1. Migracja zanieczyszczeń w
ekosystemach-schemat i przykłady:
a) migracja zanieczyszczeń w
ekosystemach podlega takim samym
prawom jak obieg naturalnych
komponentów ekosfery.

pyły i gazy

atmosfera

hydrosfera litosfera

ścieki odpady
komunalne komunalne
i przemysłowe i przemysłowe
odpady nawozy
zatapiane i pestycydy

Przykłady:
- w atmosferze:
*czynniki meteorologiczne (opady
kwaśnego deszczu);
*czynniki topograficzne;
*charakterystyka emitora.
-w wodach:
*prądy morskie i nurt rzeczny;
*regeneracja wód (stopień
rozcieńczenia-zanieczyszczenia
poniżej 5% objętość wody,
intensywność wymiany wód).
-w glebach (za pośrednictwem
wody i powietrza):
*intensywność wymiany
powietrzno-gazowe;
*stopień rozpuszczalności wód z
odpadów atmosferycznych
(prędkość przepływów pionowych
iły-4mm/h, piaski-4m/h).
-migracja zanieczyszczeń w
łańcuchach torficznych
(akumulacja najczęściej w tkance
tłuszczowej) kumulowanie toksyn i
substancji promieniotwórczych-
mięso i produkty odzwierzęce,
skażone rośliny, skażona woda.

emisja-przenieszczenie
zanieczyszczeń ze źródła do
ekosfery w jej pojęciu
najogólniejszym.
imisja-przeniesienie zanieczyszczeń
do receptorów:ludzie, rośliny,
zwierzęta.
transmisja-obejmuje wszystkie
zjawiska zachodzące pomiędzy
źródłem a receptorem w funkcji
czasu i przestrzeni:przemiany
fizyczne i chemiczne, reakcje
wtórne (np. synergizm),
rozcieńczenie.

2. Relacja człowiek-środowisko.
Zasady interakcji.
W tej relacji obowiązuje zasada
akcji i reakcji.
Czynnikiem zewnętrznym źródła
napięć w ekosferze stał się człowiek.

Cechy charakterystyczne form
reakcji ekosystemu:
-Zjawiska o zasięgu globalnym i
długofalowym działaniu:
*eksplozja demograficzna;
*nasilanie się efektu cieplarnianego;
*ubytki ozonu w stratosferze;
*wycinanie lasów deszczowych.
-Ujawnienie się nieprzewidzianych
następstw niweczących
spodziewane korzyści lub
stwarzających nowe problemy
wymagające rozwiązania na
skutek przekształcenia środowiska
z pogwałceniem obowiązujących
w nim praw:
*eksploatacja zasobów
surowcowych;
*urbanizacja;
*mechanizacja i chemizacja
rolnictwa (nawożenie azotowe-
bardzo szybki wzrost roślin, ale
zmianami w budowie
anatomicznej);nawadnianie terenów
pustynnych-zachwianie równowagi
mikro- i makroelementów
prowadzące do degradacji gleby
oraz obniżenia plonów a nawet
zanieczyszczenia upraw;
hydroenergetyka (spowodowało
wysiedlenie ludności co
doprowadziło do erozji gleby;
pogorszenie warunków dla życia
organicznego (także hodowli ryb);
powiększyła się liczba siedlisk
muchy tse-tse co spowodowało
spadek pogłowia bydła.
*introdukcja obcych dla danego
systemu gatunków roślin i zwierząt
(introdukcja obcych gatunków-
króliki w Australii, ropucha
tropikalna którą wypuścili w
Australii.
*wprowadzenie do środowiska
ekotoksyn."czyste" preparaty
(preparat przeciw anemii dla dzieci)-
zbyt duża wartość rtęci,
przekroczenie podstawowej normy.
-Ujawnienie się nieprzewidzianych
następstw niweczących spodziewane
korzyści lub stwarzających nowe
problemy wymagające rozwiązania
na skutek działań mających na celu
ochronę środowiska (ochrona
gatunkowa słoni, ochrona lasów
przed pożarami).

3. Zdolność nośna ekosystemu, a
liczebność populacji w systemach
naturalnych i antropologicznych.
Teoria Malthusa.
Liczebność populacji - model S.
Wzrost populacji gatunków w
warunkach równowagi ekosystemu
przebiega zgodnie z modelem S
Presja środowiska hamuje wzrost
populacji.
Zdolność nośna ekosystemu =
granica wydajności środowiska
(zasoby pokarmowe).
Wahania populacji w systemach
naturalnych:
-oscylacje- stały okres i stała
amplituda
- fluktuacje – nieregularne i o
dużym nasileniu.
Ograniczenie zasobów
pokarmowych:
- konkurencja rożnych gatunków do
tych samych zasobów
pokarmowych;
- niekorzystna zmiana warunków
środowiskowych (antropogenizacja
środowiska, ekstremalne zmiany
klimatyczne).
Liczebność populacji - model J.
Utrzymywanie się populacji przez
dłuższy czas w fazie równowagi na
poziomie granicy zdolności nośnej
ekosystemu jest możliwe tylko
wówczas, gdy eksploatacja zasobów
jest kompensowana przez
odtwarzaniem tych zasobów w
środowisku.
-Trwałe wyczerpanie zasobów lub
nagromadzenia produktów
przemiany materii;
-Zmniejszenie zdolności nośnej
ekosystemu;
-Obniżenia się liczebności populacji.
Teoria Malthusa.
Malthus zwrócił uwagę na korelacje
zachodzące pomiędzy przyrostem
ludności, a poziomem zamożności
społeczeństwa, upatrując we
wzroście demograficznym
zagrożenie, prowadzące
nieuchronnie do klęski głodu oraz
nędzy. Wychodząc z tego założenia
przeciwstawiał się wszelkiej
pomocy materialnej na rzecz
ubogich warstw społecznych w
Anglii. Był również skrajnym
przeciwnikiem egalitaryzmu (a nie
jak niektórzy autorzy uogólniają -
socjalizmu) twierdząc, że równość
spowoduje jeszcze większy przyrost
naturalny, prowadzący do klęski
głodu.

4. Mechanizm destrukcji ozonosfery
przy freon.
FAZA 1
Pod wpływem promieniowania UV
następuje uwolnienie z cząsteczki
freonu atomu chloru.
CCl

2

F

2

+ hv

l<200 nm

→Cl + CClF

2

FAZA 2
Chlor atomowy jest bardzo aktywny
chemicznie i przez 1-2 s reaguje z
cząsteczką ozonu, w wyniku czego
powstaje tlenek chloru i tlen
molekularny Cl + O

3

→ ClO + O

2

FAZA 3
Powstały tlenek chloru jest również
bardzo aktywny chemicznie i po 1-2
min również ulega rozpadowi
ClO + O → Cl + O

2

FAZA 4
W wyniku rozbicia przez wolny
atom tlenu cząsteczki tlenku chloru,
uwalnia się wolny chlor i proces
rozpoczyna się od nowa (vide faza 2
i 3).
Mechanizm destrukcji ozonosfery
przez freony - rezerwuary chloru
Proces destrukcji ozonu przez chlor
powtarza się nawet do 1000 razy,
dopóki łańcuch nie zostanie
przerwany przez inne,
konkurencyjne składniki atmosfery,
jak np. NO

2

czy CH

4

.

Reakcja tego typu zachodzi głównie
w nocy. W dzień promieniowanie
UV rozrywa azotan chlorowy i
znowu uwalnia chlor, który niszczy
ozon w łańcuchowej reakcji. Proces
niszczenia ozonu przez chlor kończy
się wówczas, gdy jeden ze
związków stanowiących rezerwuar
chloru, najczęściej chlorowodór,
przemieści się do troposfery i
zostanie wymyty przez deszcz.
W przyjętym przez Rowlanda i
Molinę modelu, uwzględniającym
obecność rezerwuarow chloru,
szacowany na poziomie 5 % spadek
ilości ozonu w stratosferze miał
nastąpić w połowie XXI wieku.
Tymczasem badania wykazywały
znacznie szybsze tempo zaniku
ozonosfery. W 1986 roku udało się
skorelować cykl ewolucji dziur
ozonowych z obecnością polarnych
obłokow stratosferycznych
(zjawisko to nie występuje nad
biegunem połnocnym).
Mechanizm destrukcji ozonosfery
przez freony - rezerwuary chloru
jako źródło Cl

2

W czasie zimy arktycznej wirujące
powietrze utrzymywane jest w
lodowatych ciemnościach. Sprzyja
to tworzeniu się chmur
stratosferycznych zbudowanych z
drobnych kryształków (1mm)
hydratu kwasu azotowego. Związek
ten zestala się łatwiej jak woda. Rolę
zalążków krystalizacji spełniają
drobiny kwasu siarkowego ( 0,1
mm).
Powierzchnia kryształów okazuje się
dobrym środowiskiem dla
wzajemnej reakcji cząsteczek
chlorowodoru i azotanu chlorowego.
HCl (kryst.)+ClONO

2

(gaz)

Cl

2

(gaz)+ HNO

3

(kryst)

Cl

2

+hv→ Cl+Cl

Cl+O

3

→ClO+O

2

…itd

5. Mechanizm efektu termicznego
(cieplarnianego)
Efekt cieplarniany-warunek
konieczny istnienia życia na Ziemi-
zachodzi, kiedy promieniowanie
podczerwone (ciepło) jest
zatrzymane w atmosferze.

Z termodynamicznego punktu
widzenia Ziemię jako planetę można
traktować jako układ zamknięty, tzn.
taki, który nie wymienia z
otoczeniem masy ale wymienia
energię. Transport energii odbywa
się poprzez promieniowanie,
przewodnictwo i konwekcję.
Natężenie promieniowania
słonecznego w różnych zakresach
fal, docierającego do zewnętrznych
warstw atmosfery Ziemi, po
przejściu przez atmosferę i
przenikającego przez chmury .

Mechanizm powstawania efektu
cieplarnianego .
Znaczna część promieniowania
słonecznego (promieniowanie
krótkofalowe o długości fali od 0,1
do 4 mm) jest przepuszczana przez
atmosferę ziemską i pochłaniana
przez powierzchnię Ziemi, co
powoduje jej ogrzanie. Wskutek
ocieplenia powierzchni Ziemi
następuje emisja promieniowania
podczerwonego (promieniowanie
długofalowe o długości fali od 4 do
80 mm). Znaczna część tego
promieniowania jest pochłaniana
przez znajdujące się w atmosferze
cząsteczki wody, dwutlenku węgla i
innych gazów oraz przez drobne
kropelki wody w chmurach. Energia
cieplna jest teraz przekazywana
przez atmosferę głównie z
powrotem do powierzchni Ziemi w
postaci tzw. promieniowania
zwrotnego a tylko częściowo w
przestrzeń kosmiczną.
Promieniowanie zwrotne ogrzewa
ponownie powierzchnię Ziemi,
dlatego jest podstawową przyczyną
występowania na naszej planecie
efektu cieplarnianego. Energia
oddawana przez naszą planetę jest
mniejsza od energii przyjmowanej
pochodzącej ze Słońca. Dzięki
ochronie atmosfery przed
wychłodzeniem Ziemi średnia
temperatura powietrza wynosi ok.
+15°C. Gdyby atmosfera nie
zawierała gazów cieplarnianych,
nagrzana powierzchnia Ziemi
wypromieniowywałaby swą energię
w przestrzeń kosmiczną, dlatego
średnia temperatura powietrza
byłaby równa ok. -17°C. Dopóki
człowiek nie zanieczyszczał
środowiska w tak znacznym stopniu,

jak ma to miejsce obecnie, główną
rolę w pochłanianiu ciepła odbitego
od powierzchni Ziemi pełniła para
wodna. Jednak od kilkudziesięciu
już lat na skutek działalności
człowieka szybko wzrasta rola
pozostałych gazów cieplarnianych.

Temperatura efektywna Ziemi
Stała słoneczna S

O

- strumień

energii promieniowania słonecznego
padającego prostopadle na jednostkę
powierzchni znajdującą się w
średniej odległości od Słońca (różne
źródła: 1353 W/m

2

)

Albedo A – stosunek ilości
promieniowania odbitego i
rozproszonego do ilości
promieniowania padającego (różne
źródła: 0,28)
Insolacja S

A

– całkowita ilość

energii słonecznej zaabsorbowanej
przez powierzchnię Ziemi w
jednostce czasu
gdzie R – promień Ziemi
Z warunku Sa = Ez wyznaczyć
można temperaturę efektywną Ziemi
Te
Ilość wypromieniowanej z
powierzchni Ziemi energii
równoważącej insolację określa
prawo Stefana – Boltzmanna
Ez = σδT

e

4

σ- stała Stefana–Boltzmanna, 56,679
10

-9

W/(m

2

K

4

)

δ- względna zdolność emisyjna
(„stopień czerni” ciała), dla Ziemi d
= 0,95 c
S

O

= 1353 W/m

2

, A = 0,28 czyli S

A

=243 W/m

2

Te=

4



Sa
δσ

=

255,9 K

Termiczny efekt istnienia
atmosfery = efekt cieplarniany
temperatura efektywna Ziemi te = -
17,3

o

C

średnia temperatura powierzchni
Ziemi w II poł.XX w. tz =15

o

C

różnica pomiędzy temperaturą
obserwowaną a temperaturą
efektywną jest miarą termicznego
efektu istnienia atmosfery, czyli
efektu cieplarnianego tz - te =32
deg

6. Czynniki decydujące o
rozprzestrzenianiu się
zanieczyszczeń w atmosferze.
CZYNNIKI
METEOROLOGICZNE
* prędkość i zmienność kierunku
wiatru
* pionowy gradient temperatury
WARUNKI TOPOGRAFICZNE
* ukształtowanie terenu
* rodzaj pokrycia terenu
PARAMETRY EMITORA
* rodzaj i ilość emitowanych
zanieczyszczeń
* wysokość emitora
Czynniki meteorologiczne –
pionowy gradient temperatury
Pionowy gradient temperatury G
wyraża stosunek zmiany
temperatury powietrza dT do
wartości przemieszczenia dz cząstki
w kierunku pionowym
Γ = -dT/dz=g/c

p

gdzie: g – przyspieszenie ziemskie,
cp – ciepło właściwe powietrza
suchego przy stałym ciśnieniu.
Gradient temperatury:
-adiabatyczny = 10C/100 m
-superadiabatyczny > 10C/100 m
-inwersja < 0
-przeciętny ~ 0,60C/100 m
Czynniki topograficzne
Wpływ bezpośredni
ukształtowania terenu
wywoływanie lokalnych zmian
kierunku i prędkości wiatru oraz
zawirowań spowodowanych
gwałtownymi zmianami
ukształtowania terenu (głębokie
wąwozy, góry)
pojawienie się
nieuporządkowanych ruchów
wstępujących i zstępujących mas
powietrza na skutek
nierównomiernego
nagrzewania się zboczy.
wpływ pośredni ukształtowania
terenu na skutek utrudnionego
swobodnego przepływu mas
powietrza (np. w kotlinach)
występuje utrudnione mieszanie
gorących spalin z zimnym
powietrzem, co zmienia warunki
termiczne (ogrzewanie) i prowadzi
do inwersji, której skutkiem bywa
wzrost stężenia zanieczyszczeń w
powietrzu .
wpływ rodzaju pokrycia terenu
roślinność absorbuje
zanieczyszczenia powietrza (nawet
trawa, choć oczywiście bardziej
korzystny jest gęsty, wysoki
drzewostan) zmniejszając ich
stężenie w przemieszczających się
masach powietrza.

P ograniczenia emisji E.
S

max

≈f (E/H

m

)

E – strumień masy emitowanego
zanieczyszczenia
H – wysokość pozornego punktu
emisji,
H = h + hd + ht
h –wysokość geometryczna komina,
hd –wyniesienie dynamiczne,
ht – wyniesienie termiczne
m – stała meteorologiczna, m = 1,7
– 2,4
Smax ↓<=> H ↑ i/lubE↓

7. Metody osłabiania wpływu erozji
wodnej eolicznej na degradację gleb.
Mechanizmy degradacji gleby
wytworzenie 2 – 3 cm gleby trwa
200 – 1000 lat.
Mechanizmy degradacji
- erozja wodna – zmywanie
cząstek glebowych z terenów wyżej
położonych na tereny niżej położone
- erozja eoliczna - wywiewanie i
transport przez wiatr cząstek
glebowych na inne obszary
- przekształcenia geotechniczne –
niszczące działania w zewnętrznej
części litosfery
- przekształcenia hydrologiczne –
zmiany stosunków wodnych
prowadzące do przesuszenia lub
zawodnienia
- przekształcenia chemiczne –
zmiana własności chemicznych,
fizycznych i biologicznych głównie
na skutek działalności człowieka
Erozja wodna gleby
Sprzyjają jej:
·.nachylenie terenu
· mała retencyjność gleby (podłoże i
rodzaj pokrycia).
Zapobieganie:
·.tarasowanie stoków
· orka i siew rzędowy
· uprawy wstęgowe (przemiennie
rośliny zielne i okopowe)
·. zalesianie lasem liściastym lub
mieszanym.
Erozja eoliczna gleby
Sprzyjają jej:
-płaski teren pozbawiony średniej i
niskiej roślinności
- uprawy monokulturowe zwłaszcza
roślin okopowych
- susza.
Zapobieganie:
- zmiana pól uprawnych na
pastwiska przy równoczesnym
ograniczeniu liczebności stad,
- uprawy pasmowe (wstęgowe),
- rezygnacja z orki i wysiew w
rżysku po zbiorze plonów,
- zadrzewienie (pasów
wiatrochronnych).