Plan wykladu
" Pierwiastki biogeniczne
" Obieg węgla, azotu, fosforu, siarki i wody w
środowisku
" Zasady zrównoważonej gospodarki materią
10 podstawowych pierwiastków
występujących w środowisku [%wag]
Skorupa
Wszechświat Ziemia Hydrosfera Atmosfera Biosfera
ziemska
H  77 Fe  35 O  46,6 O  85,8 N  75,5 O  53
He  21 O  29 Si  29,5 H  11,0 O  23,2 C  39
O  0,8 Si  14 Al  8,2 Cl  1,94 Ar  1,3 H  6,6
C  0,3 Mg  14 Fe  5,0 Na  1,05 C  9,3" 10-3 N  0,5
Ne  0,2 S  2,9 Ca  3,6 Mg  0,13 Ne  1,3" 10-3 Ca  0,4
Fe  0,1 Ni  2,4 Na  2,8 S  0,09 Kr  0,4" 10-3 K  0,2
Si  0,07 Ca  2,1 K  2,6 Ca  0,041 He  72" 10-6 Si  0,1
N  0,06 Al  1,8 Mg  2,1 K  0,039 Xe  40" 10-6 P  0,1
Mg  0,06 Na  0,3 Ti  0,57 Br  0,007 H  23" 10-6 Mg  0,1
S  0,04 P  0,2 H  0,22 C  0,003 S  70" 10-6 S  0,07
1
Pierwiastki biogeniczne
Biogenny, biogeniczny
Biogenny, biogeniczny 
niezbędny w celu rozwoju
żywych organizmów.
24
24
pierwiastki
18
18
pierwiastków
Pierwiastki biogeniczne
Zawartość pierwiastków [g]
tlen 45500,000
węgiel 12600,000 w organizmie człowieka (70 kg)
wodór 7000,000
azot 2100,000
wapń 1050,000
fosfor 700,000
potas 245,000
siarka 175,000
sód 105,000
chlor 105,000
magnez 35,000
żelazo 4,000
cynk 1,900
miedz
0,200
jod 0,030
mangan 0,020
molibden 0,015
kobalt 0,003
Uklad okresowy pierwiastków
(pierwiastki niezbędne do życia roślin)
H
He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
*
Fr Rd Ac Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds
**
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
*
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
**
metale półmetale niemetale gazy szlachetne
2
Uklad okresowy pierwiastków
(makroelementy)
H
He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
*
Fr Rd Ac Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds
**
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
*
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
**
metale półmetale niemetale gazy szlachetne
Uklad okresowy pierwiastków
(mikroelementy)
H
He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
*
Fr Rd Ac Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds
**
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
*
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
**
metale półmetale niemetale gazy szlachetne
Uklad okresowy pierwiastków
(pierwiastki budulcowe)
H
He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
*
Fr Rd Ac Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds
**
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
*
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
**
metale półmetale niemetale gazy szlachetne
3
Uklad okresowy pierwiastków
(pierwiastki jonotwórcze)
H
He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
*
Fr Rd Ac Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds
**
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
*
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
**
metale półmetale niemetale gazy szlachetne
Uklad okresowy pierwiastków
(pierwiastki śladowe)
H
He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
*
Fr Rd Ac Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds
**
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
*
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
**
metale półmetale niemetale gazy szlachetne
Przepływ materii
B
B
akumulacja
A
A
B
B
wyczerpanie
przepływ
liniowy
A
A
przepływ
cyrkulacyjny
4
Schemat przepływu materii
opady
atmosfera
atmosferyczne,
pyły, odgazowanie
pyły
opady
rozpylanie
atmosferyczne,
wody morskiej,
pyły, rozpylanie
parowanie
lÄ…dy wody morskiej
materiał rozpuszczony i zawieszony w rzekach
ocean
wynoszenie
materiału ku
powierzchni
ziemi
sedymentacja
osady
Ogólny schemat przepływu materii
strumień materiału 
V1 = V2  stan stacjonarny
przemieszczajÄ…ca siÄ™
ilość materiału w
atmosfera
określonym czasie (1 rok)
V1
V2
litosfera hydrosfera
Cykl geochemiczny opisuje przemieszczanie siÄ™
danego pierwiastka lub zwiÄ…zku chemicznego
między składowymi biosfery.
Obieg
węgla
5
Węgiel (C)  wprzyrodzie krąży głównie jako CO2 (0,03%obj).
y
ródłazwiązkówwęgla:
" oddychanie,
" spalanie węgla, ropy naftowej, paliw.
ObieglÄ…dowy:
rozkład, spalanie węgla, ropy
naftowej, paliw, drewna
rośliny
asymilacja
fotosynteza
CO2 w powietrzu
(wydzielanie
tlenu)
oddychanie, rozkład
zwierzęta, ludzie
Obiegwwodzie:
CO2 + H2O H2CO3
(H2O·CO2)
CO2 w powietrzu
rozpuszczalność CO2 w H2O
1,45 g/dm3
rozkład
rośliny
asymilacja
fotosynteza
CO2 w wodzie
(wydzielanie
tlenu)
oddychanie, rozkład
zwierzęta
Obieg
siarki
6
Siarka (S)  występuje w postaci wolnej i w związkach
chemicznych, raczej mało aktywna chemicznie.
y
ródłasiarki:
" gazy wulkaniczne,
" produkty rozkładu materii organicznej,
" z
ródła antropogeniczne.
gazy wulkaniczne,
z
ródła antropogeniczne
synteza białka
mikroorg. O2
zwiÄ…zki siarki H2S SO42-
opadanie na dno w
zbiornikach wodnych
Obieg
azotu
Azot (N2)  gaz, mało aktywny chemicznie, stanowi około
80%atmosfery.
y
ródłaazotu:
" wyładowania atmosferyczne (4-10kg/ha):
N2 + O2 2NO
2NO + O2 2NO2
2NO2 + H2O(deszcz) HNO2 + HNO3
" wiÄ…zanie fotochemiczne,
" wiązanie azotu przez organizmy, których szczątki są z
ródłem
azotu organicznego w glebie, gdzie zostajÄ… zmineralizowane
(25 kg/ha),
" wiązanie przez bakterie żyjące w symbiozie z roślinami
motylkowymi  wykorzystywany przez te rośliny, a także
przechodzi do gleby (150-400 kg/ha),
" wiązanie przez sinice żyjące w wodach i na mokrych glebach.
7
Obiegazotu:
Obieg
fosforu
Fosfor (P)  niezbędny składnik budulcowy organizmów
żywych (białko, DNA).
ObieglÄ…dowy:
PO43- rośliny
zwierzęta
szczątki człowiek
8
Obiegmorski:
2 mln ton
obieg lądowy PO43- osady głębinowe
rzeki
rośliny
60 tys. ton
zwierzęta
Eutrofizacja
zwiększony wpływ do wód związków
głównie azotu i fosforu, powodujący
zwiększenie produkcji pierwotnej  wzrost
głównie glonówi roślin wyższych
y
ródło: Clark R.B.: Marine pollution. Oxford University Press, New York 2003
Skutki eutrofizacji
" zakwit planktonu,
" obniżenie przezroczystości wody,
" zużywanie tlenu w procesie mineralizacji obumarłego
planktonu,
" deficyt tlenu (zabójcze np. dla ryb).
y
ródło: HELCOM Newsletter 1/2005.
9
Eutrofizacja
Związki azotu i fosforu w wodach Bałtyku
wprowadzane rzekami: 1994-2000
(z
ródło: HELCOM)
Eutrofizacja
y
ródła związków azotu i fosforu w wodach
powierzchniowych: 1985, 1995, 2000
(z
ródło: HELCOM)
Eutrofizacja
Występowanie związków azotu i fosforu w
wodach powierzchniowych [µg/dm3]: I-II 2000
(z
ródło: SYKE)
10
Skutki eutrofizacji
Rejony występowania deficytu tlenu
w Morzu Bałtyckim
y
ródło: HELCOM Newsletter 4/2005
Obieg
wody
11
Woda (H2O)  występuje wtrzech postaciach (lód, woda i para
wodna).
km3 %
Wody mórz
1 370 000 000 68,51
i oceanów
W zwiÄ…zkach
606 000 000 30,30
litosfery
Wody
23 500 000 1,17
śródlądowe
Para wodna w
1 300 0,02
atmosferze
Razem: 1 999 513 000 100,00
Zawartość wody worganizmieczłowieka:
" 80%- człowiek zdrowy,
" 72-74%- półomdlenie,
" 70%- halucynacje,
" 68%- śmierć.
> 2 dm3/doba
2
Ruchwody wbiosferze:
" parowanie z otwartych powierzchni,
" kondensacja pary wodnej wpostaci chmur,
" ochładzanie chmur,
" opad atmosferyczny,
" wchłanianie przez glebę lub spływdo zbiorników wodnych.
Małyobiegwody (1 doba  1rok):
deszcz
parowanie
skroplenie
12
Dużyobiegwody (morze  kontynent, ok. 3600 lat):
atmosfera
ocean
kontynent
Obieg
metali
13
Wydobycie metali w regionie bałtyckim
Al Cr Ni Fe Zn Cu Pb
Al Cr Ni Fe Zn Cu Pb
[% skali [% skali [% skali [% skali [% skali [% skali [% skali
Kraj
Kraj
światowej światowej światowej światowej światowej światowej światowej
2003 2003 2003 2002 2003 2003 2003
roku] roku] roku] roku] roku] roku] roku]
Polska 0,2    1,7 3,4 2
Rosja (cała) 12,4 0,8 19 8,4  4,9 0,5
Szwecja 0,4   2 2,1 0,7 1,8
Finlandia  3,7 0,2  0,4 0,1 
Niemcy 2,4      
Norwegia 4,3  0,2    
Åšwiat [Mton] 28 14,9 1,3 1002 9,1 13,6 2,8
y
ródło: Baltic Maritimie Outlook 2006
y
ródła zanieczyszczenia środowiska metalami
środki
ochrony
roślin,
transport
nawozy
składowanie
i spalanie
odpadów
Normy tygodniowego pobrania metali z żywnością
przez człowieka [mg/kg masy ciała]
przemysł
Pb 0,025
Hg 0,005
Cd 0,007
As 0,025
Cu 0,05-0,5
Zn 1,0
Sn 14,0
y
ródło: Juszczak L.  Chemiczne zanieczyszczenia żywności
i metody ich oznaczania. Laboratorium 3 (2008)
Obieg metali
B
B
akumulacja
A
A
wyczerpanie
przepływ
liniowy
Przepływ miedzi w szwedzkiej
technosferze
y
ródło:  Zrównoważony Region Bałtyku
(red. S. Karlsson),
zeszyt 3, Uniwersytet Bałtycki.
14
Koncepcja MIPS  intensywność materii
MIPS (Materials Input Per Service) określa ciężar materii
wydobytej ze środowiska wcelu uzyskania określonej usługi.
Surowce abiotyczne (paliwa Surowce biotyczne (biomasa
kopalne, surowce mineralne, ekosystemów utrzymywanych
substancje do budowy przezczłowieka i naturalnych).
infrastruktury).
Przemieszczanie ziemi (obróbka
ziemi wrolnictwie, erozja).
Woda (wprocesach chemicznych,
hydroelektrowniach, do irygacji
chłodzenia, spływająca z twardych Powietrze (do spalania, jako
nawierzchni, przepływająca w surowiec w procesach
sztucznychkanałach). chemicznychi fizycznych).
Ekologiczny balast
Ekologiczny balast ( rucksack ) określa przepływ materiałów,
które nie są włączane do produktów, lecz są konieczną
częścią wydobycia, albo mniej lub bardziej nieuniknionym
przepływem ubocznym.
Mton/rok
20000 (60000) Mton/rok
20000 (60000) Mton/rok
Ogólne wydobycie materii z litosfery w
stosunku do balastu ekologicznego
[wg. S. Karlsson i in., 1996]
Zasady zrównoważonego
gospodarowania materiÄ…
Zasada I
Substancje wydobyte z litosfery nie
powinny akumulować się w
ekosferze.
Zasada II
y
ródło:  Zrównoważony Region Bałtyku (red. S. Karlsson),
zeszyt 3, Uniwersytet Bałtycki.
Substancje wytwarzane przez
społeczeństwo nie powinny
akumulować się wekosferze.
Zasada III Zasada IV
Podstawowe warunki zapewniające Użytkowanie zasobów naturalnych
możliwości produkcyjne ekosfery i musi być wydajne, zgodne z
różnorodności biosfery nie mogą się zapotrzebowaniemludności.
pogarszać.
15
Strategie gospodarowania materiÄ…
Ograniczenie przepływu Zwolnienie przepływu
(użytkowanie mniejszych ilości) (dłuższe użytkowanie)
1. Wydajniejszeużytkowanie materii. 1. Wydłużenie żywotności sprzętu.
2. Podniesienie jakości materii. 2. Ochrona materiałów
3. Miniaturyzacja. (np. przed zniszczeniem, korozjÄ…).
4. Wielofunkcyjność. 3. Lepsza eksploatacja(konserwacja).
4. Możliwość reperacji.
Zamknięcie przepływu Zastąpienie przepływu
(ponowne użycie) (użycie innego materiału)
1. Ponowne użycie towarów (reusing). 1. Zastąpienie materiału mniej
2. Recykling materiałów w procesach szkodliwym.
produkcyjnych. 2. Zastąpienie rzadkiego materiału
3. Recykling materiałów z artykułów pospolitym.
konsumpcyjnych. 3. ZastÄ…pienie nieodnawialnych
materiałów odnawialnymi
16