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
Ŝ
liwo
ś
ci wzajemnego
oddziaływania ró
Ŝ
nych substancji:
niezale
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
yciu
lidaru zainstalowanego na pokładzie promu kosmicznego Discovery wykazały,
Ŝ
e ogromna plama
aerozoli siarkowych rozci
ą
ga si
ę
od wybrze
Ŝ
y Ameryki a
Ŝ
do Europy (2 400 km).
Pozwoliło to odrzuci
ć
długo utrzymuj
ą
c
ą
si
ę
teori
ę
,
Ŝ
e zwi
ą
zki siarki emitowane w USA s
ą
wymywane z atmosfery nad Atlantykiem. U
Ŝ
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,
Ŝ
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
Ŝ
e ilo
ś
ci
martwych ryb, w organizmie których stwierdzono du
Ŝą
ilo
ść
siarczanu miedzi. Okazało si
ę
,
Ŝ
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
Ŝ
y Europy ich koncentracja była jednak 500 x wi
ę
ksza.
W podobny sposób zwi
ą
zki rt
ę
ci z Seatle le
Ŝą
cego w pobli
Ŝ
u granicy USA i Kanady dotarły
wraz Pr
ą
dem Północno-Pacyficznym do zachodnich wybrze
Ŝ
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
Ŝ
zdolno
ść
kumulacji w kolejnych ogniwach
ła
ń
cucha troficznego
przykład ska
Ŝ
enia Sr
90
w jednym
z kanadyjskich jezior:
ska
Ŝ
enie wody 1
ska
Ŝ
enie osadów dennych 200
ska
Ŝ
enie ro
ś
lin wodnych 300
ska
Ŝ
enie tkanek mał
Ŝ
a 750
ska
Ŝ
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
Ŝ
opad pyły radioaktywnego w Arktyce był
10-krotnie mniejszy ni
Ŝ
w strefie umiarkowanej.
Uproszczona budowa ła
ń
cucha troficznego: porosty (silnie absorbuj
ą
ce pył z powietrza)
→
→
→
→
główny składnik po
Ŝ
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 stęŜenie 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 stęŜenie 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 stęŜenie cezu 137 w ziemniakach,
warzywach
,
owocach,
zboŜach
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 stęŜenie 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
Ŝ
erne ptaki morskie, foki, pingwiny 25 mg/kg tkanki tłuszczowej
70 % - mi
ę
so i produkty odzwierz
ę
ce (mleko, jaja)
25 % - ska
Ŝ
one ro
ś
liny
5 % - ska
Ŝ
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
Ŝ
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)