Ekologia i Ochrona Środowiska
Wykład I
Główne problemy środowiskowe Europy.
Efekt cieplarniany – jest to zjawisko podwyższenia temperatury powierzchni Ziemi będące skutkiem zatrzymania energii słonecznej przez gazy cieplarniane.
Skutki:
- Wzrost średniej temperatury na Ziemi w wielu miejscach, topnienie lodowców.
Poza Europą:
- Dziura ozonowa – jest to zmniejszenie koncentracji ozonu w ozonosferze nad Antarktydą, czyli efekt działalności freonów, halonów i tlenków azotu.
- Problem z wodą – zanieczyszczenia wody zawierające substancje chemiczne lub mikroorganizmy.
- Kwaśne deszcze – opady atmosferyczne zawierające w kroplach wody zaobserwowane gazy (np. dwutlenek siarki, tlenki azotu). Powodują one degradację lasów, czy choroby roślin i zwierząt.
- wyrąb lasów
- zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego
- degradacja powierzchni Ziemi
- erozja gleby – fizyczna degradacja (utrata porowatości, zbicia gleby, utworzenie skorupy), utrata składników odżywczych
- Arktyka ociepla się szybciej niż inne regiony
Skutki zmian klimatycznych.
- anomalie pogodowe
- kwaśne deszcze
- zagrożenie gatunku
- skażenia gleb
- zanieczyszczenie wód
- wyginięcie gatunku
- podnoszący się poziom mórz i oceanów
Ochrona środowiska – to działania mające na celu właściwie korzystanie z zasobów i składników środowiska, zarówno ożywionych, jak i nieożywionych.
Ochrona środowiska polega przede wszystkim na:
* racjonalnym kształtowaniu środowiska i gospodarowaniu zasobami środowiska zgodnie z zasadą zrównoważonego rozwoju
* przeciwdziałania zanieczyszczeniom
* przywracaniu elementów przyrodniczych do stanu właściwego
Czynniki wpływające na poprawę stanu ochrony środowiska.
W Europie osiągnięto znaczną redukcję emisji substancji niszczących warstwę ozonu atmosferycznego. Ograniczenie zakwaszających emisji do powietrza i wody ze źródeł punktowych sprawiło, że nastąpiła poprawa stanu jakości wody i powietrza.
- działania na rzecz ochrony gatunków roślin i zwierząt również wpłynęły na poprawę sytuacji
- ochrona pod względem biologicznym siedlisk i ekosystemów.
Hierarchia postępowania odpadami.
Najbardziej korzystnym i trwałym sposobem rozwiązania problemu odpadów jest unikanie ich powstawania. Nasz rozrzutny i nieekonomiczny sposób korzystania z zasobów naturalnych ma ogromny wpływ na środowisko. By wytworzyć produkty codziennego użytku takie, jak gazetę czy kartonik na mleko, codziennie wydobywa się i przerabia tysiące ton surowców.
Metody ograniczenia emisji:
- unikanie odpadów
- wielokrotne wykorzystanie produktów
- ponowne przetwarzanie odpadów, odzysk surowców wtórnych – recykling
- odzysk energii
- utylizacja i składowanie odpadów
Recykling papieru i szkła.
Recykling – jedna z metod ochrony środowiska. Jej celem jest ograniczenie zużycia surowców naturalnych oraz zmniejszenie ilości odpadów. Obejmuje powtórne wykorzystanie materiałów.
Papier – wykorzystanie makulatury ogranicza eksploatację drewna pochodzącego z lasów. Przetwarzając makulaturę oszczędzamy wodę, zmniejszamy zanieczyszczenia powietrza, oraz zyskujemy miejsce na składowiska. Zbiórka papieru i makulatury jest prowadzona przy pomocy pojemników oznaczonych kolorem niebieskim.
Szkło – jest doskonałym surowcem wtórnym. Z uwagi na to, że może być przetworzone bezstratnie na identyczne opakowanie, jakim było poprzednio. Odpady szklane nie stanowią bezpośredniego zagrożenia dla środowiska, ich ponowne wykorzystanie niesie za sobą korzyści ekologiczne. Wykorzystanie stłuczki szklanej niweluje poziom emisji dwutlenku węgla i trujących związków, towarzyszących produkcji szklanych odpadów.
Kosz na śmieci:
- kolor biały – szkło bezbarwne;
- kolor zielony – szkło kolorowe
Wykład II
Zanieczyszczenia środowiska.
Stan środowiska wynikający z wprowadzenia do powietrza, wody lub gruntu, substancji stałych, ciekłych lub gazowych, lub energii w takich ilościach i takim składzie, że może to ujemnie wpłynąć na:
zdrowie człowieka,
przyrodę ożywioną,
klimat,
glebę,
wodę
lub powodować inne niekorzystne zmiany, np. korozję metali.
Substancje niebezpieczne w środowisku.
Zanieczyszczenia środowiska mogą być spowodowane przez:
- źródła naturalne, np. wulkany
- źródła sztuczne, np. antropogeniczne - spowodowane działalnością człowieka
Następują w wyniku niezmierzonej, ale systematycznej działalności polegającej na ciągłej emisji czynników degradujących środowiska, są następstwem awarii będącej przyczyną nagłego uwolnienia zanieczyszczeń.
Oceny stanu środowiska dokonuje się w odniesieniu do stanu naturalnego bez względu na to, czy jego zmiany są spowodowane przez substancje czy oddziaływania, dla których ustalono poziom stężeń dopuszczalnych.
| Źródła zanieczyszczeń | Rodzaje zanieczyszczeń |
|---|---|
| Przemysł i energetyka | Odpady, osady, pyły i ścieki zawierające sole, związki siarki i azotu, metale ciężkie |
| Górnictwo | Pył, odpady mineralne, wody kopalniane, metale ciężkie |
| Rolnictwo | Pestycydy, nawozy mineralne i ich zanieczyszczenia, nawozy organiczne w nadmiarze ścieki |
| Transport | Związki ołowiu, tlenki azotu, węglowodory, kauczuk, azbest, sole |
| Gospodarka komunalna | Odpady, ścieki |
Wpływ zanieczyszczeń.
FOSFORANY I AZOTANY
- podstawowe substancje odżywcze dla roślin
- wprowadzenie do wód ze ściekami powoduje użyźnienie, czyli eutrofizację
- biomasa, która rozkłada się
- powstaje muł i dominują procesy beztlenowe
- wydzielają się trujące gazy – siarkowodór i metan, toksyczne aminy i inne produkty rozkładu aminokwasów
- osad gromadzi się a zbiornik wodny wypłyca powodując w efekcie końcowym powstanie bagna i torfowiska
PESTYCYDY
- związki te dostają się do wód z terenów rolniczych powodując masową śmiertelność
- obniżenie wartości pH
- spadkowi pH towarzyszy wymywalność i większą koncentrację metali np. glinu. W pH poniżej 5,5 następuje eliminowanie mięczaków czy pstrąga potokowego
DETERGENTY
- wywołują podwyższenie temperatury od 4 do 8 stopni C.
- powoduje to wzrost temperatury procesów biologicznych
- prowadzi to do kumulacji materii organicznej oraz zapotrzebowania na tlen przy zmniejszonej jego rozpuszczalności
METALE CIĘŻKIE
- pochodzenie: ścieki przemysłowe, wody opadowe w rejonach zurbanizowanych i uprzemysłowionych
- dla organizmów całkowicie zbędne i silnie toksyczne, np. ołów, kadm, rtęć
- w śladowych ilościach w środowisku
- ołów emitowany do atmosfery głównie w spalinach samochodowych, dostaje się do wód powierzchniowych bezpośrednio jako odpad lub zmyty z powierzchni ziemi i roślin
WODY KOPALNIANE
- zrzuty zasolonych wód kopalnianych, z których większość zawiera duże stężenia chlorków i siarczanów stanowią istotne zagrożenie dla wód płynących
- wody takie są nader uciążliwym zanieczyszczeniem dyskwalifikującym wodę do celów spożywczych i nawodnień rolniczych oraz celów przemysłowych
ROPA NAFTOWA I ODPADY RADIOAKTYWNE
- wylewy ropy naftowej powstają w wyniku awarii wielkich tankowców
- mogą być one wielkim zagrożeniem życia morskiego, stanowią zagrożenie dla fitoplanktonu, ryb i ptactwa morskiego
- odpady radioaktywne – nawet jeśli występują w dopuszczalnej normie to nie może mieć pewności czy nie następuje szkodliwa koncentracja substancji radioaktywnych w organizmach zwierzęcych i roślinnych
Czynniki środowiskowe mające wpływ na rozwój organizmów:
- temperatura
- światło
- wilgotność
- zasolenie
- kwasowość
Prawo tolerancji Shelforda.
Niedobór, jak i nadmiar różnych czynników wpływa na organizm ograniczająco. Możliwość bytowania organizmów określają dwie skrajne wartości działającego czynnika: maksimum i minimum. Organizmy stenobionty cechują się niewielką tolerancją w stosunku do czynników środowiska. Organizmy eurobionty mają szeroki zakres tolerancji w stosunku do warunków środowiska.
Bioindykacja – metoda za pomocą, której określa się kierunek i stopień nasilenia zmian w środowisku, dzięki stosowanym żywym organizmom na różnych poziomach ich organizacji życia.
BIOINDYKATORY
- wskaźniki biologiczne, którymi mogą być poszczególne gatunki roślin, grzybów, zwierząt lub całe ekosystemy
- posiadają wąskie granice tolerancji charakterystyczne dla danego czynnika lub procesu
- mają duże znaczenie w leśnictwie, oraz w rolnictwie
Reakcje bioindykatorów na zmiany otoczenia:
- wykrycie różnego rodzaju skażeń środowiska
- oszacowanie stopnia jego naturalności
- określenie zmian klimatycznych
- wyznaczenie zasięgu występowanie złóż określonych minerałów
- określenie typu gleby
- określenie stopnia eutrofizacji wód
Organizmy wskaźnikowe powinny spełniać następujące kryteria:
* mieć wąski oraz specyficzny zakres wymagań ekologicznych
* posiadać szerokie rozmieszczenie geograficzne
* występować w środowisku w dużych liczebnie populacjach
* mieć długi cykl życiowy lub kilkanaście pokoleń następujących jedno po drugim w ciągu roku
* być łatwo rozpoznawalnym i mieć ograniczony poziom zmienności osobniczej utrudniającej ewentualna weryfikację
Eliminacja zanieczyszczeń ze środowiska
Działania, które należy podjąć by przeciwdziałać zanieczyszczeniom środowiska naturalnego:
- recykling
- zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, pyłów do atmosfery
- ograniczenie wydobycia paliw kopalnych
- promowanie zielonej gospodarki w tym sektora odnawialnych źródeł energii
- produkcja towarów nadających się do powtórnego użytku
Wykład III
Biodegradacja
- biotransformacja (katabolizm i anabolizm)
- substancje zaangażowane mogą być naturalne lub ksenobiotyczne
- jest stopniowa, z wykorzystaniem wielu organizmów i szlaków metabolicznych
- produkty końcowe: dwutlenek węgla, woda, siarczany i fosforany
- mogą powstawać związki bardziej złożone lub niebezpieczne (np. lotne formy arsenu lub rtęci)
Substancje toksyczne
- metale ciężkie
-niemetaliczne związki nieorganiczne
- toksyczne związki organiczne
- gazowe substancje toksyczne
Biodostępność
- zależy od postaci chemicznej np. kadm
- absorpcja przez skórę, płuca, układ pokarmowy
- rośliny: układ korzeniowy, nabłonek liści
Wnikanie związków szkodliwych
- spożywanie z pokarmem lub wodą
- absorbowane ze środowiska (woda i powietrze)
- stałe, liofilowe, słabo ulegające metabolizmowi toksykanty, prowadzące do zwiększenia biozwiększenia na kolejnych poziomach troficznych
Migracja substancji toksycznych
- woda powierzchniowa i gruntowa
- pokarm
- źródła lądowe (zanieczyszczenie gleb, pestycydy, składowiska odpadów przemysłowych i toksycznych, polutanty powietrza)
Toksyczność tworzyw sztucznych
- spolimeryzowane są nietoksyczne
- zawartość monomerów oraz mało cząsteczkowych produktów pośrednich np. chlorek winylu, styren
- zawartość substancji pomocniczych np. pigmenty, barwniki, utwardzacze, stabilizatory
- działanie produktów powstałych podczas rozkładu polimerów (depolimeryzacja, degradacja, piroliza)
Mechanizm działania toksycznego
- niedotlenienie
- inhibitory reakcji enzymatycznych
- zaburzenia przewodzenia bodźców
- działania toksyczne wolnych rodników
- kancerogeneza chemiczna
oddziaływanie immunologiczne ksenobiotyków
Mutageneza – jest zjawiskiem, w którym w wyniku zmian DNA dochodzi do zmian dziedzicznych.
Chociaż mutacja jest zjawiskiem normalnie zachodzącym, dającym początek różnorodności organizmów, większość mutacji jest szkodliwa. Substancje toksyczne wywołujące mutacje są znane jako mutageny.
Przykład mutagenezy:
Substancje toksyczne, często takie same jak te, które wywołują zmiany nowotworowe lub defekty wrodzone, stanowią obecnie główne zainteresowanie toksykologii. Kwas azotowy (III) jest przykładem chemicznego mutagenu, który często jest stosowany do wywoływania mutacji w bakteriach.