Kaupunki-ilman saasteet

Syksyllä 1995 kirjoittamani luentomuistiinpanot. Helsingin yliopiston Kaupunkiympäristö-luentosarja, luento 6/12.

23.10.1995

(itse asiassa epäpuhtaudet)

Kirjallisuutta tarjolla lukuisasti.

Liikenne on kaupunki-ilman kannalta hyvin merkittävä. Liikenteen aiheuttamat päästöt on kuitenkin helppo sivuuttaa, koska päästölähteet ovat pieniä ja liikkuvia joten niitä on vaikea seurata. Autojen saasteiden tarkkailu on tehtävä esim. tiekohtaisesti tai tietyn alueen autokantaan keskittyen.

Laki velvoittaa suuret päästäjät selvittämään päästönsä ja niiden vaikutukset. Yritykset ostavat usein palvelun esim. kaupungilta.

Pitoisuuden yksikköjen vertailu: 

	(ISO)			(miljardisosaa)	
	mikrog / kuutiom	ppb (usein mittalaitteissa)
SO2	2,620			1
NO	1,230			1
NO2	1,880			1
O3	1,960			1

Muunnos perustuu kaasun tilanyhtälöön ja aineiden molekyylimassaan, eli arvot ovat helposti muutettavissa toisikseen. Suhde ei ole vakio vaan muuttuu kun lämpötila tai paine muuttuu.

Ilmansaasteiden vaikutuksen mukaan eri saasteet on jaettavissa luokkiin: 

-paikallinen vaikutus
	terveys:	SO2, NOx, CO, O3, HC
		 	aerosolit, raskasmetallit
			sulfaatit ja nitraatit
	materiaali:	SO2, NOx, O3, HC
			sulfaatit ja nitraatit
- alueellinen vaikutus
	ekosyst.:	SO2, NOx, O3, HC, raskasmetallit
	hapan lask.:	SO2, NOx, HC, sulfaatit & nitraatit
- globaali vaikutus, ilmasto ja otsoni:
			SO2, NOx, N20, CO, CO2, O3, CFC
			HC, aerosolihiukkaset, raskasmetallit
			sulfaatit ja nitraatit

SO2 eli rikkidioksidi:

  • tunnetuin ilman epäpuhtauksista
  • tunnettu jo melko kauan
  • peräisin rikkipitoisista polttoaineista
  • päästöt Suomessa laskussa
  • rajua kasvua esim. Kiinassa
  • aiheuttavat sulfaattiaerosolihiukkasten muodostumista
    • → muodostava auringon valoa estävän kerroksen
    • → ilma viilenee *varjostus*
    • (USAn teollisuusalueet, Eurooppa, Kiina)

NOx eli typen oksidit:

  • samantapainen kuin SO2
  • syntyvät usein ilman sisältämästä typestä poltossa

SO2 ja NOx ovat pahimmat ilmansaasteet. Niiden päästöt ovat muihin aineisiin nähden suuria ja niiden vaikutukset monenlaisia.

CO eli häkä - hiilimonoksidi:

  • autoliikenne on suurin aiheuttaja
  • myrkyllinen
  • ajan mukaan muuttuu hiilidioksidiksi → ilmastovaikutus

O3 eli otsoni:

  • ei päästölähdettä, sekundääriepäpuhtaus
  • auringon valo + kemialliset reaktiot

HC's eli hiilivedyt:

  • usein syntyy epätäydellisestä palamisesta
  • usein “käsi kädessä” COn kanssa
  • autot suuri päästölähde:
    • huonot säädöt
    • käynnistykset
  • → kohonneet CO & HC's

Aerosolihiukkaset, sulfaatit, nitraatit, raskasmetallit

  • usein hiukkasmuodossa
  • ovat epäterveellisiä
  • varjostavat
  • sulfaatit ja nitraatit aiheuttavat hapanta laskeumaa
  • raskasmetalleilla on myrkkyvaikutus

Yleisesti ilmansaasteilla on jaettu rooli: paikallinen (mm. terveys), alueellinen ja globaali (otsonikato, ilmastomuutos).

Ilmansaasteen leviäminen ja muuttuminen on tavallisesti ketju tapahtumia eikä vain yksittäinen tapahtuma. Esim SO2: 

päästö
|
leviäminen 
muuntuma 	(samanaikaisia)
|   -> H2SO4
|   -> aerosolihiukkasia
|    (lähellä päästölähdettä usein eri aineita kuin kaukana)
vaikutukset
|    -> ilmaston muutos, otsonikato
laskeuma + sen vaikutukset
     -> happamoituminen

Esimerkkejä muuntumisesta:

  • SO2 → sulfaatit
    • rikkiyhdisteet ja hiukkaset
    • peräisin rikkiä sisältävistä polttoaineista
    • kylmillä alueilla smog
      • Lontoo, NY, Chicago
    • sähkön tuotanto ja lämmitys, kylmät teollisuuskaupungit
    • Lontoo: sumu + huonot sääolot (kylmää ja kosteaa) + päästöt
      • → tuhansia ihmisiä kuoli, kasvituhoista ei tietoa?
      • → clean air act: polttaminen takoissa kiellettiin huonoissa oloissa
  • NOx ja hiilivedyt
    • autoliikenne suuri päästäjä
    • aurinkoinen ja lämmin sää
    • → otsoni, hapettuneet hiilivedyt ja hiukkaset, orgaaniset nitraatit
    • aluksi LA, nyt mm. Tokio, Ateena, Rooma
    • valokemiallinen smog
      • silmien ärsytystä, selviä kasvituhoja

Ilma koostuu pääosin typestä ja hapesta, mutta siinä on paljon muitakin aineita, kuten hiilidioksidia, jalokaasuja ja epäpuhtauksia. Niiden määrät ovat pieniä mutta vaikutus voi olla suuri. Ihminen vaikuttaa selvästi tiettyjen aineiden pitoisuuksiin (mm. CO2, CO, SO2, NOx).

Suomessa on määritelty helposti mitattaville aineille ohjearvot: 

aine		h		d 		a	
SO2		500		200		40	mikrog / kuutiom
NO2		300		150		-	- " -
CO		30		10 mg (8 h)	-	- " -
TSP		-		150		60
(kokonaisleijuma)		(+ kaikissa sallitut ylitykset)

Arvot perustuvat terveysvaikutuksiin ja ne ovat terveysalan ammattilaisten käsialaa ja syntyneet poliittisen kompromissin kautta. Uusista esitetyistä arvoista kiistellään. Ne ovat puhtaammin terveysalan asiantuntijoiden käsialaa ja tiukempia kuin vanhat. Kiistelyä ovat herättäneet erit. NO2 ja TSP. Ohjearvojen käyttö: jos arvot alkavat ylittyä säännöllisesti alkaa tutkimus siitä kuka aiheuttaa päästöt ja miten tilanne korjataan. Tästä voi aiheutua isojen päästäjien lupiin muutoksia. Tämä menettely toimii hyvin esim. rikkidioksidin kohdalla mutta ongelma ovat autojen päästöt (NO2 & CO). Mitä näille tulisi tehdä?

Helsingin ilmanlaatuindeksi:

  • ilmanlaatu “niputetaan”, hyvin voimakkaasti yksinkertaistava (huono puoli)
  • selkeä ja nopea ymmärtää (hyvä puoli)
  • johdettu terveysvaikutusten pohjalta
  • perusidea
    • 0 - 50 hyvä: ei tod. terveysvaikutuksia
    • 51 - 100 tyydyttävä: terveysvaikutukset epätodennäköisiä
    • 101 - 150 välttävä: herkille yksilöille terveysvaikutukset mahdollisia
    • 151 - 200 huono: terveysvaikutukset mahdollisia kaikille
  • indeksi perustuu normiaineisiin ja otsoniin
  • huonoin arvo määrää indeksin arvon
    • jos yksikin arvo ylittää 24h:n rajan → heti välttävä
  • laukaisijoita:
    • yleensä NO2
    • keväällä myös PM10 (pöly ⇐10 mirkom, “hengitettävä pöly”)
    • keväällä joskus O3
    • satunnaisesti CO, SO2
  • tiedotus ainakin Hesarissa ja Radio Cityssä aamuisin

Ilmansaasteiden seuranta pääkaupunkiseudulla:

  • 5 mittausasemaa Helsingissä, 3 ulkopuolella, muutama siirrettävä
  • asemaverkkoa on ajan mittaan harvennettu mutta suuresti tasoa parannettu
  • Luukin aseman ilma puhtain
  • myös ruostumiskokeita tekeillä
  • yleiskuva pääkaupunkiseudun ilmasta saadaan nykyisin hyvin

Ilmansaasteet Helsingissä (1994):

  • SO2:
    • alkuvuodesta huippu, kesällä pitoisuudet pienimmät
    • kehitys on ollut jatkuvasti laskevaa, aivan viime vuosina vakiintumista
  • NO
    • kantakaupungissa selvästi korkeammat pitoisuudet
    • vuosivaihtelua myös mutta SO2 verrattuna vähäisempää
      • osa autoista (vakio), osa muista
    • NO nousee Töölössä huimasti päiväksi ja ruuhka-aikaan
    • ei suurta muutosta ajassa, koskee myös NO2 -pitoisuutta
  • O3 ja NO2:
    • reagoivat hitaammin ja vähemmän
    • O3: keskustassa pitoisuudet alhaisempia kuin juuri keskustan ulkopuolella, tilanne keskustassa aika hyvä
    • O3: koholla kesäisin, vrt. SO2 & NO
    • O3: ajassa lievää nousua
  • TSP, PM10:
    • vuodessa huippu myös keväisin
    • TSP: keväällä nousua hiekoituksen vuoksi, ei suuri ongelma terveydelle, putoaa nopeasti, *huono mittari*
    • kokonaisleijuma: ajassa lievää laskua
    • ohjearvot ylittyvät keskustassa ja sen lähellä usein, osin tämän vuoksi
    • ohjearvon kiristämistä on vastustettu
  • Lyijy:
    • raju lasku lyijyttömien polttoaineiden vuoksi

Kun poistutaan keskustasta ja isojen teiden varsilta on tilanne heti paljon parempi! Sama ero on yleisesti isojen ja pienten kaupunkien välillä.

Eri lähteiden osuudet päästöistä (Helsinki 1994): 

aine	energialaitokset	autoliikenne
SO2		88 %		3 %
NO2		43 %		45 %
hiukkaset	43 %		49 %
CO		liki 0 %	liki 100 %

Koko Suomessa liikenteen osuus päästöistä: 

aine	liikenteen osuus noin
NOx		60 %
hiukkaset	15 %
CO		90 %
CO2		30 %
VOC		50 - 60 %	(haihtuvat orgaaniset yhdisteet)
, , , ,