3.01. Ogólny schemat migracji zanieczyszczeń w ekosystemach
3.02. Emisja, imisja i transmisja zanieczyszczeń w ekosystemach – definicje
3.03. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze – wzajemne oddziaływanie
3.04. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze – erupcje wulkanów
3.05. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze – zanieczyszczenia antropogeniczne
3.06. Migracja zanieczyszczeń w wodach
3.07. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych
3.08. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych – skutki awarii w
Czernobylu (1)
3.09. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych – skutki awarii w
Czernobylu (2)
3.10. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych – DDT
3.11. Podsumowanie
2
ŹRÓDŁO
SUROWCÓW
EKOSFERA
SKŁADOWISK
O 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 zanieczyszczeń
w ekosystemach podlega
takim samym prawom
jak obieg naturalnych
komponentów ekosfery
3
emisja
przemieszczanie 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),
rozcieńczanie 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
Możliwości wzajemnego
oddziaływania różnych substancji:
niezależne (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
niż
addytywne (SO
2
i NO
2
kwaśne
deszcze)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
p
ył
/N
O
x
,
p
ył
/SO
2
0
2
4
6
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
o
d
cz
yn
o
p
ad
u
p
H
5
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
Skutki obecności w atmosferze związków siarki najdotkliwiej odczuła Europa. Ogromne wysiłki
skierowane na ograniczenie emisji siarki o 30 % w stosunku do 1980 roku (Świat Nauki, grudzień 1995) nie
przyniosły spodziewanych rezultatów.
Dopiero pomiary przestrzennego rozkładu zanieczyszczeń w atmosferze wykonane przy użyciu lidaru
zainstalowanego na pokładzie promu kosmicznego Discovery wykazały, że ogromna plama aerozoli siarkowych
rozciąga się od wybrzeży Ameryki aż do Europy (2 400 km).
Pozwoliło to odrzucić długo utrzymującą się teorię, że związki siarki emitowane w USA są wymywane z
atmosfery nad Atlantykiem. Używając tego argumentu Stany Zjednoczone nie podpisały ani I ani II Protokołu
Siarkowego zobowiązującego sygnatariuszy do ograniczenia emisji SO
2
do atmosfery.
Świat Nauki, marzec 1996
Przeprowadzone symulacje komputerowe
wykazały, że 25 % związków azotu zawartego w
wodach Chesapeake Bay pochodzi odległych o
800 km rolniczych stanów: Pensylwanii, Ohio i
Kentucky.
kolor fioletowy – zanieczyszczenia powietrza, kolor
pomarańczowy – zanieczyszczenia powierzchni
ziemi (opad), kolor niebieski –zanieczyszczenia
wody (opad), popielate romby – opad deszczu
7
Globalna cyrkulacja
wód oceanu światowego
• niebezpieczeństwo rozprzestrzenienia zatopionych
odpadów komunalnych i przemysłowych na całym
globie
• niebezpieczeństwo koncentracji zanieczyszczeń w
prądach morskich
W 1965 roku w Holandii pomiędzy Hagą a Harlemem fale oceanu wyrzuciły na brzeg duże ilości martwych
ryb, w organizmie których stwierdzono dużą ilość siarczanu miedzi. Okazało się, że źródłem
zanieczyszczeń był przemysł chemiczny zlokalizowany nad Zatoką Meksykańską, przy czym zawartość
związków miedzi w spuszczanych ściekach nie przekraczała wartości normatywnych. U wybrzeży Europy
ich koncentracja była jednak 500 x większa.
W podobny sposób związki rtęci z Seatle leżącego w pobliżu granicy USA i Kanady dotarły wraz Prądem
Północno-Pacyficznym do zachodnich wybrzeży Alaski. U mieszkańców jednej z wysepek stwierdzono
obecność rtęci w organizmie w ilości 10-12 krotnie przekraczającej poziom dopuszczalny.
8
Izotopy promieniotwórcze odkładają się
w tkankach, do których wykazują
powinowactwo chemiczne:
stront w kościach
jod w tarczycy
tryt w szpiku kostnym
uran w nerkach
pluton w płucach
cez wraz z krwią rozchodzi się w całym
organizmie
Izotopy
promieniotwórcze
wykazują
również
zdolność kumulacji w kolejnych ogniwach łańcucha
troficznego
przykład skażenia Sr
90
w jednym
z kanadyjskich jezior:
skażenie wody 1
skażenie osadów dennych 200
skażenie roślin wodnych 300
skażenie tkanek małża 750
skażenie kości okonia 3 000
W wyniku naziemnych prób jądrowych prowadzonych w USA w latach 50 największemu napromieniowaniu
ulegli Eskimosi i Lapończycy, chociaż opad pyły radioaktywnego w Arktyce był 10-krotnie mniejszy niż w strefie
umiarkowanej.
Uproszczona budowa łańcucha troficznego: porosty (silnie absorbujące pył z powietrza)
główny składnik pożywienia karibu i reniferów
podstawowy pokarm Lapończyków i Eskimosów
9
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
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
średnie roczne wniknięcie iztopów
promieniotwórczych drogą
pokarmową (Polska) w Bq/osobę
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
cez 137
cez 134
10
średnie roczne stężenie cezu 137
w
mięsie
,
drobiu
,
rybach
jajach
w
Bq/kg
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
średnie roczne stężenie cezu 137 w ziemniakach,
warzywach
,
owocach,
zbożach
w Bq/kg
0
2
4
6
8
10
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
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
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
11
Wędrówka DDT w łańcuchach troficznych
woda morska 0,0001 mg/l
plankton, glony 0,01 mg/kg masy
ryby, np. śledź bałtycki 1 mg/kg masy
mięsożerne ptaki morskie, foki, pingwiny 25 mg/kg tkanki tłuszczowej
70 % - mięso i produkty odzwierzęce (mleko, jaja)
25 % - skażone rośliny
5 % - skażona woda
Wszystkie łańcuchy pokarmowe prowadzące przez ziemiopłody i zwierzęta do
człowieka wykazują zdolności kumulowania toksyn i substancji promieniotwórczych.
12
PCB
– polichlorowane bifenole – trwałe związki syntetyczne – istnieją uzasadnione
przypuszczenia, że są one odpowiedzialne za zaburzenia pracy układu
hormonalnego zwierząt i ludzi. O tym, że związki te mogą przechodzić w formę lotną
wiedziano już w 1937 roku. Departament Zdrowia USA oraz takie firmy jak np.
General Electric niezmiennie jednak utrzymują, że gromadzenie tych związków na
składowiskach i w osadach dennych eliminuje je z obiegu w ekosystemach.
Dekontaminacja kosztowałaby miliardy dolarów.
Wiele jednak wskazuje na to, że związki te krążą w ekosystemach, kumulując się w
tkance tłuszczowej organizmów ludzkich i zwierzęcych i że wykazują one
powinowactwo chemiczne m.in. do hormonów sterujących funkcjami rozrodczymi.
Związki te są obecnie (w 50 lat po uruchomieniu ich produkcji ) wszędzie: w
plemnikach mężczyzny w Nowym Jorku, w puszce kawioru, w tkance tłuszczowej
noworodka z Michigan, w tuńczyku podawanym w Tokio, w mleku matki karmiącej
dziecko we Francji lub płn. Kanadzie, w tranie kaszalota żyjącego w płd. Pacyfiku.
13
Wiosna 1947 roku - Alabama
– Anniston – wyprodukowano tam związek o nazwie fabrycznej Aroclor-1254.
Stanowił on mieszaninę dziesiątków związków z rodziny polichlorowanych dwufenoli.
Massachusetts
– Pittsfield – Zakłady General Electric produkujące transformatory (piranol - środek
izolująco-chłodzący, niepalny w miejsce stosowanego wcześniej łatwopalnego oleju )
Lipiec 1947 roku
– transformator trafił do rafinerii w Big Spring – Texas, gwałtowna sierpniowa burza
spowodowała uszkodzenie linii wysokiego napięcia i zniszczenie transformatora, transformator został wyrzucony
na wysypisko śmieci, ale wcześniej jeden z pracowników wylał jego zawartość na ziemię licząc, że oleista
substancja zwiąże nieco wszechobecnego pyłu ,
Cztery miesiące później podczas zimowej burzy gwałtowny podmuch przeniósł drobinę pyłu do wnętrza
budynku mieszkalnego, skąd została usunięta wraz z domowymi śmieciami (przyklejona do zatłuszczonego
papieru) na wysypisko śmieci.
Tam przeleżała 2 lata aż ulewne deszcze podmyły fragment wysypiska i natłuszczony papier uniesiony
został w strumieniu spływającej wody. Nastało lato. Pod wpływem słońca polichlorowane dwufenole przeszły w
stan lotny i wraz z masami powietrza przemieściła się nad jezioro Michigan. Skropliła się i opadła na
powierzchnię wody przylegając do algi. Kiedy ta obumarła opadła wraz z nią na dno. Tam została przykryta
warstwą ziemi spłukiwaną do jeziora z miejskiego wysypiska śmieci.
Mieszkańcy postanowili zrekultywować teren. W trakcie wyrównywania i umacniania linii brzegowej
wzruszone zostały osady denne i nasza cząsteczka PCB –153 wydobyła się na powierzchnię jeziora i została
zjedzona przez pchłę wodną . Pchły wodne pełnią rolę filtru, zdobywając pożywienie przez odcedzanie z wody
maleńkich roślin.
I tak oto spełniło się marzenie każdej cząsteczki spowinowaconej z tkanką tłuszczową. Znalazła się w
łańcuchu troficznym, który doprowadził ją do niedźwiedzia polarnego. I być może znalazło się w organizmie
samicy, która na wiosnę wyszła z jaskiń na Svalbardzie nie mając u swego boku żadnego potomstwa.
14
wędrówka cząstki polichlorowanego bifenolu PCB-153 w ekosystemie
15
Migracja zanieczyszczeń w atmosferze
czynniki meteorologiczne
czynniki topograficzne
charakterystyka emitora
Migracja zanieczyszczeń w wodach
prądy morskie i nurt rzeczny
regeneracja wód (stopień rozcieńczenia – zanieczyszczenia poniżej 5 % objętości wody,
intensywność wymiany wód)
Migracja zanieczyszczeń w glebach (za pośrednictwem wody i powietrza)
intensywność wymiany powietrzno-gazowej
stopień przepuszczalności wód z opadów atmosferycznych (prędkość przepływów
pionowych (iły - 4 mm/h, piaski - 4 m/h)
prędkość poziomych przepływów wód w formacjach górotworów
Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych (kumulacja najczęściej w tkance tłuszczowej)