OCHRONA ÅšRODOWISKA
LEKCJA 2
ZIEMIA i jej ekosystemy
W porównaniu z
rozmiarami samej
Ziemi, jej atmosfera
wydaje siÄ™ tak
cienka, jak warstwa
lakieru.
Katedra Termodynamiki
1
ZIEMIA i jej ekosystemy
Ziemia zajmuje w Układzie Słonecznym
wyjątkowe miejsce - leży praktycznie pośrodku
tzw. ekosfery, czyli obszaru wokół gwiazdy
centralnej, w którym na powierzchni planety
typu ziemskiego może, przez co najmniej kilka
miliardów lat, utrzymywać się woda w stanie
ciekłym, tworząc na powierzchni planety trwałe
warunki ekologiczne
8 minut świetlnych
Katedra Termodynamiki
2
ZIEMIA i jej ekosystemy
" kolejnym warunkiem koniecznym do
zaistnienia i trwania życia na naszej
planecie jest występowanie stabilnego
z
ródła energii, działającego nieprzerwanie
przez co najmniej kilka miliardów lat.
y
ródłem tej energii jest Słońce.
WIEK SA
OC
CA ÅšREDNICA
4,6 miliarda lat 1 392 530 km
CI
ŻENIE TEMP. J
DRA
28 (Ziemia = 1) 15 milionów °C
OBJ
TOŚĆ TEMP.POWIERZCHNI
1 304 000 (Ziemia = 1) 6 milionów °C
MASA
333 950 (Ziemia = 1)
Katedra Termodynamiki
3
ZIEMIA i jej ekosystemy
Wzgledny i realny czas geologiczny
Katedra Termodynamiki
4
ZIEMIA i jej ekosystemy
Ewolucja gatunków żyjących na Ziemi była (i jest nadal)
procesem ciągłym, lecz chaotycznym, nieprzewidywalnym
i obfitujÄ…cym w przypadkowe, dramatyczne wydarzenia.
Katedra Termodynamiki
5
ZIEMIA i jej ekosystemy
Miliardy lat funkcjonowania i ewolucji ziemskich
ekosystemów doprowadziły do tego, że od pewnego
czasu żyjemy na Ziemi w warunkach zbliżonych do
stanu gwasi-równowagi.
W stanie tym energia, materia i informacja w
sposób niezakłócony przepływają między
poszczególnymi elementami ziemskiej biosfery
Katedra Termodynamiki
6
ZIEMIA i jej ekosystemy
" Obserwowane przez nas w chwili obecnej
ziemskie ekosystemy ukształtowały się w
trakcie trwajÄ…cej miliardy lat ewolucji
Katedra Termodynamiki
7
ZIEMIA i jej ekosystemy
" Wiedza o tym, jakie prawa rzÄ…dzÄ…
funkcjonowaniem przyrody pozwala nam
prognozować i przewidywać kierunek zmian,
jakie mogą nadejść w najbliższej przyszłości.
" Z drugiej strony, prowadzona od 400 lat
niepohamowana działalność przemysłowa
człowieka nabrała takiej siły, że zaczęła w
sposób istotny ingerować w funkcjonowanie
wielu elementów środowiska naturalnego.
Katedra Termodynamiki
8
Åšrodowisko naturalne
to całokształt wszystkich czynników:
Geosfery oraz Biosfery
" Geosfera to cześć składowa kuli ziemskiej w skład której
wchodzą, sfera stała (litosfera) , ciekła (hydrosfera) i
gazowa (atmosfera)
Biosfera to sfera kuli ziemskiej zamieszkała przez
organizmy żywe obejmuje dolną część atmosfery,
hydrosferÄ™ oraz powierzchniowÄ… warstwÄ™ ziemi
(litosfery). Odgrywa ważną role w obiegu węgla w
przyrodzie.
Katedra Termodynamiki
9
Opis podstawowych cech i procesów biegnących
w ziemskiej atmosferze, hydrosferze i litosferze.
Atmosfera ziemska to cienka, gazowa
powłoka otaczająca naszą planetę,
składająca się głównie z azotu (ok. 78%
obj.) i tlenu (21% obj.). Zawiera także inne
gazy, takie jak np.: argon, C02, metan, ozon
i hel, które odgrywają bardzo ważną rolę w
ochronie i podtrzymaniu życia na Ziemi.
Katedra Termodynamiki
10
ATMOSFERA
" W warstwie powietrza o grubości 150 km jest
zgromadzona praktycznie cała masa ziemskiej
atmosfery, którą ocenia się na ok. 5,3 1018 kg.
" Ta masa powietrza pod działaniem ziemskiej grawitacji
wytwarza na powierzchni Ziemi ciśnienie, którego
średnia wartość wynosi ok. pa = 1013 hPa.
" Jest to ciśnienie niezbyt wysokie w porównaniu do
ciśnień, które występują na takich planetach, jak Wenus,
Saturn czy Jowisz, ale jest ono na tyle duże, że
zapobiega to ucieczce pary wodnej z powierzchni naszej
planety w przestrzeń kosmiczną.
Katedra Termodynamiki
11
ATMOSFERA
" W warunkach, jakie panujÄ… na powierzchni
Ziemi, jest termodynamicznie niemożliwe
przeprowadzenie reakcji odwrotnej,
polegającej na syntezie węglowodanów z
C02 i H20, bez doprowadzenia energii z
zewnątrz. Jednak sztukę tę opanowały na
Ziemi rośliny zielone.
Katedra Termodynamiki
12
woda niezbędna do realizacji
fotosyntezy
" woda krąży na Ziemi w obiegu zamkniętym
obejmujÄ…cym oceany, atmosferÄ™ i lÄ…dy, a
cyrkulacja ta jest możliwa dzięki strumieniowi
energii słonecznej, docierającemu do
powierzchni naszej planety
Katedra Termodynamiki
13
Rola i znaczenie atmosfery ziemskiej
-funkcje ochronne życia:
- pochłania szkodliwe promieniowanie;
- chroni od uderzenia meteorytów (doba kilka Mg);
- dzień noc zmniejszony kontrast: światła,
temperatury;
- tlen podtrzymuje życie na Ziemi;
- azot asymilujÄ… bakterie azotowe;
- transport wody w przyrodzie;
- śmietnik ludzkiej cywilizacji (ostatnie 200lat)
Katedra Termodynamiki
14
Ziemska hydrosfera
" Woda, obok powietrza, jest najważniejszym dobrem
naturalnym, którego zasoby są odnawiane w wyniku
naturalnego cyklu hydrologicznego.
" Niezwykłe właściwości wody powodują, że pełni ona
kilka ważnych funkcji, niezbędnych do podtrzymania i
ochrony życia.
" w skali globalnej, gdyż morza i oceany kształtują
klimat Ziemi, jak i w skali molekularnej, ponieważ
obecność wody w komórkach organizmów pozwala na
ich poprawne funkcjonowanie.
Katedra Termodynamiki
15
Ziemska hydrosfera
" Dostęp do wody i możliwość korzystania z jej
zasobów, od zawsze miały decydujący wpływ
na rozwój starożytnych i współczesnych
cywilizacji.
" Budowa miast i innych ludzkich siedzib nie
byłaby możliwa bez dostępu do czystej wody,
pozbawionej skażeń mikrobiologicznych,
mającej odpowiedni skład chemiczny oraz
smak i zapach.
Katedra Termodynamiki
16
Ziemska hydrosfera
" Istnieje ogólne przekonanie, że miarą poziomu
cywilizacyjnego i postępu społecznego danego
społeczeństwa jest upowszechnienie i
nieskrępowany dostęp ludzi do wody pitnej o
odpowiedniej jakości.
" Problem zaopatrzenia w wodę ma więc aspekt
społeczny, humanitarny i etyczny.
Katedra Termodynamiki
17
Właściwości wody
" Cząsteczka wody składa się z jednego
atomu tlenu oraz dwóch atomów wodoru
(H20) i ma kształt tetraedru
aglomeraty (oligomery)
Katedra Termodynamiki
18
Właściwości wody
Solwatacja  proces otaczania czÄ…steczek rozpuszczanego
zwiÄ…zku chemicznego przez czÄ…steczki rozpuszczalnika
Katedra Termodynamiki
19
Właściwości wody
" występuje na Ziemi w trzech stanach
skupienia - w stanie stałym (lód), jako
ciecz (woda) i jako gaz (para wodna).
" Woda ma także duże ciepło parowania
oraz dużą pojemność cieplną.
Katedra Termodynamiki
20
Właściwości wody
" Woda ma jeszcze jedną, niezwykłą cechę:
największą gęstość wykazuje ona w
temperaturze +4°C, a nie, jak by siÄ™
należaÅ‚o spodziewać, w okolicach 0°C,
czyli w pobliżu punktu zamarzania.
Katedra Termodynamiki
21
Właściwości wody
" Dodatkowo, lód powstający w wyniku
krzepnięcia wody ma o ok. 9% mniejszą
gęstość, więc pływa po powierzchni
zamarzajÄ…cej wody i nie opada na dno.
" Fakt ten ma kolosalne znaczenie m.in. dla
wszystkich organizmów żyjących w zbiornikach
wodnych.
" Gęstość lodu, mniejsza niż wody, uruchamia
ujemne sprzężenie zwrotne, hamujące szybkość
procesu zamarzania wody. Im grubsza warstwa
lodu na powierzchni zamarzniętego zbiornika,
tym wolniej postępuje dalsze zamarzanie.
Katedra Termodynamiki
22
Właściwości wody
" Warunkiem przetrwania organizmów
żyjących w zamarzniętym zbiorniku jest
także dostęp do wody zawierającej
odpowiednią ilość rozpuszczonego tlenu
Katedra Termodynamiki
23
zasoby wody
" Nasza planeta w 70% pokryta jest wodÄ…, a
całkowita ilość wody zgromadzona na
powierzchni Ziemi wynosi obecnie ok.
1,4 109 km3, czyli 1,4 1021 kg.
" Ponad 98% tych zasobów stanowią wody
oceaniczne i morza
Katedra Termodynamiki
24
Katedra Termodynamiki
25
zasoby wody
" Ponad 98% tych zasobów stanowią wody
oceaniczne i morza, które w decydujący
sposób wpływają na bilans cieplny naszej
planety i kształtują jej klimat.
Katedra Termodynamiki
26
zasoby wody
" około 2% wody zgromadzonej na Ziemi, to woda
 słodka", czyli woda o zawartości soli mineralnych
poniżej 1,0 g/dm3.
" Wody słone, tworzące oceany i morza śród-
kontynentalne zawierajÄ…ce od 5,0 do 25,0 g soli w
każdym dm3, nie nadają się do picia i do
wykorzystania w rolnictwie, a stosowanie tych wód do
celów przemysłowych jest nieopłacalne, gdyż proces
odsalania i uzdatniania wody morskiej jest bardzo
kosztowny
Katedra Termodynamiki
27
zasoby wody
" Do celów konsumpcyjnych i przemysłowych
człowiek może wykorzystywać jedynie wodę
słodką, lecz niestety ponad 98% jej zasobów
występuje w postaci zmrożonej
" - tworzy czapy lodowe na biegunach Ziemi,
lÄ…dolody i lodowce. Z tego powodu efektywnie
możemy wykorzystywać jedynie ok. 0,04%
ziemskich zasobów wodnych.
Katedra Termodynamiki
28
zasoby wody
" Z danych zgromadzonych przez ÅšwiatowÄ…
Organizację Zdrowia (WHO) wynika, że
obecnie ponad 1,5 mld ludzi na świecie
nie ma dostępu do odpowiednich
systemów zaopatrzenia w wodę.
Katedra Termodynamiki
29
zasoby wody
" W Polsce zasoby (słodkich) wód
powierzchniowych szacuje siÄ™ na ok. 47,1 km3,
" natomiast udokumentowane, eksploatacyjne
zasoby wód podziemnych wynoszą 16,0 km3.
" Wielkość zasobów wody słodkiej przypadająca na
1 mieszkańca Polski wynosi ok. 1600 m3/osobę,
co jest jednym z najniższych wskaz
ników w
Europie
Katedra Termodynamiki
30
krążenie wody w przyrodzie
Katedra Termodynamiki
31
krążenie wody w przyrodzie
Katedra Termodynamiki
32
krążenie wody w przyrodzie
Katedra Termodynamiki
33
krążenie wody w przyrodzie
prÄ…dy oceaniczne
Katedra Termodynamiki
34
krążenie wody w przyrodzie
Katedra Termodynamiki
35
woda pitna
Katedra Termodynamiki
36
woda pitna
" BRAK WODY:
" Szerzenie się epidemii chorób pokarmowych -
cholery i duru brzusznego.
" Wzrost liczby zachorowań na biegunkę.
Choroba ta powoduje śmierć blisko 2,2 mln ludzi
rocznie, w tym przede wszystkim dzieci poniżej
5 roku życia.
" Rozprzestrzenianie się chorób spowodowane
pasożytami rozwijającymi się w przewodzie
pokarmowym człowieka; problem ten dotyczy
10% populacji dzieci żyjących w krajach
rozwijajÄ…cych siÄ™.
Katedra Termodynamiki
37
woda pitna
" BRAK WODY c.d.
" Utrata wzroku na skutek choroby pasożytniczej
zwanej onchocerkozÄ… (trachoma),
rozprzestrzeniajÄ…cej siÄ™ z powodu trudnych
warunków sanitarnych i braku higieny. Blisko 6
mln ludzi na świecie utraciło w ten sposób
wzrok.
" Schistosomatoza, choroba przenoszona przez
pasożyty, powodująca zapalenie pęcherza i
marskość wątroby; 200 mln ludzi na świecie
choruje na schistosomatozÄ™; u 20 mln ludzi
stwierdzono ciężkie powikłania po tej chorobie.
Katedra Termodynamiki
38
woda surowiec do produkcji
przemysłowej
Katedra Termodynamiki
39
Natura
Katedra Termodynamiki
40
Katedra Termodynamiki
41