژن)، N2O4 و N2O5 است. اکسید نیتروژن یک گاز گلخانه‌ای قوی است و همچنین باعث آسیب به لایه ازن می‌شود. N2O4 یک دیمر- دوپاره تشکیل شده از دو مونومر- در تعادل با NO2 است و N2O5 بسیار ناپایدار است، معمولاً فقط در مقادیر قابل توجهی در شب وجود دارد (با تابش نور خورشید شکسته می‌شود).
اکسید نیتروژن از واکنش گازهای نیتروژن و اکسیژن در هوا هنگام احتراق، به ویژه در دماهای بالا تولید می‌شود. در مناطق پرتردد وسایل نقلیه موتوری، مانند شهرهای بزرگ، میزان اکسیدهای‌نیتروژن ساطع شده در جو به دلیل آلودگی هوا می‌تواند، قابل توجه باشد. گازهای NOx هر زمان که در حضور نیتروژن احتراق رخ دهد تشکیل می‌شوند – به عنوان مثال در موتورهای اتومبیل؛ آن‌ها همچنین به طور طبیعی توسط رعد‌و‌برق تولید می‌شوند. NOx عمدتا بر روی شرایط تنفسی تاثیر می‌گذارد و باعث التهاب مجاری هوایی در سطوح بالا می‌شود. در نتیجه قرار گرفتن در معرض طولانی مدت می‌تواند عملکرد ریه را کاهش دهد و خطر شرایط تنفسی را افزایش دهد. NOx همچنین به تشکیل ذرات ریز (PM) و ازن سطح زمین کمک می‌کند، که هر دو با اثرات نامطلوب برای سلامتی انسان مرتبط هستند.
بر اساس اطلاعات رسمی که در سال 2010 به آژانس محیط زیست اروپا (EEA) گزارش شد، دوازده کشور عضو اتحادیه اروپا از محدودیت‌های تعیین‌شده در انتشار Nox که توسط دستورالعمل ارگانی به نام محدودیت‌های انتشار ملی اتحادیه اروپا (NEC) تعیین شده بود، فراتر رفته‌اند. آلاینده‌ای که بیشترین میزان انتشار به آن نسبت داده شد، NOx بود. براین اساس اتحادیه اروپا برای گروهی از آلاینده‌ها که برای سلامتی و محیط زیست مضر هستند، مقادیر محدود تعیین کرد. اگر کیفیت هوا در این کشورها با مقادیر تعیین شده مطابقت نداشته باشد، کمیسیون اروپا می‌تواند علیه هر کشور عضو اقدام کند.
ترکیبات آلی فرار (VOC) گازهایی هستند که از برخی جامدات یا مایعات منتشر می‌شوند. VOCها شامل انواع مواد شیمیایی هستند که برخی از آن‌ها ممکن است اثرات نامطلوبی برای سلامتی کوتاه مدت و طولانی مدت داشته باشند. غلظت بسیاری از VOCها به طور مداوم در محیط داخلی، (تا ده برابر) بیشتر از محیط خارجی است. مواد شیمیایی آلی به طور گسترده‌ای به عنوان محصولات خانگی استفاده می‌شود. رنگ‌ها، لاک‌ها و موم‌ها مانند بسیاری از محصولات تمیز‌کننده، ضد‌عفونی‌کننده، لوازم آرایشی، چربی‌زدایی و سرگرمی، حاوی حلال‌های آلی هستند. سوخت‌ها از مواد شیمیایی ارگانیک ساخته شده‌اند. همه این محصولات می‌توانند در حین استفاده از ترکیبات آلی و تا حدی در هنگام ذخیره‌سازی، آزاد شوند. مطالعات دفتر تحقیق و توسعه سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده نشان داد در حالی که مردم از محصولات حاوی مواد شیمیایی آلی استفاده می‌کنند، می‌توانند خود و دیگران را در معرض سطح آلاینده‌های بسیار بالایی قرار دهند و غلظت‌های بالا می‌توانند مدت‌ها پس از اتمام فعالیت در هوا باقی بمانند. به طور کلی ترکیبات آلی، مواد شیمیایی هستند که حاوی کربن‌اند و در همه موجودات زنده یافت می‌شوند. آنها معمولاً حاوی عناصری مانند هیدروژن، اکسیژن، فلوئور، کلر، برم، گوگرد یا نیتروژن هستند که بیشتر از سوخت سوزانده شده مانند بنزین، چوب، زغال‌سنگ یا گاز طبیعی آزاد می‌شوند. VOCها همچنین از میادین نفت و گاز و اگزوز دیزل ساطع می‌شوند.
VOCها هنگامی که با اکسیدهای نیتروژن ترکیب می‌شوند، برای تشکیل ازن در سطح زمین یا دود، واکنش نشان می‌دهند که به منجر به تغییرات آب‌و‌هوایی و اثر گذاری بر کیفیت هوا می‌شوند. بنزین، بنزن، فرمالدئید، تولوئن، زایلن، استایرن و پرکلرواتیلن (یا تترا کلرو‌اتیلن مورد استفاده در خشکشویی) نیز منابع غنی از VOC هستند. محمود‌رضا مومنی؛ دانشجوی دکترای مدل‌سازی عددی آلودگی هوا معتقد است: «اگر تشکیل ازن بر اثر «مواد آلی فرار محدودشده (VOC-Limited) » باشد، با کنترل و کاهش میزان کم مواد آلی فرّار می‌توان غلظت ازن را به ‌میزان قابل توجهی کاهش داد یا اگر تشکیل ازن تحت «اکسیدهای ازت محدودشده (NOx-Limited) » باشد، با کنترل و کاهش میزان کم اکسیدهای ازت می‌توانیم غلظت ازن را به‌میزان قابل توجهی کمتر کنیم.»
اما در این بین کنترل آلودگی نوری؛ نورهایی که به هوا تابیده می‌شوند و انرژی را در قالب روشنایی به هدر می‌دهند، برای بیشتر دستگاه‌های دولتی و همچنین مردم جنبه بُرد-بُرد دارد. چرا که با اصلاح زاویه تابش چراغ‌ها هم حیات شبانه موجودات زنده را قوام می‌دهیم و هم باعث کاهش ازن در طول شب می‌شویم.