Wydział Chemii Uniwersytetu

Wydział Chemii Uniwersytetu

Gdańskiego

Gdańskiego

Ochrona Środowiska

Ochrona Środowiska

Eutrofizacja

Eutrofizacja

Sposoby ograniczania wielkości

Sposoby ograniczania wielkości

strumienia tych zanieczyszczeń

strumienia tych zanieczyszczeń

Renata Kubat

Renata Kubat

III OŚ

III OŚ

Gdańsk,

Gdańsk,

3.11.2010r.

3.11.2010r.

Eutrofizacja

Eutrofizacja



Zwiększony wpływ do wód głównie

Zwiększony wpływ do wód głównie

azotu i fosforu, powodujący

azotu i fosforu, powodujący

zwiększenie produkcji pierwotnej –

zwiększenie produkcji pierwotnej –

wzrost glonów i roślin wyższych

wzrost glonów i roślin wyższych



Powoduje wielkie zmiany w

Powoduje wielkie zmiany w

ekosystemach wodnych i

ekosystemach wodnych i

niezamierzoną degradację jakości wód,

niezamierzoną degradację jakości wód,

prowadząc m.in. do deficytu tlenu.

prowadząc m.in. do deficytu tlenu.

Eutrofizacja jako proces

Eutrofizacja jako proces

naturalny

naturalny



W ekosystemach słodkowodnych jest

W ekosystemach słodkowodnych jest

procesem naturalnym i powszechnym,

procesem naturalnym i powszechnym,

w którym jeziora ubogie w składniki

w którym jeziora ubogie w składniki

odżywcze (oligotroficzne)

odżywcze (oligotroficzne)

przekształcają się w jeziora bogate w

przekształcają się w jeziora bogate w

te zasoby

te zasoby



Obecnie wzrasta szybkość tego

Obecnie wzrasta szybkość tego

procesu, w wyniku działania człowieka

procesu, w wyniku działania człowieka

– eutrofizacja antropogeniczna

– eutrofizacja antropogeniczna

Eutrofizacja w środowisku

Eutrofizacja w środowisku

morskim

morskim



Główne skutki wzrostu

Główne skutki wzrostu

składników roślinnych

składników roślinnych

(N i P):

(N i P):

•

Wzrost produkcji

Wzrost produkcji

pierwotnej (wzrosty

pierwotnej (wzrosty

biomasy fitoplanktonu,

biomasy fitoplanktonu,

nasilony wzrost

nasilony wzrost

nitkowatych glonów)

nitkowatych glonów)

•

Wzrost stężenia

Wzrost stężenia

substancji

substancji

pokarmowych w wodzie

pokarmowych w wodzie

•

Zmiany fizyczne,

Zmiany fizyczne,

chemiczne i biologiczne

chemiczne i biologiczne

( deficyt tlenu,

( deficyt tlenu,

zmniejszenie

zmniejszenie

przenikania światła )

przenikania światła )

Główne problemy związane

Główne problemy związane

z eutrofizacją:

z eutrofizacją:

Pogorszenie jakości

Pogorszenie jakości

wody (słodkiej):

wody (słodkiej):



smak, zapach,

smak, zapach,

kolor, filtracja,

kolor, filtracja,

toksyczność

toksyczność



Hypolimnetyczne

Hypolimnetyczne

wyczerpywanie

wyczerpywanie

tlenu

tlenu



Zmiany pH,

Zmiany pH,



Wzrost stężenia Fe,

Wzrost stężenia Fe,

Mn,H2S, CH4

Mn,H2S, CH4

Pogorszenie

Pogorszenie

rybołówstwa

rybołówstwa

(słodkie i

(słodkie i

morskie):

morskie):



Śmiertelność ryb

Śmiertelność ryb

i zwierząt

i zwierząt

morskich

morskich



Niepożądane

Niepożądane

ławice ryb

ławice ryb

Główne problemy związane

Główne problemy związane

z eutrofizacją:

z eutrofizacją:

Pogorszenie warunków

Pogorszenie warunków

rekreacyjnych (słodkie i

rekreacyjnych (słodkie i

morskie):

morskie):



Zawirowania, straty estetyki

Zawirowania, straty estetyki



Zagrożenia dla pływaków

Zagrożenia dla pływaków



Zwiększenie zagrożenia zdrowia

Zwiększenie zagrożenia zdrowia

Fizjologiczne podstawy

Fizjologiczne podstawy

eutrofizacji:

eutrofizacji:

Azot i fosfor jako kluczowe

Azot i fosfor jako kluczowe

składniki odżywcze w

składniki odżywcze w

procesie eutrofizacji

procesie eutrofizacji



Azot – niezbędny dla białek

Azot – niezbędny dla białek

komórkowych

komórkowych



Fosfor – kluczowa rola w przemianach

Fosfor – kluczowa rola w przemianach

energii w komórkach

energii w komórkach



Wskaźnik Redfielda – stosunek azotu do

Wskaźnik Redfielda – stosunek azotu do

fosforu, opisujący wzorzec pobierania

fosforu, opisujący wzorzec pobierania

tych pierwiastków przez glony;

tych pierwiastków przez glony;



W materii organicznej fitoplanktonu

W materii organicznej fitoplanktonu

wynosi średnio 16 atomów azotu na 1

wynosi średnio 16 atomów azotu na 1

atom fosforu

atom fosforu



Krążą w cyklu biogeochemicznym

Krążą w cyklu biogeochemicznym

Azot:

Azot:



Łatwo przyswajalny w postaci:

Łatwo przyswajalny w postaci:

- Azotanów

- Azotanów

- Azotynów

- Azotynów

- Amoniaku

- Amoniaku



Dostaje się do ekosystemów przez mokre i

Dostaje się do ekosystemów przez mokre i

suche depozyty gazowe lub cząsteczkowe, a

suche depozyty gazowe lub cząsteczkowe, a

także przez wiązania biologiczne

także przez wiązania biologiczne



Denitryfikacja – ponowne przejście azotu z

Denitryfikacja – ponowne przejście azotu z

wody do powietrza.

wody do powietrza.



Nitryfikacja –

Nitryfikacja –

proces utlenienia amoniaku i soli

proces utlenienia amoniaku i soli

amonowych do azotanów (III) i azotanów (V)

amonowych do azotanów (III) i azotanów (V)

prowadzony przez bakterie nitryfikacyjne

prowadzony przez bakterie nitryfikacyjne

Obieg azotu

Obieg azotu

Fosfor:

Fosfor:



Łatwo przyswajalny w postaci fosforanów (PO

Łatwo przyswajalny w postaci fosforanów (PO

4

4

3-

3-

)

)



Uwalniany w procesach wietrzenia skał

Uwalniany w procesach wietrzenia skał



Wędruje przez ekosystemy tylko

Wędruje przez ekosystemy tylko

jednokierunkowo – z gleb do wód, powietrza i

jednokierunkowo – z gleb do wód, powietrza i

ostatecznie do morza

ostatecznie do morza



Działalność człowieka przyczyniła się do

Działalność człowieka przyczyniła się do

gwałtownego wzrostu ilościowego obu

gwałtownego wzrostu ilościowego obu

pierwiastków, z powodu:

pierwiastków, z powodu:

-

Stosowania nawozów sztucznych

Stosowania nawozów sztucznych

-

Stosowania syntetycznych detergentów

Stosowania syntetycznych detergentów

-

Spalania naturalnych kopalin i spalania drewna

Spalania naturalnych kopalin i spalania drewna

Obieg fosforu

Obieg fosforu

Dziś eutrofizację uważa się za

Dziś eutrofizację uważa się za

jedno z najpoważniejszych zagrożeń

jedno z najpoważniejszych zagrożeń

dla morskich ekosystemów. Latem

dla morskich ekosystemów. Latem

2005 wyjątkowo rozległe zakwity

2005 wyjątkowo rozległe zakwity

glonów na Bałtyku zamieniły w

glonów na Bałtyku zamieniły w

beztlenowe pustynie obszary leżące

beztlenowe pustynie obszary leżące

na głębokości poniżej 70 metrów

na głębokości poniżej 70 metrów

.

.

Główne źródła składników

Główne źródła składników

odżywczych w Bałtyku:

odżywczych w Bałtyku:



Lokalne źródła lądowe (rurami zrzutowymi z

Lokalne źródła lądowe (rurami zrzutowymi z

oczyszczalni ścieków i zakładów

oczyszczalni ścieków i zakładów

przemysłowych)

przemysłowych)



Uwalnianie z osadów

Uwalnianie z osadów



Depozyty z powietrza

Depozyty z powietrza



Inne, nielokalne lub rozcieńczone źródła

Inne, nielokalne lub rozcieńczone źródła

(wycieki z terenów miejskich, rolniczych i

(wycieki z terenów miejskich, rolniczych i

lasów)

lasów)



Spalanie kopalin w transporcie, zakładach,

Spalanie kopalin w transporcie, zakładach,

fabrykach, elektrowniach

fabrykach, elektrowniach



Spalanie biomasy (do ocieplania,

Spalanie biomasy (do ocieplania,

wytwarzania energii)

wytwarzania energii)

Zmiany spowodowane

Zmiany spowodowane

eutrofizacją w Morzu

eutrofizacją w Morzu

Bałtyckim:

Bałtyckim:



Zwiększona produkcja pierwotna

Zwiększona produkcja pierwotna



Wzrost zakwitów glonów

Wzrost zakwitów glonów



Zwiększenie stężenia chlorofilu

Zwiększenie stężenia chlorofilu



Zwiększone odkładanie materii

Zwiększone odkładanie materii

organicznej w warstwie dennej

organicznej w warstwie dennej



Wzrost biomasy makrobentosu powyżej

Wzrost biomasy makrobentosu powyżej

halokliny

halokliny



Zwiększenie częstotliwości i drastyczności

Zwiększenie częstotliwości i drastyczności

deficytu tlenowego w wodach przydennych

deficytu tlenowego w wodach przydennych



Obniżona przejrzystość wody

Obniżona przejrzystość wody



Zmniejszenie biomasy makrobentosu

Zmniejszenie biomasy makrobentosu

poniżej halokliny

poniżej halokliny

Skutki eutrofizacji:

Skutki eutrofizacji:



Kiedy tempo produkcji materii organicznej jest

Kiedy tempo produkcji materii organicznej jest

wyższe niż tempo rozkładu, jak to się dzieje w

wyższe niż tempo rozkładu, jak to się dzieje w

przypadku zakwitu glonów, wyprodukowany nadmiar

przypadku zakwitu glonów, wyprodukowany nadmiar

osadza się na dnie morza.

osadza się na dnie morza.



W strefach głębszych, rozkład tej materii powoduje:

W strefach głębszych, rozkład tej materii powoduje:

- Zużycie znajdujących się tam resztek tlenu.

- Zużycie znajdujących się tam resztek tlenu.

- Żyjące na dnie bezkręgowce i ryby przydenne giną

- Żyjące na dnie bezkręgowce i ryby przydenne giną

bądź migrują, a rozległe połacie morskiego dna

bądź migrują, a rozległe połacie morskiego dna

przekształcają się w pustynie.

przekształcają się w pustynie.

- Co gorsza, osady strefy beztlenowej zawierają

- Co gorsza, osady strefy beztlenowej zawierają

znaczne ilości substancji odżywczych, które

znaczne ilości substancji odżywczych, które

uwalniając się do wody dodatkowo wzmagają

uwalniając się do wody dodatkowo wzmagają

eutrofizację. To tzw.

eutrofizację. To tzw.

Obciążenie wewnętrzne:

Obciążenie wewnętrzne:

Znacznie zmniejsza zdolność morza do szybkiego

Znacznie zmniejsza zdolność morza do szybkiego

powrotu do równowagi, gdyż substancje odżywcze

powrotu do równowagi, gdyż substancje odżywcze

pozostaną w osadach na długo.

pozostaną w osadach na długo.

Etapy eutrofizacji:

Etapy eutrofizacji:

Nadmiar stężenia biogenów w wodzie morskiej to:

Nadmiar stężenia biogenów w wodzie morskiej to:

1.Wzrost produkcji fitoplanktonu (gł. nitkowatych

1.Wzrost produkcji fitoplanktonu (gł. nitkowatych

– Chlorophyta, Cyanobacteria) w warstwie

– Chlorophyta, Cyanobacteria) w warstwie

powierzchniowej wody

powierzchniowej wody

2.Obumierający fitoplankton i zooplankton

2.Obumierający fitoplankton i zooplankton

powoduje:

powoduje:

-

Wzrost tempa sedymentacji martwej materii

Wzrost tempa sedymentacji martwej materii

organicznej

organicznej

-

Ograniczony dostęp promieni słonecznych

Ograniczony dostęp promieni słonecznych

-

Spadek przejrzystości wody

Spadek przejrzystości wody

-

Ograniczony dostęp występowania i liczebności

Ograniczony dostęp występowania i liczebności

bentosowych makrofitów

bentosowych makrofitów

Makrofity

Makrofity



Odpowiadają za produkcję tlenu w

Odpowiadają za produkcję tlenu w

procesie fotosyntezy

procesie fotosyntezy



Ograniczenie dostępu światła

Ograniczenie dostępu światła

powoduje spadek stężenia tlenu

powoduje spadek stężenia tlenu

potrzebnego na procesy respiracji i

potrzebnego na procesy respiracji i

destrukcji materii organicznej

destrukcji materii organicznej



Spadek tych glonów następuje na

Spadek tych glonów następuje na

skutek nadmiernego wzrostu

skutek nadmiernego wzrostu

nitkowatych glonów

nitkowatych glonów

Bakterioplankton

Bakterioplankton



Rozkład części opadającej martwej materii

Rozkład części opadającej martwej materii

organicznej (gł. fitoplankton, zooplankton)

organicznej (gł. fitoplankton, zooplankton)



W przypadku niewystarczającej ilości

W przypadku niewystarczającej ilości

bakterii w toni wodnej obumarła

bakterii w toni wodnej obumarła

produkcja opada na dno

produkcja opada na dno



Na dnie detrytus rozkładany jest przez

Na dnie detrytus rozkładany jest przez

bakterie z grupy tlenowców

bakterie z grupy tlenowców

! Proces mineralizacji przebiega w

! Proces mineralizacji przebiega w

atmosferze tlenowej, co pozwala zachować

atmosferze tlenowej, co pozwala zachować

właściwy obieg

właściwy obieg

Zooplankton i organizmy

Zooplankton i organizmy

bentosowe

bentosowe



Spadek stężenia tlenu na skutek

Spadek stężenia tlenu na skutek

intensywnej mineralizacji dużych ilości

intensywnej mineralizacji dużych ilości

materii organicznej poniżej halokliny

materii organicznej poniżej halokliny

powoduje wzrost śmiertelności

powoduje wzrost śmiertelności

organizmów bentosowych

organizmów bentosowych



Do organizmów bentosowych najbardziej

Do organizmów bentosowych najbardziej

wrażliwych na skutki eutrofizacji zaliczane

wrażliwych na skutki eutrofizacji zaliczane

są: równonogi (Isopoda), obunogi

są: równonogi (Isopoda), obunogi

(Amphipoda), osiadłe wieloszczety i

(Amphipoda), osiadłe wieloszczety i

mięczaki

mięczaki

Organizmy bentosowe

Organizmy bentosowe



Pożywienie ryb demersalnych (przy

Pożywienie ryb demersalnych (przy

dnie)

dnie)



Spadek liczebności tych zwierząt,

Spadek liczebności tych zwierząt,

przyczynia się do spadku

przyczynia się do spadku

liczebności ryb poniżej halokliny

liczebności ryb poniżej halokliny



Spadła liczebność dorsza w

Spadła liczebność dorsza w

Bałtyku – brak pożywienia dla

Bałtyku – brak pożywienia dla

dorsza – konkurencja pokarmowa –

dorsza – konkurencja pokarmowa –

więc straty

więc straty

Zmiany rybostanu

Zmiany rybostanu

Zmiany lokalne w Bałtyku

Zmiany lokalne w Bałtyku

spowodowane eutrofizacją:

spowodowane eutrofizacją:



W składzie florystycznym zmniejsza się

W składzie florystycznym zmniejsza się

sukcesywnie występowanie Zostera Marina,

sukcesywnie występowanie Zostera Marina,

Furcellaria fastigiata, Fucus visuculosus.

Furcellaria fastigiata, Fucus visuculosus.



Zmniejszona liczba skorupiaków, wzrost

Zmniejszona liczba skorupiaków, wzrost

liczebności małży (Mytilus, Macoma)

liczebności małży (Mytilus, Macoma)



Gwałtowny spadek łososia, węgorza, przy

Gwałtowny spadek łososia, węgorza, przy

równoczesnym wzroście płoci.

równoczesnym wzroście płoci.



Zmiana pionowego rozłożenia fitobentosu,

Zmiana pionowego rozłożenia fitobentosu,

powodująca obniżenie jakości wody

powodująca obniżenie jakości wody



Wzrost biomasy fitoplanktonu,

Wzrost biomasy fitoplanktonu,

spowodowany wzrostem stężenia

spowodowany wzrostem stężenia

składników odżywczych

składników odżywczych

Sposoby zapobiegania

Sposoby zapobiegania

eutrofizacji:

eutrofizacji:



Najskuteczniejszą metodą walki z

Najskuteczniejszą metodą walki z

procesem eutrofizacji jest:

procesem eutrofizacji jest:

- redukcja zawartości fosforanów w

- redukcja zawartości fosforanów w

środkach piorących używanych w

środkach piorących używanych w

gospodarstwach domowych oraz

gospodarstwach domowych oraz

- ograniczanie stosowania

- ograniczanie stosowania

nawozów sztucznych w rolnictwie

nawozów sztucznych w rolnictwie

Sposoby zapobiegania

Sposoby zapobiegania

eutrofizacji:

eutrofizacji:



Ograniczenie dopływu wód zawierających

Ograniczenie dopływu wód zawierających

wysokie stężenia pierwiastków biogennych do

wysokie stężenia pierwiastków biogennych do

naturalnych zbiorników wodnych.

naturalnych zbiorników wodnych.



Uniemożliwienie odpływ nieoczyszczonych

Uniemożliwienie odpływ nieoczyszczonych

ścieków do rzek, jezior, mórz, itd.

ścieków do rzek, jezior, mórz, itd.



W przypadku wód spływających z pól uprawnych,

W przypadku wód spływających z pól uprawnych,

efekt ten można uzyskać w wyniku stosowania

efekt ten można uzyskać w wyniku stosowania

specjalnych zabiegów agrotechnicznych.

specjalnych zabiegów agrotechnicznych.



Aby zapobiec dalszemu zanieczyszczaniu wód

Aby zapobiec dalszemu zanieczyszczaniu wód

powierzchniowych, należy systematycznie

powierzchniowych, należy systematycznie

kontrolować ich stan. Oceny stanu wód można

kontrolować ich stan. Oceny stanu wód można

dokonać na podstawie licznych badań

dokonać na podstawie licznych badań

fizykochemicznych i biologicznych.

fizykochemicznych i biologicznych.

Sposoby monitoringu

Sposoby monitoringu

eutrofizacji:

eutrofizacji:



Prostym sposobem kontroli trofii zbiornika

Prostym sposobem kontroli trofii zbiornika

jest badanie widzialności

jest badanie widzialności

krążka Secchiego:

krążka Secchiego:

Jest to biały krążek o średnicy 30 cm, który

Jest to biały krążek o średnicy 30 cm, który

opuszcza się na wyskalowanej lince. Jego

opuszcza się na wyskalowanej lince. Jego

widzialność zależy od ilości zawiesiny w

widzialność zależy od ilości zawiesiny w

wodzie, a ta z kolei – głównie od ilości

wodzie, a ta z kolei – głównie od ilości

glonów.

glonów.



Na podstawie widzialności krążka, można

Na podstawie widzialności krążka, można

obliczyć tzw.

obliczyć tzw.

Wskaźnik Carlsona

Wskaźnik Carlsona

, na

, na

podstawie którego porównuje się trofię

podstawie którego porównuje się trofię

poszczególnych zbiorników lub zmiany trofii

poszczególnych zbiorników lub zmiany trofii

danego zbiornika w czasie. Tenże wskaźnik

danego zbiornika w czasie. Tenże wskaźnik

można też obliczyć, mając do dyspozycji dane

można też obliczyć, mając do dyspozycji dane

o ilości

o ilości

chlorofilu

chlorofilu

lub

lub

związków fosforu

związków fosforu

.

.

Literatura:

Literatura:



Curt Forseberg Uniwersytet w

Curt Forseberg Uniwersytet w

Uppsali „Eutrofizacja Morza

Uppsali „Eutrofizacja Morza

Bałtyckiego”;

Bałtyckiego”;