Zagadnienia na egzamin z Chemii Åšrodowiska, 24 czerwca 2013
Znajomość pojęć:
1. Atmosfera, - gazowa powłoka otaczająca planetę o masie wystarczającej do utrzymywania wokół siebie warstwy
gazów w wyniku działania grawitacji. Obecność atmosfery ma istotny wpływ na temperaturę powierzchni planety.
Dzięki efektowi cieplarnianemu powierzchnia osiąga wyższą temperaturę niż wynikałoby to tylko z
nasłonecznienia; zmniejszają się także różnice temperatur między stroną dzienną i nocną. Atmosfera nie dopuszcza
również do powierzchni części widma promieniowania elektromagnetycznego.
2. hydrosfera, - jedna z geosfer, ogół wód na Ziemi obejmujący wody podziemne i powierzchniowe: rzeki, jeziora,
morza, oceany, lodowce i lądolody oraz bagna, a także zawarta w atmosferze i biosferze. Hydrosferę można
podzielić na dwie części: oceanosferę i wody na lądach. Jej zasoby wodne to około 1,4 mld kmł. Hydrosferę w
większości tworzą wody słone, bo aż ok. 97,5%. Woda słodka to nieco ponad 2,5%. 69% wody słodkiej
skoncentrowane jest w lodowcach, stałej pokrywie śnieżnej i wiecznej zmarzlinie w Antarktyce i Arktyce oraz w
wysokich partiach gór. Pozostała część wód słodkich przypada na wody podziemne, część jezior, rzeki oraz bagna.
3. litosfera, - zewnętrzna sztywna powłoka Ziemi obejmująca skorupę ziemską i warstwę perydotytową zaliczaną do
górnej części płaszcza ziemskiego. Termin "litosfera" jest często błędnie używany jako zamiennik terminu
"skorupa ziemska". Litosfera jest pojęciem szerszym niż skorupa ziemska. Jest ściśle związana z biosferą oraz
hydrosferÄ…, a także atmosferÄ…. Miąższość litosfery wynosi od ok. 10-100 km a jej temperatura dochodzi do 700°C.
Wyróżnia się dwa zasadnicze rodzaje litosfery: kontynentalną i oceaniczną.
4. biosfera, - strefa kuli ziemskiej zamieszkana przez organizmy żywe, w której odbywają się procesy ekologiczne.
Biosfera jest częścią zewnętrznej skorupy Ziemi, która obejmuje również powietrze, ląd i wodę. Z
najobszerniejszego punktu widzenia geofizyki, biosfera jest światowym systemem ekologicznym i obejmuje
wszystkie żyjące organizmy i ich powiązania ze sobą i z litosferą, hydrosferą i atmosferą. Szacuje się, że ziemska
biosfera zaczęła się tworzyć (przez proces biogenezy) przynajmniej 3,5 miliardów lat temu.
Biosfera obejmuje około:
4 km n.p.m. - atmosfera
300 m p.p.m. - hydrosfera
40 cm w głąb ziemi - litosfera
5. czynnik antropogeniczny, - Czynniki antropogeniczne - czynniki związane z każdą formą pośredniego lub
bezpośredniego wpływu człowieka na środowisko i bytujące w nim rośliny i zwierzęta. Na terenach użytkowanych
rolniczo jest to całokształt działalności związanej z produkcją roślinną i zwierzęcą. Działalność rolnicza,
podporządkowana nadrzędnemu celowi, tj. maksymalizacji produkcji, często prowadzi do degradacji środowiska
(np. w wyniku nadmiernej chemizacji). W rezultacie działalności pozarolniczej również zachodzą niekorzystne
zmiany, np. zmniejszanie powierzchni użytków rolnych na korzyść gospodarki komunalnej i zabudowy
przemysłowej, skażenie atmosfery, wody i gleby przez przemysł, zachwianie stosunków wodnych w glebie
wskutek pogłębiania rzek lub wadliwej melioracji. Na terenach użytkowanych rolniczo jest to całokształt
działalności związanej z produkcją roślinną i zwierzęcą, a na terenach uprzemysłowionych - z przemysłem.
6. ekosystem, - dynamiczny układ ekologiczny na który składa się zespół organizmów (biocenoza) połączonych
relacjami troficznymi (tworzących sieć troficzną) wraz ze środowiskiem przezeń zajmowanym, czyli biotopem, w
którym zachodzi przepływ energii i obieg materii. W skrócie zatem ekosystem to biocenoza wraz z biotopem.
Ekosystemy wyodrębniane są na podstawie istnienia silniejszych powiązań w ich obrębie niżeli między ich
1
składowymi a otoczeniem (biologicznie ważne pierwiastki chemiczne krążą intensywniej w obrębie
poszczególnych ekosystemów niż pomiędzy nimi).
7. biocenoza, - zespół populacji organizmów roślinnych (fitocenoza), zwierzęcych (zoocenoza) i mikroorganizmów
(mikrobiocenoza) danego środowiska (biotopu), należących do różnych gatunków, ale powiązanych ze sobą
różnorodnymi czynnikami ekologicznymi i zależnościami pokarmowymi, tworzących całość, która pozostaje w
przyrodzie w stanie homeostazy (czyli dynamicznej równowagi). Biocenoza oraz biotop, czyli środowisko fizyczne
(nieożywione) tworzą ekosystem.
Biocenozy mogą być naturalne (sawanna, las, jezioro) i sztuczne (park, ogród).
8. biotop, - środowisko życia biocenozy, środowiskowa część ekosystemu. Pierwotnie biotopem określano tylko
abiotyczne elementy siedliska. Obecnie często rozumiany jest jako siedlisko nieożywione zmienione przez
biocenozÄ™. Biotop razem z biocenozÄ… tworzy ekosystem.
9. albedo, - stosunek ilości promieniowania odbitego do padającego, jest parametrem określającym zdolność
odbijania promieni przez danÄ… powierzchniÄ™
10. efekt cieplarniany, - zjawisko podwyższenia temperatury planety powodowane obecnością gazów cieplarnianych
w atmosferze. Zmiany powodujące wzrost roli efektu cieplarnianego mogą być jedną z przyczyn globalnego
ocieplenia.
Ciało niebieskie pozbawione atmosfery (np. Księżyc) pochłania i emituje promieniowanie bezpośrednio ze swojej
powierzchni. Atmosfera zaburza ten proces wymiany ciepła, głównie poprzez ograniczenie ilości energii cieplnej
wypromieniowywanej z powierzchni planety i dolnych warstw jej atmosfery bezpośrednio w przestrzeń kosmiczną.
Proces ten jest wywołany przez gazy cieplarniane, pyły i aerozole zawieszone w atmosferze. W opisie zjawiska
uwzględnia się też wszystkie inne procesy zachodzące w atmosferze, jak i na powierzchni planety, odpowiedzialne
za przepływ energii z gwiazdy macierzystej, a także przenoszące energię z planety w przestrzeń kosmiczną.
11. aerozol, - odmiana gazozolu, układ koloidalny, w którym ośrodkiem rozpraszającym jest powietrze, a cząstkami
koloidalnymi są substancje ciekłe lub stałe. Aerozole są najpowszechniejszą odmianą gazozoli. Aerozole dzieli się
na mgły (cząstki ciekłe) i dymy (cząstki stałe).
Przykładami aerozoli są: aerozol soli morskiej, sadza, pyły mineralne, smog. Natomiast mgła, krople chmurowe,
kryształy lodu są przykładami hydrometeorów i nie są zwyczajowo klasyfikowane jako aerozole w meteorologii i
fizyce atmosfery, mimo że mieszczą się w pojęciu aerozoli, jak to zostało zdefiniowane tutaj.
12. rodniki,- atomy lub czÄ…steczki zawierajÄ…ce niesparowane elektrony, czyli charakteryzujÄ…ce siÄ™ spinem
elektronowym różnym od 0. Niektóre układy o całkowitym spinie równym 0, lecz wykazujące tzw. polaryzację
spinową (np. niektóre stany przejściowe) czasem traktowane są jako dwurodniki.
Określenia rodniki i wolne rodniki są obecnie tożsame.
13. smog, - nienaturalne zjawisko atmosferyczne polegające na współwystępowaniu zanieczyszczeń powietrza
spowodowanych działalnością człowieka oraz niekorzystnych naturalnych zjawisk atmosferycznych: znacznej
wilgotności powietrza (mgła) i braku wiatru.
Nazwa "smog" powstała ze zbitki dwóch angielskich słów: smoke  dym i fog - mgła.
14. zanieczyszczenie pierwotne, - zanieczyszczenie bezpośrednio emitowane ze z
ródła, np. emisja gazów
spalinowych (CO , SO ) i pyłów do atmosfery podczas spalania węgla.
2 2
15. zanieczyszczenie wtórne;- zanieczyszczenia powstające w atmosferze na skutek chemicznych lub fizycznych
przemian zanieczyszczeń pierwotnych lub innych substancji emitowanych do atmosfery ze z
ródeł stacjonarnych i
ruchomych
2
16. koloidy, - Koloidy to układy dyspersyjne o wyglądzie układów fizycznie jednorodnych, w rzeczywistości jednak
składniki nie są ze sobą zmieszane cząsteczkowo. Jeżeli cząstki fazy rozproszonej mają jednakową wielkość, układ
nazywamy monodyspersyjnym (izodyspersyjnym), jeżeli różnią się wielkością  układem polidyspersyjnym.
17. koloidy hydrofobowe, - koloidy w wodnym ośrodku rozpraszającym, których cząstki nie łączą się z cząsteczkami
wody lub łączą się z nimi słabo. Typowym przedstawicielem tej grupy koloidów jest koloidowy zol złota. K.h. są
wrażliwe na działanie nawet niewielkich ilości soli, które wywołują ich koagulację (poprzez zobojętnienie ładunku
cząstek koloidowych).. Posiadające małe powinowactwo do rozpuszczalnika i na swojej powierzchni gromadzące
Å‚adunek elektryczny.
18. koloidy hydrofilowe, - W przeciwieństwie do zoli hydrofobowych zawdzięczających swą trwałość ładunkowi
elektrycznemu, w przypadku zoli hydrofilowych oprócz ładunku, stabilizująco działa również otoczka
solwatacyjna wokół cząstek koloidalnych.
Białka stanowiące koloidy hydrofilowe posiadają w swoich cząsteczkach takie grupy funkcyjne jak: -COOH,
-NH , -OH, =NH, -SH, które są grupami hydrofilowymi i bardzo dobrze oddziałują z cząsteczkami wody.
2
19. zanieczyszczenia refrakcyjne, -
zanieczyszczenia chemiczne, które nie podlegają bądz
podlegają jedynie w minimalnym stopniu rozkładowi
biologicznemu za pośrednictwem mikroorganizmów. Zanieczyszczenia te są w niewielkim stopniu usuwane ze
ścieków w klasycznych procesach oczyszczania w oczyszczalniach komunalnych. Do tego typu zanieczyszczeń
zalicza się między innymi:
·ð substancje mineralne takie jak metale ciężkie,
·ð niektóre substancje powierzchniowo czynne (np.: alkilobenzenosulfonian ABS),
·ð Å›rodki owadobójcze (insektycydy) głównie z grupy zwiÄ…zków chloro organicznych
Szczególną grupę zanieczyszczeń chemicznych refrakcyjnych stanowią związki toksyczne to jest pierwiastki,
związki chemiczne, substancje, a także czynniki fizyczne wywołujące w organizmach roślinnych, zwierzęcych i u
człowieka zaburzenia fizjologiczne, uszkodzenia, a przy odpowiednio wysokich dawkach śmierć.
20. edafon glebowy, - zespół drobnych organizmów żyjących w powierzchniowych warstwach gleby (np. bakterie,
promieniowce, grzyby, larwy owadów, pierścienice, wazonkowce, pajęczaki, a także drobne ssaki, jak krety,
ryjówki, nornice i myszy). Edafon warunkuje rozkład związków organicznych, bierze udział w tworzeniu
próchnicy glebowej, wpływając na żyzność gleby. Edafon jest głównym ogniwem cyklu przemiany
materii organicznej w przyrodzie na lądzie, gdyż głównie jest on destruentami, czyli odpowiada za rozkład i
mineralizację zarówno szczątków organizmów, jak i ich produktów przemiany materii. Jest jednocześnie
najważniejszym z biotycznych czynników glebowych. Obecność edafonu jest najważniejszym
obok erozji czynnikiem glebotwórczym, a w wytworzonej już glebie edafon jest odpowiedzialny za utrzymanie się
jej charakteru. Wpływa na cechy fizyczno-chemiczne gleby, a więc na jej strukturę, zdolność retencji
wody, przewiewność. Natomiast w podstawowym znaczeniu odpowiada za jej żyzność, gdyż to właśnie obecność
edafonu warunkuje rozkład związków organicznych i przyspiesza uwalnianie składników mineralnych, a także
powstawanie próchnicy glebowej. Edafon, jako formacja roślinna, nazywany jest czasem najniższym, czwartym
piętrem lasu, położonym poniżej runa leśnego. Natomiast za odpowiednik edafonu w środowisku wodnym można
uważać plankton.
21. jezioro oligotroficzne, - jezioro, którego wody są bogate w rozpuszczony tlen, a ubogie w substancje mineralne i
odżywcze. Obserwuje się w nich słaby rozwój życia organicznego. Nie występują tu procesy gnilne. Jeziora
oligotroficzne mają najczęściej piaszczyste, lub żwirowe dno. Wskutek procesu naturalnego użyz
niania jezioro
oligotroficzne przekształca się w eutroficzne.
3
22. mezotroficzne,- forma pośrednia pomiędzy jeziorem oligotroficznym i eutroficznym. Ten typ jezior charakteryzuje
się średnią żyznością oraz umiarkowanie wysoką produkcją biologiczną. Może ono powstawać z jeziora
oligotroficznego, a następnie przekształcić się w eutroficzne.
23. eutroficzne, - jezioro bogate w sole mineralne i materię organiczną o sprzyjających warunkach rozwoju życia
organicznego. Jest zwykle płytkie, woda o odcieniu zieleni, o małej przezroczystości i nieduża ilość związków
humusowych. Rozwija się w nim bujne życie i powstaje dużo szczątków organicznych opadających na dno,
gdzie bardzo powoli przebiega ich rozkład. Wobec tego ilość substancji organicznej ciągle rośnie, nie biorąc
udziału w krążeniu materii.
24. dystroficzne, - jezioro o wodach ubogich w tlen i mineralne substancje odżywcze. Zakwaszone, ze skąpym życiem
organicznym, spowodowanym dużą zawartością związków próchniczych. Zmętnione, żółte, brunatne wody. Należą
do nich najczęściej jeziora śródbagienne. Tworzą się z przekształcenia jezior eutroficznych.
25. materiał huminowy = humus = próchnica, - materia organiczna pochodzenia roślinnego lub mikrobiologicznego;
nie składa się z oddzielnych dokładnie określonych cząsteczek, ale stanowi klasę substancji, które powstają i
przebywają w glebie i wodzie, tworząc główny składnik zarówno lądowych (glebowa materia organiczna), jak i
wodnych (naturalna materia organiczna) zasobów węgla pierwiastkowego.
26. cykl hydrologiczny;- naturalny obieg wody na Ziemi. Obejmuje on procesy zachodzące zarówno w atmosferze
takie jak: parowanie, Kondensacja, opady, transport wilgoci; biosferze: pobieranie wody i jej oddawanie w procesie
oddychania, czyli transpiracji, jak i w litosferze: wsiąkanie, spływ podziemny i powierzchniowy]. W cyklu
hydrologicznym wyróżnia się obieg duży i mały.
Tylko część wody na kuli ziemskiej podlega cyklowi hydrologicznemu. Znaczne jej ilości są okresowo (w skali
procesów geologicznych) wyłączone z obiegu (retencja).
27. minerał, - pierwiastek, związek chemiczny bądz
jednorodna mieszanina pierwiastków lub związków, posiadające
ściśle określony skład chemiczny oraz proporcje, uporządkowaną budowę wewnętrzną (zwykle w postaci
kryształu) i zawsze występujące w stałym stanie skupienia. Stanowi najmniejszą, niepodzielną jednostkę litosfery,
utworzoną w wyniku naturalnych procesów geologicznych lub kosmologicznych.
Powstaje na drodze krystalizacji, przyjmując, w zależności od budujących kryształ składników, określony kształt,
będący odbiciem jego wewnętrznej struktury - tzw. sieci krystalicznej. Struktura określa pozostałe cechy danego
minerału, m.in.: łupliwość (łupliwość minerałów),twardość, barwę i połysk (połysk minerału).
28. minerały pierwotne, - powstające w procesie krystalizacji magmy, na drodze krystalizacji z roztworów
pomagmowych (pomagmowe procesy) lub przez wydzielanie się z wód z
ródlanych, jeziornych i morskich, oraz
minerały wtórne - powstające w wyniku przeobrażeń (w procesach wietrzenia, diagenezy lub metamorfizmu)
minerałów pierwotnych. W przyrodzie występują w postaci ogromnych zespołów, czyli skał, tworząc niekiedy w
ich obrębie niewielkie, pojedyncze skupiska monomineralne (np. konkrecje, sekrecje).
29. minerały wtórne, - są minerałami tworzącymi się w skałach w wyniku wtórnych procesów, kosztem innych
minerałów. Najczęściej są one rezultatem procesów pomagmowych oraz wietrzeniowych.
30. skała, - zespół minerałów (o określonym składzie mineralnym, strukturze i teksturze) ukształtowany podczas
procesu geologicznego, tworzący wyodrębnioną warstwę skorupy ziemskiej. Wyróżnia się skały magmowe,
osadowe i metamorficzne. Jest skupiskiem jednorodnych lub różnorodnych minerałów, które powstało w
przyrodzie na skutek naturalnego procesu. Do skał zaliczają się utwory twarde i zbite oraz luz
ne i plastyczne.
31. makro- i mikroelementy, -
Makroelementy- pierwiastki chemiczne, których zawartość w danym środowisku jest stosunkowo duża; brak
powoduje spowolnienie wzrostu roślin i zmniejszenie plonów; potrzebne do budowania aminokwasów i protein.
4
Mikroelementy- pierwiastki chemiczne występujące w bardzo małych ilościach; niezbędne do prawidłowego
funkcjonowania organizmów
32. forma aktywna, - forma występowania składników pokarmowych w glebie. jony i związki kompleksowe (chelaty)
w roztworze glebowym, łatwo dostępne dla korzeni roślin
33. forma ruchoma, - forma występowania składników pokarmowych w glebie. Cząstki wymiennie zaadsorbowane
przez kompleks sorpcyjny gleby (faza stała).
34. forma zapasowa składników pokarmowych, - związki wchodzące w skład minerałów glebowych oraz cząstki i
jony niewymiennie związane z kompleksem glebowym; niedostępne dla roślin.
35. reakcje biotyczne (= przemiany biochemiczne) Procesy rozkładu biocydów przy udziale mikroorganizmów
występujących w środowisku:
- mikroorganizmy mogą one rozkładać biocyd jako pierwotny substrat, z którego czerpią energię i/lub
potrzebne składniki pokarmowe,
- biocyd może być metabolizowany jednocześnie z podstawowymi substratami potrzebnymi do wzrostu
populacji autochtoniczne
36. reakcje abiotyczne (= przemiany niebiochemiczne) Procesy rozkładu biocydów o czysto chemicznym
charakterze
37. cykl biogeochemiczny,  krążenie pierwiastków i związków chemicznych między organizmami żywymi a ich
nieożywionym środowiskiem; opisuje przemiany pierwiastka we wszystkich procesach geologicznych, fizycznych,
chemicznych i biochemicznych uwzględniając wszystkie formy i stany, w jakich występuje w atmosferze,
hydrosferze oraz litosferze.
38. obieg sedymentacyjny (lokalny), pierwiastek jest jedynie osadzany w glebie czy na dnie oceanów na skutek
ciążenia, nie przechodzi w postać gazową - cykl lokalny;
39. obieg gazowy (globalny), substancja przechodzi w postać gazową i może przemieszczać się na większe odległości
- cykl globalny
40. organizmy autotroficzne (producenci), rośliny, glony i niektóre bakterie; przyswajają węgiel nieorganiczny (CO2
lub jony węglanowe), z
ródłem energii do syntezy organicznych związków węgla jest:
- światło  organizmy fototroficzne (fotosyntetyzujace)
- reakcje chemiczne (reakcje redox)  organizmy chemotroficzne (chemosyntetyzujace).
41. heterotroficzne (konsumenci), (organizmy cudzożywne)  wszystkie zwierzęta (w tym człowiek), które nie
potrafią przyswajać węgla nieorganicznego, wykorzystują materię organiczną wyprodukowaną przez inne
organizmy żywe  autotroficzne, heterotroficzne oraz reducentów
42. reducenci (destruenci); grzyby oraz większość bakterii; rozkładają odpady organiczne i obumarłą materię
organiczną, uwalniając do środowiska składniki zawarte w resztkach, umożliwiając w ten sposób ponowne ich
wykorzystanie przez inne organizmy
43. samooczyszczanie, samorzutne zmniejszenie zanieczyszczenia w środowisku do poziomów, które są nieszkodliwe
dla zdrowia człowieka i ekosystemu. Zachodzi w wyniku naturalnych procesów poprzez rozkład substancji
zanieczyszczających, ich rozcieńczenie, lub zatrzymanie przez środowisko. Dzięki temu procesowi niewielkie
porcje zanieczyszczeń są w naturalny sposób usuwane, nie powodując szkód dla środowiska.
44. degradacja/biodegradacja. rozkład zanieczyszczeń przez organizmy żywe. Są najważniejszą częścią
samooczyszczania.
5
ATMOSFERA
1. Podział atmosfery na warstwy wg kryterium zmian temperatury  wyjaśnić, z czego wynikają zmiany
temperatury oraz z czego wynikają zmiany składu chemicznego w warstwach.
Kryterium podziału atmosfery na warstwy:
charakter zmian temperatury w miarę wzrostu wysokości w atmosferze.
WARSTWY ATMOSFERY ZIEMSKIEJ:
Troposfera (0-15 km n.p.m.)  temperatura obniża się wraz z wysokością
Stratosfera (15-50 km n.p.m.)  temperatura rośnie wraz z wysokością - Wzrost temperatury związany jest z
pochłanianiem promieniowania nadfioletowego i rentgenowskiego przez ditlen oraz ozon, którego najwięcej znajduje
się na wysokości 20-35 km.
Mezosfera (50-85 km n.p.m.)  temperatura obniża się wraz z wysokością ( 3 powyższe tworzą homosferę) - Spadek
temperatury zwiÄ…zany jest z oddalaniem siÄ™ od powierzchni Ziemi.
Termosfera (85  500 km n.p.m.)  temperatura rośnie wraz z wysokością (heterosfera) - Wzrost temperatury jest
związany z pochłanianiem krótkich i ultrakrótkich fal promieniowania elektromagnetycznego Słońca przez zjonizowane
gazy.
Powodem zmian składu atmosfery jest różna ilość promieniowania słonecznego na każdym jej poziomie. Cząsteczki
działają jak bardzo aktywne filtry światła. Każda warstwa absorbuje część światła słonecznego, chroniąc gazy poniżej
przed promieniowaniem, które pochłania.
2. Reakcje rodnikowe.
 Rodniki  cząsteczki zawierające niesparowane elektrony. Niesparowany elektron dąży do przyłączenia drugiego
elektronu, aby utworzyć stabilne wiązanie. Rodniki są wysoce reaktywne.
Rodniki biorą udział w procesach chemicznych zachodzących w atmosferze.
Rodnik hydroksylowy HO* - najważniejsze reaktywne indywiduum w atmosferze:
* reaguje z wieloma zwiÄ…zkami w atmosferze,
* charakteryzuje się krótkim czasem przebywania.
3.  Efekt cieplarniany  definicja; gazy cieplarniane  woda (dodatnie i ujemne sprzężenie zwrotne), ditlenek
węgla (naturalne i antropogeniczne z
ródła CO , zlewy CO , por. z obiegiem węgla), metan (z
ródła i
2 2
samooczyszczanie atmosfery z CH ), inne czynniki antropogeniczne (tlenki azotu, CFC, HCFC).
4
Efekt cieplarniany - intensyfikacja ocieplenia w wyniku absorbowania części promieniowania wyemitowanego z Ziemi
przez gazy w atmosferze.
H O
2
6
Udział pary wodnej w procesach sprzężenia zwrotnego:
- dodatnie sprzężenie zwrotne - globalne ocieplenie prowadzi do wzrostu szybkości parowania z powierzchni oceanów i
lądów, w wyniku czego następuje wzrost stężenia wody w atmosferze, powodujący zwiększenie ocieplenia,
- ujemne sprzężenie zwrotne - większe zachmurzenie troposfery powoduje wzrost odbicia i absorpcji promieniowania
słonecznego. Z tego powodu strumień promieniowania słonecznego osiągający powierzchnię lądową i wodną Ziemi
ulega zmniejszeniu
CO
2
y
ródła naturalne CO :
2
- procesy oddychania zwierząt, roślin i mikroorganizmów,
- ich rozkład,
- spalanie biomasy podczas pożarów, {CH O} + O "! CO + H O
2 2 2 2
- wody oceaniczne.
y
ródła ujemne CO (zlewy):
2
- fotosynteza, CO + H O "! {CH O} + O
2 2 2 2
- rozpuszczenie CO w wodzie morskiej,
2
- strącenie jonów węglanowych. CO
2- (kalcytu - CaCO )
3
Udział antropogeniczny:
- spalanie paliw kopalnych,
- wycinanie i spalanie lasów.
y
ródła CH :
4
- rozkład martwej materii organicznej w warunkach beztlenowych,
- eksploatacja złóż paliw kopalnych, ich transport i niepełne spalanie,
- układy trawienne zwierząt przeżuwających (krów, owiec, kóz) oraz termitów.
Usuwanie CH :
4
- utlenianie inicjowane przez rodniki hydroksylowe w troposferze
CH + *OH "! *CH + H O
4 3 2
- zatrzymywanie przez glebÄ™ oraz przenikanie do stratosfery.
y
ródła N O:
2
- denitryfikacja  reakcje mikrobiologiczne, które przekształcają jony azotanowe (V) w tlenek azotu (I) lub też inne
połączenia zawierające azot, zachodzi w glebach, jeziorach i oceanach,
- procesy przemysłowe (produkcja kwasu adypinowego i kwasu azotowego) (udział antropogeniczny),
- nawozy azotowe; zwiększenie zapasów azotanów (V), które ulegają denitryfikacji, prowadząc do produkcji tlenku
azotu (I) (udział antropogeniczny),
- z gleb o wysokiej temperaturze i wilgotności,
- z wysypisk odpadów i ścieków,
- z oceanów, w których znajduje się w wyniku odprowadzenia ścieków.
Chloroflourowęglowodory (CFC), wodorochlorofluorowęglowodory (HCFC) i inne gazy zawierające halogeny.
Związki te nie występowały w atmosferze, pojawiają się w wyniku działalności ludzkiej.
y
ródła:
7
- tetrafluorometan (CF ), heksafluoroetan (C F )  podczas elektrolizy Al O
4 2 6 2 3
w kriolicie (Na AlF ) na elektrodach węglowych,
3 6
- heksafluorek siarki (SF ) - podczas produkcji magnezu.
6
4. Ozon  troposferyczny ( zły ) i stratosferyczny ( dobry ); jednostka Dobsona,  dziura ozonowa , cykl
syntezy i rozkładu ozonu  cykl Chapmana; katalizatory rozkładu ozonu (rodniki zawierające wodór, azot i
chlor  z
ródła).
 Zły ozon  w troposferze (składnik smogu fotochemicznego, niebezpieczny dla żywych organizmów, niszczący dla
materiałów). W troposferze, powoduje podrażnienia oraz uszkodzenia u roślin i zwierząt z powodu silnych właściwości
utleniajÄ…cych.
y
ródła  złego O :
3
- podczas burz,
- pod wpływem promieniowania UV.
 Dobry ozon  w stratosferze (pochłania UV w zakresach niebezpiecznych dla żywych organizmów). W stratosferze,
absorbuje wysokoenergetyczne promieniowanie słoneczne (UV, l w zakresie 200-315 nm) docierające do Ziemi,
chroni życie roślin i zwierząt.
Termin  dziura ozonowa  stosowany do opisu zjawiska zubożania warstwy ozonu w ostatnich latach w okresie
wiosennym nad obszarem Antarktyki (X) i Arktyki (III); ozon nadal jest obecny w obszarach polarnych stratosfery, ale
występuje w zmniejszonej ilości (< 220 DU).
DU  jednostka Dobsona; 1 DU odpowiada warstwie ozonu o grubości 10 mm w standardowych warunkach ciśnienia
i temperatury. Średnia światowa wartość wynosi 300 DU.
Cykl Chapmana uwzględnia tylko reakcje, w których uczestniczy jedynie tlen.
Synteza:
O (g) + hn O(g) + O(g) (l< 242 nm)
2
O(g) + O2(g) + M(g) O (g) + M(g)
3
Rozkład:
O (g) + hn O (g) + O(g) (230nm < l < 320 nm)
3 2
O(g) + O (g) 2 O (g)
3 2
2 O(g) + M(g) O (g) + M(g)
2
Na aktualne stężenie ozonu a w szczególności na szybkość jego rozkładu wpływają też inne niż tlen indywidua
chemiczne - występujące naturalnie w atmosferze oraz uwalniane przez przemysł i rolnictwo.
Niewielkie ilości tych substancji biorą udział w katalitycznych procesach rozkładu ozonu w stratosferze.
Ogólny mechanizm katalitycznego rozkładu ozonu:
X + O XO + O
3 2
XO + O X + O
2
************************
8
O + O 2 O reakcja sumaryczna
3 2
Najważniejsze indywidua chemiczne, które pełnią funkcję katalizatora są rodnikami należącymi do trzech kategorii:
- związki zawierające wodór - HOx (*H, *OH i HOO*),
- zwiÄ…zki zawierajÄ…ce azot - NOx (*NO i *NO ),
2
- zwiÄ…zki zawierajÄ…ce chlor - ClOx (*Cl i ClO*).
5.  Kwaśne deszcze  skład, pochodzenie, skutki dla środowiska.
Kwaśne deszcze  opady (deszcz, śnieg, grad) charakteryzujące się kwaśnym odczynem, pH < 5,7.
Skład, pochodzenie
Zawierają H SO i HNO pochodzące z gazów wyemitowanych do atmosfery przez przemysł energetyczny i hutnictwo
2 4 3
oraz wynikających z przyczyn naturalnych (np. wybuchy wulkanów, wyładowania atmosferyczne), m.in. SO , SO ,
2 3
NO , CO , H S, HCl.
x 2 2
Skutki kwaśnych deszczy:
skutki bezpośrednie i pośrednie na roślinność,
zakwaszenie gleby,
zakwaszenie jezior,
zaburzenie rozmnażania ptaków oraz innych zwierząt
uszkodzenie budynków z kamienia i konstrukcji metalowych,
wpływ bezpośredni i pośredni na zdrowie człowieka.
6. Smog klasyczny (londynski) i smog fotochemiczny (typu Los Angeles)  przyczyny powstawania, cechy
charakterystyczne, związki toksyczne, różnice, interpretacja wykresu.
Smog  zjawisko atmosferyczne, które polega na jednoczesnym występowaniu antropogenicznych zanieczyszczeń
powietrza oraz mgły (duża wilgotność i brak wiatru).
Tradycyjne paliwo (węgiel).
Charakteryzuje siÄ™:
- dużym stężeniem niespalonych cząstek sadzy:
 4 CH (paliwo) + 5 O2 4 CO2 + 2 H2O pełne spalanie
 4 CH + 3 O2 4 CO + 2 H2O niepełne spalanie
 4 CH + O2 4 C + 2 H2O niepełne spalanie
- obecnością związków rakotwórczych (np. benzo[a]piren),
- dużym stężeniem ditlenku siarki:
- dużą ilością trudno opadających pyłów,
- zakwaszeniem kwasem siarkowym (VI):
Ze względu na obecność ditlenku siarki, charakteryzuje się właściwościami redukującymi i kwasowymi.
Cząstki węgla są centrami kondensacji dla kropel wody (mgła).
Występuje głównie w miesiącach chłodnych podczas inwersji temperatur w umiarkowanej strefie klimatycznej.
9
Smog fotochemiczny
Paliwo pochodzące z przerobu ropy naftowej, o dużej lotności.
Składniki powodujące powstanie smogu fotochemicznego:
- tlenki azotu,
- światło słoneczne,
- węglowodory.
Utlenianie NO do NO2, a następnie do NO3 i N2O5. Każdy z tych produktów reaguje w procesie fotochemicznym lub
ze związkami obecnymi w atmosferze, dając związki biologicznie szkodliwe. W tych reakcjach uczestniczą śladowe
ilości węglowodorów (z niepełnego spalania) oraz rodniki hydroksylowe.
Smog fotochemiczny powstaje w szeregu reakcji rodnikowych.
NO wydzielany jest ze spalinami oraz powstaje w wyniku spalania paliwa w
powietrzu:
Utlenianie NO do NO2
Rozkład NO2 pod wpływem promieniowania słonecznego, a następnie jego regeneracja:
Powstanie O3 w reakcji atomu tlenu z ditlenem oraz rodnika hydroksylowego w reakcji atomu tlenu z wodÄ…:
Aldehydy, aerozol, działają drażniąco na oczy, są rakotwórcze.
Aldehydy ulegają reakcjom, prowadzącym m.in. do bezwodnika azotowonadoctowego i połączeń pochodnych (PAN -
ang. peroxyacetic nitric anhydride):
CH3CHO + *OH CH3CO* + H2O
CH3CO* + O2 + M CH3C(O)OO*
CH3C(O)OO* + *NO2 "! CH3C(O)OONO2 (PAN)
PAN - główne składniki smogu fotochemicznego, powodują podrażnienie oczu. Działają jako związki -  zbiorniki
różnych postaci tlenków azotu.
Zwiększone stężenia: tlenek azotu (II), prekursory węglowodorów, aldehydy i utleniacze, ozon i PAN.
Aerozol jest przyczyną zamglenia w czasie smogu. Jego żółtawa barwa spowodowana jest obecnością NO2.
Rodnik hydroksylowy *OH reaguje z węglowodorami, utleniając je do aldehydów.
10
Smog klasyczny, składający się z cząstek sadzy, innych cząstek materii i ditlenku siarki. Jego najistotniejszym z
ródłem
jest spalanie węgla. Charakteryzujesię właściwościami redukującymi i kwasowymi.
HYDROSFERA
1. Wiązanie wodorowe w cząsteczce wody  tworzenie i właściwości wiązania wodorowego.
W.w. - silne oddziaływania międzycząsteczkowe między atomami o dużej elektroujemności jednej cząsteczki (tlenu) a
atomami wodoru zwiÄ…zanymi z elektroujemnymi atomami innej czÄ…steczki.
Powstawanie wiązania wodorowego zostanie wyjaśnione na przykładzie cząsteczki wody, która zawiera silnie
spolaryzowane wiązanie między tlenem i wodorem. Atom tlenu ma większą elektroujemność i przyciąga on w swoim
kierunku elektrony tworzące wiązanie, co powoduje że atom wodoru zyskuje znaczny cząstkowy ładunek dodatni.
Atom wodoru, który jest dodatnio naładowany jest z kolei przyciągany przez wolną parę elektronową znajdującą się na
atomie tlenu sąsiadującej cząsteczki wody. Na skutek oddziaływania ujemnie naładowanej wolnej pary elektronowej
atomu tlenu czÄ…stkowego Å‚adunku dodatniego atomu wodoru powstaje wiÄ…zanie wodorowe.
2. W oparciu o strukturę cząsteczki wody i wiązanie wodorowe wyjaśnić niezwykłe cechy wody i ich wpływ na życie
biologiczne w wodach naturalnych.
3. Cykl hydrologiczny i czynniki decydujÄ…ce o cyklu.
4. Zawieszony węgiel organiczny (ZWO) i rozpuszczony węgiel organiczny (RWO) i związana z nim troficzność
jezior.
5. Tworzenie się materii organicznej  szlak syntetyczny i degradacyjny powstawania materiału huminowego; klasy
humusu.
6. Formy występowania metali w środowisku wodnym. Dostępność pierwiastków dla organizmów. Warunki
poprawiania dostępności pierwiastków związanych z materią organiczną lub z ligandami nieorganicznymi.
Metale występują w środowisku wodnym jako:
- akwakompleksy (całkowicie sprotonowane lub częściowo zdeprotonowane),
- kompleksy z ligandami nieorganicznymi (z Cl- i CO3 2-),
- kompleksy z naturalnie występującymi cząsteczkami organicznymi (np. cytryniany lub kwasy fulwowe).
Pierwiastki o znaczeniu środowiskowym  w pierwotnych strukturach mineralnych osadu zawiesiny lub zaadsorbowane
na powierzchni czÄ…stek.
Metale w zawiesinie materiałów osadowych często są mniej dostępne dla organizmów niż postaci rozpuszczone tego
samego pierwiastka.
Pierwiastki zaadsorbowane na powierzchni są bardziej dostępne niż pierwiastki strukturalne.
Pierwiastki zasocjowane z cząstkami wodoro(tlenków) Fe lub Mn mogą przejść do roztworu w wyniku redukującego
rozpuszczenia.
Materia organiczna w zawiesinie może w warunkach utleniających rozłożyć się na mniejsze, rozpuszczalne cząsteczki i
uwolnić rozpuszczalne postaci skompleksowanych metali.
7. Koloidy  cechy charakterystyczne, funkcje w środowisku, przykłady koloidów występujących w środowisku.
Materiały koloidalne - substancje słabo rozpuszczalne w wodzie mogą tworzyć roztwory koloidowe i zawiesiny. Są to
rozdrobnione w wodzie większe cząstki z wodną otoczką. Koloidy występują powszechnie w środowisku naturalnym.
11
Cząsteczki niektórych związków chemicznych tworzą silne wiązania międzycząsteczkowe, uniemożliwiające
rozpuszczanie się tych cząsteczek w wodzie. Jeśli jednak na powierzchni tych cząsteczek występują ładunki
elektryczne, to na skutek przyciągania elektrostatycznego gromadzi się wokół nich warstewka wody. Otoczone wodą
cząsteczki ulegają rozproszeniu = dyspersji w środowisku wodnym.
W fazie wodnej koloidem są rozproszone cząsteczki w otoczce wodnej: zawiesiny i koloidy nieorganiczne (iły,
glinokrzemiany, krzemionka) i organiczne (substancje humusowe), organizmy żywe roślinne i zwierzęce.
Koloidy powstające w specyficznych warunkach środowiska:
- Środowisko o wysokim pE  warunki utleniające; w redukujących warunkach żelazo i mangan istnieją w
wodzie w postaci jonów Fe2+ i Mn2+; w utleniajÄ…cym Å›rodowisku Fe i Mn tworzÄ… koloidy Fe2O3 ·H2O oraz
MnO2 ·H2O, które mogÄ… pozostać w zawiesinie, albo osadzać siÄ™.
- Środowisko o niskim pE - w warunkach redukujących (osady wód głębinowych), żelazo i mangan występują
w postaci jonów Fe2+ i Mn2+, natomiast siarczany ulegają redukcji do siarczków. W rezultacie strącają się
koloidalne siarczki żelaza i manganu.
- Środowisko o niskim pH - koloidalny osad kwasów huminowych.
- Środowisko o wysokim pH - węglan wapnia. Na powstawanie koloidu CaCO3 wpływa proces fotosyntezy.
Zarówno organiczne jak i nieorganiczne substancje są transportowane przez koloidy.
Kwasy huminowe i fulwowe tworzą hydrofilowe koloidy w wodzie, transportujące w ten sposób pestycydy i herbicydy
(nierozpuszczalne w wodzie).
Minerały ilaste wiążąc zarówno materiał organiczny jak i nieorganiczny przyczyniają się do oczyszczania wody.
8. Punkt zerowego ładunku. Zdolność kationowymienna.
9. Minerały ilaste  cechy charakterystyczne. Uzasadnienie występowania ujemnego ładunku na powierzchni
materiałów ilastych. Struktura i wyjaśnienie funkcji kationowymiennych minerałów ilastych.
Minerały ilaste
- minerały glinokrzemianowe o strukturze warstwowej (połączone warstwy krzemotlenowe i glinotlenowe);
pochodzenia lądowego - produkt wietrzenia minerałów pierwotnych.
A
adunek ujemny powierzchni iłu jest wynikiem:
- obecności atomów tlenu z nadmiarem ładunku ujemnego w miejscach rozerwania wiązań w narożach jednostek
strukturalnych;
- dysocjacji grup OH- ulokowanych w warstwie oktaedrycznej;
- podstawienia atomami Al atomów Si w warstwach tetraedrycznych, oraz jonami Fe2+ lub Mg2+ atomów Al w
warstwie oktaedrycznej. Sumarycznym wynikiem zamiany jonów 4+ na jony 3+ oraz jonów 3+ na jony 2+ jest
zmniejszenie Å‚adunku dodatniego czyli wzrost nadmiaru Å‚adunku ujemnego na powierzchni.
Minerały ilaste stanowią klasę koloidalnych minerałów krzemianowych, które występują w zawiesinie w wodzie, glebie
i w osadach. Ważną właściwością minerałów ilastych jest ich zdolność działania jako wymieniacze kationowe, którą
można określić ilościowo przez pomiar ich zdolności kationowymiennej.
10. Uzasadnienie występowania ujemnego ładunku na powierzchni materiałów huminowych. Wyjaśnienie
funkcji oczyszczania wód z zanieczyszczeń.
12
Wolne postaci materiałów huminowych są kwasami. Kwasowy charakter jest przedewszystkim związany z obecnością
grup karoksylowych i fenylowych. Te pierwsze majÄ… pK w zakresie 2,5-5. Grupy karboksylowe sÄ… dostatecznie
mocnymi kwasami i pozostają w znacznym stopniu zdeprotonowane, gdy materiał rozpuszcza się w wodzie. Jeśli woda
w zbiorniku jest niedostatecznie buforowana ze względu na brak innych akceptorów protonów takich jak
wodorowęglany, to rozpuszczony materiał huminowy zakwasza ją do typowej wartości pH 5,5-6,5. Ponieważ pH wody
pozostaje znażnie wyższe niż wartości pK kwasowych grup karboksylowych, sam materiał huminowy jest ujemnie
naładowany i, w pewnych przypadkach, może stanowić główne z
ródło anionowego ładunku w fazie rozpuszczonej.
Ze względu na swoje właściwości materiał huminowy wywiera wpływ na bilans ładunków i zasadowość wody oraz
oddziałuje z jonami metali, małymi obojętnymi cząsteczkami organicznymi i ciałami stałymi  dzięki tym funkcjom
jest w stanie związać i unieszkodliwiać powyższe typy zanieczyszczeń - materiał huminowy może zostać przyłączony
do fazy mineralnej, na której tworzy powłokę, blokując powierzchnię minerału na bezpośrednie reakcje z innymi
substancjami rozpuszczonymi.
11. Biotyczny model ligandu - model służący do opisu sposobu pobierania metalu przez żywe organizmy.
12. Związki powierzchniowo czynne i ich szkodliwe działanie na środowisko.
13. Sorpcja substancji organicznych na ciałach stałych  na składnikach mineralnych i na składnikach
organicznych; sorpcja materiałów huminowych na składnikach mineralnych.
Termin  sorpcja obejmuje pojęcia  adsorpcja i  absorpcja .
Składniki mineralne - uwodnione tlenki i minerały ilaste, które zawierają na swej powierzchni grupy hydroksylowe
skierowane od strony minerału w kierunku roztworu wodnego. Za wiązanie się substancji z powierzchną
odpowiedzialne są oddziaływania van der Waalsa, indukowany dipol-dipol trwały, dipol trwały-dipol trwały oraz
wiązania wodorowe. W większości przypadków sorpcja ta jest bardzo słaba.
Składniki organiczne - bardziej aktywne powierzchnie mają makrocząsteczki naturalnie występujące u zawiesinach i
osadach; materiał huminowy ma właściwości polarne ze względu na obecność grup funkcyjnych zawierających tlen
oraz hydrofobowe ze względu na części węglowodorowe.
Małe cząsteczki hydrofobowe mogą się skutecznie  rozpuszczać wewnątrz tego niewodnego medium.
Materiał huminowy może zostać przyłączony do fazy mineralnej, na której tworzy powłokę, blokując powierzchnię
minerału na bezpośrednie reakcje z innymi substancjami rozpuszczonymi.
LITOSFERA
1. Rodzaje skał ze względu na pochodzenie. Cykl skalny.
2. Wietrzenie fizyczne skał (czynniki odpowiadające za proces wietrzenia fizycznego).
3. Wietrzenie chemiczne skał (procesy chemiczne odpowiedzialne za wietrzenie chemiczne oraz czynniki wpływające
na szybkość wietrzenia chemicznego).
WYKA
AD 10! slajd 31 pomyłka  powinno być  tlenogliniany zamiast  glinokrzemiany
4. Gleba  powstawanie gleby, skład, właściwości, dostępność i formy składników glebowych.
5. Formy występowania zanieczyszczeń w glebach. Wpływ postaci zanieczyszczenia na szkodliwość względem
roślin.
13
Zanieczyszczeniami gleb i gruntów są wszelkie związki chemiczne i pierwiastki promieniotwórcze, a także
mikroorganizmy, które występują w glebach w zwiększonych ilościach.
Główne czynniki powodujące zanieczyszczenie gleby:
- zakwaszenie gleby - wywołane wypłukiwaniem wapnia i magnezu do głębszych warstw gleby, kwaśnymi opadami
(tlenki siarki, azotu i węgla), stosowaniem nawozów fizjologicznie kwaśnych; nadmierne zakwaszenie gleby powoduje
wymywanie substancji odżywczych, uwalnianie toksyczne jonów glinu oraz wprowadzanie w obieg jonów metali
ciężkich;
- nawozy sztuczne - wypłukiwane do rzek i zbiorników wodnych wywołują eutrofizację wód;
- metale ciężkie (Pb, Cd, Hg, Cu, Zn, Ni, Co, Cr, Ag) - pochodzą od zanieczyszczeń przemysłowych (przemysł
wydobywczy, metalurgiczny), są wywołane spalaniem benzyn, wyrzucaniem akumulatorów, farb i środków
antykorozyjnych; w większych ilościach pierwiastki te są toksyczne dla ludzi i zwierząt, ale w małych ilościach są
niezbędne organizmom (mikroelementy);
- zniszczenia przemysłowe i wysypiska odpadow.
FORMY:
Metale, trwałe, mogą występować w formie mniej lub bardziej mobilnej:
- pierwiastki (metale ciężkie) - mało reaktywne,
- związki metali - ulegają hydrolizie, lub w postaci jonów wiążą się z kompleksem sorpcyjnym gleby, lub przekształcają
siÄ™ w toksyczne pochodne.
Szkodliwe oddziaływanie związków organicznych i ich mobilność w środowisku wiążą się z ich budową chemiczną
(z czego wynika toksyczność) oraz właściwościami fizykochemicznymi, takimi jak: rozpuszczalność w wodzie, lotność,
hydrofobowość  hydrofilowość, podatność na rozkład.
Substancje organiczne mogą w środowisku glebowym podlegać całkowitemu rozkładowi (mineralizacja) lub
częściowemu - z utworzeniem innych związków organicznych (nietoksycznych, mniej lub bardziej toksycznych niż
związek wyjściowy).
Zanieczyszczenia chemiczne mogą być przez glebę silnie wiązane lub mogą być transportowane przez wodę w
postaci rozpuszczonej lub zawiesiny.
14
6. Trwałe zanieczyszczenia organiczne  cechy charakterystyczne; polichlorowane dibenzodioksyny (PCDD) i
polichlorowane dibenzofurany (PCDF), WWA, zanieczyszczenia ropopochodne, biocydy i pestycydy (z
ródła
naturalne i antropogeniczne, przedostawanie się do organizmów żywych, inne formy szkodliwości względem
środowiska).
Oddziaływanie związków organicznych na środowisko glebowe zależy od ich toksyczności, właściwości
fizykochemicznych, podatności na rozkład, a w szczególności na biodegradację.
Trwałe zanieczyszczenia organiczne (TZO) są szczególnie odporne na biodegradację; mają łatwość przemieszczania
się, są nadzwyczaj toksyczne; są nierozpuszczalne w wodzie, łatwo rozpuszczalne w tłuszczach; kumulują w mleku i
tkankach tłuszczowych organizmów zwierzęcych.
Kryteria zaliczenia związków do TZO:
- wysoka toksyczność,
- trwałość we wszystkich sferach środowiska naturalnego,
- biokoncentracja narastająca w kolejnych ogniwach łańcucha pokarmowego.
PCDD i PCDF
Polichlorowane dibenzodioksyny (PCDD) i polichlorowane dibenzofurany (PCDF) - tworzÄ… siÄ™ stale, jako produkty
uboczne niektórych procesów; w środowisku naturalnym  wskutek pożarów lasów, jako produkty uboczne procesów
spalania odpadów zawierających chlorowane związki organiczne (PSW, PCB), jako produkty uboczne podczas
wytwarzania niektórych związków organicznych (pestycydow i rozpuszczalnikow organicznych zawierających atomy
chloru)
Biodegradowalność dioksyn maleje ze wzrostem liczby atomów chloru w cząsteczce.
Dioksyny są immobilizowane w glebie; ze względu na brak rozpuszczalności w wodzie i hydrofobowość nie są
pobierane przez korzenie roślin; mogą być pobierane przez zwierzęta z glebą i częściami roślin, na których są
zaadsorbowane i kumulować się w tkance tłuszczowej i tłuszczu mlecznym. W organizmie człowieka, podobnie jak w
15
organizmach zwierząt, może następować kumulacja tych niebezpiecznych związków zagrażająca zdrowiu. Znaczne
ilości dioksyn mogą zawierać potrawy przyrządzane na grillu, dioksyny mogą powstawać na skutek palenia drewna w
otwartych i z
le wentylowanych kominkach.
Inne związki organiczne (m.in. WWA i PCB) w środowisku glebowym: są nierozpuszczalne w wodzie, silnie
sorbowane przez związki próchnicze (kwasy huminowe), bardzo trudno ulegają biodegradacji (zwłaszcza cząsteczki o
dużej ilości skondensowanych pierścieni).
Zanieczyszczenie ropopochodne
Zanieczyszczenie ropopochodne - mieszanina węglowodorów o podobnych właściwościach fizykochemicznych i
podobnym przeznaczeniu, pochodzące z przeróbki ropy naftowej (benzyna silnikowa, olej napędowy, olej opałowy, olej
smarowy).
y
ródła - awarie rurociągów, wypadki komunikacyjne z udziałem cystern przewożących te substancje, wycieki w
zakładach wydobywczych, petrochemicznych i na stacjach paliw.
Obumieranie roślin związane z gorszym natlenieniem wskutek zwiększonego zużycia tlenu przez mikroorganizmy do
biodegradacji zanieczyszczeń.
W glebach lekkich szybsza biodegradacja, ale łatwiejsza migracja zanieczyszczeń w głąb gleby i zanieczyszczanie
wód gruntowych.
PESTYCYDY
Są wprowadzane przez człowieka, z zamiarem eliminacji specyficznych organizmów.
- naruszenie równowagi w ekosystemach (niszczenie edafonu oraz zanieczyszczenie wód powierzchniowych i
podziemnych),
- możliwe zanieczyszczenie pasz i żywności,
- możliwe obniżenie jakości produktów spożywczych,
- narażenie osób stykających się bezpośrednio z pestycydami na ich szkodliwe działanie.
Pestycydy mogą przejść od następnego ogniwa łańcucha pokarmowego  do organizmów zwierzęcych lub ludzkich;
środki ochrony roślin dobrze rozpuszczalne w tłuszczach mogą kumulować się w tkankach żywych organizmów.
BIOCYDY
Biocydy - wszelkie substancje stosowane do eliminacji niektórych organizmów.
7. Biodegradacja zanieczyszczeń organicznych (na przykładzie biocydów) - reakcje fotolityczne (pośrednie i
bezpośrednie), reakcje chemiczne (abiotyczne  hydroliza, utlenianie) i biotyczne (przyspieszanie reakcji
abiotycznych przez mikroorganizmy).
Biocydy - wszelkie substancje stosowane do eliminacji niektórych organizmów.
Ale też:
Biocyd - dowolna substancja, wytworzona przypadkowo lub uwolniona do powietrza, wody lub gleby, która wykazuje
określoną toksyczność w stosunku do rozmaitych form życia. Biocydy organiczne obejmują wiele rodzajów związków
16
syntetycznych, obcych dla środowiska gleba/woda. Niektóre z nich są materiałami przypadkowo uwalnianymi do
środowiska, podczas gdy inne, których pestycydy są najbardziej spektakularnym przykładem, są produkowane i
stosowane ze względu na ich szczególne właściwości toksyczne. W obu przypadkach jesteśmy zainteresowani ich
trwałością i ruchliwością w środowisku.
Biocydy organiczne
Trwałość chemiczna:
* Ostatecznymi produktami rozkładu cząsteczki organicznej (mineralizacji) są proste trwałe cząsteczki (CO2, H2O).
* Produkty pośrednie mają zróżnicowaną trwałość; w wielu przypadkach produkty pośrednie mają niższą toksyczność
niż związki macierzyste, rzadziej produkty rozkładu wykazują toksyczność większą.
Biocydy organiczne  trwałość chemiczna
* Reakcje fotolityczne  pod wpływem promieniowania słonecznego.
* Warunki przebiegu reakcji fotolitycznej:
- wystawiony na działanie światła słonecznego - podczas dnia; związek chemiczny w fazie gazowej, na powierzchni
cząstek aerozoli atmosferycznych lub wewnątrz nich, w wodach powierzchniowych oraz na wystawionej na działanie
promieniowania słonecznego powierzchni roślin lub gleby
- zdolność danej cząsteczki do absorpcji określonej porcji promieniowania z widma słonecznego, w wyniku czego
przechodzi ona w stan wzbudzony, oraz duża wydajność kwantowa dalszego jej rozkładu w porównaniu z wydajnością
innych przemian dezaktywacyjnych (fotoliza bezpośrednia - cząsteczka absorbuje promieniowanie, a pochłonięta przez
nią energia jest wystarczająca do wywołania reakcji chemicznej), lub
- wzbudzenie radiacyjne sensybilizatora (a nie samego biocydu), a następnie przeniesienie energii, elektronu, atomu
wodoru lub protonu do cząsteczki biocydu (fotoliza pośrednia), cząsteczka biocydu ulega aktywacji i może
uczestniczyć w reakcji chemicznej.
Biocydy organiczne  trwałość  reakcje fotolityczne
* Procesy rozkładu biocydów o czysto chemicznym charakterze  procesy abiotyczne.
* Procesy rozkładu biocydów przy udziale mikroorganizmów występujących w środowisku  procesy biotyczne:
- mikroorganizmy mogą one rozkładać biocyd jako pierwotny substrat, z którego czerpią energię i/lub potrzebne
składniki pokarmowe,
- biocyd może być metabolizowany jednocześnie z podstawowymi substratami potrzebnymi do wzrostu populacji
autochtonicznej.
* Liczne reakcje są zarówno biotyczne, jak i abiotyczne; w zależności od panujących warunków dominuje jeden lub
drugi mechanizm.
Biocydy organiczne  trwałość - reakcje niefotolityczne
* Hydroliza - reakcja, w której cząsteczka wody oddziałuje z cząsteczką substratu, zastępując część cząsteczki (grupę
opuszczającą) grupą OH. Ogólne równanie reakcji hydrolizy można przedstawić równaniem
AB + H O Ì! BH + AOH
2
gdzie:
·ð AB  substancja ulegajÄ…ca hydrolizie
·ð BH i AOH  produkty hydrolizy
17
Zachodzi według mechanizmu czysto chemicznego lub mikrobiologicznego, hydroliza abiotyczna przebiega często
bardzo powoli.
* W wyniku utleniania powstają końcowe zmineralizowane produkty.
Charakter akceptora elektronów (czynnika utleniającego) zależy od warunków panujących w środowisku: w glebach i
wodach powierzchniowych, gdzie pE jest wyższe i są duże ilości ditlenu - ditlen, rodniki hydroksylowe, nadtlenek
wodoru, ozon; w warunkach anaerobowych - azotany(V) i siarczany(VI); gdy wszystkie utleniacze zostanÄ…
wyczerpane, wówczas zachodzi redukujący rozkład. Większość reakcji utleniania jest wspomagana przez
mikroorganizmy.
* Reakcja redukcji zachodzi przy małej wartości pE środowiska  na przykład w wodzie gruntowej pozbawionej tlenu i
w glebach zalanych wodÄ….
Biocydy organiczne  trwałość - reakcje niefotolityczne
* Szybkość reakcji rozkładu biocydów wskazuje czy wyjściowy związek stanowi zagrożenie dla ludzi lub dla innych
organizmów, które nie są celem jego działania.
* Szybkość degradacji zależy od:
- chemicznego charakteru substancji (trwałość cząsteczki jest odwrotnie proporcjonalna do szybkości jej rozkładu),
- dostępności innych reagentów,
- warunków panujących w środowisku - temperatury (reakcje abiotyczne - zgodnie z zależnością Arrheniusa; reakcje
biotyczne analogicznie, ale każdy mikroorganizm charakteryzuje się własną wartością optymalnej temperatury; w temp.
< 0oC większość procesów mikrobiologicznych ustaje, w temp. > 50 C ginie większość mikroorganizmów (np. gleba
o
ciemna pod wpływem intensywnego promieniowania słonecznego); wilgoci - niezbędna do przebiegu wielu reakcji
abiotycznych i większości reakcji biotycznych; szybkości procesu degradacji ulegają zwiększeniu wraz ze wzrostem
ilości wilgoci w glebie aż do osiągnięcia polowej pojemności wodnej; dalsze zwiększanie zawartości wilgoci prowadzi
do beztlenowych, redukujących warunków.
OBIEGI PIERWIASTKÓW
1. Mikroorganizmy - udział mikroorganizmów w obiegu pierwiastków.
Bakterie tlenowe (aerobowe)  w środowisku pozostającym w kontakcie z dużą ilością powietrza
zawierajÄ…cego tlen; wykorzystujÄ… tlen czÄ…steczkowy, w postaci gazu lub rozpuszczony w wodzie, jako akceptora
elektronów w reakcjach utleniania. W takiej reakcji ditlen ulega redukcji i zużywane są jony oksoniowe:
Bakterie beztlenowe (anaerobowe) - gdy transport powietrza jest ograniczony i ditlen zostanie wyczerpany;
wykorzystują substancje inne niż tlen cząsteczkowy, ubogie w elektrony, (np. siarczany(VI)), do przyjęcia elektronów z
redukowanego substratu. Substancja akceptujÄ…ca elektrony ulega redukcji:
2. Obieg azotu  postać nieorganiczna przyswajana przez rośliny,
Dla roślin z
ródłem azotu mogą być jedynie mineralne sole azotu rozpuszczone w wodzie. Większość roślin pobiera azot
poprzez systemy korzeniowe w formie jonów NO2- lub NO3- oraz NH4+. Związki te pojawiają się w ziemi w efekcie
padania deszczy oraz procesów gnilnych.
z
ródła tej formy w glebie,
18
Azotany w glebie są częściowo asymilowane przez rośliny i drobnoustroje. Część azotanów zostaje wymyta i dostaje
się do rzek, jezior oraz mórz, a część azotu przyswajalnego wraca do atmosfery w następstwie działania bakterii
denitryfikacyjnych Nawożenie gleby związkami azotu  uzupełnienie naturalnego zapasu azotu w glebie.
organizmy asymilujÄ…ce azot czÄ…steczkowy (reakcja wiÄ…zania azotu),
Reakcje wiązania azotu - przekształcenie diazotu N2 w związek występujący w środowisku wodnym lub lądowym
(jony NO3- lub NH4+). Proces wiązania azotu jest niedostępny dla większości roślin zielonych (i glonów). Zdolność
asymilacji azotu z atmosfery majÄ…:
- w ekosystemie lądowym - rośliny motylkowe i olchy, żyjące w symbiozie z bakteriami brodawkowymi (rodz.
Rhizobium) bytujÄ…cymi na ich korzeniach;
- w ekosystemie wodnym  sinice
dwuetapowy proces nitryfikacji (reakcje utleniania jonów amonowych do azotanów(III) w obecności bakterii
Nitrosomonas i azotanów(III) do azotanów(V) w obecności bakterii Nitrobacter),
Proces nitryfikacji jest to proces przemiany azotu amonowego w postać azotanów.
Reakcja przebiega dwustopniowo z udziałem bakterii tlenowych:
- przekształcenie amoniaku do azotanów(III):
- przekształcenie jonów azotanowych(III) do azotanów(V):
amonifikacja (reakcja przekształcenia azotu z postaci organicznej w postać nieorganiczną  jony amonowe),
Amonifikacja - przekształcenie azotu z postaci organicznej w postać nieorganiczną. Większość azotu organicznego jest
związana w aminokwasach, które są
składnikami białek. Rozkładające się rośliny i zwierzęta powodują powstawanie amoniaku lub jonów amonowych (w
zależności od pH środowiska), czyli przejście azotu w
formę zredukowaną. Na przykład w reakcji:
denitryfikacja (redukcja azotanów(V) do azotu cząsteczkowego lub tlenku azotu(I) lub jonów amonowych),
Denitryfikacja -  odzyskanie azotu cząsteczkowego z azotanów; przebiega w warunkach anaerobowych, w obecności
bakterii i substancji organicznych. Rodzaje denitryfikacji:
- redukcja azotanów(V) do gazowego azotu; zachodzi przy udziale bakterii z rodz. Pseudomonas:
- redukcja azotanów(V) do tlenku azotu(I):
- redukcja azotanów(V) do jonów amonowych; jony amonowe mogą zostać włączone do struktury komórki lub
uwolnione do atmosfery:
udział antropogeniczny
Wkład człowieka w obieg azotu:
-ðprodukcja nawozów azotowych w wyniku stosowania syntezy Habera
19
Szacowana ilość związanego azotu w procesie przemysłowym jest równoważna ilości azotu wiązanego w środowisku
naturalnym przez mikroorganizmy.
-ðspalanie kopalin w celach energetycznych powoduje zwiÄ™kszenie strumienia tlenków azotu cyrkulujÄ…cego w
środowisku.
-ðspalanie ropy naftowej (benzyn) w silnikach spalinowych pojazdów mechanicznych (z
ródło tlenków azotu).
3. Obieg węgla  postać przyswajana przez rośliny;
Podstawowym reagentem w obiegu węgla w przyrodzie jest CO2; w atmosferze występuje w postaci gazowej, a w
środowisku wodnym w postaci rozpuszczonej.
fotosynteza i oddychanie  wyjaśnienie pojęć, reakcje, znaczenie dla życia;
Podstawowymi procesami w obiegu węgla są: proces fotosyntezy i proces spalania (oddychania). Fotosynteza i
oddychanie są procesami przeciwnymi względem siebie.
Fotosynteza  przekształcenie pod wpływem światła słonecznego i w obecności chlorofilu, ditlenku węgla i wody w
materię organiczną  złożone węglowodany (np. glukoza).
Powstała materia organiczna magazynuje energię, jest zużywana przez organizmy żywe w łańcuchu pokarmowym, a w
wyniku obumierania tworzy próchnicę lub osady na dnie mórz. Produktem ubocznym fotosyntezy jest tlen uwalniany
do atmosfery
Znaczenie fotosyntezy:
- z
ródło tlenu cząsteczkowego;
- synteza związków organicznych (materia organiczna);
- magazynowanie energii (słonecznej) w postaci energii chemicznej gromadzonej w wiązaniach zsyntetyzowanej
materii organicznej.
Materia organiczna powstajÄ…ca w procesie fotosyntezy:
- zbiornik energii, z którego rośliny podtrzymują swoje funkcje życiowe;
- stanowi biomasÄ™;
- jest wykorzystywana przez konsumentów (zwierzęta, grzyby, bakterie) do czerpania energii - w postaci organizmu
żywego, jak i kiedy jest obumarła.
W oddychaniu tlen z powietrza reaguje z węglowodanami uwalniając zgromadzoną energię i ditlenek węgla.
procesy beztlenowe przyswajania węgla;
Procesy beztlenowe przyswajania węgla obejmują:
- chemosyntezÄ™:
- oddychanie beztlenowe,
- fermentacjÄ™ beztlenowÄ… (np. alkoholowa, mleczanowa):
- fermentacjÄ™ metanowÄ….
rozkład martwej biomasy (utlenianie, por. z obiegiem azotu i siarki),
20
Rozkład (degradacja) martwej biomasy, zwłaszcza pochodzenia roślinnego, a także drobnoustroje, jest kontrolowana
prawie wyłącznie przez aktywność mikroorganizmów.
Rozkład martwej materii organicznej jest najczęściej procesem utleniania.
Czynnikami utleniającymi mogą być:
- ditlen
- azotany(V)
- siarczany(VI)
- samoutlenianie biomasy  gdy nie występują żadne czynniki utleniające martwa materia organiczna może ulegać
utlenieniu w reakcjach anaerobowych
remineralizacja fitoplanktonu i osadów (przekształcanie węgla organicznego w postać nieorganiczną),
Remineralizacja fitoplanktonu i osadów przy udziale mikroorganizmów prowadzi do powstania składników
odżywczych, węglanów i wodorowęglanów (w głębi oceanu) oraz
ditlenku węgla.
Ditlenek węgla z wodą tworzy kwas węglowy oraz wodorowęglany (HCO3-, MgHCO3+, NaHCO3, CaHCO3+) i
węglany. Trudno rozpuszczalne sole wapniowych wchodzą w skład muszli, pancerzy i szkieletów organizmów
morskich, ze szczątków których powstają skały wapienne.
powstawanie paliw kopalnych (z węgla organicznego),
W pewnych warunkach obumarła materia szybciej się akumuluje niż rozkłada w ekosystemie. Pozostaje wówczas
zgromadzona, jako podziemne depozyty. Pod
wysokim ciśnieniem tworzą się po wielu tysiącach lat, paliwa kopalne
powstawanie osadów (z węgla nieorganicznego),
udział antropogeniczny
Największy wpływ człowieka w obieg węgla stanowią:
-ðeksploatacja paliw kopalnych;
-ðspalanie paliw kopalnych w celach energetycznych;
-ðwykorzystanie biomasy jako surowca energetycznego, które powodujÄ… zwiÄ™kszenie iloÅ›ci CO2 w atmosferze.
Spalanie paliw kopalnych jest oddawaniem środowisku w obecnych czasach, energii i ditlenku węgla zasymilowanego
miliony lat temu. Spalanie biomasy (wierzby, malwy, oraz spalenie odpadów organicznych), powoduje oddanie
środowisku ditlenku węgla zasymilowanego w ciągu ostatnich lat   zerowa emisja CO2.
Zwiększenie ilości ditlenku węgla w atmosferze wpływa na zmiany pogody oraz na procesy chemiczne przebiegające w
oceanach.
4. Obieg siarki  postać przyswajana przez rośliny;
Rośliny (producenci) pobierają z gleby siarkę w postaci siarczanów (SO42-).
przemiany w roślinach,
W roślinie, większość siarczanów podlega procesom metabolicznej redukcji do tioli, które wbudowują się do
aminokwasów i białek i in. Niezbędnych roślinie związków organicznych (np. tioalkohole, tioetery, tioglikozydy,
biotyna (witamina H)).
Pozostałe niezredukowane siarczany stanowią rezerwę siarki.
21
Rośliny mogą pobierać gazowy SO2 z atmosfery przez szparki oddechowe znajdujące się na liściach.
redukcja siarczanów w warunkach beztlenowych (por. z obiegiem węgla),
Siarczany mogą być również redukowane w warunkach beztlenowych (w glebie lub wodach naturalnych) przy udziale
mikroorganizmów:
- przy niskim pH do siarkowodoru (jonów HS-) lub siarczku dimetylu (CH3)2S):
- przy wyższym pH (powyżej 5,5) do siarki w stanie wolnym:
desulfuryzacja (rozkład materii organicznej i redukcja organicznych związków siarki do związków S(II)),
Desulfuryzacja  redukcja organicznych związków siarki i siarczanów przy udziale bakterii beztlenowych.
Siarka związana w aminokwasach i białkach może ulec desulfuryzacji wraz z rozkładem martwej materii organicznej
lub zostać wchłonięta przez zwierzęta, dla których jest to jej jedyna przyswajalna postać. Po śmierci siarka związana w
ciałach zwierząt wraca do obiegu.
Rozkład materii organicznej prowadzi do powstawania związków siarki na -II stopniu utlenienia (siarkowodoru H2S i
jego związków (siarczków) - tlenosiarczek węgla (COS), dwusiarczek węgla (CS2) i wydzielany głównie przez morski
fitoplankton siarczek dimetylu (DMS, (CH3)2S)).
utlenianie siarczków,
Zredukowane zwiÄ…zki siarki utleniane sÄ… do siarki na stopniu utlenienia 0 (siarka rodzima) i +VI (siarczany).
Utlenianie może zachodzić samoistnie pod wpływem tlenu.
Utlenianie często jest przeprowadzane przez bakterie siarkowe: bez udziału tlenu (powstają wówczas złoża siarki
rodzimej) lub z udziałem tlenu (wówczas powstają siarczany).
Związki siarki w atmosferze istniejące w postaci gazowej (H2S, SO2), utleniają się do tritlenku siarki SO3, który w
połączeniu z wodą tworzy kwas siarkowy, H2SO4. Kwas siarkowy w postaci kwaśnych deszczy opada na ziemię.
udział antropogeniczny.
Spalanie węgla, gazu ziemnego i innych paliw kopalnych zwiększyło ilość związków siarki w atmosferze i w oceanach
oraz zmniejszyło jej ilość w skałach osadowych.
-ðW wyniku tych procesów zwiÄ™kszyÅ‚ siÄ™ zasób siarki w postaci utlenionej (siarczanów) w cyklu globalnym, kosztem
zapasów siarki zredukowanej w skorupie ziemskiej.
-ðZmiany w globalnym cyklu siarki dotyczÄ… zwiÄ™kszenia przepÅ‚ywu siarki przez atmosferÄ™. Wyemitowany ditlenek
siarki tworzy kwas siarkowy, powodując znaczne obniżenie pH deszczu  do ok.4,5 w porównaniu z pH 5,6
niezanieczyszczonego deszczu.
5. Obieg fosforu  postać przyswajana przez rośliny;
Najłatwiej pobierane przez rośliny i przez glony w wodach naturalnych są rozpuszczalne fosforany nieorganiczne, jony
H2PO4-, HPO4 2-, PO4 3-.
przemiana na formÄ™ organiczna,
Fosforany dostają się do gleby i do wód naturalnych wskutek wietrzenia i rozpuszczania minerałów fosforanowych
zawartych w skałach, a także na skutek erozji gleb i wymywania z nich nawozów fosforowych. Istotnym z
ródłem
fosforu w wodzie jest tez biochemiczny rozkład obumarłych organizmów roślinnych i zwierzęcych.
Fosfor wbudowuje się do związków organicznych budujących komórki rośliny.
22
mineralizacja związków fosforoorganicznych,
Związki fosforoorganiczne w szczątkach obumarłych organizmów mogą ulegać procesom mineralizacji, przekształcając
siÄ™ w rozpuszczalne i nierozpuszczalne fosforany nieorganiczne. Reducentami sÄ… bakterie fosforowe (w glebie) lub
fitoplankton (w zbiornikach wodnych).
W warunkach beztlenowych organiczne związki fosforu mogą być zredukowane do fosfanów (PH3, P2H4).
konsekwencje słabej rozpuszczalności fosforanów dla środowiska,
Fosforany są słabo rozpuszczalne i wytrącają się z roztworu.
Na dnie zbiorników wodnych zostają odłożone:
- część fosforanów powstałych z rozkładu materii organicznej;
- martwa materia ze zwiÄ…zanym fosforem.
W tej postaci fosfor jest nieprzyswajalny dla organizmów.
udział antropogeniczny,
Największy wpływ człowieka na obiegu fosforu powoduje:
-ðstosowanie nawozów fosforowych,
-ðstosowanie Å›rodków czystoÅ›ci zawierajÄ…cych fosforany - polifosforany (np. jon trifosforanowy, P3O10 5-) dodawane
do detergentów charakteryzują się zwiększoną rozpuszczalnością, dlatego są odpowiedzialne za zwiększenie stężenia
fosforu w wodach powierzchniowych.
Wzbogacenie wód powierzchniowych w substancje pokarmowe (eutrofizacja), powoduje gwałtowny rozwój glonów,
których nadmiar prowadzi do zabijania życia w głębszych warstwach zbiorników wodnych poprzez ograniczanie
dostępu tlenu i światła słonecznego.
Związki fosforu dostają się do morza i zostają odłożone na dnie
obieg lokalny fosforu.
Fosfor występuje na Ziemi w wodzie, glebie i osadach.
W większości przypadków fosfor występuje w postaci fosforanów:
- w skałach pochodzenia organicznego - fityniany wapnia, magnezu, żelaza, fosfolipidy, kwasy nukleinowe; resztki
kości i produkty wydalania,
- w skałach pochodzenia nieorganicznego - fosforany wapnia, glinu, żelaza.
W wodach naturalnych fosfor występuje w związkach organicznych i nieorganicznych, najczęściej w postaci orto-,
meta- i polifosforanów - fosforany wapnia, magnezu, amonu, sodu i potasu.
ZANIECZYSZCZENIA
1. Co to jest samooczyszczanie? Jakie procesy zachodzÄ…
podczas samooczyszczania?
Samooczyszczanie - samorzutne zmniejszenie zanieczyszczenia w środowisku do poziomów, które są nieszkodliwe dla
zdrowia człowieka i ekosystemu. Zachodzi w wyniku naturalnych procesów poprzez rozkład substancji
zanieczyszczających, ich rozcieńczenie, lub zatrzymanie przez środowisko. Dzięki temu procesowi niewielkie porcje
zanieczyszczeń są w naturalny sposób usuwane, nie powodując szkód dla środowiska.
Procesy fizyczne - kondensacja, krystalizacja, absorpcja, adsorpcja, rozpuszczanie, odparowanie itp. Rezultatem jest
obniżenie stężenia zanieczyszczeń w ośrodku pierwotnym, lecz całkowita ich zawartość w środowisku nie ulega
zmianie.
Procesy chemiczne - utlenianie, redukcja, neutralizacja, hydroliza, hydratacja. Produkty tych reakcji pozostajÄ… w
atmosferze; często są zanieczyszczeniami wtórnymi, równie lub bardziej szkodliwymi od zanieczyszczeń pierwotnych.
23
Procesy biologiczne i biochemiczne - biodegradacja - rozkład zanieczyszczeń przez organizmy żywe. Są najważniejszą
częścią samooczyszczania.
2. Samooczyszczanie atmosfery - zjawiska fizyczno-
chemiczne, reakcje chemiczne, reakcje fotochemiczne
(bezpośrednia fotoliza lub powstawanie rodników).
3. Samooczyszczanie środowiska wodnego  przemiany
biochemiczne (mineralizacja, degradacja /biodegradacja,
przemiany aerobowe i anaerobowe, udział
mikroorganizmów i ich dostosowywanie się do nowych
warunków)
Przemiany biochemiczne to przemiany wywołane przez mikroorganizmy obecne w środowisku wodnym. Ulegać im
mogą organiczne i niektóre nieorganiczne związki chemiczne; podstawowe znaczenia mają one dla związków
organicznych.
W przemianach biochemicznych pierwotny związek chemiczny zostaje stopniowo rozkładany, aż do prostych
związków nieorganicznych, jak CO , H O i sole mineralne (mineralizacja); przebiega przez wiele stadiów pośrednich.
2 2
Cały proces i prowadzące do mineralizacji stadia pośrednie nazywane są degradacją lub biodegradacją.
Procesy biodegradacji przebiegają stale w środowisku, a ich substratami są substancje organiczne wytwarzane
naturalnie w ekosystemach.
Procesom biodegradacji mogą ulegać antropogeniczne materiały organiczne, o ile, że nie są dla mikroorganizmów
toksyczne. Są to jednak procesy bardziej złożone, niż w przypadku naturalnej materii organicznej.
Główny wpływ na procesy biodegradacji mają:
- Aktywność mikroorganizmów (rodzaj i wielkość populacji)  wpływa na szybkość procesu,
- Warunki oksydacyjno  redukcyjne  wpływają na dobór wykorzystywanych reakcji chemicznych,
- Temperatura,
- pH i dostępność składników odżywczych.
Wykorzystywanie związku do celów energetycznych wymaga utleniacza. Przemiana aerobowa  utleniaczem jest tlen
z powietrza; przemiana anaerobowa - przebiega bez dostępu tlenu
W przemianie aerobowej do utleniania zwiÄ…zku organicznego wykorzystywany jest rozpuszczony w wodzie tlen z
powietrza:
W biodegradacji związków organicznych podstawową rolę odgrywają enzymy produkowane przez mikroorganizmy. Są
one specyficzne zarówno dla danego rodzaju mikroorganizmów, jak i związków, dla rozkładu których są potrzebne -
dany gatunek lub populacja mikroorganizmów, jest w stanie rozkładać tylko te grupy związków chemicznych, do
których jest genetycznie przygotowana.
Wprowadzenie do środowiska wodnego nowych związków chemicznych (w przypadku skażeń chemicznych
wywołanych związkami chemicznymi otrzymanymi syntetycznie), wymaga adaptacji mikroorganizmów; z reguły -
wykształcenia zdolności produkowania odpowiednich enzymów. Początkowo degradowanie nowych substancji będzie
utrudnione lub niemożliwe.
niebiochemiczne (hydroliza, reakcje fotochemiczne  warunki wystąpienia tego procesu, przemiany pośrednie i
bezpośrednie, strącanie).
24
Przemiany niebiochemiczne to przemiany bez udziału mikroorganizmów. Ulegają im niektóre zanieczyszczenia
organiczne obecne w środowisku wodnym. Do najważniejszych z nich należą hydroliza i przemiany fotochemiczne
Hydroliza  hydrolizie ulegajÄ…:
- halogenki alkilowe
Halogenek alkilowy ulega przemianie w alkohol, a uwolniony atom chlorowca tworzy z dodatnio naładowanym jonem
wodorowym odpowiedni kwas.
- estry
W reakcji hydrolizy estrów powstają alkohole i kwasy.
Reakcje fotochemiczne  światło może wywoływać reakcje środowisku wodnym; warunkiem jest przeniknięcie
światła przez warstwę wody i przeniesienie energii fotonów do cząsteczki związku. Degradacja związku w wyniku
reakcji fotochemicznych nazwana jest fotodegradacjÄ….
Przemiany bezpośrednie - cząsteczka związku absorbuje energię fotonu, przechodzi w stan wzbudzony i ulega
przemianie. Tylko niewielki ułamek wzbudzonych światłem cząstek ulega degradacji, pozostałe powracają do stanu
podstawowego wypromieniowujÄ…c zaabsorbowanÄ… energiÄ™ w zjawisku fluorescencji lub fosforescencji, lub przekazujÄ…c
ją cząsteczkom wody czy wydzielając jako ciepło. Bezpośrednia fotodegradacja zachodzi dla związków o elementach
struktury absorbujących światło (podwójne wiązania między atomami węgla  alkeny, pierścienie aromatyczne,
podwójne wiązania między atomami azotu czy węgla i siarki.)
W przemianie pośredniej  foton absorbowany jest przez cząsteczkę chromoforu, następnie energia, elektrony lub jon
wodorowy przeniesione sÄ… do czÄ…steczki degradowanego zwiÄ…zku.
Naturalne chromofory - substancje humusowe, niektóre tlenki metali (TiO ).
2
Strącanie - reakcjom strącania mogę ulegać zanieczyszczenia, które tworzą trudno rozpuszczalne w wodzie związki w
warunkach panujących w środowisku wodnym.
4. Samooczyszczanie w środowisku wodno-gruntowym  procesy fizyczne (sorpcja  zanieczyszczenia jonowe i
zanieczyszczenia niejonowe,
Zanieczyszczenia wprowadzone do gruntu majÄ… tendencjÄ™ do akumulacji, przyczynÄ… tego sÄ… procesy sorpcyjne
wiążące organiczne i nieorganiczne zanieczyszczenia na powierzchni cząstek stałych czy koloidów.
Sorpcja odgrywa rolę w podziale między składniki gleby, w ulatnianiu się substancji z powierzchni gleby, jak również
wpływa na jej przemiany przez organizmy glebowe.
Na wielkość adsorpcji przez glebę wpływają fizykochemiczne właściwości substancji oraz gleby (proporcje materiału
nieorganicznego i organicznego w glebie, wody, powietrza i mikroorganizmów).
Rodzaje mechanizmów sorpcji  oddziaływania Van der Waalsa, hydrofobowe, wiązania wodorowe, przeniesienie
ładunku, wymiana ligandów, wiązanie jonowe, bezpośrednie lub indukowane oddziaływaniu jon dipol lub dipol dipol
oraz wiÄ…zania kowalentne
Zanieczyszczenia o charakterze jonowym - (kationy metali, aniony nieorganiczne i pewne zwiÄ…zki organiczne),
adsorbujÄ… siÄ™ na koloidach, a adsorpcja ma charakter jonowymienny. Niejonowe zwiÄ…zki organiczne adsorbujÄ… siÄ™ na
polimerowych zwiÄ…zkach humusowych na drodze adsorpcji fizycznej i chemicznej.
Wiązanie zanieczyszczeń w glebie zachodzi również w procesie tworzenia różnych kompleksów. W tworzeniu
kompleksów podstawową rolę odgrywa materiał organiczny gleby.
ujemny lub dodatni ładunek na powierzchni  przykłady związków,
25
Ujemne ładunki na powierzchni koloidów glebowych są odpowiedzialne za sorpcję lub wymianę kationów. Nadmiar
ładunków ujemnych na powierzchni mają gliny i koloidy oraz polimerowe związki humusowe (ujemny ładunek jest
wynikiem dysocjacji protonu z grup karboksylowych i fenolowych.)
Zdolności do wymiany poszczególnych kationów zależą od ich wartościowości, rozmiaru tworzonych hydratów,
rodzaju i stężenia innych jonów w roztworze. Ogólną zasadą jest to, że jony o dużej średnicy formy zhydratyzowanej
mają mniejszą zdolność do wymieniania aniżeli jony o średnicy małej.
Adsorpcja anionów może zachodzić tylko na dodatnich ładunkach na koloidach glebowych. A
adunki takie występują
na hydroksytlenkach Fe i Al.
-
Większość gleb wykazuje znacznie mniejszą zdolność do sorpcji anionów aniżeli kationów - np. aniony NO lub Cl-
3
- 2-
sÄ… adsorbowane w nieznacznym stopniu; aniony H PO i HPO , sÄ… adsorbowane silnie.; zwiÄ…zki organiczne
2 4 4
występujące w postaci anionowej, są adsorbowane przez hydroksytlenki i polimery humusowe.
adsorpcja specyficzna,
Adsorpcja specyficzna  wiele kationów metali ciężkich i większość anionów, tworzy częściowo kowalentne wiązania
z ligandami na powierzchni adsorbującej, zwłaszcza hydroksytlenków Fe, Al i Mn. Ta adsorpcja jest silnie zależna od
pH i metale zdolne do tworzenia hydroksykompleksów są w bardzo dużym stopniu adsorbowane.
współstrącanie,
Wiązanie zanieczyszczeń w glebie w wyniku współstrącenia  ma szczególne znaczenia dla metali i odgrywa dużą rolę
w glebach o zmiennej wilgotności. Związkami, z którymi współstrącają się inne kationy są uwodnione tlenki Fe i Mn,
węglan wapnia i minerały ilaste.
sorpcja zanieczyszczeń organicznych
Adsorpcja zanieczyszczeń organicznych zależy od ich polarności lub ładunku i rozpuszczalności w wodzie (zależą od
pH gleby), oraz przede wszystkim, od materiału organicznego w glebie.
Niejonowe i niepolarne zanieczyszczenia organiczne sÄ… adsorbowane przez material humusowy gleby; na jego
powierzchni, w wyniku adsorpcji następuje koncentracja zanieczyszczeń.
tworzenie związków kompleksowych  mobilizacja lub immobilizacja jonów;
biodegradacja  mikroorganizmy,
W biodegradacja zanieczyszczeń organicznych w gruncie, oprócz bakterii uczestniczą grzyby. Metaboliczne
możliwości bakterii jako grupy są większe, a degradacja z ich udziałem może przebiegać w warunkach aerobowych i
anaerobowych, podczas gdy z udziałem grzybów przebiega tylko w warunkach aerobowych.
warunki procesu;
Dodatkowe czynniki wpływające na proces biodegradacji w środowisku glebowym:
- odczyn roztworu glebowego - optymalny dla bakterii (6,5 > pH >7,5, max 9,0), dla grzybów (4.5 > pH > 6,0);
- temperatura - optymalna temperatura dla bakterii i grzybów mieści się w granicach 30-38oC;
- wilgotność gleby i dostęp do soli mineralnych, niezbędnych składników do rozwoju mikroorganizmów i reakcji
biodegradacji;
- dostęp tlenu - szybkość procesów aerobowych jest znacznie większa aniżeli anaerobowych, większa jest również
populacja mikroorganizmów aerobowych.
biofilm  powstawanie i wpływ czynników na jego grubość
Mikroorganizmy w wodach gruntowych przyczepiają się do ziaren materiału mineralnego, pobierając wszystkie
potrzebne do życia substancje z przepływającej wody.
Na powierzchni ziaren tworzą warstwę nazywaną biofilmem; substancje odżywcze (w tym degradowane związki),
dyfundują z roztworu do powierzchni biofilmu i następnie w jego wnętrzu.
26
Grubość biofilmu, a tym samym szybkość biodegradacji, zależą m.in. od maksymalnej szybkości degradacji związku
przez dany rodzaj mikroorganizmów, szybkości wymierania mikroorganizmów, stężenia degradowanego związku
chemicznego w wodzie, współczynnika dyfuzji molekularnej.
5. Oczyszczanie ścieków  metody oczyszczania ścieków,
Metody oczyszczania ścieków można podzielić na:
- mechaniczne  usuwanie jedynie zanieczyszczeń nierozpuszczalnych, tj. ciał stałych i tłuszczów ulegających
osadzaniu lub flotacji, przy użyciu krat, sit, piaskowników lub odtłuszczaczy; rozdrabnianie, cedzenie, filtrowanie,
sedymentacja, flotacja, koalescencja i odwirowywanie;
- fizykochemiczne  odparowanie, odgazowanie, wymrażanie, koagulacja, sorpcja, wymiana jonowa i ekstrakcja;
- chemiczne - wytrącanie niektórych związków rozpuszczalnych lub ich neutralizacja; utlenianie, redukcja, wytrącanie
i zobojętnianie;
- biologiczne - mineralizacja przez drobnoustroje w środowisku wodnym; usuwanie ze ścieków zanieczyszczeń
organicznych lub związków biogennych i refrakcyjnych
oczyszczanie biologiczne  metoda złoża biologicznego,
metoda złoża biologicznego  złoże biologiczne stanowi materiał, na którego powierzchni rozwija się błona
biologiczna. Składa się ona z organizmów pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, głównie bakterii, które w warunkach
tlenowych rozkładają substancje organiczne ze ścieków. Ścieki są w stałym kontakcie z powierzchnią błony
biologicznej;
metoda osadu czynnego;
metoda osadu czynnego  osad czynny jest konglomeratem różnych rodzajów organizmów, głównie bakterii
tlenowych, rozkładających substancję organiczną w ściekach. Organizmy te tworzą specyficzne skupiska, najczęściej
kłaczkowatej budowy, zwane osadem czynnym. Oczyszczanie ścieków polega na napowietrzaniu ścieków
wymieszanych z osadem czynnym, a póz
niej następuje oddzielenie kłaczków tego osadu od oczyszczanych ścieków, i
zawracaniu osadu czynnego do nowej porcji dopływających ścieków. W trakcie procesu oczyszczania ścieków
następuje przyrost masy osadu czynnego. Nadmiar tego osadu musi być mechanicznie usuwany z obiegu i
unieszkodliwiony.
usuwanie fosforu,
Proces biologicznego usuwania fosforu rozpoczyna się od wprowadzenia ścieku do zbiorników, gdzie panują warunki
anaerobowe i beztlenowe. W tych zbiornikach następuje namnażanie bakterii i innych organizmów gromadzących
fosfor. Po przejściu do środowiska aerobowego wybrane mikroorganizmy wydajnie pobierają rozpuszczalny fosfor ze
strumienia ścieków.
Koagulanty chemiczne do usuwania fosforanów(V):
Ałun Al (SO ) może reagować z fosforanami(V), w wyniku czego strąca się trudno rozpuszczalny fosforan(V) glinu.
2 4 3
Chlorek żelaza(III)  stosowanie FeCl wymagają bardziej kwasowego środowiska ścieków; to oznacza, że może on
3
wpływać silnie korodująco na pompy i inne metalowe części układu transportującego ścieki.
Wodorotlenek wapnia  stosowanie Ca(OH) wymaga pH roztworu ścieków o wartości 9.0 w celu zapewnienia
2
całkowitego strącenia; po osadzeniu się i usunięciu szlamu, ale przed odprowadzeniem oczyszczonej wody, konieczne
jest obniżenie pH do wartości wykazywanej przez dopływający ściek, zazwyczaj między 6.5 i 7.5.
usuwanie azotu,
Usuwanie jonów amonowych:
-Zwiększenie pH wody za pomocą wodorotlenku wapnia i następnie przepuszczenie przez płuczkę, w której woda ulega
napowietrzeniu, w celu usunięcia gazowego amoniaku.
27
-usuwanie jonów amonowych z roztworu obojętnego na drodze wymiany jonowej.
Mikrobiologiczne usuwanie azotu
Można zastosować  procesy nitryfikacji-denitryfikacji . W pierwszym etapie środowisko jest aerobowe, sprzyja więc
mikrobiologicznej nitryfikacji w celu przekształcenia jonów amonowych w azotany(V). Drugi etap wymaga warunków
anaerobowych
unieszkodliwianie szlamu
W procesie oczyszczanie ścieków powstają dwa produkty - sama woda, która po oczyszczeniu może zostać zrzucona do
zbiornika wodnego, oraz stały szlam, który musi być dalej poddany unieszkodliwianiu.
Szlam zawiera przede wszystkim niewykazujący aktywności materiał mikrobiologiczny, pozostałości materii
organicznej oraz nieorganiczne ciała stałe pochodzące z surowego ścieku oraz dodanego koagulantu; a także niewielkie
ilości rozpuszczonych metali i innych związków nieorganicznych.
Szlam poddaje się w osobnym reaktorze anaerobowemu trawieniu w obecności mikroorganizmów. W tych warunkach
zachodzi proces fermentacji:
Ostateczne usunięcie szlamu obejmuje składowanie w bezpiecznych wysypiskach lub rozsiewanie na polach w celu
poprawy jakości gleb rolniczych lub leśnych. Dwa zastrzeżenia dotyczące szlamu odnoszą się do obecności w nim
takich metali jak kadm oraz trwałych mikroorganizmów patogennych, które mogą pozostać w trawionym materiale
28