3.01. Ogólny schemat migracji zanieczyszczeń w ekosystemach
3.02. Emisja, imisja i transmisja zanieczyszczeń w ekosystemach  definicje
3.03. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze  wzajemne oddziaływanie
3.04. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze  erupcje wulkanów
3.05. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze  zanieczyszczenia antropogeniczne
3.06. Migracja zanieczyszczeń w wodach
3.07. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych
3.08. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych  skutki awarii w
Czernobylu (1)
3.09. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych  skutki awarii w
Czernobylu (2)
3.10. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych  DDT
3.11. Podsumowanie
EKOSFERA
pyły i gazy
y
RÓDA
O
SKA
ADOWISK
SUROWCÓW
O ODPADÓW
ATMOSFERA
1/3
2/3
LITOSFERA
migracja zanieczyszczeń
HYDROSFERA
(gleba)
w ekosystemach podlega
takim samym prawom
jak obieg naturalnych
komponentów ekosfery
odpady komunalne
ścieki komunalne i
przemysłowe,
i przemysłowe
odpady zatapiane
nawozy, pestycydy
2
emisja
przemieszczanie zanieczyszczeń
z
ródło emisji
ze z
ródła do ekosfery w jej
E
pojęciu najogólniejszym
M
T
I
S
imisja
R
J
przeniesienie zanieczyszczeń do
A
A
receptorów: ludzie, rośliny, zwierzęta
N
ekosfera
S
transmisja
M
I
obejmuje wszystkie zjawiska zachodzące
I
M
I
pomiędzy z
ródłem a receptorem w funkcji
S
S
czasu i przestrzeni:
J
J
A
przemiany fizyczne i chemiczne,
A
reakcje wtórne (np.synergizm),
receptory
rozcieńczanie itp.
3
2,0
Możliwości wzajemnego
1,5
oddziaływania różnych substancji:
1,0
0,5
�� niezależne (np. SO2 i fenol, SO2 i HF, H2S i
0,0
CS2)
�� antagonistyczne (SO2 i NH3, SO2, popiół
lotny)
�� addytywne (CO2, CO i CH4 �� nasilanie
6
efektu cieplarnianego)
4
�� synergetyczne  efekt silniejszy niż
2
addytywne (SO2 i NO2 �� kwaśne
deszcze)
0
4
2
x
pył/NO , pył/SO
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
odczyn opadu pH
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1883 rok  erupcja wulkanu Krakatau:
chmura pyłu wyniesiona na 50 km, pył na
powierzchni ponad 800 tys. km2 utworzył
warstwę o wysokości 6 cm
30.03.1956  erupcja wulkanu na
Kamczatce  3.04.1956 zwiad lotniczy
wykrył nad południowo-zachodnią Anglią
chmurę pyłu na wysokości 15 km  w
ciągu 120 godzin pyły wulkaniczne
przemieściły się na odległość ok. 10 000
km  średnia prędkość ok. 80 km/h
1991 rok  erupcja wulkanu Pinatubo na
Filipinach  do atmosfery trafiło ok. 20
mln ton SO2  aerozol kwasu siarkowego
utworzył pierścień wokół równika  w
ciągu 2 miesięcy zanieczyszczenia dotarły
do USA i Europy Środkowej
Bezpośredni wymiar finansowy tej
katastrofy  zmniejszona o 30 %
efektywność elektrowni słonecznej
uruchomionej w 1990 roku na pustyni
1994 rok
Mojave w Kalifornii
erupcja wulkanu na Kamczatce
5
Skutki obecności w atmosferze związków siarki najdotkliwiej odczuła Europa. Ogromne wysiłki
skierowane na ograniczenie emisji siarki o 30 % w stosunku do 1980 roku (Świat Nauki, grudzień 1995) nie
przyniosły spodziewanych rezultatów.
Dopiero pomiary przestrzennego rozkładu zanieczyszczeń w atmosferze wykonane przy użyciu lidaru
zainstalowanego na pokładzie promu kosmicznego Discovery wykazały, że ogromna plama aerozoli siarkowych
rozciąga się od wybrzeży Ameryki aż do Europy (2 400 km).
Pozwoliło to odrzucić długo utrzymującą się teorię, że związki siarki emitowane w USA są wymywane z
atmosfery nad Atlantykiem. Używając tego argumentu Stany Zjednoczone nie podpisały ani I ani II Protokołu
Siarkowego zobowiązującego sygnatariuszy do ograniczenia emisji SO2 do atmosfery.
Przeprowadzone symulacje komputerowe
wykazały, że 25 % związków azotu zawartego w
wodach Chesapeake Bay pochodzi odległych o
800 km rolniczych stanów: Pensylwanii, Ohio i
Kentucky.
kolor fioletowy  zanieczyszczenia powietrza, kolor
pomarańczowy  zanieczyszczenia powierzchni
ziemi (opad), kolor niebieski  zanieczyszczenia
wody (opad), popielate romby  opad deszczu
6
Świat Nauki, marzec 1996
Globalna cyrkulacja
wód oceanu światowego
" niebezpieczeństwo rozprzestrzenienia zatopionych
odpadów komunalnych i przemysłowych na całym
globie
" niebezpieczeństwo koncentracji zanieczyszczeń w
prądach morskich
W 1965 roku w Holandii pomiędzy Hagą a Harlemem fale oceanu wyrzuciły na brzeg duże ilości martwych
ryb, w organizmie których stwierdzono dużą ilość siarczanu miedzi. Okazało się, że z
ródłem
zanieczyszczeń był przemysł chemiczny zlokalizowany nad Zatoką Meksykańską, przy czym zawartość
związków miedzi w spuszczanych ściekach nie przekraczała wartości normatywnych. U wybrzeży Europy
ich koncentracja była jednak 500 x większa.
W podobny sposób związki rtęci z Seatle leżącego w pobliżu granicy USA i Kanady dotarły wraz Prądem
Północno-Pacyficznym do zachodnich wybrzeży Alaski. U mieszkańców jednej z wysepek stwierdzono
obecność rtęci w organizmie w ilości 10-12 krotnie przekraczającej poziom dopuszczalny.
7
Izotopy promieniotwórcze odkładają się Izotopy promieniotwórcze wykazują również
w tkankach, do których wykazują zdolność kumulacji w kolejnych ogniwach łańcucha
powinowactwo chemiczne: troficznego
stront w kościach przykład skażenia Sr90 w jednym
z kanadyjskich jezior:
jod w tarczycy
skażenie wody 1
tryt w szpiku kostnym
skażenie osadów dennych 200
uran w nerkach
skażenie roślin wodnych 300
pluton w płucach
skażenie tkanek małża 750
cez wraz z krwią rozchodzi się w całym
organizmie skażenie kości okonia 3 000
W wyniku naziemnych prób jądrowych prowadzonych w USA w latach 50 największemu napromieniowaniu
ulegli Eskimosi i Lapończycy, chociaż opad pyły radioaktywnego w Arktyce był 10-krotnie mniejszy niż w strefie
umiarkowanej.
Uproszczona budowa łańcucha troficznego: porosty (silnie absorbujące pył z powietrza) ��
główny składnik pożywienia karibu i reniferów �� podstawowy pokarm Lapończyków i Eskimosów
8
średnie roczne stężenie cezu 137 w
średnie roczne wniknięcie iztopów
opadzie całkowitym (Polska)
promieniotwórczych drogą
pokarmową (Polska) w Bq/osobę
w Bq/m2
1600 4500
1500
4000
cez 137
1400
1300
cez 134
3500
1200
1100
3000
1000
900
2500
800
2000
700
600
1500
500
400
1000
300
200
500
100
0
0
9
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
średnie roczne stężenie cezu 137 w ziemniakach,
średnie roczne stężenie cezu 137 warzywach, owocach, zbożach w Bq/kg
10
w mięsie, drobiu, rybach jajach w
Bq/kg
8
18
6
16
4
14
2
12
0
10
8
średnie roczne stężenie cezu 137 w
mleku w Bq/dm3
6
6,0
5,0
4
4,0
3,0
2
2,0
1,0
0
0,0
10
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
Wędrówka DDT w łańcuchach troficznych
woda morska 0,0001 mg/l
plankton, glony 0,01 mg/kg masy
ryby, np. śledz
bałtycki 1 mg/kg masy
mięsożerne ptaki morskie, foki, pingwiny 25 mg/kg tkanki tłuszczowej
70 % - mięso i produkty odzwierzęce (mleko, jaja)
25 % - skażone rośliny
5 % - skażona woda
Wszystkie łańcuchy pokarmowe prowadzące przez ziemiopłody i zwierzęta do
człowieka wykazują zdolności kumulowania toksyn i substancji promieniotwórczych.
11
PCB polichlorowane bifenole  trwałe związki syntetyczne  istnieją uzasadnione
przypuszczenia, że są one odpowiedzialne za zaburzenia pracy układu
hormonalnego zwierząt i ludzi. O tym, że związki te mogą przechodzić w formę lotną
wiedziano już w 1937 roku. Departament Zdrowia USA oraz takie firmy jak np.
General Electric niezmiennie jednak utrzymują, że gromadzenie tych związków na
składowiskach i w osadach dennych eliminuje je z obiegu w ekosystemach.
Dekontaminacja kosztowałaby miliardy dolarów.
Wiele jednak wskazuje na to, że związki te krążą w ekosystemach, kumulując się w
tkance tłuszczowej organizmów ludzkich i zwierzęcych i że wykazują one
powinowactwo chemiczne m.in. do hormonów sterujących funkcjami rozrodczymi.
Związki te są obecnie (w 50 lat po uruchomieniu ich produkcji ) wszędzie: w
plemnikach mężczyzny w Nowym Jorku, w puszce kawioru, w tkance tłuszczowej
noworodka z Michigan, w tuńczyku podawanym w Tokio, w mleku matki karmiącej
dziecko we Francji lub płn. Kanadzie, w tranie kaszalota żyjącego w płd. Pacyfiku.
12
Wiosna 1947 roku - Alabama  Anniston  wyprodukowano tam związek o nazwie fabrycznej Aroclor-1254.
Stanowił on mieszaninę dziesiątków związków z rodziny polichlorowanych dwufenoli.
Massachusetts  Pittsfield  Zakłady General Electric produkujące transformatory (piranol - środek
izolująco-chłodzący, niepalny w miejsce stosowanego wcześniej łatwopalnego oleju )
Lipiec 1947 roku  transformator trafił do rafinerii w Big Spring  Texas, gwałtowna sierpniowa burza
spowodowała uszkodzenie linii wysokiego napięcia i zniszczenie transformatora, transformator został wyrzucony
na wysypisko śmieci, ale wcześniej jeden z pracowników wylał jego zawartość na ziemię licząc, że oleista
substancja zwiąże nieco wszechobecnego pyłu ,
Cztery miesiące póz
niej podczas zimowej burzy gwałtowny podmuch przeniósł drobinę pyłu do wnętrza
budynku mieszkalnego, skąd została usunięta wraz z domowymi śmieciami (przyklejona do zatłuszczonego
papieru) na wysypisko śmieci.
Tam przeleżała 2 lata aż ulewne deszcze podmyły fragment wysypiska i natłuszczony papier uniesiony
został w strumieniu spływającej wody. Nastało lato. Pod wpływem słońca polichlorowane dwufenole przeszły w
stan lotny i wraz z masami powietrza przemieściła się nad jezioro Michigan. Skropliła się i opadła na
powierzchnię wody przylegając do algi. Kiedy ta obumarła opadła wraz z nią na dno. Tam została przykryta
warstwą ziemi spłukiwaną do jeziora z miejskiego wysypiska śmieci.
Mieszkańcy postanowili zrekultywować teren. W trakcie wyrównywania i umacniania linii brzegowej
wzruszone zostały osady denne i nasza cząsteczka PCB  153 wydobyła się na powierzchnię jeziora i została
zjedzona przez pchłę wodną . Pchły wodne pełnią rolę filtru, zdobywając pożywienie przez odcedzanie z wody
maleńkich roślin.
I tak oto spełniło się marzenie każdej cząsteczki spowinowaconej z tkanką tłuszczową. Znalazła się w
łańcuchu troficznym, który doprowadził ją do niedz
wiedzia polarnego. I być może znalazło się w organizmie
samicy, która na wiosnę wyszła z jaskiń na Svalbardzie nie mając u swego boku żadnego potomstwa.
13
wędrówka cząstki polichlorowanego bifenolu PCB-153 w ekosystemie
14
Migracja zanieczyszczeń w atmosferze
�� czynniki meteorologiczne
�� czynniki topograficzne
�� charakterystyka emitora
Migracja zanieczyszczeń w wodach
�� prądy morskie i nurt rzeczny
�� regeneracja wód (stopień rozcieńczenia  zanieczyszczenia poniżej 5 % objętości wody,
intensywność wymiany wód)
Migracja zanieczyszczeń w glebach (za pośrednictwem wody i powietrza)
�� intensywność wymiany powietrzno-gazowej
�� stopień przepuszczalności wód z opadów atmosferycznych (prędkość przepływów
pionowych (iły - 4 mm/h, piaski - 4 m/h)
�� prędkość poziomych przepływów wód w formacjach górotworów
Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych (kumulacja najczęściej w tkance tłuszczowej)
15