
The atmosphere is a sphere of different gases around the earth. Its components are divided into major, minor and trace components. Major: nitrogen (78.00%) and oxygen (21.01%). Minor: argon (0.93%) and carbon dioxide (0.04%). Trace: methane, hydrogen, neon, helium, krypton and xenon.
The atmosphere has four distinct layers, determined by the change in temperature with increasing altitude:
i) Troposphere — the lowest region, extending up to 12 km. It includes all the major gases (nitrogen, oxygen, carbon dioxide, etc.). Temperature decreases from 17 °C to −58 °C regularly. It is the densest layer, and the layer in which major events such as rain, lightning and hurricanes occur.
ii) Stratosphere — above the troposphere, at a distance of 12–50 km above the earth's surface. Temperature increases from −58 °C to −2 °C. It is divided into three regions according to the distribution of ultraviolet radiations from the Sun. In the upper layer, ozone absorbs high-energy ultraviolet radiations and breaks down into monoatomic oxygen and diatomic oxygen:
O3(g) —hν→ O2(g) + O•(g)
The middle stratosphere has less ultraviolet radiation passing through it. Here, monoatomic oxygen and diatomic oxygen recombine to form ozone, which is an exothermic reaction, due to which the ozone layer forms:
O2(g) + O•(g) → O3(g)
The lower stratosphere receives very low ultraviolet radiations, so monoatomic oxygen is not found here and ozone is not formed here.
iii) Mesosphere — extends to about 50–80 km from the ground. Temperature decreases with altitude from −2 °C to −93 °C. The coldest region of the atmosphere is located in this layer.
iv) Thermosphere — extends from 80 km to 600 km above the earth's surface. Temperature increases as altitude increases, because of the absorption of energetic ultraviolet (UV) and X-rays. Temperature in the upper thermosphere can range from 500 °C to 2000 °C or higher.
کرہ ہوائی زمین کے گرد مختلف گیسوں کا ایک کرہ ہے۔ اس کے اجزا کو بڑے، چھوٹے اور معمولی (trace) اجزا میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ بڑے اجزا: نائٹروجن (78.00%) اور آکسیجن (21.01%)۔ چھوٹے اجزا: آرگان (0.93%) اور کاربن ڈائی آکسائیڈ (0.04%)۔ معمولی اجزا: میتھین، ہائیڈروجن، نیون، ہیلیم، کرپٹون اور زینون۔
کرہ ہوائی کی چار واضح تہیں ہیں، جن کا تعین بلندی کے ساتھ درجہ حرارت کی تبدیلی سے ہوتا ہے:
۱) ٹروپوسفیئر — سب سے نچلی تہہ، جو 12 کلومیٹر تک پھیلی ہے۔ اس میں تمام بڑی گیسیں (نائٹروجن، آکسیجن، کاربن ڈائی آکسائیڈ وغیرہ) شامل ہیں۔ درجہ حرارت 17 °C سے −58 °C تک باقاعدگی سے کم ہوتا ہے۔ یہ سب سے کثیف تہہ ہے، اور اسی میں بارش، بجلی اور طوفان جیسے بڑے واقعات ہوتے ہیں۔
۲) اسٹریٹوسفیئر — ٹروپوسفیئر کے اوپر، زمین کی سطح سے 12 تا 50 کلومیٹر کی بلندی پر۔ درجہ حرارت −58 °C سے −2 °C تک بڑھتا ہے۔ سورج کی الٹرا وائلٹ شعاعوں کی تقسیم کے لحاظ سے یہ تین حصوں میں تقسیم ہے۔ اوپری تہہ میں اوزون زیادہ توانائی والی الٹرا وائلٹ شعاعیں جذب کر کے یک ایٹمی آکسیجن اور دو ایٹمی آکسیجن میں ٹوٹ جاتی ہے:
O3(g) —hν→ O2(g) + O•(g)
درمیانی اسٹریٹوسفیئر میں کم الٹرا وائلٹ شعاعیں گزرتی ہیں۔ یہاں یک ایٹمی آکسیجن اور دو ایٹمی آکسیجن مل کر اوزون بناتے ہیں، یہ ایک ایگزوتھرمک تعامل ہے، جس سے اوزون کی تہہ بنتی ہے:
O2(g) + O•(g) → O3(g)
نچلے اسٹریٹوسفیئر میں بہت کم الٹرا وائلٹ شعاعیں پہنچتی ہیں، اس لیے یہاں یک ایٹمی آکسیجن نہیں ملتی اور اوزون نہیں بنتی۔
۳) میزوسفیئر — زمین سے تقریباً 50 تا 80 کلومیٹر تک پھیلی ہے۔ درجہ حرارت بلندی کے ساتھ −2 °C سے −93 °C تک کم ہوتا ہے۔ کرہ ہوائی کا سرد ترین علاقہ اسی تہہ میں ہے۔
۴) تھرموسفیئر — زمین کی سطح سے 80 تا 600 کلومیٹر تک پھیلی ہے۔ بلندی کے ساتھ درجہ حرارت بڑھتا ہے، کیونکہ یہاں توانائی بخش الٹرا وائلٹ (UV) اور ایکس شعاعیں جذب ہوتی ہیں۔ اوپری تھرموسفیئر میں درجہ حرارت 500 °C سے 2000 °C یا اس سے زیادہ ہو سکتا ہے۔
Layers samjho: نیچے سے اوپر — troposphere (mausam, 0–12 km), stratosphere (ozone layer, 12–50 km), mesosphere (سب سے سرد, 50–80 km), thermosphere (سب سے گرم, 80–600 km). Temperature کا up-down ہی layers کی پہچان ہے.
Pollutants are substances (gases, liquids and solids) that are harmful to the environment. Air pollutants are classified as primary and secondary. Primary pollutants are substances directly produced or emitted, such as ash from a volcanic eruption or carbon monoxide gas from a motor vehicle exhaust. Secondary pollutants are formed due to chemical reactions of primary pollutants — ground-level ozone and photochemical smog are the classic examples (see sec 9).
The most important pollutants are: 1. Oxides of Carbon (CO and CO2); 2. Oxides of Nitrogen (NO and NO2), collectively known as NOx; 3. Oxides of Sulphur (SO2 and SO3), collectively known as SOx; 4. Hydrocarbons (Methane, Ethane); 5. Low-altitude Ozone (O3); 6. Chlorofluorocarbons (CFCs); 7. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs); 8. Persistent Organic Pollutants (POPs); 9. Volatile Organic Compounds (VOCs); 10. Particulate Matter (PM); 11. Heavy Metals (Pb, Hg and Cd).
📌 Quick Check 14.1 (answered from this chapter): (a) The important air pollutants are the 11 listed above. (b) Ozone formation and depletion in the stratosphere: O3 —hν→ O2 + O• (breakdown by UV), and O2 + O• → O3 (exothermic re-formation) — see sec 1. (c) The layers and their approximate heights are: troposphere 0–12 km, stratosphere 12–50 km, mesosphere 50–80 km, thermosphere 80–600 km.
آلودگیاں وہ مادے (گیسیں، مائعات اور ٹھوس) ہیں جو ماحول کے لیے نقصان دہ ہوتے ہیں۔ فضائی آلودگیوں کو بنیادی اور ثانوی میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ بنیادی آلودگیاں وہ مادے ہیں جو براہ راست پیدا یا خارج ہوتے ہیں، جیسے آتش فشاں کے پھٹنے سے راکھ یا موٹر گاڑی کے دھوئیں سے کاربن مونو آکسائیڈ گیس۔ ثانوی آلودگیاں بنیادی آلودگیوں کے کیمیائی تعاملات سے بنتی ہیں — زمینی سطح کی اوزون اور فوٹو کیمیکل سموگ اس کی کلاسیکی مثالیں ہیں (سیکشن ۹ دیکھیں)۔
اہم ترین آلودگیاں یہ ہیں: ۱۔ کاربن کے آکسائیڈ (CO اور CO2)؛ ۲۔ نائٹروجن کے آکسائیڈ (NO اور NO2)، مجموعی طور پر NOx؛ ۳۔ سلفر کے آکسائیڈ (SO2 اور SO3)، مجموعی طور پر SOx؛ ۴۔ ہائیڈرو کاربن (میتھین، ایتھین)؛ ۵۔ نچلی بلندی کی اوزون (O3)؛ ۶۔ کلورو فلورو کاربن (CFCs)؛ ۷۔ پولی سائکلک ایرومیٹک ہائیڈرو کاربن (PAHs)؛ ۸۔ مستقل نامیاتی آلودگیاں (POPs)؛ ۹۔ غیر مستحکم نامیاتی مرکبات (VOCs)؛ ۱۰۔ ذراتی مادہ (PM)؛ ۱۱۔ بھاری دھاتیں (Pb, Hg اور Cd)۔
📌 کوئک چیک ۱۴.۱ (اس باب سے جواب): (الف) اہم فضائی آلودگیاں اوپر دی گئی ۱۱ ہیں۔ (ب) اسٹریٹوسفیئر میں اوزون کی تشکیل و کمی: O3 —hν→ O2 + O• (UV سے ٹوٹنا)، اور O2 + O• → O3 (ایگزوتھرمک دوبارہ تشکیل) — سیکشن ۱ دیکھیں۔ (ج) تہوں کے نام اور تقریبی بلندیاں: ٹروپوسفیئر 0–12 کلومیٹر، اسٹریٹوسفیئر 12–50 کلومیٹر، میزوسفیئر 50–80 کلومیٹر، تھرموسفیئر 80–600 کلومیٹر۔
Primary vs secondary samjho: primary سیدھا source سے نکلتا ہے (جیسے گاڑی کا CO), secondary بعد میں ہوا میں reaction سے بنتا ہے (جیسے ozone اور smog) — اس فرق پر MCQ ضرور آتا ہے.
There are broadly two main sources of air pollution.
14.3.1 Natural sources. Naturally occurring particulate matter (PM) includes dust from the earth's surface, and biological materials in the form of pollens, spores and animal debris. Volcanic eruptions can introduce very large quantities of gases and particulate matter (PM) into the atmosphere. Thunderbolts produce significant quantities of oxides of nitrogen (NOx). Other natural sources are algae on the surface of the oceans, which gives out hydrogen sulphide (H2S), wind erosion which introduces PM, and humid zones such as swamps, peat-bogs or little deep lakes, which produce methane (CH4).
14.3.2 Human-made sources. Such sources can be classified as either mobile (cars, trucks, air planes, marine engines) or point sources (factories, electric power plants etc.). The combustion of fossil fuels (coal, fuel oils, and natural gas) in vehicle engines, factories and power plants produces carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (CH4). The burning of wood as a domestic fuel and coal in brick kilns are also sources of air pollutants.
فضائی آلودگی کے وسیع طور پر دو بڑے ذرائع ہیں۔
۱۴.۳.۱ قدرتی ذرائع۔ قدرتی طور پر پائے جانے والے ذراتی مادے (PM) میں زمین کی سطح کی دھول اور حیاتیاتی مواد جیسے پولن، اسپورز اور جانوروں کی باقیات شامل ہیں۔ آتش فشاں کے پھٹنے سے کرہ ہوائی میں بہت بڑی مقدار میں گیسیں اور ذراتی مادہ (PM) داخل ہو سکتا ہے۔ آسمانی بجلی نائٹروجن کے آکسائیڈ (NOx) کی خاصی مقدار پیدا کرتی ہے۔ دیگر قدرتی ذرائع میں سمندروں کی سطح پر کائی شامل ہے جو ہائیڈروجن سلفائیڈ (H2S) خارج کرتی ہے، ہوا سے کٹاؤ جو PM داخل کرتا ہے، اور مرطوب علاقے جیسے دلدلیں، پیٹ بوگز یا کم گہری جھیلیں جو میتھین (CH4) پیدا کرتی ہیں۔
۱۴.۳.۲ انسانی ذرائع۔ ایسے ذرائع کو یا تو متحرک (کاریں، ٹرک، ہوائی جہاز، بحری انجن) یا مخصوص مقامی ذرائع (فیکٹریاں، بجلی گھر وغیرہ) میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ گاڑیوں کے انجنوں، فیکٹریوں اور بجلی گھروں میں فوسل فیولز (کوئلہ، فیول آئل اور قدرتی گیس) کے جلنے سے کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO2)، کاربن مونو آکسائیڈ (CO) اور ہائیڈرو کاربن (CH4) پیدا ہوتے ہیں۔ گھریلو ایندھن کے طور پر لکڑی کا جلنا اور اینٹوں کے بھٹوں میں کوئلہ بھی فضائی آلودگیوں کے ذرائع ہیں۔
Sources samjho: natural میں volcano, بجلی, daldal اور سمندری کئی; human-made میں mobile (gaari, jahaz) اور point (factory, power plant) — brick kiln اور لکڑی کا جلنا بھی human-made میں آتا ہے.
14.4.1 Oxides of carbon. There are two oxides of carbon: carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2).
Carbon monoxide (CO) is produced mainly due to incomplete combustion of fossil fuels:
2C(s) + O2(g) → 2CO(g)
📌 Did You Know? (book's side note): Carbon monoxide is a highly poisonous gas and causes suffocation if inhaled. It binds blood haemoglobin more strongly than oxygen, thus excluding oxygen from normal respiration. The CO poisoning can be reversed by giving high pressure oxygen.
Carbon dioxide (CO2) is the key greenhouse gas emitted by human activities like combustion of fossil fuels. It is a primary greenhouse gas that traps heat in the atmosphere, leading to global warming:
C(s) + O2(g) → CO2(g)
14.4.2 Oxides of nitrogen (NOx). The gases nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO2) are represented by NOx. These are generally produced from burning fossil fuels. NOx are produced as a result of the following chemical reactions:
N2(g) + O2(g) —high T→ 2NO(g) (Nitric oxide)
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) (Nitrogen dioxide)
Natural sources of NOx include microbial processes in soil and oceans where bacteria break down nitrogen compounds. Human activities include agricultural activities (synthetic fertilizers) and industrial processes (combustion of fossil fuels). NOx depletes the ozone layer. The increased levels of NOx contribute to climate change and can also affect air quality.
۱۴.۴.۱ کاربن کے آکسائیڈ۔ کاربن کے دو آکسائیڈ ہیں: کاربن مونو آکسائیڈ (CO) اور کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO2)۔
کاربن مونو آکسائیڈ (CO) بنیادی طور پر فوسل فیولز کے نامکمل جلنے سے پیدا ہوتی ہے:
2C(s) + O2(g) → 2CO(g)
📌 کیا آپ جانتے ہیں؟ (کتاب کا سائیڈ نوٹ): کاربن مونو آکسائیڈ ایک انتہائی زہریلی گیس ہے اور سانس کے ذریعے اندر جانے پر دم گھٹنے کا سبب بنتی ہے۔ یہ خون کے ہیموگلوبن سے آکسیجن سے زیادہ مضبوطی سے جڑتی ہے، اس طرح آکسیجن کو معمول کی سانس سے خارج کر دیتی ہے۔ CO کی زہر آلودگی کو زیادہ دباؤ والی آکسیجن دے کر ختم کیا جا سکتا ہے۔
کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO2) انسانی سرگرمیوں جیسے فوسل فیولز کے جلنے سے خارج ہونے والی اہم گرین ہاؤس گیس ہے۔ یہ ایک بنیادی گرین ہاؤس گیس ہے جو کرہ ہوائی میں حرارت کو روک لیتی ہے، جس سے عالمی حدت (global warming) ہوتی ہے:
C(s) + O2(g) → CO2(g)
۱۴.۴.۲ نائٹروجن کے آکسائیڈ (NOx)۔ نائٹرک آکسائیڈ (NO) اور نائٹروجن ڈائی آکسائیڈ (NO2) گیسوں کو NOx سے ظاہر کیا جاتا ہے۔ یہ عام طور پر فوسل فیولز کے جلنے سے پیدا ہوتی ہیں۔ NOx درج ذیل کیمیائی تعاملات کے نتیجے میں بنتے ہیں:
N2(g) + O2(g) —high T→ 2NO(g) (نائٹرک آکسائیڈ)
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) (نائٹروجن ڈائی آکسائیڈ)
NOx کے قدرتی ذرائع میں مٹی اور سمندروں میں جراثیمی عمل شامل ہیں جہاں بیکٹیریا نائٹروجن مرکبات کو توڑتے ہیں۔ انسانی سرگرمیوں میں زرعی سرگرمیاں (مصنوعی کھادیں) اور صنعتی عمل (فوسل فیولز کا جلنا) شامل ہیں۔ NOx اوزون کی تہہ کو ختم کرتا ہے۔ NOx کی بڑھتی ہوئی سطح موسمیاتی تبدیلی میں حصہ ڈالتی ہے اور ہوا کے معیار کو بھی متاثر کر سکتی ہے۔
CO / CO₂ / NOx samjho: نہ-مکمل جلنا CO دیتا ہے (زہریلا, haemoglobin سے چپکتا ہے), مکمل جلنا CO₂ (greenhouse gas), اور engine کی زیادہ گرمی ہوا کے N₂ + O₂ سے NOx بنا دیتی ہے.
14.4.3 Oxides of sulphur (SOx). There are two oxides of sulphur: sulphur dioxide (SO2) and sulphur trioxide (SO3), which are collectively called SOx. These gases are emitted primarily by burning coal and oil. When SOx combine with water vapour, they cause acid rain that damages the ecosystem. SO2 is the major source of acid deposition in the air.
14.4.4 Hydrocarbons. Hydrocarbons are produced naturally in various environmental processes like vegetation, wildfire, volcanoes, and seeps. Anthropogenic (human-caused) activities like incomplete burning of fossil fuels, oil spills, industrial and vehicular emissions are sources of hydrocarbons. Automobiles are the major source of hydrocarbon emission. Methane is the most common hydrocarbon and air pollutant.
14.4.5 Low-altitude ozone (O3). Ozone is a powerful oxidizing agent. It is non-toxic in small concentrations, but above 100 parts per million (ppm), it is toxic. It is harmful to humans, plants and other materials, i.e. rubber, fabric dyes, and affects them adversely. Note the contrast: ozone high in the stratosphere protects us (sec 1), while ozone at low altitude is itself a pollutant.
۱۴.۴.۳ سلفر کے آکسائیڈ (SOx)۔ سلفر کے دو آکسائیڈ ہیں: سلفر ڈائی آکسائیڈ (SO2) اور سلفر ٹرائی آکسائیڈ (SO3)، جنہیں مجموعی طور پر SOx کہا جاتا ہے۔ یہ گیسیں بنیادی طور پر کوئلہ اور تیل کے جلنے سے خارج ہوتی ہیں۔ جب SOx پانی کے بخارات سے ملتے ہیں تو تیزابی بارش کا سبب بنتے ہیں جو ماحولیاتی نظام کو نقصان پہنچاتی ہے۔ SO2 ہوا میں تیزابی ترسیب (acid deposition) کا بڑا ذریعہ ہے۔
۱۴.۴.۴ ہائیڈرو کاربن۔ ہائیڈرو کاربن قدرتی طور پر مختلف ماحولیاتی عملوں جیسے نباتات، جنگل کی آگ، آتش فشاں اور رساؤ سے پیدا ہوتے ہیں۔ انسانی سرگرمیاں جیسے فوسل فیولز کا نامکمل جلنا، تیل کا رساؤ، صنعتی اور گاڑیوں کا اخراج ہائیڈرو کاربن کے ذرائع ہیں۔ گاڑیاں ہائیڈرو کاربن کے اخراج کا بڑا ذریعہ ہیں۔ میتھین سب سے عام ہائیڈرو کاربن اور فضائی آلودگی ہے۔
۱۴.۴.۵ نچلی بلندی کی اوزون (O3)۔ اوزون ایک طاقتور آکسیڈائزنگ ایجنٹ ہے۔ یہ کم مقدار میں غیر زہریلی ہے، لیکن 100 حصے فی ملین (ppm) سے زیادہ ہونے پر زہریلی ہے۔ یہ انسانوں، پودوں اور دیگر مواد جیسے ربڑ، کپڑوں کے رنگوں کے لیے نقصان دہ ہے اور ان پر برا اثر ڈالتی ہے۔ فرق یاد رکھیں: اسٹریٹوسفیئر میں اونچی اوزون ہماری حفاظت کرتی ہے (سیکشن ۱)، جبکہ نچلی بلندی کی اوزون خود ایک آلودگی ہے۔
SOx aur ozone samjho: koila/تیل سے SOx نکلتا ہے جو پانی کے بخارات سے مل کر acid rain بناتا ہے; نیچے والی ozone اوپر والی ozone جیسی مفید نہیں — 100 ppm سے اوپر یہ زہریلی ہے.
14.4.6 Chlorofluorocarbons (CFCs). The decrease in the concentration of ozone in the stratosphere is called depletion of ozone. This depleting of ozone has been caused by certain organic compounds called chlorofluorocarbons (CFCs). These compounds exist as gases or low boiling liquids at room temperature and are used as aerosols or refrigerants. CFCs are known to diffuse into the stratosphere where they are broken down by UV radiation, creating a chlorine free radical (Cl•) — the book writes "chloride free radical", which is read here as the chlorine radical. The chlorine free radical breaks down the ozone molecule as shown in the following reactions:
CFCl3 —UV→ CFCl2 + Cl•
Cl• + O3 → ClO• + O2
ClO• + O → Cl• + O2
The formation of another chlorine free radical in the last step means it can further break down another molecule of O3. The 2nd and the 3rd steps are repeated many times — one radical destroys many ozone molecules in a chain.
📌 Interesting Information (book's side note): Chlorofluorocarbons are used as propellants for aerosols and as coolant in refrigerators and air conditioners. CFCs are 100,000 times more effective than CO2 at preventing heat from escaping from the earth's atmosphere. The decomposition of one molecule of CFCs can destroy up to 100,000 molecules of ozone.
14.4.7 Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). PAHs, composed of fused multiple aromatic rings, are common environmental pollutants. Naphthalene, anthracene and phenanthrene are examples of PAHs. They are generated primarily during the incomplete combustion of fossil fuels (coal, oil, petrol, and wood), vehicle emissions, industrial processes and even grilled foods. Some PAHs in the environment originate from natural sources such as open burning, natural loss or seepage of petroleum and coal deposits. Naphthalene, anthracene and phenanthrene are examples of PAHs. They have potential toxicity and carcinogenic properties.
14.4.8 Persistent organic pollutants (POPs). These are organic compounds that are resistant to degradation through chemical, biological and photolytic processes. These are toxic and adversely affect human health and the environment, and are traveled by wind and water. Most POPs generated in one country can affect people and wildlife far from where they are used and released. Owing to their persistence, they accumulate in the environment and can have significant adverse effects on human health. Some POPs are given in Table 14.1: Polychlorinated Biphenyls (PCBs) — used in electrical equipment, surface coating ink, adhesives and paints; Dichlorodiphenyl tri-chloroethane (DDT) — used as an insecticide in agriculture.
۱۴.۴.۶ کلورو فلورو کاربن (CFCs)۔ اسٹریٹوسفیئر میں اوزون کی مقدار میں کمی کو اوزون کی کمی (depletion) کہا جاتا ہے۔ اوزون کی یہ کمی بعض نامیاتی مرکبات کی وجہ سے ہوئی ہے جنہیں کلورو فلورو کاربن (CFCs) کہا جاتا ہے۔ یہ مرکبات کمرے کے درجہ حرارت پر گیسوں یا کم نقطہ ابال والے مائعات کی صورت میں ہوتے ہیں اور ایروسولز یا ریفریجرینٹس کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ CFCs اسٹریٹوسفیئر میں پھیل جاتے ہیں جہاں UV شعاعوں سے ٹوٹ کر کلورین فری ریڈیکل (Cl•) بناتے ہیں — کتاب میں "chloride free radical" لکھا ہے، جسے یہاں کلورین ریڈیکل سمجھا گیا ہے۔ کلورین فری ریڈیکل اوزون کے مالیکیول کو درج ذیل تعاملات سے توڑتا ہے:
CFCl3 —UV→ CFCl2 + Cl•
Cl• + O3 → ClO• + O2
ClO• + O → Cl• + O2
آخری مرحلے میں ایک اور کلورین فری ریڈیکل بننے کا مطلب ہے کہ یہ O3 کے ایک اور مالیکیول کو مزید توڑ سکتا ہے۔ دوسرا اور تیسرا مرحلہ کئی بار دہرایا جاتا ہے — ایک ریڈیکل زنجیر کی صورت میں اوزون کے کئی مالیکیول تباہ کرتا ہے۔
📌 دلچسپ معلومات (کتاب کا سائیڈ نوٹ): کلورو فلورو کاربن ایروسولز کے لیے پروپیلنٹ اور ریفریجریٹرز و ایئر کنڈیشنرز میں کولنٹ کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ CFCs زمین کی فضا سے حرارت کے اخراج کو روکنے میں CO2 سے 100,000 گنا زیادہ مؤثر ہیں۔ CFCs کے ایک مالیکیول کی تحلیل اوزون کے 100,000 تک مالیکیول تباہ کر سکتی ہے۔
۱۴.۴.۷ پولی سائکلک ایرومیٹک ہائیڈرو کاربن (PAHs)۔ PAHs، جو جڑے ہوئے متعدد ایرومیٹک رنگز پر مشتمل ہوتے ہیں، عام ماحولیاتی آلودگیاں ہیں۔ نیفتھلین، اینتھریسین اور فینینتھرین PAHs کی مثالیں ہیں۔ یہ بنیادی طور پر فوسل فیولز (کوئلہ، تیل، پیٹرول اور لکڑی) کے نامکمل جلنے، گاڑیوں کے اخراج، صنعتی عملوں اور حتیٰ کہ گرل شدہ کھانوں کے دوران پیدا ہوتے ہیں۔ ماحول میں بعض PAHs قدرتی ذرائع سے بھی آتے ہیں جیسے کھلی جلن، پیٹرولیم اور کوئلے کے ذخائر کا قدرتی نقصان یا رساؤ۔ ان میں ممکنہ زہریلا پن اور سرطان پیدا کرنے کی خصوصیات ہوتی ہیں۔
۱۴.۴.۸ مستقل نامیاتی آلودگیاں (POPs)۔ یہ نامیاتی مرکبات ہیں جو کیمیائی، حیاتیاتی اور فوٹولائٹک عملوں سے تحلیل کے خلاف مزاحم ہوتے ہیں۔ یہ زہریلے ہیں اور انسانی صحت و ماحول پر برا اثر ڈالتے ہیں، اور ہوا و پانی کے ذریعے سفر کرتے ہیں۔ ایک ملک میں پیدا ہونے والے زیادہ تر POPs ان جگہوں سے دور لوگوں اور جنگلی حیات کو متاثر کر سکتے ہیں جہاں وہ استعمال و خارج کیے گئے ہوں۔ اپنی پائیداری کی وجہ سے یہ ماحول میں جمع ہوتے ہیں اور انسانی صحت پر خاصے برے اثرات ڈال سکتے ہیں۔ جدول ۱۴.۱ میں بعض POPs دیے گئے ہیں: پولی کلورینیٹڈ بائی فینائلز (PCBs) — برقی آلات، سطحی کوٹنگ کی سیاہی، چپکنے والے مادوں اور پینٹس میں استعمال؛ ڈائی کلورو ڈائی فینائل ٹرائی کلورو ایتھین (DDT) — زراعت میں کیڑے مار دوا کے طور پر استعمال۔
CFC cycle samjho: UV سے Cl• نکلتا ہے, وہ O₃ توڑتا ہے, پھر دوبارہ Cl• بن جاتا ہے — اس لیے ایک CFC ہزاروں ozone molecules ختم کر سکتا ہے, یہی chain reaction ہے.
14.4.9 Volatile organic compounds (VOCs). A large group of organic compounds that easily evaporate at room temperature. VOCs are emitted as gases from certain solids or liquids; liquid fuels are major sources of VOCs that impact outdoor air quality. Vehicle exhaust and burning liquid fossil fuels, wood and garbage all release VOCs into the atmosphere. Exposure to VOCs can cause a variety of health effects including eye, nose and throat irritation, headache, nausea after short term exposures, and damage to the liver, kidney and central nervous system after long term exposures. They are significant air pollutants contributing to indoor and outdoor air pollution. Some common VOCs are benzene, xylene, toluene, ethanol, formaldehyde and acetone, etc.
14.4.10 Particulate matter (PM). The term "particulate matter (PM)" refers to the wide variety of tiny substances that float in the air in the form of either solid particles or liquid droplets or both. PM is all the dust, smoke, and haze particles suspended in ambient air. PM comprises acids, organic chemicals, metals, and soil or dust particles. Sources of PM are both natural and anthropogenic. Natural sources include volcanoes, fires, dust storms, and aerosolized sea salt. Man-made sources of PM include combustion in mechanical and industrial processes, vehicle emissions, and tobacco smoke.
14.4.11 Heavy metals (Lead, Mercury and Cadmium). Heavy metals like lead, mercury and cadmium can indeed be significant air pollutants. They are released into the atmosphere from various industrial processes, transportation and other human activities. Metallurgy, battery waste and incineration are their major sources.
۱۴.۴.۹ غیر مستحکم نامیاتی مرکبات (VOCs)۔ نامیاتی مرکبات کا ایک بڑا گروہ جو کمرے کے درجہ حرارت پر آسانی سے بخارات بن جاتے ہیں۔ VOCs بعض ٹھوس یا مائعات سے گیسوں کی صورت میں خارج ہوتے ہیں؛ مائع ایندھن VOCs کے بڑے ذرائع ہیں جو بیرونی ہوا کے معیار کو متاثر کرتے ہیں۔ گاڑیوں کا دھواں اور مائع فوسل فیولز، لکڑی اور کوڑے کا جلنا سب کرہ ہوائی میں VOCs خارج کرتے ہیں۔ VOCs کی نمائش سے صحت پر مختلف اثرات ہو سکتے ہیں جن میں قلیل مدتی نمائش کے بعد آنکھ، ناک اور گلے کی جلن، سر درد، متلی اور طویل مدتی نمائش کے بعد جگر، گردے اور مرکزی اعصابی نظام کو نقصان شامل ہے۔ یہ اہم فضائی آلودگیاں ہیں جو اندرونی اور بیرونی فضائی آلودگی میں حصہ ڈالتی ہیں۔ بعض عام VOCs بینزین، زائلین، ٹولوئین، ایتھانول، فارملڈیہائیڈ اور ایسیٹون وغیرہ ہیں۔
۱۴.۴.۱۰ ذراتی مادہ (PM)۔ "ذراتی مادہ (PM)" کی اصطلاح چھوٹے مادوں کی وسیع اقسام کی طرف اشارہ کرتی ہے جو ہوا میں ٹھوس ذرات یا مائع قطروں یا دونوں کی صورت میں تیرتے ہیں۔ PM ماحولیاتی ہوا میں معلق دھول، دھواں اور دھند کے تمام ذرات ہیں۔ PM تیزابوں، نامیاتی کیمیکلز، دھاتوں اور مٹی یا دھول کے ذرات پر مشتمل ہوتا ہے۔ PM کے ذرائع قدرتی اور انسانی دونوں ہیں۔ قدرتی ذرائع میں آتش فشاں، آگ، دھول کے طوفان اور ہوا میں تحلیل شدہ سمندری نمک شامل ہیں۔ PM کے انسانی ذرائع میں میکانیکی و صنعتی عملوں میں جلن، گاڑیوں کا اخراج اور تمباکو کا دھواں شامل ہیں۔
۱۴.۴.۱۱ بھاری دھاتیں (سیسہ، پارہ اور کیڈمیم)۔ سیسہ، پارہ اور کیڈمیم جیسی بھاری دھاتیں واقعی اہم فضائی آلودگیاں ہو سکتی ہیں۔ یہ مختلف صنعتی عملوں، نقل و حمل اور دیگر انسانی سرگرمیوں سے کرہ ہوائی میں خارج ہوتی ہیں۔ دھات کاری، بیٹریوں کا فضلہ اور جلانا (incineration) ان کے بڑے ذرائع ہیں۔
VOC / PM / metals samjho: VOC وہ chemicals جو kamre کے temperature پر ہی urh جاتے ہیں (petrol, paint, safai ke mawaad); PM ہوا میں tairte باریک zarre ہیں; Pb/Hg/Cd factory, battery اور کچرا jalane سے آتے ہیں.
Human activities have significant impact on the atmosphere, primarily through the burning of fossil fuels and deforestation. These activities contribute to climate change, air pollution, poor air quality and other environmental issues. In urban areas, most air pollution comes from human-made sources. Such sources can be classified as either mobile (cars, trucks, air planes, marine engines) or point sources (factories, electric power plants etc.).
14.5.1 Impact of burning fossil fuels on the atmosphere. The burning of fossil fuels is the primary cause of current climate change, altering the earth ecosystem and causing human health problems. The burning of fossil fuels affects the earth system in a variety of ways. Some of these ways include greenhouse gas emission, air pollution and volatile organic compounds. (The book's Figure 14.2 shows emitted pollutants — SO2, NO2, NH3, particles/aerosols — from power stations, motor vehicles and livestock, returning to land and water by dry and wet deposition.)
14.5.2 Impact of deforestation on the atmosphere. Deforestation represents one of the largest issues using global climate. Forests absorb GreenHouse Gases (GHGs) like CO2 and clean air for us. In short, deforestation has a wide range of negative impacts on the environment, including loss of biodiversity, climate change, soil degradation, and water cycle disruption. (The book's wording "purposeful cleaning or thinning of forests by humans" is read as clearing/thinning of forests.)
📌 Quick Check 14.2 (answered from this chapter): (a) Man-made sources: mobile sources (cars, trucks, planes, marine engines) and point sources (factories, electric power plants), plus fossil-fuel combustion, wood fuel and brick kilns. (b) PAHs enter the atmosphere primarily from incomplete combustion of fossil fuels (coal, oil, petrol, wood), vehicle emissions, industrial processes and grilled foods, plus natural open burning and petroleum/coal seepage. (c) VOCs affect air quality as significant indoor and outdoor pollutants: they evaporate easily from fuels, exhaust, wood and garbage burning, and cause irritation/headache in the short term and liver, kidney and nervous-system damage in the long term. (d) Major sources of heavy metals: metallurgy, battery waste and incineration, plus industrial processes and transportation generally.
انسانی سرگرمیاں کرہ ہوائی پر خاصا اثر ڈالتی ہیں، بنیادی طور پر فوسل فیولز کے جلنے اور جنگلات کی کٹائی کے ذریعے۔ یہ سرگرمیاں موسمیاتی تبدیلی، فضائی آلودگی، ہوا کے خراب معیار اور دیگر ماحولیاتی مسائل میں حصہ ڈالتی ہیں۔ شہری علاقوں میں زیادہ تر فضائی آلودگی انسانی ذرائع سے آتی ہے۔ ایسے ذرائع کو یا تو متحرک (کاریں، ٹرک، ہوائی جہاز، بحری انجن) یا مخصوص مقامی ذرائع (فیکٹریاں، بجلی گھر وغیرہ) میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔
۱۴.۵.۱ فوسل فیولز کے جلنے کا کرہ ہوائی پر اثر۔ فوسل فیولز کا جلنا موجودہ موسمیاتی تبدیلی کی بنیادی وجہ ہے، جو زمین کے ماحولیاتی نظام کو بدلتا ہے اور انسانی صحت کے مسائل پیدا کرتا ہے۔ فوسل فیولز کا جلنا زمین کے نظام کو مختلف طریقوں سے متاثر کرتا ہے۔ ان میں سے بعض طریقوں میں گرین ہاؤس گیسوں کا اخراج، فضائی آلودگی اور غیر مستحکم نامیاتی مرکبات شامل ہیں۔ (کتاب کی شکل ۱۴.۲ میں خارج شدہ آلودگیاں — SO2، NO2، NH3، ذرات/ایروسول — بجلی گھروں، موٹر گاڑیوں اور مویشیوں سے دکھائی گئی ہیں، جو خشک اور تر ترسیب سے زمین و پانی پر واپس آتی ہیں۔)
۱۴.۵.۲ جنگلات کی کٹائی کا کرہ ہوائی پر اثر۔ جنگلات کی کٹائی عالمی آب و ہوا کے حوالے سے سب سے بڑے مسائل میں سے ایک ہے۔ جنگلات CO2 جیسی گرین ہاؤس گیسیں جذب کرتے ہیں اور ہمارے لیے ہوا صاف کرتے ہیں۔ مختصراً، جنگلات کی کٹائی کے ماحول پر منفی اثرات کی وسیع رینج ہے، جن میں حیاتیاتی تنوع کا نقصان، موسمیاتی تبدیلی، مٹی کی خرابی اور پانی کے چکر میں خلل شامل ہیں۔ (کتاب کے الفاظ "purposeful cleaning or thinning of forests" کو جنگلات کی صفائی/کٹائی سمجھا گیا ہے۔)
📌 کوئک چیک ۱۴.۲ (اس باب سے جواب): (الف) انسانی ذرائع: متحرک ذرائع (کاریں، ٹرک، جہاز، بحری انجن) اور مخصوص مقامی ذرائع (فیکٹریاں، بجلی گھر)، نیز فوسل فیولز کا جلنا، لکڑی کا ایندھن اور اینٹوں کے بھٹے۔ (ب) PAHs کرہ ہوائی میں بنیادی طور پر فوسل فیولز (کوئلہ، تیل، پیٹرول، لکڑی) کے نامکمل جلنے، گاڑیوں کے اخراج، صنعتی عملوں اور گرل شدہ کھانوں سے داخل ہوتے ہیں، نیز قدرتی کھلی جلن اور پیٹرولیم/کوئلے کے رساؤ سے۔ (ج) VOCs ہوا کے معیار کو اندرونی و بیرونی اہم آلودگیوں کے طور پر متاثر کرتے ہیں: یہ ایندھن، دھوئیں، لکڑی اور کوڑے کے جلنے سے آسانی سے بخارات بنتے ہیں، اور قلیل مدت میں جلن/سر درد اور طویل مدت میں جگر، گردے و اعصابی نظام کو نقصان پہنچاتے ہیں۔ (د) بھاری دھاتوں کے بڑے ذرائع: دھات کاری، بیٹریوں کا فضلہ اور جلانا، نیز عمومی طور پر صنعتی عمل اور نقل و حمل۔
Insani asar samjho: دو سب سے بڑے drivers — fossil fuel جلانا (GHG + pollution) اور jungle کٹنا (جو CO₂ جذب کر کے ہوا صاف کرتے تھے, وہ ختم) — دونوں مل کر climate change اور خراب ہوا بناتے ہیں.
The most common effects of air pollutants are formation of smog and acid rain.
14.6.1 Formation of smog. Smog is a type of air pollution typically characterized by a thick haze. It primarily occurs in urban areas and is often caused by emissions from vehicle, industrial activities and other sources of pollution. It consists of fine dust or soot particles, condensed water vapor, poisonous gases like SO2, NO2, O3, CO and CO2, secondary pollutants like O3, unburned hydrocarbons, VOCs and PM of size 10–2.5 micron.
Types of smog: i) Industrial or Classical Smog (London Smog); ii) Photochemical smog (Los Angeles Smog).
i) Industrial or classical smog. Also called "Reducing smog or Classical Smog". It usually results from high quantities of sulfur oxides (SOx) being released into the air. It is also called London smog.
ii) Photochemical smog. A type in which primary air pollutants like nitrogen oxides (NOx), VOC and unburned hydrocarbons undergo photochemical reactions in the presence of sunlight and form secondary pollutants like ozone and peroxyacetyl nitrates (PAN). This type of smog is considered more dangerous as it can cause heart palpitations, pneumonia and even lung cancer. (The book's Figure 14.4 labels the product "brown photochemical smog" — the brownish-yellow colour comes from nitrogen dioxide, NO2, which is why the exercise asks about a yellow colour in photochemical smog.)
14.6.2 Acid rain. When rain water has pH less than 5.6, it is known as acid rain. It refers to precipitation (rain, snow or hail). Burning of fossil fuels releases SOx and NOx into the atmosphere. These gases mix with the moisture in the air and form acids. Wind can carry these acidic droplets to huge distances. Finally, these droplets return to the ground as acid rain, acid hail, snow and even fog. Acid rain looks, feels and tastes like clean rain. Its corrosive nature causes widespread damage to the environment. The most important chemical reactions are:
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)
SO2 from fossil fuels is oxidized to SO3, which then reacts with water to form sulphuric acid.
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
Nitrogen oxide reacts with water to produce nitric acid and nitrous acid:
3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(aq)
فضائی آلودگیوں کے سب سے عام اثرات سموگ اور تیزابی بارش کی تشکیل ہیں۔
۱۴.۶.۱ سموگ کی تشکیل۔ سموگ فضائی آلودگی کی ایک قسم ہے جس کی خصوصیت عام طور پر گاڑھی دھند ہوتی ہے۔ یہ بنیادی طور پر شہری علاقوں میں ہوتی ہے اور اکثر گاڑیوں، صنعتی سرگرمیوں اور آلودگی کے دیگر ذرائع کے اخراج سے پیدا ہوتی ہے۔ یہ باریک دھول یا کاجل کے ذرات، گاڑھا پانی کے بخارات، زہریلی گیسوں جیسے SO2، NO2، O3، CO اور CO2، ثانوی آلودگیوں جیسے O3، غیر جلے ہائیڈرو کاربن، VOCs اور 10 تا 2.5 مائیکرون سائز کے PM پر مشتمل ہوتی ہے۔
سموگ کی اقسام: ۱) صنعتی یا کلاسیکی سموگ (لندن سموگ)؛ ۲) فوٹو کیمیکل سموگ (لاس اینجلس سموگ)۔
۱) صنعتی یا کلاسیکی سموگ۔ اسے "ریڈیوسنگ سموگ یا کلاسیکی سموگ" بھی کہا جاتا ہے۔ یہ عام طور پر ہوا میں سلفر آکسائیڈ (SOx) کی زیادہ مقدار کے اخراج سے بنتی ہے۔ اسے لندن سموگ بھی کہا جاتا ہے۔
۲) فوٹو کیمیکل سموگ۔ ایک قسم جس میں بنیادی فضائی آلودگیاں جیسے نائٹروجن آکسائیڈ (NOx)، VOC اور غیر جلے ہائیڈرو کاربن سورج کی روشنی کی موجودگی میں فوٹو کیمیکل تعاملات سے گزر کر ثانوی آلودگیاں جیسے اوزون اور پیروکسی ایسیٹائل نائٹریٹس (PAN) بناتے ہیں۔ اس قسم کی سموگ کو زیادہ خطرناک سمجھا جاتا ہے کیونکہ یہ دل کی دھڑکن، نمونیا اور حتیٰ کہ پھیپھڑوں کا کینسر بھی پیدا کر سکتی ہے۔ (کتاب کی شکل ۱۴.۴ میں اسے "brown photochemical smog" کہا گیا ہے — بھورا-پیلا رنگ نائٹروجن ڈائی آکسائیڈ، NO2، کی وجہ سے ہوتا ہے، اسی لیے مشق میں فوٹو کیمیکل سموگ میں پیلے رنگ کے بارے میں پوچھا گیا ہے۔)
۱۴.۶.۲ تیزابی بارش۔ جب بارش کے پانی کا pH 5.6 سے کم ہو تو اسے تیزابی بارش کہا جاتا ہے۔ اس سے مراد ترسیب (بارش، برف یا اولے) ہے۔ فوسل فیولز کے جلنے سے SOx اور NOx کرہ ہوائی میں خارج ہوتے ہیں۔ یہ گیسیں ہوا کی نمی سے مل کر تیزاب بناتی ہیں۔ ہوا ان تیزابی قطروں کو بہت دور تک لے جا سکتی ہے۔ آخر میں یہ قطرے زمین پر تیزابی بارش، تیزابی اولے، برف اور حتیٰ کہ دھند کی صورت میں واپس آتے ہیں۔ تیزابی بارش دیکھنے، چھونے اور چکھنے میں صاف بارش جیسی لگتی ہے۔ اس کی کھردری (corrosive) فطرت ماحول کو وسیع نقصان پہنچاتی ہے۔ سب سے اہم کیمیائی تعاملات یہ ہیں:
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)
فوسل فیولز سے SO2 آکسیڈائز ہو کر SO3 بنتا ہے، جو پھر پانی سے مل کر سلفیورک ایسڈ بناتا ہے۔
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
نائٹروجن آکسائیڈ پانی سے مل کر نائٹرک ایسڈ اور نائٹرس ایسڈ بناتا ہے:
3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(aq)
Smog samjho: London (classical) smog SOx سے بنتی ہے — reducing smog; Los Angeles (photochemical) smog دھوپ میں NOx + VOCs سے بنتی ہے اور ozone + PAN دیتی ہے, جو زیادہ خطرناک ہے.
Global warming refers to the long-term rise in the Earth's average surface temperature due to human activities, primarily the emission of greenhouse gases (GHGs) released by burning fossil fuels. The progressive warming-up of the earth's surface due to the blanketing effect of greenhouse gases in the atmosphere is called the greenhouse effect. It is a global scale problem of air pollution.
Carbon dioxide and water vapour in the atmosphere transmit short wavelength solar radiations but reflect back the longer wavelength heat radiation coming from the warmed surface of the earth. The greenhouse effect is a phenomenon which is based on the ability of the gases to absorb infra-red radiations. In the day, heat from the sun (in the form of infrared) passes through the atmosphere heating up the earth. At night, the earth radiates heat to the outer space. Some atmospheric gases trap the heat from the sun, thus preventing the loss of heat. Higher the concentration of carbon dioxide gas and other gases, greater will be the absorption of thermal radiations and greater will be the increase of global temperature. The book's Figure 14.5 names CH4, CO2, SF6 and NOx as greenhouse gases trapping heat.
📌 Quick Check 14.3 (answered from this chapter): (a) Classical smog = reducing smog from high SOx (London smog); photochemical smog = NOx + VOCs + unburned hydrocarbons reacting in sunlight to form ozone and PAN (Los Angeles smog), more dangerous (heart palpitations, pneumonia, lung cancer). (b) Greenhouse gases (GHGs): CO2, CH4, water vapour, SF6, NOx (book's figure) — they transmit short-wave solar radiation but absorb/reflect back long-wave infrared heat from the warmed earth, so heat is trapped and the surface warms progressively. (c) Balanced equation for sulphuric acid from atmospheric sulphur trioxide: SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq) (the full chain is 2SO2 + O2 → 2SO3, then SO3 + H2O → H2SO4). (d) HNO3 from NO in the atmosphere: 2NO + O2 → 2NO2, then 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO.
عالمی حدت (global warming) سے مراد انسانی سرگرمیوں کی وجہ سے زمین کے اوسط سطحی درجہ حرارت میں طویل مدتی اضافہ ہے، بنیادی طور پر فوسل فیولز کے جلنے سے خارج ہونے والی گرین ہاؤس گیسوں (GHGs) کے اخراج کی وجہ سے۔ کرہ ہوائی میں گرین ہاؤس گیسوں کے کمبل نما اثر کی وجہ سے زمین کی سطح کا بتدریج گرم ہونا گرین ہاؤس اثر کہلاتا ہے۔ یہ فضائی آلودگی کا عالمی پیمانے کا مسئلہ ہے۔
کرہ ہوائی میں کاربن ڈائی آکسائیڈ اور پانی کے بخارات کم طول موج والی شمسی شعاعوں کو گزرنے دیتے ہیں لیکن زمین کی گرم سطح سے آنے والی زیادہ طول موج والی حرارتی شعاعوں کو واپس منعکس کرتے ہیں۔ گرین ہاؤس اثر ایک ایسا مظہر ہے جو گیسوں کی انفرا ریڈ شعاعیں جذب کرنے کی صلاحیت پر مبنی ہے۔ دن میں سورج کی حرارت (انفرا ریڈ کی صورت میں) کرہ ہوائی سے گزر کر زمین کو گرم کرتی ہے۔ رات میں زمین حرارت کو بیرونی خلا کی طرف خارج کرتی ہے۔ بعض کرہ ہوائی گیسیں سورج کی حرارت کو روک لیتی ہیں، اس طرح حرارت کے ضیاع کو روکتی ہیں۔ کاربن ڈائی آکسائیڈ گیس اور دیگر گیسوں کی مقدار جتنی زیادہ ہوگی، حرارتی شعاعوں کا جذب اتنا ہی زیادہ ہوگا اور عالمی درجہ حرارت میں اضافہ اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ کتاب کی شکل ۱۴.۵ میں CH4، CO2، SF6 اور NOx کو حرارت روکنے والی گرین ہاؤس گیسوں کے طور پر نامزد کیا گیا ہے۔
📌 کوئک چیک ۱۴.۳ (اس باب سے جواب): (الف) کلاسیکی سموگ = زیادہ SOx سے بننے والی ریڈیوسنگ سموگ (لندن سموگ)؛ فوٹو کیمیکل سموگ = NOx + VOCs + غیر جلے ہائیڈرو کاربن کا سورج کی روشنی میں تعامل جس سے اوزون اور PAN بنتے ہیں (لاس اینجلس سموگ)، زیادہ خطرناک (دل کی دھڑکن، نمونیا، پھیپھڑوں کا کینسر)۔ (ب) گرین ہاؤس گیسیں (GHGs): CO2، CH4، پانی کے بخارات، SF6، NOx (کتاب کی شکل) — یہ کم طول موج والی شمسی شعاعوں کو گزرنے دیتی ہیں لیکن زمین کی گرم سطح سے آنے والی طویل طول موج والی انفرا ریڈ حرارت کو جذب/واپس منعکس کرتی ہیں، اس لیے حرارت رک جاتی ہے اور سطح بتدریج گرم ہوتی ہے۔ (ج) فضائی سلفر ٹرائی آکسائیڈ سے سلفیورک ایسڈ کی متوازن مساوات: SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq) (مکمل سلسلہ: 2SO2 + O2 → 2SO3، پھر SO3 + H2O → H2SO4)۔ (د) کرہ ہوائی میں NO سے HNO3: 2NO + O2 → 2NO2، پھر 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO۔
Greenhouse effect samjho: دن میں سورج کی چھوٹی لہروں والی روشنی اندر آ جاتی ہے, زمین گرم ہو کر لمبی لہروں والی گرمی واپس بھیجتی ہے — GHG (CO₂, CH₄ waghera) اس گرمی کا کچھ حصہ روک لیتے ہیں, اسی سے زمین کا temperature بڑھتا ہے.
14.8 Air quality. Air quality is measured in terms of Air Quality Index (AQI). AQI is a measure of the concentrations of pollutants present in the air at a particular location. When the air quality is good, the air is clear and contains only a small amount of solid particles and chemical pollutants. Poor air quality, which contains a high level, is often hazy and dangerous to health and the environment. Air having an AQI value under 50 is considered good in quality — it is safe for you to spend time outdoor without posing a risk to your health. An AQI over 300 is considered hazardous. Children under 18, adults over 65, and people with chronic heart and lung diseases are under high-risk. Outdoor workers are at higher risk because of prolonged exposure.
14.8.1 Factors affecting air quality. Air quality is influenced by several key factors or sources. i) Emission sources: burning of wood and fossil fuels can increase local pollution level. Factories and power plants use fossil fuels that release dangerous pollutants in air like SOx and NOx. Vehicles release CO, PM and VOCs. ii) Meteorological conditions: wind, temperature, and humidity affect pollutant dispersion and concentration. A layer of warm air trapping pollutants near the ground can lead to poor air quality. Note on the book's numbering: the book jumps from (ii) straight to (iv) — no (iii) factor is printed; nothing has been invented to fill it. iv) Natural events: wild fires can release large amounts of smoke and PM into the atmosphere. Natural dust storms can significantly lower air quality. v) Seasonal changes: temperature variations, such as heating or cooling of buildings in different seasons, can increase emissions of pollutants. Seasonal pollen concentration can contribute to poor air quality.
Table 14.2 — AQI and level of health concern: 0 to 50 — Good — Green; 51 to 100 — Moderate — Yellow; 101 to 150 — Unhealthy for Sensitive Groups — Orange; 151 to 200 — Unhealthy — Red; 201 to 300 — Very Unhealthy — Purple; 301 to 500 — Hazardous — Maroon.
14.9 Air quality and human health. The link between air quality and human health is well-documented and significant. Poor air quality can have immediate and long-term health impacts.
14.9.1 Major air pollutants and their health effects. i) Particulate matter (PM): PM consists of tiny particles suspended in the air, including dust, dirt, soot and smoke ranging from diameter 2.5 micrometer to 10.0 micrometer (the book's stated range). Inhalation of these PM can cause inflammation and irritation of airways, leading to conditions such as asthma and bronchitis. ii) Nitrogen dioxide (NO2) and sulphur dioxide (SO2): short-term exposures to NO2 and SO2 can irritate the respiratory system, while long-term exposure can increase the risk of respiratory infection, asthma and bronchitis.
14.10 Air pollution and health risk. Air pollution poses significant health risks to humans. The potential health effects can be acute or chronic and vary depending on the type and concentration of pollutants, duration of exposure and individual weakness.
14.10.1 Main health risks associated with air pollution. i) Respiratory diseases: air pollutants such as ozone, particulate matter (PM) and nitrogen dioxide (NO2) can increase asthma symptoms and trigger asthma attacks. Long term exposure may lead to chronic cough and respiratory infections like pneumonia. ii) Cardiovascular diseases: exposure to particulate matter and other pollutants can increase the risk of heart attack by causing inflammation, blood vessel damage, high blood pressure and finally heart stroke. iii) Cancer: prolonged exposure to certain air pollutants, especially particulate matter (PM) and carcinogenic compounds (benzene formation, in the book's words), causes lung cancer. iv) Reproductive and developmental effects: exposure to air pollution may negatively impact reproductive health and fertility in both men and women. Premature birth and developmental problems in children may occur.
📌 Quick Check 14.4 (answered from this chapter): (a) PM affects air quality as the suspended dust, smoke and haze particles in air — inhaled PM inflames and irritates the airways (asthma, bronchitis) and raises asthma symptoms; higher PM means poorer air quality. (b) AQI is the measure of pollutant concentrations in the air at a particular location: good air is clear with few solid/chemical pollutants; poor air is hazy with high pollutant levels and dangerous to health and the environment. (c) Levels of AQI (Table 14.2): Good 0–50 (Green) is the safest range; Hazardous 301–500 (Maroon) is the most hazardous range; in between: Moderate 51–100 (Yellow), Unhealthy for Sensitive Groups 101–150 (Orange), Unhealthy 151–200 (Red), Very Unhealthy 201–300 (Purple).
۱۴.۸ ہوا کا معیار۔ ہوا کا معیار ایئر کوالٹی انڈیکس (AQI) کی صورت میں ماپا جاتا ہے۔ AQI کسی خاص مقام پر ہوا میں موجود آلودگیوں کی مقدار کی پیمائش ہے۔ جب ہوا کا معیار اچھا ہو تو ہوا صاف ہوتی ہے اور اس میں ٹھوس ذرات اور کیمیائی آلودگیوں کی صرف تھوڑی مقدار ہوتی ہے۔ خراب معیار کی ہوا، جس میں زیادہ مقدار ہوتی ہے، اکثر دھندلی اور صحت و ماحول کے لیے خطرناک ہوتی ہے۔ AQI کی قیمت 50 سے کم والی ہوا معیار میں اچھی سمجھی جاتی ہے — اس میں باہر وقت گزارنا آپ کی صحت کے لیے محفوظ ہے۔ AQI 300 سے زیادہ خطرناک سمجھا جاتا ہے۔ 18 سال سے کم عمر بچے، 65 سال سے زیادہ عمر کے بالغ اور دل و پھیپھڑوں کی دائمی بیماریوں والے افراد زیادہ خطرے میں ہوتے ہیں۔ باہر کام کرنے والے مزدور طویل نمائش کی وجہ سے زیادہ خطرے میں ہوتے ہیں۔
۱۴.۸.۱ ہوا کے معیار کو متاثر کرنے والے عوامل۔ ہوا کا معیار کئی اہم عوامل یا ذرائع سے متاثر ہوتا ہے۔ ۱) اخراجی ذرائع: لکڑی اور فوسل فیولز کا جلنا مقامی آلودگی کی سطح بڑھا سکتا ہے۔ فیکٹریاں اور بجلی گھر فوسل فیولز استعمال کرتے ہیں جو ہوا میں SOx اور NOx جیسی خطرناک آلودگیاں خارج کرتے ہیں۔ گاڑیاں CO، PM اور VOCs خارج کرتی ہیں۔ ۲) موسمیاتی حالات: ہوا، درجہ حرارت اور نمی آلودگیوں کے پھیلاؤ اور مقدار کو متاثر کرتے ہیں۔ زمین کے قریب آلودگیوں کو پھنسانے والی گرم ہوا کی تہہ ہوا کے خراب معیار کا سبب بن سکتی ہے۔ کتاب کی نمبر بندی پر نوٹ: کتاب (ii) سے سیدھا (iv) پر چلی جاتی ہے — کوئی (iii) عامل چھپا نہیں ہے؛ اس خلا کو پر کرنے کے لیے کچھ ایجاد نہیں کیا گیا۔ ۴) قدرتی واقعات: جنگل کی آگ کرہ ہوائی میں بڑی مقدار میں دھواں اور PM خارج کر سکتی ہے۔ قدرتی دھول کے طوفان ہوا کے معیار کو خاصا کم کر سکتے ہیں۔ ۵) موسمی تبدیلیاں: درجہ حرارت کی تبدیلیاں، جیسے مختلف موسموں میں عمارتوں کو گرم یا ٹھنڈا کرنا، آلودگیوں کے اخراج کو بڑھا سکتی ہیں۔ موسمی پولن کی مقدار ہوا کے خراب معیار میں حصہ ڈال سکتی ہے۔
جدول ۱۴.۲ — AQI اور صحت کی تشویش کی سطح: 0 تا 50 — اچھی — سبز؛ 51 تا 100 — معتدل — پیلا؛ 101 تا 150 — حساس گروہوں کے لیے غیر صحت بخش — نارنجی؛ 151 تا 200 — غیر صحت بخش — سرخ؛ 201 تا 300 — بہت غیر صحت بخش — جامنی؛ 301 تا 500 — خطرناک — میرون۔
۱۴.۹ ہوا کا معیار اور انسانی صحت۔ ہوا کے معیار اور انسانی صحت کے درمیان تعلق اچھی طرح دستاویزی اور اہم ہے۔ خراب ہوا کا معیار فوری اور طویل مدتی صحت کے اثرات رکھ سکتا ہے۔
۱۴.۹.۱ بڑی فضائی آلودگیاں اور ان کے صحت کے اثرات۔ ۱) ذراتی مادہ (PM): PM ہوا میں معلق چھوٹے ذرات پر مشتمل ہوتا ہے، جن میں دھول، مٹی، کاجل اور دھواں شامل ہیں جن کا قطر 2.5 مائیکرو میٹر سے 10.0 مائیکرو میٹر تک ہوتا ہے (کتاب کی دی گئی رینج)۔ ان PM کو سانس کے ذریعے اندر لینے سے سانس کی نالیوں میں سوزش اور جلن ہو سکتی ہے، جس سے دمہ اور برونکائٹس جیسی حالتیں پیدا ہوتی ہیں۔ ۲) نائٹروجن ڈائی آکسائیڈ (NO2) اور سلفر ڈائی آکسائیڈ (SO2): NO2 اور SO2 کی قلیل مدتی نمائش سانس کے نظام میں جلن پیدا کر سکتی ہے، جبکہ طویل مدتی نمائش سانس کے انفیکشن، دمہ اور برونکائٹس کے خطرے کو بڑھا سکتی ہے۔
۱۴.۱۰ فضائی آلودگی اور صحت کا خطرہ۔ فضائی آلودگی انسانوں کے لیے صحت کے اہم خطرات رکھتی ہے۔ ممکنہ صحت کے اثرات شدید یا دائمی ہو سکتے ہیں اور آلودگیوں کی قسم و مقدار، نمائش کی مدت اور فرد کی کمزوری کے لحاظ سے مختلف ہوتے ہیں۔
۱۴.۱۰.۱ فضائی آلودگی سے وابستہ اہم صحت کے خطرات۔ ۱) سانس کی بیماریاں: اوزون، ذراتی مادہ (PM) اور نائٹروجن ڈائی آکسائیڈ (NO2) جیسی فضائی آلودگیاں دمہ کی علامات بڑھا اور دمہ کے حملے پیدا کر سکتی ہیں۔ طویل مدتی نمائش سے دائمی کھانسی اور نمونیا جیسے سانس کے انفیکشن ہو سکتے ہیں۔ ۲) دل و خون کی بیماریاں: ذراتی مادے اور دیگر آلودگیوں کی نمائش سے دل کے دورے کا خطرہ بڑھ سکتا ہے، کیونکہ یہ سوزش، خون کی نالیوں کو نقصان، بلند فشار خون اور آخر میں دل کے فالج کا سبب بنتی ہیں۔ ۳) کینسر: بعض فضائی آلودگیوں، خاص طور پر ذراتی مادے (PM) اور سرطان پیدا کرنے والے مرکبات (کتاب کے الفاظ میں بینزین کی تشکیل) کی طویل نمائش سے پھیپھڑوں کا کینسر ہوتا ہے۔ ۴) تولیدی و نشوونما کے اثرات: فضائی آلودگی کی نمائش مردوں و عورتوں دونوں میں تولیدی صحت اور زرخیزی پر منفی اثر ڈال سکتی ہے۔ قبل از وقت پیدائش اور بچوں میں نشوونما کے مسائل ہو سکتے ہیں۔
📌 کوئک چیک ۱۴.۴ (اس باب سے جواب): (الف) PM ہوا کے معیار کو ہوا میں معلق دھول، دھواں اور دھند کے ذرات کے طور پر متاثر کرتا ہے — سانس سے اندر گیا PM سانس کی نالیوں میں سوزش و جلن پیدا کرتا ہے (دمہ، برونکائٹس) اور دمہ کی علامات بڑھاتا ہے؛ PM زیادہ ہو تو ہوا کا معیار خراب ہوتا ہے۔ (ب) AQI کسی خاص مقام پر ہوا میں آلودگیوں کی مقدار کی پیمائش ہے: اچھی ہوا صاف ہوتی ہے جس میں کم ٹھوس/کیمیائی آلودگیاں ہوتی ہیں؛ خراب ہوا دھندلی ہوتی ہے جس میں آلودگیاں زیادہ ہوتی ہیں اور صحت و ماحول کے لیے خطرناک ہوتی ہے۔ (ج) AQI کی سطحیں (جدول ۱۴.۲): اچھی 0–50 (سبز) سب سے محفوظ رینج ہے؛ خطرناک 301–500 (میرون) سب سے خطرناک رینج ہے؛ درمیان میں: معتدل 51–100 (پیلا)، حساس گروہوں کے لیے غیر صحت بخش 101–150 (نارنجی)، غیر صحت بخش 151–200 (سرخ)، بہت غیر صحت بخش 201–300 (جامنی)۔
AQI scale samjho: 0–50 green (achhi), 51–100 yellow (muatadil), پھر orange, red, purple, اور 301–500 maroon (khatarnak) — رنگ یاد رکھو, table سے MCQ آتا ہے.
14.11 Methods & techniques to measure & monitor air quality. Measuring and monitoring air quality involves a combination of methods and techniques to assess the concentration of various pollutants in the air. These pollutants can include particulate matter (PM), nitrogen dioxides (NO2), sulphur dioxide (SO2), carbon monoxide (CO), ozone (O3), and volatile organic compounds (VOCs). There are various methods and techniques used by environmental engineers to measure air quality accurately. The instrument used to measure air quality index (AQI) is the nephelometer. This instrument used to monitor PM such as dust, smoke, mist and fumes. Nephelometer, also known as photometer, detects particles by measuring the total light they scatter.
14.11.1 Direct measurement methods. i) Continuous emission monitoring system (CEMS): a continuous emission monitoring system can usually monitor gases like CO, O3, SO2, NO2, VOCs and PM at industrial sites. ii) Air quality monitoring stations (AQMS): fixed monitoring stations are equipped with various sensors and analyzers to measure pollutant levels in real time, located in urban areas and industrial zones. iii) Remote sensing techniques: satellites equipped with sensors can measure atmospheric pollutants over large areas, providing valuable data on regional and global air quality.
14.12 Experiments and data collection to test hypotheses about air quality. The design of experiments to test hypotheses about air quality involves careful planning, data collection and analysis. The following steps should be done about air quality. i) Hypothesis: as a first step, a hypothesis is developed to design an experiment. For example, the hypothesis, "The concentration of airborne particulate matter (PM 2.5) and nitrogen dioxide (NO2) in urban areas is higher during peak traffic hours as compared to non-peak hours" can be tested by collecting air quality data at different times of the day. ii) Designing the experiment: the detail of the experiment including the variables and method of data collection is planned. Busy roads and residential areas are selected for monitoring. iii) Data collection: the data on traffic volume during rush hours and non-rush hours is collected and finally compared. Reliable instruments and methods to collect air quality data are used.
14.13 Analyze data and interpret air quality. The collected data is analyzed to confirm the truth or falseness of the hypothesis. The results of the analysis are interpreted and concluded. Analyzing and interpreting air quality data involves measuring the contents of air pollutants and identifying trends over time. By carefully designing experiments, collecting and analyzing data, a hypothesis about air quality can be tested and the strategies for improving air quality can be made.
14.14 Strategies used to reduce air pollution. A variety of technologies is used to reduce air pollution and improve air quality. The following types of technologies can be used to control emission of air pollutants. i) Catalytic converter (CC): oxides of nitrogen and other undesirable gases such as CO and various unburnt hydrocarbons are emitted by vehicle engines. Most cars are equipped with catalytic converters to convert the harmful pollutants to harmless substances. CO is oxidized to CO2, NOx are reduced to N2. The unburnt hydrocarbon is converted to CO2 and H2O. ii) Diesel particulate filter (DPF): DPF is incorporated in modern diesel engines to reduce the emission of harmful particulate matter (PM) from the exhaust gases. The primary function of DPF is to capture and store soot particles from the exhaust gases. iii) Selective catalytic reduction (SCR): SCR is used in diesel engines to remove pollutants from the emission gases. It reduces NOx to N2 and oxidizes CO and hydrocarbons to CO2 and water vapour using catalysts, such as TiO2, zeolites, etc. (The book's Figure 14.6 shows the SCR system with urea dosing, an oxidation catalyst and an NH3 oxidation catalyst.) iv) Scrubbers: scrubbers can be used to control a wide range of pollutants including PM, SO2, HCl, NH3 and VOCs. Scrubbers use liquids (e.g. H2O) to remove air pollutants.
14.15 Laws and regulations related to atmosphere. 14.15.1 Laws and regulations: rules and regulations to control air pollution in Pakistan are given below: i) Pakistan Environmental Protection Act (PEPA 1997); ii) National Environmental Quality Standard (NEQS); iii) Punjab Environmental Protection (Amendment) Act 2012.
14.15.2 Measures to control air pollution. i. Vehicle emission standard: enforcement of this standard is to reduce pollution caused by motor vehicles. The promotion of cleaner fuels such as compressed natural gas (CNG), liquid petroleum gas (LPG) and strict regulations on fuel quality is required. ii. Industrial emission control: to reduce emission from industrial resources, industries should be encouraged to adopt cleaner production techniques and pollution control technologies. iii. Public awareness campaigns: educating the public about the sources and effects of air pollution is a useful strategy, such as the use of public transport, carpooling and non-motorized transport such as cycling and walking. iv. Urban planning and green infrastructure: development of green belts and parks in urban areas to improve air quality and to reduce traffic congestion. v. Smog control measures: restriction of the burning of crop residues, and the use of smog control towers. vi. Prohibition of the use of open fire: using open fire to bulk domestic and industrial waste can produce dust, smoke and a significant amount of air pollutants. This should be prohibited.
14.16 Economic, social & political issues. Air pollution is responsible for huge economic costs, social and political issues. 14.16.1 Economic issues: poor air quality can reduce worker productivity due to illness. Air pollution and air quality can damage crops, reducing agricultural yield and increasing food prices. Air pollution may lead to acid rain. 14.16.2 Social issues: vulnerable populations, such as children, the elderly, and low-income communities, are at risk from chronic exposure to polluted air, which reduces the overall quality of life. Severe air pollution can force people to migrate, leading to social displacement. 14.16.3 Political issues: air pollution is not confined to borders and effective management requires international cooperation. Implementing air quality regulations requires strict governance. Addressing air pollution requires a multi-faceted approach, balancing socio-economic and technological considerations.
۱۴.۱۱ ہوا کے معیار کی پیمائش و نگرانی کے طریقے و تکنیکیں۔ ہوا کے معیار کی پیمائش و نگرانی میں ہوا میں مختلف آلودگیوں کی مقدار کا اندازہ لگانے کے لیے طریقوں و تکنیکوں کا مجموعہ شامل ہوتا ہے۔ ان آلودگیوں میں ذراتی مادہ (PM)، نائٹروجن ڈائی آکسائیڈ (NO2)، سلفر ڈائی آکسائیڈ (SO2)، کاربن مونو آکسائیڈ (CO)، اوزون (O3) اور غیر مستحکم نامیاتی مرکبات (VOCs) شامل ہو سکتے ہیں۔ ماحولیاتی انجینئرز ہوا کے معیار کو درست طور پر ماپنے کے لیے مختلف طریقے و تکنیکیں استعمال کرتے ہیں۔ ایئر کوالٹی انڈیکس (AQI) ماپنے کا آلہ نیفیلومیٹر ہے۔ یہ آلہ PM جیسے دھول، دھواں، دھند اور بخارات کی نگرانی کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ نیفیلومیٹر، جسے فوٹومیٹر بھی کہا جاتا ہے، ذرات کو ان کے بکھیرے ہوئے کل روشنی کی پیمائش سے پہچانتا ہے۔
۱۴.۱۱.۱ براہ راست پیمائش کے طریقے۔ ۱) مسلسل اخراج نگرانی کا نظام (CEMS): مسلسل اخراج نگرانی کا نظام عام طور پر صنعتی مقامات پر CO، O3، SO2، NO2، VOCs اور PM جیسی گیسوں کی نگرانی کر سکتا ہے۔ ۲) ہوا کے معیار کی نگرانی کے اسٹیشن (AQMS): مقررہ نگرانی اسٹیشن مختلف سینسرز اور تجزیہ کاروں سے لیس ہوتے ہیں تاکہ شہری علاقوں اور صنعتی زونوں میں واقع آلودگی کی سطح کو حقیقی وقت میں ماپا جا سکے۔ ۳) ریموٹ سینسنگ تکنیکیں: سینسرز سے لیس سیٹلائٹس بڑے علاقوں میں کرہ ہوائی آلودگیوں کو ماپ سکتے ہیں، جو علاقائی و عالمی ہوا کے معیار پر قیمتی ڈیٹا فراہم کرتے ہیں۔
۱۴.۱۲ ہوا کے معیار کے بارے میں مفروضے کو جانچنے کے لیے تجربات و ڈیٹا اکٹھا کرنا۔ ہوا کے معیار کے بارے میں مفروضے کو جانچنے کے لیے تجربات کی ڈیزائن میں محتاط منصوبہ بندی، ڈیٹا اکٹھا کرنا اور تجزیہ شامل ہوتا ہے۔ ہوا کے معیار کے بارے میں درج ذیل مراحل کیے جانے چاہئیں۔ ۱) مفروضہ: پہلے مرحلے کے طور پر تجربہ ڈیزائن کرنے کے لیے ایک مفروضہ تیار کیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، مفروضہ، "شہری علاقوں میں ہوا میں موجود ذراتی مادے (PM 2.5) اور نائٹروجن ڈائی آکسائیڈ (NO2) کی مقدار ٹریفک کے عروج کے اوقات میں غیر عروج کے اوقات کے مقابلے میں زیادہ ہوتی ہے" کو دن کے مختلف اوقات میں ہوا کے معیار کا ڈیٹا اکٹھا کر کے جانچا جا سکتا ہے۔ ۲) تجربے کی ڈیزائن: تجربے کی تفصیل بشمول متغیرات اور ڈیٹا اکٹھا کرنے کا طریقہ منصوبہ بند کیا جاتا ہے۔ نگرانی کے لیے مصروف سڑکیں اور رہائشی علاقے منتخب کیے جاتے ہیں۔ ۳) ڈیٹا اکٹھا کرنا: رش کے اوقات اور غیر رش کے اوقات میں ٹریفک کی مقدار کا ڈیٹا اکٹھا کیا جاتا ہے اور آخر میں موازنہ کیا جاتا ہے۔ ہوا کے معیار کا ڈیٹا اکٹھا کرنے کے لیے قابل اعتماد آلات و طریقے استعمال کیے جاتے ہیں۔
۱۴.۱۳ ڈیٹا کا تجزیہ اور ہوا کے معیار کی تشریح۔ اکٹھا کیا گیا ڈیٹا مفروضے کی سچائی یا غلطی کی تصدیق کے لیے تجزیہ کیا جاتا ہے۔ تجزیے کے نتائج کی تشریح و نتیجہ اخذ کیا جاتا ہے۔ ہوا کے معیار کے ڈیٹا کا تجزیہ و تشریح فضائی آلودگیوں کی مقدار کی پیمائش اور وقت کے ساتھ رجحانات کی نشاندہی پر مشتمل ہوتی ہے۔ تجربات کو احتیاط سے ڈیزائن کر کے، ڈیٹا اکٹھا کر کے اور تجزیہ کر کے ہوا کے معیار کے بارے میں مفروضے کو جانچا جا سکتا ہے اور ہوا کے معیار کو بہتر بنانے کی حکمت عملیاں بنائی جا سکتی ہیں۔
۱۴.۱۴ فضائی آلودگی کم کرنے کی حکمت عملیاں۔ فضائی آلودگی کم کرنے اور ہوا کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے مختلف ٹیکنالوجیز استعمال ہوتی ہیں۔ فضائی آلودگیوں کے اخراج کو کنٹرول کرنے کے لیے درج ذیل قسم کی ٹیکنالوجیز استعمال کی جا سکتی ہیں۔ ۱) کیٹالیٹک کنورٹر (CC): نائٹروجن کے آکسائیڈ اور دیگر ناپسندیدہ گیسیں جیسے CO اور مختلف غیر جلے ہائیڈرو کاربن گاڑیوں کے انجنوں سے خارج ہوتی ہیں۔ زیادہ تر کاروں میں کیٹالیٹک کنورٹر لگے ہوتے ہیں تاکہ نقصان دہ آلودگیوں کو بے ضرر مادوں میں تبدیل کیا جا سکے۔ CO آکسیڈائز ہو کر CO2 بنتا ہے، NOx کم ہو کر N2 بنتا ہے۔ غیر جلا ہائیڈرو کاربن CO2 اور H2O میں تبدیل ہوتا ہے۔ ۲) ڈیزل پارٹیکیولیٹ فلٹر (DPF): DPF جدید ڈیزل انجنوں میں لگایا جاتا ہے تاکہ اخراجی گیسوں سے نقصان دہ ذراتی مادے (PM) کے اخراج کو کم کیا جا سکے۔ DPF کا بنیادی کام اخراجی گیسوں سے کاجل کے ذرات کو پکڑنا اور ذخیرہ کرنا ہے۔ ۳) سلیکٹیو کیٹالیٹک ریڈکشن (SCR): SCR ڈیزل انجنوں میں اخراجی گیسوں سے آلودگیاں دور کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ یہ NOx کو N2 میں کم کرتا ہے اور CO و ہائیڈرو کاربن کو CO2 اور پانی کے بخارات میں آکسیڈائز کرتا ہے، TiO2، زیولائٹس وغیرہ جیسے کیٹالسٹ استعمال کر کے۔ (کتاب کی شکل ۱۴.۶ میں یوریا ڈوزنگ، آکسیڈیشن کیٹالسٹ اور NH3 آکسیڈیشن کیٹالسٹ کے ساتھ SCR نظام دکھایا گیا ہے۔) ۴) اسکربرز: اسکربرز PM، SO2، HCl، NH3 اور VOCs سمیت آلودگیوں کی وسیع رینج کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ اسکربرز فضائی آلودگیاں دور کرنے کے لیے مائعات (مثلاً H2O) استعمال کرتے ہیں۔
۱۴.۱۵ کرہ ہوائی سے متعلق قوانین و ضوابط۔ ۱۴.۱۵.۱ قوانین و ضوابط: پاکستان میں فضائی آلودگی کو کنٹرول کرنے کے قواعد و ضوابط درج ذیل ہیں: ۱) پاکستان ماحولیاتی تحفظ ایکٹ (PEPA 1997)؛ ۲) قومی ماحولیاتی معیار (NEQS)؛ ۳) پنجاب ماحولیاتی تحفظ (ترمیمی) ایکٹ 2012۔
۱۴.۱۵.۲ فضائی آلودگی کنٹرول کرنے کے اقدامات۔ ۱۔ گاڑیوں کے اخراج کا معیار: اس معیار کا نفاذ موٹر گاڑیوں کی وجہ سے ہونے والی آلودگی کو کم کرنے کے لیے ہے۔ کمپریسڈ نیچرل گیس (CNG)، لیکوئیفائیڈ پیٹرولیم گیس (LPG) جیسے صاف ایندھنوں کی ترویج اور ایندھن کے معیار پر سخت ضوابط درکار ہیں۔ ۲۔ صنعتی اخراج کا کنٹرول: صنعتی ذرائع سے اخراج کم کرنے کے لیے صنعتوں کو صاف پیداواری تکنیکیں اور آلودگی کنٹرول ٹیکنالوجیز اپنانے کی ترغیب دی جانی چاہیے۔ ۳۔ عوامی آگاہی مہمات: عوام کو فضائی آلودگی کے ذرائع و اثرات کے بارے میں تعلیم دینا ایک مفید حکمت عملی ہے، جیسے پبلک ٹرانسپورٹ، کارپولنگ اور غیر موٹرائزڈ ٹرانسپورٹ جیسے سائیکلنگ و پیدل چلنا کا استعمال۔ ۴۔ شہری منصوبہ بندی اور سبز انفراسٹرکچر: ہوا کے معیار کو بہتر بنانے اور ٹریفک کی بھیڑ کم کرنے کے لیے شہری علاقوں میں سبز پٹیاں اور پارک تیار کرنا۔ ۵۔ سموگ کنٹرول اقدامات: فصل کی باقیات جلانے پر پابندی، اور سموگ کنٹرول ٹاورز کا استعمال۔ ۶۔ کھلی آگ کے استعمال پر پابندی: گھریلو و صنعتی فضلے کو کھلی آگ سے جلانے سے دھول، دھواں اور فضائی آلودگیوں کی خاصی مقدار پیدا ہو سکتی ہے۔ اس پر پابندی ہونی چاہیے۔
۱۴.۱۶ معاشی، سماجی و سیاسی مسائل۔ فضائی آلودگی بہت زیادہ معاشی اخراجات، سماجی و سیاسی مسائل کی ذمہ دار ہے۔ ۱۴.۱۶.۱ معاشی مسائل: خراب ہوا کا معیار بیماری کی وجہ سے مزدور کی پیداواری صلاحیت کم کر سکتا ہے۔ فضائی آلودگی و ہوا کا معیار فصلوں کو نقصان پہنچا کر زرعی پیداوار کم اور خوراک کی قیمتیں بڑھا سکتا ہے۔ فضائی آلودگی تیزابی بارش کا سبب بن سکتی ہے۔ ۱۴.۱۶.۲ سماجی مسائل: کمزور آبادیاں، جیسے بچے، بزرگ اور کم آمدنی والی کمیونٹیز، آلودہ ہوا کی دائمی نمائش سے خطرے میں ہیں، جو زندگی کے مجموعی معیار کو کم کرتی ہے۔ شدید فضائی آلودگی لوگوں کو ہجرت پر مجبور کر سکتی ہے، جس سے سماجی بے دخلی ہوتی ہے۔ ۱۴.۱۶.۳ سیاسی مسائل: فضائی آلودگی سرحدوں تک محدود نہیں ہے اور مؤثر انتظام کے لیے بین الاقوامی تعاون درکار ہے۔ ہوا کے معیار کے ضوابط پر عمل درآمد کے لیے سخت حکمرانی درکار ہے۔ فضائی آلودگی سے نمٹنے کے لیے کثیر جہتی نقطہ نظر، سماجی و معاشی اور تکنیکی پہلوؤں میں توازن درکار ہے۔
Control samjho: گاڑی میں catalytic converter زہریلی gas کو بے-ضرر gas میں بدلتا ہے, DPF soot پکڑتا ہے, SCR urea سے NOx ختم کرتا ہے, scrubber پانی سے gas دھو دیتا ہے — اور قانون PEPA 1997 / NEQS / Punjab Act 2012 ہیں.
یہ exercise کتاب کے printed pages 297–313 (Chapter 14, Atmosphere) کی official exercise سے لی گئی ہے — تمام سوال کتاب کے اپنے ہیں, جواب کے ساتھ. Book کی exercise میں کوئی الگ "inquisitive" section نہیں ہے اور کوئی numerical problems بھی نہیں ہیں, اس لیے کوئی inquisitive یا numerical سوال invent نہیں کیا گیا; کتاب کے multiple choice سوالات Q.1 (I–XI) Section 1 میں, short سوالات Q.2 (a–m) Section 2 میں, اور descriptive سوالات Q.3–Q.6 Section 3 میں (English 1–4 اور Urdu 1۔–4۔ number کر کے, کتاب کے Q.3–Q.6 کے مطابق) دیے گئے ہیں.
1. Which gas causes yellow color in photochemical smog?
Answer: (c) NO2. — Photochemical smog is the brownish-yellow haze formed when NOx and VOCs react in sunlight; nitrogen dioxide (NO2) itself is a brownish-yellow gas and gives the smog its colour. CO is colourless, and SO2/SO3 are associated with classical (London) smog, not the yellow photochemical haze. Note: the book's Figure 14.4 calls the product "brown photochemical smog" — brown and yellow here describe the same NO2 colour. فوٹو کیمیکل سموگ کا بھورا-پیلا رنگ NO2 کی وجہ سے ہوتا ہے، جو خود بھوری-پیلی گیس ہے۔
2. The depletion of ozone in stratosphere region is mainly due to the reaction of O3 with:
Answer: (d) CFCs. — CFCs diffuse into the stratosphere, where UV breaks them down to chlorine radicals (Cl•), which destroy ozone in a chain (Cl• + O3 → ClO• + O2; ClO• + O → Cl• + O2). CO2 is a greenhouse gas, SO2 causes acid rain, and O2 recombines with O• to form ozone, not deplete it. CFCs سے بننے والا کلورین ریڈیکل اوزون کو زنجیر کی صورت میں تباہ کرتا ہے۔
3. Which particulate matter size is considered the most harmful to human health?
Answer: (c) PM 2.5. — The book centres PM 2.5 as the harmful fine fraction: its hypothesis example is PM 2.5 in urban air, and the exercise itself (short Q i) asks why PM2.5 is generally considered more harmful — because finer particles penetrate deeper into the airways and lungs, causing inflammation, asthma and bronchitis, whereas coarser PM 10 is largely trapped higher in the airways. PM 1.0 particles fall inside the PM 2.5 class (particles ≤ 2.5 µm), so PM 2.5 is the book's named answer. کتاب PM 2.5 کو نقصان دہ باریک حصہ قرار دیتی ہے، کیونکہ باریک ذرات پھیپھڑوں میں گہرائی تک جاتے ہیں۔
4. Which of the following is a natural factor that can improve air quality?
Answer: (c) Rainfall. — Wildfire releases smoke and PM, urbanization adds emissions, and industrial emission is a point source of pollutants — all worsen air quality. Rainfall washes pollutants out of the air (the book's Figure 14.2 shows this as wet deposition, with pollutants returning to land and water in rain). Note: the book does not list "rainfall improves air quality" as a separate numbered factor in §14.8.1 — this answer follows from its wet-deposition mechanism, and is flagged as such. بارش آلودگیوں کو ہوا سے دھو کر نیچے لاتی ہے (wet deposition)، جبکہ باقی تینوں آپشن ہوا کو خراب کرتے ہیں۔
5. What is a common human activity that led to increased level of carbon monoxide in the atmosphere?
Answer: (b) Gasoline driven vehicles. — CO is produced mainly by incomplete combustion of fossil fuels (2C + O2 → 2CO), and the book names CO from motor vehicle exhaust as a primary pollutant. Tree planting removes CO2, and electric appliances and solar panels do not burn fuel to make CO. پیٹرول سے چلنے والی گاڑیوں میں نامکمل جلن سے CO بنتی ہے؛ درخت لگانا اور سولر پینل CO نہیں بناتے۔
6. Chlorofluorocarbons (CFCs) have been primarily used in:
Answer: (b) Refrigerants and aerosol propellants. — The book states CFCs exist as gases or low-boiling liquids at room temperature and are used as aerosols or refrigerants, and its side note adds propellants for aerosols and coolant in refrigerators and air conditioners. Fertilizers relate to NOx (synthetic fertilizers), and DDT — not CFCs — is the book's pesticide example. CFCs ایروسولز اور ریفریجریٹرز/ایئر کنڈیشنرز میں استعمال ہوتے ہیں۔
7. What are the primary chemical processes that removes carbon dioxide from the atmosphere?
Answer: (b) Photosynthesis. — Combustion and volcanic activity add CO2, and respiration releases CO2; photosynthesis takes CO2 in. Note: the chapter does not give photosynthesis a dedicated passage — it states that forests absorb greenhouse gases like CO2 and clean the air (§14.5.2), and photosynthesis is the process behind that absorption, so this answer is flagged as drawn from that mechanism rather than a dedicated passage. جنگلات CO2 جذب کرتے ہیں — یہ کام فوٹو سنتھیسز سے ہوتا ہے؛ باقی تینوں آپشن CO2 خارج کرتے ہیں۔
8. An AQI value between 51 and 100 typically indicates which level of air quality?
Answer: (b) Moderate. — Table 14.2: 0–50 Good (Green), 51–100 Moderate (Yellow), 101–150 Unhealthy for Sensitive Groups (Orange), 151–200 Unhealthy (Red), 201–300 Very Unhealthy (Purple), 301–500 Hazardous (Maroon). "Fatal" is not an AQI level in the book. جدول ۱۴.۲ کے مطابق 51 تا 100 معتدل (پیلا) ہے۔
9. Acid rain is primarily caused by the release of which of the following gases into the atmosphere?
Answer: (b) SO2 and NOx. — Burning fossil fuels releases SOx and NOx; they mix with moisture to form sulphuric acid (SO3 + H2O → H2SO4) and nitric acid (3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO), giving rain of pH below 5.6. CO2/CH4 are greenhouse gases, CFCs deplete ozone, and O3/CO are smog-related, not the acid-rain pair. فوسل فیولز سے SOx اور NOx نکلتے ہیں جو نمی سے مل کر سلفیورک و نائٹرک ایسڈ بناتے ہیں۔
10. In the presence of sunlight and nitrogen oxides (NOx), VOCs can contribute to the formation of:
Answer: (c) Photochemical smog. — Photochemical smog forms when NOx, VOCs and unburned hydrocarbons undergo photochemical reactions in sunlight, giving secondary pollutants ozone and PAN. Acid rain comes from SOx/NOx with moisture, ozone depletion from CFCs in the stratosphere, and greenhouse gases are a separate warming mechanism. دھوپ میں NOx + VOCs سے اوزون اور PAN بنتے ہیں — یہی فوٹو کیمیکل سموگ ہے۔
11. Primary pollutants like nitrogen oxides (NOx) and volatile organic compounds (VOCs) react in the presence of sunlight to form a key component of photochemical smog, which is a:
Answer: (b) Secondary pollutant. — NOx and VOCs are the primary pollutants; what they form in sunlight — ground-level ozone (and PAN) — is a secondary pollutant, formed by chemical reactions of primary pollutants, not emitted directly. It is not harmless: low-altitude ozone above 100 ppm is toxic and photochemical smog can cause heart palpitations, pneumonia and lung cancer. دھوپ میں بننے والی اوزون براہ راست خارج نہیں ہوتی بلکہ تعامل سے بنتی ہے، اس لیے ثانوی آلودگی ہے — اور بے ضرر نہیں۔
(1) Volcanic eruptions — introduce very large quantities of gases and particulate matter (PM) into the atmosphere. (2) Thunderbolts (lightning) — produce significant quantities of oxides of nitrogen (NOx). (3) Humid zones such as swamps, peat-bogs or little deep lakes — produce methane (CH4). (Other book examples that also qualify: dust from the earth's surface and biological materials such as pollens, spores and animal debris; algae on ocean surfaces giving out H2S; and wind erosion introducing PM.) آتش فشاں (گیسیں و PM)، آسمانی بجلی (NOx) اور دلدلیں (میتھین) تین بڑے قدرتی ذرائع ہیں۔
Forests absorb greenhouse gases like CO2 and clean the air for us. Deforestation — the purposeful clearing or thinning of forests by humans — removes that cleaning capacity, so CO2 and other pollutants stay in the air, worsening air quality and driving climate change. The book also lists its wider negative impacts: loss of biodiversity, climate change, soil degradation and water-cycle disruption. جنگلات CO2 جذب کر کے ہوا صاف کرتے ہیں؛ ان کی کٹائی سے یہ صفائی ختم ہو جاتی ہے اور ہوا خراب ہوتی ہے۔
Troposphere (0–12 km): temperature decreases from 17 °C to −58 °C with altitude — it is the lowest, densest layer, warmed from below by the earth's surface, so air gets colder as you move away from that surface. Stratosphere (12–50 km): temperature increases from −58 °C to −2 °C with altitude — because ozone in the upper stratosphere absorbs high-energy ultraviolet radiation from the Sun (O3 —hν→ O2 + O•), and the recombination O2 + O• → O3 is exothermic, warming the layer where the ozone layer forms. Note: the book states the trends and the ozone mechanism; the troposphere's "warmed from below" explanation is the standard reading of its position as the surface layer, flagged here as interpretation of the book's description rather than a quoted sentence. ٹروپوسفیئر میں بلندی کے ساتھ سردی بڑھتی ہے، اسٹریٹوسفیئر میں اوزون کی UV جذب اور ایگزوتھرمک تشکیل سے گرمی بڑھتی ہے۔
(1) Combustion of fossil fuels in vehicle engines, factories and power plants — CO2, CO and hydrocarbons (CH4). (2) Burning of wood as domestic fuel and coal in brick kilns — CO, PM and smoke. (3) Agricultural activities using synthetic fertilizers — NOx. (4) Industrial processes, metallurgy, battery waste and incineration — heavy metals (Pb, Hg, Cd) and SOx. (Vehicle exhaust also releases VOCs, and burning liquid fossil fuels, wood and garbage releases VOCs.) فوسل فیولز کا جلنا (CO2، CO)، لکڑی/کوئلہ (PM)، مصنوعی کھادیں (NOx) اور صنعتی عمل/جلانا (بھاری دھاتیں، SOx) چار بڑی انسانی سرگرمیاں ہیں۔
POPs are resistant to degradation through chemical, biological and photolytic processes, so they accumulate in the environment instead of breaking down. They are toxic and adversely affect human health and the environment, and because they travel by wind and water, POPs generated in one country can affect people and wildlife far from where they were used and released. Book examples: PCBs (electrical equipment, surface-coating ink, adhesives, paints) and DDT (agricultural insecticide). POPs گلتے نہیں، ماحول میں جمع ہوتے ہیں، زہریلے ہیں اور ہوا و پانی سے دور دراز علاقوں تک پہنچتے ہیں۔
PAHs — fused multiple aromatic rings, e.g. naphthalene, anthracene and phenanthrene — have potential toxicity and carcinogenic properties. That is, they are toxic and can cause cancer. They are generated primarily during incomplete combustion of fossil fuels (coal, oil, petrol, wood), vehicle emissions, industrial processes and even grilled foods, and some also come from natural open burning and petroleum/coal seepage. Note: the book states toxicity and carcinogenicity in general terms and does not name a specific PAH-caused disease beyond that, so no specific disease has been added here. PAHs زہریلے ہیں اور ان میں سرطان پیدا کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے۔
Photochemical smog (Los Angeles smog) is the type of smog in which primary air pollutants like nitrogen oxides (NOx), VOCs and unburned hydrocarbons undergo photochemical reactions in the presence of sunlight and form secondary pollutants like ozone and peroxyacetyl nitrates (PAN). Conditions: an urban area with vehicle/industrial emissions supplying NOx, VOCs and unburned hydrocarbons, plus sunlight to drive the photochemical reactions. It is considered more dangerous than classical smog, causing heart palpitations, pneumonia and even lung cancer, and appears as a brownish-yellow haze. دھوپ میں NOx + VOCs + غیر جلے ہائیڈرو کاربن سے اوزون اور PAN بنتے ہیں — یہی فوٹو کیمیکل سموگ ہے۔
The Air Quality Index (AQI) provides a measure of the concentrations of pollutants present in the air at a particular location — i.e. how much of each pollutant is in the air at that place, expressed as a single index value with a level of health concern (Good, Moderate, Unhealthy for Sensitive Groups, Unhealthy, Very Unhealthy, Hazardous) and a colour (Green, Yellow, Orange, Red, Purple, Maroon). Good air (under 50) is clear with only small amounts of solid particles and chemical pollutants; poor air (high values, over 300 hazardous) is often hazy and dangerous to health and the environment. AQI کسی مقام پر ہوا میں آلودگیوں کی مقدار بتاتا ہے، ساتھ صحت کی سطح اور رنگ بھی۔
PM10 means particulate matter with diameter up to 10 micrometers; PM2.5 means particulate matter with diameter up to 2.5 micrometers — the finer fraction. The book gives the PM size range as 2.5 to 10.0 micrometers for the particles it discusses. PM2.5 is generally considered more harmful because finer particles penetrate deeper into the respiratory system and lungs, causing inflammation and irritation of the airways (asthma, bronchitis), while coarser PM10 particles are more likely to be trapped in the nose and upper airways. Long-term exposure to fine PM also raises the risk of chronic cough, pneumonia, cardiovascular disease and lung cancer (see §14.10). PM2.5 باریک (2.5 مائیکرو میٹر تک) ہے، اس لیے پھیپھڑوں میں گہرائی تک جاتا ہے اور زیادہ نقصان دہ ہے۔
Fossil-fuel burning releases SOx and NOx, which mix with moisture in the air and form acids, carried by wind over huge distances before falling as rain, hail, snow or fog of pH below 5.6: Sulphur route: 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g); SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq) (sulphuric acid). Nitrogen route: 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g); 3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(aq) (nitric acid plus nitrous-acid chemistry, in the book's wording "nitric acid and nitrous acid"). SO2 is the major source of acid deposition. SOx سے سلفیورک ایسڈ اور NOx سے نائٹرک ایسڈ بنتا ہے — یہی تیزابی بارش ہے (pH 5.6 سے کم)۔
The book's specific smog-control measures (§14.15.2 v) are: restriction of the burning of crop residues and use of smog control towers. These sit inside the wider control measures of §14.15.2, which also cut smog-forming emissions: vehicle emission standards with cleaner fuels (CNG, LPG) and strict fuel-quality regulations; industrial emission control (cleaner production, pollution-control technologies); public awareness campaigns (public transport, carpooling, cycling, walking); urban planning and green infrastructure (green belts, parks, less congestion); and prohibition of open-fire burning of bulk domestic and industrial waste. Note: the book names only crop-residue restriction and smog towers under the heading "smog control measures" itself; the rest are its general air-pollution measures, included here because they reduce the NOx/VOC/PM that form smog. خاص سموگ اقدامات: فصل کی باقیات جلانے پر پابندی اور سموگ کنٹرول ٹاورز؛ ساتھ گاڑیوں و صنعتوں کے اخراج پر کنٹرول بھی سموگ کم کرتا ہے۔
A catalytic converter converts harmful exhaust pollutants to harmless substances on a catalyst: CO is oxidized to CO2, NOx are reduced to N2, and unburnt hydrocarbons are converted to CO2 and H2O. Most cars are equipped with catalytic converters for exactly this purpose. (Related diesel technologies in the same section: DPF captures and stores soot/PM, and SCR reduces NOx to N2 while oxidizing CO and hydrocarbons to CO2 and water vapour.) کیٹالیٹک کنورٹر CO کو CO2، NOx کو N2 اور غیر جلے ہائیڈرو کاربن کو CO2 + H2O میں بدل دیتا ہے۔
Lead and mercury are heavy metals released into the atmosphere from various industrial processes, transportation and other human activities. Their major sources, named by the book for heavy metals generally (Pb, Hg, Cd together), are metallurgy, battery waste and incineration. Note: the book groups lead, mercury and cadmium together and does not give a separate source list for lead alone or mercury alone, so no metal-specific source has been invented here. سیسہ و پارہ بھاری دھاتیں ہیں؛ ان کے بڑے ذرائع دھات کاری، بیٹریوں کا فضلہ اور جلانا ہیں — کتاب انہیں الگ الگ نہیں بتاتی۔
i) Heavy metals (Pb, Hg, Cd) — sources: industrial processes, transportation and other human activities; major sources are metallurgy, battery waste and incineration. Effects: they are significant air pollutants; the book treats them as toxic heavy-metal pollutants that enter the atmosphere and harm human health and the environment, and §14.10 links prolonged pollutant exposure to respiratory, cardiovascular, cancer and reproductive/developmental harm. (The book does not split effects metal-by-metal, so none is invented here.)
ii) VOCs — sources: emitted as gases from certain solids or liquids; liquid fuels are major sources; vehicle exhaust and burning liquid fossil fuels, wood and garbage release VOCs. Effects: significant pollutants contributing to indoor and outdoor air pollution; short-term exposure causes eye, nose and throat irritation, headache and nausea; long-term exposure damages the liver, kidney and central nervous system. VOCs also react with NOx in sunlight to form photochemical smog (ozone, PAN). Common VOCs: benzene, xylene, toluene, ethanol, formaldehyde, acetone.
iii) PAHs — sources: primarily incomplete combustion of fossil fuels (coal, oil, petrol, wood), vehicle emissions, industrial processes and even grilled foods; natural sources include open burning and natural loss or seepage of petroleum and coal deposits. Effects: common environmental pollutants composed of fused multiple aromatic rings (naphthalene, anthracene, phenanthrene); they have potential toxicity and carcinogenic properties, i.e. they are toxic and can cause cancer.
iv) POPs — sources: used and released by human activity — book examples: PCBs in electrical equipment, surface-coating ink, adhesives and paints; DDT as an agricultural insecticide. Effects: resistant to chemical, biological and photolytic degradation, so they accumulate in the environment; toxic, adversely affecting human health and the environment; they travel by wind and water, so POPs generated in one country affect people and wildlife far from where they were used and released.
i) CFCs and ozone layer depletion. Chlorofluorocarbons are organic compounds that exist as gases or low-boiling liquids at room temperature and are used as aerosols or refrigerants (propellants for aerosols, coolant in refrigerators and air conditioners). They diffuse into the stratosphere, where UV radiation breaks them down, creating chlorine free radicals (Cl•): CFCl3 —UV→ CFCl2 + Cl•. The radical destroys ozone: Cl• + O3 → ClO• + O2; ClO• + O → Cl• + O2. Because Cl• is regenerated in the last step, steps 2–3 repeat many times, so the decomposition of one CFC molecule can destroy up to 100,000 ozone molecules. The resulting decrease in stratospheric ozone concentration is called ozone depletion. CFCs are also 100,000 times more effective than CO2 at preventing heat from escaping the earth's atmosphere.
ii) Greenhouse effect and global warming. Global warming is the long-term rise in the Earth's average surface temperature due to human activities, primarily greenhouse-gas (GHG) emissions from burning fossil fuels. The greenhouse effect is the progressive warming of the earth's surface due to the blanketing effect of GHGs in the atmosphere; it is a global-scale problem of air pollution. CO2 and water vapour transmit short-wavelength solar radiation but reflect back the longer-wavelength heat radiation from the warmed earth; GHGs absorb infra-red radiation. In the day, solar heat passes through the atmosphere and heats the earth; at night the earth radiates heat to outer space, but GHGs trap part of it, preventing heat loss. The higher the concentration of CO2 and other gases, the greater the absorption of thermal radiation and the greater the rise in global temperature. The book's figure names CH4, CO2, SF6 and NOx as heat-trapping greenhouse gases.
Burning fossil fuels (coal, fuel oils, natural gas) in vehicle engines, factories and power plants releases oxides of sulphur (SOx) and oxides of nitrogen (NOx) into the atmosphere. SO2 is the major source of acid deposition. These gases mix with the moisture in the air and form acids; wind can carry the acidic droplets over huge distances, and they finally return to the ground as acid rain, acid hail, snow and even fog. Rain water with pH less than 5.6 is acid rain; it looks, feels and tastes like clean rain, but its corrosive nature causes widespread damage to the environment (ecosystems, crops, buildings — the book's general statement is "widespread damage to the environment"; §14.16 adds crop damage and acid-rain costs).
Sulphur route: SO2 from fossil fuels is oxidized to SO3, which reacts with water to form sulphuric acid: 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g); SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq).
Nitrogen route: at the high temperatures of burning, N2 + O2 —high T→ 2NO; 2NO + O2 → 2NO2; nitrogen oxide then reacts with water to produce nitric acid (and nitrous acid, in the book's wording): 3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(aq).
So fossil-fuel burning → SO2/NOx → oxidation → reaction with atmospheric water → H2SO4 and HNO3 falling as precipitation of pH below 5.6: that is acid rain.
Air Quality Index (AQI) is the measure of the concentrations of pollutants present in the air at a particular location. When air quality is good, the air is clear and contains only a small amount of solid particles and chemical pollutants; poor air quality, with a high level of pollutants, is often hazy and dangerous to health and the environment. An AQI value under 50 is good (safe to spend time outdoors without risk to health); over 300 is hazardous. Children under 18, adults over 65 and people with chronic heart and lung diseases are at high risk, and outdoor workers face higher risk from prolonged exposure. The instrument used to measure AQI is the nephelometer (photometer), which detects PM such as dust, smoke, mist and fumes by measuring the total light they scatter. Table 14.2 levels: 0–50 Good (Green); 51–100 Moderate (Yellow); 101–150 Unhealthy for Sensitive Groups (Orange); 151–200 Unhealthy (Red); 201–300 Very Unhealthy (Purple); 301–500 Hazardous (Maroon).
Factors affecting air quality (§14.8.1): i) Emission sources — burning wood and fossil fuels raises local pollution; factories and power plants release SOx and NOx; vehicles release CO, PM and VOCs. ii) Meteorological conditions — wind, temperature and humidity affect pollutant dispersion and concentration; a layer of warm air trapping pollutants near the ground leads to poor air quality. (iii) — not printed in the book: the book's list jumps from (ii) to (iv); no third factor is given and none is invented here. iv) Natural events — wildfires release large amounts of smoke and PM; natural dust storms significantly lower air quality. v) Seasonal changes — temperature variations such as heating or cooling buildings in different seasons increase pollutant emissions; seasonal pollen concentration contributes to poor air quality.
۱) بھاری دھاتیں (Pb, Hg, Cd) — ذرائع: صنعتی عمل، نقل و حمل اور دیگر انسانی سرگرمیاں؛ بڑے ذرائع دھات کاری، بیٹریوں کا فضلہ اور جلانا ہیں۔ اثرات: یہ اہم فضائی آلودگیاں ہیں؛ کتاب انہیں زہریلی بھاری دھاتی آلودگیاں قرار دیتی ہے جو کرہ ہوائی میں داخل ہو کر انسانی صحت و ماحول کو نقصان پہنچاتی ہیں، اور سیکشن ۱۴.۱۰ طویل نمائش کو سانس، دل و خون، کینسر اور تولیدی/نشوونما کے نقصانات سے جوڑتا ہے۔ (کتاب اثرات کو دھات بہ دھات الگ نہیں بتاتی، اس لیے کوئی الگ اثر ایجاد نہیں کیا گیا۔)
۲) VOCs — ذرائع: بعض ٹھوس یا مائعات سے گیسوں کی صورت میں خارج ہوتے ہیں؛ مائع ایندھن بڑے ذرائع ہیں؛ گاڑیوں کا دھواں اور مائع فوسل فیولز، لکڑی و کوڑے کا جلنا VOCs خارج کرتا ہے۔ اثرات: اندرونی و بیرونی فضائی آلودگی میں اہم حصہ؛ قلیل مدتی نمائش سے آنکھ، ناک و گلے کی جلن، سر درد و متلی؛ طویل مدتی نمائش سے جگر، گردے و مرکزی اعصابی نظام کو نقصان۔ VOCs دھوپ میں NOx سے مل کر فوٹو کیمیکل سموگ (اوزون، PAN) بھی بناتے ہیں۔ عام VOCs: بینزین، زائلین، ٹولوئین، ایتھانول، فارملڈیہائیڈ، ایسیٹون۔
۳) PAHs — ذرائع: بنیادی طور پر فوسل فیولز (کوئلہ، تیل، پیٹرول، لکڑی) کے نامکمل جلنے، گاڑیوں کے اخراج، صنعتی عملوں اور حتیٰ کہ گرل شدہ کھانوں سے؛ قدرتی ذرائع میں کھلی جلن اور پیٹرولیم و کوئلے کے ذخائر کا قدرتی نقصان یا رساؤ شامل ہے۔ اثرات: جڑے ہوئے متعدد ایرومیٹک رنگز پر مشتمل عام ماحولیاتی آلودگیاں (نیفتھلین، اینتھریسین، فینینتھرین)؛ ان میں ممکنہ زہریلا پن اور سرطان پیدا کرنے کی خصوصیات ہوتی ہیں۔
۴) POPs — ذرائع: انسانی استعمال و اخراج — کتاب کی مثالیں: PCBs برقی آلات، سطحی کوٹنگ کی سیاہی، چپکنے والے مادوں و پینٹس میں؛ DDT زراعت میں کیڑے مار دوا۔ اثرات: کیمیائی، حیاتیاتی و فوٹولائٹک تحلیل کے خلاف مزاحم، اس لیے ماحول میں جمع ہوتے ہیں؛ زہریلے، انسانی صحت و ماحول پر برا اثر؛ ہوا و پانی سے سفر کرتے ہیں، اس لیے ایک ملک میں پیدا ہونے والے POPs استعمال و اخراج کی جگہ سے دور لوگوں و جنگلی حیات کو متاثر کرتے ہیں۔
۱) CFCs اور اوزون کی تہہ کی کمی۔ کلورو فلورو کاربن نامیاتی مرکبات ہیں جو کمرے کے درجہ حرارت پر گیسوں یا کم نقطہ ابال والے مائعات کی صورت میں ہوتے ہیں اور ایروسولز یا ریفریجرینٹس کے طور پر استعمال ہوتے ہیں (ایروسولز کے لیے پروپیلنٹ، ریفریجریٹرز و ایئر کنڈیشنرز میں کولنٹ)۔ یہ اسٹریٹوسفیئر میں پھیل جاتے ہیں، جہاں UV شعاعیں انہیں توڑ کر کلورین فری ریڈیکل (Cl•) بناتی ہیں: CFCl3 —UV→ CFCl2 + Cl•۔ ریڈیکل اوزون تباہ کرتا ہے: Cl• + O3 → ClO• + O2؛ ClO• + O → Cl• + O2۔ چونکہ آخری مرحلے میں Cl• دوبارہ بن جاتا ہے، اس لیے مراحل ۲ تا ۳ کئی بار دہرائے جاتے ہیں، اور CFC کے ایک مالیکیول کی تحلیل اوزون کے 100,000 تک مالیکیول تباہ کر سکتی ہے۔ اسٹریٹوسفیئر میں اوزون کی مقدار میں اس کمی کو اوزون کی کمی (depletion) کہا جاتا ہے۔ CFCs زمین کی فضا سے حرارت کے اخراج کو روکنے میں CO2 سے 100,000 گنا زیادہ مؤثر بھی ہیں۔
۲) گرین ہاؤس اثر اور عالمی حدت۔ عالمی حدت انسانی سرگرمیوں کی وجہ سے زمین کے اوسط سطحی درجہ حرارت میں طویل مدتی اضافہ ہے، بنیادی طور پر فوسل فیولز کے جلنے سے خارج ہونے والی گرین ہاؤس گیسوں (GHGs) کے اخراج کی وجہ سے۔ گرین ہاؤس اثر کرہ ہوائی میں GHGs کے کمبل نما اثر کی وجہ سے زمین کی سطح کا بتدریج گرم ہونا ہے؛ یہ فضائی آلودگی کا عالمی پیمانے کا مسئلہ ہے۔ CO2 اور پانی کے بخارات کم طول موج والی شمسی شعاعوں کو گزرنے دیتے ہیں لیکن زمین کی گرم سطح سے آنے والی زیادہ طول موج والی حرارتی شعاعوں کو واپس منعکس کرتے ہیں؛ GHGs انفرا ریڈ شعاعیں جذب کرتی ہیں۔ دن میں شمسی حرارت کرہ ہوائی سے گزر کر زمین کو گرم کرتی ہے؛ رات میں زمین حرارت کو بیرونی خلا کی طرف خارج کرتی ہے، لیکن GHGs اس کا کچھ حصہ روک لیتی ہیں، جس سے حرارت کا ضیاع رکتا ہے۔ CO2 اور دیگر گیسوں کی مقدار جتنی زیادہ ہوگی، حرارتی شعاعوں کا جذب اتنا ہی زیادہ ہوگا اور عالمی درجہ حرارت میں اضافہ اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ کتاب کی شکل میں CH4، CO2، SF6 اور NOx کو حرارت روکنے والی گرین ہاؤس گیسوں کے طور پر نامزد کیا گیا ہے۔
گاڑیوں کے انجنوں، فیکٹریوں اور بجلی گھروں میں فوسل فیولز (کوئلہ، فیول آئل، قدرتی گیس) کے جلنے سے کرہ ہوائی میں سلفر کے آکسائیڈ (SOx) اور نائٹروجن کے آکسائیڈ (NOx) خارج ہوتے ہیں۔ SO2 تیزابی ترسیب کا بڑا ذریعہ ہے۔ یہ گیسیں ہوا کی نمی سے مل کر تیزاب بناتی ہیں؛ ہوا ان تیزابی قطروں کو بہت دور تک لے جا سکتی ہے، اور وہ آخر میں تیزابی بارش، تیزابی اولے، برف اور حتیٰ کہ دھند کی صورت میں زمین پر واپس آتے ہیں۔ pH 5.6 سے کم والی بارش کا پانی تیزابی بارش ہے؛ یہ دیکھنے، چھونے اور چکھنے میں صاف بارش جیسی لگتی ہے، لیکن اس کی کھردری فطرت ماحول کو وسیع نقصان پہنچاتی ہے (ماحولیاتی نظام، فصلیں، عمارتیں — کتاب کا عمومی بیان "ماحول کو وسیع نقصان" ہے؛ سیکشن ۱۴.۱۶ فصلوں کے نقصان اور تیزابی بارش کے اخراجات کا اضافہ کرتا ہے)۔
سلفر کا راستہ: فوسل فیولز سے SO2 آکسیڈائز ہو کر SO3 بنتا ہے، جو پانی سے مل کر سلفیورک ایسڈ بناتا ہے: 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)؛ SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)۔
نائٹروجن کا راستہ: جلنے کی زیادہ گرمی پر N2 + O2 —high T→ 2NO؛ 2NO + O2 → 2NO2؛ پھر نائٹروجن آکسائیڈ پانی سے مل کر نائٹرک ایسڈ (اور کتاب کے الفاظ میں نائٹرس ایسڈ) بناتا ہے: 3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(aq)۔
اس طرح فوسل فیولز کا جلنا → SO2/NOx → آکسیڈیشن → ہوا کے پانی سے تعامل → H2SO4 اور HNO3 جو pH 5.6 سے کم والی ترسیب کی صورت میں گرتے ہیں: یہی تیزابی بارش ہے۔
ایئر کوالٹی انڈیکس (AQI) کسی خاص مقام پر ہوا میں موجود آلودگیوں کی مقدار کی پیمائش ہے۔ جب ہوا کا معیار اچھا ہو تو ہوا صاف ہوتی ہے اور اس میں ٹھوس ذرات اور کیمیائی آلودگیوں کی صرف تھوڑی مقدار ہوتی ہے؛ خراب معیار کی ہوا، جس میں آلودگیاں زیادہ ہوتی ہیں، اکثر دھندلی اور صحت و ماحول کے لیے خطرناک ہوتی ہے۔ AQI کی قیمت 50 سے کم اچھی ہے (باہر وقت گزارنا صحت کے لیے محفوظ)؛ 300 سے زیادہ خطرناک ہے۔ 18 سال سے کم عمر بچے، 65 سال سے زیادہ عمر کے بالغ اور دل و پھیپھڑوں کی دائمی بیماریوں والے افراد زیادہ خطرے میں ہوتے ہیں، اور باہر کام کرنے والے مزدور طویل نمائش سے زیادہ خطرے میں ہوتے ہیں۔ AQI ماپنے کا آلہ نیفیلومیٹر (فوٹومیٹر) ہے، جو دھول، دھواں، دھند و بخارات جیسے PM کو ان کے بکھیرے ہوئے کل روشنی کی پیمائش سے پہچانتا ہے۔ جدول ۱۴.۲ کی سطحیں: 0–50 اچھی (سبز)؛ 51–100 معتدل (پیلا)؛ 101–150 حساس گروہوں کے لیے غیر صحت بخش (نارنجی)؛ 151–200 غیر صحت بخش (سرخ)؛ 201–300 بہت غیر صحت بخش (جامنی)؛ 301–500 خطرناک (میرون)۔
ہوا کے معیار کو متاثر کرنے والے عوامل (سیکشن ۱۴.۸.۱): ۱) اخراجی ذرائع — لکڑی و فوسل فیولز کا جلنا مقامی آلودگی بڑھاتا ہے؛ فیکٹریاں و بجلی گھر SOx و NOx خارج کرتے ہیں؛ گاڑیاں CO، PM اور VOCs خارج کرتی ہیں۔ ۲) موسمیاتی حالات — ہوا، درجہ حرارت و نمی آلودگیوں کے پھیلاؤ و مقدار کو متاثر کرتے ہیں؛ زمین کے قریب آلودگیوں کو پھنسانے والی گرم ہوا کی تہہ ہوا کے خراب معیار کا سبب بنتی ہے۔ (iii) — کتاب میں چھپا نہیں ہے: کتاب کی فہرست (ii) سے سیدھا (iv) پر چلی جاتی ہے؛ کوئی تیسرا عامل دیا نہیں گیا اور کوئی ایجاد نہیں کیا گیا۔ ۴) قدرتی واقعات — جنگل کی آگ بڑی مقدار میں دھواں و PM خارج کرتی ہے؛ قدرتی دھول کے طوفان ہوا کے معیار کو خاصا کم کرتے ہیں۔ ۵) موسمی تبدیلیاں — درجہ حرارت کی تبدیلیاں، جیسے مختلف موسموں میں عمارتوں کو گرم یا ٹھنڈا کرنا، آلودگیوں کے اخراج کو بڑھاتی ہیں؛ موسمی پولن کی مقدار ہوا کے خراب معیار میں حصہ ڈالتی ہے۔
What this chapter is about: the atmosphere — what it is made of, its four layers, what pollutes it, where pollutants come from, what they do (smog, acid rain, global warming), how air quality is measured and what it does to health, and how pollution is controlled by technology and law.
Must-remember numbers: N2 78.00%, O2 21.01%, Ar 0.93%, CO2 0.04%; layers — troposphere 0–12 km (17 to −58 °C), stratosphere 12–50 km (−58 to −2 °C, ozone layer), mesosphere 50–80 km (−2 to −93 °C, coldest), thermosphere 80–600 km (500–2000 °C+); low ozone toxic above 100 ppm; acid rain = pH below 5.6; AQI under 50 good, over 300 hazardous; one CFC molecule can destroy up to 100,000 ozone molecules.
Must-remember reactions: ozone formation O2 + O• → O3 (exothermic) and breakdown O3 —hν→ O2 + O•; CO from incomplete burning 2C + O2 → 2CO; NOx from heat N2 + O2 → 2NO → 2NO2; CFC chain Cl• + O3 → ClO• + O2, ClO• + O → Cl• + O2; acid rain 2SO2 + O2 → 2SO3, SO3 + H2O → H2SO4 and 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO; catalytic converter CO → CO2, NOx → N2, HC → CO2 + H2O.
Topics in this chapter:
Revision guidance: first memorize the layer table (height + temperature trend + one special fact each) and the AQI colour table — both are direct table questions. Then learn the pollutant list of 11 with one source each, and the three reaction families (ozone, CFC chain, acid rain) by writing them out twice. Finally, practise the exercise: classical vs photochemical smog, primary vs secondary, and the control technologies (CC, DPF, SCR, scrubbers) with their one-line jobs — these four contrasts cover most short questions in this chapter.
یہ باب کس بارے میں ہے: کرہ ہوائی — یہ کس چیز سے بنا ہے، اس کی چار تہیں، اسے کیا آلودہ کرتا ہے، آلودگیاں کہاں سے آتی ہیں، وہ کیا کرتی ہیں (سموگ، تیزابی بارش، عالمی حدت)، ہوا کا معیار کیسے ماپا جاتا ہے اور صحت پر اس کا کیا اثر ہوتا ہے، اور ٹیکنالوجی و قانون سے آلودگی کیسے کنٹرول کی جاتی ہے۔
یاد رکھنے والے اعداد: N2 78.00%، O2 21.01%، Ar 0.93%، CO2 0.04%؛ تہیں — ٹروپوسفیئر 0–12 کلومیٹر (17 تا −58 °C)، اسٹریٹوسفیئر 12–50 کلومیٹر (−58 تا −2 °C، اوزون کی تہہ)، میزوسفیئر 50–80 کلومیٹر (−2 تا −93 °C، سرد ترین)، تھرموسفیئر 80–600 کلومیٹر (500–2000 °C+)؛ نچلی اوزون 100 ppm سے زیادہ پر زہریلی؛ تیزابی بارش = pH 5.6 سے کم؛ AQI 50 سے کم اچھا، 300 سے زیادہ خطرناک؛ CFC کا ایک مالیکیول اوزون کے 100,000 تک مالیکیول تباہ کر سکتا ہے۔
یاد رکھنے والے تعاملات: اوزون کی تشکیل O2 + O• → O3 (ایگزوتھرمک) اور ٹوٹنا O3 —hν→ O2 + O•؛ نامکمل جلن سے CO: 2C + O2 → 2CO؛ گرمی سے NOx: N2 + O2 → 2NO → 2NO2؛ CFC زنجیر: Cl• + O3 → ClO• + O2، ClO• + O → Cl• + O2؛ تیزابی بارش: 2SO2 + O2 → 2SO3، SO3 + H2O → H2SO4 اور 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO؛ کیٹالیٹک کنورٹر: CO → CO2، NOx → N2، HC → CO2 + H2O۔
اس باب کے موضوعات:
دہرائی کی رہنمائی: پہلے تہوں کا جدول (بلندی + درجہ حرارت کا رجحان + ہر ایک کی ایک خاص بات) اور AQI کا رنگوں والا جدول یاد کریں — دونوں براہ راست جدول کے سوالات ہیں۔ پھر ۱۱ آلودگیوں کی فہرست ہر ایک کے ایک ذریعہ کے ساتھ، اور تین تعاملی خاندان (اوزون، CFC زنجیر، تیزابی بارش) دو بار لکھ کر یاد کریں۔ آخر میں مشق کی مشق کریں: کلاسیکی بمقابلہ فوٹو کیمیکل سموگ، بنیادی بمقابلہ ثانوی، اور کنٹرول ٹیکنالوجیز (CC، DPF، SCR، اسکربرز) ان کے ایک سطری کام کے ساتھ — یہ چار موازنے اس باب کے زیادہ تر مختصر سوالات کا احاطہ کرتے ہیں۔
Chapter-wise tests, fresh random papers اور instant score کے لیے PunjabTest.com کا میں test section دیکھو:
PunjabTest.com — Complete Guide Book • FSc Part 1 Chemistry, Chapter 14 (New Book, Session 2026–27) • English + Urdu