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)