luftforurening

Jorden er stort set kugleformet med en radius på 6400 km. Den er omgivet af en kappe af luftarter, atmosfæren, der ikke er skarpt afgrænset opad; mere end 99 % af luftmassen findes dog i de to nederste lag, troposfæren og stratosfæren, der strækker sig op til ca. 50 km højde eller mindre end ¹/₁₀₀ af Jordens radius.

Den menneskeskabte luftforurening er et komplekst problem med mange aspekter og berøringsflader såvel teknisk-videnskabelige som samfundsmæssige, politiske og psykologiske. Fænomenet kan opfattes som en kæde af begivenheder fra forureningens opståen og udslip over spredning og omdannelse til afsætning og effekter. Menneskeskabt luftforurening begynder med en beslutning, fx at man vil fremstille elektricitet ved at afbrænde kul. Det har bl.a. den komplikation, at kul af organisk oprindelse indeholder svovl, som under forbrændingen bliver til svovldioxid. Sammen med andre forbrændingsprodukter slippes svovldioxiden ud i atmosfæren, hvor den spredes, samtidig med at en del af den oxideres til sulfat. Til slut afsættes svovlforureningen på jordoverfladen (deposition) og medfører bl.a. forsuring. Andre stoffer kan have en virkning direkte i atmosfæren, fx drivhuseffekt, eller gå en "økologisk omvej", fx gennem en fødekæde. Virkningerne vil normalt vurderes som værende uønskede, og man vil derefter anlægge en bekæmpelsesstrategi, der i princippet kan sættes ind på ethvert led i kæden. Herved går man ind i nye kæder med andre miljøproblemer, fx fra alternativ energi eller fra deposition af restprodukter fra afsvovling.

Luftforurening var oprindelig et indendørs "her og nu"-problem, men det er efterhånden blevet globalt med en tidshorisont på mange hundrede år. Herved kobles de enkelte fænomener til hinanden, og sammenhængen mellem kædens enkelte led bliver mere og mere kompliceret, også fordi mange forureningsfænomener vekselvirker med hinanden. Samtidig bliver relationerne mellem den enkeltes handlinger og de sluttelige virkninger svagere. Herved får det hele en politisk overbygning, der kræver lovgivning.

Hovedårsagen til menneskeskabt luftforurening er anvendelsen af fossilt brændsel, dvs. kul, olie og gas, som energikilde. De såkaldte primære forurenende stoffer kan opstå på forskellige måder: ved fuldstændig forbrænding, der giver kuldioxid; pga. urenheder eller additiver i brændslerne (fx svovl i brændselsolie eller kul og bly i benzin); under forbrændingsprocessen, som kan være ufuldstændig eller føre til dannelse af nye forbindelser (fx kulilte, kvælstofoxider og organiske forbindelser). Andre kilder er affaldsforbrænding, der i Danmark er koblet til fjernvarme (bl.a. kilde til dioxiner), industrielle processer (bl.a. kilde til en række organiske forbindelser) og landbrug (hovedkilden til ammoniak, methan og lattergas).

Efter at være blevet udsendt i atmosfæren vil de forurenende stoffer følge luftens bevægelser. Levetiden i atmosfæren varierer fra sekunder til århundreder og er bestemmende for, hvor langt forureningen kan spredes. Med en vindhastighed på 5 m/s kan stoffer som svovl- og kvælstofoxider, der har middellevetider af størrelsesordenen dage, spredes over områder som hele Europa. Opblandingen i atmosfæren afhænger endvidere af luftens såkaldte stabilitet, der er bestemt af temperaturens variation med højden. Normalt falder temperaturen med højden, men hvis den stiger (såkaldt inversion), forhindres lodret opblanding. Hvis der samtidig er ringe vind, kan der opbygges høje forureningsniveauer nær kilderne. Samtidig med spredningen kan stofferne reagere indbyrdes og dermed give anledning til såkaldte sekundære forureninger.

Luftforurening begyndte indendørs, først i klippehuler og senere i bygninger med åbne ildsteder og aftræk i taget. Med opfindelsen af kaminer og skorstene sendte man forureningen udendørs. Lokale effekter af luftforurening er lige så gamle som civilisationen, og historieskrivning og litteratur vrimler med hentydninger til den dårlige luft i byerne. Lugt har altid været det mest åbenlyse problem, og det var da også fortrinsvis stanken fra latriner, åbne kloakker og primitiv industri, man klagede over. Alligevel skyldtes luftforureningen nok så meget rumopvarmning og opvarmning i forbindelse med industri, fx smelteovne.

Med kendskab til datidens brændselsforbrug kan man anslå forureningsudslippene og beregne forureningsniveauerne. Omkring 1850 må forureningen med svovldioxid i København have været omkring ti gange højere, end den er i dag. Det samme gælder forureningen med kulbrinter; i den henseende var datidens brændefyr værre end nutidens biler. Kvælstofoxider, der fortrinsvis dannes ved høj forbrændingstemperatur, kan derimod ikke have været noget større problem.

Svovlforureningen er nu i mange af den industrialiserede verdens storbyer, bl.a. København, stort set bragt under kontrol ved anvendelse af renere brændsler, bedre fyringsteknologi og fjernvarme med høje skorstene. Man kan stadig se dens eftervirkninger i form af materialenedbrydning, fx nedbrudte sandstensornamenter på gamle bygninger.

Samtidig med at luftforureningen fra lokale fyringsanlæg er kommet under kontrol, er bidraget fra trafikken taget til. Det er først og fremmest kulilte og kulbrinter, som skyldes ufuldstændig forbrænding, og kvælstofoxider, som dannes ved oxidation af forbrændingsluftens kvælstof. Forureningen med bly, der altovervejende skyldtes blyadditiver i benzin, er derimod stort set forsvundet, og forureningsniveauerne i København er nu langt under de anbefalede grænseværdier.

Det største sundhedsproblem i dag synes at være flygtige organiske forbindelser. Man kan med rimelighed regne med, at det generelle forureningsniveau vil falde med den løbende udskiftning til biler med katalysator, men forureningen med mange stoffer, fx benzen, har vist sig at være for høj. Et ligeledes alvorligt problem udgøres af partikler (aerosoler), der for en stor del skyldes dieselbiler.

Politikken med de høje skorstene, som blev fulgt i 1970'erne, skulle vise sig at være en kortfristet løsning. Stofferne forsvinder ikke, fordi de bliver spredt, og mange kan nå flere tusinde kilometer væk, før de bliver afsat. Resultatet blev den regionale svovl- og kvælstofforurening, som har medvirket til forsuring og skovdød i Europa og USA.

Hvis man skal studere fænomenerne og tilrettelægge en rationel forureningsbekæmpelse, må man se på større områder under ét. I Europa sker det bl.a. i det såkaldte Europæiske Moniterings- og Evaluerings Program (EMEP). Foruden et omfattende målenetværk benytter man her i vid udstrækning modelberegninger og kan følgelig også vurdere, hvordan forureningen har været i gamle dage.

Virkningen af en given forurening afhænger ikke alene af forureningsniveauet, men også af det belastede områdes følsomhed. Man opererer med en såkaldt kritisk belastning, der udtrykker, hvor meget et naturområde kan tåle gennem længere tid uden at lide varig skade. Med modelberegninger har man fx vist, at følsomme områder i Sydsverige var overbelastede med svovlforurening allerede i slutningen af 1800-t. Efter et maksimum omkring 1970 er situationen væsentligt forbedret gennem internationale aftaler om udslipsreduktioner, men der er stadig områder i Centraleuropa, hvor svovl- og kvælstofbelastningen er mange gange for høj.

Normalt opfattes luftforurening som et landfænomen, men i Skandinavien ender en stor del af forureningen på havområder og er her ansvarlig for en væsentlig del af den totale kvælstofbelastning af de indre farvande (se også kvælstofkredsløb). Den giver derfor også et væsentligt bidrag til den overgødskning, eutrofiering, der kan føre til iltsvind og fiskedød. Dette problem løses følgelig ikke bare ved at rense spildevand og reducere landbrugets forbrug af gødning.

En del stoffer er ikke alene problematiske i sig selv, men giver også anledning til dannelse af sekundære forureninger, først og fremmest ozon. Denne fotokemiske luftforurening dannes, når kvælstofoxider og kulbrinter, der i høj grad skyldes biltrafik, reagerer under påvirkning af sollys. Den fotokemiske luftforurening blev først observeret i Los Angeles i midten af 1940'erne og har senere vist sig i Europa, hvor niveauerne nu er næsten fordoblet siden 2. Verdenskrig. I Nordeuropa synes der i det væsentlige at være tale om et storskalafænomen, hvor ozon dannet i Midteuropa med vinden føres op til vore breddegrader. Her vil en væsentlig del nedbrydes af kvælstofmonoxid fra biludstødning. Man ser derfor det tilsyneladende paradoksale fænomen, at ozonniveauerne generelt er lavere i danske byer end ude på landet. Det betyder, at direkte sundhedsskader som følge af ozon ikke er det store problem.

Sideløbende med at der kom for meget ozon i lav højde, begyndte ozon at give problemer af en helt anden art og i meget større skala. I stratosfæren i omkring 20 km højde ligger det såkaldte ozonlag, der dels beskytter Jordens liv mod for megen ultraviolet stråling, dels virker stabiliserende på vejrsystemerne. Nogle stoffer har så lang levetid, at de kan nå at blive blandet helt op i stratosfæren; det gælder bl.a. CFC-gasser, der netop pga. deres store kemiske stabilitet har fået en række industrielle anvendelser. Under den intense UV-stråling i stratosfæren nedbrydes de imidlertid og danner bl.a. reaktive klorforbindelser, der angriber ozon. Fænomenet blev først observeret over Sydpolen, men optræder også på den nordlige halvkugle.

Ozonnedbrydningen er et relativt enkelt problem: Effekterne er allerede blevet observeret og påvirker hele Jorden negativt, man ved, hvad årsagen er, der er tekniske løsninger i form af mere eller mindre velegnede erstatningsstoffer, og man er langt i det internationale arbejde med udslipsbegrænsninger (se Montrealprotokollen). Uheldigvis er der dog allerede sluppet så meget CFC ud, at det i bedste fald vil vare til efter år 2050, før forureningen er faldet til under det kritiske niveau.

Den forøgede drivhuseffekt og den deraf følgende risiko for globale klimaændringer er en langt mere kompliceret sag. Problemet er, at en række menneskelige aktiviteter medfører udsendelse af stoffer, som umiddelbart synes ret harmløse, men som efterhånden optræder i så store mængder, at det forrykker Jordens varmebalance. Hovedsynderen er kuldioxid fra forbrænding af fossile brændsler ved energiproduktion, men også fx methan og lattergas, der bl.a. er knyttet til fødevareproduktion, er væsentlige drivhusgasser. Det frygtes, at hvis udviklingen fortsætter, vil Jorden i gennemsnit være blevet et par grader varmere, og vandstanden i havene steget ca. ¹/₂ m inden år 2100. Det vil selvsagt kunne påvirke både natur og menneskeliv, men ikke nødvendigvis i enhver henseende negativt. Hele problematikken er dog behæftet med en række usikkerhedsmomenter.

Klimaberegningerne er endnu ikke tilstrækkelig udviklet til at give den tidsmæssige og geografiske opløsning, som er nødvendig, hvis man mere detaljeret skal vurdere effekter. Hertil kommer de komplikationer, der fx opstår, når aerosoler (både menneskeskabte og naturlige) skal medregnes. Sammenhængen mellem de store havstrømme og klimaet er heller ikke fuldt forstået. Hvis der fx udløses en ændring af Golfstrømmen, kan det meget vel blive koldere i Danmark i en verden, der generelt bliver varmere.

Der er ligeledes usikkerhed om selve grundlaget for fremskrivningerne. Udslippet af drivhusgasser afhænger af den teknologiske udvikling, og sammenhængene mellem udslip og luftkoncentrationer er ikke fuldt forstået. Koncentrationen af kuldioxid vokser således langsommere, end man umiddelbart skulle tro; tilsyneladende sker der en forøget skovvækst i tempererede områder (muligvis som følge af en gødningseffekt), der binder kuldioxid.

Bag det hele lurer spørgsmålet om den globale befolkningstilvækst. Usikkerheden om, hvor mange munde der skal mættes, er mindst lige så vigtig som usikkerheden om fremtidens fødevareproduktion.

Det er indiskutabelt, at det globale udslip af drivhusgasser skal begrænses. Men hvordan og hvor meget og hvornår er trods en række internationale møder og konventioner (se Klimakonventionen) stadig et kontroversielt politisk spørgsmål.

Om CO ₂ -udslip gennem tiden hos klimadebat.dk

I Danmark er brændselsforbruget pr. person steget med mere end fem gange siden omkring år 1900. Da befolkningstallet samtidig er steget, er det samlede energiforbrug blevet mere end ti gange større. Og det til trods for, at den anvendte teknik er blevet mere effektiv både i produktions- og forbrugsleddet, således at man får mere ud af det anvendte brændsel. Globalt set har udviklingen i det samlede forbrug været nogenlunde som i Danmark, men med store forskelle mellem de enkelte lande. I de senere år er den kraftigste vækst sket i udviklingslandene.

Resultatet er en række miljøproblemer, som har relation til luftforurening, og hvor den geografiske og tidsmæssige skala er vokset. Samtidig er relationerne mellem årsager og virkninger blevet mere komplicerede. Det skyldes i høj grad, at mange stoffer har flere forskellige direkte, indirekte og vekselvirkende effekter. For blot at nævne tre af de globale: 1) CFC-gasser nedbryder ozonlaget, men nedbrydningen modvirker drivhuseffekten. 2) En stigning i atmosfærens indhold af kuldioxid vil kunne ændre Jordens klima, men den vil også betyde en forøgelse af planternes fotosyntese og derfor forøget landbrugs- og skovbrugsudbytte. Samtidig med at planterne binder mere kuldioxid, kan der ske en opbremsning af klimaændringerne. 3) Svovlforurening medfører dannelse af sulfatpartikler, der spreder sollys og dermed lokalt modvirker drivhuseffekten. En reduktion af svovludslippene for at forhindre forsuring kan derfor betyde hurtigere klimaændringer.

Udeluftens indhold af luftforurenende stoffer er aldrig konstant med tiden. Den primære årsag er, at udslippene (emission) er afhængige af menneskelige aktiviteter og således kan ændres med årstiden, ugedagen og tiden på døgnet. Hertil kommer, at spredningen varierer med vindens styrke og retning og med atmosfærens stabilitet. Endelig kan nedbør påvirke den hastighed, hvormed forureningen igen fjernes fra atmosfæren.

Luftforurening med et givet stof udtrykkes enten som en middelværdi over et længere tidsrum (midlingstiden, fx et år) eller som en række kortvarige værdier, fx for hver time. I sidste tilfælde kan man beregne såkaldte fraktiler, der udtrykker, hvor mange enkeltmålinger der ligger over en given værdi. En grænseværdi kan derfor udtrykkes som (med kvælstofdioxid som eksempel), at højst 2 % af 1-times-målinger (98 %-fraktilen) må ligge over 200 μg/m³.

Hvilken form grænseværdien har, afhænger af de virkninger, man vil beskytte sig imod. Langtidsvirkninger (fx kræft) er bestemt af middelværdier over lang tid, mens akutte virkninger (fx åndedrætsbesvær) kan være betinget af kortvarige spidsværdier. For nogle stoffer er der derfor flere grænseværdier.

Den anvendte måleteknik afhænger dels af, hvilke stoffer der er tale om, dels af den krævede tidsmæssige opløsning. Middelværdier over lange tidsrum kan findes ved at opsamle luftforureningen i beholdere eller på filtre, der derefter analyseres i laboratoriet, fx vha. kromatografi, atomabsorption eller protoninduceret røntgen-fluorescens (PIXE). Man kan også i visse tilfælde benytte biologiske systemer; fx kan udbredelsen af laver give et indtryk af den herskende forurening med svovldioxid. Korte midlingstider kræver registrerende instrumenter, hvor man fx løbende lader luftprøver reagere med andre stoffer og måler en resulterende lysudsendelse. Det er også muligt at benytte instrumenter, hvor en lysstråle sendes over en længere strækning (op til flere km), hvorefter man bestemmer luftens indhold af forurening ved at måle absorptionen af lys ved karakteristiske bølgelængder (remote sensing).

Ilde lugt er en hyppig gene ved luftforurening. Normalt er der tale om en kompliceret blanding af mange stoffer i så små koncentrationer, at en egentlig kvantitativ analyse ikke er praktisk gennemførlig. Man kan her udsætte et panel af forsøgspersoner for luftprøver i forskellige fortyndinger og sammenholde panelets reaktion med reaktionen på en række referencestoffer i kendte koncentrationer.

Luftkvalitet er et udtryk for graden af luftforurening. Den administrative regulering sker vha. grænseværdier eller standarder, der udtrykker lovmæssige krav til de maksimalt tilladelige niveauer. Danmark og EU har bindende grænseværdier for svævestøv (aerosoler), svovldioxid og kvælstofdioxid. I tilfælde af forhøjede forureningsniveauer skal befolkningen informeres efter nærmere angivne regler (smogvarsling). WHO har udarbejdet såkaldte vejledende grænseværdier (air quality guidelines); de er generelt strengere end de lovmæssigt gældende.

Læs også om de medicinske aspekter.