HYDROSFERA

Woda - uniwersalny rozpuszczalnik, jej skażenie jest nieuchronne. Eutrofizacja ekosystemów wodnych jest spowodowana nadmiernym dopływem biogenów nieorganicznych, które stymulują wzrost glonów, prowadzą do ich zakwitu. Odcinają one dopływ światła do innych roślin, obniżają poziom tlenu oraz mogą być toksyczne dla ryb i innych kręgowców. Podstawowymi biogenami wywołującymi eutrofizację są fosforany i azotany. Związki te mogą dopływać do ekosystemów wodnych pośrednio w formie materii organicznej zawierającej P i N, lub w formie bezpośredniej.

Wiele detergentów zawierających trójfosforany i ok. 25% nawozów stosowanych w rolnictwie, zawiera również fosforany i azotany, które przedostają się do ścieków wodnych i są przyczyną eutrofizacji.

Skażenie fosforanami jest problemem szczególnym, ponieważ fosfor jest często biogenem decydującym o wzroście roślin w zbiorowiskach wodno-mułowych.

Konsekwencją gwałtownego przyrostu biomasy roślin jest również ich obumieranie, rozkład materii org i związane z tym wyczerpywanie się zbiorów tlenu.

Toksyczne działanie może mieć wiele substancji chemicznych dopływających do wód. Wśród niebezpiecznych zw. nieorg stwierdzanych w wodzie są m.in. związki arsenu pochodzące z insektycydów, związki kadmu pochodzące z galwanizacji, związki rtęci i cyjanki.

Toksyczne pierwiastki zaburzają działanie wielu podstawowych enzymów roślin i zwierząt.

Do czynników wpływających na fizyczne właściwości wody należą nierozpuszczalne cząstki stałe. Obniżają one jakość wody, powodując jej mętnienie, ograniczając jej przepływ. Utrudniają też oddychanie zwierzętom zaopatrzonym w skrzela. Na zawiesinie cząstek stałych mogą ulegać adsorpcji metale ciężkie i inne zanieczyszczenia środowiska.

Wiele zakładów przemysłowych zlokalizowano nad gdzie woda może być używana do odbierania ciepła opadowego.

Jednakże każdy organizm ma swój zakres tolerancji cieplnej, a na niektórych etapach cyklu życiowego ma szczególne wymagania termiczne np. podczas rozwoju jaj w wodzie

• pstrąg przy 10º ok. 165 dni do wylęgu

• przy 12º ok. 30 dni

• przy 15º - nie dochodzi do wylęgu

Zmieniająca się temperatura wody może wpływać na zmianę składu gatunkowego zesp

np. pełzaki (Acantamoeba i Nigleria) są termofilne.

Ciepło zmienia też chemizm środowiska abiotycznego powodując wzrost rozpuszczalności niektórych substancji chemicznych, a także obniżenie rozpuszczalności gazów ( np. tlenu ). Dodatkowo może wzrastać aktywność metaboliczną - zwiększone zużycie tlenu.

Polska należy do krajów ubogich w wodę, przeciętne zużycie - 400 m³/osoba/rok

USA - 1800 m³/osobę/rok

Europa Zachodnia - 600/900 m³/osoba/rok

Większość wody - 70% - przemysł

10% - rolnictwo

20% - cele komunalne

13 km³ wody rocznie.

Po wprowadzeniu zanieczyszczeń do zbiornika wodnego zachodzi szereg procesów:

• utlenianie i redukcja

• zobojętnianie

• rozkład

• sedymentacja, które w rezultacie prowadzą do stopniowej eliminacji zanieczyszczeń - samooczyszczanie wód.

Musi ono być wspomagane przez oczyszczalnie ścieków przed wprowadzeniem do zbiornika

• mechaniczne - cedzenie, rozdrabnianie, sedymentacja i filtracja

• biologiczne - stworzenie jak najlepszych warunków dla rozwoju reducentów, którzy rozkładają materię organiczną zawartą w ściekach. Ważne jest odpowiednie natlenienie ścieków i stałego podłoża dla rozwoju drobnoustrojów

• chemiczne - szereg reakcji ( utlenianie - redukcja ) zobojętnianie, wytrącanie osadów, obniżanie twardości, usuwanie nadmiaru azotanów i fosforanów.

miast w Polsce ma oczyszczalnie. Woj. Łódzkie:

80% - oczyszczalnie biologiczne

16% - oczyszczalnie mechaniczne

4% - ścieki nieoczyszczone

Znaczne zmniejszenie obciążenia ścieków w ciągu ostatnich 15 lat - najwięcej ścieków Łódź i okolice.

Zły stan czystości wód powierzchniowych ( w dorzeczu Odry wg kryteriów biologicznych wzrost od 91% do 100% długości rzeki zanieczyszczonej wody pozaklasowe, w dorzeczu Wisły z 74% do 79% )

Obecnie w rzekach objętych monitoringiem nie ma wód odpowiadających I klasie czystości ( kryterium biologiczne ), 3,3% odpowiadającej I klasie czystości fizyko-chemicznej.

Maleje liczba jezior z I i II klasą czystości, proces rekultywacji jezior trwa około kilkudziesięciu lat.

ścieków z woj. łódzkiego odpływa do Warty, 19 % do Pilicy, 15% do Bzury.

Woda zanieczyszczona ściekami stanowi źródło zakażeń.

LITOSFERA

80 - 150 km grubości

Przybliżony skład gleby:

• 45% - substancje mineralne

• 30% - woda

• 20% - powietrze

• 5% - substancje organiczne

Środowisko glebowe jest producentem czynników wewnętrznych i zewnętrznych, w tym pochodzenia antropogenicznego. Działają one często w sposób niekorzystny na właściwości fizyczno-chemiczne pokrywy glebowej. Do szczególnie uciążliwych czynników antropogenicznych: przemysł, transport.

Pochłanianie i zatrzymywanie przez glebę różnych substancji i związków chemicznych bez zawiesin drobnoustrojów - SORPCJA

• mechaniczna - zatrzymywanie przez kapilary glebowe cząstek zawiesin

• chemiczna - przechodzenie związków chemicznych z łatwo rozpuszczalnych w trudno rozpuszczalne

• fizyczna - adsorpcja molekularna niezdysocjowanych cząsteczek mineralnych i organicznych

• wymienna = polarna - wymiana pomiędzy jonami zasorbowanymi przez koloidy glebowe a wolnymi jonami roztworu glebowego

• biologiczna - pobieranie składników chemicznych z roztworu glebowego przez drobnoustroje glebowe i korzenie

Sorpcja odgrywa rolę w żyzności gleb, ma wpływ na własności buforowe gleb i na regulowanie stopnia zakwaszenia.

Badanie gleb pod względem zanieczyszczeń powinno stanowić ważne ogniwo w ocenie stanu środowiska przyrodniczego. Przemawia za tym fakt, że gleby są głównym miejscem akumulacji wielu substancji zanieczyszczających. Z drugiej strony stanowią swoisty filtr ochrony dla składników migrujących do wód i pierwiastków łatwo lotnych.

Nadmiernie nagromadzone w roślinach szkodliwe substancje mogą dostawać się do organizmów ludzkich i zwierząt i stanowić źródło zatruć i groźnych chorób.

Wielki wpływ na kształtowanie się gleb odgrywa roślinność wraz z drobnoustrojami i fauną glebową. Największy wpływ na współczesny kształt gleb ma działalność człowieka. ( dwukierunkowa - nawożenie, uprawa, melioracja żyzność gleb;

nadmierne wylesienia, wypasy, odwadnianie toksyczne, ścieki przemysłowe degradacja )

Zamieszkujące glebę organizmy roślinne i zwierzęce - EDAFON - biorą udział w procesach samooczyszczania gleby.

Dużą rolę spełniają bakterie nitryfikacyjne, siarkowe, żelaziste i wodorowe.

W skład edafonu wchodzą mikroorganizmy

• roślinne: glony, porosty, grzyby, promieniowce

• zwierzęce: pierwotniaki, skąposzczety (wazonkowce, drożdżowce )

Masa edafonu ~ 1 tona /ha powierzchni gleby - około 2,5% zawartości próchnicy gleby.

Duże znaczenie ma odczyn gleby - 5,6 - 7,2 - zazwyczaj

Wpływ pH na rozwój roślin jest tym większy im bardziej została zachwiana równowaga pierwiastków w glebie.

Nadmierne zakwaszenie gleb niekorzystne skutki dla rolnictwa, ochrony środowiska, niskie i o gorszej jakości plony, często bardziej zanieczyszczone.

Z gleb kwaśnych następuje większe wypłukiwanie pierwiastków i związków chemicznych, które trafiają do wód powodując ich zanieczyszczenie i eutrofizację.

Gleby kwaśne należy wapniować ( CaCO₃ )

• poprawa struktury

• lepsze warunki do powstania humusu

• hamuje proces degradacji

5 stopni zanieczyszczenia gleb ( stopień „0” - zawartość naturalna )

metale ciężkie w granicach 0 stopnia i I - gleby niezanieczyszczone

II - słabo

III - średnio

IV - silnie

V - bardzo silnie

Degradacja gleb

• erozja wolna /eolityczna

• pustynnienie

• chemizacja

• zasolenie

• spadek ogólnej powierzchni

• transport samochodowy

Szczególne zagrożenie stanowi chemizacja ( nieumiejętne nawożenie i zanieczyszczenie przemysłowe )

Należy podkreślić, że nadmiar niektórych pierwiastków unieczynnia inne

K - Mg, Ca, Na

Ca - Mn

Al - Cu, P

A , Mo, S - K, Ca, Mg

Pestycydy kumulują się w glebie.

Aldrin 9 lat

Arsenian Pb, DDT 15 lat

Dieldrin 6 lat

Stwierdzono, że związki te powstrzymują tworzenie się brodawek na korzeniach roślin motylkowych. Niezależnie od szkód w glebie większość tych środków powraca do człowieka (owoce, zboże, mięso, mleko zwierząt trawożernych)

Pestycydy fosfoorganiczne - w przeciwieństwie do chloorganicznych nie zalegają w glebie dłużej niż 2 godziny. Są estrami. Niezwykle silne trucizny metaboliczne. Szkodliwe dla owadów, wszystkich zwierząt stałocieplnych.

Obecnie ważnym problemem staje się skażenie radioaktywne. Powstaje przeważnie w wyniku rozpadu naturalnych substancji promieniotwórczych. Zwiększa częstość mutacji co prowadzi do obciążenia genetycznego populacji.

W Polsce nie występuje zagrożenie radioaktywnego zakażenia litosfery. Awaria elektrowni w Czarnobylu spowodowała osadzanie się na terytorium Polski izotopów cezu. W rejonie poligonów atomowych doszło do trwałego i bardzo silnego skażenia radioaktywnego litosfery - wybuchy w aerosferze - na i pod powierzchnią litosfery.

Najbardziej toksyczne - metale ciężkie

Co, Ni - uszkodzenia wątroby

Pb, Zn, Cd, Hg - serca

Cu, Hg - nerek

Hg - OUN

Hg, Cd - karcynogenne

- nadciśnienie

Średnia w woj. łódzkim gleby zanieczyszczone metalami ciężkimi < 1%

Łódź, powiat pabianicki i poddębicki - największe zanieczyszczenie gleb.

Pb - związane ze składem mineralogicznym i granulometrycznym pochodzeniem skał macierzystych gleb emisjami komunikacyjnymi i przemysłowymi.

W woj. łódzkim przyczyną zanieczyszczeń gleb - emisje, wylewy rzek

W wyniku zanieczyszczenia gleb lub ich zakwaszania, Pb łatwo przechodzi da łańcucha pokarmowego, nadmiernemu pobieraniu Pb, sprzyja niskie pH, słabe zdolności sorpcyjne, niska zawartość próchnicy.

Nagromadzeniu Cd do poziomu przekraczającego zawartość naturalną może być związane z rodzajem podłoża geologicznego czynnikami antropogenicznymi. Najważniejsze źródło zanieczyszczenia gleb Cd - emisja pyłów przemysłowych ( z hut metali nieżelaznych, które przenoszone są przez wiatr na duże odległości )

Łódź - najbardziej zanieczyszczone Cd w Polsce.

Do powstania źródeł zanieczyszczenia gleb Cu - emisje z hut Cu

• stosowanie różnych odpadów organicznych i mineralnych zawierających Cu

Cr

• wylew rzek Neru i Dobrzynki

• ścieki z garbarni

Głównym antropogenicznym źródłem zanieczyszczenia Zn

• opad pyłów metalonośnych, a w niektórych przypadkach niekontrolowane rolnicze storowanie opadów ściekowych

S - w glebach w różnych formach; najważniejsza siarczanowa ( podstawowy składnik pokarmowy roślin - decyduje o jakości i poziomie plonów, wskaźnik antropogeniczny zanieczyszczenia gleby )

Źródłem S w glebie są emulsje przemysłowe, kwaśne deszcze, stosowanie nawozów zawierających S.

Występowanie stężonej S w roślinach może być przyczyną zmniejszenia ich wartości użytkowej ( konsumpcyjnej i technologicznej )

Procesy samoczyszczenia gleb

• tlenowe ( aerobowe ) - utlenianie, mineralizacja, nitryfikacja

N - sole amonowe

P - fosforany

S - siarczany

• beztlenowe - fermentacja, gnicie

N - amoniak, inolol, skatol

P - fosforowodór

S - H₂S

Zastosowanie mikroorganizmów do oczyszczania środowiska - BIOREMEDIACJA

Litosfera zanieczyszczona ściekami / fekaliami staje się źródłem chorób. Szacuje się, że na ok. 10% obszaru Polski występuje zagrożenie życia i zdrowia ludności - 4 miliony Polaków jest zagrożonych na skutek degradacji środowiska.

4 (dawne) województwa o największej umieralności: jeleniogórskie, katowickie, legnickie, wałbrzyskie => najbardziej zanieczyszczone regiony.

Nasilenie się zgonów ludności powyżej 30 roku życia związanych z chorobami układu krążenia większe o 70% od 4 woj. o najmniejszej umieralności ( olsztyńskie, suwalskie, łomżyńskie, )

Pas największej umieralności - płn i zach - najwcześniej w największych ilościach zastosowanie środków chemicznych w rolnictwie.

Dawne woj. katowickie pod względem zachorowalności na nowotwory złośliwe - 350 zachorowań / 100 tyś - czołówka światowa.

Bardzo czułym testem zanieczyszczenia środowiska - badania nad łożyskami z ciąż niedonoszonych i nieprawidłowych klinicznie z obszarów Polski.

Na obszarach miejsko-przemysłowych następuje zanik aktywności wewnątrzkomórkowej enzymów oddechowych niedotlenienie noworodków wzrost liczby urodzeń martwych, mniejsza waga urodzeniowa i niedorozwój wewnętrzny mający wpływ na późniejszą sprawność fizyczną i umysłową u przeżywających.

---