3. MIGRACJA ZANIECZYSZCZE

Ń

W

EKOSYSTEMACH

3.01. Ogólny schemat migracji zanieczyszcze

ń

w ekosystemach

3.02. Emisja, imisja i transmisja zanieczyszcze

ń

w ekosystemach – definicje

3.03. Migracja zanieczyszcze

ń

w atmosferze – wzajemne oddziaływanie

3.04. Migracja zanieczyszcze

ń

w atmosferze – erupcje wulkanów

3.05. Migracja zanieczyszcze

ń

w atmosferze – zanieczyszczenia antropogeniczne

3.06. Migracja zanieczyszcze

ń

w wodach

3.07. Migracja zanieczyszcze

ń

w ła

ń

cuchach troficznych

3.08. Migracja zanieczyszcze

ń

w ła

ń

cuchach troficznych – skutki awarii w

Czernobylu (1)

3.09. Migracja zanieczyszcze

ń

w ła

ń

cuchach troficznych – skutki awarii w

Czernobylu (2)

3.10. Migracja zanieczyszcze

ń

w ła

ń

cuchach troficznych – DDT

3.11. Podsumowanie

2

3.01. Ogólny schemat migracji zanieczyszcze

ń

w ekosystemach

ŹRÓDŁO

SUROWCÓW

EKOSFERA

SKŁADOWISKO

ODPADÓW

1/3

2/3

pyły i gazy

ATMOSFERA

HYDROSFERA

LITOSFERA

(gleba)

ścieki komunalne i

przemysłowe,

odpady zatapiane

odpady komunalne

i przemysłowe

nawozy, pestycydy

migracja zanieczyszcze

ń

w ekosystemach podlega

takim samym prawom

jak obieg naturalnych

komponentów ekosfery

3

3.02. Emisja, imisja i transmisja zanieczyszcze

ń

w ekosystemach - definicje

emisja
przemieszczanie zanieczyszcze

ń

ze

ź

ródła do ekosfery w jej

poj

ę

ciu najogólniejszym

imisja
przeniesienie zanieczyszcze

ń

do

receptorów: ludzie, ro

ś

liny, zwierz

ę

ta

transmisja
obejmuje wszystkie zjawiska zachodz

ą

ce

pomi

ę

dzy

ź

ródłem a receptorem w funkcji

czasu i przestrzeni:
przemiany fizyczne i chemiczne,
reakcje wtórne (np.synergizm),
rozcie

ń

czanie itp.

źródło emisji

ekosfera

receptory

E

M

I

S

J

A

I

M

I

S

J

A

T

R

A

N

S

M

I

S

J

A

4

3.03. Migracja zanieczyszcze

ń

w atmosferze –

wzajemne oddziaływanie

Mo

ż

liwo

ś

ci wzajemnego

oddziaływania ró

ż

nych substancji:

niezale

ż

ne (np. SO

2

i fenol, SO

2

i HF,

H

2

S i CS

2

)

antagonistyczne (SO

2

i NH

3

, SO

2

,

popiół lotny)

addytywne (CO

2

, CO i CH

4









nasilanie

efektu cieplarnianego)

synergetyczne – efekt silniejszy ni

ż

addytywne (SO

2

i NO

2









kwa

ś

ne

deszcze)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

1

9

8

9

1

9

9

0

1

9

9

1

1

9

9

2

1

9

9

3

1

9

9

4

1

9

9

5

1

9

9

6

p

y

ł/

N

O

x

,

p

y

ł/

S

O

2

0

2

4

6

1

9

8

9

1

9

9

0

1

9

9

1

1

9

9

2

1

9

9

3

1

9

9

4

1

9

9

5

1

9

9

6

o

d

c

z

y

n

o

p

a

d

u

p

H

5

3.04. Migracja zanieczyszcze

ń

w atmosferze –

erupcje wulkanów

1994 rok

erupcja wulkanu na Kamczatce

1883 rok – erupcja wulkanu Krakatau:
chmura pyłu wyniesiona na 50 km, pył na
powierzchni ponad 800 tys. km

2

utworzył

warstwę o wysokości 6 cm

30.03.1956 – erupcja wulkanu na
Kamczatce – 3.04.1956 zwiad lotniczy
wykrył nad południowo-zachodnią Anglią
chmurę pyłu na wysokości 15 km – w
ciągu 120 godzin pyły wulkaniczne
przemieściły się na odległość ok. 10 000
km – średnia prędkość ok. 80 km/h

1991 rok – erupcja wulkanu Pinatubo na
Filipinach – do atmosfery trafiło ok. 20
mln ton SO

2

– aerozol kwasu siarkowego

utworzył pierścień wokół równika – w
ciągu 2 miesięcy zanieczyszczenia dotarły
do USA i Europy Środkowej

Bezpośredni wymiar finansowy tej
katastrofy – zmniejszona o 30 %
efektywność elektrowni słonecznej
uruchomionej w 1990 roku na pustyni
Mojave w Kalifornii

6

3.05. Migracja zanieczyszcze

ń

w atmosferze –

zanieczyszczenia antropogeniczne

Skutki obecno

ś

ci w atmosferze zwi

ą

zków siarki najdotkliwiej odczuła Europa. Ogromne wysiłki

skierowane na ograniczenie emisji siarki o 30 % w stosunku do 1980 roku (

Ś

wiat Nauki, grudzie

ń

1995) nie przyniosły spodziewanych rezultatów.

Dopiero pomiary przestrzennego rozkładu zanieczyszcze

ń

w atmosferze wykonane przy u

ż

yciu

lidaru zainstalowanego na pokładzie promu kosmicznego Discovery wykazały,

ż

e ogromna plama

aerozoli siarkowych rozci

ą

ga si

ę

od wybrze

ż

y Ameryki a

ż

do Europy (2 400 km).

Pozwoliło to odrzuci

ć

długo utrzymuj

ą

c

ą

si

ę

teori

ę

,

ż

e zwi

ą

zki siarki emitowane w USA s

ą

wymywane z atmosfery nad Atlantykiem. U

ż

ywaj

ą

c tego argumentu Stany Zjednoczone nie podpisały

ani I ani II Protokołu Siarkowego zobowi

ą

zuj

ą

cego sygnatariuszy do ograniczenia emisji SO

2

do

atmosfery.

Świat Nauki, marzec 1996

Przeprowadzone symulacje komputerowe
wykazały,

ż

e 25 % zwi

ą

zków azotu

zawartego w wodach Chesapeake Bay
pochodzi odległych o 800 km rolniczych
stanów: Pensylwanii, Ohio i Kentucky.

kolor fioletowy – zanieczyszczenia powietrza,
kolor pomara

ń

czowy – zanieczyszczenia

powierzchni ziemi (opad), kolor niebieski –
zanieczyszczenia wody (opad), popielate romby
– opad deszczu

7

3.06. Migracja zanieczyszcze

ń

w wodach

Globalna cyrkulacja

wód oceanu

ś

wiatowego

•

niebezpiecze

ń

stwo rozprzestrzenienia zatopionych

odpadów komunalnych i przemysłowych na całym
globie

•

niebezpiecze

ń

stwo koncentracji zanieczyszcze

ń

w

pr

ą

dach morskich

W 1965 roku w Holandii pomi

ę

dzy Hag

ą

a Harlemem fale oceanu wyrzuciły na brzeg du

ż

e ilo

ś

ci

martwych ryb, w organizmie których stwierdzono du

żą

ilo

ść

siarczanu miedzi. Okazało si

ę

,

ż

e

ź

ródłem zanieczyszcze

ń

był przemysł chemiczny zlokalizowany nad Zatok

ą

Meksyka

ń

sk

ą

, przy

czym zawarto

ść

zwi

ą

zków miedzi w spuszczanych

ś

ciekach nie przekraczała warto

ś

ci

normatywnych. U wybrze

ż

y Europy ich koncentracja była jednak 500 x wi

ę

ksza.

W podobny sposób zwi

ą

zki rt

ę

ci z Seatle le

żą

cego w pobli

ż

u granicy USA i Kanady dotarły

wraz Pr

ą

dem Północno-Pacyficznym do zachodnich wybrze

ż

y Alaski. U mieszka

ń

ców jednej z

wysepek stwierdzono obecno

ść

rt

ę

ci w organizmie w ilo

ś

ci 10-12 krotnie przekraczaj

ą

cej

poziom dopuszczalny.

8

3.07. Migracja zanieczyszcze

ń

w ła

ń

cuchach

troficznych

Izotopy promieniotwórcze odkładaj

ą

si

ę

w tkankach, do których wykazuj

ą

powinowactwo chemiczne:

stront w ko

ś

ciach

jod w tarczycy

tryt w szpiku kostnym

uran w nerkach

pluton w płucach

cez wraz z krwi

ą

rozchodzi si

ę

w

całym organizmie

Izotopy promieniotwórcze wykazuj

ą

równie

ż

zdolno

ść

kumulacji w kolejnych ogniwach

ła

ń

cucha troficznego

przykład ska

ż

enia Sr

90

w jednym

z kanadyjskich jezior:

ska

ż

enie wody 1

ska

ż

enie osadów dennych 200

ska

ż

enie ro

ś

lin wodnych 300

ska

ż

enie tkanek mał

ż

a 750

ska

ż

enie ko

ś

ci okonia 3 000

W wyniku naziemnych prób j

ą

drowych prowadzonych w USA w latach 50 najwi

ę

kszemu

napromieniowaniu ulegli Eskimosi i Lapo

ń

czycy, chocia

ż

opad pyły radioaktywnego w Arktyce był

10-krotnie mniejszy ni

ż

w strefie umiarkowanej.

Uproszczona budowa ła

ń

cucha troficznego: porosty (silnie absorbuj

ą

ce pył z powietrza)

→

→

→

→

główny składnik po

ż

ywienia karibu i reniferów

→

→

→

→

podstawowy pokarm Lapo

ń

czyków i Eskimosów

9

3.08. Migracja zanieczyszcze

ń

w ła

ń

cuchach

troficznych – skutki awarii w Czernobylu (1)

średnie roczne stężenie cezu 137 w

opadzie całkowitym (Polska)

w Bq/m

2

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1

9

7

0

1

9

7

5

1

9

8

0

1

9

8

5

1

9

9

0

1

9

9

5

2

0

0

0

2

0

0

5

2

0

1

0

średnie roczne wniknięcie iztopów

promieniotwórczych drogą

pokarmową (Polska) w Bq/osobę

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1

9

8

4

1

9

8

6

1

9

8

8

1

9

9

0

1

9

9

2

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

10

3.09. Migracja zanieczyszcze

ń

w ła

ń

cuchach

troficznych – skutki awarii w Czernobylu (2)

średnie roczne stężenie cezu 137

w

mięsie

,

drobiu

,

rybach

jajach

w

Bq/kg

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1

9

8

4

1

9

8

6

1

9

8

8

1

9

9

0

1

9

9

2

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

średnie roczne stężenie cezu 137 w ziemniakach,

warzywach

,

owocach,

zbożach

w Bq/kg

0

2

4

6

8

10

1

9

8

4

1

9

8

6

1

9

8

8

1

9

9

0

1

9

9

2

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

średnie roczne stężenie cezu 137 w

mleku w Bq/dm

3

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

1

9

8

4

1

9

8

6

1

9

8

8

1

9

9

0

1

9

9

2

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

11

3.10. Migracja zanieczyszcze

ń

w ła

ń

cuchach

troficznych – DDT

W

ę

drówka DDT w ła

ń

cuchach troficznych

woda morska 0,0001 mg/l
plankton, glony 0,01 mg/kg masy
ryby, np.

ś

led

ź

bałtycki 1 mg/kg masy

mi

ę

so

ż

erne ptaki morskie, foki, pingwiny 25 mg/kg tkanki tłuszczowej

70 % - mi

ę

so i produkty odzwierz

ę

ce (mleko, jaja)

25 % - ska

ż

one ro

ś

liny

5 % - ska

ż

ona woda

Wszystkie ła

ń

cuchy pokarmowe prowadz

ą

ce przez ziemiopłody i zwierz

ę

ta

do człowieka wykazuj

ą

zdolno

ś

ci kumulowania toksyn i substancji

promieniotwórczych.

12

3.11. Podsumowanie

Migracja zanieczyszcze

ń

w atmosferze

••••

czynniki meteorologiczne

••••

czynniki topograficzne

••••

charakterystyka emitora

Migracja zanieczyszcze

ń

w wodach

••••

pr

ą

dy morskie i nurt rzeczny

••••

regeneracja wód (stopie

ń

rozcie

ń

czenia – zanieczyszczenia poni

ż

ej 5 %

obj

ę

to

ś

ci wody, intensywno

ść

wymiany wód)

Migracja zanieczyszcze

ń

w glebach (za po

ś

rednictwem wody i powietrza)

••••

intensywno

ść

wymiany powietrzno-gazowej

••••

stopie

ń

przepuszczalno

ś

ci wód z opadów atmosferycznych (pr

ę

dko

ść

przepływów pionowych (iły - 4 mm/h, piaski - 4 m/h)

••••

pr

ę

dko

ść

poziomych przepływów wód w formacjach górotworów

Migracja zanieczyszcze

ń

w ła

ń

cuchach troficznych (kumulacja najcz

ęś

ciej w tkance

tłuszczowej)