Ekologia - nauka zajmuje się materią ożywioną, zależnościami, które decydują o liczebności i rozmieszczeniu gatunków. Nauka zajmująca się badaniem wzajemnych oddziaływań między organizmami, a otaczającym środowiskiem

Środowisko przyrodnicze:

-biotyczne - środowisko złożone z organizmów żywych

-abiotyczne - składające się z elementów nieożywionych

Biosfera - sfera roztaczająca się nad ziemią około 10 km nad powierzchnią i 4 km wgłąb, możemy w niej napotkać życie

Atmosfera - ujednolicony skład 78%

Troposfera - różna długość 9 km na biegunie, 17 km na równiku

Hydrosfera - sfera hipotetyczna, której składem jest woda w różnych stanach skupienia. 70,8% Ziemi pokrywa woda (1,4 mld km³) tylko 0,05% woda słodka

Woda - szczególny związek chemiczny. Dla niektórych organizmów stanowi środowisko życia. Jest trwałym związkiem. Cząsteczki wody są niesymetryczne. Między atomami wodoru jest 105º

Asocjacja - łączenie w większe (ok. 6) zespoły

Woda ma bardzo dużą pojemność cieplną:

m-cp = 4,2 kJ/kg

Woda jest bardzo istotnym czynnikiem regulacji klimatu, ponieważ może zmagazynować dużą ilość ciepła. Pochłania więcej ciepła niż odbija.

Gęstość = 1 kg/m³ (przy 20º)

Lód spełnia rolę izolatora (pod jego powierzchnią jest koło 4º), ma on mniejszą gęstość niż woda.

Ilość pary wodnej jest stała w atmosferze, ile się skropli, tyle wyparuje

Źródła pary: parowanie rzek, wód, oceanów, procesy metaboliczne roślin i zwierząt, oddychanie, spalanie

W Polsce zasoby wody na 1 mieszkańca jest ostatnia w europie.

Deszcze na rok w Polsce : 200 km³

Dzięki siłą kapilarnym woda utrzymuje się w glebie.

Litosfera - zewnętrzna warstwa, składa się głównie z produktów utleniania. Skład: Si, Al, Fe, Na, K, Mg, Ca, tlen. Najczęściej są to krzemiany metali lekkich

Minerał - związek chemiczny, który występuje w litosferze

Skała - (pojęcie geologiczne) - składa się głównie z minerałów. Substancje, tworzywa naturalne znajdujące się w skorupie ziemskiej

Surowce mineralne - minerały, które można wykorzystać bezpośrednio lub po przeróbce w celach gospodarczych np. żwir.

Kruszce - metale ciężkie i ich związki (także metale szlachetne)

Ruda - złoże

Kopaliny - surowce wydobywane z ziemi, zaliczamy paliwa do nich

Gleba - są w niej pierwiastki biogenne. Skład: zwietrzelina skalna i składniki organiczne (zawierające węgiel, azot). Wciąż w glebie coś się rozpada, coś syntetyzuje.

Etap 1: zwietrzelina skalna (brak warunków do życia)

-Gdy występuje dobra temperatura, zaczynają pojawiać się cyjanobakterie zdolne do fotosyntezy. Pozwala to innym organizmom na rozwój

Energia słoneczna - na równiku 1353 W/m² (stała słoneczna). Dociera do najwyższych warstw atmosfery. Częściowo jest odbijana, częściowo pochłaniana (w atmosferze 1000 W/m², przy powierzchni 300 W/m² - przeciętnie tyle trafia do atmosfery)

Na całą powierzchnię Ziemi dociera 1780000 TW

W Polsce mamy podstawowy Akt Prawny: Prawo Ochrony środowiska.

Organizacje zajmujące się zmianami klimatycznymi:

IPCC - Międzyrządowy Panel Dotyczący Zmian Klimatycznych (Intergovernmental Panel on Climate Change)

WMO - Światowa Organizacja Meteorologii (World Meteorological Organization)

UNEP - United Nations Environment Program

ONZ stwierdziło, że problem jest bardzo ważny i trzeba się nim zająć.

Zużycie energii ma duży wpływ na podnoszenie się temperatury. Zaburzanie obiegu węgla w przyrodzie, wprowadzamy go coraz więcej do środowiska. Wielką szkodę powoduje również wylesianie.

Trwałość cząsteczki CO₂ w atmosferze - 120 lat, potem wraca do obiegu.

Polska produkuje 300 mln ton CO₂

Handel Emisjami - jaka jest możliwość regeneracji ziemi danego państwa. W zależności od tego wyliczana jest odpowiednia ilość dozwolonej emisji. Jeżeli dany kraj emituje mniej CO₂ niż wyznaczony limit, może odsprzedać pozostałość innemu krajowi. (np. Dania zainwestowała w budowę elektrowni wiatrowej na terenie Polski. W Polsce jest około 20 tego typu projektów.)

CO₂ emitowany jest także przy innych procesach przemysłowych (np. palenie wapna)

W obiegu węgla znajduje się także Metan CH₄ (żywotność 12 lat), a na skutek pewnych procesów przemienia się na CO₂ i wodę. Do atmosfery metan trafia ze źródeł naturalnych (150 Megaton/rok) i ze źródeł antropogenicznych (360-400 Megaton/rok). Metan stanowi podstawowy składnik gazu ziemnego, przy jego wydobyciu zawsze pojawiają się nieszczelności. Podobnie jeżeli chodzi o kopalnie węgla, znajduje się w nich bardzo duże ilości tego gazu

Naturalne i antropogeniczne źródła metanu i ich udział w emisji do atmosfery

Źródło	Udział %
Kopalnie, odwierty gazowe	15
Wysypiska odpadów	7
Spalanie biomasy	10
Uprawa ryżu	20
Fermentacja jelitowa (hodowla)	15
Bagna	21
Termity	7
Oceany	5

Wysypiska - odpady komunalne zawierają bardzo dużo substancji organicznych. Gdy są one przechowywane bez tlenu, efektem rozkładu jest powstanie metanu.

Uprawa ryżu - ryż rośnie na terenach podmokłych. W glebie przebiegają pewne procesy beztlenowe, w wyniku których powstaje metan, który dostaje się do atmosfery

Fermentacja jelitowa - zwłaszcza zwierzęta przeżuwające (owce, krowy itp.), produkują one dużo metanu.

Ocenia się, że przyrost stężenia metanu w atmosferze wynosi 1%/rok

PODSTAWOWE POJĘCIA Z TERMODYNAMIKI:

Układ i jego otoczenie

Układ otwarty - może występować wymiana materii i energii z otoczeniem

Układ zamknięty - możliwa jest wymiana wyłącznie energii z otoczeniem

Układ izolowany - niemożliwa jest wymiana masy i energii z otoczeniem

Stan układu - zbiór wszystkich tych badań w jednej chwili, stan to jest zbiór wartości chwilowych wielkości zwanych zmiennymi

Parametry (zmienne) stanu:

Ciśnienie, Objętość, Temperatura

Stan układu to zbiór wartości chwilowych wielkości, które nazywamy zmiennymi stałymi.

Funkcja stanu określana jest przez stan początkowy i końcowy.

(L) - praca wykonana na układzie ( + jak „na układzie” , - jeśli „przez układ”)

(U) - energia wewnętrzna - suma wszystkich energii występujących w układzie.

Rodzaje przekazywania ciepła:

- konwekcja - promieniowanie - przewodzenie (przekazywanie energii od jednej cząsteczki do drugiej itd.)

I Zasada Termodynamiki (Zasada zachowania energii)

-Dla układu otwartego ∆U może nastąpić albo na sposób ciepła, albo na sposób pracy

-W układzie izolowanym we wszystkich procesach w tym układzie, energia wewnętrzna pozostaje niezmieniona

Układy dążą do stanu równowagi.

Równowaga dynamiczna - tyle samo ubywa co przybywa

II Zasada termodynamiki - mówi o kierunku przemian

-W procesach działających samorzutnie w kierunku osiągnięcia równowagi rośnie „nieuporządkowanie” oraz maleje zdolność do wykonania pracy zewnętrznej.

-Nie jest możliwe pobieranie ciepła z jednego termodynamicznie jednorodnego ciała i zamiana go na pracę bez zmiany w otoczeniu.

Entropia - funkcja stanu (S) wynika z tego co wzrasta nieuporządkowanie

∆Q - ciepło dostarczane do układu, T - temperatura

Se - z przemian wewnętrznych w układzie Si - z interakcji

Zmiana ciepła na pracę odbywa się kosztem tego ciepła które wywołuje zmiany otoczenia, ciepło płynie od wyższej do niższej temp.

Rozproszenie (dyscypacja) energii - w sposób nieodwracalny tracimy energie, zwiększamy nieuporządkowanie układu

Zmiana entropii układu składa się ze zmian na zewnątrz i wewnątrz układu. W procesach przebiegających samorzutnie energia zawsze wzrasta.

Procesy odwracalne - przyrost entropii
,

Procesy nieodwracalne - S zawsze rośnie

Układ dąży do pewnego makro stanu odpowiadającego największej liczbie mikro stanów.

Jeżeli układ pobiera z otoczenia bardziej uporządkowanie, przyrost entropii jest wolniejszy

Egzergia - pewna część energii (1955). Jest to max. Zdolność danej substancji do wykonania pracy wobec otoczenia. Ustala się ją dla określonego układu i otoczenia. Może się zużyć. Jest wyrażana przez:

T₀ - temperatura otoczenia, T - temperatura , Q - ciepło dostarczane do układu, T_o=T - żadna praca nie może być wykonana

Egzergia jest zużywana w odróżnieniu od energii.

Podstawową jednostką jest organizm. Zbiór organizmów to populacja. Jednego rodzaju żyjących na pewnym terenie

Biocenoza - zbiór populacji współwystępujących w określonym miejscu i czasie. Istnieją związki między tymi populacyjnymi. Są one między sobą zależne. Biocenoza ma swoją organizację i jest trwała.

Biotop - wszystko co znajduje się na terenie, gdzie występują organizmy żywe (gleba, powietrze…). Czynniki abiotyczne umożliwiające funkcjonowanie organizmom żywym.

Biocenoza + Biotyp = Ekosystem

Ekosystem - zespół organizmów żywych na danym terenie oraz jego nieożywione otoczenie. Cechą charakterystyczną Ekosystemu jest ciągły przepływ energii i obieg materii w ekosystemie następuje ciągła weryfikacja genetycznych właściwości.

Ekosystem jest złożoną strukturą. Im bardziej złożony tym bardziej jest odporny (na zranienia, na czynniki zewnętrzna.

Materia organiczna w 95% składa się z węgla, powstają w wyniku fotosyntezy.

Fotosynteza - zamiana związków nieorganicznych w związki organiczne dzięki promieniom słonecznym. Produkty fotosyntezy to węglowodory, białka i tłuszcze.

Producenci - rośliny; Konsumenci - roślinożercy; Konsumenci II rodzaju - konsumują konsumentów

Destruenci - bakterie, grzyby - dokonują rozkładu martwych organizmów.

Rozbudowany Łańcuch pokarmowy to sieć troficzna.

Ekosystem jako ziemia - układ zamknięty wymieniamy energię z otoczeniem, jednak nie materię.

Organizmy żywe są układami otwartymi. Przyroda nie zna pojęcia odpadów.

Konwencja Ramowa Narodów Zjednoczonych na temat zmian klimatu (UNFCCC -United Nations Framework Convention on Climate Change) w 1998r.

Cel: Ustabilizować stężenie gazów szklarniowych w atmosferze na poziomie, który zapobiegałby groźnej ingerencji antropogenicznej w układ klimatyczny. Ratyfikowały ten program 174 państwa. (140 rozwijających się)

Kioto Protokole

1997r. - podpisano ten protokół

Cel: zmniejszyć emisję sześciu podstawowych gazów szklarniowych co najmniej o 5% w latach 2008-2012 przyjmując za poziom odniesienia 1990.

Ozon - Występuje w stratosferze (chroni nas przed nadmiernym promieniowaniem). Bezpośredni kontakt z ozonem może powodować zaburzenia układu oddechowego. Jest substancją działającą na mikroorganizmy. Jest jednostką nietrwałą, w trakcie jego rozpadu uwalnia się energia, która zabija mikroorganizmy, niszczy barwniki, gumę. Jest bardzo aktywnym gazem. Ozon jest wydzielany przez cyrografy.

Ozon występujący w troposferze wywołuje smog fotochemiczny, jest jednym z jego komponentów. Na skutek emitowanych tlenków azotu i węglowodorów przez samochody podczas spalania przy udziale promieniowania słonecznego i wilgoci wytwarza się ozon.

Azot - N₂O - podtlenek azotu jest w protokole z Kioto wymieniony jako gaz szklarniowy. W atmosferze jest jednak dużo różnych tlenków azotu NO_x. Występuje jako amoniak (źródło naturalne: gdy rozkłada się białko, jednym z produktów jest amoniak, źródło nienaturalne: produkcja amoniaku, układy chłodnicze), jako gaz neutralny w powietrzu, a także w glebie w formie azotanów NO₃^- . Są dobrze rozpuszczalne w wodzie, łatwo wymywany. Człowiek przy spalaniu paliw kopalnych emituje szereg tlenków azotu do atmosfery. Stosowany często w nawozach. Wszystko to razem powoduje zakłócenie naturalnego obiegu azotu.

Eutrofizacja - nadmierny rozrost pewnych organizmów w odbiornikach wodnych zaburzający łańcuch pokarmowy (np. ujścia rzek), do których wpływa dużo substancji odżywczych, a później ich zamieranie z powodu braku tlenu (tworzy się warstwa martwicy).

Siarka - Jest pierwiastkiem, który występuje w glebie (siarczki, siarczany). Stanowi pewien element paliw kopalnych, przy czym mówi się wtedy o siarce organicznej i nieorganicznej. Gdy spalamy węgiel kamienny zostaje popiół, w którym przeważają składniki nieorganiczne często między innymi siarkę (np. piryt). W węglu znajdują się także substancje organiczne zawierające siarkę, które przy spalaniu emitują SO₂ do atmosfery. Jeżeli chcielibyśmy zmniejszyć emisję siarki, należałoby oczyszczać węgiel przed spalaniem, jednak są to bardzo drogie zabiegi. Obieg siarki został także zakłócony przez spalanie paliw kopalnych.

Do atmosfery siarka dostaje się także podczas procesów wulkanicznych.

Skutki rozwoju: zaburzenie pewnych obiegów i pojawienie się substancji trwałych, szkodliwych, które nigdy wcześniej nie występowały w przyrodzie (POP - Persistant Organic Polutant), które zostały wytworzone przez człowieka.

Cechy substancji:

1.w zależności od budowy cząsteczki, każda substancja może różnie oddziaływać na organizm, może mieć różne właściwości.

2.Ważną cechą każdej substancji jest jej trwałość (określana okresem półtrwania/połowicznego rozpadu. Czas po którym z danej ilości substancji zostaje połowa.)

3.Lipofilowość - zdolność danej substancji do rozpuszczania się w tłuszczach. (jeśli taka substancja przenika przez błony komórkowe, skupia się w tkance tłuszczowej.

4.Toksyczność - działanie substancji może być natychmiastowe (ostre) lub przewlekłe. Np. LD₅₀ - dawka śmiertelna. Przy danej dawce 50% populacji ginie. Substancje trujące dzielimy na trzy podstawowe grupy:

Toksykanty - potencjalnie trujące, Ksenobiotyki - substancje trujące nie występujące w przyrodzie , Toksyny - substancje trujące wytworzone przez organizmy żywe. Biocyd - trucizna dezynfekująca

Właściwości sprzyjające rozprzestrzenianiu się danej substancji:

1.Rozpuszczalność w wodzie i tłuszczu

2.Gęstość

3.Lepkość - właściwość dynamiczna. (tarcie wewnętrzne) właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Lepkość jest jedną z najważniejszych cech olejów.

4.Lotność - (aktywność ciśnieniowa) zdolność do odparowania w danej temperaturze w danych warunkach.

5.Zdolność do absorpcji - przyjmowanie przez powierzchnie ciała stałego, lub cieczy substancji innej zabieranej z otocznenia.

6.Trwałośc

Pare szczególnych zanieczyszczeń

POPs - Persistant Organic Polutants - Trwałe Zanieczyszczenia Organiczne - TZO

Z tymi zanieczyszczeniami wiąze się Konwencja Sztokholmska, która powstała z inicjatywy i w wyniku działań prac UNEP (United Nations Enviromental Program).

Mówi o trwałych zanieczyszczeniach organicznych

-Weszła w życie 17 maja 2004 roku, w ramach Programu Narodów Zjednoczonych ds. Ochrony Środowiska (UNEP)

-Podpisało ją łącznie 151 krajów, a 127 z nich ratyfikowało

-Wspólnota Europejska ratyfikowała ją w listopadzie 2004 roku.

-Zajmowała się głównie pestycydami, ale nie tylko.

-Omówionych zostało 12 substancji znajdujących się na liście TZO (wspólna cecha: mogą akumulować się w organizmach żywych, działają niekorzystnie na system nerwowy i rozrodczy, są rakotwórcze, szereg organizmów ma opóźnioną reakcję na te środki), ale ta lista nie jest zamknięta, będą na nią trafiać kolejne substancje.

CEL

-Chronić ludzi i środowisko przed skutkami działania TZO

-Podjąć kroki w celu zmniejszenia emisji - a tam gdzie możliwe - eliminacji TZO

-Zapewnić właściwy nadzór nad przechowywaniem TZO i zagospodarowaniem odpadów zawierających TZO

Jeżeli nazwa substancji kończy się -cyd to jest to coś co ma uśmiercać organizmy żywe.

Substancje:

1. DDT - dichlorodifenylotrichloroetan - zrobiło ogromną karierę w czasie II WŚ i po niej, ponieważ był bardzo skutecznym środkiem w ochronie roślin i ochronie ludzi przed insektami roznoszącymi mikroorganizmy chorobotwórcze (np. walka z malarią: w '48 było 3 mln zgonów, '69 a 0 zgonów). W czasie wojny dla żołnierzy był zbawczy, ponieważ chronił ich przed chorobami danego terenu. Chroniła ich także przed wszami i innymi insektami, które rozprzestrzeniały się w wyniku spadku poziomu ogólnej higieny. Z kolei w USA w stanie Kenektikat rybołowy żywiły się rybami, które zawierały w sobie 5x więcej DDT niż ogólny poziom. Efekt: rybołowy przestały się rozmnażać, jaja, nie przynosiły piskląt. Dopiero ograniczenie DDT przywróciło równowagę. Około 1 mln ton DDT krąży po ziemi. W wielu krajach jest to zakazana substancja, jednak jest zalecana do stosowanie w krajach najuboższych, ponieważ ze wszystkich dostępnych środków jest najtańszy.

2. PCB - polichlorobifenyle - zostały wynalezione/odkryte w latach `30s jako rewelacyjne ciecze służące wsparciu rozwiązań technicznych. Są to ciecze oleiste, które stosuje się w transformatorach jako oleje transformatorowe ze względu na ich bardzo dobre właściwości dielektryczne (substancje nie przewodzące prądu, izolatory). Nie mają zapachu. Inne zastosowanie: ciecze i nośniki energii cieplnej, ciecze robocze w urządzeniach hydraulicznych, plastyfikatory (przy produkcji tworzyw sztucznych z polimerów dodaje się do nich substancje nadające im elastyczności - plastyfikatory). W `68 w Japonii w Kiushy 15 tys. osób uległo zatruciu spożywając olej ryżowy, który był zanieczyszczony PCB. Rozprzestrzeniają się w wodzie i powietrzu maja zdolność do bioakumulacji

3. PBB - polibromobifenyle - spowalniacze palenia, tłumiące płomień dodawane do rozmaitych tworzyw sztucznych. Stosowane w komputerach, długotrwała praca komputera powoduje emisje bromu.

4. TCDD - Dioksyny - istnieje około 200 kombinacji. Są to bardzo trujące substancje, bardziej niż cyjanek potasu. Dopuszczalna dawka tygodniowa dla człowieka to 35 pg/kg masy żywej. W '83 śledzie bałtyckie zawierały 0,1-0,3 pg/g. W UE jest plan wprowadzenia zakazu połowu ryb bałtyckich. Dioksyny nie są produkowane jako produkt pożyteczny dla człowieka. Są produktem ubocznym szczególnie przy spalaniu odpadów (tych, które zawierają związki chloru, tworzywa sztuczne). UE postawiła bardzo surowe warunki spalania odpadów.

5. Furany - także powstają w trakcie spalania, albo w procesach chemicznych jako produkt uboczny.

Substancje nie znajdujące się na liście TZO:

CFC - Freony - chlorofluorowęglowodory - wyprodukowane, ponieważ pojawiło się zapotrzebowanie na substancję stosowaną w systemach chłodniczych: nie palna, dobrze działająca jako czynnik chłodniczy. Zaczęto go dość często stosować, pojawił się także szeroko w produkcji spray'ów, klimatyzatorów a także napowietrzonych (spienionych) tworzyw sztucznych. CFC uwolnione do atmosfery, wędrują (7-8 lat) do stratosfery, a pod wpływem promieniowania ultrafioletowego uwalniany jest chlor, który łączy się z ozonem neutralizując go ( jedna cząstka chloru może zniszczyć wiele cząstek ozonu). W '83 w trakcie badań nad Antarktydą stwierdzono istnienie dziury ozonowej. Uszczuplenie warstwy ozonowej sprawia, że do powierzchni ziemi dociera więcej promieniowanie ultrafioletowego (niebezpieczne dla skóry: nowotwory), a także następuje w ekosystemach wodnych zmniejszenie populacji fitoplanktonu (pierwszego elementu łańcuchu pokarmowego). Zwiększa się również zagrożenie dla wzroku ludzkiego. Chłodziarki powinny być specjalnie utylizowane ponieważ zawiera sporo freonu.

Inne substancje groźne:

Metale ciężkie - ich gęstość jest większa niż 4,5 g/cm³ lub ich związki (Rtęć, ołów, kadm, cynk, chrom). Wbudowują się w pewne substancje w organizmie np. enzymy i inne substancje biochemiczne, powodując, że zaburza się sterowanie informacjami wewnątrz tego organizmu.

Rtęć - w warunkach pokojowych jest w stanie ciekłym. Jest bardzo trująca, powoduje zmiany w układzie nerwowym człowieka. Jest stosowana jako ciecz w termometrach, jako materiał roboczy w pompach próżniowych (dobra szczelność). Jest to zdradliwy materiał, bardzo ruchliwy materiał, jeżeli wyleje się na jakąś powierzchnię, niemalże nie da się usunąć, cały czas będzie parować, metodą jest posypywanie rozlanej rtęci siarką. Występuje także w świetlówkach. Stosowano także jej związki w zaprawianie ziaren przed zasianiem, a także jako katalizator przy produkcji tworzyw sztucznych. W latach '90 w rzekach wpływających do Bałtyku szacowano, że znajduje się od 8 do 44 ton rtęci. Była stosowana jako środek leczniczy, jest stosowana jako środek grzybobójczy.

Ołów - stosowany już w czasach imperium rzymskiego, był stosowany w przemyśle chemicznym, do budowania rurociągów, używany w akumulatorach, śrucie przez myśliwych. W organizmie wbudowują się w związki aktywne. Ołów był dodawany do benzyny, jako pigment do farb,

Kadm - stosowany do pokywania powierzchni w celach ochronnych, dodatek do stopów wykorzystywanych w brudnych warunkach, nie przypuszcza światła jest kryjący, wykorzystywany do pigmentów

Chrom - stosowany w przemyśle garbarskim - farbowanie skóry

---