CHEMIA ÅšRODOWISKA
POJ
CIA
edafon glebowy  wszystkie organizmy żywe żyjące w przypowierzchniowej części gleby - glony,
mikroorganizmy oraz zwierzęta: pierścienice, nicienie glebowe, larwy owadów
jezioro oligotroficzne - bardzo dobrze natlenione, z dużą przezroczystością wody, z małą ilością
fosforanów i azotanów
mezotroficzne - mała zawartość substancji użyz
niających, duża przezroczystość, zakwity glonów
nie występują
eutroficzne - żyzne, mała przez
roczystość wody, często masowy rozwój glonów
dystroficzne - niewielkie, płytkie, śródleśne jeziorka o dużej ilości rozpuszczonych substancji
humusowych, 3 < pH <6, o małej zawartości wapnia i niewielkiej ilości tlenu, zakwity w nich nie
występują
materiał huminowy = humus = próchnica - Materia organiczna (humus) często nie jest
całkowicie rozłożona do CO2. Produkty częściowego jej rozkładu zawierają grupy karboksylowe
(COOH)
lub fenolowe. bezpostaciowe, organiczne szczątki w różnym stadium mikrobiologicznego i
fizykochemicznego procesu rozkładu, głównie roślinne, nagromadzone w glebach, albo na jej
powierzchni
cykl hydrologiczny - obieg wody w przyrodzie, krążenie pomiędzy hydrosferą, litosferą i biosferą;
sprowadza się do przemian fazowych wody i przemieszczania się jej w przestrzeni w różnych
stanach skupienia (zachodzi dzięki sile ciężkości i energii słonecznej)
minerał - jest to substancja chemiczna (pojedynczy pierwiastek lub związek kilku pierwiastków)
charakteryzująca się budową krystaliczną, która powstała w przyrodzie w sposób naturalny.
minerały pierwotne - wykształcające się po raz pierwszy w określonym środowisku (np.
powstajÄ…ce w wyniku zastygania i krystalizacji magmy),
minerały wtórne - powstające z minerałów pierwotnych w wyniku wietrzenia, diagenezy i
metamorfizmu
skała - duże skupiska minerałów jednorodnych lub różnorodnych; zbudowane z jednego minerału
(NaCl - halit, marmur - kalcyt) lub kilku minerałów (granit - skalenie, łyszczki i kwarc).
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.
Mikroelementy - pierwiastki chemiczne występujące w bardzo małych ilościach; niezbędne do
prawidłowego funkcjonowania organizmów
1
forma aktywna - forma występowania składników pokarmowych w glebie. jony i związki
kompleksowe (chelaty) w roztworze glebowym, łatwo dostępne dla korzeni roślin
forma ruchoma - forma występowania składników pokarmowych w glebie. Cząstki wymiennie
zaadsorbowane przez kompleks sorpcyjny gleby (faza stała).
forma zapasowa składników pokarmowych - związki wchodzące w skład minerałów glebowych
oraz cząstki i jony niewymiennie związane z kompleksem glebowym; niedostępne dla roślin.
reakcje biotyczne (= przemiany biochemiczne) - Procesy rozkładu biocydów przy udziale
mikroorganizmów występujących w środowisku
reakcje abiotyczne (= przemiany niebiochemiczne) - Procesy rozkładu biocydów o czysto
chemicznym charakterze
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
obieg sedymentacyjny (lokalny) - pierwiastek jest jedynie osadzany w glebie czy na dnie oceanów
na skutek ciążenia, nie przechodzi w postać gazową. Element biogeochemicznego cyklu.
obieg gazowy (globalny) - substancja przechodzi w postać gazową i może przemieszczać się na
większe odległości.
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)
-reakcjechemiczne(reakcjeredox)
 organizmy chemotroficzne (chemosyntetyzujace).
heterotroficzne (konsumenci)
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
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.
2
degradacja/biodegradacja - rozkład zanieczyszczeń przez organizmy żywe. Są najważniejszą
częścią samooczyszczania.
Atmosfera  powłoka gazowa otaczająca planetę Ziemię, utrzymywana przy powierzchni przez
grawitację planety. Ogrzewa ona powierzchnię Ziemi dzięki efektowi cieplarnianemu i zmniejsza
różnice temperatur między stroną dzienną i nocną. Pozwala także na istnienie różnorodnego życia
na Ziemi, dostarczając substancji niezbędnych do jego podtrzymania i chroniąc przed
promieniowaniem ultrafioletowym.
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.
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 hydrosferą, a także atmosferą. Miąższość litosfery
wynosi od ok. 10-100 km a jej temperatura dochodzi do 700°C. Wyróżnia siÄ™ dwa zasadnicze
rodzaje litosfery: kontynentalną i oceaniczną. Występuje też litosfera pośrednia nazywana
sublitosferÄ….
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
(skorupÄ… ziemskÄ…), hydrosferÄ… (wodÄ…) i atmosferÄ… (powietrzem). Do dzisiejszego dnia Ziemia jest
jedyną znaną planetą na której znajduje się życie. Szacuje się, że ziemska biosfera zaczęła się
tworzyć (przez proces biogenezy) przynajmniej 3,5 miliardów lat temu.
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 składowymi a otoczeniem (biologicznie
ważne pierwiastki chemiczne krążą intensywniej w obrębie poszczególnych ekosystemów niż
pomiędzy nimi.
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
3
dynamicznej równowagi). Biocenoza oraz biotop, czyli środowisko fizyczne (nieożywione) tworzą
ekosystem. Biocenozy mogą być naturalne (sawanna, las, jezioro) i sztuczne (park, ogród).
biotop  środowisko życia biocenozy, środowiskowa część ekosystemu. Pierwotnie biotopem
określano tylko abiotyczne elementy siedliska. Obecnie często rozumiany jest jako siedlisko
nieożywione zmienione przez biocenozę. Biotop razem z biocenozą tworzy ekosystem.
albedo  stosunek ilości promieniowania odbitego do padającego, jest parametrem określającym
zdolność odbijania promieni przez daną powierzchnię.
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).
zanieczyszczenia refrakcyjne  zanieczyszczenia chemiczne, które nie podlegają bądz
podlegajÄ…
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.
4
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.
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 homosfera
Mezosfera (50-85 km n.p.m.)  temperatura obniża się wraz z wysokością
Termosfera (85  500 km n.p.m.)  temperatura rośnie wraz z wysokością heterosfera
Troposfera
1
Zawiera ok. 80-85% ogólnej masy powietrza;
Miejsce przebiegu procesów życiowych.
Energia słoneczna ogrzewa Ziemię. Cieplejsze powietrze jest lżejsze i wznosi się do położonego
bezpośrednio nad nią powietrza, powodując mieszanie konwekcyjne.
1
Tropopauza - przejście do stratosfery, zanik gradientu temperatury.
STRATOSFERA
1
Ozonosfera - (20 ¸ 50 km), zawiera zwiÄ™kszone stężenie ozonu.
Wzrost temperatury związany jest z pochłanianiem promieniowania nadfioletowego i
rentgenowskiego przez ditlen oraz ozon, którego najwięcej znajduje się na wysokości 20-35 km.
stratosfera - ozonosfera
1
Ozonosfera  między 20 i 50 km, 95% ozonu zawartego w atmosferze.
Gęstość stratosfery jest mniejsza niż troposfery, dlatego cząsteczki narażone są na bardziej
intensywne promieniowanie słoneczne.
1
Powstawanie O3 - w wyniku zderzania się O2 z O wytwarzanym pod wpływem UV (l<240nm).
Jednocześnie cząsteczki O3 rozpadają się, pochłaniając promieniowanie słoneczne o większej
długości fali.
MEZOSFERA
Intensywne promieniowanie słoneczne jonizuje małe cząsteczki.
Spadek temperatury zwiÄ…zany jest z oddalaniem siÄ™ od powierzchni Ziemi.
1
Mezopauza - warstwa przejściowa do termosfery.
TERMOSFERA
Wzrost temperatury jest związany z pochłanianiem krótkich i ultrakrótkich fal promieniowania
elektromagnetycznego Słońca przez zjonizowane gazy.
1
Egzosfera  strefa przejściowa do przestrzeni międzyplanetarnej.
Powodem zmian składu atmosfery jest różna ilość promieniowania słonecznego na każdym jej
5
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.
3.  Efekt cieplarniany  definicja; gazy cieplarniane  woda (dodatnie i ujemne sprzężenie
zwrotne), ditlenek węgla (naturalne i antropogeniczne z
ródła CO2, zlewy CO2, por. z obiegiem
węgla), metan (z
ródła i samooczyszczanie atmosfery z CH4), inne czynniki antropogeniczne
(tlenki azotu, CFC, HCFC).
Efekt cieplarniany spowodowany jest przez promieniowanie zwrotne, które rośnie wraz ze
wzrostem zawartości H2O oraz gazów cieplarnianych (CO2, N2O, O3, CH4).
Efekt cieplarniany jest zjawiskiem naturalnym, korzystnym dla kształtowania klimatu na Ziemi.
H2O
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
osiÄ…gajÄ…cy powierzchniÄ™ lÄ…dowÄ… i wodnÄ… Ziemi ulega zmniejszeniu
CO2
y
ródła naturalne CO2:
- procesy oddychania zwierząt, roślin i mikroorganizmów,
- ich rozkład,
- spalanie biomasy podczas pożarów, {CH2O} + O2 "! CO2 + H2O
- wody oceaniczne.
y
ródła ujemne CO2 (zlewy):
- fotosynteza, CO2 + H2O "! {CH2O} + O2
- rozpuszczenie CO2 w wodzie morskiej,
- strącenie jonów węglanowych. CO32- (kalcytu - CaCO3)
Udział antropogeniczny:
- spalanie paliw kopalnych,
- wycinanie i spalanie lasów.
y
ródła CH4:
- rozkład martwej materii organicznej w warunkach beztlenowych,
- eksploatacja złóż paliw kopalnych, ich transport i niepełne spalanie,
6
- układy trawienne zwierząt przeżuwających (krów, owiec, kóz) oraz termitów.
1
Usuwanie CH4:
- utlenianie inicjowane przez rodniki hydroksylowe w troposferze
CH4 + *OH "! *CH3 + H2O
- zatrzymywanie przez glebÄ™ oraz przenikanie do stratosfery.
y
ródła N2O:
- 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:
- tetrafluorometan (CF4), heksafluoroetan (C2F6)  podczas elektrolizy Al2O3
w kriolicie (Na3AlF6) na elektrodach węglowych,
- heksafluorek siarki (SF6) - podczas produkcji magnezu.
7
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 utleniających.
y
ródła  złego O3:
- 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).
1
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.
1
Synteza:
O2(g) + hn O(g) + O(g) (l< 242 nm)
O(g) + O2(g) + M(g) O3(g) + M(g)
Rozkład:
O3(g) + hn O2(g) + O(g) (230nm < l < 320 nm)
O(g) + O3(g) 2 O2(g)
2 O(g) + M(g) O2(g) + M(g)
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 + O3 XO + O2
XO + O X + O2
________________________
O + O3 2 O2 reakcja sumaryczna
Najważniejsze indywidua chemiczne, które pełnią funkcję katalizatora są rodnikami należącymi
do trzech kategorii:
8
- związki zawierające wodór - HOx (*H, *OH i HOO*),
- zwiÄ…zki zawierajÄ…ce azot - NOx (*NO i *NO2),
- zwiÄ…zki zawierajÄ…ce chlor - ClOx (*Cl i ClO*).
5.  Kwaśne deszcze  skład, pochodzenie, skutki dla środowiska.
Kwaśne deszcze  opaady (deszcz, śnieg, grad) charakteryzujące się kwaśnym odczynem, pH < 5,7.
Skład pochodzienie
Zawierają H2SO4 i HNO3 pochodzące z gazów wyemitowanych do atmosfery przez przemysł
energetyczny i hutnictwo oraz wynikających z przyczyn naturalnych (np. wybuchy wulkanów,
wyładowania atmosferyczne), m.in. SO2, SO3, NOx, CO2, H2S, HCl.
Skutki kwaśnych deszczy:
skutki bezpośrednie i pośrednie na roślinność,
1
zakwaszenie gleby,
1
zakwaszenie jezior,
zaburzenie rozmnażania ptaków oraz innych zwierząt
1
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 zwiÄ…zkami obecnymi w atmosferze, dajÄ…c zwiÄ…zki biologicznie szkodliwe.
W tych reakcjach uczestniczą śladowe ilości węglowodorów (z niepełnego spalania) oraz rodniki
hydroksylowe.
1
Smog fotochemiczny powstaje w szeregu reakcji rodnikowych.
NO wydzielany jest ze spalinami oraz powstaje w wyniku spalania paliwa w
powietrzu:
1
Utlenianie NO do NO2:
Rozkład NO2 pod wpływem promieniowania słonecznego, a następnie jego
regeneracja:
1
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)
1
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.
10
Rodnik hydroksylowy *OH reaguje z węglowodorami, utleniając je do aldehydów.
Zanieczyszczenie pierwotne (smog klasyczny)  zanieczyszczenie emitowane bezpośrednio do
atmosfery, np. pył.
Zanieczyszczenie wtórne (smog fotochemiczmiczny)  produkty reakcji szeregu związków (np.
zanieczyszczeń pierwotnych) w atmosferze
11
LITOSFERA
1. Rodzaje skał ze względu na pochodzenie. Cykl skalny.
Cykl skalny  zamknięty cykl przemian skał skorupy ziemskiej. Uważa się, że cykl skalny trwa
średnio ok. 50-90 mln lat.
Cykl skalny tworzÄ… procesy:
1. erozja i wietrzenie skał,
2. transport zerodowanego materiału,
3. depozycja (sedymentacja) osadów,
4. lityfikacja (powstawanie skał osadowych),
5. metamorfizm (powstawanie skał metamorficznych),
6. przetapianie (powstawanie magmy),
7. powstawanie skał magmowych  plutonicznych i wylewnych
2. Wietrzenie fizyczne skał (czynniki odpowiadające za proces wietrzenia fizycznego).
Wietrzenie fizyczne (mechaniczne)  proces wietrzenia prowadzący do zmian fizycznych skały 
jest ona rozdrabniana na coraz mniejsze okruchy, lecz nie zmienia się jej skład chemiczny.
Może być ono wywołane:
·ð zmianami natężenia promieniowania sÅ‚onecznego (wietrzenie insolacyjne  dezintegracja
skał i eksfoliacja)
·ð zmianami temperatury  najistotniejsze sÄ… dobowe amplitudy temperatur oraz wahanie
temperatury w okolicach 0 °C (zamarzanie i rozmarzanie gruntu  wietrzenie mrozowe)
·ð zmianami wilgotnoÅ›ci gruntu  duże znaczenie w przypadku skaÅ‚ ilastych (wietrzenie ilaste)
·ð mechanicznym dziaÅ‚aniem soli (wietrzenie solne)
·ð mechanicznym dziaÅ‚aniem organizmów (wietrzenie biologiczne)
Prowadzi do rozpadu skały na bloki, gruz, okruchy lub poszczególne ziarna. W jego wyniku
powstają m.in. gołoborza i stożki usypiskowe.
12
3. Wietrzenie chemiczne skał (procesy chemiczne odpowiedzialne za wietrzenie chemiczne
oraz czynniki wpływające na szybkość wietrzenia chemicznego).
Wietrzenie chemiczne, rodzaj wietrzenia doprowadzający do zmian chemicznych, czyli rozkładu
skały. Podstawowym czynnikiem oddziałującym jest woda opadowa, wsiąkająca w głąb skały i
zmieniająca jej skład chemiczny, tlen i tlenek węgla(IV).
Wietrzenie chemiczne zachodzi na skutek:
1) rozpuszczania (solucji), np. rozpuszczanie soli kamiennych i soli potasowych,
2) utleniania (oksydacji), np. zamiana siarczków na siarczany, magnetytu na hematyt i inne,
3) uwęglanowienia (karbonizacji), głównie rozkładania krzemianów i glinokrzemianów oraz
przekształcania ich w węglany.
4) uwodnienia (hydratacji), np. przeobrażania hematytu w limonit, anhydrytu w gips.
5) hydrolizy, czyli rozkładu minerałów na część kwaśną i zasadową, np. rozkład skaleni, czyli
kaolinizacja lub laterytyzacja.
Wietrzenie chemiczne zachodzi najbardziej intensywnie w obszarach o znacznych opadach i
stosunkowo wysokich temperaturach, a zatem w strefie równikowej i podrównikowej, a także w
strefie umiarkowanej.
4. Gleba  powstawanie gleby, skład, właściwości, dostępność i formy składników glebowych.
Gleba  cienka (od kilku do kilkunastu centymetrów), zewnętrzna warstwa skorupy ziemskiej
złożona ze związków mineralnych, resztek organicznych, wody i powietrza. Zdolna do produkcji
świata roślinnego. Złożona jest z części próchniczej i skały macierzystej. Produktem wyjściowym
do powstania gleby jest zwietrzelina.
Proces powstawania gleby
Powstanie gleby najczęściej trwa setki czy tysiące lat. Pierwszym etapem jest proces wietrzenia
podłoża skalnego, zwanego skałą macierzystą. W jego wyniku powstaje warstwa zwietrzeliny, czyli
rozkruszonej skały macierzystej złożonej z różnej wielkości okruchów skalnych: kamieni, żwiru,
piasku i iłu. Z czasem pokruszony materiał skalny porastają rośliny  najpierw pojawiają się te o
małych wymaganiach, potem roślinność staje się coraz bogatsza, co sprzyja rozkładaniu się resztek
obumarłych roślin. Końcowym etapem tworzenia się gleby jest powstanie substancji zwanej
próchnicą, która z czasem ulega przemianie w związki mineralne.
13
Czynniki glebotwórcze:
- rzez
ba terenu
- woda
- klimat
- biosfera ( organizmy żywe  rośliny i zwierzęta)
- czas
- skała macierzysta
- działalność człowieka
Urodzajność  cecha określająca wartość produkcyjną gleby. Miarą urodzajności jest plon
Żyzność gleby  naturalna zdolność gleby do zaspokojenia potrzeb rośliny.
Erozja gleb  spłukiwanie warstwy próchniczej przez wodę płynącą bądz
jej wywiewanie przez
wiatr
Zapobieganie erozji gleb:
- tarasowanie stromych stoków
- prowadzenie dróg małymi spadami
- zakładanie ochronnych pasów zieleni
- budowanie progów na potokach, w celu zmniejszenia prędkości spływu wody
Gleby astrefowe  znajdują się w górach, na obszarach wapiennych, bagiennych oraz dolinach
rzek.
Gleby strefowe  to takie, które są charakterystyczne dla jednej strefy klimatyczno  roślinnej.
Gleby astrefowe:
- mady rzeczne
- mady morskie
- gleby bagienne (torfowe)
- czarne ziemie  bardzo żyzne gleby zasobne w materiał organiczny
- rędziny (terra rosa)  powstałe na skałach wapiennych
14
- słone  zawierające wiele soli
- wulkaniczne (andosole)- żyzne gleby powstałe w okolicy wulkanów
- gleby inicjalne  dopiero w fazie kształtowania
Charakterystyka budowy gleby na przykładzie gleby bielicowej
15
4. Formy występowania zanieczyszczeń w glebach. Wpływ postaci zanieczyszczenia na
szkodliwość względem roślin.
Czynnikami degradującymi i dewastującymi glebę są zjawiska naturalne - zachodzące bez udziału
człowieka (trzęsienia ziemi, erozja, susza, pożary oraz zjawiska antropogeniczne - powodowane
działalnością człowieka. Erozja gleby jest procesem rozmywania lub rozwiewania powierzchniowej
warstwy gleby i może być spowodowana m.in. wycinaniem i wypalaniem lasów, intensywnym
wypasem zwierząt, nieprawidłową uprawą ziemi. Nadmierne wylesianie, prowadzenie
intensywnej gospodarki rolnej i eksploatacja wód może prowadzić również do efektu stepowienia
gleb.
Jednak czynnikiem, który w największy sposób wpływa na zachwianie równowagi biologicznej
gleb są zanieczyszczenia chemiczne. Głównym ich z
ródłem jest przemysł, rolnictwo oraz transport.
Skutki działania tych gałęzi działalności człowieka mogą prowadzić do zjawiska zmęczenia gleby,
czyli obniżenia jej żyzności.
W najbardziej skrajnych przypadkach zanieczyszczenia mogą skutkować zjawiskiem degradacji
gleb i szaty roślinnej, zwanym dewastacją gleb. Przykładem takiej degradacji jest techniczne
unicestwienie gleb, jakie dokonuje się poprzez odkrywkową i podziemną eksploatację dóbr
naturalnych, zabudowę przemysłowa, miejską, budownictwo mieszkaniowe i drogowe.
Zakłady przemysłowe emitują pyły zawierające metale ciężkie (np. ołów, rtęć) oraz gazy (np.
związki siarki, azotu, chloru). Są także z
ródłem zanieczyszczeń ropą naftową i jej pochodnymi a
nawet substancjami radioaktywnymi. Wreszcie, na zanieczyszczenia w ogromnej mierze wpływa
składowanie odpadów przemysłowych.
Niebagatelny wpływ na zanieczyszczenia chemiczne gleb mają również nowoczesne technologie
rolnicze, szczególnie zaś postępująca chemizacja upraw (poprzez środki ochrony roślin - pestycydy
i toksyczne składniki występujące w nawozach i środkach powodujących wzrost roślin).
Szczególnie negatywnie na jakość gleb wpływa transport samochodowy, zanieczyszczając glebę i
szatę roślinną spalinami zawierającymi związki ołowiu i szkodliwe węglowodory. Transport
wpływa również ujemnie na stan gleb z uwagi na wspomnianą wyżej techniczną degradację gleb,
prowadzoną poprzez budowę szlaków komunikacyjnych i transportowych.
Skutki zanieczyszczenia gleb
Zanieczyszczenia zmieniają skład i stan gleby pod względem chemicznym, fizycznym i
biologicznym. Nadmierne stosowanie nawozów sztucznych i korzystanie ze środków ochrony
roślin skutkują zakłóceniem przebiegu wegetacji roślin, degradacją struktury gleb. Prowadzi to do
obniżenia urodzajności gleb, co z kolei wpływa na zmniejszenie plonów. Konsekwencją jest
obniżenie jakości żywności oraz jakości paszy dla zwierząt.
Zanieczyszczenia chemiczne gleb, pochodzące z działalności przemysłowej, mogą przenikać do
upraw, a następnie przedostają się do organizmów zwierząt i ludzi. Mogą też wpływać
16
bezpośrednio na zanieczyszczenie wód powierzchniowych i gruntowych, na skutek wymywania z
gleb szkodliwych substancji.
Zanieczyszczenia techniczne i chemiczne niszczą walory ekologiczne i estetyczne szaty roślinnej.
Chemiczne oddziaływanie na stan gleby wpływa na zmianę jej odczynu, powodując zakwaszenie.
Zakwaszenie gleb prowadzi do hamowania rozwoju mikroorganizmów, a pod wpływem procesów
rozkładu substancji organicznych i procesów życiowych roślin, uwalniają się trujące metale. Na
kwasowość gleby wpływają także zanieczyszczenia obecne w powietrzu w postaci związków siarki
i azotu, które docierają do gleb w postaci kwaśnych deszczy.
Poważnym z
ródłem zanieczyszczenia gleby jest nadmierne występowanie azotanów,
spowodowane intensywnym nawożenia ziem azotem, zanieczyszczeniami w atmosferze i ściekami.
Zbyt wysoka ilość azotu w glebie wpływa negatywnie na rośliny, te z kolei szkodzą zdrowiu ludzi i
zwierzÄ…t.
5. 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
1
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 zawierajÄ…cych atomy chloru)
Biodegradowalność dioksyn maleje ze wzrostem liczby atomów chloru w cząsteczce.
17
 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 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
1
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.
Ale też:
Biocyd - dowolna substancja, wytworzona przypadkowo lub uwolniona do powietrza, wody lub
gleby, która wykazuje określoną toksyczność w stosunku do rozmaitych form życia.
18
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.
Podczas samooczyszczania zachodzÄ… procesy:
ØðProcesy 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 pozostają w atmosferze; często są zanieczyszczeniami wtórnymi, równie lub bardziej
szkodliwymi od zanieczyszczeń pierwotnych.
Procesy biologiczne i biochemiczne - biodegradacja  rozkład zanieczyszczeń przez organizmy
żywe. Są najważniejszą częścią samooczyszczania
3. Samooczyszczanie środowiska wodnego  przemiany biochemiczne (mineralizacja,
degradacja /biodegradacja, przemiany aerobowe i anaerobowe, udział
mikroorganizmów i ich dostosowywanie się do nowych warunków) i niebiochemiczne
(hydroliza, reakcje fotochemiczne  warunki wystÄ…pienia tego procesu, przemiany
pośrednie i bezpośrednie, strącanie).
Przemiany biochemiczne
Mineralizacja - Polega na enzymatycznym rozkładzie związków organicznych przez
drobnoustroje, wykorzystaniu energii i pierwiastków biogennych oraz wydaleniu prostych
produktów mineralnych. (całkowity rozkład substancji do prostych stałych do związków
nieorganicznych).
19
W warunkach tlenowych (butwienie):
Mineralizacja może być procesem dwuetapowym:
- Etap I - biodegradacja, czyli rozkład związku organicznego i powstanie produktów mineralnych
(CO2, H2O, NO 3-, PO4 3-, SO4 2-). Azot organiczny w tym etapie przekształcany jest w formę
amonowÄ… (amonifikacja).
- Etap II - dalsze utlenienie produktów nieorganicznych.
W warunkach beztlenowych (gnicie):
Procesy redukcji związków organicznych, których końcowymi produktami są toksyczne związki,
np. metan, siarkowodór, amoniak, kwas ortofosforowy.
Zapotrzebowanie na tlen do przeprowadzenia procesu mineralizacji substancji organicznych jest
określane mianem biochemicznego zapotrzebowania na tlen (BZT).
Mineralizacja materii organicznej wiąże się również z powstaniem siarczków lub siarczanów.
Degradacja/biodegradacja
Rozkład zanieczyszczeń przez organizmy żywe. Są najważniejszą częścią samooczyszczania.
Inaczej: jest to cały proces i prowadzące do mineralizacji stadia pośrednie.
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.
W procesie biodegradacji mikroorganizmy wykorzystują substancje chemiczne jako materiał
budulcowy oraz z
ródło energii.
20
Przemiany Aerobowe
W przemianie aerobowej do utleniania zwiÄ…zku organicznego wykorzystywany jest rozpuszczony w
wodzie tlen z powietrza:
CH2O O(2g) H2O CO(2g)
W biodegradacji związków organicznych podstawową rolę odgrywają enzymy produkowane przez
mikroorganizmy.
Szybkość biodegradacji małocząsteczkowych rozpuszczalnych w wodzie związków organicznych,
jak alkohole, węglowodany czy kwasy organiczne, jest z reguły wysoka, gdyż te grupy związków
występują naturalnie w środowisku.
Szybkość ta spada w miarę wzrostu ciężaru molowego, malejącej rozpuszczalności w wodzie, dużej
ilości rozgałęzień łańcucha alifatycznego, obecności pierścieni aromatycznych w cząsteczce oraz
obecności atomów chlorowców.
Niektóre związki o złożonej strukturze (np. pestycydy) charakteryzują się bardzo dużą trwałością.
Przemiany Anaerobowe
W warunkach beztlenowych, stają się aktywne mikroorganizmy wykorzystujące inne związki, które
mogą pełnić rolę utleniaczy i dostarczać niezbędnej energii: azotany NO3 -, związki Fe(III) i
Mn(IV) oraz SO4 2-.
Azotany zostajÄ… zredukowane do azotu, Mn(IV) do Mn(II), Fe(III) do Fe(II), a siarczany do
siarczków.
Po wyczerpaniu utleniaczy dalszy rozkład związków organicznych prowadzi do powstawania CH4 i
CO2 w reakcji fermentacji. W tej reakcji średni stopień utlenienia atomów węgla nie ulega zmianie.
Pewne zwiÄ…zki organiczne ulegajÄ… biodegradacji w warunkach anaerobowych i redukcyjnych.
Należą do nich związki zawierające atomy węgla na stopniach utlenienia większych od zera.
Przykładem takich związków są C2Cl4, C2Cl3H czy kongenery polichlorowanych bifenyli
zawierajÄ…ce dużo atomkâ chloru w czÄ…steczce. W zwiÄ…zkach tych atomy wÄ™gla ulegajÄ… redukcji
przez zastÄ…pienie atomu chloru atomem wodoru. Ten rodzaj degradacji nie prowadzi do
mineralizacji związku organicznego. Jego zaletą jest natomiast usunięcie atomów chlorowca i
przekształcenie związku w postać łatwiej degradowaną w warunkach aerobowych.
Przemiany anaerobowe w wodach powierzchniowych mogą przebiegać w przydennych warstwach
wód stojących oraz w warstwach osadów dennych. Prowadzą do wytworzenia zanieczyszczeń
21
wtórnych, (siarkowodór i jego związki powstające podczas rozkładu materii organicznej zawartej w
osadach), o wysokiej toksyczności dla organizmów żywych.
Udział mikroorganizmów i ich dostosowywanie się do nowych warunków
Mikroorganizmy produkują enzymy niezbędne do rozkładu związków chemicznych materii
organicznej. Enzymy są 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.
Reakcje fotochemiczne
Reakcje fotochemiczne  światło może wywoływać reakcje środowisku wodnym; warunkiem jest
przeniknięcie światła przez warstwę wody i przeniesienie energii fotonów do cząsteczki związku.
Degradacja zwiÄ…zku w wyniku reakcji fotochemicznych nazwana jest fotodegradacjÄ…. ReakcjÄ™ takÄ…
może wywoływać zarówno światło widzialne, podczerwień, ultrafiolet, a nawet promieniowanie
rentgenowskie i radiowe fale ultrakrótkie.
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 wypromieniowując zaabsorbowaną
energiÄ™ w zjawisku fluorescencji lub fosforescencji, lub przekazujÄ…c jÄ… czÄ…steczkom 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.
22
Strącanie - reakcjom strącania mogę ulegać zanieczyszczenia, które tworzą trudno rozpuszczalne w
wodzie związki w warunkach panujących w środowisku wodnym.
Najważniejszą grupą zanieczyszczeń spełniających te warunki są metale wielowartościowe,
zwłaszcza metale ciężkie, a związkami strącanymi są ich wodorotlenki, węglany, siarczki oraz w
mniejszym stopniu fosforany i siarczany.
4. Samooczyszczanie w środowisku wodno-gruntowym  procesy fizyczne (sorpcja 
zanieczyszczenia jonowe i zanieczyszczenia niejonowe, ujemny lub dodatni Å‚adunek na
powierzchni  przykłady związków, adsorpcja specyficzna, współstrącanie, sorpcja
zanieczyszczeń organicznych; tworzenie związków kompleksowych  mobilizacja lub
immobilizacja jonów; biodegradacja  mikroorganizmy, warunki procesu; biofilm 
powstawanie i wpływ czynników na jego grubość).
Procesy fizyczne
Sorpcja
Procesy sorpcyjne wiążą 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.
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 wiązania 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.
Siła wiązań adsorpcyjnych jest bardzo zróżnicowana i dlatego też słabo adsorbujące się
zanieczyszczenia łatwo ulegają desorpcji i są wymywane z głównych warstw w głąb profilu
glebowego.
23
Kompleksowanie
WiÄ…zanie zanieczyszczeÅ„ w glebie zachodzi rkânież w procesie tworzenia różnych kompleksów. W
tworzeniu kompleksów podstawową rolę odgrywa materiał organiczny gleby.
Niskocząsteczkowe rozpuszczalne związki organiczne mogą tworzyć trwałe kompleksy (głównie
chelaty) z jonami metali, zapobiegajÄ…c tym samych ich immobilizacji przez adsorpcjÄ™ na
koloidach.
Wysoko spolimeryzowane stałe substancje humusowe, również tworzące z metalami chelaty,
ograniczają ich ruchliwość i możliwość przemieszczania się w glebie.
Adsorpcja specyficzna
Adsorpcja specyficzna  wiele kationkâ metali ciężkich i wiÄ™kszość anionkâ, tworzy częściowo
kowalentne wiÄ…zania z ligandami na powierzchni adsorbujÄ…cej, zwÅ‚aszcza hydroksytlenkkâ Fe, Al i
Mn. Ta adsorpcja jest silnie zależna od pH i metale zdolne do tworzenia hydroksykomplekskâ sÄ… w
bardzo dużym stopniu adsorbowane.
Wiązanie zanieczyszczeń w glebie w wyniku współstrącenia  ma szczególne znaczenia dla metali
i odgrywa dużą rolę w glebach o zmiennej wilgotności. Związkami, z którymi wspłstrącają się inne
kationy są uwodnione tlenki Fe i Mn, węglan wapnia i minerały ilaste.
Uwodniony tlenek żelaza(III) (Fe5(O4H3)3, wspłóstrąca inne jony, a także (dzięki swojej dużej
powierzchni) - działa jak czynnik oczyszczający, sorbując kationy metali ciężkich aniony,
szczególnie HPO42-, H2PO4- i AsO43-.
W warunkach redukcyjnych może także wystÄ…pić redukcja jonkâ SO42- do S- i strÄ…canie kationkâ
metali ciężkich w postaci siarczków. Ze względu na bardzo małe iloczyny rozpuszczalności
siarczków jest to proces usuwający praktycznie całkowicie metale ciężkie z roztworu glebowego.
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.
Migracja w głąb profilu glebowego pod wpływem wody z opadów, uzależniona jest od
rozpuszczalności związków w wodzie. Niektóre zanieczyszczenia (np. rozpuszczalniki z grupy
chlorowcopochodnych, oraz herbicydy), są łatwo wypłukiwane i szybko przemieszczają się w
większości rodzajów gleby.
24
Migracja hydrofobowych (nierozpuszczalnych w wodzie) zanieczyszczeń organicznych w głąb
profilu glebowego na drodze wymywania jest powolna i nie odgrywa większej roli; w większym
stopniu występuje w przepuszczalnych glebach piaszczystych, o małej zawartości materiału
organicznego.
Substancje o właściwościach hydrofobowych ulegają absorpcji (rozpuszczeniu) w tłuszczach,
olejach, niepolarnych rozpuszczalnikach oraz w glebowym materiale organicznym.
Biodegradacja zanieczyszczeń
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.
W procesach biodegradacji w gruncie obowiÄ…zujÄ… te same prawa jak w wodzie - uprzywilejowanie
przemian dostarczających większych ilości energii oraz dysponowanie przez mikroorganizmy
enzymami niezbędnymi do rozkładu substancji.
Dodatkowe czynniki wpływające na proces biodegradacji w środowisku glebowym:
- odczyn roztworu glebowego - optymalny dla bakterii (6,5 > pH >7,5, max 9,0), dla grzybkâ
(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.
25
Mikroorganizmy, warunki procesu; biofilm  powstawanie i wpływ czynników na jego
grubość
Na powierzchni ziaren tworzą warstwę nazywaną biofilmem; substancje odżywcze (w tym
degradowane związki), dyfundują z roztworu do powierzchni biofilmu i następnie w jego wnętrzu.
Grubość biofilmu, a tym samym szybkość biodegradacji, zależą m.in. od maksymalnej szybkości
degradacji zwiÄ…zku przez dany rodzaj mikroorganizmkâ, szybkoÅ›ci wymierania mikroorganizmów,
stężenia degradowanego związku chemicznego w wodzie, wspłczynnika dyfuzji molekularnej.
Szczególne znaczenie ma stężenie związku chemicznego  poniżej pewnego stężenia szybkość
reprodukcji mikroorganizmkâ jest za maÅ‚a w porównaniu z szybkoÅ›ciÄ… zamierania i stabilny biofilm
nie może istnieć.
Większe stężenie związków powoduje wzrost szybkości rozmnażania się mikroorganizmów,
prowadzÄ…c do grubszych i bardziej rozbudowanych biofilmkâ. W miarÄ™ jednak zwiÄ™kszania siÄ™
grubości biofilmu mikroorganizmy znajdujące się w dolnej części bliżej powierzchni ziaren
podłoża, mają coraz trudniejszy dostęp do materiału odżywczego, zarówno ze względu na opory
dyfuzyjne wewnątrz biofilmu, jak i zużywanie substancji przez mikroorganizmy znajdujące się na
jego szczycie. Granicą wzrostu biofilmu jest ta grubość, przy której dopływ substancji jest już za
maÅ‚y do przetrwania mikroorganizmkâ na jej dnie.
Liczba mikroorganizmkâ w glebie zmienia siÄ™ wraz z gÅ‚Ä™bokoÅ›ciÄ… - najwiÄ™cej ich znajduje siÄ™ w
wierzchnich warstwach gleby; na większych głębokościach występują w mniejszych ilościach,
czego główną przyczyną jest mniejszy dopływ tlenu oraz niższa temperatura. Wobec tego szybkość
biodegradacji będzie również zależała od głębokości, na jakiej migrują zanieczyszczenia.
26
5. Oczyszczanie ścieków  metody oczyszczania ścieków, oczyszczanie biologiczne 
metoda złoża biologicznego, metoda osadu czynnego; usuwanie fosforu, usuwanie
azotu, unieszkodliwianie szlamu.
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.
Wykorzystywane są dwa sposoby oczyszczania biologicznego ścieków:
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  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
Koagulanty chemiczne do usuwania fosforanów(V):
Øð AÅ‚un Al2(SO4)3 może reagować z fosforanami(V), w wyniku czego strÄ…ca siÄ™ trudno
rozpuszczalny fosforan(V) glinu.
Øð Chlorek żelaza(III)  stosowanie FeCl3 wymagajÄ… bardziej kwasowego Å›rodowiska
ścieków; to oznacza, że może on wpływać silnie korodująco na pompy i inne metalowe
części układu transportującego ścieki.
Øð Wodorotlenek wapnia  stosowanie Ca(OH)2 wymaga pH roztworu Å›cieków o wartoÅ›ci
9.0 w celu zapewnienia 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.
27
Mikrobiologiczne 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.
USUWANIE AZOTU
Usuwanie jonów amonowych:
Øð ZwiÄ™kszenie pH wody za pomocÄ… wodorotlenku wapnia i nastÄ™pnie przepuszczenie przez
płuczkę, w której woda ulega napowietrzeniu, w celu usunięcia gazowego amoniaku.
Øð usuwanie jonów amonowych z roztworu obojÄ™tnego na drodze wymiany jonowej.
Øð 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.
USUWANIE OSADU ÅšCIEKOWEGO
Øð W procesie oczyszczanie Å›cieków powstajÄ… dwa produkty - sama woda, która po
oczyszczeniu może zostać zrzucona do zbiornika wodnego, oraz stały szlam, który musi być
dalej poddany unieszkodliwianiu.
Øð Szlam zawiera przede wszystkim niewykazujÄ…cy aktywnoÅ›ci materiaÅ‚ 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.
Øð Szlam poddaje siÄ™ w osobnym reaktorze anaerobowemu trawieniu w obecnoÅ›ci
mikroorganizmów. W tych warunkach zachodzi proces fermentacji:
Øð Ostateczne usuniÄ™cie szlamu obejmuje skÅ‚adowanie 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
HYDROLOGIA
1. Wiązanie wodorowe w cząsteczce wody  tworzenie i właściwości wiązania
wodorowego.
Lód - regularna struktura heksagonalna. Struktura jest sztywna a cząsteczki utrzymywane są w
miejscu przez rozległą sieć wiązań wodorowych. Z powodu istnienia w sieci heksagonalnej
otwartych przestrzeni, lód ma mniejszą gęstość niż woda.
Woda ciekła - cząsteczki tworzą średnio 2-3 wiązania wodorowe w cząsteczce. Woda nie ma
regularnej struktury. Wiązania wodorowe przemieszczają się między cząsteczkami.
Para wodna  cząsteczki są oddzielone, zatem rzadko oddziałują ze sobą tworząc wiązanie
wodorowe.
Wiązanie wodorowe - jest to słabe oddziaływanie między związanym wodorem i atomem
pierwiastka o dużej elektroujemności, ulokowanym w drugiej cząsteczce. Najczęściej są to atomy
fluoru, chloru, tlenu i węgla - jeżeli ten jest związany z pierwiastkiem silnie elektroujemnym.
Wszystkie te atomy posiadajÄ… wolnÄ… parÄ™ elektronowÄ…. Powstawanie wiÄ…zania 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
wolnÄ… parÄ™ elektronowÄ… znajdujÄ…cÄ… siÄ™ na atomie tlenu sÄ…siadujÄ…cej czÄ…steczki wody.
Na skutek oddziaływania ujemnie naładowanej wolnej pary elektronowej atomu tlenu cząstkowego
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.
Jest cieczÄ… w szerokim zakresie temperatur:
- wysoka temperatura topnienia - zerwanie niektórych wiązań wodorowych wymaga dostarczenia
sporej energii,
- wysoka temperatura wrzenia - wiązania wodorowe utrudniają molekułom wody opuszczenie
objętości cieczy co obniża ciśnienie pary nasyconej.
Przeciwdziała zmianom temperatury:
- wysokie ciepło właściwe - zerwanie ok. 8% wiązań wodorowych w zakresie 0-100oC,
- wysoka entalpia topnienia - zerwanie ok. 12% wiązań wodorowych,
- wysoka entalpia parowania - zerwanie pozostałych 80% wiązań wodorowych.
Ma dużą kohezję i wysokie napięcie powierzchniowe - cząsteczki wody na powierzchni są silnie
związane ze sobą. Jest trudno rozerwać powierzchnię, ponieważ trudno jest rozdzielić cząsteczki.
Jest wspaniałym rozpuszczalnikiem
- wysoka stała dielektryczna - duży moment dipolowy nadaje silne właściwości solwatacyjne,
doskonały rozpuszczalnik substancji o budowie
jonowej.
Lód pływa
- woda ma największą gęstość w temp. 3,98oC  w zakresie 0-4oC dominuje zrywanie wiązań
wodorowych, w zakresie 4-100oC  wzrost energii kinetycznej czÄ…steczek wraz z temperaturÄ….
29
3. Cykl hydrologiczny i czynniki decydujÄ…ce o cyklu.
Cykl hydrologiczny - obieg wody w przyrodzie, krążenie pomiędzy hydrosferą, litosferą i biosferą;
sprowadza się do przemian fazowych wody i przemieszczania się jej w przestrzeni w różnych
stanach skupienia.
Cykl hydrologiczny zachodzi dzięki:
- energii słonecznej  wpływa na szybkość parowania wody i przenoszenia pary wodnej w
atmosferze oraz jej kondensacji i formowania chmur;
- sile ciężkości - sprowadza opady atmosferyczne na powierzchnię Ziemi oraz decyduje o odpływie
powierzchniowym wody, jej przesiąkaniu i odpływie podziemnym.
4. Zawieszony węgiel organiczny (ZWO) i rozpuszczony węgiel organiczny (RWO) i związana
z nim troficzność jezior.
ZWO  zawieszony węgiel organiczny - nierozpuszczony węgiel organiczny, ziarna > 0,45 m
(zooplankton, glony, bakterie i część związków organicznych wyługowana z gleby i roślin);
RWO - rozpuszczony węgiel organiczny, ziarna < 0,45 m (wirusy, ultra małe bakterie,
polimeryczne kwasy organiczne wchodzące w skład substancji humusowych, koloidy - agregaty
kwasów huminowych z iłami lub tlenkami żelaza i glinu, cukry proste, aminokwasy, kwasy
tłuszczowe, hydroksykwasy...)
OWO = RWO + ZWO
Woda jeziorna.
W wodzie jeziornej węgiel organiczny występuje najczęściej w formie rozpuszczonej RWO.
Zawartość RWO zależy od troficzności wód:
- jeziora oligoficzne (bardzo dobrze natlenione, z dużą przezroczystościąwody, z małą ilością
fosforanów i azotanów),
- mezotroficzne (mała zawartość substancji użyz
niających, duża przezroczystość, zakwity glonów
nie występują),
- jeziora eutroficzne (żyzne, mała przez
roczystość wody, często masowy rozwój glonów),
- jeziora dystroficzne (niewielkie, płytkie, śródleśne jeziorka o dużej ilości rozpuszczonych
substancji humusowych, 3 < pH <6, o małej zawartości wapnia i niewielkiej ilości tlenu, zakwity w
nich nie występują).
Zawartość RWO w jeziorach wzrasta w kolejności:
oligotroficzne < mezotroficzne < eutroficzne < dystroficzne
Ogromne ilości resztek roślinnych i zwierzęcych ulegają rozkładowi w wyniku utlenienia przez
ditlen lub inne czynniki utleniające w wodzie, pozbawiając układ ditlenu.
Warunki beztlenowe (anaerobowe) mogą wpływać na zmianę właściwości chemicznych całego
środowiska.
Utrata ditlenu również wywołuje napięcie (stres) w wielu wodnych organizmach, w tym w rybach.
30
5. Tworzenie siÄ™ materii organicznej  szlak syntetyczny i degradacyjny powstawania
materiału huminowego; klasy humusu.
Materia organiczna tworzy siÄ™:
na lądzie - (roślinność, pozostałości mikroorganizmów, substancje wydzielane przez żywe
makro- i mikroorganizmy); pozostałość materii organicznej jest transportowana z gleby do
hydrosfery, zazwyczaj z opadami deszczu;
in situ w zbiornikach wodnych - (roślinność, biomasa mikroorganizmów, substancje
uwalniane przez rośliny i mikroorganizmy).
Po obumarciu, pozostałości organiczne pochodzące od większych roślin i zwierząt, oraz
biomasa drobnoustrojowa, podlegają różnorodnym procesom rozkładu i nowej syntezy.
Ogromne ilości resztek roślinnych i zwierzęcych ulegają rozkładowi w wyniku utlenienia przez
ditlen lub inne czynniki utleniające w wodzie, pozbawiając układ ditlenu.
Warunki beztlenowe (anaerobowe) mogą wpływać na zmianę właściwości chemicznych całego
środowiska.
Utrata ditlenu również wywołuje napięcie (stres) w wielu wodnych organizmach, w tym w
rybach.
Materiał huminowy (MH) = 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.
W hydrosferze materiał huminowy stanowi ok. 50% rozpuszczonej materii
organicznej w wodzie powierzchniowej.
Podział humusu na klasy (kategorie):
Kwasy fulwowe (KF) - rozpuszczalne w wodnych roztworach w szerokim zakresie pH;
Kwasy huminowe (KH) - nierozpuszczalne w warunkach kwasowych (pH 2), ale rozpuszczajÄ…
się przy wyższych pH.
Huminy (Hu) - nierozpuszczalne w wodzie przy wszystkich wartościach pH.
Szlak degradacyjny
31
Nietrwałe makrocząsteczki (węglowodany i białka), ulegają rozkładowi (degradacji) i zanikają
podczas ataku mikroorganizmów.
Związki odporne na rozkład lub biopolimery (np. lignina, makrocząsteczki alkanów, melaniny i
kutyna) - są przekształcane, dając prekursor huminy o dużej masie molowej.
Utlenianie tych materiałów prowadzi do wzrostu zawartości tlenu w postaci typowych grup
funkcyjnych, jak grupy karboksylowe.
W dalszym utlenianiu cząsteczki stają się mniejsze i wystarczająco hydrofilowe, aby rozpuszczać
siÄ™ w roztworach zasadowych.
Ostatecznie cząsteczki stają się jeszcze mniejsze i dostatecznie bogate w tlen, aby rozpuszczać się
zarówno w kwasie, jak i w zasadzie.
Małe czasteczki
Materiał roślinny Huminy Kwasy huminowe Kwasy fulwowe
Szlak syntetyczny
Biopolimery roślinne są początkowo degradowane do małych cząsteczek, po czym cząsteczki te
ponownie ulegają polimeryzacji, tworząc kwasy fulwowe, a następnie huminy.
Materiał roślinny Małe cząsteczki
Kwasy huminowe
Kwasy fulwowe Huminy
32
6. Formy występowania metali w środowisku wodnym. Dostępność pierwiastków dla
organizmów. Warunki poprawiania dostępności pierwiastków związanych z materią
organicznÄ… 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).
Rozkład postaci metalu zależy od:
- właściwości metalu,
- dostępności i charakteru potencjalnych ligandów,
- właściwości roztworu wodnego (siła jonowa, pH, potencjał redoks).
Ogólne cechy grupy metali:
- Wszystkie metale tworzą akwakompleksy w środowisku wodnym.
- Metale, które ulegają reakcjom redoks, występują w różnych postaciach w środowisku
utleniającym (wysokie pE) i w środowisku redukującym (niskie pE).
- W wodzie morskiej duże stężenie chlorków i, w mniejszym stopniu, siarczanów (VI) sprzyja
powstawaniu kompleksów z niektórymi metalami.
- Tendencja do tworzenia kompleksów z ligandami innymi niż woda zmienia się w następującym
szeregu: metale typu B [np. Ag(I), Hg(II)] > metale
Ligandy naturalne i antropogeniczne obecne w wodzie odgrywają ważną rolę w tworzeniu
kompleksów z metalami w hydrosferze. Tendencja do tworzenia takich kompleksów zależy od
charakteru i stężenia potencjalnych ligandów w wodzie. Rozpuszczalny materiał huminowy jest
obecny wszędzie w wodzie i prawdopodobnie jest najważniejszym naturalnie występującym
ligandem biorącym udział w tworzeniu kompleksów.
Skład materiału zawiesiny: minerały glebowe i materia organiczna (drobne cząstki materiałów
ilastych); metale alkaliczne i ziem alkalicznych, oraz glin i żelazo i inne metale.
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 redukujÄ…cego rozpuszczenia.
Materia organiczna w zawiesinie może w warunkach utleniających rozłożyć się na mniejsze,
rozpuszczalne cząsteczki i uwolnić rozpuszczalne postaci skompleksowanych metali.
33
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.
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 przyciÄ…gania
elektrostatycznego gromadzi się wokół nich warstewka wody. Otoczone wodą cząsteczki ulegają
rozproszeniu = dyspersji w środowisku
wodnym.
W fazie wodnej koloidem sÄ… rozproszone czÄ…steczki 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 utleniającym środowisku Fe i Mn tworzą
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:
[reakcja]
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).
34
8. Punkt zerowego ładunku. Zdolność kationowymienna.
Punkt zerowego ładunku (zero point of charge), pH0  pH, przy którym
powierzchniowy ładunek dodatni lub ładunek ujemny został zrównoważony.
Gdy pH roztworu < pH0 koloidu, powierzchnia ulega protonowaniu i koloid uzyskuje
dodatni wypadkowy Å‚adunek powierzchniowy  elektrostatycznie przyciÄ…ga i adsorbuje
aniony. Gdy pH roztworu > pH0 koloidu, jego
powierzchnia jest naładowana ujemnie i przyciąga kationy.
Zdolność kationowymienna (cation exchange capacity)  miara liczby
kationów, która może być przyłączona na jednostkę suchej masy koloidu,
cmol/kg.
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 ładunku dodatniego czyli wzrost nadmiaru ładunku
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 (cec).
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
oczyszczenia wody.
35
10. Uzasadnienie występowania ujemnego ładunku na powierzchni materiałów
huminowych. Wyjaśnienie funkcji oczyszczania wód z zanieczyszczeń.
A
adunek powierzchniowy - minerały ilaste, mają stały ujemny ładunek powierzchniowy; dla
innych ciał stałych ładunek zależy od właściwości otaczającego roztworu; tlenki metali (Fe, Al)
majÄ… zmienny Å‚adunek. A
adunek cząstek koloidalnych związany jest z występującymi na ich
powierzchni sprotonowanymi lub zdeprotonowanymi grupami funkcyjnymi lub innymi
obdarzonymi ładunkiem atomami występującymi w roztworze.
A
adunki na powierzchni przyciÄ…gajÄ… jony przeciwnego znaku (przeciwjony) z otaczajÄ…cego
roztworu i tworzą warstwę przylegającą do powierzchni cząstki koloidu. Stężenie przeciwjonów
jest największe w pobliżu powierzchni fazy stałej, a potem stopniowo maleje, aż w pewnej
odległości stężenia dodatnich i ujemnych jonów się zrównują. Gdy to następuje, potencjał, który
jest maksymalny przy powierzchni, maleje do zera. Grubość warstwy przeciwjonów jest określona
jako odcinek, na którym potencjał ulega zmniejszeniu do 1/e (0,37) jego wartości na powierzchni.
Układ koloidalny, taki jak jezioro lub rzeka, zawierający zawiesinę cząstek iłu, jest trwały,
ponieważ małe naładowane cząstki wzajemnie się odpychają. Powodem destabilizacji może być
duże stężenie elektrolitu w wodzie.
Adsorpcja elektrostatyczna (proces fizyczny)
Wskutek elektrostatycznego przyciągania kationów i tworzenia warstwy podwójnej dochodzi do
wymiany jonowej kationów z roztworu i z powierzchni fazy stałej:
koloid- " Na+ + K+(aq) "! koloid- " K+ + Na+ (aq)
Adsorpcja specyficzna  chemisorpcja (proces chemiczny)
Tworzenie wiązań kowalencyjnych między substancjami w roztworze i atomami na powierzchni
cząstek koloidów. Zależy od wielkości powinowactwa chemicznego między cząstkami koloidu i
substancjÄ… zaadsorbowanÄ….
Adsorpcja specyficzna wpływa na pH0 - wiązanie kowalencyjne między kationami a powierzchnią
powoduje, że staje się ona bardziej dodatnia,
(wzrost pH0 koloidu), podczas gdy wiązanie anionów prowadzi do zmniejszenia pH0.
11. Biotyczny model ligandu - model służący do opisu sposobu pobierania metalu przez
żywe organizmy.
Pomiar całkowitego stężenia metalu w próbce wody, nie wystarcza do określenia ryzyka jego
efektów toksycznych.
Biotyczny model ligandu (BML) - model służący do opisu sposobu pobierania metalu przez żywe
organizmy. Prawidłowo opisuje sposób pobierania metalu przez ryby i bezkręgowce.
Metal zanieczyszczający przyłącza się do ścianki komórki - ścianka komórki działa jak ligand
zdolny do skompleksowania metalu i usunięcia go z roztworu.
Dalsze etapy obejmują przeniesienie metalu do wnętrza komórki i jego oddziaływanie z enzymami i
innymi cząsteczkami uczestniczącymi w metabolizmie. Cząsteczki na ściance komórki konkurują z
ligandami związanymi z metalem, które utrzymują go w roztworze.
Teoria przewiduje, że dostępność jonu metalu do jego pobrania zależy nie od wartości stężenia
metalu, ale od stężenia wolnego, nieskompleksowanego metalu  to znaczy metalu, który bez
trudu zdolny jest do utworzenia wiązania z ligandami występującymi na ściankach komórki.
36
12. Związki powierzchniowo czynne i ich szkodliwe działanie na środowisko.
Związki powierzchniowo czynne - stosowane jako środki piorące, myjące i czyszczące w
gospodarstwach domowych i niemal wszystkich gałęziach przemysłu.
Każdy środek powierzchniowo czynny zawiera ugrupowanie hydrofobowe wykazujące
powinowactwo do olejów oraz grupę hydrofilową wykazującą powinowactwo do wody. Dzięki
takiej budowie mają one zdolność obniżania napięcia powierzchniowego na granicy faz.
Szkodliwe działanie zpc:
- tworząc plamę na powierzchni wody, utrudniają wymianę gazową między
wodÄ… i atmosferÄ…, przez co zmniejsza siÄ™ dyfuzja tlenu;
- obniżając napięcie powierzchniowe wody, działają jak emulgatory
(emulsje olejów i tłuszczów) i ułatwiają rozpuszczanie w wodzie wielu
szkodliwych i trudno usuwalnych zanieczyszczeń (WWA, ChZO);
- występując w wodzie w większych ilościach wpływają szkodliwie na
przebieg procesów życiowych organizmów;
- utrudniają samooczyszczanie wód naturalnych.
Zpc trudno ulegają biodegradacji, a ponadto nie można ich usunąć zwykłymi sposobami
stosowanymi do oczyszczania wody.
Próby zastąpienia detergentów odpornych na biologiczne usuwanie doprowadziły do
zsyntetyzowania związków mniej trwałych ale bardziej szkodliwych dla ryb.
Dla ułatwienia działania czyszczącego detergentów dodaje się do nich fosforany, których rola w
zanieczyszczeniu wody jest równie znaczna
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 worzy powłokę,
blokując powierzchnię minerału na bezpośrednie reakcje z innymi substancjami rozpuszczonymi.
37