Problemy Ochrony Litosfery, Hydrosfery i Atmosfery Ściąga 1

LITOSFERA

DEGRADACJA I REKULTYWACJA GLEB

ZNACZENIE GLEBY W PRZYRODZIE I GOSPODARCE CZŁOWIEKA

Gleba to biologicznie czynna powierzchnia ziemi, powstała z utworu geologicznego, zwanego skała, macierzystą., w wyniku wietrzenia fizycznego, chemicznego i biologicznego.

Gleba jest głównym elementem środowiska przyrodniczego. Na lądzie gleba i przyziemna część atmosfery tworzą naturalne siedlisko roślin, zwierząt i człowieka. Gleba jest ośrodkiem życia i spełnia wiele istotnych funkcji w ogólnym procesie życia na Ziemi, m.in. produkcyjną, retencyjną, sanitarną.

Poza funkcją produkcyjną gleba tworzy ogromnych rozmiarów naturalny zbiornik retencyjny1 zasobów wodnych. Wody opadowe gromadzone w glebie są niezbędne dla życia roślin. Dzięki żyjącym w glebie drobnoustrojom spełnia ona również ważną funkcję sanitarną i uczestniczy w niezbędnym dla ciągłości życia na Ziemi procesie rozkładu (mineralizacji) martwych resztek organicznych, wpływając w ten sposób na obieg pierwiastków w środowisku. Dzięki właściwościom sorpcyjnym2 gleba spełnia funkcję naturalnego filtra; pochłania m.in. związki toksyczne.

Jakość gleby zależy od właściwości skały macierzystej, klimatu, rzeźby terenu, roślinności, mikroflory (bakterii, grzybów, promieniowców) i działania człowieka.

Właściwości i urodzajność (produktywność) gleby zależą od:

- składu mineralnego skały macierzystej i stopnia przeobrażenia jej w procesie glebo twórczym;

-zawartości i jakości materii organicznej martwej (próchnicy, resztek organizmów roślinnych i zwierzęcych), będącej źródłem składników odżywczych oraz czynnikiem strukturotwórczym;

- zdolności do gromadzenia wody i oddawania jej roślinom, co zależy głównie od uziarnienia (składu mechanicznego) i struktury gleby;

-wymiany powietrza pomiędzy glebą i atmosferą, zapewniającej tlenowe warunki do życia korzeni roślin

Retencja- magazynowanie wody w gruncie; zapas wody zatrzymanej. Zbiornik retencyjny to zbiornik wodny przeznaczony do gromadzenia wody.

Sorpcja - proces pochłaniania cząstek, jonów z fazy płynnej i gazowej gleby, wchłaniania powierzchniowego (adsorpcja) i objętościowego (absorpcja) zachodzących równocześnie w danym układzie.

FORMY I CZYNNIKI DEGRADACJI GLEB

Jednym z wielu czynników deformacji środowiska przyrodniczego i widocznego już zagrożenia dla życia na Ziemi są nasilające się procesy degradacji gleb.

Degradacja gleby to pomniejszenie lub zniszczenie ekologicznej i produkcyjnej wartości gleby. Stopniowy spadek zawartości próchnicy, zakwaszenie, zasolenie, ubytek składników pokarmowych, zanieczyszczenia chemiczne to formy degradacji gleb. Erozja wodna i wiatrowa również pomniejszają wartość gleby lub ją niszczą; także przesuszenie lub podtopienie (zawodnienie) w coraz większym stopniu glebę degradują. Techniczne zniszczenie gleby i szaty roślinnej stanowią najwyższą formę degradacji gleb, zwaną dewastacją. Gleba i szata roślinna mogą być też zdewastowane przez zanieczyszczenie chemiczne.

Degradacja i dewastacja- obniżenie się (degradacja) lub całkowita utrata (dewastacja) wartości użytkowej gruntu, w wyniku niekorzystnych zmian rzeźby terenu, gleby, warunków wodnych i szaty roślinnej. Przyczyną zachodzących zmian może być działalność przemysłowa, agrotechniczna, bytowa człowiek lub działanie sił przyrody (erozja, pożary, susze, trzęsienia ziemi). 

Degradacji gleby można przeciwdziałać sposobami agrotechnicznymi. Przykładem tego jest wapnowanie gleb kwaśnych. Gleby zdegradowane częściowo lub całkowicie, nawet technicznie zdewastowane grunty (przez górnictwo i składowanie odpadów), powinny być zrekultywowane.

Rekultywacja nie oznacza przywrócenia glebie stanu wyjściowego, często jest to niemożliwe; przez rekultywację należy rozumieć nadanie gruntowi walorów użyteczności.

Czynniki degradujące można podzielić na:

Spośród wielu czynników niekorzystne zmiany w wielu glebach powodują:

a) pożary, erozja, susza, trzęsienia ziemi;

b) przemysłowo-chemiczne zanieczyszczenia, np. metalami ciężkimi (zwłaszcza Pb, Cd), kwaśnymi i kwasotwórczymi składnikami mineralnymi i organicznymi składnikami toksycznymi obecnymi w nawozach;

c) chemizacja rolnictwa - chemiczna ochrona roślin, nawożenie mineralne;

d) odkrywkowa i podziemna eksploatacja kopalin;

  1. techniczna zabudowa: budownictwo mieszkaniowe, przemysłowe,

szlaki komunikacyjne;

f. działalność bytowa człowieka;

  1. składowanie odpadów przemysłowych i bytowo-gospodarczych.

Głównymi źródłami zanieczyszczenia gleby są zakłady przemysłowe, które emitują pyły (zawierające metale ciężkie) oraz gazy (związki siarki, azotu, węgla, chloru, fluoru). Podobnie transport, szczególnie samochodowy, zanieczyszcza glebę i rośliny ołowiem i węglowodorami (w tym rakotwórczymi). Duży udział w zanieczyszczeniu gleby ma rolnictwo, które wskutek postępującej chemizacji upraw (nawozy mineralne, środki ochrony roślin) pomniejsza często żyzność gleby oraz pogarsza jakość żywności i paszy.

DEGRADACJA GLEB

Pod pojęciem degradacji gleb należy rozumieć zmiany właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych, powodujących obciążenie lub zmniejszenie jej aktywności biologicznej. Degradacja gleby wpływa na pogorszenie stanu higienicznego środowiska, powoduje zmniejszenie produktywności oraz może doprowadzić do całkowitego wyłączenia gleby z procesu produkcji.

RODZAJE DEGRADACJI

Rozróżniamy degradację bezwzględną (rzeczywistą) oraz degradację względną.

Degradacja bezwzględna (lub tzw. rzeczywista) związana jest z trwałym obniżeniem lub zniszczeniem aktywności biologiczno-chemicznej gleby, a tym samym pogorszenie jej walorów, w tym ekologicznych i rolniczych.

Rozróżniamy cztery rodzaje degradacji bezwzględnej:

1. Geotechniczna degradacja gleb – dotyczy szczególnie zniekształcenia rzeźby terenu w wyniku działalności górnictwa, budownictwa wodnego, drogowego czy kolejowego,

2. Fizyczna degradacja gleb - polega na zagęszczaniu masy glebowej, pogarszaniu się jej struktury, jak również nadmiernym odwodnieniu gruntów na skutek leja depresyjnego, wadliwej melioracji, oddziaływania zbiorników wodnych oraz działania erozyjnego wody i wiatru.

3. Biologiczna degradacja gleb - powstaje na skutek pogorszenia się struktury gleby, jej wilgotności i stosunków powietrznych lub poprzez niszczenie szaty roślinnej. Formą biologicznej degradacji jest tak zwane zmęczenie gleb. Na glebach zmęczonych dochodzi do nagromadzenia się czynników chorobotwórczych oraz szkodników specyficznych dla uprawianego gatunku (lub innych roślin z tej samej rodziny botanicznej). Zjawiska te nasilają się wraz z utratą dynamicznej równowagi pomiędzy gatunkami drobnoustrojów zasiedlających glebę. Z jednej strony dochodzi do osłabienia w rozwoju i funkcjonowaniu mikroorganizmów pożytecznych, z drugiej - obserwuje się wzrost aktywności szkodliwej mikroflory. Mówiąc najogólniej, zmęczenie gleby jest to obniżenie jej żyzności na skutek zachwiania równowagi dynamicznej przez zanieczyszczenie lub nieumiejętne nawożenie.

4. Chemiczna degradacja gleb - związana jest z zakwaszeniem lub nadmierną alkalizacją gleby, naruszeniem jej równowagi jonowej, bądź wysoką lub nawet toksyczną koncentracją soli w roztworach glebowych lub metali ciężkich, siarki, fluoru oraz związków biologicznie czynnych, takich jak np. węglowodory.

Degradacja względna polega na przeobrażeniu się dotychczasowego układu glebowego, w wyniku czego powstaje nowy układ, który charakteryzuje się aktywnością biologiczną nie mniejszą od struktury glebowej początkowej. Przykładem takiej degradacji może być zmiana odczynu gleby z silnie kwaśnego na obojętny lub alkaliczny. W wyniku takiego procesu mogą pojawić się skutki, które oddziaływać będą zarówno pozytywnie, jak i negatywnie na występującą na danym obszarze szatę roślinną. Przykładem mogą być drzewostany szpilkowe, dla których taka zmiana stanowi duże zagrożenie.

Degradację gleb, możemy również podzielić uwzględniając czynniki, które ją wywołują, a mianowicie:

Czynniki naturalne - zachodzące bez czynnego udziału człowieka,

Czynniki antropogeniczne - wywołane skutkiem działalności człowieka.

Istnieje również systematyka niekorzystnych zmian w glebach, które są spowodowane:

- pożarami, erozją, suszami, trzęsieniami ziemi,

- przemysłowo-chemicznymi zanieczyszczeniami, np. metalami ciężkimi, kwaśnymi i kwasotwórczymi składnikami mineralnymi oraz organicznymi składnikami toksycznymi obecnymi w nawozach,

- chemizacją rolnictwa, nawożeniem mineralnym,

- odkrywkową i podziemną eksploatacją kopalin,

- techniczną zabudową, na którą składa się budownictwo mieszkaniowe, przemysłowe oraz szlaki komunikacyjne,

- działalnością bytową człowieka,

- składowaniem odpadów przemysłowych i bytowo gospodarczych.

RODZAJE DEGRADACJI GLEB

• erozja gleb,

• ubytek areału uprawnego,

• przekształcenia mechaniczne gleb,

• przekształcenia chemiczne gleb,

• przekształcenia hydrologiczne gleb,

• naruszenie równowagi biologicznej środowiska glebowego i siedlisk porastających gleby.

PRZYCZYNY DEGRADACJI GLEB

GŁÓWNE PRZYCZYNY DEGRADACJI GLEB

Degradacja (dewastacja) gleb jest głównie wynikiem::

• występowania zjawisk erozyjnych,

• przeznaczania gleb na cele nie przyrodnicze (urbanizacja, industrializacja, budowa

szlaków komunikacyjnych itp.),

• odkrywkowego wydobywania surowców,

• niewłaściwej regulacji stosunków wodnych (melioracja, zmiana przebiegu cieków

wodnych itp.),

• intensywnej gospodarki rolnej,

• użycia niewłaściwych maszyn rolniczych, dostawczych i innych,

• niewłaściwej chemizacji rolnictwa,

• zanieczyszczenia przemysłowego i komunikacyjnego oraz komunalnego,

• składowania odpadów w nie przygotowanych do tego obszarach,

• prac budowlanych, naruszających układ profilu glebowego.

EROZJA

Erozja to proces rozmywania (erozja wodna) lub rozwiewania (erozja wiatrowa) powierzchniowej warstwy gleby.

Naturalną erozję gleb, która jest przeważnie nieszkodliwa, nasilają:

- niszczenie naturalnej szaty roślinnej (leśnej i trawiastej);

- nieprawidłowa uprawa ziemi;

- wadliwy dobór roślin uprawnych;

- niewłaściwy wypas bydła;

- nieprawidłowe melioracje wodne.

Erozja wodna lub wiatrowa mogą spowodować całkowite zniszczenie profilu glebowego, czyli denudację. Charakter i nasilenie procesów erozyjnych zależą głównie od rzeźby terenu, składu mechanicznego gruntu, wielkości i rozkładu opadów atmosferycznych oraz sposobu użytkowania terenu.

PUSTYNNIENIE I STEPOWIENIE

Pustynnienie i stepowienie to proces spowodowany postępującym niedostatkiem wody w glebie i w przyziemnej części atmosfery. Nadmierne wylesianie i odwodnienie terenu oraz intensywne rolnictwo, to główne czynniki stepowienia krajobrazu (w tym gleby).

Przyczyny i skutki stepowienia są następujące:

- zmniejszenie ilości i regularności opadów atmosferycznych;

- intensywny spływ powierzchniowy bez wnikania wody do gleby;

- zwiększone parowanie z powierzchni gruntu;

- pozbawienie ziemi należytej okrywy roślinnej, np. lasów, stepów, sawann, w celu stworzenia wielkich monokultur roślinnych;

- wadliwie przeprowadzane melioracje;

- nadmierne użytkowanie (do celów przemysłowych i komunalnych) wód powierzchniowych i podziemnych.

Przyczyną stepowienia może być również efekt cieplarniany, spowodowany nadmierną emisją CO2, metanu, freonów.

ZNIEKSZTAŁCENIE GRUNTÓW

Zniekształcenie gruntów to niekorzystne zmiany budowy i właściwości powierzchni ziemi i stosunków wodnych na danym terenie.

Gruntami zniekształconymi są:

- zapadliska i wypiętrzenia na terenach górniczych;

- wyrobiska i zwałowiska pokopalniane;

- składowiska odpadów przemysłowych i komunalnych;

- tereny zawodnione, zanieczyszczone mechanicznie i chemicznie;

- obszary pod zabudową miejską, przemysłową i komunikacyjną;

- tereny pozbawione szaty roślinnej;

- osuwiska1.

CHEMICZNE ZANIECZYSZCZENIA GLEB

Chemiczne zanieczyszczenia gleb powodują zachwianie równowagi biologicznej środowiska glebowego. Jednym z przejawów zachwiania równowagi biologicznej jest zjawisko zwane zmęczeniem gleb.

Przemysłowe zanieczyszczenie gleby. Długotrwałe oddziaływanie zanieczyszczeń przemysłowych może być przyczyną poważnych zmian chemicznych i biologicznych w środowisku glebowym.

Osuwiska te są to przemieszczenia mas ziemnych, takie jak: spływy, zsuwy i obrywy. Podobnie jak przy erozji procesy mogą przebiegać bez udziału człowieka, choć nieracjonalne gospodarowanie w środowisku przyrodniczym wyzwala w pełni ich niszczycielska moc.

Zmęczenie gleb to obniżenie jej żyzności na skutek zachwiania równowagi dynamicznej przez zanieczyszczanie lub nieumiejętne nawożenie.

W strefie intensywnego zanieczyszczenia środowiska degradacja gleby spowodowana jest:

- związkami siarki (SO2, SO3, H2SO4, FeS, H2S). Ich nadmiar w glebie (np. H2SO4) działa niekorzystnie na organizmy glebowe w sposób bezpośredni i pośredni. Działanie bezpośrednie polega na zakwaszeniu środowiska bytowania organizmów i hamowaniu ich rozwoju (w szczególności mikroorganizmów). W bardzo kwaśnym środowisku rośliny Tracą zdolność przyswajania składników pokarmowych (np. N, Ca, P, K), nawet gdy występują one w dostatecznie dużych stężeniach. Działanie pośrednie zakwaszenia gleby polega na wymywaniu trudno rozpuszczalnych substancji mineralnych, z rozpadem minerałów włącznie. Oprócz naruszenia równowagi składników pokarmowych wyzwalają się substancje toksyczne;

- związkami sodu (NaCl, Na2SO4, Na2CO3), przyczyniającymi się do zasolenia gleby;

- związkami azotowymi (amoniakiem, azotanami), lokalnie fluorem, chlorem, sodem, potasem;

- ropą naftową i jej pochodnymi;

- związkami metali ciężkich, głównie ołowiu (Pb), kadmu (Cd), cynku (Zn), rtęci (Hg);

- substancjami radioaktywnymi, np. strontem 90, cezem 137. Wszystkie te substancje, przenikając z gleb do roślin, a następnie do organizmów zwierząt i człowieka, powodują skażenie wszystkich ogniw łańcucha pokarmowego.

Rolnicze zanieczyszczenie gleb uprawnych następuje wskutek nieumiejętnego nawożenia mineralnego i nadmiernego stosowania gnojowicy oraz w wyniku używania chemicznych środków ochrony roślin (pestycydów) czy chemicznych regulatorów wzrostu roślin (retardantów).

Nawozy mineralne stosuje się w celu zaspokojenia pokarmowych potrzeb roślin i uzyskania wysokich plonów. W zależności od składnika dominującego wyróżnia się nawozy: azotowe, potasowe, fosforowe, wapniowe oraz wieloskładnikowe i mikronawozy. Nawozy stosuje się powszechnie w rolnictwie, ogrodnictwie, a nawet w leśnictwie. Właściwe stosowanie nawozów mineralnych daje korzyści w postaci wysokich plonów. Jednak zbyt wysoka koncentracja nawozów, spowodowana nieumiejętnym nawożeniem, wpływa ujemnie na jakość plonów, nasila chemiczne wyjałowienie gleby i zmniejsza aktywność biologiczną środowiska.

Nadmierne wprowadzenie do gleby nawozów mineralnych powoduje:

a) naruszenie równowagi jonowej wzmagające ubytek składników. Następuje np. intensywna wegetacja roślin i związane z tym zwiększone pobieranie również innych składników zawartych w glebie, albo - przez koncentrację jonów i zakwaszające ich działanie - nasilają się; procesy wymywania składników z gleby;

b) zanik zdolności przyswajania przez rośliny innych niezbędnych do życia składników odżywczych, np. miedzi w wyniku nadmiaru azotu, fosforu, potasu;

c) degradację struktury gleby;

d) zatrucie środowiska substancjami toksycznymi, np. metalami ciężkimi.

Gnojowica to odchody zwierzęce zmieszane z wodą. Jest to produkt powstający podczas przemysłowej hodowli zwierząt metodą bezściólkową. Gnojowica może być wykorzystywana jako naturalny nawóz organiczny, możliwy jest też przerób gnojowicy na biogaz. Stosowana w nawożeniu w sposób racjonalny może przyczyniać się do wzrostu plonów. Naruszenie jednak zasad agrotechniki w nawożeniu gnojowicą, np. przedawkowanie, jest przyczyną jej uciążliwości dla środowiska i człowieka. Istnieje także niebezpieczeństwo zakażenia uprawianej roślinności patogenami (bakteriami, wirusami, jajami robaków pasożytniczych), których jest nośnikiem.

Chemiczne środki ochrony roślin (pestycydy) to naturalne lub syntetyczne substancje stosowane w celu zwalczania chorób i szkodników roślin. Zakłada się, że środki te powinny charakteryzować się dużą toksycznością w stosunku do chorób i szkodników, a matą dla uprawianych roślin oraz dla zwierząt i ludzi. Pestycydy okazały się jednak bronią obosieczną, gdyż - oprócz pozytywnych - powodują także skutki negatywne. Niektóre pestycydy kumulują się w tkankach, co działa szkodliwie na organizm, ponadto mogą przebywać w glebie przez wiele lat, mimo że z czasem ich biologiczna aktywność zanika (np. DDT ponad 15 lal, arsenian ołowiowy - 15 lat, HCH Lindan - ponad 11 lat, Chlordan ponad 12 lat). Niektóre z pestycydów hamują tworzenie się brodawek na korzeniach roślin motylkowych (np. Heptachlor, Toxafen).

Trwałość pestycydów w glebie zależy od struktury, rodzaju, odczynu pH oraz ilości mikroorganizmów w glebie. Insektycydem najczęściej do niedawna stosowanym był DDT; w ciągu 25 lat wykorzystano ok. 1,5 mln ton tego środka i jest on obecny wszędzie na kuli ziemskiej. Dużą wadą DDT jest właściwość kumulowania się w organizmach, w szczególności będących ostatnimi ogniwami w szeregach troficznych oraz duża odporność na rozkład. Do organizmu człowieka DDT przenika nie tylko z pokarmem zwierzęcym, ale także z roślinnym. Wieloletnie stosowanie DDT uodporniło szereg owadów na jego działanie (np. stonkę ziemniaczaną), a spowodowało wyniszczenie ich naturalnych wrogów.

Obecnie wycofuje się z produkcji i użycia pestycydy o szerokim spektrum szkodliwości i długich okresach trwałości na rzecz preparatów działających wybiórczo i rozkładających się względnie szybko.

Mechanizmy ich rozprzestrzeniania się i przemieszczania w biocenozach pozostają jednak nic zmienione, a jedynie czas ich zaleganiu w organizmach jest ograniczony trwałością preparatu, skumulowane zaś w kolejnych ogniwach łańcuchów pokarmowych nic mają tak wysokich stężeń.

Stosowanie pestycydów w produkcji rolnej stało się koniecznością, natomiast sposoby złagodzenia lub zneutralizowania ich toksycznego działania na środowisko nie zostały dotychczas do końca rozwiązane. Wybiórczość działania preparatów jest także nadal sprawą problematyczną.

Oprócz przemysłu i rolnictwa istotnym źródłem zanieczyszczenia gleb jest motoryzacja. Spośród skażeń najgroźniejszy tu jest ołów (Pb), znajdujący się w spalinach emitowanych z silników benzynowych.

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ GLEB NA ŚRODOWISKO I ŻYCIE CZŁOWIEKA

Prawidłowy rozwój człowieka jest uzależniony od struktury i składu gleby, która z pożywieniem roślinnym i zwierzęcym dostarcza mu odpowiedniej ilości wysokokalorycznych składników odżywczych, witamin, substancji mineralnych, niezbędnych do budowy i właściwego funkcjonowania organizmu. Razem z pożywieniem człowiek pobiera składniki korzystne, jak i niekorzystne dla swego rozwoju.

Ekologiczne skutki chemizacji gleby dotyczą - rzecz jasna - nie tylko człowieka, ale całego świata organicznego (roślin, zwierząt). Zreasumujmy zatem przyczyny, mechanizm oddziaływania i skutki skażeń gleby.

1. Kumulacja substancji toksycznych w roślinach staje się przyczyną skażenia wszystkich ogniw łańcucha pokarmowego.

2. Przemieszczanie się środków chemicznych z gleby do wód powoduje eutrofizację wód powierzchniowych i podziemnych.

3. Zakwaszenie gleby, wywołane zanieczyszczającymi powietrze związkami siarki i azotu, a docierającymi do gleb i wód w postaci kwaśnych deszczów lub suchego opadu, powoduje hamowanie rozwoju organizmów, niszczenie szaty roślinnej.

4. Zatrucie gleby metalami ciężkimi (nikiel, rtęć, kadm, arsen, ołów), a następnie kumulowanie się tychże w tkankach roślin jest przyczyną nieodwracalnych zmian w organizmach roślinnych, powoduje zmniejszenie przyrostu masy roślinnej, zmniejszenie plonowości. U człowieka nadmiar metali ciężkich może powodować miażdżycę i nowotwory.

5. Zatruwanie gleby nawozami mineralnymi, w wyniku nieumiejętnego i nadmiernego ich stosowania, może prowadzić do pogorszenia się jakości plonów, powodować zanik aktywności mikroflory glebowej, w szczególności niekorzystnie oddziaływać na procesy nitryfikacji i procesy wiązania azotu atmosferycznego. Nadmierna przewaga potasu (K+) w roślinach rosnących na glebach przenawożonych prowadzi do groźnych chorób zwierząt (np. tężyczki pastwiskowej). Przewapnowaniu gleb może spowodować chlorozę liści, zakłócenie metabolizmu węglowodanów i białek. Niebezpieczne jest także przenawożenie nawozami azotowymi . Nadmiar azotu pobranego przez rośliny kumuluje się w tkankach w formie azotanów. Zbyt wysoka zawartość azotanów w roślinach jest szkodliwa dla ludzi i zwierząt. U zwierząt nadmiar azotanów przejawia się wzrostem ronień, obniżeniem mleczności, niepłodnością, powolnym wzrostem. U ludzi

powoduje rozliczne, niekiedy ciężkie schorzenia (m.in. methemoglobinemię - wielostronne niedotlenienie organizmu, szczególnie niebezpieczne dla dzieci) notowane stosunkowo często w okolicach Puław.

6. Przenawożenie gnojowicą może spowodować zaburzenia właściwości chemicznych i biologicznych gleb oraz skażenie gleb i roślin bakteriami chorobotwórczymi. Skutkiem tego może być wzrost zachorowań zwierząt, a nawet człowieka, na brucelozę, różycę, pryszczycę, gruźlicę.

7. Skażenie pestycydami wskutek nieumiejętnego ich stosowania może spowodować zatrucia ptactwa i zwierząt oraz liczne schorzenia u człowieka. Do organizmu człowieka, jak i zwierząt, pestycydy wnikają drogą pokarmową, oddechową i przez skórę. Trudno ulegając przemianom metabolicznym, kumulują się w tkankach (zwłaszcza tłuszczowej), powodują osłabienie ochronnego działania skóry, alergie, nowotwory, patologiczne zmiany w układzie nerwowym i układzie krążenia, zaburzają procesy biochemiczne, przemiany węglowodanowe, białkowe, inaktywują wiele enzymów.

SPOSOBY OCHRONY GLEB

Pod pojęciem ochrona gleb rozumiemy zespól czynników prawnych, organizacyjnych i technicznych, zmierzających do:

a) minimalizacji erozji wodnej i wiatrowej;

b) przeciwdziałania chemicznej degradacji gleb pod wpływem zanieczyszczeń przemysłowych, motoryzacyjnych, nawożenia mineralnego;

c) przeciwdziałania przesuszeniu i zawodnieniu gleb;

d) ograniczenia do niezbędnego minimum technicznych deformacji gruntu i mechanicznego zanieczyszczenia gleby;

c) zachowania gruntów o walorach ekologiczno-produkcyjnych; f) ograniczenia przejmowania gruntów pod zabudowę techniczną i eksploatację kopalin.

 

SPOSOBY PRZECIWDZIAŁANIA EROZJI GLEB

Zapobieganie erozji gleb wymaga stosowania zabiegów przeciwerozyjnych - rolniczych i melioracyjnych - mających na celu zahamowanie spływu wód i przeciwdziałanie niszczycielskiej sile wiatru na terenach szczególnie narażonych, i nie tylko.

Zabiegi chroniące gleby przed erozją, to:

- tarasowanie stromych stoków;

- prowadzenie dróg małymi spadami;

- prawidłowy kierunek upraw (prostopadle do spływu wód);

- unikanie monokultur i stosowanie płodozmianu;

- zaprzestanie orki i wypasu zwierząt na stromych zboczach;

- zaprzestanie nadmiernego wyrębu drzew;

- zwiększanie zalesień i zadrzewień, w szczególności na zboczach;

- zakładanie ochronnych pasów zieleni;

-budowanie progów na potokach, w celu zmniejszenia prędkości spływu wody;

- wyeliminowanie ciężkiego sprzętu i maszyn rolniczych (na stokach).

SPOSOBY PRZECIWDZIAŁANIA CHEMICZNEJ DEGRADACJI GLEB

Do sposobów chroniących glebę przed chemiczną degradacją ze strony przemysłu należą:

- ograniczenie emisji pyłowo gazowych (w szczególności SO2 i NOX oraz metali ciężkich);

- budowa osłon biologicznych (fitosanitarnych) w postaci pasów zieleni. Zwarte i wysokie osłony w znacznym stopniu redukują zanieczyszczenia chemiczne gleby i roślin;

- właściwe składowanie odpadów przemysłowych (hutniczych, górniczych) i komunalnych;

- wykorzystywanie gleb najsłabszych na cele budownictwa, przemysłu, komunikacji;

- dostosowanie użytkowania terenów i produkcji roślinnej do panujących warunków w strefie degradującego działania zanieczyszczeń.

Sposobami chroniącymi glebę przed chemiczną degradacją ze strony rolnictwa są:

- racjonalne i umiarkowane stosowanie środków ochrony roślin oraz nawozów mineralnych; dostosowanie do rodzajów upraw i gleby;

- wprowadzanie i stosowanie na szerszą skalę metod ekologicznej produkcji rolnej (rolnictwo ekologiczne);

- stosowanie nawozów naturalnych (kompostu, obornika, biohumusu) w nawożeniu gleby;

- stosowanie biologicznych i mechanicznych metod ochrony roślin.

Biologiczne metody ochrony roślin polegają na aktywnym wykorzystaniu przez człowieka przyrody ożywionej w celu likwidacji bądź ograniczenia szkodliwych zwierząt i roślin oraz zapobieżenia gradacjom i inwazjom szkodników.

Walka biologiczna polega na:

- stosowaniu feromonów. Feromony to substancje zapachowe wydzielane na zewnątrz organizmu i wywołujące określone reakcje biologiczne u innych osobników lego samego gatunku, np. przywabianie samców u owadów, ssaków;

- wprowadzaniu naturalnych biologicznych wrogów szkodników na drodze introdukcji i aklimatyzacji bądź wykorzystywaniu wrogów już istniejących;

- stosowaniu patogennych mikroorganizmów - bakterii, wirusów, grzybów owadobójczych;

- wykorzystywaniu metod agrotechnicznych mających na celu pogarszanie warunków rozwojowych szkodliwych roślin, np. przez wprowadzenie odpornych roślin uprawnych, odpowiednie terminy orki,

DEGRADACJA POWIERZCHNI ZIEMI POWODOWANA PRZEZ GÓRNICTWO PODZIEMNE

Wielowiekowa działalności górnicza na Górnym Śląsku spowodowała nieodwracalne zmiany powierzchni ziemi na znacznych obszarach.

Wydobywaniu kopalin i ich przetwórstwu towarzyszą takie przekształcenia terenu, jak:

- osiadanie terenu (zapadliska i niecki osiadania),

- podtopienia i zalewiska,

- osuszanie nadkładu eksploatowanych złóż,

- wstrząsy górotworu,

- składowanie skały płonnej na hałdach.

OCHRONA GLEB

Pod pojęciem ochrona gleb rozumiemy zespół czynników prawnych i organizacyjnych mających na celu minimalizację erozji wodnej i wiatrowej, zmniejszenie szkodliwych skutków działania motoryzacji, nawożenia mineralnego, zanieczyszczeń przemysłowych oraz zachowanie gruntów o walorach ekologiczno produkcyjnych jak również ograniczenie do niezbędnego minimum przejmowania gruntów pod zabudowę techniczną i eksploatacje kopalin.

Zasadnicze działania mające na celu ochronę gleb sprowadzają się do przeciwdziałania erozji gleb, do utrzymania w nich właściwych stosunków wodnych oraz zahamowania przenikania do gleb zanieczyszczeń. Pierwszym i podstawowym warunkiem osiągnięcia pozytywnych rezultatów w tych dziedzinach jest znaczne zwiększenie zadrzewień śródpolnych i naturalnych zbiorników retencyjnych. Chodzi o to, aby pracochłonne, energochłonne i bardzo kosztowne zabiegi zastąpić naturalną samoregulacją biologiczną. Zadrzewienia śródpolne zwiększają wilgotność powietrza, a tym samym zmniejszają parowanie z gleb. Wpływają regulująco na temperaturę i częściowo zapobiegają przymrozkom. Regulują stosunki wodne w glebie, przez co zadrzewienia i zakrzewienia polne nazywa się często „fitomelioracją”. Przy gruntach nachylonych zmniejszają spływ powierzchniowy i przeciwdziałają erozji wodnej. Stanowiąc zaporę dla wiatrów zmniejszają ich siłę, a tym samym erozję wietrzną. Bardzo istotną rolę pełnią zadrzewienia jako ostoja zwierzyny, ptaków i innych pożytecznych zwierząt, nie mówiąc już o produkcji tlenu. Przy szerszych pasach zadrzewień nieobojętne gospodarczo są dodatkowe korzyści w postaci drewna, owoców leśnych, ziół, grzybów i hodowli pszczół. Elementy te przyczyniają się do dalszego wzbogacenia otoczenia pól w gatunki roślin i zwierząt. Im większa liczba różnorodnych gatunków, tym większe możliwości samoregulacji środowiskowej. Zadrzewienia śródpolne i pasy leśne powinny występować w systemie określanym jako ciągi ekologiczne. Polega to na wzajemnych połączeniach zadrzewień oraz na ich połączeniach z naturalnymi rzekami, strumieniami, jeziorami lub większymi obszarami leśnymi.

Zadrzewienia stanowią szczególną ochronę dla ziem górskich.

Znana powszechnie jest ich rola w zapobieganiu powodziom, a tym samym- szybkiej erozji wodnej gleb. Tam, gdzie stoki gór i wzniesień są pokryte polami, konieczne jest stosowanie odpowiedniej orki, wzdłuż warstwic, co zapobiega obsuwaniu się warstwy gleby i zmniejsza spływ wody. Przy bardziej stromych zboczach stosuje się zapory w postaci specjalnych podmurówek lub leżących kłód. Jeżeli zbocza wykorzystywane są jako pastwiska, konieczne jest ograniczenie wypasu zwierząt do rozmiarów nie zagrażających wydeptaniem gleb.

Do zabiegów chroniących glebę przed erozją należą ponadto:

-tarasowanie stromych stoków oraz umacnianie skarpy darniną, krzewami lub nawet murami oporowymi z kamienia,

-otaczanie pól na stokach rowkami opaskowymi w celu zbierania żyznych osadów,

-chronienie jarów i wąwozów przed erozją przegrodami z bali lub kamienia dla zahamowania energii wody,

-prowadzenie dróg małymi spadkami,

-odkładanie próchnicy przy robotach ziemnych w celu rozłożenia jej po zakończeniu robót na powierzchni przeznaczonej do uprawy,

-niedochodzenie do zboczy z uprawami na wierzchowinie, zabezpieczanie granic upraw rowami opaskowymi, progami, zadarnieniem i krzewami,

-dla ochrony przed wiatrem sadzenie żywopłotów i zadrzewień na granicach pól, wzdłuż cieków, przy drogach i na uskokach terenów,

-zapobieganie niszczeniu struktury gleby, unikanie monokultur i stosowanie właściwego płodozmianu.

Tereny górskie są predestynowane z natury do spełniania funkcji wodochronnej w stosunku do terenów niżej położonych. Właściwe zagospodarowanie terenów górskich, a przede wszystkim utrzymanie na nich odpowiedniego stopnia lesistości umożliwiają retencję znacznych ilości wody. Zapewnienie warunków sprzyjających gromadzeniu w glebie jak największej ilości wody, zabezpiecza stoki przed nadmiernymi spływami powierzchniowymi, a tym samym chroni glebę przed erozją.

Do sposobów chroniących glebę przed chemiczną degradacją ze strony przemysłu należą:

- ograniczenie emisji pyłowo gazowych (w szczególności SO2 i NOX oraz metali ciężkich);

- budowa osłon biologicznych (fitosanitarnych) w postaci pasów zieleni; zwarte i wysokie osłony w znacznym stopniu redukują zanieczyszczenia chemiczne gleby i roślin;

- właściwe składowanie odpadów przemysłowych (hutniczych, górniczych) i komunalnych;

- wykorzystywanie gleb najsłabszych na cele budownictwa, przemysłu, komunikacji;

- dostosowanie użytkowania terenów i produkcji roślinnej do panujących warunków w strefie degradującego działania zanieczyszczeń.

Osobnym niejako zagadnieniem są zanieczyszczenia gleb spowodowane przez samo rolnictwo, a więc przez duże fermy hodowlane, przez środki ochrony roślin i nawozy sztuczne. Problemy te są możliwe do rozwiązania i w dużym stopniu zależą od omówionych poprzednio zdolności samoregulacyjnych gleb i całego środowiska. Znane są już dzisiaj nawozy produkowane sztucznie, ale nazywane nawozami biologicznymi, gdyż oprócz niezbędnych składników mineralnych i mikroelementów zawierają też drobnoustroje glebowe. Niejednokrotnie poprawę sytuacji można uzyskać przez zmianę struktury nawozu. Znaczna część nawozów zawiera składniki dość trudno rozpuszczalne, które przez długi czas są zmywane wodami deszczowymi do rzek i jezior. Wyprodukowanie nawozów granulowanych, szybko rozpuszczalnych pozwala zmniejszyć dawki nawożenia i umożliwia zastosowanie w najwłaściwszym dla roślin okresie rozwoju.

W produkcji pestycydów dąży się do uzyskania środków o krótkim okresie działania, które następnie ulegają szybkiemu rozkładowi na substancje nieszkodliwe. Są to środki o tzw. krótkim okresie karencji. Mimo to większość środków ochrony roślin działa zabójczo na różne zwierzęta, w tym także na zwierzęta pożyteczne i chronione. Po każdym zastosowaniu pestycydów można zauważyć martwe ptaki, owady (w tym pszczoły), drobne ssaki owadożerne i wiele innych. Z tych powodów jest konieczne zastąpienie metod chemicznych metodami biologicznymi, w których wykorzystuje się naturalnych wrogów gatunków szkodliwych. Oryginalną metodę walki ze szkodnikami stosuje się od kilku lat w naszych lasach. Na drzewach lub na specjalnych słupkach zawiesza się wykonane z tworzyw sztucznych rury. Na całej powierzchni rury są wywiercone niewielkie otwory. Wewnątrz rury umieszcza się syntetycznie uzyskane substancje zapachowe samic tych owadów, do których tępienia rura jest przeznaczona. Substancje te zwane są feromonami, zwabiają z dużych odległości samce tego samego gatunku. Przez otwory wchodzą one do rury i następnie spadają do umieszczonego w dolnej części rury naczynia z płynem konserwującym. Innym urządzeniem o podobnym działaniu są zaopatrzone w feromony ekrany z folii plastikowej. Ten rodzaj walki chociaż, oparty na sztucznie wytwarzanych feromonach, wykorzystuje biologiczne cechy zwalczanego gatunku i nie działa na inne gatunki. Przede wszystkim opisana metoda- w przeciwieństwie do pestycydów- nie powoduje degradacji gleb.

Stosuje się również metody polegające na wprowadzaniu naturalnych biologicznych wrogów szkodników na drodze introdukcji i aklimatyzacji bądź wykorzystywaniu wrogów już istniejących. Używa się także patogennych mikroorganizmów - bakterii, wirusów, grzybów owadobójczych oraz wykorzystuje metody agrotechniczne mających na celu pogarszanie warunków rozwojowych szkodliwych roślin, np. przez wprowadzenie odpornych roślin uprawnych, odpowiednie terminy orki. Bardzo skuteczne są metody genetyczne polegające na zakłócaniu normalnego rozwoju przez używanie preparatów utrudniających metabolizm i zapłodnienie.

W odniesieniu do mechanizacji metod uprawy gleb korzystne wydaje się zastąpienie ciężkich maszyn sprzętem mniejszym i bardziej zwrotnym, dostosowanym do ograniczonych pasami zadrzewień powierzchni pól. Wypróbowane są też zupełnie nowe techniki uprawy roli i siewu. Powszechnie znany jest fakt, że dziko występujące rośliny doskonale rosną i prawidłowo się rozwijają bez orki i innych zabiegów uprawowych. Zaczęto więc podejmować próby siewu roślin uprawowych bez orki. Skonstruowano nawet specjalne maszyny do tego typu siewu. W rezultacie znacznie zmniejszono zapotrzebowanie na paliwa zużywane przy energochłonnej orce, bronowaniu, siewie i innych niezbędnych zabiegach tradycyjnych.

Omówione wyżej metody ochrony gleb dotyczą gleb zdrowych i chorych. Zupełnie zniszczone gleby martwe wymagają znacznie więcej zabiegów. Cały zespół takich zabiegów i różnorodnych prac mających na celu przywrócenie gospodarce rolnej lub leśnej użyteczności terenów, a zwłaszcza gleby nazywamy rekultywacją.

Rekultywacji najczęściej wymagają:

- składowiska odpadów górniczych, energetycznych, komunalnych;

- wyrobiska po odkrywkowej eksploatacji skał, gliny, piasku, żwiru, torfu, wapieni, węgla brunatnego;

- nieużyteczne drogi oraz powierzchnie zabudowane technicznie;

- gleby zniszczone przez erozję wodną;

- grunty zawodnione;

- gleby zdegradowane technicznie, będące nieużytkami rolnymi;

- gleby silnie zdegradowane przez przemysłowe zanieczyszczenia chemiczne wydzielane do atmosfery.

Podstawowe zabiegi rekultywacji to:

1. Zabiegi techniczne

• kształtowanie terenu - zasypywanie wyrobisk, wyrównanie hałd, doprowadzenie do takiego stanu, w którym ilość wody i powietrza w glebie wystarczy aby mogły rosnąć na niej rośliny, czasem gleba jest tak zniszczona, że konieczne jest pokrycie jej warstwą gleby żyznej o takiej grubości aby mogły rosnąć na niej jakiekolwiek rośliny.

• neutralizacja szkodliwych środków - doprowadzenia do stanu, w którym bardzo szkodliwe substancje nie są już groźne dla życia roślin i organizmów glebowych.

• dekoncentracji (rozrzedzenia) - polega to na wymieszaniu gleby skażonej przez bardzo trujące substancje z glebą nieskażoną na dużej powierzchni.

2. Zabiegi biologiczne - polegają na uzupełnieniu zabiegów mechanicznych prostymi zabiegami rolniczymi, które przyspieszają wzbogacenie gleby w składniki pokarmowe niezbędne do życia roślinom.

Zabiegi biologiczne to:

• nawożenie organiczne, mineralne, nawozy zielone

• zabiegi agrotechniczne

• wprowadzenie roślinności pionierskiej, czyli takiej która może rosnąć w bardzo złych warunkach i powoli przygotowywać odpowiednie warunki dla roślin bardziej wymagających.

Ażeby zabiegi rekultywacji odniosły pożądany skutek należy pamiętać o kolejnych zadaniach:

• zbadanie przyczyn i skutków degradacji

• ustalenie jak teren ma być zagospodarowany

• ukształtowanie terenu przez wypełnienie wyrobisk glebą w taki sposób, który byłby najkorzystniejszy dla jej przyszłego zagospodarowania

• wyrównanie powierzchni zwałów oraz nadanie zboczom nachyleń zapewniających ich stałość

• właściwe ukształtowanie stosunków wodnych

• odtworzenie gleby przez wykorzystanie zwałowanych gruntów

• neutralizacja gleb toksycznych i użyźnianie jałowych

• zabezpieczenie zboczy obudową biologiczną

• przeciwerozyjna zabudowa roślinnością pionierską skarpy

• regulacja stosunków wodnych

Rekultywacja rzadko odtwarza wyjściowy stan gruntów, zapewnia jednak przywracanie funkcji ekologicznych i gospodarczych terenu. Zagospodarowanie gruntów zrekultywowanych polega na rolniczym, leśnym lub innym ich użytkowaniu oraz na wybudowaniu niezbędnych obiektów i urządzeń.

Formą ochrony gleb może być również właściwa lokalizacja dróg i innych szlaków komunikacyjnych względem żyznych, urodzajnych gleb. Od roku 1995 wszystkie grunty rolne i leśne chronione są specjalną ustawą mającą na celu zapobieganie negatywnym wpływom miast i działalności przemysłowej.

REKULTYWACJA GLEB

PROCESY REKULTYWACJI GLEB

Sposób postępowania z zanieczyszczonym terenem uzależniony jest od obecnego i planowanego sposobu użytkowania terenu oraz od rodzaju zanieczyszczeń, które spowodowały degradację. Po tej analizie można przystąpić do wyboru optymalnej technologii rekultywacji. Metoda ta będzie polegała nie tylko na wizualnym przywróceniu porządku na terenach zdegradowanych, ale również na przywróceniu pierwotnych ich właściwości pod względem czystości gruntów i znajdujących się tam wód podziemnych.

Na wybór metod rekultywacji i zagospodarowania terenów zdegradowanych składa się wiele czynników takich jak: jakość gruntów lub zwałowanego materiału, ich skład chemiczny i mineralogiczny, kształt zwału, zagłębienia oraz ich budowa.

Rozróżniamy trzy fazy rekultywacji terenów zdegradowanych:

Rekultywacja przygotowawcza, polegająca na rozpoznaniu i ustaleniu kierunku zagospodarowania terenów zdegradowanych.

Rekultywacja techniczna, która polega na przystosowaniu gruntu do wyznaczonej funkcji, poprzez ukształtowanie rzeźby terenu, uregulowanie stosunków powietrzno-wodnych na gruntach przesuszonych i zawodnionych, pokrycie toksycznych gruntów warstwą gleby - procesy detoksykacji. Rekultywacja techniczna obejmuje:

- ukształtowanie rzeźby terenu przez wypełnienie zagłębień lub uformowanie zwałów w nawiązaniu do otaczającego terenu,

- wyrównanie powierzchni zwałów, nadanie zboczom nachyleń zapewniających stateczność skarp,

- właściwe ukształtowanie warunków wodnych (właściwa gospodarka wodami powierzchniowymi na terenie rekultywowanym i w jego sąsiedztwie, zabezpieczenie skarp przed erozją),

- całkowite lub częściowe odtworzenie profilu glebowego, zwłaszcza, gdy zachodzi konieczność izolacji odpadów niebezpiecznych,

- neutralizację gruntów toksycznych i użyźnia niejałowych,

- budowę infrastruktury niezbędnej do prawidłowego funkcjonowania rekultywowanego terenu

Rekultywacja biologiczna, która obejmuje:

- zabezpieczenie stateczności zboczy obudową biologiczną,

- regulację lokalnych stosunków wodnych (budowa urządzeń melioracyjnych i ochrona wód przed zanieczyszczeniem),

- przeciwerozyjną odbudowę roślinności,. związaną z przywróceniem siedlisk roślin,

- magazynowanie wody w dołach poeksploatacyjnych przeznaczonych na zbiorniki wodne.

Rola roślinności w procesach rekultywacji polega na: stabilizacji luźnych utworów gruntowych, zabezpieczeniu przed erozją wodną i powietrzną; ochronie terenów przed zanieczyszczeniami przemysłowymi, jak gazy, pyły; inicjowaniu i stymulowaniu procesów glebotwórczych (rośliny trawiaste i motylkowe).

WYBRANE METODY REKULTYWACJI - FITOREMEDIACJA

Metody stosowane w rekultywacji gleb zanieczyszczonych, np. metalami ciężkimi, można zasadniczo podzielić na dwie grupy: metody techniczne i metody biologiczne. Techniki te stosuje się bez przemieszczania gleby (in situ) lub poprzez usunięcie zanieczyszczonej warstwy gleby, a następnie poddanie jej procesowi oczyszczania w innym miejscu (ex situ).

Przy wyborze właściwej techniki remediacyjnej należy uwzględnić następujące kryteria:

a) wielkość powierzchni zanieczyszczonej i lokalizacja,

b) właściwości gleby,

c) poziom i rodzaj zanieczyszczenia,

d) przyszły sposób zagospodarowania obiektu,

e) dostępne środki finansowe i techniczne, f) względy społeczne

Fitoremediacja została odkryta i udokumentowana już ponad 300 lat temu, jednak dopiero we wczesnych latach osiemdziesiątych XX wieku proces ten został wykorzystany na skalę technologiczną. Fitoremediacja zaliczana jest do biologicznych metod oczyszczania gleb, gdzie wykorzystuje się właściwości niektórych gatunków roślin zdolnych do pobierania z gleby i gromadzenia w tkankach zanieczyszczeń, w ilościach nawet stukrotnie wyższych od spotykanych w tkankach innych roślin. Metoda ta najlepiej sprawdza się na terenach zanieczyszczonych metalami ciężkimi, lecz o stężeniach niewygórowanych, bowiem w przeciwnym przypadku należy zastosować inną metodę rekultywacji. Proces fitoremediacji jest wykorzystywany do usuwania - oprócz metali ciężkich - takich ksenobiotyków jak: pestycydy, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), polichlorowane bifenyle (PCB). Charakterystykę, zalety i ograniczenia różnych technologii fitoremediacyjnych pokazuje tabela1. Metoda fitoremediacji może okazać się dogodna do oczyszczania gleb terenów rolnych, nieużytków, miejskich terenów rekreacyjnych, a także ogródków działkowych i terenów popowodziowych. Metoda ta jednak nie rozwiązuje wszystkich problemów wynikających z zanieczyszczenia gleb, ale znacząco może poprawić stan średniozanieczyszczonych gleb użytkowych rolniczo, usuwając z nich metale ciężkie. W fitoremediacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi wykorzystywane są rośliny charakteryzujące się: dużą akumulacją metali; wysokim przyrostem biomasy; wysokim stopniem przemieszczania metali z korzeni do części naziemnych, który zapewniłby możliwie największe usunięcie tych pierwiastków ze skażonego środowiska wraz z materiałem roślinnym.

Ze względu na zawartość niektórych metali ciężkich (miedzi, kadmu, cynku, ołowiu), rośliny akumulujące te pierwiastki, można uszeregować w następujący sposób:

Cu - mniszek > skrzyp > trawy > sałata > kukurydza

Cd - tobołek > szpinak > sałata > wierzba > słoma jęczmienia > trawy

Pb - kapusta sitowata > kapusta pekińska > trawy > zboża > liście buraków > ziemniaki > sałata > marchew

Zn - tobołki alpejskie > zboża > cebula > sałata > szpinak > kukurydza.

Pozytywne rezultaty przy zastosowaniu fitoremediacji uzyskano np. w Czarnobylu na Ukrainie oraz w zakładach Daimler-Chrysler w Detroitw USA. W Czarnobylu fitoremediacji poddane zostały grunty oraz woda gruntowa, wykazujące podwyższoną zawartość cezu i strontu. Proces przebiegał metodą in situ w środowisku wodnym na poletkach zalewowych. Zastosowano słoneczniki, charakteryzujące się szybkim wzrostem oraz dużym przyrostem masy roślinnej. W rezultacie, w okresie dziesięciodniowego okresu wzrostu słoneczników, poziom toksyn zredukowany został o 90%. Firma Daimler-Chrysler zdecydowała się na fitoremediację typu ex situ. Skażony grunt z terenu oddziału kuźni i odlewni, zanieczyszczony głównie ołowiem na głębokość 1m, został wybrany i umieszczony w specjalnie zaprojektowanych "skrzyniach", zapewniających szczelność oraz wyposażonych w system nawadniania.

Typ techniki

Fitoremediacyjnej

 Charakterystyka metody Zalety Wady
Fitoekstrakcja

Wykorzystanie roślin do pobierania metali z gleb i ich

bioakumulacji w częściach

naziemnych, a następnie ich

usuwanie

 Roślina powinna być zdolna do wytwarzania dużej ilości biomasy

Rośliny z grupy hiperakumulatorów charakteryzują się powolnym wzrostem.

Fitomasa musi być poddana odpowiednim procesom

unieszkodliwiania
Fitostabilizacja

Ograniczenie mobilności

metali ciężkich do głębszych

warstw podłoża oraz wtórnego

pylenia przy pomocy roślin

Zapobiega usuwaniu gleby. Niskie

koszty procesu. Wspomaganie

procesu odnowy ekosystemów

Wymagane jest dodatkowe

nawożenie lub modyfikacja

gleby
Fitoutlenianie polega na pobieraniu przez rośliny substancji toksycznych wraz z woda i ich transpiracji poprzez liście.

Zamiana ksenobiotyków w mniej

toksyczną postać

Zanieczyszczenie lub metabolit

może podlegać procesowi

kumulacji w trakcie wzrostu rośliny

Fitofiltracja/

Rizofiltracja

Wykorzystanie strefy korzeniowej

roślin do usuwania zanieczyszczeń z wody

Może być prowadzona in situ

(pływające tratwy na stawach) lub w odpowiednio przygotowanym miejscu (system zbiorników)

Konieczne są specjalne

urządzenia (bioreaktory)

BIOREMEDIACJA I PROCESY TOWARZYSZĄCE

Bioremediacja jest techniką, którą wykorzystuje naturalne mikroorganizmy glebowe (bakterie, grzyby i promieniowce) w procesach rozkładu zanieczyszczeń organicznych, do związków mniej toksycznych lub nietoksycznych. Polega na wspomaganiu mikroorganizmów rozkładających zanieczyszczenia poprzez utrzymywanie optymalnych warunków dla ich wzrostu.

O powodzeniu bioremediacji decydują takie czynniki jak: obecność szczepów aktywnych w procesach rozkładu określonych grup zanieczyszczeń organicznych, warunki glebowe i klimatyczne jak również zawartość i toksyczność zanieczyszczeń. W przypadku braku odpowiednich grup mikroorganizmów można wprowadzać do zanieczyszczonej gleby specjalnie wyselekcjonowane lub genetycznie zmodyfikowane grupy mikroorganizmów aktywnie rozkładających związki organiczne. Sposób ten stosuje się w przypadku, gdy naturalne szczepy mikroorganizmów glebowych nie są zdolne do rozkładu specyficznych grup zanieczyszczeń. Metoda ta wzbudza wiele zastrzeżeń ze względu na zgromadzenie zbyt małych doświadczeń i stosowanie organizmów modyfikowanych genetycznie.

Biostymulacja. Stymulację mikroorganizmów naturalnie występujących na skażonym terenie stosuje się zazwyczaj w celu przyspieszenia procesu bioremediacji zanieczyszczeń z gleby. Do powszechnie znanych czynników ograniczających naturalny proces biodegradacji należą: skrajnie wysokie stężenie substancji stanowiącej skażenie, niedobór tlenu, niekorzystne pH, niedobór substancji mineralnych, zbyt niska wilgotność oraz niekorzystna temperatura. W celu zwiększenia tempa procesu naturalnej biodegradacji można zastosować różne metody modyfikacji warunków środowiskowych, przede wszystkim: natlenianie i dodawanie pożywek. Natlenianie stosuje się w celu zwiększenia dostępności tlenu cząsteczkowego, gdyż w sposób istotny wpływa ono na biodegradację różnych związków chemicznych. Najczęściej stosowanymi metodami natleniania są: wentylacja (wtłaczanie powietrza pod zwiększonym ciśnieniem przez układ przewodów-drenów umieszczonych w gruncie); stosowanie rozcieńczonych roztworów wody utlenionej; spulchnianie gruntu przez mechaniczną uprawę. Szybkość procesu biodegradacji może być limitowana poprzez ograniczone stężenie substancji odżywczych. Głównymi czynnikami tej grupy są związki azotu i fosforu, gdyż dostępność tych pierwiastków jest parametrem krytycznym dla procesu bioremediacji. W warunkach, w których deficyt azotu i fosforu limituje efektywność tego procesu, sztuczne wzbogacenie pożywkami rekultywowanego terenu, najczęściej poprzez zastosowanie nawozów zawierających azot i fosfor, daje

bardzo dobre efekty w postaci znacznego przyspieszenia bioremediacji. Spośród stosowanych nawozów wydzielić można trzy grupy: ciekłe nawozy hydrofobowe, nawozy w fazie stałej i wodne roztwory nawozów.

Bioaugmentacja. Wzbogacenie zanieczyszczonego terenu w specjalnie wyselekcjonowane, o dużej zdolności biodegradacji zanieczyszczeń bakterie, stosuje się, gdy rodzima populacja bakterii na skażonym terenie nie wykazuje pożądanej aktywności w biodegradacji zanieczyszczeń. Technologię tę realizuje się poprzez bezpośrednią iniekcję zawiesiny mikroorganizmów (o pożądanej aktywności katalitycznej) wraz z substancjami odżywczymi do skażonego gruntu.

Elektrobioremediacja. Jest to nazwa grupy metod oczyszczania gruntów, wykorzystujących zjawiska mikrobiologiczne, chemiczne oraz elektrokinetyczne, np. pole elektrycznym, do przyspieszenia procesów usuwania zanieczyszczeń ze środowiska.

ZALETY I OGRANICZENIA BIOREMEDIACJI

Bioremediacja polecana jest do szerokiego stosowania w walce z coraz powszechniejszymi skażeniami, szczególnie gruntów i wód gruntowych. Sprawdza się ona w różnych warunkach pogodowych i w zróżnicowanych formacjach geologicznych.

Coraz większą popularność bioremediacja zawdzięcza temu, że:

- jest ekonomiczna (tańsza niż dotychczas stosowane metody oczyszczania gruntów i wód gruntowych),

- proces likwidacji skażenia może być prowadzony in situ (w miejscu skażenia, bez konieczności przemieszczania gruntu),

- grunt nadaje się do użytku bezpośrednio po przeprowadzeniu procesu oczyszczania,

- technologia ta nie wymaga z reguły stosowania kosztownej i skomplikowanej aparatury.

Do ograniczeń w stosowaniu bioremediacji zaliczyć należy:

- rodzaj skażeń, w stosunku do których można tę metodę zastosować,

- warunki panujące w miejscu, które należy poddać oczyszczeniu,

- czas, w którym zanieczyszczenie powinno zostać usunięte.

Metody biologiczne i ich zastosowanie muszą być poprzedzone rozległymi badaniami mikrobiologicznymi, przy szczególnym uwzględnieniu wszystkich elementów danego środowiska, mogącego mieć jakikolwiek wpływ na przebieg remediacji.

Metody te znajdują szczególne zastosowanie przy remediacji gruntów i wód gruntowych skażonych głównie:

- produktami ropopochodnymi, benzenem, toluenem, ksylenem, paliwami napędowymi, benzyną,

- produktami organicznymi, w tym trichloroetylenem,

- pestycydami,

- rozpuszczalnikami,

- środkami do impregnacji drewna.

Metoda ta jest również wykorzystywana w przypadku skażeń metalami ciężkimi.

Bioremediacja bardzo skutecznie została zastosowana na terenie byłej bazy paliwowej oraz magazynowania rozpuszczalników w stanie Nowy Jork w USA. Głównymi substancjami skażającymi grunt były: aceton, benzen, etanol, trichloroetylen, ksylen oraz w niewielkim stopniu metale ciężkie (m.in. ołów, rtęć). Zanieczyszczenie obejmowało powierzchni i sięgało na głębokość do . Wykorzystano tu napowietrzenie z równoczesnym wprowadzeniem dodatkowych mikroorganizmów. Prace prowadzono osiem miesięcy i osiągnięto redukcję stężenia do poziomu nieco poniżej dopuszczalnej normy. Przedstawiona powyżej różnorodność metod rekultywacji gleb wykazuje, że ze względu na wielorakość występowania presji oraz zróżnicowanie właściwości podłoży obszarów zdegradowanych, ich dobór stanowi trudny i złożony problem. Problematyka ochrony gleb stała się w ostatnich latach przedmiotem ożywionej dyskusji rządów wielu państw świata. Charakter tych dyskusji jest nieco odmienny od tak popularnych dziś kwestii, jakimi są ochrona klimatu, warstwa ozonowa czy różnorodności biologiczna. Należy wziąć pod uwagę, że degradacja gleb to problem nie tylko lokalny bądź regionalny, bowiem przyczyny degradacji gleb oraz ich następstwa wywierają ogromny wpływ na stan środowiska naturalnego oraz aspekty gospodarcze w wymiarze globalnym.

Usuwanie zanieczyszczeń z gleb

Możliwe sposoby:

PUSTYNNIENIE I STEPOWIENIE

Zjawisko pustynnienia polega na degradacji ziemi na obszarach suchych, półsuchych i półwilgotnych. Spowodowane jest ono m.in. anomaliami klimatycznymi. Jednak duże znaczenie ma też działalność człowieka – wycinanie olbrzymich obszarów leśnych (szczególnie wilgotnych lasów równikowych), nadmierny wypas zwierząt hodowlanych, niewłaściwa uprawa ziemi, powodująca jej wyjałowienie, złe techniki nawadniania.
Zjawisko degradacji gleb dotyczy obecnie ponad jednej trzeciej wszystkich terenów rolniczych na Ziemi. Jest problemem globalnym, ale jego skutki najbardziej odczuwają słabo rozwinięte kraje “biednego Południa” (często przyczynia się tam do klęski głodu).

Pustynnienie może być procesem całkowicie naturalnym, z reguły zachodzącym w wolnym tempie w warunkach klimatu suchego i gorącego, ale też na znacznych obszarach Ziemi jest procesem antropogenicznym.

W wielu regionach świata zaznacza się nakładanie się na siebie skutków procesów naturalnych, jak i tych związanych z działalnością człowieka. Przykład taki stanowi region Sahelu, w którym od lat 60. XX w. nastąpiło silne osuszenie klimatu, co odbiło się na wzroście tempa negatywnych procesów degradacji środowiska Ziemi wywołanych działaniami człowieka.

Wśród wielu definicji pustynnienia, niektóre wydają się dopełniać inne są całkiem odmienne. Wszystkie jednak wymieniają następujące cechy:

Przyczyny pustynnienia:

-przeznaczenie obszarów leśnych pod uprawę,

-wypalanie roślinności pod uprawę, w celu użyźnienia gleby

-niszczenie nielicznych drzew i krzewów, związane z nadmiernym zapotrzebowaniem na drewno opałowe,

-zbyt intensywna uprawa ziemi (prowadzi do dość szybkiego wyjałowienia gleb)

-nadmierny wypas bydła, owiec i kóz,

Oblicza się, że aktualnie aż 7% powierzchni lądów zajmują te pustynie, do powstania których przyczynił się człowiek (Kassas,1991).

Przyczyny pustynnienia:

Skutki pustynnienia:

-spadek wartości gleb związany ze spadkiem składników organicznych decydujących o jej urodzajności,

-spadek produkcji biomasy,

-spadek dostępności dodo zasobów wodnych,

-niekiedy powstawanie rozległych pustyń, włącznie nawet ze zwydmieniem obszaru.

Różne definicje koncentrują się na odmiennych cechach:

ZWALCZANIE DEGRADACJI GLEBY I PUSTYNNIENIA W EUROPIE ŚRODKOWEJ I WSCHODNIEJ

Wiele obszarów regionu Europy Środkowej i Europy Wschodniej, zwłaszcza na południu, należy do strefy półsuchej lub półwilgotnej, np. Armenia, Azerbejdżan, Bułgaria, Gruzja, Mołdawia, Rumunia, Rosja i Ukraina, a także częściowo Węgry. Poziom degradacji gleby jest wysoki w wielu krajach tego regionu, a w rejonie Adriatyku nawet bardzo wysoki. Przyczyną tego procesu jest erozja wietrzna i wodna. Reformy gospodarcze w tych krajach muszą eliminować praktyki niezgodne ze strategią zrównoważonego rozwoju. Dotyczy to przede wszystkim rolnictwa ze względu na degradację gleb uprawnych wynikającą m.in. z niewłaściwych melioracji, zanieczyszczenia wód, zasolenia i niedoboru wody. Poważnym problemem jest także wylesianie i pożary lasów. Konwencja w sprawie zwalczania pustynnienia (UNCCD) przewiduje dla tej grupy krajów nawiązanie ścisłej współpracy m.in. w zakresie badań naukowych, gromadzenia i wymiany informacji, transferu technologii, szkoleń, ograniczania skutków suszy, rekultywacji zdegradowanych obszarów i ograniczenia wykorzystywania obszarów uprawnych na cele nierolnicze i nieleśne oraz monitoringu wykorzystywania zasobów wodnych, zwłaszcza w obszarach przygranicznych. Na poziomie krajowym Konwencja UNCCD przewiduje przygotowanie krajowych programów zwalczania pustynnienia. Programy takie już przygotowały i wdrażają m.in. Armenia, Gruzja, Mołdawia i Rumunia. Inne kraje regionu są w takcie opracowywania takich programów.

PUSTYNNIENIE NA ŚWIECIE

Afryka
Afryka to kontynent w największym stopniu dotknięty procesem pustynnienia. Aż 2/3 powierzchni Afryki stanowią pustynie bądź suche gleby. Blisko 3/4 wysuszonych terenów rolniczych uległo degradacji.
Azja

Na rozległym (4,3 miliarda hektarów) kontynencie azjatyckim pustynnienie przybiera wiele różnych form. 1,7 miliarda hektarów stanowią gleby półwilgotne, półsuche i suche, obejmujące pas od wybrzeża Morza Śródziemnego aż do brzegów Pacyfiku. Do obszarów, które uległy degradacji zalicza się m.in.: piaszczyste wydmy Syrii, strome zbocza Nepalu oraz wylesione tereny wysokogórskie w Laos. Zróżnicowane potrzeby tych terenów wymagają indywidualnego podejścia i osobnej analizy.

Ameryka Łacińska i Karaiby

1/4 terenu Ameryki Łacińskiej i Karaibów stanowią pustynie i suche gleby. Rozciągają się one od południowych wybrzeży Ekwadoru, przez linię brzegową Peru, aż do północnej części Chile. Ponadto, Peru, Boliwia, Chile i Argentyna położone są na wysuszonym płaskowyżu w Andach Środkowych (Altiplano). Problem wysuszonych gleb dotyka również Karaiby, a zwłaszcza ich wschodnie wyspy, gdzie zjawisko erozji jest coraz powszechniejsze.

Północne wybrzeże basenu Morza Śródziemnego

Region ten charakteryzuje się bardzo zróżnicowanym krajobrazem. Większość terenu zajmują gleby półsuche. Sezonowo występują tu susze bądź silne opady deszczu. Często degradacja gleb to wynik nieprawidłowych praktyk rolniczych, związanych np. ze zbyt intensywnymi uprawami.

Europa Środkowa i Wschodnia

Degradacja gleb, pustynnienie oraz susze dotykają wiele obszarów Europy Środkowej i Wschodniej. Klimat większości tego regionu (Armenii, Azerbejdżanu, Bułgarii, Gruzji, Republiki Mołdawii, Rumunii, Federacji Rosyjskiej i Ukrainy) jest uznawany za półwilgotny, a na niektórych obszarach, zwłaszcza wzdłuż pólnocno-zachodniego wybrzeża Morza Czarnego i Kaspijskiego, za półsuchy. Poziom degradacji gleb w Europie Środkowej i Wschodniej jest wysoki, a wzdłuż Adriatyku bardzo wysoki.

ZASOLENIE I ZAKWASZENIE GLEB

ZASOLENIE GLEBY

Nadmierne stężenie soli występuje ~7 % powierzchni lądów (930 mln ha)

Do 2050r o dalsze 77 mln ha powiększy się obszar dotknięty zasoleniem

Środowiska naturalnie zasolone:

Pochodzenia antropogenicznego:

Na skutek nadmiernej koncentracji soli w roztworze glebowym utrudniającej lub uniemożliwiającej pobieranie wody przez rośliny. Zależy od ilości wody w glebie, stąd jest zjawiskiem zmiennym w czasie. Negatywna reakcja roślin na nadmiar sili (więdnięcie) występuje pow. stężenia 0,3%, a pow. 0,5% rośliny zamierają (wyjątek słonorośla).

Zasolenie wywołują: chlorki, siarczany, węglany sodu, potasu. Zjawisko to w Polsce wystąpić może w czerwcu-lipcu, widoczne na liściach drzew przydrożnych.

ZASOLENIE I AKUMULACJA SODU

Czym jest zasolenie i akumulacja sodu

Zasolenie polega na gromadzeniu się w glebie rozpuszczalnych w wodzie soli. Są to sole potasu (K+), magnezu (Mg2+), wapnia (Ca2+), chloru (Cl-), sodu (Na+), siarczany (SO42-), węglany (CO32-) i dwuwęglany (HCO3-). W języku angielskim występuje oddzielny termin oznaczający akumulację soli sodu w glebie (sodification). Sole rozpuszczają się i przemieszczają wraz z wodą. Podczas parowania wody sole pozostają w glebie.

Pierwotne zasolenie polega na akumulacji soli w wyniku naturalnych procesów będących efektem wysokiej zawartości soli w materiale macierzystym gleby lub w wodzie gruntowej.

Wtórne zasolenie jest efektem działalności człowieka, jak stosowanie nieodpowiednich praktyk nawadniania z wykorzystaniem wody o wysokiej zawartości soli lub niedostateczne odwodnienie gleby.

Dlaczego ważna jest walka z zasoleniem akumulacją sodu

Akumulacja soli (zwłaszcza sodu) jest jednym z głównych fizjologicznych zagrożeń dla ekosystemów. Sól zakłóca rozwój roślin ograniczając pobieranie składników pokarmowych i obniżając jakość wody, z której roślina korzysta. Ma wpływ na metabolizm organizmów glebowych, prowadząc do poważnego obniżenia żyzności gleby. Wysoki stopień zasolenia gleb powoduje obumieranie roślin z powodu wzrostu ciśnienia osmotycznego i toksycznego działania soli.

Nadmiar sodu niszczy strukturę gleby, która traci zdolność do podtrzymywania zarówno wzrostu roślin, jak i życia zwierząt ze względu na brak tlenu.

Zasolenie zwiększa nieprzepuszczalność głęboko położonych warstw gleby, sprawiając, że ziemia nie nadaje się pod uprawę.

Przyczyny

Czynniki prowadzące do nadmiernej akumulacji soli w glebie mogą mieć charakter naturalny bądź antropogeniczny.

Czynniki środowiskowe (naturalne) powodujące zasolenie lub akumulację soli sodowych:

• wydarzenia geologiczne, które mogą powodować wzrost stężenia soli w wodach gruntowych i co za tym idzie w glebach;

• czynniki naturalne, które mogą kierować bogatą w sole wodę gruntową na powierzchnię, blisko powierzchni lub do warstw gleby powyżej zwierciadła wód gruntowych;

• wyciek wód gruntowych na obszary położone poniżej poziomu morza, tj. mikrodepresje, z których odpływ wody jest niewielki bądź nie ma go w ogóle;

• wody spływające z obszarów o podłożach geologicznych, które uwalniają duże ilości soli;

• działanie wiatru, który na obszarach przybrzeżnych może nanieść sole w głąb lądu.

Naturalnymi czynnikami mającymi wpływ na zasolenie gleb są klimat, materiał macierzysty gleby, pokrycie gleby, rodzaj roślinności i topografia.

Czynniki będące skutkiem działalności człowieka, które mogą prowadzić do zasolenia lub akumulacji sodu:

• nawadnianie wodą bogatą w sole;

• podnoszenie poziomu zwierciadła wody w wyniku działalności człowieka (filtracja z otwartych kanałów i zbiorników, nierównomierne rozprowadzenie wody służącej do nawadniania przez systemy nawadniające, złe praktyki nawadniania, nieodpowiednie odwodnienie);

• stosowanie nawozów i innych substancji, zwłaszcza w sytuacji, gdy grunty, na których prowadzona jest intensywna uprawa, mają słabą przepuszczalność i ograniczone możliwości wypłukiwania;

• stosowanie do nawadniania ścieków o wysokiej zawartości soli;

• rozprowadzanie na glebach ścieków o wysokiej zawartości soli;

• zanieczyszczenie gleb wodami o wysokiej zawartości soli i produktami ubocznymi przemysłu.

Najsilniej oddziałującymi czynnikami będącymi skutkiem działalności człowieka są: użytkowanie gruntów, systemy gospodarki rolnej, gospodarowanie gruntami i degradacja gruntów. Zarówno nieodpowiednie praktyki nawadniania (takie jak stosowanie do nawadniania wody o wysokiej zawartości soli), jak i niedostateczne odwodnienie powodują zasolenie.

Zasolenie i akumulacja sodu często występują na obszarach nawadnianych, na których suma opadów atmosferycznych jest niska, wskaźnik ewapotranspiracji wysoki lub na których właściwości granulometryczne gleby utrudniają wypłukiwanie soli, która w efekcie osadza się na warstwach wierzchnich. Nawadnianie wodą o wysokiej zawartości soli drastycznie pogłębia problem.

Na obszarach przybrzeżnych zasolenie może wiązać się z nadmierną eksploatacją wód gruntowych ze względu na potrzeby nasilającego się procesu urbanizacji, rozwijającego się przemysłu i rolnictwa. Nadmierny pobór wód gruntowych może powodować obniżenie normalnego zwierciadła wody i doprowadzić do intruzji wody morskiej.

Miejsce i zasięg

Zasolenie jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych na Ziemi procesów degradacji. W Europie zasolone gleby występują na Węgrzech, w Rumunii, Grecji, we Włoszech i na Półwyspie Iberyjskim. W krajach skandynawskich usuwanie oblodzenia z dróg przy użyciu soli może doprowadzić do lokalnie występujących przypadków zasolenia.

W UE powierzchnia gleb zasolonych wynosi około 1-3 milionów hektarów. Uważa się, że zasolenie jest główną przyczyną pustynnienia, a zatem groźną formą degradacji gleby. Wraz ze wzrostem temperatury i spadkiem charakterystyki opadowej klimatu na przestrzeni ostatnich lat, problem zasolenia gleb w Europie pogłębia się.

Związki z innymi procesami degradacji gleby lub kwestiami środowiskowymi

Zasolenie znacznie obniża jakość gleby i pokrywę roślinną. Ze względu na zniszczenie struktury gleby, gleby słone i sodowe znacznie łatwiej ulegają erozji wodnej i wietrznej. Gdy degradacja gruntów występuje na obszarach suchych, półsuchych i umiarkowanie wilgotnych, wówczas zjawisko to nosi nazwę pustynnienia. Zasolenie prowadzi do efektów pustynnienia, jakimi są utrata żyzności gleby, zniszczenie struktury gleby, zagęszczenie i zaskorupienie gleby.

Zasolenie gleby – nadmierne nagromadzenie substancji odżywczych (soli nieorganicznych) w glebie jest jedną z częstszych przyczyn powodujących niedorozwój a nawet obumieranie rośliny.

Widzialne objawy zasolenia:
- biały (do żółtego) nalot na ziemi,
- więdnięcie rośliny pomimo podlania,
- okresowe więdnięcie i odpadanie liści,
- zahamowanie wzrostu,
- nie zwarty pokrój rośliny.

Niewidzialne objawy:
- redukcja systemu korzeniowego,
- utrata odporności na inne choroby i szkodniki,
- niedobory składników odżywczych.

ZAKWASZENIE GLEB

Rośliny żyją w określonym zakresie (uprawne przeważnie 6-7 pH), żadna nie żyje poniżej 3 pH.

Przyczyny zakwaszenia gleb Polski:

- Klimat – przewaga opadów nad parowaniem

- Ubywanie związków zasadowych poprzez ich zabieranie z plonami

- Procesy glebotwórcze (bielicowanie, wymywanie, przemywanie)

- Opady o niskim pH („kwaśne deszcze”) – SOx, NOx

- Nawozy mineralne (siarczan amonu, superfosfat)

- Charakter skał glebotwórczych

Przyczyny zakwaszenia gleb

Przyczyny naturalne

Antropogeniczne przyczyny

saletrzano-amonowych, amidowych,

Skutki zakwaszenia gleby

Przyczyny zakwaszania gleb w ujęciu ilościowym

1. Przyczyny zakwaszania gleb można podzielić na przyrodnicze i antropogeniczne.

Na przyczyny przyrodnicze składa sie całość czynników decydujących o procesie glebotwórczym to znaczy czynniki geologiczne, biogeochemiczne i klimatyczne. Układ tych czynników w Polsce był wyjątkowo nie sprzyjający z punktu wiedzenia procesów prowadzących do zakwaszania gleb i stad największy w Europie udział gleb kwaśnych w naszym kraju.

2. Czynniki antropogeniczne polegają na oddziaływaniu człowieka w sferze zarówno aktywności rolniczej jak i przemysłowej oraz komunikacyjnej. Ocenia sie obecnie, że ze wszystkich źródeł antropogenicznych dostaje sie rocznie do gleby około 5 kmolH+, to znaczy jonów H+ na użytków rolnych. Do zobojętnienia tej ilości czynnika zakwaszającego jakim są jony H+ należałoby zastosować 2,5 kmolCaO ( połowę bo wapń jest dwuwartościowy Ca2+) to znaczy czynnika zobojętniającego jakim jest CaO. Opad jonów H+ (a ściślej równoważnika jonów H+) pochodzi z czterech głównych źródeł : amoniaku NH3, tlenków azotu NOx, dwutlenku siarki SO2 i nawozów azotowych.

3. Główna przyczyna zakwaszenia gleb w Polsce są czynniki naturalne to znaczy proces glebotwórczy przebiegający pod wpływem kolejnych zlodowaceń. Proces zakwaszania postępuje nadal, ale główna obecnie jego przyczyna są czynniki antropogeniczne zarówno w sferze rolnictwa jak i sferze pozarolniczej. W przybliżeniu można oszacować, ze dla zrównoważenia rocznego dopływu czynników zakwaszających należałoby stosować ok. CaO na użytków rolnych. Za te ilość czynników zakwaszających odpowiada w ok. 60 % samo rolnictwo i w około 40 % przemysł i komunikacja.

HYDROSFERA

BILANS WODNY

Cykl hydrologiczny - naturalny obieg wody na Ziemi. Obejmuje on procesy zachodzące zarówno w atmosferze takie jak: parowanie, kondensacja, opady, transport wilgoci; biosferze: pobieranie wody i jej oddawanie w procesie oddychania czyli transpiracji, jak i w litosferze: wsiąkanie, spływ podziemny i powierzchniowy. W cyklu hydrologicznym wyróżnia się obieg duży i mały. Tylko część wody na kuli ziemskiej podlega cyklowi hydrologicznemu. Znaczne jej ilości są okresowo (w skali procesów geologicznych) wyłączone z obiegu (retencja). Do wody wyłączonej z obiegu zalicza się: lodowce i pokrywy śnieżno-lodowe - zwłaszcza na biegunach wodę głębinową w jeziorach, morzach i oceanach głębinowe wody podziemne Przez obieg duży rozumie się procesy zachodzące w skali globalnej i mające wpływ na ogólny bilans wody. Jest to :parowanie z oceanów kondensację w atmosferze przemieszczanie się pary wodnej nad kontynenty opad na lądy wsiąkanie spływ podziemny i powierzchniowy, ponownie zasilający oceany Obieg mały, to lokalna cyrkulacja wody nie wpływająca znacząco na globalny bilans wody: W obrębie oceanów jest to: parowanie kondensacja opad W obrębie kontynentów: parowanie kondensacja opad wsiąkanie odpływ

Bilans wodny - jest to zestawienie obiegu wody w przyrodzie na poszczególnych obszarach (np. dorzecze, zlewisko itd.), z rozróżnieniem na przychody i rozchody (odpływy). Mierzy się go, biorąc pod uwagę ilość opadów na danym terenie, odpływ powierzchniowy i podziemny z danego terenu, parowanie.

Retencja wodna - zdolność do gromadzenia zasobów wodnych i przetrzymywania ich przez dłuższy czas w środowisku biotycznym i abiotycznym. W lesie mamy do czynienia m.in. z retencją szaty roślinnej, retencją glebową i gruntową, śnieżną, depresyjną, zbiorników i cieków wodnych. W pewnym uproszczeniu pod pojęciem małej retencji rozumie się zdolność do gromadzenia wody w małych zbiornikach naturalnych i sztucznych oraz wody podpiętrzane w korytach niewielkich rzek i potoków, w kanałach i rowach. Celami małej retencji wodnej w lasach są przede wszystkim:Poprawa uwilgotnienia siedlisk leśnych poprzez podniesienie lustra wody gruntowej na terenach bezpośrednio przyległych do zbiornika lub urządzenia piętrzącego; Zmiana szybkiego (wybitnie niekorzystnego) odpływu wód powierzchniowych z terenu lasu na spowolniony odpływ gruntowy; Urozmaicenie i wzbogacenie środowiska leśnego (m.in. różnorodności)Woda dostępna dla zwierzyny leśnej, ptactwa, owadów i innej fauny;Woda do ochrony przeciw pożarowej lasu; Woda do celów gospodarczych np. deszczownie przy szkółkach leśnych; Poprawa warunków dla rekreacji i wypoczynku ludności.

Obieg wody w przyrodzie - topnienie zamarzanie skraplanie parowanie sublimacja resublimacja, bierze w nim udział ok. 0,03% wody na Ziemi. Więcej informacji na temat obiegu wody znajdziesz tu.

Bilans wodny - jest to zestawienie strat i zysków wody w ciągu roku hydrologicznego (od listopada do października)

Zyski wodne:

 - Opady atmosferyczne

 - Pozostałości z poprzedniego okresu

 - Dopływ powierzchniowy lub podziemny z sąsiednich terenów.

Straty wodne

 - Parowanie

 - Wsiąkanie

 - Odpływ powierzchniowy i podziemny do sąsiednich terenów

OBIEG WODY

W przyrodzie ilość wody pozostaje stała, ale podlega ona nieustannemu krążeniu, ponieważ w naturalnych warunkach ma możliwość przechodzenia pomiędzy swoimi trzema stanami skupienia. Zdecydowaną większość wody gromadzą morza i oceany, natomiast lądy mogą wodę otrzymać z atmosferycznych opadów. Jeśli chodzi o wody opadowe, to część z nich wyparowuje, kolejna część na skutek powierzchniowego spływu może zasilić cieki wodne, by następnie znaleźć się ostatecznie w morzach i oceanach, natomiast reszta wsiąka do gruntów, zasilając w ten sposób wody gruntowe. Zatrzymywana w glebie woda powoduje zwiększenie jej wilgotności. Proces parowania wody, czyli tak zwana ewapotranspiracja, może zachodzić z powierzchni zbiorników wodnych, z gleby, ale również z żywych organizmów, szczególnie z roślin (proces transpiracji). Do atmosfery przedostaje się para wodna, natomiast do jej powrotu na ziemię dochodzi wraz z padającym deszczem (lub śniegiem). W ten sposób skrótowo przedstawić można cykl hydrologiczny, czyli krążenie wody zachodzące w przyrodzie.

Istnieje pewna równowaga pomiędzy ilością wody parującej a opadowej, na czym opiera się tak zwany bilans wodny. Jest to nic innego, jak zrównoważenie przybytków oraz ubytków wody pojawiających się na pewnej określonej przestrzeni oraz w określonym czasie. Taki bilans może zostać sporządzony zarówno dla kontynentu w całości, jak i dla poszczególnych elementów: dla lądu, morza, zlewni, dorzecza, administracyjnych obszarów. Bilans wodny może zostać wykonany dla wielu lat, natomiast najkrótszy okres bilansowy to jeden rok, ale jest to tak zwany rok hydrologiczny (trwający od 1 listopada do 31 października).

Bilans Pencka jest podstawowym typem bilansu:

Krążenie wody w przyrodzie uznaje się za obieg zamknięty, w którym w ciągu roku wymianie ulega ok. 510 tys. km3 wody.
Uczestniczące w obiegu wody mogą być z niego na pewien czas wyłączone, np. przez zatrzymanie w pokrywie śnieżnej i lodowej lub pod powierzchnią ziemi. Okresowe wyłączenie wody z obiegu nazywamy retencją.
Straty wody w wyniku parowania są w skali świata równoważone opadami atmosferycznymi. Zestawienie zysków i strat wody na określonym obszarze w ciągu roku nazywamy bilansem wodnym.

W bilansie wodnym obszaru uwzględnia się:
– po stronie zysków:
• opady atmosferyczne,
• kondensację pary wodnej w postaci osadów,
• zasoby wodne z poprzedniego okresu (wody zretencjonowane),
• spływ powierzchniowy z sąsiednich obszarów,
• podziemne przesiąkanie wody z sąsiednich obszarów;
– po stronie ubytków:
• straty spowodowane parowaniem,
• odpływ powierzchniowy na inne obszary,
• podziemne przesiąkanie do sąsiednich obszarów,
• zasoby pozostawione na okres następny (retencja).
Obszary, na których ilość wody po stronie zysków jest większa niż jej straty w ciągu roku, mają dodatni bilans wodny. Nadwyżki gromadzone są głównie w jeziorach i pod powierzchnią ziemi oraz odpływają rzekami do mórz.
Na suchych, pustynnych obszarach, gdzie roczna suma opadów jest mniejsza niż potencjalne parowanie, bilans wodny jest ujemny.

ZASOBY WODNE ŚWIATA I POLSKI

Gospodarka wodna.

Na Ziemi wody zajmują powierzchnię 510 000 km2.

W Polsce przypada na jednego mieszkańca około 1500 m3wody na rok.

Polska zajmuje 22 miejsce, biorąc pod uwagę 26 krajów europejskich, pod względem ilości wody na jednego mieszkańca.

Obecnie pobór wody w Polsce wynosi 12 km3.

Zużycie wody.

Średnie dzienne zużycie wody na jedną osobę to:

Przeciętnie mieszkaniec miasta wykorzystuje: 68% toaleta,

20% higiena osobista,

20% posiłki,

15% inne.

Dostępność czystej wody na świecie

Powyżej 1 miliarda, na 6 miliardów ludności zamieszkujących obecnie ziemię, nie ma dostępu do wody.

Około 2,5 miliarda osób, czyli powyżej 1/3 ludzkości, nie ma również możliwości korzystania z urządzeń sanitarnych zaopatrzonych w wodę.

ŚWIATOWE ZASOBY WODNE

Dla dokładnego wyjaśnienia gdzie i ile jest wody na Ziemi, spójrzmy na poniższy rysunek i dane. Zauważmy, że całkowita objętość wody na Ziemi wynosi około 1,386 mln km3 (332.5 mln mi3), z czego 96% to wody słone. Wody słodkie w 68% zmagazynowane są w lodach i lodowcach. Pozostałe 30% wód słodkich znajduje się pod ziemią. Powierzchniowe zasoby słodkiej wody, w rzekach czy jeziorach, wynoszą około 93,000 km3 (22,300 mi3), co stanowi zaledwie 1/150% całkowitych zasobów wodnych Ziemi. A mimo to rzeki i jeziora są podstawowym źródłem wody w codziennym życiu człowieka.

ZASOBY WODNE

„Zasoby wodne – wody dostępne lub te które mogą być dostępne do wykorzystania w regionie, oznaczonej ilości i jakości w ciągu danego okresu przy określonych potrzebach”.

Zasoby wodne odnoszą się do konkretnego naturalnego obszaru (np. zlewni) lub regionu administracyjnego (województwa, kraju). Mówimy wówczas o zasobach wodnych np. zlewni rzeki Prosny do przekroju Bogusław lub zasobach wodnych wielkopolski czy Danii. Precyzować należy również okres czasu dla jakiego rozpatrujemy te zasoby (np. zasoby wodne w danym miesiącu, w sezonie wegetacyjnym lub okresie rocznym). Zasoby wodne dzieli się w zależności od ich użytkowania, mówimy o zasobach wodnych możliwych do wykorzystania np. w rolnictwie lub leśnictwie.

Zasoby wodne określa się za pomocą następujących charakterystyk przepływu:

W przypadku regionów administracyjnych ich granice rzadko pokrywają się z naturalnymi wododziałami wówczas na ogólne zasoby wód rzecznych składa się suma wartości przepływu w regionie i dopływu wód rzecznych. Naturalne zasoby wodne to ogół wód powierzchniowych i podziemnych, czyli odpływ rzeczny charakteryzowany za pomocą średniego odpływu całkowitego z wielolecia. Wody powierzchniowe i podziemne stanowią integralną część bilansu wodnego rozpatrywanego w ramach cyklu hydrologicznego (Rys. 2.1 za Mikulski „Gospodarka Wodna” PWN 1998)

Na zasoby wodne składają się trzy rodzaje wód: opady i osady atmosferyczne, wody podziemne i powierzchniowe objęte rocznym cyklem hydrologicznym.

Opady i osady atmosferyczne – dostarczają wody bezpośrednio do odbiorcy – konsumenta którym jest rolnictwo i leśnictwo. Dopiero czasowy niedobór opadów sprawia, że te gałęzie gospodarki sięgać muszą po inne zasoby wodne.

Wody podziemne głębokie – przeznaczone są zgodnie z prawem wodnym do zaopatrzenia ludności, głównie do celów konsumpcyjnych; pobór tych wód nie może naruszać równowagi hydrodynamicznej (tj. trwale obniżać poziomu wodonośnego).

Wody powierzchniowe – to roczna wielkość odpływu rzecznego pochodząca z odpływu powierzchniowego i gruntowego (wody podziemne płytkie, czwartorzędowe, zasilające wody powierzchniowe), a także odpływu z jezior są przeznaczone głównie dla przemysłu i do nawodnień.

Podstawę obliczania zasobów wodnych danego obszaru stanowi odpływ rzeczny w ciągu roku, jako wartość podlegająca cyklicznej odnowi. Jako miarodajną ogólną wielkość odpływu rzecznego przyjmuje się średnią wieloletnią , zwracając uwagę na jednorodność serii obserwacyjnej. Często przyjmuje się 30-letnie serie obserwacji klimatologicznych.

ZASOBY WODNE KULI ZIEMSKIEJ

Pod względem ilościowym ogólna objętość zasobów wodnych jest wystarczająca do pokrycia aktualnych i przyszłych potrzeb wodnych. Ograniczenia w pokryciu potrzeb wodnych wynikają z dwóch przyczyn:

-złej jakości wody

-niekorzystnego rozmieszczenia zasobów wodnych na kuli ziemskiej (niewystarczające zasoby wodne notuje się w odniesieniu do 20% użytkowników miejskich i 75% użytkowników wiejskich)

Woda słodka to jedynie 2, 6% (35 mln km3) zasobów wodnych. Odpływ rzeczny globu ziemskiego (zasoby wodne brutto) wynosi zaledwie 21 000 km3. Szczegółowe zestawienie zapasów wodnych kuli ziemskiej przedstawiono w tabeli Bilans wodny kuli ziemskiej obejmuje ogółem 577 000 km3 wody

Każdego roku ok. 47 tys. km3 wody odpływa z lądów do mórz i oceanów, ale tylko ok. 13,5 tys. km3, w tym 2 tys. km3 wód gruntowych jest łatwo dostępne dla ludzi. Konsumpcja wody stanowi ok. 20 % tej wielkości. Występuje duże zróżnicowane w zasobności poszczególnych regionów i krajów w wodę, co jest spowodowane czynnikami fizycznymi, socjalno-ekonomicznymi i politycznymi.

Zaproponowany przez Falkenmarka wskaźnik zagrożenia deficytem wody bazuje na minimalnym poziomie zapotrzebowania na wodę na mieszkańca, umożliwiającym odpowiednią jakość życia i rozwój gospodarczy. Z punktu widzenia gospodarstwa domowego niezbędne dobowe minimum na osobę wynosi . Jeżeli uwzględnić potrzeby rolnictwa,, przemysłu i energetyki wielkość ta powinna być od 5 do 20 razy większa. Jako próg odnawialnych zasobów wodnych powodujących jedynie sporadyczne zagrożenie lokalnymi niedoborami wody ustalono na osobę.

Polska zalicza się do krajów o niewielkich zasobach wodnych wynoszących w przeliczeniu na mieszkańca ok. . W latach suchych wskaźnik ten spada nawet poniżej . Według oceny Międzynarodowego Programu „Populacja i Środowisko” dokonanej w 1993 roku Polska zajęła wśród 100 analizowanych krajów 72 miejsce i zakwalifikowana została jako jedyny kraj europejski zagrożony deficytem wody. To zagrożenie potęguje jeszcze nie najlepsza jakość wody w naszych rzekach.

ZASOBY WODNE POLSKI

Bilans wodny Polski w roku średnim przedstawia się następujaco:

I Zasilanie:

Opady

– 187,2 km3 (97,3%)

Dopływ rzekami spoza granic Polski

– 5,2 km3 (2,7%)

Razem

- 192,4 km3 (100%)

II Rozchód:

1. Odpływ rzekami do morza

a) powierzchniowy bezpośredni

- 24,6 km3 (12,9%)

b) powierzchniowy pośredni

- 34,0 km3 (17,7%)

Razem odpływ rzekami

- 58,6 km3 (30,6%)

2. Parowanie terenowe i transpiracja

- 133,8 km3 (69,4%)

Razem

- 192,4 km3 (100%)

Wartości składników bilansu wodnego są zdarzeniami losowymi i w kolejnych latach zmieniają się w zależności od warunków klimatycznych i hydrologicznych. W latach skrajnych (suchych lub mokrych) wartości składników bilansu wodnego odbiegają od wartości średnich z wielolecia. Obrazuje to tabela 2.3.

Cechą charakterystyczną zasobów wodnych jest ich losowość, wynikająca przede wszystkim z losowego przebiegu warunkujących je zjawisk atmosferycznych. Odpływ z dowolnie położonego obszaru można traktować jako stacjonarny proces stochastyczny o parametrach podlegających cykliczności rocznej. Losowość procesów hydrologicznych powoduje, że podlegające użytkowaniu zasoby dyspozycyjne są znacznie mniejsze od wartości nominalnych. Wynika stąd trudność w dostosowaniu się np. rolnictwa do warunków zmienności opadów, a powoduje konieczność korzystania z zabiegów melioracyjnych (nawadniania, odwadniania).

Opady półrocza zimowego stanowią 37,5% rocznej sumy opadów, letnie zaś 62,5%. Zmienność czasowa opadów w wieloleciu waha się na ogół w granicach 70% - 130% wartości średniej z wielolecia. Najniższy odpływ roczny wystąpił w 1954 roku i wynosił 37,6 km3 (61% odpływu średniego z wielolecia), najwyższy zaś w 1981 (146%). Stosunek maksimum do minimum odpływu wynosi 2,4 co wskazuje na dużą zmienność odpływu rocznego. Stosunek wielkości odpływu do opadu wynosi w Polsce średnio 0,278, tzn. że zaledwie 28 % opadów odpływa z terenu kraju.

Objętości wody zmagazynowane na obszarze Polski:

- jeziora naturalne - 33,0 km3

- zbiorniki wodne - 3,07 km3

- stawy rybne - 0,60 km3

- rzeki przy stanie średnim - 1,30 km3

Razem: 37,97 km3

Potrzeby Polski w zakresie pojemności zbiorników szacuje się na około 7 km3, w tym rezerwa powodziowa tych zbiorników winna wynosić ok. 1,5 – 2,0 km3.

PODZIAŁ ZANIECZYSZCZEŃ WÓD ŹRÓDŁA I CHARAKTERYSTYKA

Główne pojęcia dotyczące zanieczyszczeń wody

Zanieczyszczenia wody-to niekorzystne zmiany właściwości fizycznych, chemicznych i bakteriologicznych wody.

Jakość wody-charakteryzują właściwości fizyczne, chemiczne i bakteriologiczne.

Ścieki-wody zużyte przez gospodarstwa domowe i zakłady przemysłowe.

Zużycie wody-to pobieranie wody do celów własnych lub społecznych. Mierzymy je za pomocą wodomierza bądź według własnych obliczeń. Wynik podajemy w m3albo w litrach.

PODZIAŁ ZANIECZYSZCZEŃ

Ze względu na pochodzenie :

naturalne-np. zasolenie, zanieczyszczenie związkami żelaza;

sztuczne-np. pochodzące ze ścieków, spływy z terenów rolniczych, składowisk odpadów komunalnych;

Ze względu na stopień szkodliwości:

bezpośrednio szkodliwe–fenole, kwasy cyjanowodorowy, kwas siarkowy i siarczany, kwaśne deszcze;

pośrednio szkodliwe-takie, które prowadzą do zmniejszenia ilości tlenu w wodzie poniżej poziomu niezbędnego do utrzymania przy życiu organizmów wodnych.

Wg kryterium trwałości zanieczyszczeń:

rozkładalne-np. ścieki domowe

nierozkładalne–np. sole metali ciężkich

trwałe–np. pestycydy, fenole

Ze względu na źródło:

źródła punktowe

zanieczyszczenia powierzchniowe lub obszarowe

zanieczyszczenia ze źródeł liniowych lub pasmowych

Zanieczyszczenia wód lądowych

Zanieczyszczenia organiczne-mieszaniny związków rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych.

Zanieczyszczenia nieorganiczne-związki metali ciężkich

Ropa naftowa i oleje opałowe

ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ I ICH KRÓTKIE CHARAKTERYSTYKI

Podział źródeł zanieczyszczeń ze względu na powstawanie:

Ścieki (wody zwrotne) z systemów kanalizacyjnych (przemysłowych i komunalnych)

Stanowią główne źródło zanieczyszczeń wód, zwłaszcza powierzchniowych. Należą do nich ścieki:

-Bytowo-gospodarcze, tj. wody zużyte do celów higienicznych i gospodarczych, w gospodarstwach domowych, zakładach pracy i zakładach użyteczności publicznej. Charakteryzują się one na ogół stałym składem wynikającym z powtarzalności zabiegów higienicznych i czynności związanych z prowadzeniem gospodarstw domowych.

-Przemysłowe, tj. wody zużyte w zakładach produkcyjnych i usługowych w wyniku procesów technologicznych. Ich skład zależy od rodzaju przemysłu, materiałów stosowanych w produkcji oraz w technologii. Ten rodzaj ścieków oznacza się na ogół większym stężeniem i wyższym stopniem zanieczyszczenia od ścieków bytowo-gospodarczych.

Opadowe z terenów skanalizowanych, tj. głównie wody deszczowe i roztopowe oraz wody zużyte na polewanie ulic i placów. Ścieki te cechuje znacznie mniejsze zanieczyszczenie i niewielkie stężenie, szczególnie po pewnym czasie trwania deszczu lub roztopów.

-Wody filtracyjne (gruntowe) przedostające się do kanalizacji przez nieszczelności i pęknięcia przewodów kanalizacyjnych. Odznaczają się zwykle niewielkim zanieczyszczeniem.

Podgrzane wody chłodnicze (głównie z elektrowni cieplnych)

Podgrzane wody chłodnicze, stały się problemem w wyniku rozwoju przemysłu paliwowo-energetycznego. Podwyższenie temperatury wód powierzchniowych ma zazwyczaj wpływ na biocenozę odbiorników tych wód, choć także wpływa na ogół na wzrost tempa produkcji biologicznej (organicznej). Kumulacja materii organicznej prowadzi z kolei do wzrostu biologicznego zapotrzebowania na tlen, przy jednoczesnym zmniejszeniu jego rozpuszczalności, niedobór tlenu może być przyczyną śnięcia ryb.

Zasolone wody kopalniane

Zrzuty z zasolonych wód kopalnianych, z których większość zawiera duże stężenie chlorków i siarczanów, stanowią istotne zagrożenie dla wód płynących. Wody takie są nader uciążliwym zanieczyszczeniem dyskwalifikującym wodę do celów spożywczych i nawodnień rolniczych (zasolenie gleb) oraz do celów przemysłowych (korozja urządzeń).

Zanieczyszczenia pasmowe wzdłuż szlaków komunikacyjnych

Zanieczyszczenia te są związane z emisją spalin przez pojazdy mechaniczne. Zawierają one związki ołowiu, mogące przedostać się do wód gruntowych.

Odpływy z terenów rolniczych (nawozy i pestycydy, środki ochrony roślin)

Odpływy z terenów rolniczych stanowią najgroźniejsze źródło zanieczyszczeń obszarowych, zawierają duże ilości związków chemicznych z nawozów sztucznych i środków ochrony roślin. Są to głównie związki azotu i fosforu powodujące zwłaszcza w wodach stojących nadmierny wzrost ich żyzności, prowadzący do politrofi (przeżyźnienia). Te źródła zanieczyszczeń w zasadzie nie podlegają kontroli.

Odpływy z terenów przemysłowych (nie ujęte w systemy kanalizacyjne) oraz ze składowisk odpadów komunalnych

Składowiska takie często usytuowane są w niewłaściwym miejscu i są niedostatecznie zabezpieczone. Zanieczyszczenia te przenikają najczęściej do wód gruntowych, a wraz z nimi przedostają się do wód powierzchniowych. Do najszkodliwszych zanieczyszczeń należą tu: pestycydy i detergenty oraz produkty ropy naftowej.

Zanieczyszczenie atmosfery przedostające się do wód

Są to głównie zakwaszone opady atmosferyczne, powstałe w wyniku utlenienia dwutlenku siarki do kwasu siarkowego. Zakwaszają one biotopy wodne, co stwarza bardzo niekorzystne warunki do rozwoju życia organicznego.

Podział źródeł zanieczyszczeń ze względu na umiejscowienie

Zanieczyszczenia infiltrujące

Wiele zanieczyszczeń znajdujących się w wodach powierzchniowych, które nie zostaną z nich usunięte, czy to przy udziale człowieka czy dzięki biodegradacji, może stać się zanieczyszczeniami wód podziemnych. Dzieje się tak dzięki procesowi naturalnego przesiąkania wód do głębszych warstw gleby gdzie może dojść do spotkania się z wodami gruntowymi. Wiele zanieczyszczeń przemysłowych może się tak przemieszczać. Przykładem mogą być tutaj trwałe związki syntetycznych detergentów, które często przedostają się do wód gruntowych. Widocznym objawem tego typu zanieczyszczenia jest pian pokrywająca wodę pochodzącą ze studni. Zanieczyszczenia rolnicze również często przedostają się do wód gruntowych, wraz ze ściekami z odwadnianych terenów rolniczych lub z wodami opadowymi. Wymienić tutaj należy zarówno stosowane nawozy jak i środki ochrony roślin. Przedostające się do wód gruntowych azotany i fosforany mogą pochodzić z nawozów sztucznych. Natomiast stosowane pestycydy mogą dostarczać wielu bardzo szkodliwych i trudnych do usunięcia zanieczyszczeń.

Zanieczyszczenia wprowadzane bezpośrednio

Ostatnio coraz częściej korzysta się z odnawialnych źródeł energii, do których należy zaliczyć podziemne złoża wód termalnych. Wydobywanie tych wód jest bardzo opłacalne, wiąże się z tym jednak parę zagrożeń dla środowiska. Nie można wydobytej wody po wykorzystaniu wypuścić do powierzchniowego odbiornika. Mogłoby to spowodować zakłócenie równowagi zarówno w wodach głębinowych jak i powierzchniowych. Dlatego wody ze źródeł termalnych, o ile to możliwe, wpuszcza się z powrotem. I tu pomimo ogólnego stosowania obiegów zamkniętych może wystąpić zanieczyszczenie związkami obcymi, które spowoduje niemożność wykorzystywania tych wód w przyszłości do celów spożywczych lub jako wody pitnej.

Zanieczyszczenia organiczne

Są to zwykle mieszaniny związków rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych. Źródłem ich są wszelkiego rodzaju odpadki domowe, odchody ludzi i zwierząt oraz ścieki przemysłowe. Szczególnie szkodliwe są nowe syntetyczne związki chemiczne, odporne na rozkład biologiczny i w związku z tym stale utrzymujące się w środowisku. Do tej grupy należą syntetyczne detergenty i chlorowcopochodne węglowodorów.

-Syntetyczne detergenty są to substancje powierzchniowo czynne stosowane jako środki piorące, myjące i czyszczące. Syntetyczne detergenty, wprowadzone na rynek przed 25 laty, zastępują mydło. Ale w przeciwieństwie do mydeł, które łatwo ulegają rozkładowi biologicznemu i bez trudu dają się usuwać ze ścieków, większość syntetycznych detergentów trudno ulega 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, które okazały się jednak bardziej szkodliwe dla ryb. Dla ułatwienia działania czyszczącego detergentów dodaje się do nich fosforany, których rola w zanieczyszczeniu wody jest równie znaczna. Głównym źródłem zanieczyszczenia detergentami są gospodarstwa domowe i zakłady wykorzystujące je jako środki czyszczące. Widocznym objawem jest piana pokrywająca wodę rzek i jezior.

-Chlorowcopochodne węglowodorów są jedną z najbardziej rozpowszechnionych grup trwałych związków chemicznych. Głównymi przedstawicielami tej klasy są chloroorganiczne pestycydy oraz wielochlorowcopochodne dwufenylu.

W zanieczyszczeniu wód powierzchniowych pestycydami można wyróżnić: zanieczyszczenie chroniczne, zwykle około 1 część na 109, oraz krótkotrwałe zanieczyszczenia większymi ilościami. Źródłem zanieczyszczenia wód rzek jezior i stawów pestycydami mogą być:

Insektycydy chloroorganiczne, ze względu na swą małą rozpuszczalność w wodzie, są adsorbowane na cząstkach stałych i po pewnym czasie opadają na dno oraz są adsorbowane przez glony i inne składniki planktonu i ryby. Pestycydy występujące w małych ilościach w wodzie mogą wywierać bardzo niekorzystne działanie w skutek tendencji do gromadzenia się w materiale biologicznym. Są to również związki bardzo trudne do usunięcia z wody przeznaczonej do picia.

Wielochlorowcopochodne dwufenylu (WCD) są produkowane i stosowane jako mieszaniny złożone z 50 i więcej izomerów zawierających od 5 do 8 atomów chloru w cząsteczce. WCD są nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalne w olejach i rozpuszczalnikach organicznych. Są odporne na ogrzewanie i większość odczynników chemicznych. Jakkolwiek WCD są stosowane w przemyśle już od 60 lat nie wiadomo w jaki sposób dostają się do środowiska. Przypuszcza się że ścieki przemysłowe są głównym źródłem zanieczyszczenia, a rzeki głównym środkiem rozprzestrzeniania w środowisku. WCD, które znalazły się w środowisku są tam trwałe przez wiele lat.

Zanieczyszczenia nieorganiczne

Związki metali ciężkich są zanieczyszczeniami o znanym działaniu szkodliwym. Do najbardziej niebezpiecznych dla środowiska i człowieka ze względu na działanie i rozpowszechnianie zalicza się związki rtęci, ołowiu i kadmu.

-Rtęć (Hg). Śladowe ilości rtęci znajdują się prawie wszędzie w środowisku. Wynika to z właściwości samego pierwiastka jak i jego soli. Szkodliwe dla środowiska skutki działania rtęci wynikają jednak nie z jej rozpowszechnienia naturalnego, lecz są związane z działalnością człowieka. Skażenie wód lądowych i morskich rtęcią pochodzi przede wszystkim z ogromnego przemysłowego zastosowania tego metalu. Największe ilości rtęci zużywają fabryki chloru i alkaliów, a następnie przemysł elektrotechniczny, fabryki papieru i in. Niewielkie ilości pochodzą ze stosowania fungicydów rtęciowoorganicznych. Usuwanie odpadów przemysłowych do wody jest przyczyną wysokiej zawartości tego metalu w rybach. Objawy kumulacji rtęci w rybach wskazują na zwiększony jej poziom w wodzie. Zdarza się, że ryby nie nadają się do spożycia ze względu na duża zawartość rtęci.

-Ołów (Pb). Dawniej występowało niebezpieczeństwo zanieczyszczenia wody wodociągowej ołowiem tam gdzie zainstalowano rury ołowiowe. Głównym źródłem zanieczyszczenia ołowiem wód powierzchniowych są kopalnie rud ołowiu. Zanieczyszczenie może powstawać również przy szlakach komunikacyjnych. Występuje tam zmywanie z powierzchni terenu ołowiu powstałego ze spalania paliw, przez spływy wód opadowych.

Źródłem zanieczyszczenia związkami kadmu, miedzi i niklu są różne zakłady przemysłowe. Miedziane rury i części przewodów mogą być przyczyną zanieczyszczenia wody pitnej.

Ropa naftowa i oleje opałowe

Od kilkudziesięciu lat paliwo płynne otrzymywane z ropy naftowej w coraz większym stopniu stosowane jest zamiast węgla do celów energetycznych oraz jako podstawowy surowiec w przemyśle chemicznym. W związku z tym olbrzymie ilości ropy, olejów i benzyny transportuje się drogą morską. Zanieczyszczenie wód morskich pochodzące z transportu spowodowane jest usuwaniem do wody wszelkich odpadków olejowych podczas pracy statków oraz myciem tankowców, które zwykle odbywa się na morzu. Oblicza się, że zanieczyszczenie z tych źródeł znacznie przekracza ilości pochodzące z różnych wypadków morskich łącznie z katastrofami tankowców. W stosunku do ogólnej masy wód oceanów, obecne zanieczyszczenie ropą i olejami nie jest groźne. Oleje są usuwane z wody w wyniku różnych procesów naturalnych, których skuteczność zależy od następujących czynników: temperatury, światła słonecznego, szybkości wiatru, wysokości fali, rodzaju i ilości bakterii w wodzie oraz składu chemicznego oleju, jego ciężaru właściwego, stopnia oczyszczenia itp.

Olej wylany do wody szybko rozpościera się na jej powierzchni w postaci bardzo cienkiej warstwy. Część węglowodorów odparowuje. Obecne w ropie naftowej kwasy i sole nieorganiczne ulegają rozpuszczeniu, a pozostała część oleju zemulgowaniu. Możliwe jest wytworzenie dwóch rodzajów emulsji: oleju w wodzie i wody w oleju. Emulsje pierwszego rodzaju mieszają się z wodą i dzięki temu ulegają dużej dyspersji. Drugi rodzaj pozostaje na powierzchni dopóki nie zwiększy się jego gęstość i nie opadnie na dno. Dyspersja oleju w wodzie jest etapem poprzedzającym jego utlenianie. Rozróżnia się dwa typy utleniania: autooksydację, która zachodzi pod wpływem tlenu i światła słonecznego oraz utlenianie mikrobiologiczne. Utlenianie mikrobiologiczne jest najważniejszym procesem w oczyszczaniu wód od zanieczyszczeń olejami. Obliczono uwzględniając tylko 1/3 ogólnej powierzchni oceanów i głębokość od jako stref biologicznie czynną, że co najmniej 1011 ton oleju rocznie może ulec degradacji mikrobiologicznej. Sytuacja przedstawia się inaczej, gdy zostaną zanieczyszczone wody przybrzeżne lub gdy kierunek przeważających w danym rejonie wiatrów znosi warstwy oleju na ląd. Wówczas mogą ulec uszkodzeniu instalacje przybrzeżne, zanieczyszczone zostają porty, plaże i miejscowości wypoczynkowe. W takich wypadkach ginie zwykle wiele ptaków i organizmów wodnych.

Istnieje wiele sposobów zmniejszenia szkód z powodu zalania olejem wód przybrzeżnych:

Inne zanieczyszczenia

Niektóre zanieczyszczenia obecne w powietrzu, np. dwutlenek węgla, są absorbowane przez wody oceanów. Wiele zanieczyszczeń znajdujących się w powietrzu osiąga powierzchnię wód wraz z opadami deszczu. Zanieczyszczenie chlorowcopochodnymi węglowodorów: pestycydami i chloropochodnymi dwufenylu pochodzi z opadu pyłów, na których są one zaadsorbowane.

Wiele zanieczyszczeń, które wywołują szkodliwe skutki biologiczne, jest doprowadzanych z wodami rzek. Stały dopływ zanieczyszczonych wód rzecznych jest szczególnie niebezpieczny dla mórz względnie zamkniętych, takich jak np. Bałtyk. Wymiana wody Bałtyku z wodą oceanu jest bardzo ograniczona, co sprzyja gromadzeniu się trwałych związków chemicznych. Lokalnie stwierdza się niebezpiecznie wysokie stężenia rtęci. W Bałtyku obserwuje się już wyraźną eutrofizację. Niska temperatura tego morza bardzo zwalnia procesy samooczyszczania. W takiej sytuacji wprowadzenie każdego następnego zanieczyszczenia jest bardzo niebezpieczne dla wszystkich układów biologicznych.

Woda znajdująca się w atmosferze prędzej lub później trafia na powierzchnię ziemi. Jednak wcześniej może ona spotkać się z wieloma zanieczyszczeniami gazowymi lub pyłowymi unoszącymi się w powietrzu. Opad deszczu w rejonach przemysłowych, przelatując przez sztucznie powstałe chmury zanieczyszczeń dokonuje ich wymycia, przez co spadają one na ziemię i dostają się do gleby lub zbiorników wodnych. W ten sposób wody opadowe mogą zawierać różnorodne zanieczyszczenia. Taki też jest mechanizm powstawania kwaśnych deszczy. Wody opadowe zmywają też wiele szkodliwych substancji z dachów, ulic i placów. Z pól zmywają chemikalia stosowane w uprawie i ochronie roślin, z hałd odpadów miejskich, przemysłowych i kopalnianych zmywają i spłukują do wód powierzchniowych różne toksyczne związki. W miastach wody deszczowe zawierają coraz więcej składników szkodliwych, takich jak: oleje i smary, węglowodory zaadsorbowane na cząsteczkach sadzy i pyłów, związki ołowiu z silników spalinowych, sole stosowane do usuwania soli i śniegu z ulic głównie chlorek sodu i wapnia.

Podział źródeł zanieczyszczeń ze względu na pochodzenie

Domieszki wody

Woda, z którą mamy do czynienia, jest rozcieńczonym roztworem rozmaitych domieszek. Domieszkami wody są:

W przyrodzie najmniej domieszek zawiera woda pochodząca z opadów atmosferycznych. Jednak wbrew potocznym przekonaniom woda opadowa nie jest czysta, gdyż przechodząc przez "chmury" pyłów i gazów przemysłowych, ulega zanieczyszczeniu (stąd obecność w niej lotnych związków organicznych lub kwasu siarkowego i azotowego). Do tego dochodzi skażenie w wyniku wymywania z powierzchni np. dachu dalszych zanieczyszczeń (odchody ptaków, składniki pokrycia - związki miedzi, azbest itd.).

Najwięcej domieszek zawiera woda morska i wody podziemne. Oczywiście domieszki wody morskiej są szkodliwe dla zdrowia i woda ta nadaje się do picia dopiero po ich usunięciu. Wody podziemne mogą zawierać szkodliwe domieszki pochodzące ze złóż naturalnych (np. arsen) lub z powierzchni ziemi.

Dobrej jakości naturalna woda mineralna nie zawiera szkodliwych domieszek z powierzchni ziemi, ani też ze ścieków odprowadzanych do ziemi, gdyż naturalna woda mineralna z definicji może pochodzić tylko z dobrze izolowanych geologicznie zbiorników podziemnych powstałych we wcześniejszych okresach rozwoju naszej planety.
Woda wodociągowa, którą produkuje się z wody pozaklasowej, zawiera najwięcej szkodliwych domieszek.

Domieszki wody wodociągowej

Substancje nieorganiczne:

amoniak, chlorki, mangan, srebro, antymon, chrom (+3), miedź, tal, arsen, cyjanki, molibden, tytan, azotany, cynk, nikiel, uran, azotyny, fluorki, ołów, wanad, bar, fosfor, rtęć, żelazo, beryl, glin, selen (+4), bor, kadm, siarczany, magnez, sód

Substancje organiczne:

chlorowane alkany - dichlorometan, 1, 1, 1-trichloroetan, 1, 1-dichloroetan, tetrachlorek węgla, 1,2-dichloroetan, tetrachloroetan

chlorowane eteny - chlorek winylu, trichloroeten, 1, 1-dichloroeten, tetrachloroeten, 1, 2-dichloroeten

węglowodory aromatyczne - benzen, benzo(k)fluoranten, styren, benzo(a)piren, etylobenzen, toluen, benzo(b)fluoranten, fluoranten, benzo(ghi)perylen, indeno(1,2,3-cd)piren,ksyleny

chlorobenzeny - chlorobenzen, 1, 4-dichlorobenzen, 1, 2-dichlorobenzen, trichlorobenzeny, 1, 3- dichlorobenzen

inne - akryloamid, kwas nitrylotrójoctowy, dialkilocyna, epichlorohydryna, polichlorobifenyle, adypinian, heksachlorobutadien, tributylowy tlenek cyny

Środki dezynfekujące i produkty towarzyszące:

środki dezynfekujące - monochloramina, jod, di-i trichloramina, dwutlenek chloru, chlor

Rolnictwo

Wody opadowe mogą z terenów użytkowanych rolniczo zmywać różnego rodzaju związki, będące pozostałością po stosowanych nawozach sztucznych oraz środkach ochrony roślin. W ten sposób dostaje się do wody wiele bardzo szkodliwych i trudnych do usunięcia zanieczyszczeń. Pestycydy zawierają dużo związków posiadających właściwości silnie toksyczne, mutagenne lub teratogenne. Związki te często kumulują się w środowisku i stanowią duże zagrożenie dla zwierząt oraz człowieka.

Azotany i fosforany pochodzące z nawozów sztucznych są odpowiedzialne za powstawanie deficytu tlenowego w wodzie poprzez nadmierny rozwój glonów. Wzrost glonów w wodach bogatych w azotany i fosforany może być wprost proporcjonalny do ilości promieniowania słonecznego jakie otrzymuje woda. Intensywny wzrost glonów prowadzi do eutrofizacji zbiorników wodnych. Eutrofizacja, czyli nadmierne użyźnienie wód jest przyczyną starzenia się i obumierania jezior. W warunkach naturalnych eutrofizacja jest procesem powolnym, który może trwać setki i tysiące lat. Obecnie proces ten został gwałtownie przyśpieszony na skutek wykorzystywania jezior jako odbiorników ścieków. Dopływ substancji będących materiałem odżywczym dla glonów i innych składników planktonu przyspiesza ich wzrost. Glony szybko rosną i szybko obumierają. Martwe glony opadają na dno zbiornika i przy dostatecznym dopływie tlenu ulegają przekształceniu w związki nieorganiczne, które z kolei stają się źródłem materiału odżywczego i cały cykl się powtarza. W miarę gromadzenia się substancji organicznych i przy znacznym ich rozkładzie następuje coraz silniejsze zużycie tlenu; jego niedobór hamuje dalsze procesy mineralizacji, prowadzi do wymierania organizmów o dużym zapotrzebowaniu tlenu; gromadzi się osad denny w postaci mułu (sapropel), zbiornik wypłyca się i przekształca stopniowo w zamulony staw, a z czasem w torfowisko.

Przemysł

Zanieczyszczenia przemysłowe stanowią wielką grupę związków. Są tak samo zróżnicowane jak zróżnicowany jest przemysł. Zanieczyszczenia wód wywołane przez przemysł mogą być różnorodne. Mogą je wywoływać czynniki fizyczne jak i chemiczne. Związki chemiczne zanieczyszczające wody mogą organiczne lub nieorganiczne. Jednocześnie występuje powiązanie typu zanieczyszczenia z działalnością zakładu. Na przykład produkty odpadowe z hut i pieców mogą być m. in. źródłem fenoli. Rakotwórcze aminy aromatyczne np. beta-naftyloamina i benzydyna pochodzą z fabryk barwników, syntetycznego kauczuku i innych tworzyw sztucznych jak i przemysłu farmaceutycznego. Wymienione związki mają właściwości toksyczne, a ich usunięcie z wody wymaga specjalnych zabiegów chemicznych. Natomiast ścieki z fabryk celulozy, płyt pilśniowych itp. Mogą być szczególnie poważnym problemem ze względu na dużą zawartość związków organicznych ulegających gniciu, które łatwo mogą spowodować wyczerpanie zapasu tlenu w rzekach i jeziorach do których są odprowadzane. Podobne skutki mogą wywołać ścieki z fabryk konserw.

Skład oraz rodzaje substancji zanieczyszczających wody

Do najczęściej występujących antropogenicznych zanieczyszczeń wód powierzchniowych należą: *pestycydy, *substancje powierzchniowo czynne, *węglowodory ropopochodne, *fenole, *chlorowe pochodne bifenylu oraz metale ciężkie: ołów, miedź, chrom, kadm, rtęć i cynk, a także wody podgrzane.

Skutki zanieczyszczeń wody

1. Odtlenianie wody

2. Fizyczne zanieczyszczenie zbiornika

3. Nieprzyjemny smak i zapach wody

4. Bezpośrednie działanie trujące

5. Oddziaływanie pobudzające rozwój organizmów wodnych

6. Obumieranie flory i fauny wodnej

Sposoby ochrony wody

Jak chronić posiadane zasoby wodne by nie doprowadzić do pogorszenia stanu wód i dalszego drastycznego wodnego ubożenia Ziemi? Należy:

zapobiegać marnotrawstwu wody !!!

wprowadzić jak najefektywniejsze metody odzysku, budować oczyszczalnie ścieków

ograniczyć zanieczyszczenia, czyli ograniczyć stosowanie środków chemicznych, nie dopuszczać do skażenia wód powierzchniowych i gruntowych zwłaszcza!

napowietrzać wody stojące

poszukiwać nowych źródeł wody

Oczyszczanie wody

Sposoby:

Biologiczne:

bakterie

inne mikroorganizmy

Chemiczne:

ozonowanie

strącanie osadów

wymiana jonowa

Mechaniczne:

destylacja

filtracja

odwrócona osmoza

sedymentacja

krystalizacja

SAMOOCZYSZCZENIE SIĘ WÓD I BIOMANIPULACJA

Proces samooczyszczania się wód

Organizmy, żyjące w wodach powierzchniowych mają duże znaczenie dla procesów samooczyszczania. Pobierają tlen i substancje odżywcze, a następnie wydalają produkty przemiany materii, czym pomagają likwidować zanieczyszczenia, a tym samym przywracać naturalną postać wody.

Zjawisko samooczyszczania się wód to proces fizyko-chemiczny. Polega on na eliminowaniu zanieczyszczeń przez samą naturę, a bez ingerencji człowieka. Dotyczy to zarówno rzek, jak i jezior i innych zbiorników stojących. Jednak w różnych typach wód zachodzi on z różną intensywnością. Najczęściej bada się samooczyszczanie w wodach płynących. W trakcie samooczyszczania można zaobserwować takie procesy jak sedymentacja lub adsorpcja. W przypadku neutralizacji związków organicznych, ważną rolę odgrywają procesy fotolizy oraz parowania powierzchniowego. Wielkie znaczenie ma także prędkość przepływu wody w rzece i ewentualne rozcięczenie zanieczyszczonej rzeki innymi, np. czystymi wodami z dopływów.

PROCESY SAMOOCZYSZCZANIA

Rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika, oraz ich mieszanie - procesy te odgrywają bardzo ważną rolę. Poprzez Rozcieńczenie zanieczyszczonej wody wodą z odbiornika obniża się stężenie szkodliwych substancji w niej zawartych. Tego rodzaju zjawisko najczęściej ma miejsce w wodach płynących. Jednak nie zachodzi w nich równomiernie. Czynnikiem regulującym to zjawisko jest proces mieszania wody w rzece, które z kolei zależy od prędkości przepływu rzeki w korycie i od cyrkulacji wody na całym przekroju poprzecznym koryta. Dzięki ciągłemu przepływowi i mieszaniu się wody proces natleniania wody jest intensywniejszy, równocześnie dochodzi do wypychania z wody, na drodze dyfuzji, produktów przemiany materii w postaci lotnej (dwutlenku węgla i azotu). Dzięki tym procesom same organizmy mają zapewniony lepszy kontakt z substratami krążącymi w wodzie. Mieszanie i rozcieńczania są bardzo ważnymi procesami, niestety występują tylko w rzekach. Jeziora i stawy ulegają minimalnemu mieszaniu pod wpływem różnicy temperatur warstw wody, lecz jest to proces minimalny w stosunku do wędrówki wody w korycie rzecznym.

Sedymentacja zawiesin - pomaga w likwidacji zanieczyszczeń organicznych, równocześnie zwiększając przejrzystość wody (spada mętność). Zachodzi wszędzie, gdzie prędkość przepływu spada, mogą to być zbiorniki zaporowe, zatoki, czy rozlewiska. Sedymentacja polega na opadaniu cząstek substancji szkodliwych, zawieszonych w toni wodnej na dno. Zjawisko zależne jest od prędkości płynącej wody . W małych, nizinnych rzekach przepływ ten jest równy 0,1-1m/s; w rzekach górskich 1,5-2,5m/s. Przykładowo w środkowym biegu rzeki Wisły przepływ jest równy około 1m/s, a w zbiorniku Włocławek mieści się w granicy od 0,1m/s w miejscu zapory, do 0,8m/s na jego początku.

Z silną sedymentacją mamy do czynienia, gdy do rzeki odprowadzane są nieczyszczone ścieki, zawierające dużo zawiesiny. Gdy doprowadzane ścieki są oczyszczone sedymentacja raczej nie zachodzi. Jest to możliwe tylko w przypadku, gdy rzeka płynie wolniej, niż wypływający z oczyszczalni ściek, lub gdy ściek jest nieprawidłowo oczyszczony. Ściek w osadnikach wtórnych oczyszczalni ścieków osiąga przepływ równy 0,01-0,05 m/s. Należy pamiętać, że nagromadzone na dnie zanieczyszczenia stanowią swego rodzaju bombę z opóźnionym zapłonem. Gdy sedymentacja jest zbyt intensywna, może dojść do wtórnego zanieczyszczenia. Może dojść do anaerobowego rozkładu się substancji organicznych skumulowanych w osadach zalegających na dnie, wymycia z osadu części nieorganicznej oraz uniesienie osadów dennych w całości, co z kolei wiąże się z powrotem zanieczyszczeń do wody. Tak więc nagromadzenie się w osadach dennych zbyt dużej ilości zanieczyszczeń jest niekorzystne. Również niekorzystnym jest, jeśli w osadach zbiera się za dużo substancji organicznych. Występuje tam środowisko beztlenowe i dochodzi do beztlenowego rozkładu związków organicznych. Towarzyszy temu charakterystyczne wydzielanie się gazów. W 14% jest to dwutlenek węgla (CO2), w 17% metan (CH4) i w 69% azot (N2), może powstać również siarkowodór (H2S). Niekiedy wydzielające się gazy mogą wynosić razem z sobą cząstki osadów dennych. Zarówno gazy, jak i wynoszony osad z dna przyczyniają się do zmniejszenia ilości tlenu w wodzie. częste deficyty tlenu notuje się właśnie w miejscach o wolnym przepływie wody.

Adsorpcja - zjawisko, którego skuteczne działanie opiera się na odkładaniu się zanieczyszczeń na powierzchni dna rzeki , jej brzegów, na elementach zatopionych w rzece, czy obiektach hydrotechnicznych. Proces oczyszczania przebiega podobnie jak w złożach zanurzonych, mianowicie tworzę się błonki biologiczne, w środku których zachodzi proces oczyszczania. Tego rodzaju oczyszczaniu mogą podlegać głównie organiczne typy zanieczyszczeń; z nieorganicznych są to tylko nieliczne metale ciężkie. Metale te mogą ulegać adsorpcji również na cząstkach zawiesin. Adsorpcja jest bardzo pomocnym dla samooczyszczania zjawiskiem, jednak podobnie jak w przypadku sedymentacji może dojść do wtórnego zanieczyszczenia wody, tzw. desorpcji. Wtedy wszystkie nagromadzone substancje przechodzą z powrotem do wody.

Oczyszczanie biologiczne - stanowi najważniejszy element samooczyszczania.

Składają się na nie cztery procesy: biosorpcja, mineralizacja, bioakumulacja i immobilizacja.

a) Biosorpcja jest procesem wstępnym do rozkładu substratu. Na powierzchni komórki dochodzi do zjawiska wymiany składników na drodze dyfuzji. Część z nich przenika do wnętrza komórki, natomiast produkty przemiany materii i ektoenzymy przenikają w kierunku przeciwnym. W przypadku biosorpcji, związki chemiczne na powierzchni komórki zatrzymują się na dużo krótszy okres, niż przykładowo podczas adsorpcji. Warunkiem zajścia adsorpcji jest właśnie stała regeneracja powierzchni, która wymaga ciągłej wymiany pomiędzy wewnętrznym, a zewnętrznym środowiskiem komórki. Niekiedy dochodzi do gromadzenia się pewnych związków na powierzchni mikroorganizmów. Tymi związkami są tlenki oraz wodorotlenki żelaza, a także manganu. Zjawisko to nie zostało ostatecznie wyjaśnione. Nie wiadomo, czy istnieje jakaś przyczyna gromadzenia się tych związków (z powodu fizjologicznego), czy też gromadzą się one biernie. Zjawisko to również zaliczamy do biosorpcji.

b) Mineralizacja jest procesem opierającym się na tzw. enzymatycznym rozkładzie, któremu ulegają związki organiczne. W jego trakcie dochodzi do wykorzystania energii oraz biogenów, a także do wydalenia dwutlenku węgla (CO2), wody (H2O), reszt kwasowych azotanów, fosforanów i siarczanów, będących produktami mineralnymi (zaliczanymi do prostszych). Podstawą tego procesu jest obecność drobnoustrojów, warunkujących enzymatyczny rozkład. Mineralizacja może zachodzić w dwóch etapach. W pierwszym dochodzi do biodegradacji, polegającej na rozkładzie części organicznej związków, dając produkty mineralne. Drugi etap polega na utlenianiu wszystkich produktów nieorganicznych. Jako przykład posłuży mineralizacja białek. Hydroliza oraz dezaminacja aminokwasów, a także utlenianie reszt kwasu organicznego (powstaje z wydzieleniem amoniaku - NH3) to procesy prowadzące do biodegradacji. Drugi etap mineralizacji białek to nitryfikacja. Polega on na utlenianiu amoniaku, aż do azotanów. Każdy z procesów zachodzących podczas mineralizacji katalizowany jest przez enzymy. Do mineralizujących drobnoustrojów zaliczamy głównie bakterie, promieniowce, glony (np.. sinice), i grzyby mikotroficzne. Hydroliza zachodzi najczęściej wewnątrz komórki. Jedynie w przypadku związków wielocząsteczkowych, takich jak białka, czy celuloza, rozkład zachodzi poza komórką, a następnie produkty tego rozkładu są transportowane (na drodze dyfuzji) do wnętrza ustroju i dalej utleniane. W związku z tym, iż mineralizacja to proces tlenowy, może być powodem poważnych deficytów tlenowych. Gdy mamy do czynienia z warunkami beztlenowymi, w rolę organizmów rozkładających martwą materię organiczną wcielają się bakterie beztlenowe. Rozkład beztlenowy opiera się na zjawisku gnicia albo fermentacji. Produktami rozkładu są często związki o nieprzyjemnym zapachu (siarkowodór, indol i skatol), trujące (amoniak i siarkowodór) i inne (kwasy organiczne, metan, aminy i amoniak).

c) Bioakumulacja polega na czerpaniu z wody związków danych lub jonów, a następnie ich odkładania w komórce we wciąż wzrastających ilościach. Odkładają się tylko te związki, które nie ulegają rozkładowi biologicznemu. W przypadku jonów - ich komórki nie są zdolne do metabolizmu. Bioakumulacji ulegają najczęściej chlorowane węglowodory oraz sole metali ciężkich. Są to związki gromadzące się w komórce i powodujące zachodzenia w niej niekorzystnych zmian. Mogą doprowadzić do wakuolizacji cytoplazmy, czy też spadku aktywności enzymatycznej. Przykładowo miedź (Cu) i ołów (Pb) kumulują się na początku w ściankach komórek, by następnie przejść do cytoplazmy. Gdy komórka umiera (ulega lizie) wszystkie te związki przedostają się z powrotem do wody. Reasumując bioakumulacja to proces, podczas którego zanieczyszczenia są tymczasowo przetrzymywane w obrębie komórki, a następnie wracają do wody. Dodatkowo ważnym jest fakt, iż normalnie metale ciężkie występują w mniejszych ilościach, niż w warunkach ich nagromadzenia w komórkach, a jak wiemy aby organizm umarł potrzebna jest duża dawka tych pierwiastków, której właśnie taka kumulacja może dostarczyć.

d) Immobilizacja, czyli tzw. unieruchomienie. Jest zjawiskiem odwrotnym do mineralizacji, polegającym na przekształcaniu pierwiastków nieorganicznych w twory organiczne, a następnie wbudowaniu ich w komórkę.

Wymiana lotnych składników wody i powietrza - jest to proces ważny dla samooczyszczania. Polega na uwalnianiu gazów ( dwutlenku węgla - CO2, azotu - N2 , metanu - CH4 ), powstających w czasie przemiany materii, które dyfundują do atmosfery. Proces ten ma również na celu utrzymanie równowagi w zawartości gazów, które mogą się rozpuszczać w wodzie, pomiędzy środowiskiem wodnym, a atmosferą. Zwłaszcza ważna jest dyfuzja tlenu do wody. Tlen jest niezbędny do oddychania dla wszystkich organizmów i do zajścia procesu mineralizacji. Przechodzenie tlenu pomiędzy fazą wody, a fazą powietrza zależne jest od następujących czynników: wysokości temperatury i ciśnienia. Dodatkowo wielkość pobieranego gazu występuje w proporcji równej jego deficytowi, a więc różnicy pomiędzy aktualną zawartością tlenu, a warunkach 100% nasycenia nim wody. Gdy woda jest przesycona tlenem zachodzi proces odwrotny, polegający na przenikaniu tlenu z środowiska wodnego do atmosfery. W przypadku takich gazów jak: dwutlenek węgla (CO2), azot (N2) deficyty i nadmiar mogą przemieszczać się pomiędzy wodą, a atmosferą wtedy, gdy nasycenie wody tymi gazami jest pełne, natomiast procesy rozkładu je nadal dotaczają w postaci produktów końcowych. Innym gazem jest metan (CH4). Może on przechodzić jedynie z wody do atmosfery, nie na odwrót. Powstaje on w środowisku beztlenowy, czyli na dnie zbiornika. Jest gazem lżejszym, niż woda, dlatego bardzo szybko z niej uchodzi.

Wymiana pomiędzy osadami dennymi i wodą - wpływa na skład chemiczny wody. Chodzi głównie o proces wytrącania się niektórych soli, a następnie ich opadania na dno. Podobnie w drugą stronę - oddawanie substancji do wody, będących produktami metabolizmu organizmów dennych.

Samooczyszczanie to szereg procesów:

-przemieszczanie się substancji w kierunku osadów dennych, proces sedymentacji zawiesiny (tej organicznej i nieorganicznej);

-szereg reakcji zachodzących w środowisku wodnym albo na powierzchni zawieszonych w wodzie cząstek. Zaliczamy do nich:

- reakcje chemiczne > zaliczamy do nich: reakcje neutralizacji kwasów, przy pomocy zasad i na odwrót; reakcje oksydoredukcyjne; adsorpcje i precypitacje;

- reakcje biochemiczne > zaliczamy do nich: reakcję hydrolizy; reakcję dysymilacji połączeń organicznych; reakcje utleniania oraz redukcji substancji mineralnych; immobilizację; reakcje w skutek których wytrącają się związki rozpuszczalne; reakcje towarzyszące przeprowadzeniu w formy gazowe i rozpuszczalne;

-reakcje towarzyszące wymianie substancji postaci lotnej, pomiędzy wodą, a atmosferą. Zaliczamy do nich:

- dyfuzja gazowych produktów, powstających w wyniku przemiany materii, do atmosfery;

- zachowanie równowagi gazów rozpuszczonych pomiędzy wodą i atmosferą;

-reakcje transformacji oraz utleniania osadów dennych; ich chemiczne, a także biochemiczne utlenianie.

EFEKTYWNOŚĆ SAMOOCZYSZCZANIA, A CZYNNIKI EKOLOGICZNE
Warunki biocenologiczne

Biocenoza, czyli żywa część ekosystemu, może ulegać zachwianiom równowagi. Najczęściej ma to charakter przejściowy i po pewnym czasie wszystko wraca do równowagi. Dzieje się tak dzięki działaniu procesów regulacji ekologicznej, które przywracają pierwotnie istniejący stan biocenozy. Niestety w przypadku, gdy przyczyna owych zaburzeń działa długo i uciążliwie, wtedy może dojść do nieodwracalnych zmian przyrody. Ustala się wtedy nowa struktura biocenozy, oparta na nowych warunkach jakościowo - ilościowych w populacjach organizmów. Taką presję mogą wywierać zanieczyszczenia. Te z rodzaju organicznych preferują warunki dla rozwoju hetero - mikroorganizmów. Organizmy samożywne - fotoautotrofy i chemoautotrofy, pomagają w resorpcji dużej ilości produktów mineralnych, powstających w czasie procesu biodegradacji. Natomiast ilość organizmów samożywnych (autotrofy), w stosunku do ilości organizmów cudzożywnych (heterotrofy), ma ogromny wpływ na efektywność procesu samooczyszczania. Innym czynnikiem wpływającym na proces samooczyszczania jest tempo przyrostu biomasy w poszczególnych populacjach. Według Wuhrmanna (1974) mikroflora cudzożywna w warunkach beztlenowych jest w stanie z jednego grama węgla organicznego pobranego z wody wybudować ponad własnych komórek. Te z gatunków, które w biocenozie są dominującymi, potrzebują do egzystencji azotu i węgla. Są to organizmy biorące udział w procesie biodegradacji. Kolejnym ważnym elementem biocenotycznym jest struktura, według której rozmieszczone są mikroorganizmy w objętości wody, a także szybkość z jaką substraty zawarte w wodzie są transportowane do wnętrza komórek. Drobnoustroje w środowisku wodny tworzą zbiorowiska podobne do planktonowych, bentosowym, czy peryfitonowym. Z wyżej wymienionych najważniejsze są organizmy osiadłe peryfitonu oraz bentosu. Naukowiec Wuhrmann (1974) dowodzi, iż dobrze rozwinięte grupy peryfitonowe, w których dominuje gatunek Sphaerotilus natans, stanowi ok. węgla organicznego na jednym metrze kwadratowym powierzchni, natomiast biomasa planktonu w jednym metrze sześciennym wody zawiera jedynie węgla organicznego. W przypadku transportu substratów z wody do komórek, zależy on od szybkości przepływu i stopnia w jakim woda jest mieszana.

Tlen i jego funkcje

Tlen jest bardzo ważnym elementem ekosystemów wodnych. Jest czynnikiem biorącym udział w mineralizacji. Jego rola polega na przyjmowaniu wodoru podczas reakcji utleniania związków organicznych (substratów) oraz zredukowanych związków azotu, fosforu i innych. Proces mineralizacji jest bardzo ważny w samooczyszczaniu i przebiega dwuetapowo.

Etap I - nazywany etapem - właściwego rozkładu związków organicznych. Polega na hydrolitycznym rozkładzie złożonych cząsteczek, a następnie ich utlenianiu. w wyniku reakcji powstaje dwutlenku węgla (CO2), woda (H2O) i w przypadku utleniania białek amoniak (NH3).

Etap II - to utlenianie związków mineralnych, będących produktami biodegradacji. Przykładowo może to być utlenianie amoniaku (NH3) do azotynów (NO2-), a następnie do azotanów (NO3-).

Czas potrzebny do zajścia procesu to w przybliżeniu 20 dni. W tym okresie tlen pobierany jest nierównomiernie. Najwięcej jest pobierane podczas pierwszych 5 dni, kiedy to większa część substratów zostaje utleniona. Są to związki bardziej podatne na biodegradacje. Z każdym następnym dniem ilość pobieranego tlenu maleje. Cały proces w świecie nauki funkcjonuje pod nazwą biochemicznego zapotrzebowania na tlen (BZT) i stanowi metodę określającą ilość zużytego (przez organizmy) tlenu w określonym czasie. Metodę tą przeprowadza się w czasie 5 dni, dlatego też jej kompletna nazwa to biochemiczne zapotrzebowanie na tlen w ciągu 5 dni (BZT5). Wyniki wyraża się w miligramach tlenu na metr sześcienny wody. Dzięki tej metodzie jesteśmy w stanie oszacować stężenie substancji organicznych zawartych w badanej wodzie.

Biochemiczne utlenianie to proces przebiegający zgodnie z reakcją monomolekularną (Streeter i Phelps - 1935). Ten typ reakcji polega na tym, iż w danym czasie utlenia się liczba organicznych substancji, proporcjonalna do wielkości pozostałych utlenionych substancji i tych, które jeszcze nie zostały utlenione. W oparciu o to odkrycie naukowiec Imhoff (1963) dociekł, iż BZT ulega zmianie o określoną wartość we wszystkich jednakowo podzielonych odcinkach czasowych. Przy temperaturze i w czasie jednej doby wartość ta wynosi zawsze 20,6% całkowitej wartości BZT. Innym czynnikiem mającym niezastąpiony wpływ na BZT są drobnoustroje, a konkretnie ich liczba , rodzaj i aktywność. W przypadku, gdy w wodzie brak tych organizmów, i chociaż tlenu i substratów jest pod dostatkiem, proces mineralizacji nie zajdzie. W środowisku nieskażonym takich sytuacji nie notuje się, występują one najczęściej w parze z obecnością związków toksycznych, uniemożliwiających wytwarzanie przez nie enzymów lub zabijających je. Metoda BZT zastosowana w takich warunkach środowiska nie odzwierciedla rzeczywistego stopnia zanieczyszczenia badanej wody. Określenie linii tlenu wyznacza wartość niedoboru tlenu, wyznaczana po uwzględnieniu każdego źródła powodującego spadek i wzrost ilości tlenu na danym odcinku badanej rzeki.

Przy pomocy linii tlenowej określamy wielkość zanieczyszczenia, i równocześnie postęp samooczyszczania. Linia ta wyznacza cztery odrębne strefy samooczyszczania: największego obciążenia, strefę rozkładu, regeneracji oraz wody czystej; ma ona trzy specyficzne punkty: wstępny, krytyczny i przegięcia. Pierwszy z punktów znajduje się poniżej źródła, które zanieczyszcza. Dopływa tam mnóstwo materii organicznej, i to właśnie tam notuje się największe zużycie tlenu w czasie mineralizacji. Uzupełnienie zużytego tlenu jest niemożliwe (dyfuzja z atmosfery jest zbyt mało wydajna), w związku z tym tlenu ubywa, aż się skończy. Strefa, w której deficyt tlenowy (w danej strefie) osiąga maksimum nazywamy krytycznym. Natomiast w strefie regeneracji woda wraca do swego normalnego stanu. W punkcie przegięcia procesy rozkładu są znacznie mniej intensywne, ponieważ tlenu dyfundującego z atmosfery jest za mało, w stosunku do jego zużycia. Dzięki zdobytemu doświadczeniu na temat roli tlenu w samooczyszczaniu, jesteśmy w stanie zapewnić, choć w pewnym stopniu, ochronę środowiska wodnego przed zanieczyszczeniami.

Wpływ temperatury

Temperatura jest czynnikiem o ogromnym wpływie na organizmy żywe. W naszych wodach, raczej nie przekracza . W temperaturze ulega zwolnieniu wiele funkcji fizjologicznych, między innymi rozmnażanie u bakterii. Podobnie jest w przypadku mineralizacji, która zachodzi mniej intensywnie właśnie w zimie. Zdarzają się gatunki bakterii (np. Sphaerotilus natans), które do egzystencji potrzebują temperatury wyższej niż , w innym wypadku wymierają. Także bakterie nitryfikacyjne oraz metanowe reagują podobnie. Temperatura wody mając wpływ na organizmy wodne, musi mieć również wpływ na przemiany biochemiczne. Jeśli jest wyższa przyspiesza rozmnażanie organizmów (u bakterii skraca tzw. czas generacji), natomiast gdy spada opóźnia je. Jeśli podwyższona temperatura jest dogodna dla rozwoju danego gatunku, wpływa to na zmianę struktury całej biocenozy. Przyrost liczby tego gatunku może być korzystny, wtedy gdy ten gatunek sprzyja samooczyszczaniu. Niestety z równym prawdopodobieństwem może to być gatunek działający w przeciwnym kierunku. Podgrzewanie wód w okresie jesieni, zimy oraz wiosny wydłuża okres, w którym osady denne ulegają mineralizacji. Bez tych zabiegów mineralizacja zachodzi tylko w lecie (okresie wegetacyjnym). Natomiast porą letnią często stosuje się zabieg odwrotny. Chłodząc wodę w okresie upałów, zwłaszcza w zbiornikach płytkich i przy niskich stanach wód, stwarzamy lepsze warunki dla rozkładu zanieczyszczeń. W tym czasie podgrzanie wody zubożyło by jej zawartość tlenu. Te wszystkie zależności często są przyczyną niedoboru tlenu w wodzie i zaburzają proces samooczyszczania się ekosystemów wodnych.

Odczyn wody

Dla organizmów mikroskopijnych najlepsze pH oscyluje przy wartości równej 7. Drobne wahania w obu kierunkach (kwaśnym i zasadowym) są przez nie tolerowane. Jedynie grzyby wodne stanowią wyjątek. Odpowiednim dla nich odczynem jest odczyn kwaśny. Natomiast wszystkie organizmy reagują jednakowo negatywnie na gwałtowne zmiany pH (oczywiście w różnym stopniu, co zależy od tolerancji). Takie zmiany powodują lizę niektórych komórek i uniemożliwiają poprawne funkcjonowanie większej ilości enzymów. Anomalia pH najczęściej wynikają z wpływów antropogenicznych na środowisko, takich jak odprowadzanie nie zneutralizowanych ścieków przemysłowych do wód. Zmiany odczynu mogą być również wynikiem reakcji biochemicznych zachodzących w środowisku wodnym. Niekiedy dochodzi do skumulowania się produktów metabolizmu o charakterze zasadowym (np. amoniaku); o charakterze kwaśnym gromadzą się najczęściej w czasie rozkładu związków organicznych w warunkach beztlenowych.

Znaczenie związków toksycznych

Wody są często zasilane ściekami i odpadami zawierającymi różne toksyczne substancje. Najczęściej są to ścieki przemysłowe, rzadziej bytowo - gospodarcze. Toksyczne substancje dostają się również ze spływem powierzchniowym, który zabiera ze sobą zanieczyszczenia, będące pozostałością, np. po pestycydach.

Bardzo trudno określić który związek chemiczny działa jak trucizna, a który nie. Wszystko zależy od właściwości tego związku i rodzaju organizmu, poddanemu jego działaniu. Najbardziej aktualna definicja związków trujących zakłada, iż trucizna to związek/substancja, której niewielka dawka w organizmie powoduje zaburzenia homeostazy organizmu lub jego śmierć. Dzieje się tak na skutek właściwości trucizny o charakterze toksyko-dynamicznym.

Trucizny oddziałują na drobnoustroje w sposób wielce zróżnicowany. Efektem może być przykładowo uszkodzenie błony cytoplazmatycznej lub wstrzymywanie działania enzymów. W przypadku małych, kumulujących się w organizmie dawek objawy występują dopiero po pewnym czasie, gdy skumulowana trucizna osiąga szkodliwy poziom. Jest to typ toksyczności chronicznej (przewlekłej).

Najczęściej w tym samym momencie rzeka jest zasilana wieloma, a nie jednym związkiem o charakterze toksycznym. Konsekwencje ponosi wtedy większość organizmów zamieszkujących to środowisko. Powstają wtedy strefy częściowego i całkowitego zatrucia. Trucizny słabsze, selektywnie działające i występujące w mniejszych, niż śmiertelne dawkach nie uśmiercają wszystkich organizmów, a jedynie ich część. Do badań nad substancjami toksycznymi stosuje się biotesty. Pozwalają one na oszacowanie poziomu zatrucia wody i toksyczności związków chemicznych. Metoda biotestów polega na badaniach stopnia oddziaływania danej substancji na organizm testowy. Dzięki niej możemy dokonać oceny zaburzeń głównych procesów metabolicznych u takiego organizmu, który stykamy z trucizną przez określony czas; możemy również dokonać oceny zabójczego wpływu danego związku na organizm (test letalny). Wszystkie wyniki, które otrzymujemy w warunkach laboratoryjnych, przed zastosowaniem wymagają uwzględnienia współczynnika stosowalności lub bezpieczeństwa, który obniża ten wynik. Dla trucizn, które rozkładają się biologicznie wartość tego współczynnika wynosi 0,1, natomiast trucizny trwałe oraz kumulujące się mają współczynnik równy 0,01.

Oddziaływanie substancji radioaktywnych

Problem radioaktywności to bardzo ważne zagadnienie. Na szczęście wody krajowe pod tym względem nie skłaniają do zaniepokojenia. Jednak mimo wszystko nie należy zapominać o radioaktywności.

Substancje radioaktywne dostają się do wód wraz z niektórymi ściekami. Przeważnie są to ścieki pochodzące ze szpitala, a także z laboratoriów stosujących do badań izotopy. Substancje radioaktywne promieniują. Każda dawka takiego promieniowania jest szkodliwa. Przy dużych dawkach promieniowanie to jonizuje cząsteczki komórek, ścina białka strukturalne oraz enzymatyczne. Niestety nawet małe dawki mają mutagenny wpływ.

Ze względu na brak możliwości usuwania radioizotopów z wody, przy pomocy drobnoustrojów (w trakcie przemian biochemicznych) są one specyficznym elementem samooczyszczania, jako procesu wieloetapowego. Początkowo organizm pobiera izotopy, następnie są one wbudowywane lub magazynowane w, a po śmierci organizmu w wyniku autolizy albo przez wymycie trafiają z powrotem do wody.

SAMOOCZYSZCZANIE W RZEKACH I INNYCH WODACH PŁYNĄCYCH

Kinetyka samooczyszczania i jej biologiczna ocena

Istnieje sposób, który pozwala nam zbadać postęp samooczyszczania. Takiej oceny dokonuje się, poprzez pomiar wielkości zanieczyszczenia wody najczęściej w punkcie znajdującym się powyżej wpływu ścieków do rzeki (istnieje też parę innych punktów poniżej). Odcinek na którym zbieramy wyniki jest tym krótszy, im szybciej woda odzyskuje naturalny stan. Przeprowadza się następnie analizę zebranych wyników. Badania bakteriologiczne, fizyko-chemiczne oraz hydrobiologiczne obrazują postęp samooczyszczania wody w rzece. Porównuje się je między sobą, stare z nowymi, czy te z różnych punktów. Takie badania dostarczają nam nie tylko informacji na temat postępu samooczyszczania, ale również pozwalają ocenić zachwiania równowagi biologicznej oraz chemicznej rzeki.

Na kinetykę samooczyszczania ma wpływ wiele czynników:

Saprobowość

Nazwa wskazuje, że saprobowość dotyczy wód zanieczyszczonych (z greckiego "sapros" znaczy gnilny). Naprawdę jednak ma związek ze strefami, w których dochodzi do mineralizacji. Strefy te nazywamy saprobowymi. Z gniciem materii stykamy się tylko w momencie, gdy nadmierne zanieczyszczenie powoduje całkowite wyczerpanie tlenu w wodzie.

Naukowcy Prag (1966), Caspers i Karbe ( 1966) zdefiniowali saprobowość. Oparta jest na przemianach mikrobiologicznych wód zanieczyszczonych i mówi, iż: saprobowość to suma wszystkich źródeł wolnej energii, którymi są procesy powodujące rozkład materii. Saprobowość rośnie, wraz ze wzrostem zanieczyszczenia. możemy ją oceniać badając dynamikę tzw. przemian dysymilacyjnych, skład biocenozy, a także intensywność zużycia tlenu. Pod tym kontem saprobowość jest odwrotna do produkcji pierwotnej.

Jak nie trudno się domyślić saprobowość zmienia się wraz z postępem samooczyszczania. Gdy saprobowość sukcesywnie rośnie, świadczy to o dominacji destruentów w biocenozie. Jeśli natomiast samooczyszczanie wpływa na zmniejszenie saprobowości wzrasta ilość producentów.

Samooczyszczanie się wód stojących

W jeziorach i stawach panują zupełnie inne warunki, niż w rzekach, mimo to proces samooczyszczania przebiega według tego samego mechanizmu. Zanieczyszczenia, które dopływają do jeziora mają przeważnie większą gęstość, niż woda i opadają na dno. W strefie tej są rozkładane. Często w strefie dennej wód stojących występują braki tlenowe. Wynika to ze stratyfikacji tych zbiorników. W okresach cyrkulacji kumulowany jest zapas tlenu, który powinien zapewnić dostęp do niego, w czasie gdy woda nie ulega mieszaniu. Ponadto w głębokich jeziorach na dno zbiornika nie dociera światło, czego konsekwencją jest zanik fotosyntezy, która również jest źródłem tlenu. Gdy następuje dopływ zanieczyszczeń, biochemiczne zapotrzebowanie na tlen wzrasta i powstają warunki beztlenowe (anaerobowe). Dopiero podczas cyrkulacji (mieszania się ) wody wszystko wraca do normy. Gdy napływ zanieczyszczeń jest ciągły, w osadach dennych gromadzą się substraty, a także produkty rozkładu. Konsekwencje tego zjawiska mogą być ogromne. W ten właśnie sposób dochodzi do starzenia się zbiorników, tzw. eutrofizacji. Zachodzi ona znacznie szybciej, niż w wodach stojących.

BIOMANIPULACJA

Biomanipulacja polega na ingerencji w łańcuchy troficzne organizmów w celu ograniczenia populacji lub też całkowitej eliminacji poszczególnych grup organizmów.

W systemach jezior zeutrofizowanych dąży się najczęściej do ograniczenia występowania nadmiernie rozmnożonych organizmów fitoplanktonowych i niektórych makrofitów.

Wprowadzenie do jeziora tołpygi białej – typowej przedstawicielki ryb fitoplanktonożernych, sprzyja ograniczeniu rozwoju fitoplanktonu.

Podobnie wprowadzenie amura może okazać się skuteczne w likwidacji nadmiernie rozrośniętej roślinności makrofizycznej.

EUTROFIZACJA

Eutrofizacja – proces wzbogacania zbiorników wodnych w substancje pokarmowe (nutrienty, biogeny), jest to wzrost trofii, czyli żyzności wód. Dotyczy to nie tylko zbiorników wodnych ale również cieków.

Biorąc pod uwagę geologiczną historię jezior, najczęściej uważa się, że eutrofizacja jest procesem naturalnym (według innych autorów naturalnym procesem jest dystrofizacja, a eutrofizacja uważana jest za proces antropogeniczny, spowodowany zmianami w zlewni). Większość jezior zwłaszcza polodowcowych na początku była oligotroficzna, jednak ciągły dopływ do nich substancji z zewnątrz (np. ze zlewni i atmosfery), powodował wzrost koncentracji biogenów, a tym samym zwiększał trofię zbiornika. Jest to tzw. harmoniczna sukcesja jezior. Normalnie jest to proces powolny, ale został on mocno przyśpieszony w wyniku działań człowieka, takich jak zrzuty ścieków przemysłowych i komunalnych oraz w wyniku intensyfikacji rolnictwa. W szczególnie drastycznych przypadkach, np. przy zrzucaniu do jezior surowych ścieków komunalnych czy gnojówki, dochodzi do osiągnięcia przez zbiornik stanów niespotykanych w naturze: politrofii i hypertrofii (zobacz też jezioro saprotroficzne). Następuje wtedy niemal całkowity zanik organizmów wyższych poza cienką, kilkudziesięciocentymetrową warstwą wody stykającą się z atmosferą.

Specyficznie przebiega proces eutrofizacji w wodach torfowiskowych. Dopływające z otaczającego je torfowiska substancje humusowe, tworzą stałe kompleksy ze związkami fosforu i azotu, czyniąc je niedostępnymi dla roślin i glonów. W razie jego degradacji, zwykle przez przesuszenie, następuje szczególnie szybka eutrofizacja: do wody dostają się zarówno biogeny ze zlewni, jak i te uwolnione z torfowiska (i związków humusowych).

Przyczyny eutrofizacji

Główną przyczyną eutrofizacji jest wzrastający ładunek pierwiastków (biogenów), przede wszystkim fosforu. Wzrost dopływu pierwiastków biogennych, w tym wypadku fosforu, obejmuje nie tylko wzrost zrzutów ścieków, ale także wzrost zawartości środków piorących i innych detergentów zawierających fosfor w ściekach. Większa ilość tego biogenu związana jest także z intensyfikacją nawożenia oraz wzrostem erozji w zlewni. Wzrost dopływu azotu, drugiego z biogenów, związany jest z wzrastającą emisją tlenków azotu do atmosfery, a tym samym dużą ich zawartością w opadach atmosferycznych. Nawożenie ziemi poddanej pod uprawę, również przyczynia się do wzrostu ładunku azotu, ponieważ fosfor znajdujący sie w glebie nie jest pierwiastkiem silnie mobilnym. Silne opady deszczu mogą łatwo wypłukiwać azot z powierzchniowej warstwy gleby oraz z nawozów, przy czym do zbiornika mogą być też wniesione znaczne ilości fosforu.

Następstwa eutrofizacji

Na początku procesu eutrofizacji następuje umiarkowany wzrost produkcji biologicznej, co jest korzystne i przekłada się na wzrost liczebności ryb, ale po przekroczeniu pewnej granicy obserwuje się już wiele niepożądanych następstw tego procesu takich jak:

  1. Masowy rozwój organizmów fitoplanktonowych powodujących w powierzchniowej warstwie wody tzw. zakwity i zmniejszających przezroczystość tej wody. W zbiorniku wzrasta przede wszystkim ilość sinic, które utrzymując się na powierzchni tworzą często kożuchy. Masowe nagromadzenia tych glonów powodują nie tylko śmiertelność ich samych, ale również występującej tam fauny. Ponadto niektóre szczepy sinic wydzielają toksyny i nierzadko powodują uczulenia. Wydzielanie przez glony organicznych substancji psujących smak i zapach wody dyskwalifikuje takie zbiorniki jako źródła wody pitnej. Do organizmów powodujących takie problemy należą Anabaena sp. oraz Aphanisomenon sp. wiążące azot, oraz niezdolne do wiązania azotu gatunki z rodzaju Microcystis, Limnotrix i Planktotrix. Zakwity występują nie tylko w zbiornikach, ale również w rzekach. W przypadku tych ostatnich powodowane są zwykle przez zielenice lub okrzemki, które są jednak mniej uciążliwe niż sinice, których miejscem występowania są przeważnie wody stojące.

  2. Ustępowanie roślinności zanurzonej z powodu pogarszających się warunków świetlnych w strefie przybrzeżnej - litoral. Postępujące zanikanie światła pośrednio prowadzi także do przebudowy fauny tam występującej. Kożuchy glonów w tej strefie zupełnie uniemożliwiają rekreacyjne użytkowanie wody.

  3. Wyczerpanie zasobów tlenu w warstwie przydennej - hypolimnionie, a zwłaszcza profundalu i w osadach dennych prowadzi do zaniku fauny głębinowej, w tym także gatunków reliktowych. Również tarło niektórych ryb nie dochodzi do skutku, co prowadzi do ustępowania cennych gatunków np. łososia. Często zdarza się że ryby giną zimą pod pokrywą lodową w wyniku braku tlenu. W warunkach anaerobowych dochodzi dodatkowo do różnych procesów chemicznych (amonifikacja, denitryfikacja) i powstawania metanu.

  4. Występowanie siarkowodoru, który podczas całkowitego braku tlenu może przechodzić do warstw powierzchniowych wody, ulatniać sie i zatruwać atmosferę w okolicy.

Metody kontroli i zapobiegania eutrofizacji

Prostym sposobem kontroli trofii zbiornika jest badanie widzialności krążka Secchiego: białego krążka o średnicy , opuszczanego na wyskalowanej lince. Jego widzialność (ang. Secchi depth) zależy od ilości zawiesiny w wodzie, a ta z kolei – głównie od ilości glonów. Na podstawie widzialności krążka Secchiego można obliczyć tzw. wskaźnik Carlsona[1][2], na podstawie którego porównuje się trofię poszczególnych zbiorników lub zmiany trofii danego zbiornika w czasie. Tenże wskaźnik można też obliczyć, mając do dyspozycji dane o ilości chlorofilu a (pomiary fotometryczne) lub związków fosforu.

Najskuteczniejszą metodą walki z procesem eutrofizacji jest ograniczenie antropogenicznego dopływu biogenów do wód - kompostowanie odchodów w miejsce odprowadzania ich do ujścia kanalizacyjnego, redukcja zawartości fosforanów w środkach piorących używanych w gospodarstwach domowych, ograniczanie stosowania nawozów sztucznych w rolnictwie.

Azot i fosfor

Azot i fosfor to główne składniki wywołujące eutrofizację Bałtyku. Pierwiastki te docierają do morza bezpośrednio lub niosą je wiatry i rzeki. Punktowym źródłem zanieczyszczeń mogą być  miasta, rolnictwo, zakłady przemysłowe czy też farmy rybne. Atmosferę zanieczyszczają produkty spalania paliw kopalnych (elektrownie, ciepłownie, silniki samochodów), hodowla zwierząt, rolnictwo, leśnictwo. Źródłem naturalnym może być erozja i wymywanie.

Osady strefy beztlenowej  - niechciany depozyt substancji odżywczych

Kiedy tempo produkcji materii organicznej jest wyższe niż tempo rozkładu, jak to się dzieje w przypadku zakwitu glonów, wyprodukowany nadmiar osadza się na dnie morza. W strefach głębszych, poniżej halokliny, rozkład tej materii powoduje zużycie znajdujących się tam resztek tlenu. Żyjące na dnie bezkręgowce i ryby przydenne giną bądź migrują, a rozległe połacie morskiego dna przekształcają się w pustynie. Co gorsza, osady strefy beztlenowej  zawierają znaczne ilości substancji odżywczych, które uwalniając się do wody dodatkowo wzmagają eutrofizację. To tzw. obciążenie wewnętrzne znacznie zmniejsza zdolność morza do szybkiego powrotu do równowagi, gdyż substancje odżywcze pozostaną w osadach  na długo.

OCENA CZYSTOŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH (KLASYFIKACJA)

Klasy czystości wód podaje się w oparciu o wyniki monitoringu stanu czystości rzek. Ocenę jakości przygotowuje się na podstawie wskaźników fizyko-chemicznych i biologicznych. Klasyfikacji wód dokonuje się poprzez porównanie miarodajnych stężeń zanieczyszczeń określonych wskaźnikami, z normatywnymi stężeniami zanieczyszczeń określonymi w rozporządzeniu Rady Ministrów.
Klasyfikacja wód obejmuje pięć klas czystości I, II, III, IV oraz V.
Pięciostopniowa klasyfikacja wód powierzchniowych przedstawia się następująco:
I. klasa pierwsza
Wody w tej klasie charakteryzują się bardzo dobrą jakością (oznaczone kolorem niebieskim):

a) spełniają wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich uzdatniania sposobem właściwym dla kategorii A1.

b) wartość wskaźników jakości wody nie wskazują na żadne oddziaływanie antropogeniczne.
II. klasa druga
Wody w tej klasie można określić jako wody o charakterze dobrym (oznaczone kolorem zielonym):

a) spełniają w odniesieniu do większości jakości wody wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich uzdatnia sposobem właściwym dla kategorii A2,

b) wartość biologicznych wskaźników jakości wody wskazują na niewielki wpływ oddziaływania czynników antropogenicznych.
III. klasa trzecia
Wody w danej klasie określić można jako wody zadawalające (oznaczone kolorem żółtym):

a) spełniają wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich uzdatnia sposobem właściwym dla kategorii A2,

b) wartość biologicznych wskaźników jakości wody wskazują na umiarkowany wpływ oddziaływania czynników antropogenicznych
IV. klasa czwarta
Wody tej klasy scharakteryzować można jako niezadowalającej jakości (oznaczone kolorem pomarańczowym):

a) spełniają wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich uzdatnia sposobem właściwym dla kategorii A3,

b) wartość biologicznych wskaźników jakości wody wskazują, na skutek oddziaływań antropogenicznych, zmiany ilościowe i jakościowe w populacjach biologicznych.
V. klasa piąta
Wody danej klasy identyfikować można z wodami złej jakości (oznaczone kolorem czerwonym):

a) nie spełniają wymagań określonych dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia,

b) wartość biologicznych wskaźników jakości wody wykazują na skutek oddziaływań antropogenicznych, zmiany polegające na zaniku występowania znacznej części populacji biologicznych.
Obecnie nie ma obowiązującego aktu prawnego odnośnie klasyfikacji wód powierzchniowych.

W klasyfikacji pięciostopniowej wody I klasy czystości to wody bardzo dobrej jakości.

Wody powierzchniowe w tej klasie charakteryzują się bardzo dobrą jakością:

a) spełniają wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich uzdatniania sposobem właściwym dla kategorii A1,

b) wartość wskaźników jakości wody nie wskazują na żadne oddziaływanie antropogeniczne.

Wody podziemne w tej klasie charakteryzują się bardzo dobrą jakością:

a) wartości wskaźników jakości wody są kształtowane jedynie w efekcie naturalnych procesów zachodzących w warstwie wodonośnej,

b) żaden ze wskaźników jakości wody nie przekracza wartości dopuszczalnych jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.

Skażenie wody oznacza, że ma ona w swoim składzie substancje, które nie występują w niej w warunkach naturalnych. Jeśli substancje te są w wodzie rozpuszczone, mamy do czynienia ze skażeniem chemicznym. W przypadku zmienienia temperatury wody właściwe jest używanie określenia skażenie termiczne. Wprowadzenie do środowiska wodnego organizmów nie występujących w danym ekosystemie powoduje jego skażenie biologiczne. Najczęściej spotykanym rodzajem skażenia biologicznego jest skażenie bakteriologiczne.
Zanieczyszczenie oznacza, że woda ma właściwości, które powodują, że nie nadaje się ona do użytku, bądź też jej użyteczność jest ograniczona.
Zatrucie wody oznacza, iż jest ona w takim stopniu zanieczyszczona, że radykalnemu pogorszeniu ulega jej zdolność do podtrzymania życia organicznego właściwego danemu ekosystemowi. Przyczyną skażenia są substancje toksyczne.

I. Fizyczne cechy jakości wody
Do cech fizycznych wody należą: temperatura, mętność, barwa, zapach i smak.
Temperatura wód naturalnych zależy w dużym stopniu od ich pochodzenia. Temperatura wód powierzchniowych jest zmienna w ciągu roku od 0 do zależnie od pory roku. Wody podziemne charakteryzują się względnie stałą temperaturą w ciągu roku. Przyjmuje się, że wody podziemne mają temperaturę zbliżoną do średniej rocznej temperatury powietrza danego rejonu. Najczęściej temperatura wód podziemnych wynosi 8-.
Temperatura wody wodociągowej powinna wynosić od 7 do .
Mętność wód może być wywołana obecnością drobno zdyspergowanych zawiesin mineralnych bądź organicznych. Mętność wód powierzchniowych zależy od rodzaju koryta rzeki, rodzaju zlewni oraz stanu wody w rzece. Podczas wysokich stanów wody mętność jej jest większa niż podczas stanów niskich.
Mętność wód podziemnych jest przeważnie niewielka, jednak po wypompowaniu wody na powierzchnię może wytrącać się wodorotlenek żelaza (II) Fe(OH) następnie wodorotlenek żelaza (III) Fe(OH)3, natomiast w wypadku dużej twardości węglanowej może wytrącać się węglan wapnia. Te związki chemiczne mogą zwiększać mętność wody.
Barwa wody jest wywołana najczęściej związkami humusowymi wyrugowanymi z gleby. Może ona też być wywołana dostającymi się do wody ściekami przemysłowymi o znacznym zabarwieniu.
Smak wody jest wskaźnikiem jakości określany organoleptycznie, rozróżnia się smak: słony, gorzki, alkaliczny (rozpuszczony w wodzie materiał alkaliczny taki jak sód, potas, smak „mydlany”), kwaśny. Wszelkie inne odczucia smakowe nazywają się posmakiem (np. posmak chlorowy, rybi, metaliczny).
Zapach wody mogą powodować różne związki (najczęściej pochodzenia organicznego) i gazy. W wodach podziemnych najczęściej przyczyną zapachu jest zawartość siarkowodoru. W wodach powierzchniowych zapach wody powstaje w wyniku: zakwitu glonów, mineralizacji osadów dennych oraz odprowadzania ścieków. Zapach wody dzieli się grupy: roślinny (R), gnilny (G), specyficzny (S), który jest powodowany związkami niespotykanymi w wodzie, jak: fenol, nafta, chlor.

II. Chemiczne wskaźniki jakości wody
Chemiczne wskaźniki jakości wody, które mają decydujące znaczenie w ocenie przydatności danego źródła wody na potrzeby komunalne i przemysłowe, to: odczyn pH, twardość, zasadowość, utlenialność, kwasowość, zawartość dwutlenku węgla, żelaza, manganu, azotanów, chlorków, siarczanów.
Odczyn wody wyraża stopień jej kwasowości lub zasadowości i jest określany ilościowo stężeniem jonów wodorowych. Odczyn wód powierzchniowych naturalnych wynosi 6,5-8,5 pH. Roztwory obojętne mają pH=7, kwaśne pH<7, alkaliczne pH>7. Wody o małych wartościach pH powodują korozję, wody zaś o dużym pH wykazują skłonność do pienienia się.
Twardość wody jest to właściwość wywołana obecnością substancji rozpuszczonych w wodzie, a głównie soli wapnia i magnezu. Poza wymienionymi twardość wody powodują również jony żelaza, glinu, manganu, oraz kationy metali ciężkich. Nadmierna twardość objawia się nadmiarem wytrąconego kamienia podczas podgrzewania wody bądź też może być przyczyną złego pienienia się mydła. Generalnie wody powierzchniowe charakteryzują się mniejszą twardością niż wody podziemne.
Zasadowość wody jest to zdolność do zobojętniania mocnych kwasów w obecności określonych wskaźników. Jest ona wywołana obecnością anionów wodorowęglanowych, rzadziej węglanowych, niekiedy również wodorotlenowych, boranowych, fosforanowych. Najczęściej aniony te występują jako sole wapnia i magnezu i wówczas zasadowość jest równa twardości węglanowej. Zasadowość ma wtórne znaczenie sanitarne, natomiast duże znaczenie w wodach do celów gospodarczych i przemysłowych.
Kwasowość wody jest to zdolność do zobojętniania zasad mineralnych lub węglanów w obecności dodawanych do wody wskaźników. Kwasowość wód naturalnych powoduje wolny dwutlenek węgla, kwasy mineralne i organiczne (humusowe). Kwasowość ogólna nie ma istotnego znaczenia sanitarnego.
Dwutlenek węgla występuje prawie we wszystkich wodach naturalnych. W wodach powierzchniowych pochodzi on głównie z procesów przemian biochemicznych organizmów żywych (głównie glonów) i rozkładu związków organicznych. W wodach podziemnych dwutlenek węgla może pochodzić z procesów przemian formacji geologicznych. Jego obecność w wodzie jest niepożądana ze względu na właściwości korozyjne w stosunku do betonu i metali. Zawartość dwutlenku węgla w wodach podziemnych jest wskaźnikiem sanitarnym.
Żelazo występuje w wodach podziemnych w postaci rozpuszczonej, najczęściej jako wodorowęglan żelaza (III), a niekiedy siarczan (VI) żelaza (II) lub chlorek żelaza (II). W wodach rejonów bagiennych, zalesionych oraz warstw zawierających torf, żelazo może występować w połączeniu ze związkami organicznymi, najczęściej z kwasami humusowymi. Nadmiar żelaza w wodzie psuje jej smak, jest szkodliwy dla zdrowia oraz może być przyczyną rozwoju bakterii żelazistych i zarastania rurociągów.
Mangan występuje w wodach podziemnych zazwyczaj razem z żelazem w ilości 10-20% zawartości żelaza, w podobnych związkach jak żelazo. Jego szkodliwość dla zdrowia jest podobna jak żelaza.
Chlorki są łatwo rozpuszczalne w wodzie i występują we wszystkich wodach w mniejszych lub większych ilościach. W wodach podziemnych występują głównie chlorki pochodzenia geologicznego, natomiast w wodach powierzchniowych i płytkich podziemnych mogą pochodzić dodatkowo ze ścieków i z nawożenia gleb. Chlorki występują razem ze związkami azotowymi, bakteriami i przy podwyższonej utlenialności są ważnym wskaźnikiem zanieczyszczenia wody.
Siarczany, podobnie jak chlorki, występują we wszystkich wodach naturalnych. Są one głównie pochodzenia geologicznego, a w wodach powierzchniowych mogą również pochodzić ze ścieków przemysłowych. Nadmiar siarczanów w wodach może być przyczyną korozji siarczanowej betonu.
Azotany (III) i azotany (V) są istotnym wskaźnikiem oceny jakości wody. Nadmiar azotanów (V) w wodzie może być przyczyną methemoglobinemii niemowląt, a czasami i dorosłych. Azotany (III) w obecności jonów chlorkowych i siarczanowych mogą być przyczyną korozji rurociągów.
Utlenialność wody określa jej zdolność do pobierania tlenu z manganianu (VII) potasu w określonych warunkach. Pobierany tlen jest zużywany do utleniania organicznych i niektórych nieorganicznych związków zawartych w wodzie.
Sucha pozostałość jest oznaczana przez odparowanie 1 dm3 wody i wysuszenie w temperaturze . Na suchą pozostałość składają się związki mineralne i organiczne rozpuszczone, zawieszone i koloidalne.
Methemoglobinemia - stan, w którym hemoglobina zawiera trójwartościowy (zamiast dwuwartościowego) jon żelaza, tracąc zdolność do przenoszenia tlenu, spowodowany zatruciem związkami silnie utleniającymi (np. azotany), charakteryzujący się m.in. silną dusznością i sinicą skóry, prowadzący zwykle do zgonu.

Biologiczne i bakteriologiczne właściwości wody

W wodach naturalnych, zwłaszcza powierzchniowych, występują niekiedy duże ilości makro- i mikroorganizmów zwierzęcych i roślinnych. Wynika to ze sprzyjających warunków, jakie stwarza woda rozwojowi tych organizmów.
Świat fauny i flory wodnej jest bardzo różnorodny, a przy tym charakterystyczny dla poszczególnych rodzajów i stężeń rozpuszczonych soli. Rodzaje organizmów występujących w zbiornikach wodnych określają odbywające się w niej procesy biochemiczne. Organizmy zasiedlające zbiorniki wodne są więc swego rodzaju wskaźnikami stopnia czystości wody bądź też wskaźnikami zanieczyszczenia. Dlatego ocena biologiczna jest bardzo ważnym uzupełnieniem fizycznej i chemicznej oceny jakości wód.

Badania biologiczne wód słodkich jest na ogół ograniczone do oznaczania”
- bentosu, czyli organizmów wodnych osiedlających się na dnie zbiornika, jego brzegach i na powierzchni zanurzonych przedmiotów,
- planktonu, czyli ogółu organizmów żyjących w samej wodzie, tj. zawieszonych w niej.

Organizmy stanowiące wskaźniki właściwości biologicznych wody dzieli się na:
- kataroby, organizmy zasiedlające wody czyste,
- saproby, organizmy występujące w wodach o różnym stopniu zanieczyszczenia

Saproby można klasyfikować następująco:
- polisaproby, żyjące w bardzo zanieczyszczonych wodach,
- α i β-mezosaproby, żyjące w wodach umiarkowanie zanieczyszczonych
- oligosaproby, żyjące w wodach czystych.

Wody naturalne zawierają pewne ilości bakterii chorobotwórczych. Zawartość bakterii (liczba kolonii bakterii w 1 cm3 wody) zależy od rodzaju źródła wody. Na przykład woda ze studni artezyjskich nie zawiera bakterii, woda źródlana zabezpieczona przed zanieczyszczeniem może zawierać do 200 kolonii w 1cm3 wody, a woda rzeczna czysta może zawierać do 125 000 kolonii bakterii w 1 cm3 wody.

Analiza bakteriologiczna wody obejmuje badania ilościowe i jakościowe.
W celu określenia ilości bakterii odmierzoną ilość wody nanosi się na pożywki i po określonym czasie w optymalnej dla bakterii temperaturze określa się liczbę kolonii wyrosłych na pożywce.
Badania jakościowe mają na celu wykrycie bakterii chorobotwórczych w wodzie. Analiza bakteriologiczna sprowadza się zazwyczaj do oznaczania bakterii Escherichia coli (pałeczki okrężnicy). Bakteria ta nie jest niebezpieczna dla człowieka, świadczy jednak o zanieczyszczeniu fekaliami i wzbudza podejrzenie co do obecności bakterii chorobotwórczych. Ilość pałeczek okrężnicy wyraża się jako miano coli, które oznacza najmniejszą objętość wody (w cm3), w której wykryto 1 bakterię okrężnicy. Miano coli 10 oznacza, że w 10 cm3 nie powinna znajdować się więcej niż jedna pałeczka okrężnicy.

Elementy wpływające na  skład wody powierzchniowej :

Domieszki i zanieczyszczenia obecne w wodach powierzchniowych dzieli się je na :

-zawieszone

-rozpuszczoe

Ich ilości mogą się zmieniać w szerokim zakresie od ilości śladowych do kilkuset g/m^3.

Wskaźniki bakteriologiczne

W wodach naturalnych prawie zawsze w mniejszej lub większej ilości występują różne mikroorganizmy.

Szczególnie są nimi zanieczyszczone otwarte zbiorniki wodne, do których spływają wody deszczowe i ścieki.

Rozwój bakterii w wodzie uzależniony jest od obfitości substancji pokarmowych, warunków termicznych, świetlnych, stopnia natlenienia wody i wielu innych.

Oznaczenie bakterii w wodzie jest trudne  , wybrano więc jako organizm wskaźnikowy Bacterium coli (pałeczka okrężnicy) , żyjąca w jelicie grubym . Jej obecność świadczy o zanieczyszczeniu wód ściekami bytowymi  i stanowi podstawę podejrzenia o skażeniu wody ściekami bytowymi i bakteriami chorobotwórczymi .

Charakterystykę bakteriologiczną wody wyraża się mianem coli  - jest to najmniejsza objętość wody w cm sześciennym, w której znaleziono jedna bakterię .
 

Wskaźniki biologiczne.
Badania flory i fauny zbiornika wodnego często stanowią uzupełnienie fizykochemicznej i bakteriologicznej oceny wody. W zależności od stopnia zanieczyszczenia występują odmienne zespoły organizmów wodnych; można więc je przyjąć za wskaźniki czystości wody lub jej zanieczyszczenia.
 

ATMOSFERA

SMOG

Smog to nagłe i silne zanieczyszczenie przyziemnej warstwy powietrza (troposfery) spowodowane dużymi, lokalnymi emisjami gazów i pyłów przy jednoczesnym występowaniu specyficznych warunków meteorologicznych i topograficznych.

CZYNNIKI LONDYN LOS ANGELES
Temperatura powietrza 0-5oC jesień 25-30oC lato
Wilgotność powietrza Pełne nasycenie parą wodną, mgła Powietrze suche
Predkość wiatru Brak wiatru, zanieczyszcenia niemoga być przemieszczane Wiatry słabe, zachodzi mieszanie się substancji, powstanie zanieczyszczeń wtórnych
Widzialnośc Spada pomiżej 30m Spada od około 0,8 do 2m
Rodzaj spalanych paliw Paliwa stałe, olejowe, dużo pyłów Paliwo ciekłe, węglowodory
Składniki będące zanieczyszczeniami Tlenki siarki, węgla, zanieczyszczenia pyłowe Tlenki azotu, PAN, ozonu, związki organiczne
Źródło zanieczyszczeń Źródło stacjonarne Źródło mobilne

Smog czarny

Zjawisko to związane jest z występowaniem w atmosferze bardzo wysokich stężeń dwutlenku siarki i drobnego pyłu.

Występują też podwyższone stężenia CO, NO2 i LZO.

Smog czarny trwa kilka dni.

Nazwa smog londyński pochodzi od opisanego w Londynie w 1952 r. zjawiska podwyższonego stężenia SO2 i pyłu (po ok. 5000 μg∙m-3 !!!). Odnotowano wtedy ok. 4000 zgonów. Epizod smogowy trwał wtedy 2 tygodnie.

Źródła i przyczyny

W Polsce epizody smogu czarnego notowane były przede wszystkim w Krakowie i na Górnym Śląsku.

Obecnie nie poważnych epizodów nie stwierdza się, ze względu na znaczną redukcje emisji SO2 i pyłów.

Skutki

Osoby najwrażliwsze na epizody smogu czarnego:

Smog fotochemiczny

Nazywany jest smogiem letnim, ponieważ występuje latem i wiosną.

Szczególnie sprzyjające warunki jego powstawania panują w Los Angeles.

Przyczyny i źródła

Utleniacze fotochemiczne

Prekursory utleniaczy fotochemicznych

substancje, które przyczyniają się do tworzenia ozonu przyziemnego (troposferycznego) w powietrzu.

Obecnie to zjawisko ma ogromne znaczenie zwłaszcza na terenach o ciepłym klimacie, ale także w Polsce.

Stężenia ozonu troposferycznego stale, z roku na rok, rosną.

Nie ma obecnie innej substancji, której wartości dopuszczalne są tak często przekraczane, jak dla OZONU.

Objawy u ludzi:

Osoby narażone:

W dużych uprzemysłowionych ośrodkach miejskich podczas nadmiernego wzrostu stężenia tlenków siarki i azotu, pyłu węglowego oraz dużej wilgotności powietrza i silnym nasłonecznieniu a jednocześnie bezwietrznej pogodzie może się utworzyć kwaśny smog zwany też mgłą przemysłową.

Rozróżnia się dwa rodzaje smogu:

1)smog typu Los Angeles (smog fotochemiczny, utleniający), może wystąpić od lipca do października przy temperaturze 24¸35°C, powoduje ograniczenie widoczności od 0,8 do (powietrze ma brązowawe zabarwienie). Głównymi zanieczyszczeniami są: tlenek węgla, tlenki azotu, węglowodory aromatyczne i nienasycone, ozon, pyły przemysłowe. Dla wytworzenia się smogu tego typu konieczne jest silne nasłonecznienie powietrza, natomiast ani dym, ani mgła nie mają większego znaczenia.
2) smog typu londyńskiego (kwaśny, "siarkawy"), może wystąpić w zimie przy temperaturze -3¸ , powoduje ograniczenie widoczności nawet do kilkudziesięciu m. Głównymi zanieczyszczeniami powietrza są: dwutlenek siarki, dwutlenek węgla, pyły. Smog powoduje duszność, łzawienie, zaburzenie pracy układu krążenia, podrażnienie skóry. W 1952r w Londynie za przyczyną smogu w ciągu 6 dni zmarło 4000 osób. Wywiera również silne działanie korozyjne na środowisko.

Smog- mieszanina mgły, spalin samochodowych oraz pyłów i gazów wydobywających się z kominów fabryk. Tworzy się nad dużymi miastami. Dwa najbardziej znane typy smogu to:

Głównymi zanieczyszczeniami są:

Dla wytworzenia się smogu tego typu konieczne jest silne nasłonecznienie powietrza.

Głównymi zanieczyszczeniami powietrza są:

Wpływ smogu na ludzi i przyrodę

Ochrona przed kwaśnymi deszczami i smogiem

KWAŚNE DESZCZE

Pod pojęciem „kwaśne opady atmosferyczne” rozumiemy zakwaszoną wodę opadową poniżej progu naturalnego (pH<5,6) pod wpływem mokrej i suchej depozycji związków zakwaszających.

Kwaśna depozycja – suma związków zakwaszających osiadających na powierzchni Ziemi na skutek suchej i mokrej depozycji.

Kwaśne opady – reakcje stanowiące ogólny schemat powstawania kwaśnych zanieczyszczeń powietrza:

gaz (tlenki siarki, azotu, węgla) + woda → kwas

SO2 + H2O → H2SO3

kwas siarkowy (IV)

SO3 + H2O → H2SO4

kwas siarkowy (VI)

NxOy + H2O → HNO3

kwas azotowy (V)

CO2 + H2O → H2CO3

kwas węglowy

Kwaśny deszcz - opad atmosferyczny o odczynie kwaśnym. Spowodowany jest głównie przez cztery rodzaje gazów:

Kwaśny deszcz powstaje w wyniku przedostania się do atmosfery wraz ze spalinami i dymami trujących substancji - tlenków węgla, siarki i azotu. W powietrzu substancje te łączą się z parą wodną zawartą w chmurach i powstaje wówczas kwas siarkowy i azotowy. Dwutlenek siarki po utlenieniu się i połączeniu z wodą tworzy kwas siarkowy, który z deszczem spada na ziemie jako kwaśny deszcz.

Wpływ kwaśnych deszczy na środowisko

Ludzie

Rośliny

Budowle

Inne

Ochrona przed kwaśnymi deszczami i smogiem

Powstawanie kwaśnych deszczy

Kwaśne deszcze powstają na obszarach, na których istnieje możliwość narażenia atmosfery na długotrwałą emisję gazów, które w połączeniu z wodą tworzą kwasy zawierające się w kwaśnych deszczach. Gazy te mogą być wytworem człowieka, czyli powstać w wyniku działań przemysłowych człowieka, ale również mogą być spowodowane przez warunki naturalne.

Tlenki siarki, które są głównym składnikiem kwaśnych deszczy powstałe właśnie w wyniku działalności człowieka, mają duże znaczenie dla środowiska. Szacowana wielkość siarki jaka jest wyemitowana do atmosfery to około 50-70 mln ton rocznie na całym świecie, a co najistotniejsze w ciągu ostatnich 50 lat wyemitowano jej najwięcej. Poziom ten na pewno przez jakiś czas się utrzyma tym samym jesteśmy narażeni przez nadchodzące lata na znaczące opady kwaśnych deszczy.

Ale przemysł nie jest jedynym czynnikiem, który wpływa na emisję siarki do atmosfery. Również za sprawą czynników naturalnych w tym w największym stopniu wulkanów tzn. erupcji wulkanów, siarka dostaje się do atmosfery i w ten sposób podobna ilość jak w przypadku przemysłu zamienia się w kwasy, które tworzą kwaśne deszcze.

Podobna sytuacja jest z węglem. Podczas spalania do atmosfery dostaje się olbrzymia ilość dwutlenku węgla, dodatkowo w wyniku oddawania przez zwierzęta i człowieka jako produktu spalania dwutlenku węgla jego ilość wzrasta i on również tworzy kwaśne deszcze.

Jednak największy problem stanowią tlenki azotu, których główny składnik azot znajduje się w powietrzu i tym samym jest ciężko ustalić ile tlenków azotu znajduje się w kwaśnych deszczach. Szacuje się, że emisja azotu wynosi w granicach 20 mln ton, jednak są to niepotwierdzone dane.

I w taki to sposób za sprawą człowieka oraz przy pomocy natury powstają niszczące kwaśne deszcze.

EFEKT CIEPLARNIANY

Efekt cieplarniany jest naturalnym zjawiskiem, dzięki któremu istnieje życie na Ziemi;

Powoduje łagodniejsze amplitudy temperatur pomiędzy dniem a nocą;

Główną „siłą napędową” decydującą o dynamice systemu klimatycznego jest energia dopływająca z przestrzeni kosmicznej (energia słoneczna)

Ziemia otrzymuje energię promieniowania słonecznego w postaci – głównie – krótkofalowej (λ < 400 μm):

Energia słoneczna powoduje nagrzewanie się powierzchni Ziemi i atmosfery w ciągu dnia;

Ogrzane powierzchnie emitują część energii w postaci promieniowania długofalowego (podczerwonego; cieplnego)

Część energii prom. podczerwonego wypromieniowane zostaje w przestrzeń kosmiczną, a część zostaje zaabsorbowana przez gazy cieplarniane (szklarniowe)

Gazy cieplarniane

są to gazy pochłaniające promieniowanie długofalowe wyemitowane przez powierzchnię Ziemi, przyczyniając się do wzrostu średniej temperatury atmosfery.

1. Emitowane ze źródeł naturalnych i antropogenicznych:

2. Emitowane ze źródeł wyłącznie antropogenicznych (gazy techniczne):

3. Ozon troposferyczny – powstający w atmosferze w przemianach fotochemicznych

Substancje osłabiające efekt cieplarniany

Substancje te odbijają promieniowanie krótkofalowe, zmniejszając ilość energii docierajacej do powierzchni Ziemi

Efekt cieplarniany- wzrost temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi.

Przyczyny powstawania:

Skutki powstawania efektu cieplarnianego:

Zapobieganie powstawaniu efektu cieplarnianego:

DZIURA OZONOWA

Dziura ozonowa - zjawisko zmniejszonego stężenia ozonu w stratosferze atmosfery ziemskiej.

Przyczyny powstawania dziury ozonowej:

Skutki powstawania dziury ozonowej:

Zapobieganie powstawaniu dziury ozonowej

Rozpad ozonu

X + O3 + hv = OX + O2

OX + O = X + O2

O3 + O = 2O2

X – katalizator np. atomy Cl uwolnione w procesie fotolizy freonów.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Problemy Ochrony Litosfery, Hydrosfery i Atmosfery Ściąga 2
Problemy Ochrony Litosfery, Hydrosfery i Atmosfery Wykład 4
Problemy Ochrony Litosfery, Hydrosfery i Atmosfery Wykład 2
Problemy Ochrony Litosfery, Hydrosfery i Atmosfery Wykład 1
Problemy Ochrony Litosfery, Hydrosfery i Atmosfery Wykład 3
Problem ochrony tajemnicy spowiedzi w polskim prawie procesowym do druku
ochrona litosfery, Ochrona Środowiska, Ochrona Środowiska
atmosfera - ściąga, geografia, gimnazjum i liceum, ściągi
Ekonomiczne problemy ochrony środowiska (2)
Geografia 1, Atmosfera-ściąga
Problemy ochrony środowiska
Ekonomiczne problemy ochrony środowiska [ teoria], Ekonomiczne ochrona srodowiska, ŚRODOWISKO JAKO P
Ochrona środowiska - Kolokfium nr.2 ściąga, Akademia Morska, 2 rok', Semestr III, II rok Wydział Mec
Ochrona prawna baz danych sciaga, INIB rok II, PiOSI Sapa
Atmosfera- ściąga
ekonomiczne problemy ochrony środowiska, Ekonomia, ekonomia
Wybrane problemy ochrony ekonomicznej panstw, Dokumenty - Bezpieczeństwo Narodowe, 3 semestr (AREK-D
problem ochrony środowiska w Tczewie, Pomoce naukowe, studia, geografia ekonomiczna
atmosfera ściąga

więcej podobnych podstron