1. Cykl geochemiczny węgla.

Węgiel to podstawowy pierwiastek budulcowy związków organicznych. Węgiel jest włączony do obiegu w postaci CO2, który jest asymilowany przez organizmy fotosyntetyzujące (rośliny zielone, bakterie samożywne). Dzięki istniejącym łańcuchom pokarmowym węgiel przechodzi od roślin do konsumentów I rzędu (roślinożerców), a następnie do konsumentów II rzędu (mięsożercy). Węgiel wraca do obiegu (do atmosfery) jako CO2, powstający w procesie oddychania heterotrofów i autotrofów. Nie wszystkie rośliny i zwierzęta są zjadane przez inne zwierzęta. Jako obumarła materia organiczna stanowią one źródło pokarmu dla destruentów, głównie bakterii i grzybów saprofitycznych. Odżywiając się materią organiczną, destruenci wbudowują w swoje ciało atomy węgla, a równocześnie powodują rozkład materii organicznej do nieorganicznej. Część tej martwej materii wiele milionów lat temu przekształciła się w paliwa kopalne, np. węgiel kamienny, ropę. 
Rozkład materii organicznej, przebiegający z udziałem destruentów, oraz oddychanie producentów, a głównie konsumentów, pozwalają utrzymać na stałym poziomie zawartość CO2 w atmosferze (0,03%). Jednakże obecnie bilans ten ulega pewnemu zachwianiu, m.in. na skutek przemysłowego przetwarzania przez człowieka paliw kopalnych zawierających głównie węgiel (spalanie ropy, węgla, drewna). 

2. Biologiczne źródła składników atmosfery

a) Lasy

(fotosynteza: 2H₂O + CO₂+ hv CH₂O + H₂O + O₂

związki organiczne terpeny: pinen i limonen

kwasy organiczne aldehydy

b) Mikroorganizmy (gleby mokre, układy pokarmowe przeżuwaczy):

CO2+ 4H2 CH4

związki azotu (N2, NO) mocznik:

NH2CONH2(aq) + H2O(c) 2NH3(g)+ CO2(g)

2NH3(g)+ 2O2(g) N2O(g)+ 3H2O(g)

utlenianie aminokwasów:

NH2CH2COOH + 3/2O2 2CO2+ H2O + NH3

c) Mikroorganizmy (oceany)

woda morska bogata w rozpuszczalne SO4-, Cl-, F-, Br-, I-.

hydroliza β-dimetylosulfoniopropionianu:

(CH3)2S+(CH2)2COO-(aq) (CH3)2S + CH2CHCOOH(aq)

siarczek dimetylu kwas akrylowy

(DMS)

Mikroorganizmy (oceany)

woda morska bogata w rozpuszczalne SO4-, Cl-F-, Br-, I-.

CS2(g)+ H2O(g) COS(g)+ H2S(g)

Disiarczektlenosiarczek

Węgla węgla

3. Cykl Chapmana

Cykl ozonowo-tlenowy (cyklem Chapmana) - szereg reakcji chemicznych opisujących przemiany jakim podlega ozon stratosferyczny czemu towarzyszy przemiana promieniowania ultrafioletowego w energię cieplną. W swej istocie proces ten został odkryty w roku 1930 przez brytyjskiego matematyka i geofizyka, Sydneya Chapmana (1888-1970).

Podstawowy cykl ma następujący przebieg:

1. Pod wpływem działania promieniowania ultrafioletowego o długości fali poniżej 242 nm obojętna cząsteczka tlenu jest rozbijana na dwa reaktywne atomy:

hν = foton

2. W wyniku zderzenia atomu tlenu z cząsteczką tlenu powstaje ozon:

Cząsteczki M odprowadzają ciepło z układu

3. Fale promieniowania ultrafioletowego z zakresu 240-310 nm powodują rozpad cząsteczki ozonu:

4. Tlen atomowy może ponownie utworzyć ozon (etap 2) lub utworzyć tlen cząsteczkowy:

W trakcie badań zwrócono uwagę na inne niż tlen związki współistniejące z nim w atmosferze ziemskiej. Utrudniają one trafienie fotonu w cząsteczkę tlenu a wyłapując jego reaktywne atomy zmniejszają prawdopodobieństwo powstania ozonu. Oto przykładowy schemat procesu konkurencyjnego:

,

,

.

Za główną przyczynę zaniku ozonu w atmosferze czyli powstawanie dziury ozonowej uważa się zanieczyszczenie atmosfery chlorem pochodzącym z freonów.

4. Wietrzenie chemiczne gleb

Wietrzenie chemiczne - rozkład skały przy zmianie jej składu chemicznego, niezbędnym warunkiem do jego zaistnienia jest obecność wody, głównymi czynnikami wietrzenia chemicznego są: woda opadowa, dwutlenek węgla, tlen oraz azot

• solucja (rozpuszczanie)

skały takie jak gipsy, chlorki, dolomity, wapienie rozpuszczają się całkowicie, natomiast margle, piaskowce ulegają częściowemu rozpuszczeniu, w czasie rozpuszczania zachodzi proces solwatacji - łączenie się cząstek rozpuszczalnika z cząsteczkami substancji rozpuszczanej.

• ługowanie

proces rozpuszczania i wymywania minerałów.

• hydroliza

zachodzi pod wpływem wody i powoduje rozpad minerałów na części zasadowe i kwaśne, które łatwiej erodują. Dotyczy głównie krzemianów oraz skaleni.

• hydratacja (uwodnienie)

przemiana minerałów bezwodnych w słabo uwodnione, nie niszczy minerałów ale zmienia ich własciwosci fizyczne np. suche iły - zwięzłe, uwilgotnione - wzrasta objętość, spada spoistość; czerwony bezwodny hematyt w połączeniu z wodą daje mniej zwięzły żółty limonit; anhydryt po połączeniu z wodą daje gips.

• karbonatyzacja (uwęglanowienie)

przekształcenie minerałów (głównie krzemianów i glinokrzemianów) w węglany. Przykładem jest węglan wapnia, który w połączeniu z wodą zawierającą dwutlenek węgla przechodzi w łatwo rozpuszczalny kwaśny węglan wypłukiwany przez wodę.

• oksydacja (utlenienie)

minerały łączą się z tlenem np. zamiana siarczków na siarczany.

• redukcja

pozyskiwanie elektronów walencyjnych, zmiana formy utlenienia związku z wyższego poziomu na niższy.

• chelatyzacja

proces produkcji przez organizmy substancji organicznych (np. hemoglobina, chlorofil, kwasy humusowe i fulwowe), w centrum związku występuje metal, który jest związany z pierwiastkami C,N,H,O, proces ten powoduje dekompozycje skał, które zawierają w swym składzie metale.

Wietrzenie typu chemicznego - jego efektem jest zmiana struktury minerałów. Wytwarzane są nowe minerały zwane wtórnymi. Czynnikami bardzo istotnymi dla wietrzenia chemicznego są woda, dwutlenek węgla, kwasy mineralne, organiczne i tlen. Podczas tego wietrzenia na zwałowiskach dochodzi do:

- utlenienia (ma zasięg na głębokość do której dochodzi tlen),

- redukcji (zachodzi tam, gdzie nie występuje wolny tlen; niekiedy redukcję wywołują kwasy),

- hydratacji (jeśli woda jest składnikiem minerałów, zmieniając ich właściwości chemiczne oraz fizyczne - 2Fe₂O₃+3H₂O = 2Fe₂O₃*3H₂O),

- hydrolizy ( hydrolizie z minerałów trudno ulega siarczan (VI) wapnia i węglan wapnia - jeszcze trudniej; w przypadku minerałów zasadowych istnieje możliwość do  wymiany z wodorem CaSiO₃+HOH=H₂SiO₃+Ca(OH)₂ ),

- karbonatyzacji (ma ona związek z powstawanie węglanów, a substratem są dwuwęglany. Karbonatyzacja jest związana z rozkładem minerałów glebowych. Ma związek z hydrolizą minerałów, które następnie przechodzą w inne).

5. Mikrobiologiczne usuwanie azotu

Podstawy biologicznego usuwania azotu

Do biologicznych metod usuwania związków zawierających azot zalicza się nitryfikację i denitryfikację. Procesy te stanowią główne ogniwa w łańcuchu przemian azotu zachodzących podczas biologicznego oczyszczania ścieków, które dokonuje się za pomocą osadu czynnego. Osad czynny stanowi konsorcjum mikroorganizmów, wśród których m.in. są bakterie, grzyby, orzęski, wiciowce, korzenionóżki, wrotki, glony i robaki. Za nitryfikację, która przebiega w dwóch etapach, odpowiedzialne są chemosyntetyczne bakterie autotroficzne (samożywne). W pierwszym etapie nitryfikacji, którego syntetyczną postać ilustruje równanie 2, uczestniczą m.in. bakterie z rodzaju Nitrosomonas i Nitrosococcus.

NH₄⁺ + ³/₂ O₂ → NO₂^- + 2 H⁺ + H₂O

Natomiast bakterie biorące udział w drugim etapie nitryfikacji, wyrażonym za pomocą równania 3, reprezentują np. rodzaje Nitrobacter czy Nitrosocystis,

NO₂- + ¹/₂ O₂ → NO₃^-

Utlenianie azotanów(III) do azotanów(V) (drugi etap nitryfikacji) przebiega szybciej niż utlenianie azotu amonowego do azotanów(III) (pierwszy etap nitryfikacji). Z tego powodu azotany(III) nie powinny występować w ściekach oczyszczonych. Bakterie nitryfikacyjne (nitryfikatory) należą do najbardziej wrażliwej populacji drobnoustrojów biorących udział w oczyszczaniu ścieków. O ich aktywności decydują takie czynniki jak: temperatura, pH, zasadowość, stężenie tlenu rozpuszczonego, wiek osadu czynnego i jego obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń organicznych, obecność oraz stężenie substancji toksycznych, a także stężenie azotu w dopływie do oczyszczalni.

Parametr Jednostki Wartości parametrów Temperatura °C > 20 pH - 7,5÷8,5 Stężenie tlenu rozpuszczonego mg O₂/l 2÷3 Obciążenie osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń organicznych g O₂/g sm/doba 0,1÷0,2 Wiek osadu czynnego doba > 20 W miarę spadku temperatury zmniejsza się intensywność nitryfikacji, a poniżej 5°C proces ten ustaje w wyniku zahamowania wzrostu bakterii. Jeśli pH jest niższe od optymalnego, ale utrzymuje się na stałym poziomie, to proces nitryfikacji przystosowuje się do mniej korzystnego pH. Ważną rolę odgrywa tutaj zasadowość, im jest ona wyższa, tym utrzymanie pH na stałym poziomie jest łatwiejsze. Nitryfikacji 1 g azotu amonowego towarzyszy zmniejszenie zasadowości o 7,1 g CaCO₃. Jej nadmierny spadek prowadzi do obniżenia pH, co z kolei hamuje wzrost bakterii nitryfikujących. Spadek stężenia tlenu rozpuszczonego poniżej 1mg O₂/l także obniża szybkość wzrostu nitryfikatorów. Ich powolny przyrost, będący konsekwencją naturalnie długiego czasu generacji sprawia, że zbyt krótki wiek osadu czynnego sprzyja wymywaniu tych mikroorganizmów z systemu oczyszczania. Powstały w wyniku nitryfikacji azot azotanowy jest redukowany w procesie denitryfikacji do azotu gazowego przez wiele bakterii heterotroficznych, m.in. z rodzaju Micrococcus i Pseudomonas. Proces redukcji azotu azotanowego przebiega w kilku etapach (równanie 4):

N⁺⁵ → N⁺³ → N⁺² → N⁺¹ → N⁰

Denitryfikacja (zwana także oddychaniem azotanowym) przebiega najsprawniej w warunkach odpowiedniej podaży azotanów(V) i łatwo przyswajalnych substratów węglowych oraz gdy stężenie tlenu rozpuszczonego nie przekracza 0,5 mg O₂/l. Wyższe stężenie tlenu hamuje ten proces, ponieważ w takich warunkach źródłem tlenu dla bakterii staje się tlen rozpuszczony, a nie tlen zawarty w azotanach. Również rodzaj substratów węglowych wpływa na kinetykę i dynamikę denitryfikacji. Najwolniej denitryfikacja zachodzi wtedy, gdy źródłem węgla jest węgiel endogenny (pochodzący z rozkładu własnej biomasy), najszybciej zaś, gdy są nim proste, jedno- i dwuwęglowe związki organiczne. Tworzący się w czasie denitryfikacji HCO₃^- odbudowuje w ściekach około 50% zasadowości traconej w procesie nitryfikacji, ponieważ redukcji 1mg NO₃^- towarzyszy przyrost zasadowości równoważny 3,57 mg CaCO₃. Czynnikami wpływającymi na denitryfikację są również temperatura i pH. Optymalne wartości tych parametrów wynoszą odpowiednio: 20°C i 6,5 do 7,5.

Układy do biologicznego usuwania azotu

Inne warunki niezbędne do efektywnego utleniania amoniaku do azotanów(V) i jego redukcji do azotu gazowego wymagają stosowania oddzielnych komór do nitryfikacji i denitryfikacji. Komora denitryfikacji może występować na początku układu oczyszczania.W tym przypadku źródłem łatwo przyswajalnego dla bakterii odpowiedzialnych za denitryfikację węgla organicznego są surowe ścieki, a azotanów(V) dostarczają oczyszczone z węgla organicznego ścieki recyrkulowane z komory napowietrzanej (komora aeracji). Biomasa w komorze denitryfikacyjnej uzupełniana jest zawracanym osadem czynnym z osadnika wtórnego, a dzięki powrotowi ścieków z komory denitryfikacji do komory aeracji, usuwany jest z nich gazowy azot. Sprawia to, że sedymentacja osadu czynnego w osadniku wtórnym nie jest zakłócana przez wydzielające się pęcherzyki gazu.

Komora denitryfikacji może być usytuowana po komorze nitryfikacji. Źródłem azotanów są oczyszczone w komorze nitryfikacji (w komorze aeracji) ścieki, które po oddzieleniu osadu czynnego w osadniku wtórnym kierowane są do komory denitryfikacji. Odpowiedni przyrost heterotroficznych bakterii odpowiedzialnych za denitryfikację uzyskuje się w tym układzie dzięki dostarczaniu do komory denitryfikacji surowych ścieków i/lub łatwo przyswajalnego zewnętrznego źródła węgla (np. metanolu). W charakterystycznej dla tego układu drugiej komorze napowietrzanej (komora reaeracji) poprawiają się właściwości sedymentacyjne osadu czynnego dzięki uwalnianiu w niej gazowego azotu. Każda sekwencja tego układu (sekwencja do nitryfikacji i sekwencja do denitryfikacji) ma własny system recyrkulacyjny. Sprawia to, że biomasa w każdej komorze zdominowana jest przez drobnoustroje specyficzne dla zachodzących w tych komorach przemian biochemicznych.

6. Zmiany klimatu- jakie będą i co nam przyniosą?

Klimat jest kształtowany przez wzajemne oddziaływanie powierzchni Ziemi i jej atmosfery, ale najbardziej istotny jest przepływ energii, której głównym źródłem jest Słońce. Cyrkulacja atmosferyczna, prądy morskie i zmiany stanu skupienia wody są najważniejszymi czynnikami zmian klimatu. Oprócz uwarunkowań wynikających z rozmieszczenia oceanów i kontynentów, ukształtowania rzeźby oraz przebiegu prądów morskich, coraz większy wpływ ma działalność człowieka, szczególnie wyraźna w skali regionalnej, zwłaszcza w obszarach granicznych między strefami klimatycznymi i roślinnymi (w ekotonach). Tam właśnie niewielkie zmiany mogą spowodować przekroczenie barier ekologicznych, warunkujących możliwość wegetacji.

     Globalne zmiany klimatu są najprawdopodobniej rezultatem cyklicznych zmian natężenia promieniowania słonecznego, nakładających się na powolne zmiany kształtu orbity Ziemi. Czas trwania cyklu każdego z tych zjawisk jest różny i dlatego skutkuje niejednakową intensywnością naturalnych zmian klimatu, także ekstremalnych.

     Skład chemiczny atmosfery wpływa na klimat, od niego bowiem zależy wielkość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi. Jednocześnie procesy geologiczne i biosfera produkują znaczną ilość gazów cieplarnianych. To dzięki nim średnia temperatura roczna najniższych warstw atmosfery wynosi obecnie 15,5°C, a bez nich sięgałaby zaledwie -18°C. Panowałyby zatem warunki, w których życie w obecnej formie nie mogłoby istnieć. Efekt cieplarniany jest więc również procesem naturalnym, który umożliwia rozwój życia na Ziemi. Obecne globalne ocieplenie wynika przede wszystkim z gospodarczej działalności człowieka, skutkującej dopływem do atmosfery dodatkowej porcji gazów cieplarnianych. Ponadto wytwarzane sztucznie freony i halony wpływają niszcząco na ozon ("dziura ozonowa"), a przecież jego obecność w stratosferze stanowi ochronę Ziemi przed szkodliwymi składnikami promieniowania słonecznego.

     Utrzymanie atmosfery umożliwiającej życie, zawierającej wystarczającą ilość tlenu i pary wodnej, jest uwarunkowane istnieniem pokrywy roślinnej, zwłaszcza lasów. Obecne warunki klimatyczne umożliwiają pokrycie 58% powierzchni kontynentów przez lasy, ale człowiek zmniejszył tę wielkość do 23%. Odlesianie konieczne dla potrzeb rolnictwa, skutkowało zwiększeniem amplitudy temperatur, zmniejszeniem opadów, rozwojem zjawisk ekstremalnych (susze, deszcze nawalne i ulewy) oraz większą intensywnością i częstością cyklonów tropikalnych. 

     Znamy wiele przykładów zmian klimatycznych, które w istotny sposób oddziaływały na życie człowieka. Dość wymienić upadek kultur Indusu około 4000 lat temu, koniec cywilizacji Majów na Półwyspie Jukatan czy kolonizację Grenlandii przez Wikingów w czasie ocieplenia w XI-XII wieku.

     Krótkotrwałe zmiany klimatu mogą być efektem wybuchu wulkanu, czego przykładem było obniżenie temperatury na półkuli północnej, spowodowane kilkuletnią obecnością chmury popiołów wulkanicznych po wybuchu wulkanu Laki na Islandii w 1783 roku. Na samej Islandii znaczne zmniejszenie insolacji ograniczyło wegetację roślin, a tym samym doprowadziło do wyginięcia 75% zwierząt hodowlanych i 20% ludności.

     Niektórych zmian nie da się przewidzieć, ale opracowywane prognozy zmian klimatu uwzględniają wpływ człowieka. Najnowszy raport IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) obarcza gospodarczą działalność ludzi za 90% obecnego ocieplenia klimatu, w tym wskutek zwiększenia emisji gazów cieplarnianych.

 
W najbliższych kilkuset latach można oczekiwać:

• wzrostu temperatury, głównie w zimie: największego w strefach umiarkowanej i subpolarnej

• podniesienia poziomu wody w oceanach i zalania nisko położonego terenu (w tym większości obszarów nadmorskich) wskutek topnienia lodowców

• zmiany cyrkulacji atmosferycznej i rozkładu opadów: ich zmniejszenia w strefie subtropikalnej i zwiększenia w strefie umiarkowanej

• ekstremalnych anomalii pogodowych, w tym zwiększenia siły huraganów i wielkości towarzyszących im opadów.

Pojawi się sprzężenie zwrotne polegające na osłabieniu cyrkulacji oceanicznej, m.in. Prądu Zatokowego w północnym Atlantyku. W ciągu najbliższych kilkuset lat można spodziewać się ocieplenia, a po następnych kilku tysiącach lat - ochłodzenia.

7. Fosfor w wodzie

Obieg fosforu w wodzie - zespół reakcji chemicznych i biochemicznych dotyczących krążenia związków fosforu w zbiornikach wodnych.

Źródła fosforu w wodzie:

• wietrzenie i rozpuszczanie minerałów zawierających fosfor

• erozja gleby

• opady atmosferyczne

• spływy powierzchniowe z terenu zlewni

• nawozy fosforowe

• fosforany stosowane do produkcji środków piorących

• ścieki komunalne i przemysłowe

Fosfor, który trafia do zbiornika wodnego, krąży między poszczególnymi warstwami wody w rozmaity sposób, co jest zależne od typu miktycznego jeziora i od jego stanu troficznego. W zbiorniku wodnym wyróżnia się 2 obiegi fosforu: obieg mały i duży.

Mały obieg fosforu ma miejsce w okresie stagnacji, gdy wyraźnie zaznaczone jest uwarstwienie wody. Całość procesu przebiega w epilimnionie. W natlenionej i naświetlonej powierzchniowej warstwie wody znajdują się jony fosforanowe, które są pobierane przez fitoplankton i wbudowywane w ich organizm. Zachodzące ruchy cyrkulacyjne w epilimnionie nie pozwalają organizmom planktonowym opaść do głębszych warstw wody, dlatego też forma organiczna fosforu zostaje rozłożona przy udziale enzymów ponownie do jonów fosforanowych, które mogą być ponownie zasymilowane. Proces ten może powtarzać się wielokrotnie.

Jeśli fosfor w formie organicznej zdoła opaść do głębszych warstw wody poprzez metalimnion do hypolimnionu, dopiero w tych głębszych warstwach ulega mineralizacji. Przemiany chemiczne fosforu w wodzie prowadzą do jego wytrącania i jest on akumulowany w osadach dennych. Z górnych partiach wody fosfor do dna opada nie tylko w postaci obumarłej materii organicznej, ale również w powiązaniu z jonami wapnia,żelaza, glinu oraz z zawiesinami mineralnymi. Jeżeli w strefie zetknięcia osadów dennych z wodą panują warunki tlenowe, to jony żelaza Fe³⁺ wiążą trwałe jony fosforanowe stanowiąc dla nich pułapkę, i w takiej formie odkładane są w osadach dennych. Jeżeli w hypolimnionie zaczyna brakować tlenu, żelazo trójwartościowe przechodzi do dwuwartościowego Fe²⁺. Ponieważ fosforany żelaza(2+) są lepiej rozpuszczalne, następuje uwalnianie fosforu z osadów dennych do wody - jest to proces wzbogacania wewnętrznego.

W warunkach skrajnie redukujących siarczany, które znajdują się w wodzie, przechodzą w siarkowodór i wtedy duża część żelaza Fe²⁺ tworzy nierozpuszczalne siarczki na powierzchni osadów dennych i zostaje wyłączone ze strącania fosforu, nawet w okresie cyrkulacji. W zdegradowanych jeziorach w warunkach skrajnie redukujących w osadach dennych powstaje metan. Pęcherze metanu unoszące się do góry, mimo stabilnego uwarstwienia termicznego transportują znaczne ilości fosforu do warstwy produkcyjnej jeziora. Zjawisko konwekcji metanowej to główny mechanizm nawożenia wewnętrznego, a powstanie siarkowodoru w wodzie jest momentem, od którego eutrofizacja jeziora przebiega w sposób lawinowy.

8. Zielona chemia i jej zasady

Termin „Zielona chemia”, jako działania zajmujące się optymalizacją procesów technologii chemicznej w celu zmniejszenia ryzyka związanego z degradacją środowiska, został użyty po raz pierwszy przez P. T. Anastasa w powołanym do życia w 1991r. „programie zielonej chemii”

Założenia zielonej chemii

1. Lepiej zapobiegać tworzeniu zanieczyszczeń i odpadów niż je unieszkodliwiać.

2. Syntezy powinny być projektowane w taki sposób, aby do końcowego produktu wprowadzić jak najwięcej materiałów wyjściowych.

3. Tam, gdzie jest to możliwe, syntezy chemiczne powinny być przeprowadzane z udziałem nietoksycznych reagentów.

4. Powinno się dążyć do wytwarzania produktów alternatywnych, które zachowując swoje funkcje, są nietoksyczne.

5. Substancje pomocnicze powinny być wyeliminowane, a tam gdzie jest to nie możliwe należy stosować substancje nieszkodliwe.

6. Niezbędna jest szczegółowa analiza i konieczność minimalizowania nakładów energetycznych.

7. Gdzie tylko jest to możliwe, powinno się dążyć do stosowania surowców odnawialnych.

8. Należy unikać blokowania grup funkcyjnych w celu uniknięcia reakcjom ubocznym poprzez stosowanie selektywnych katalizatorów.

9. Reakcje katalityczne powinny być przedmiotem wyboru.

10. Należy dążyć do produkcji materiałów chemicznych, po użyciu ulegających biodegradacji.

11. Niezbędne jest rozwijanie metod analitycznych „on line” umożliwiających ciągły monitoring produkcji, w aspekcie zapobiegania powstawaniu niebezpiecznych substancji.

12. Reagenty oraz sposoby ich wykorzystywania powinny być tak dobrane, aby zmniejszyć ryzyko wypadków chemicznych.

Chemia analityczna. Główne priorytety zielonej chemii:

1. Eliminacja ilości zużywanych odczynników, w szczególności rozpuszczalników organicznych.

2. Redukcja emisji oparów i gazów, wytwarzania ciekłych i stałych odpadów w laboratoriach analitycznych.

3. Eliminacja z procedur analitycznych odczynników o wysokiej toksyczności.

4. Redukcja zużycia pracy i energii w procedurach analitycznych

Jak to zrobić?

• Zapobiegać wytwarzaniu odpadów.

• Maksymalnie zwiększyć wydajność procesu.

• Maksymalnie zmniejszyć zużycie substratów.

• Ograniczyć do minimum użycie substancji niosących ze sobą niebezpieczeństwo.

• Całkowicie wyeliminować związki toksyczne.

• Stosować bezpieczne reagenty.

• Efektywnie wykorzystywać energię.

• Maksymalnie wykorzystywać surowce.

• Stosować katalizatory, zwiększające szybkość i wydajność procesów.

• Kontrolować proces podczas jego trwania, zapobiegając ewentualnym awariom.

• Stosować substraty odnawialne.

• Wykorzystywać naturalne procesy

Zastosowania zielonej technologii:

• Zasada oszczędności atomów

• Zasada preferencji reakcji z udziałem katalizatorów

• Wykorzystywanie surowców ze źródeł odnawialnych

• Wykorzystanie nowych mediów reakcyjnych

• Stosowanie produktów, które nie będą trwale zalegać w środowisku

Działania w kierunku popularyzowania działalności przyjaznej dla środowiska dopiero od niedawna są prowadzone na szeroką skalę. Dzieje się tak, gdyż dopiero od niedawna specjaliści stosując nowoczesne metody, wiedzą o substancjach więcej. Są w stanie określić wszystkie ich właściwości oraz zaplanować proces ich powstania zgodnie z zasadami zielonej chemii. Postępowanie to wymaga dużych nakładów finansowych, czasu, chęci ze strony polityków, pracodawców oraz zwykłych ludzi.

10. Reakcje z udziałem ozonu

Reakcje z udziałem ozonu

• •Ogólny mechanizm:

X + O3 XO + O2

XO + O X + O2

po zsumowaniu:

O3+ O 2O2

Najważniejsze indywidua chemiczne pełniące funkcję katalizatora to:

• •HOx-H●, OH●, HOO●(50 km)

• •NOx-NO●, NO2●(30 km)

• •ClOx-Cl●, ClO●

H2O+ hv H●+ OH●

rozkład katalityczny

O3+ OH● O2+ HOO●

HOO●+ O OH●+ O2

po zsumowaniu:

O3+ O 2O2

• Rodniki wodorowe

H●+ O3 OH●+ O2

OH●+ O H●+ O2

po zsumowaniu:

O3+ O 2O2

• Podtlenek azotu wytwarzany w procesach biologicznych zachodzących w nawożonych glebach (denitryfikacja) oraz w silnikach samochodowych

N2O + O* 2NO

Tlenek diazotu nie jest rodnikiem, nie absorbuje światła widzialnego, nie rozpuszcza się w wodzie, w troposferze przebywa do 120 lat.

• NO z fotochemicznego rozkładu azotu w stratosferze

N2+ hv N + N*

N + O2 NO + O

• •Tlenek azotu ze spalin samolotów naddźwiękowych, procesów spalania w ciepłowniach, elektrowniach, pojazdach mechanicznych

NO + O3 O2+ NO2

NO2+ O NO + O2

reakcja niedotycząca cyklu katalitycznego:

NO●+ OH●+ X HNO2+ X

zmniejsza usuwanie ozonu

• Chlorek metylu z oceanów, z procesów spalania roślinności i z erupcji wulkanicznych, w stratosferze ulega fotolizie:

CH3Cl + hv→ CH3●+ Cl●

O3+ Cl● O2+ ClO●

ClO●+ O O2+ Cl

po zsumowaniu:

O3+ O2O2

11. Geochemiczne źródła składników atmosfery

Pyły(gleba z suchych obszarów Ziemi)

•Rozpylona woda morska z NaCl

H2SO4(a)+ NaCl(a)→ HCl(g)+ NaHSO4(a)

•Wulkany (poza pyłami -H2O, SO2, CO2, HCl, HF, CO, CH4, H2, S)

•Meteory

Skały(emanancja promieniotwórcza)

40K →40Ar +

236Ra →222Rn+

238U → 234Th+

12. Cykl geochemiczny azotu

Azot należy do makroelementów i jest podstawowym pierwiastkiem wchodzącym w skład białek, a także kwasów nukleinowych. Azot atmosferyczny, pomimo że zawartość jego w atmosferze wynosi 78%, jest bardzo trudno dostępny dla roślin. Wyjątek stanowią rośliny motylkowate (np. łubin, koniczyna, wyka), żyjące w symbiozie z bakteriami brodawkowymi z rodzaju Rhizobium. Oprócz tego wolny azot atmosferyczny wiążą inne organizmy, jak np. bakterie tlenowe (Azotobacter) i beztlenowe (Clostridium), żyjące w glebie. W środowisku wodnym azot jest wiązany przez niektóre gatunki sinic. Rośliny (poza nielicznymi wyjątkami) czerpią azot z gleby i wody, głównie w postaci jonów amonowych (NH+4) lub azotanowych (NO-3). Przyswojony przez rośliny azot jest wykorzystywany przez konsumentów w postaci białka roślinnego. Produkty metabolicznych przemian białek i innych związków azotowych są wydalane przez zwierzęta jako amoniak, mocznik i kwas moczowy, a następnie rozkładane przez bakterie nitryfikacyjne. 
Azotany, spotykane w przyrodzie i przyswajane w sposób naturalny przez rośliny, pochodzą głównie z nitryfikacji, czyli procesów utleniania amoniaku do azotanów (III), a następnie azotanów (V). Nitryfikacja zachodzi dzięki obecności samożywnych bakterii glebowych zwanych bakteriami nitryfikacyjnymi. Bakterie te są zdolne do asymilacji NO2 dzięki energii uzyskanej z utleniania amoniaku do azotynów (Nitrosomonas) i azotynów do azotanów (Nitrobacter). 
Procesem przeciwstawnym do nitryfikacji jest denitryfikacja, czyli redukcja azotanów (III) lub (V) do azotu N2, przeprowadzana przez bakterie denitryfikacyjne. Uwalniając wolny azot do atmosfery spełniają one niekorzystną rolę w przyrodzie - zubożają wodę i glebę. 

13. Smog londyński

Występuje przy inwersji temperatur głównie w miesiącach od listopada do stycznia, w obszarach obciążeń powietrza, w umiarkowanych strefach klimatycznych. Związany jest ze stosowaniem tradycyjnego paliwa.

W dniach 5-8 grudnia 1952 roku w Londynie wskutek działania smogu zmarło

około 4000 osób w wyniku ostrej niewydolności układu oddechowego.

Charakteryzuje się on obecnością w powietrzu dużego stężenia niespalonych cząstek sadzy oraz zwiększoną zawartością SO₂, dlatego ma właściwości redukujące i kwasowe.

Obecnie w Europie Wschodniej, w Polsce Kraków i Górny Śląsk.

Starożytny Rzym -spalanie drewna

•Używanie paliw kopalnych:

>4CH< + 5O₂ 4CO₂+ 2H₂O

gdy niedobór tlenu (wewnątrz silników, paleniska kotłów):

>4CH< + 3O2 4CO+ 2H2O

>4CH< + O2 4C+ 2H2O

sadza

reakcje pirolizy (destylacji rozkładowej) →wielopierścieniowe węglowodory

np. benzo[a]piren

Siarka

•w pirycie

4FeS2+ 11O2 8SO2+ 2Fe2O3

•w węglach i olejach opałowych źródeł stacjonarnych (paleniska domowe, turbiny parowe, elektrownie, parostatki, lokomotywy parowe)

Rozpuszczalność SO2

w wodzie

SO2+ H2O

H++ HSO3-

śladowe zanieczyszczenia metaliczne (Fe, Mn) katalizują:

2HSO3-+ O2

2H++ 2SO42-

14. Smog typu Los Angeles- gdzie występuje, reakcje z aldehydami, jak

powstaje, co powoduje

•Powstaje z emisji gazów pochodzących ze spalania paliw ciekłych (benzyny, oleju napędowego) w pojazdach mechanicznych

•Charakteryzuje się podwyższonym poziomem zawartości utleniaczyi produktów reakcji zawierających węgiel

Występuje w:

•Los Angeles •Kair •Meksyk •Lagos •Dżakarta •Pekin

Warunki:

•Jednoczesna obecność niespalonych węglowodorów oraz tlenków azotu (z silników spalinowych)

•Ciepły klimat -reakcje termiczne

•Światło słoneczne -reakcje fotochemiczne

•Nieruchoma atmosfera -inwersja temperatury w troposferze

N2+ O2 2NO

•W wysokiej temperaturze składniki powietrza:

2NO+ O2 2NO2

•Reakcja z ozonem:

NO+ O3 O2+ NO2

•Reakcja z rodnikiem peroksylowym:

NO+ ROO● RO●+ NO2

1. Mechanizm powstawania rodników hydroksylowych:

NO2+ hv( < 400 nm) NO+ O

O2+ O + X O3 + X

NO+ O3 O2+ NO2

O3+ hv(230-320nm) O2* + O*

O*+ H2O 2OH●

po zsumowaniu:

NO2+ H2O 2OH●+ NO

2. Mechanizm powstawania rodników hydroksylowych (w środowiskach silnie zanieczyszczonych):

NO+ NO2+ H2O 2HONO

2HONO + hv(< 400 nm) 2NO+ 2OH●

po zsumowaniu:

NO2+ H2O 2OH●+NO

Reakcje aldehydów ze smogu fotochemicznego

1)Reakcja inicjowana wolnymi rodnikami hydroksylowymi (PAN)

CH3CHO+ OH● CH3CO●+ H2O

CH3CO●+ O2+ X CH3C(O)OO●

rodnik acetyloperoksylowy

CH3C(O)OO●+ NO2● CH3C(O)OONO2

bezwodnik azotowo-nadoctowy PAN

(peroxyacetic nitric anhydride)

związek -zbiornik

2)Reakcja tworzenia rodnika alkilowego i ditlenku węgla

CH3C(O)OO●+ NO CH3C(O)O●+ NO2

CH3C(O)O● CH3●+ CO2

3)Fotoliza aldehydów (alkani tlenek węgla)

CH3CHO + hv( =290 nm) CH3●+ HCO

CH3CHO + hv( =290 nm) CH4+ CO

Skutki smogu

•O3-niszczy gumę, atakuje pigmenty i barwniki, uszkadza rośliny

•NOx-niszczą barwniki, umożliwiają efektywny wzrost mikroorganizmów na powierzchni materiałów budowlanych

•SOx-zamieniają kamień wapienny w gips rozpuszczalny w wodzie, ponadto gips ma większą objętość i „eksploduje” od wewnątrz

15. Efekt cieplarniany jakie gazy wywołują

Efekt cieplarniany - Zjawisko wywoływane przez atmosferę, w wyniku którego temperatura planety jest wyższa niż gdyby planeta nie posiadała atmosfery. Spowodowane jest ograniczeniem wypromieniowywania ciepła z jej powierzchni i dolnych warstw atmosfery w kosmos. Czynnikiem ograniczającym wypromieniowanie ciepła są gazy cieplarnianelub aerozole atmosferyczne. Efekt cieplarniany zachodzi na planetach i księżycach posiadających atmosferę i ogrzewanych przez gwiazdy. W Układzie Słonecznym zachodzi on na Ziemi, Marsie, Wenus oraz na księżycu Saturna -Tytanie.

Zaabsorbowana energia ulega przekształceniu w promieniowanie o większych długościach fali (IR) i jest emitowana przez Ziemię. Pewna część tej energii ulega absorpcji w niższych warstwach atmosfery, z wyjątkiem wąskiego zakresu fal o długości pomiędzy 8-14 μm.

Gazy cieplarniane

Wpływ poszczególnych gazów na efekt cieplarniany jest łatwy do określenia jeżeli znana jest ich koncentracja i rozkład w atmosferze. Najważniejszymi gazami cieplarnianymi w atmosferze Ziemi jest para wodna oraz CO2. Woda w stanie ciekłym i stałym, choć nie jest gazem, ma także duży wpływ na zjawiska cieplne zachodzące w atmosferze i na powierzchni Ziemi. Chmurowe krople wody także zamykają „okno atmosferyczne" pomiędzy 8-14 m, czyli w długościach fal promieniowania podczerwonego

Gazy cieplarniane -ditlenek węgla

•Absorbuje promieniowanie w zakresie 14-19 m

•Całkowicie zatrzymuje strumień promieniowania 15-16 m

•Absorbuje bardzo silnie promieniowanie 4.0-4.3 m

Źródła CO2:

•Spalanie paliw kopalnych i inna działalność przemysłowa

•Procesy oddychania zwierząt, roślin, mikroorganizmów i ich rozkładu

•Spalanie biomasy podczas pożarów lasów i łąk w czasie burz

[CH2O] + O2 CO2+ H2O

Gazy cieplarniane -metan

•Tereny bagienne, pola ryżowe

•Eksploatacja złóż paliw kopalnych, ich transport i niepełne spalanie

•Układy trawienne przeżuwaczy i termitów

CH4+ OH● CH3●+ H2O

Gazy cieplarniane -ozon

•Produkcja NOx

•Wypalanie lasów i pastwisk

Gazy cieplarniane -tlenek azotu(I) N₂O:

•Proces denitryfikacji pod wpływem mikroorganizmów w glebach i wodach

•N2O uwalnia się przy produkcji kwasu adypinowego [HOOC-(CH2)4-COOH] i azotowego(V)

•Wysypiska śmieci i zrzuty ścieków do zbiorników wodnych

Gazy cieplarniane -gazy zawierające halogeny

•Tetrafluorometan CF4

•Heksafluoroetan C2F6

powstające w trakcie elektrolizy Al2O3w kriolicie Na3AlF6na elektrodach węglowych

•Heksaflurek siarki SF6tworzący się podczas produkcji magnezu

Gazy cieplarniane -aerozole

•Chmury

•Czarny węgiel z biomasy

•(NH4)2SO4z naturalnych ocenicznych sulfidów i antropogenicznego SO2

16. woda - czy jej zabraknie?

Jednakże, jedynie 2,5% objętości wszystkich wód, stanowią wody słodkie, które są niezbędne do życia wszystkich organizmów oraz roślin. Pozostałe 97,5% to wody słone (morza i oceany, słone jeziora, słone wody podziemne) nie posiadające znaczenia w zaopatrzeniu w wodę. Ilość wody na kuli ziemskiej jest stała i znajduje się w ciągłym ruchu. Występuje w różnej postaci: płynnej, stałej (lód, śnieg) oraz gazowej (para wodna). Woda na kuli ziemskiej występuje w atmosferze (głównie jako para wodna), w hydrosferze (morza, rzeki, jeziora) oraz w litosferze w postaci wody podziemnej. 
        Ruch wody wywołany jest dwoma podstawowymi mechanizmami fizycznymi. Są to: energia słoneczna, która powoduje parowanie wody oraz siła grawitacji ziemskiej, która powoduje opadanie kropel wody z atmosfery na powierzchnię ziemi, a następnie jej spływ do mórz i oceanów.

Podstawowe składowe wód słodkich to lodowce i wieczne lody (69,6%) oraz wody podziemne (30%), które są poważnym źródłem zaopatrzenia w wodę pitną, ze względu na bardzo dobrą jakość. Istotnym ograniczeniem możliwości ich wykorzystania jest bardzo długi czas ich odnawialności i dlatego ich pobór powinien być szczególnie kontrolowany.        Pozostałe składowe wód słodkich obejmujące jedynie 0,4% to: jeziora i sztuczne zbiorniki, woda glebowa, woda w atmosferze, bagna i mokradła, woda rzeczna i woda biologiczna. Rzeki mimo bardzo małej objętości wody (około 0,006% wód słodkich) charakteryzują się stosunkowo krótkim czasem odnawialności, rzędu zaledwie kilkunastu dni i dlatego stanowią podstawowe źródło zaopatrzenia w wodę. 

Możliwości zaopatrzenia w wodę charakteryzuje tak zwany wskaźnik dostępności wody. Jest to iloraz średniego rocznego odpływu wód rzekami do morza z określonego obszaru i ilości ludzi zamieszkujących ten obszar. Rzekami na całym świecie odpływa rocznie do mórz około 44 tys. km³ wody. Przyjmując obecny stan ludności na kuli ziemskiej równy 6,3 mld. ludzi, otrzymamy średni wskaźnik dostępności wody 7 000 m³ na mieszkańca rocznie. Jest to ilość wody w pełni wystarczająca na pokrycie wszelkich potrzeb wody dla celów komunalnych, przemysłowych, rolniczych czy rekreacyjnych. Niestety, zasoby wodne charakteryzują się bardzo nierównomiernym rozkładem w czasie i przestrzeni. Są kraje, gdzie wskaźnik dostępności wody przekracza kilkadziesiąt tysięcy m³ na mieszkańca i rok oraz kraje, gdzie wynosi on zaledwie kilka m³. Dodatkowymi utrudnieniami w zaopatrzeniu w wodę jest fakt, że olbrzymia część wód rzecznych odpływa w czasie wezbrań powodziowych, a duża część wód jest tak zanieczyszczona, że nie nadaje się do żadnych celów.

Ponadto istnieją ograniczenia poboru wody z rzek ze względów ekologicznych. Zmiany klimatyczne, według wielu opinii, prowadzą obecnie do coraz częstszego występowania sytuacji ekstremalnych w postaci intensywnych opadów i susz, co jeszcze pogarsza sytuację zaopatrzenia w wodę. Istotnym sposobem przeciwdziałania tym problemom jest zwiększenie retencji w małych i dużych sztucznych zbiornikach wodnych, co pozwala na uchwycenie wód powodziowych i późniejsze ich wykorzystanie w okresie niskich przepływów. Zbiorniki retencyjne pełnią jeszcze wiele innych funkcji takich jak ochrona przeciwpowodziowa, rekreacja, rybołówstwo czy energetyka.
Jak przedstawia się Polska pod względem zasobów wodnych i zaopatrzenia w wodę? Polska posiada jeden z najniższych wskaźników dostępności wody w Europie (około 1 600 m³) przy średniej europejskiej 4 500 m³. Mamy również bardzo małą pojemność wody w zbiornikach retencyjnych. Głównym źródłem zaopatrzenia w wodę w Polsce są rzeki, a pobór wody z wód podziemnych stanowi około 15% całego poboru. Wody podziemne charakteryzują się bardzo dobrą jakością i stanowią podstawowe zaopatrzenie w wodę pitną ludności w miastach (około 70%) a na obszarach wiejskich (nawet 90%). Zasoby wód podziemnych na terenie Polski są znaczne i stanowią poważną rezerwę zaopatrzenia w wodę. Wiele wód podziemnych ma charakter wód leczniczych wykorzystywanych w uzdrowiskach. Niektóre wody podziemne charakteryzują się wysoką temperaturą i są wykorzystywane w ciepłownictwie, energetyce i rekreacji. 
Polska obecnie charakteryzuje się bardzo niskim zużyciem wody, około dwukrotnie niższym niż w zachodnich krajach europejskich, gdzie duża część poboru wody przeznaczana jest na nawodnienia w rolnictwie. Dlatego też obecnie i w najbliższych latach nie grozi Polsce kryzys wodny, co nie oznacza, że niektóre regiony będą odczuwać poważny brak wody, a niektóre ich nadmiar. Problemy z zaopatrzeniem w wodę w Polsce mogą jednak wystąpić, gdy nasze rolnictwo, podobnie jak w innych krajach zachodniej Europy, zacznie pobierać więcej wody dla nawodnień niż obecnie. 
Inaczej sytuacja przedstawiać się będzie w przyszłości w Azji i Afryce. Według prognoz demograficznych oraz rozwoju przemysłu, rolnictwa i potrzeb komunalnych na wodę na znacznych obszarach Azji i Afryki przewiduje się tak zwaną "niebieską rewolucję", która oznaczać będzie ogromny deficyt wody.

17. katastrofy naturalne - można ich unknąć, czy jesteśmy bezradni

Katastrofalne zjawiska przyrodnicze są zjawiskiem częstym i wszechobecnym. Niemal nieustannie dochodzą do nas wieści na ich temat za pośrednictwem mediów lub, co gorsza, sami jesteśmy świadkami różnych nieszczęść wywoływanych przez siły przyrody. 

        Powinniśmy mieć świadomość, że ludzie czasem sami prowokują przyrodę. Gwałtowna urbanizacja i industrializacja, połączona z niewłaściwym zagospodarowaniem ziemi, uszczuplaniem zasobów naturalnych, zanieczyszczeniem gleb, powietrza, rzek i oceanów. Wszystkie te działania sprzyjają powstawaniu przyszłych zagrożeń i katastrof.

Istnieje wiele definicji i klasyfikacji zagrożeń i katastrof naturalnych. Na ogół są one określane jako wydarzenia skoncentrowane w czasie i przestrzeni podczas których dochodzi do strat ludzkich i materialnych. Ich zakres i charakter jest różny - od takich, które można przewidzieć do całkowicie nieoczekiwanych, od spowodowanych czynnikami naturalnymi do wspomaganych działalnością człowieka itd. Stopień ich natężenia i niszczące skutki określa się z reguły liczbą ofiar, ilością osób dotkniętych żywiołem, bądź szacunkiem strat ekonomicznym. 
Jedna z klasyfikacji zagrożeń dzieli je na pięć głównych grup: geologiczne (trzęsienia Ziemi, wulkanizm, ruchy masowe, tsunami, erozja), hydrologiczne (powodzie, susze, lawiny itp.), oceanologiczne (powodzie w strefie przybrzeżnej, zmiany poziomu morza, zanieczyszczenia akwenów itp.), meteorologiczne (sztormy, cyklony, zawieje śnieżne itp.) oraz związane z pokrywą wegetacyjną (pożary, pustynnienie, szarańcza).

W okresie pomiędzy 1947 a 1967 rokiem w wyniku tych katastrof na Ziemi zginęło około 450 000 ludzi. Tę przerażającą statystykę pogorszyła znacznie ogromna ilość ofiar tsunami w południowo - wschodniej Azji. To znacznie więcej ofiar niż w trakcie wiele konfliktów wojennych łącznie, pomijając wojny światowe.      Do niedawna Polska była uważana za kraj niemal pozbawiony zagrożeń naturalnych. W istocie nasz kraj wyróżnia się pod tym względem pozytywnie w stosunku do krajów Europy południowej, nie wspominając już o innych krajach pozaeuropejskich, gdzie według statystyk ma miejsce około 90% wszystkich katastrof naturalnych.

      Nie znaczy to, że w naszym kraju nie zdarzały się żadne nieszczęścia. Źródła historyczne donoszą o trzęsieniach Ziemi na Podhalu i w południowej Polsce (ostatnie większe przejawy tych zjawisk miały miejsce w XVIII wieku). Poważne straty powodowały powodzie, w tym na naszych głównych rzekach Wiśle i Odrze. Katastrofy zdarzały się też na klifowym wybrzeżu Bałtyku. Ilość ofiar, które zginęły w trakcie różnych katastrof przyrodniczych w Polsce należy jednak, na szczęście, liczyć w dziesiątkach a nie w setkach. 

     Przełomowym okresem dla wzrostu świadomości społeczeństwa oraz decydentów w odniesieniu do katastrofalnych zagrożeń naturalnych było lato 1997. W okresie tym nastąpiła katastrofalna powódź na Odrze i jej dopływach, która objęła obszary przygraniczne Czech. Polski i Niemiec. Odnotowano kilkadziesiąt ofiar, a znaczące tereny wsi i miast (w tym Wrocławia) znalazły się pod wodą. Do dziś nie wszystkie zniszczenia infrastruktury zostały usunięte.

     Wkrótce potem w Karpatach na niespotykaną skalę uaktywniły się bądź powstały nowe osuwiska. Tutaj również były ofiary śmiertelne a dorobek w wielu przypadkach szeregu pokoleń przepadł bezpowrotnie. Zniszczone została infrastruktura drogowa, mosty, liczne domy i zabudowania gospodarcze. Ryzyko katastrofalnych zagrożeń wzrasta, w związku z coraz częstszym występowaniem ekstremalnych zjawisk hydrologiczno-meteorologicznych. Zmiany klimatyczne powodują coraz częściej powstawanie gwałtownych zjawisk pogodowych - trąb powietrznych, które wcześniej należały w naszym kraju do rzadkości.

     Gwałtownymi zjawiskami przyrodniczymi w Polsce są na obszarach górskich lawiny śnieżne, powodujące niekiedy śmierć nieostrożnych turystów. 

     Pomimo ogromnych osiągnięć w zakresie nowych technologii informatycznych i satelitarnych pozwalających na tworzenie nowoczesnych systemów monitoringu i ostrzegania możemy jedynie mówić o próbach minimalizacji zagrożenia. Schylmy się więc pokornie w szacunku przed żywiołami przyrody, przed którymi nie jesteśmy w stanie się w pełni zabezpieczyć.

18. zasoby naturalne - kiedy się wyczerpią? Czyli jak z nich korzystać rozumnie?

Rozwój cywilizacji na Ziemi jest nierozerwalnie związany z wykorzystaniem surowców mineralnych. Najwcześniej korzystano z wody, krzemieni i soli. Woda była czynnikiem decydującym o miejscu zamieszkania, a także powstawaniu głównych dróg migracji. Krzemienie, a także inne jednorodne skały były niezbędnym tworzywem dla prymitywnych narzędzi i broni już 2 mln lat temu. Zmiana trybu życia na osiadły była motorem wykorzystania skał do budowy domów, świątyń itp. Ponad 9 tys. lat temu zainteresowanie wzbudziły skały ilaste służące do wyrobu naczyń ceramicznych, a następnie produkcji cegły, sporządzania farb mineralnych i w końcu 3,5 tys. lat temu wyrobów szklanych. Do wiązania kamieni i cegły stosowano cement rzymski i gips sztukatorski. 
Innym produktem odgrywającym od początku ważną rolę była sól, jako źródło niezbędnych dla zdrowia składników oraz produkt o walorach smakowych i właściwościach konserwujących. Górnictwo solne przetrwało nawet najtrudniejsze okresy stagnacji, a zapotrzebowanie na sól nie zmniejsza się.

Około 15 tysięcy lat p.n.e. nastała epoka metali. Początkowo wykorzystywano tylko złoto i miedź, które występowały w przyrodzie w postaci rodzimej. Później odkrywano inne metale jak żelazo, ołów, cynę, ucząc się je wydobywać i odzyskiwać z kruszców metodami hutniczymi. Surowce mineralne stawały się w miarę rozwoju istotne dla społeczeństw i państw jako przedmiot wymiany handlowej, mającej wpływ na umacnianie ich potęgi i wzrost zamożności mieszkańców. Rozwój górnictwa metali przyczynił się do budowy floty i odkrywania nowych kontynentów - nowe źródła pozyskiwania surowców mineralnych. Państwa posiadające je zdobywały dominację kulturową nad resztą świata. 
Rewolucja przemysłowa, na przełomie XVIII i XIX w. spowodowała gwałtowny wzrost wydobycia surowców mineralnych, zwłaszcza węgla i rud żelaza. Tworzyły się wielkie ośrodki górnicze i hutnicze, a społeczeństwo przekształcało się z rolniczego w miejskie, przemysłowe. Dzięki wynalezieniu maszyny parowej rozwijał się transport kolejowy, a po odkryciu ropy naftowej i rozwoju jej przetwórstwa także samochodowy i lotniczy. Dla jego potrzeb odkrywano nowe metale, doskonalono technologie ich przetwórstwa i tworzono nowe dziedziny zastosowania. W miarę zwiększania wydobycia surowców mineralnych, ich zasoby wyczerpują się. Państwa tracą swoją niezależność surowcową. Tworzą się międzynarodowe grupy interesów, które kontrolują znaczną część kluczowych zasobów. Jednocześnie poszukuje się nowych źródeł surowców, penetrując coraz głębiej skorupę ziemską lub prowadząc wiercenia na dnie oceanów lub prace poszukiwawcze nawet w kosmosie.
Ekspansja górnictwa i przetwórstwa powoduje przekształcenia środowiska. Zwiększa się zanieczyszczenie powietrza, wód powierzchniowych oraz gleb. Przemysł wytwarza coraz więcej odpadów składowanych na zwałowiskach, zajmujących coraz większe obszary. Niektóre odpady (np. z elektrowni atomowych, przemysłu chemicznego) zawierają związki niebezpieczne dla zdrowia i życia ludzi. Synergiczne oddziaływania przekształceń powodują pogarszanie się warunków zdrowotnych mieszkańców regionów przemysłowych i ich okolicy. Pojawiają się choroby zawodowe wśród pracowników kopalni i hut oraz cywilizacyjne, zwłaszcza wśród dzieci (alergie).
W połowie XX w. następuje przełom w rozwoju różnych form przemysłu. Człowiek zaczyna rozumieć, że utrzymanie dotychczasowego tempa rozwoju i nieracjonalnego wykorzystania surowców mineralnych prowadzi do katastrofy ekologicznej. W związku z powyższym szuka nowych technologii pozwalających na racjonalne wykorzystanie posiadanych zasobów surowców mineralnych, a tym samym poprawę warunków życia mieszkańców Ziemi, bez regresji rozwoju gospodarczego. W nowym podejściu do wykorzystania surowców zwraca się szczególną uwagę na możliwość wykorzystania substytutów ukrytych w surowcach odpadowych. Pozwoli to na zachowanie zasobów dla przyszłych pokoleń i ochronę Ziemi.

19. mega miasta - problemy i perspektywy rozwoju.

Megamiasta to jedna z charakterystycznych form przestrzennej organizacji społeczeństw XXI wieku. Nie jest to wprawdzie twór nowy; wielkie skupiska miejskie - Londyn, Paryż, Nowy Jork, Tokio, ukształtowały się w ubiegłych stuleciach. Nie one jednak będą określały wzorzec megamiasta już w nieodległej przyszłości. Ich miejsce zajmą gwałtownie rosnące aglomeracje miejskie Południa - krajów Trzeciego Świata. Zgodnie z prognozami ONZ-owskiej agencji HABITAT w 2015 roku zajmą one 17 miejsc wśród 21 aglomeracji liczących ponad 10 mln mieszkańców. Niektóre, jak Dhaka i Lagos, potroją liczbę ludności w stosunku do stanu z 1990 roku. Miast co najmniej 5 milionowych będzie około 60, przy czym ponad 50 spośród nich przypadnie na Azję, Afrykę i Amerykę Łacińską. 

     Czynniki wzrostu wielkich miast to eksplozja demograficzna i masowe migracje, które z kolei są wywołane przemianami gospodarczymi i społecznymi związanymi w znacznym stopniu z procesami globalizacji. Procesy urbanizacyjne ujmowane w skali światowej uległy silnemu przyspieszeniu w ostatnich dziesięcioleciach. W miastach żyje już obecnie ponad 3 miliardy ludzi, co drugi spośród ogółu mieszkańców Ziemi, a w ciągu następnych dwudziestu lat, jak wskazują prognozy ONZ, ich liczba może zwiększyć się o dalsze 2 miliardy. Na miasta przypadnie w tym okresie ponad 90 procent ogólnego przyrostu ludności świata.

     Gwałtowana urbanizacja, a zwłaszcza rozrost wielkich ośrodków miejskich skupia uwagę licznych zespołów i instytutów badawczych, jak również organizacji krajowych i międzynarodowych. Wyniki badań i formułowane oceny wskazują w zdecydowanej większości na negatywne strony oraz konsekwencje tego zjawiska. Współczesne megamiasta określa się mianem katastrofy urbanistycznej. Koncentrują się w nich plagi gnębiące kraje Trzeciego Świata - głodu, bezdomności, złych warunków sanitarnych, przestępczości, społecznej alienacji. Z żywiołowym wzrostem miast wiąże się zanik tradycyjnych form działalności i powiązań gospodarczych, jak również erozja tradycyjnych wartości. Oceny te odnoszą się także do oddziaływania wielkich miast na środowisko przyrodnicze, tak w skali regionalnej, jak i globalnej. Na miasta, zajmujące zaledwie 2 procent ogólnej powierzchni lądów, przypada 75 procent bieżącego wykorzystania światowych zasobów surowcowych. W wielkich aglomeracjach narastają zagrożenia środowiska, zwłaszcza związane z nadmiernym zużyciem wody i jej zanieczyszczeniem. 

     Migranci przybywający do wielkich miast to zbiorowości heterogeniczne. Część spośród nich, wywodząca się z upośledzonych warstw społeczności wiejskich, poszukuje w miastach szans na przetrwanie. Znaczny odsetek to jednak ludzie lepiej niż przeciętnie wykształceni, mobilni społecznie i zawodowo. Ich wzajemna interakcja przyczynia się do tego, iż wielkie miasta są nie tylko miejscem klęsk, kontrastów i sprzeczności lecz także materialnego i cywilizacyjnego postępu.

     To właśnie dodatnie cechy wielkich miast decydują o ich powstawaniu i rozwoju. Koncentracja ludności, produkcji i konsumpcji jest bowiem ekonomicznie efektywna, przynosząc tzw. korzyści aglomeracji; sprzyja także rozwojowi kultury i gromadzeniu jej dóbr. W porównaniu z obszarami wiejskimi krajów Trzeciego Świata, w wielkich miastach tych krajów wyższy jest poziom i jakość warunków życia, lepszy dostęp do wody pitnej, opieki zdrowotnej, transportu publicznego, edukacji. Miasta, a zwłaszcza megamiasta dają możliwości indywidualnego awansu oraz wyrwania się z kręgu uzależnień, zobowiązań klanowanych i plemiennych.

     Koncentracja ludności w megamiastach ma też następstwa demograficzne. Adaptacja do warunków wielkomiejskich oznacza z reguły spadek rozrodczości - zmniejszanie się wielkości rodzin w stosunku do norm przeważających na obszarach wiejskich i w małych miastach. Migracje do wielkich miast sprzyjają zatem przyspieszeniu transformacji demograficznej i pośrednio przybliżają czas (prawdopodobnie przypadnie on już na drugą połowę obecnego stulecia), w którym ogólna liczba ludności Ziemi osiągnie maksimum. Prognozy pod tym względem zawierają się w przedziale od 8,5 do 12 miliardów.
     Problemy megamiast są dostrzegane przez społeczność międzynarodową jako jedno z wyzwań XXI wieku. Takie podejście ukształtowało się w trakcie słynnej konferencji ONZ na temat osadnictwa człowieka, zorganizowanej w 1976 r w Vancouver. Utworzona w 1978 r agencja ONZ HABITAT prowadziła i upowszechniała programy wspierające sanację slumsów pod hasłem "dach nad głową" (shelter) oraz zrównoważonego rozwoju wielkich miast, a także, w ostatnich latach, program "miasto bezpieczne to miasto sprawiedliwe". Nie podjęto natomiast programów mających na celu ograniczenie wielkości megamiast. Nie przyniosłyby one istotnych wyników. Rozwój megamiast jest bowiem zjawiskiem nieuniknionym, niezależnie od przypisywanych mu ocen.

20. Wnętrze ziemi - co i jak dzieje się pod naszymi stopami?

Jedynie najbardziej zewnętrzna powłoka Ziemi jest dostępna naszym bezpośrednim badaniom. Głębokie doliny rzeczne, kaniony, kopalnie, sięgają głębokości zaledwie kilku kilometrów, a najgłębsze odwierty badawcze ok. 10 km. Jest to niewielki ułamek promienia Ziemi, który wynosi 6371 km. Pewne informacje możemy uzyskać na podstawie skał, które będąc w przeszłości na znacznych głębokościach zostały wyniesione w wyniku różnych procesów na powierzchnię. Stawiamy więc pytanie:

JAK ZBUDOWANA JEST ZIEMIA? Ziemia, która powstała około 4,6 mld lat temu z kondensacji pyłów i gazów kosmicznych składa się w ponad 95% z żelaza (Fe), tlenu (O), krzemu (Si), magnezu (Mg), niklu (Ni) i siarki (S), a reszta przypada na pozostałe pierwiastki. Centralne miejsce we wnętrzu Ziemi zajmuje żelazowo-niklowe jądro, otoczone kamiennym płaszczem zbudowanym głównie z krzemianów, oraz skorupą ziemską. Granica pomiędzy płaszczem i jądrem znajduje się na głębokości 2900 km. Sztywna i chłodna litosfera, ma grubość 50-80 km pod oceanami i 150-250 km pod kontynentami, a jej najbardziej zewnętrzną część stanowi skorupa ziemska o grubości 10-80 km. Prądy elektryczne w ciekłym jądrze zewnętrznym, podtrzymywane dzięki procesom konwekcyjnym w jądrze, są źródłem pola magnetycznego Ziemi.

CZY KONTYNENTY PORUSZAJĄ SIĘ? Kontynentalne płyty litosferyczne sprawiają wrażenie czegoś bardzo stabilnego, stałego, niezmiennego w skali długości życia człowieka. Tymczasem przemieszczenia wzdłuż uskoków podczas silnych trzęsień ziemi - wskazują na istnienie współczesnych ruchów poziomych i pionowych. Po stopieniu ponad kilometrowej grubości pokrywy lodowej ok. 10 tysięcy lat temu wypiętrzenie Skandynawii obserwowane jest do dnia dzisiejszego; w Zatoce Botnickiej wynosi ono 1 cm na rok. Na przestrzeni ostnich setek milionów lat przemieszczenia kontynentów na odległości rzędu setek czy tysięcy kilometrów możemy stwierdzić na podstawie obserwacji geologicznych (np. porównanie budowy geologicznej kontynentów, skamieniałości), czy geofizycznych (np. liniowe anomalie magnetyczne skorupy oceanicznej, badania paleomagnetyczne). Charakterystyczna prędkość przemieszczania się płyt litosferycznych nie jest duża z punktu widzenia człowieka - wynosi zaledwie kilka centymetrów na rok. Na postawione pytanie odpowiadamy pozytywnie - tak, kontynenty poruszają się.

DLACZEGO KONTYNENTY PORUSZAJĄ SIĘ? Im głębiej, tym większe ciśnienie panuje we wnętrzu globu, a temperatura w środku Ziemi jest oceniana na ok. 5000 °C - tyle ile na powierzchni Słońca. Warunki te wymuszają przemiany fazowe minerałów płaszcza, tak by atomy w ich strukturze były coraz ciaśniej upakowane. Przeobrażenia te wywołują powolne konwekcyjne przemieszczenie się materii płaszcza. Cieplejsza, lżejsza materia jest wynoszona ku górze w prądach wstępujących, a ochłodzona, cięższa materia opada w prądach zstępujących. Mechanizm ten wprowadza w ciągły ruch sztywne płyty litosferyczne powodując ich przemieszczanie, czyli dryf kontynentów. Ruchy konwekcyjne w płaszczu prowadzą do powstawania nowej bazaltowej skorupy w grzbietach oceanicznych i kontynentalnych strafach ryftowych, oraz destrukcję skorupy/litosfery w strefach subdukcji. "Zderzenia" płyt litosferycznych i ich wzajemne nasuwanie generują w litosferze naprężenia, które prowadzą do tektonicznych deformacji w strefach kolizji. Spektakularne przejawy tych deformacji to potężne wypiętrzenia pasm górskich, takich jak Himalaje, Andy i Alpy. 

JAK BĘDZIE WYGLĄDAŁA ZIEMIA ZA 50 MILIONÓW LAT? Na podstawie danych geologicznych i geofizycznych możemy zrekonstruować położenie kontynentów w przeszłości (patrz rysunki poniżej ilustrujące położenie kontynentów od rozpadu superkontynentu Pangei). Około 250 mln lat temu wszystkie kontynenty były połączone, i z Warszawy do Teksasu można było przejść na piechotę, "suchą nogą". Mając wiedzę o współcześnie zachodzących procesach, możemy antycypować, jak będzie wyglądała powierzchnia Ziemi za 50 mln lat. W wyniku kolizji Europy z Afryką zniknie Morze Sródziemnomorskie, Antarktyda wyraźnie przesunie się na północ, a Atlantyk osiągnie rozmiary Oceanu Spokojnego. Odległość między Europą i Ameryką Północną wzrośnie niemal dwukrotnie - mogą więc znacznie zdrożeć bilety lotnicze do Stanów. 
PLANETA ZIEMIA - MIEJSCE ZAMIESZKANIA CZŁOWIEKA. Skorupa ziemska, tworzona przez złożoną strukturę skał osadowych, metamorficznych i magmowych, stale ewoluuje i przekształca się, a jej przyrost zapewnia materia zarówno pochodzenia płaszczowego jak i biogenicznego. To dzięki tej różnorodności możliwe jest życie człowieka na powierzchni Ziemi.

21. oceany i morza - co kryją otchłanie?

Ocean - Obszar wód, pokrywający w ok. 70% powierzchnię ziemskiego globu. Jego toń zawiera nieprzebrane ilości użytecznych człowiekowi zasobów żywnościowych ziemi. Jego dno dostarcza gospodarce światowej niezbędne ilości energetycznego i przemysłowego surowca. Brzegowe strefy oceanu i jego mórz peryferyjnych są powszechnie dziś wykorzystywane przez człowieka w celach zdrowotnych (złociste plaże) i urwiste klify oraz wody zasobne w ważne dla zdrowia substancje chemiczne. Procesy fotosyntezy w komórkach morskiego fitoplanktonu pochłaniają z atmosfery dwutlenek węgla i emitują do niej ożywczy tlen. Ocean produkuje tlen w stopniu porównywalnym z produkcją zielonych obszarów kontynentalnych, ale kontynenty emitują do atmosfery więcej dwutlenku węgla niż tlenu, powstaje zatem deficyt w bilansie tlenowym, a jedyna nadwyżka tlenu emitowana jest do atmosfery właśnie z oceanu. Można zatem powiedzieć, że morza i oceany są ważnym uwarunkowaniem ludzkiej egzystencji na ziemi.

      Do końca dziewiętnastego wieku wody mórz i oceanów były wykorzystywane przez człowieka niemal wyłącznie dla celów transportowych oraz pozyskiwania białka i tłuszczu. Dwudziesty wiek poszerzył w znaczącym stopniu ten zakres praktycznego zainteresowania człowieka oceanem. w obszarze oceanicznego szelfu, na znacznych nieraz głębokościach, stanęły platformy wiertnicze wydobywające z dna oceanu ropę naftową i gaz. Rozwinęły się metody kontrolowanej hodowli ryb i bezkręgowców w warunkach naturalnych. w morskiej strefie przybrzeżnej zbudowano konstrukcje hydrotechniczne, wykorzystujące mechaniczną energię przypływu i odpływu wód do produkcji energii elektrycznej (elektrownie pływowe). Rozwinięto znacząco infrastruktury techniczne szeroko pojmowanej gospodarki morskiej.

Pomimo niewątpliwie istotnego znaczenia oceanu w gospodarczej i rekreacyjnej egzystencji człowieka, ludzie muszą jednak ciągle mieć na uwadze fakt, że dynamiczny żywioł oceanu jest także wielkim zagrożeniem dla ich życia i mienia. Rozmiary głównych procesów wzajemnego oddziaływania oceanu z atmosferą i lądem są tak olbrzymie w czasie i przestrzeni, że ludzkość dysponuje dziś niewieloma sposobami skutecznej obrony przed negatywnymi skutkami tego oddziaływania. Niedoskonałe są też metody przewidywania różnorodnych zagrożeń. Spektakularnym przykładem mogą być tu ruchy tektoniczne i wulkanizm oceanicznego dna i jego obszarów przybrzeżnych, wzbudzające ruch wielkich fal Tsunami, których katastrofalne dla człowieka skutki oddziaływania są powszechnie znane. Również reakcja oceanu na działanie huraganowych wiatrów jest nieraz tragiczna w swoich skutkach, wywołująca zniszczenie osiedli, umocowań brzegowych i zalewanie lądowych obszarów. 

     Najwięcej obaw wzbudza dziś wielkoskalowe oddziaływanie oceanu i atmosfery, przebiegające w skali krótkookresowych zmian ziemskiego klimatu. Postępujące globalne ocieplenie ziemi jest dziś zagrożeniem dla ludzkości, a jedna z jego negatywnych konsekwencji, związana jest z możliwością naruszenia istniejącej równowagi w wielkoskalowym transporcie ciepła w oceanie (Fig. 5). Wywołane pasatami prądy równikowe transportują dziś ciepłe górne wody oceanu na zachód i północ, do Oceanu Arktycznego. Wody te tracą stopniowo ciepło na rzecz atmosfery. Stają się zimniejsze i mając większe zasolenie od wód lokalnych stają się cięższe. Opadają w głąb toni, płynąc dalej w warstwie przydennej na południe i wschód. Różnorodne mechanizmy mieszania tych powrotnych zimnych wód z górnymi cieplejszymi wodami oceanu powodują ich ocieplanie i wypływanie na powierzchnię w Oceanie Indyjskim i Pacyfiku, po czym ponownie wody te płyną z ciepłym prądem równikowym na zachód i północ. Okres trwania tego cyklu wędrówki mas wodnych i ciepła w oceanie jest rzędu 1000 lat. w skutek ogólnego ocieplania się klimatu zaczynają dziś topnieć arktyczne lodowce i górne słone wody mórz arktycznych, mieszając się ze słodkimi wodami z topniejących lodowców, stają się coraz mniej zasolone. Dalszy rozwój tej tendencji może doprowadzić do zmniejszenia zasolenia napływających do Arktyki wód atlantyckich i zaniku procesu opadania tych wód w głąb toni wodnej tj. do stopniowego zanikania wielkoskalowej pętli transportu wód i ciepła w oceanie. Nastąpi wówczas radykalna zmiana warunków egzystencji biosfery ziemskiej, w tym także ludzkości. Klimatolodzy są podzieleni w sprawie przewidywania uwarunkowań, które wówczas zaistnieją, ale jedno jest istotne, że ludzkość zmian może nie przeżyć. w związku z powyższym musimy coś uczynić w celu likwidacji lub przynajmniej spowolnienia tego negatywnego procesu z udziałem światowego oceanu. Kraje technologicznie rozwinięte muszą przerwać zasilanie atmosfery w dwutlenek węgla, którego nadmiaru nie będzie mógł już niedługo wchłonąć ocean. Ludzie muszą również skonstruować bardziej precyzyjne metody przewidywania klimatycznych zmian, w których słabo rozpoznana rola mechanizmów mieszania wód oceanicznych odgrywa być może kluczowe znaczenie. 

     W ostatniej dekadzie minionego stulecia w obszarach Mórz Arktycznych skomasowane zostały poważne międzynarodowe środki i siły badawcze, w celu dokładniejszego poznania tras przemieszczania się i transformacji wód atlantyckich oraz procesów ich ocieplania. Powstały duże międzynarodowe programy badawcze, w których dobrze widoczną rolę odgrywają również zespoły polskich oceanologów(Figs  6,    7,    8 ). w szczególności w takich programach jak: "Arktyczno-subarktyczne strumienie oceanu" (IASOF) i "Zintegrowany system obserwacji Oceanu Arktycznego" (AOOS), "Rozwój arktycznych modeli i systemów obserwacyjnych dla długoterminowych badań środowiska" (DAMOCLES), "Zespołowe badania klimatu Zachodniej Arktyki" (IWACS). 
Ludzkość musi brać szczególnie dziś pod uwagę fakt, że ocean z jednej strony jest olbrzymim zasobnikiem dóbr człowiekowi użytecznych, z drugiej zaś, że jego "zdrowie" jest w poważnym stopniu zagrożone i że to zagrożenie dotyczy także ludzkiej egzystencji.

22. gleby - jak dbać o „żyzny naskórek” ziemi

Gleba stanowi zewnętrzną powłokę litosfery, składającą się z fazy stałej, gazowej i ciekłej, będącą swoistą "skórą" naszej planety. Występuje we wszystkich ekosystemach lądowych oraz w płytkowodnych ekosystemach wodnych. Rozwija się pod wpływem czynników i procesów naturalnych, uwarunkowanych klimatem, stosunkami wodnymi, litologią, rzeźbą oraz materią organiczną, jak również coraz częściej działalnością człowieka, która głównie ma niestety charakter destruktywny. W wyniku wzajemnego oddziaływania czynników glebotwórczych, które są zmienne zarówno w czasie, jak i przestrzeni, kształtowane są geograficznie zróżnicowane właściwości pokrywy glebowej, decydujące o jej żyzności oraz odporności na naturalne i antropogeniczne procesy destrukcyjne. Gleba jest zatem nie tylko naszą "żywicielką", ale również dzięki właściwościom buforowym i filtracyjnym, chroni nas przed negatywnym wpływem czynników zewnętrznych, pozwalając utrzymać równowagę w ekosystemach.

Dzięki swoim właściwościom, gleba uważana jest za "zwierciadło środowiska", w którym odbijają się wszystkie naturalne, jak i antropogeniczne procesy oraz zjawiska zachodzące w przestrzeni geograficznej, a zarazem za komponent środowiska posiadający zdolności do przechowywania gromadzonych informacji o rozwoju środowiska geograficznego. Wynikiem procesów glebotwórczych oraz procesów i zjawisk zachodzących w otoczeniu pedosfery jest profil glebowy, składający się z poziomów genetycznych, często będących również poziomami diagnostycznymi, których rodzaj, morfologia, właściwości i wzajemny układ są zapisem informacji o aktualnym i geologicznym środowisku, w którym następował rozwój danej gleby. 
Studia pokryw glebowych lub też analizy współczesnych charakterystyk glebowych, będących indykatorami środowiska pedogenicznego w jakim kształtowała się dana gleba pozwalają na rekonstrukcję warunków środowiska jakie panowały w minionych okresach geologicznych. W procedurach takich często stosuje się analizę porównawczą opartą o zasady aktualizmu geograficznego, czyli porównywanie właściwości gleb współcześnie rozwijających się w innych strefach klimatycznych z właściwościami gleb które w przeszłości rozwijały się w podobnych uwarunkowaniach środowiska, chociaż współcześnie występują w odmiennych strefach geograficznych. Najwięcej informacji o paleogeograficznych uwarunkowaniach rozwoju gleb i ich ewolucji świadczą:

• gleby kopalne (pogrzebane), czyli powstałe w geologicznej przeszłości, a następnie przykryte młodszymi osadami, które odcięły je od bezpośredniego oddziaływania współczesnych czynników pedogenicznych,

• gleby reliktowe, czyli powstałe w odmiennym od współczesnego środowisku pedogenicznym, a występujące obecnie w innym środowisku pedogenicznym, zachowujące jednak pierwotne cechy (reliktowe) charakterystyczne dla środowiska w którym powstały,

• pedolity, czyli gleby powstające z wolno narastających osadów, których akumulacja jest na tyle wolna, że nie zakłóca procesu pedogenezy, a poszczególne laminy osadów charakteryzują określone warunki środowiska.

Gleba będąc jednym z komponentów środowiska jest interakcyjnie związana z innymi komponentami, spełniając określone funkcje w megasystemie środowiska geograficznego. Wśród najważniejszych funkcji należy wymienić:

• środowiskotwórczą - wyrażającą się udziałem gleby w kształtowaniu lub rozwoju: klimatu lokalnego, gospodarki wodnej, szaty roślinnej, czy też rzeźby;

• ekologiczną, określaną również jako funkcja przestrzeni życiowej i zasobów genowych - z uwagi na udział gleby w produkcji i rozkładzie materii organicznej, przepływie energii oraz obiegu i retencji pierwiastków biogennych;

• edaficzną, inaczej zasobu naturalnego - rozumianą jako generowanie przez glebę warunków rozwoju dla roślin i zwierząt, w tym dla roślin uprawnych;

• sozologiczną, nazywaną również regulacyjną - poprzez udział gleby w neutralizacji szkodliwych wpływów egzogenicznych, zwłaszcza antropogenicznych;

• gospodarczą, (użytkową) - jako że gleba stanowi "warsztat pracy" dla części zatrudnionych w pierwszym sektorze gospodarki, to jest rolnictwie i leśnictwie.

Z punktu widzenia geograficznego zróżnicowania pokrywy glebowej, gleby dzielimy na:

• strefowe (zonalne), czyli powstające pod determinującym wpływem czynnika klimatyczno-roślinnego charakterystycznego dla danej strefy geograficznej (np: gleby bielicoziemne i brunatnoziemne w Polsce);

• śródstrefowe (interzonalne), czyli powstające pod determinującym wpływem czynnika litologicznego, niezależnie od stosunków hydrotermicznych danej strefy klimatycznej (np.: wapniowcowe, słone);

• pozastrefowe (ekstrazonalne), czyli występujące wyspowo poza właściwą sobie strefą klimatyczno-roślinną (np. czarnoziemy w Polsce);

• niestrefowe (azonalne), czyli niewykształcone, inicjalne.

Znaczne obszary gleb na poszczególnych kontynentach przeznaczane są na tereny uprawne, a następnie w wyniku procesów agrotechnicznych narażane na erozję wietrzną i wodną (powierzchniową i liniową) oraz ubożenie w materię organiczną i składniki odżywcze. Duża część gleb tracona jest bezpowrotnie w wyniku rozwoju budownictwa oraz infrastruktury transportowej, jak i pozyskiwania surowców metodą odkrywkową. Presja człowieka na pokrywę glebowa wzrasta z roku na rok, dlatego też ochrona jej zasobów jest wyzwaniem cywilizacyjnym, ażeby przyszłe pokolenia mieszkańców naszej planety miały zagwarantowane to, co nam było dane. Chrońmy "skórę" Ziemi dla naszych wnuków.

23. Ziemia i życie - co decyduje o bioróżnorodności

Opisano około 2 milionów żyjących dziś gatunków, ale szacunkowe oceny wskazują, że jest ich znacznie więcej; od 5 do 50 milionów. Najwięcej jeszcze nie poznanych form należy prawdopodobnie do owadów (co roku opisuje się ponad 7000 nowych gatunków), grzybów, bakterii i do różnych grup organizmów głębokomorskich. 
Trwa nieustanna wymiana pierwiastków chemicznych między biosferą a nieożywionym środowiskiem Ziemi. Organizmy pobierają pierwiastki, głównie powszechne i na Ziemi, i we Wszechświecie wodór, tlen, węgiel i azot, na budowę swych ciał i swe potrzeby energetyczne, zaś po śmierci ich ciała ulegają rozkładowi i wspomniane pierwiastki wracają do środowiska ("z prochu jesteś i w proch się obrócisz"). Ten sam atom np. tlenu mógł kolejno współtworzyć białko w ciele trylobita, następnie wchodzić w skład atmosfery albo hydrosfery, być częścią ciała dinozaura, powtórnie wrócić do atmosfery, współtworzyć roślinę, człowieka lub jaszczurkę itd. itd. Na skutek zakłócenia w opisanym obiegu powstają biogeniczne złoża węgla i węglowodorów (ropy i gazu), kiedy pierwiastki zamiast jak zazwyczaj cyklicznie krążyć, zostają wraz z zawierającymi je organizmami pogrzebane w obrębie litosfery, gdzie podlegają dalszym przekształceniom. Podobnym zakłóceniom cyklu zawdzięczają swe powstanie skamieniałości istniejących dawniej organizmów - dokumentujące historię życia.

Biosfera jest potężnym czynnikiem kształtującym oblicze Ziemi. Wytworzyła atmosferyczny tlen, od ponad 500 milionów lat buduje w pasie okołorównikowym rafy - współcześnie koralowe, dawniej złożone ze szkieletów innych organizmów, wytwarza skały tzw. biogeniczne, walnie wpływa na procesy klimatyczne, na wietrzenie, erozję i stosunki w obrębie hydrosfery. Kopalne rafy stanowią często jako utwory porowate skały zbiornikowe dla złóż węglowodorów.
Biosfera istnieje na naszej planecie od ponad 3,5 miliarda lat, natomiast konstytuujące ją gatunki są bytami znacznie bardziej krótkotrwałymi. Gatunek powstaje, trwa średnio 4 miliony lat, mniej więcej jedną tysiączną okresu trwania biosfery - po czym wymiera. Jeżeli w jakimś momencie na Ziemi było 4 miliony gatunków, to średnio biorąc przez kolejne 4 miliony lat wszystkie one wymarły, ale w tym samym czasie powstało około 4.020.000 nowych. Niewielka nadwyżka liczby specjacji nad liczbą wymierań zapewniła biosferze ekspansję od jednego, hipotetycznego gatunku, który zapoczątkował życie na Ziemi, do 5-50 milionów gatunków współczesnych.

Przez pierwsze 2,5 miliarda istnienia życia na Ziemi, występowały tu tylko pozbawione jądra komórkowego bakterie, w tym fotosyntetyzujące, więc uwalniające tlen do atmosfery, sinice. Około 1,1 miliarda lat temu pojawiły się rozmnażające się płciowo, obdarzone jądrem komórkowym organizmy jednokomórkowe, 600 milionów lat temu pierwsze tkankowce, a wkrótce potem tkankowce obdarzone twardymi muszlami z fosforanu i z węglanu wapnia. Początkowo tylko w morzu rozwijające się życie opanowało z czasem lądy. W wyniku ciągłego procesu specjacji i wymierań o różnej intensywności biosfera zmienia swój skład. Dominujące np. niegdyś w morzach trylobity wymarły i dziś najczęstszymi mieszkańcami morskiego dna są należące do mięczaków małże i ślimaki. Nie ma też śladu po panujących kiedyś na lądach dinozaurach i innych wygasłych kręgowcach, a częste są tu obecnie ptaki i ssaki. Zupełnie inaczej niż współcześnie wyglądała też np. 200 milionów lat temu szata roślinna, pozbawiona jeszcze roślin kwiatowych, w tym tak wszędobylskich dzisiaj traw, które powstały później.
Wraz z pojawieniem się człowieka biosfera uzyskała samoświadomość. Rozpoczęło się analizowanie historii życia i badanie, jak życie działa. Tak, jak od początków życia narastała liczba składników biosfery - gatunków, tak obecnie narasta liczba faktów, hipotez i teorii dotyczących biosfery, nieustannie pomnażana przez jeden z jej milionów gatunków, gatunek Homo sapiens. Jednocześnie wzrosło tempo wymierania innych gatunków w związku z wciąż nasilająca się ekspansją technicznej cywilizacji człowieka, anektującej dla swych potrzeb wiele środowisk życia. Można sformułować więc następującą regułę: w miarę wzrostu liczby publikacji o gatunkach, maleje liczba gatunków.

24. Ziemia i zdrowie - konflikt czy harmonia.

Zależność pomiędzy zdrowiem ludzkim a budującymi Ziemię skałami i minerałami znana była od wieków. Starożytne teksty chińskie, egipskie, greckie i arabskie często powołują się na ich terapeutyczne, chorobotwórcze lub toksykologiczne właściwości. W XV w. Paracelsus sformułował podstawowe prawo toksykologii "Dosis facit venenum" (dawka czyni truciznę).
Badaniem powyższych zależności zajmują się nauki o Ziemi przy współpracy z medykami, patologami, toksykologami, weterynarzami, epidemiologami. Ich wieloaspektowe badania przy użyciu różnorodnych metod i technik pozwalają poznać źródła i przyczyny chorób, drogi rozprzestrzeniania szkodliwych i toksycznych pierwiastków, a także ocenić skutki ich nadmiaru lub niedoboru w organizmach oraz podać sposoby usuwania lub uzupełniania. 

Niektóre pierwiastki pospolicie występujące w środowisku (np. węgiel, wapń, wodór, potas, magnez, azot, sód, tlen, fosfor i siarka) odgrywają istotną rolę w procesach metabolicznych organizmów żywych (biopierwiastki). Jednocześnie wiele ich związków występując w nadmiernych koncentracjach może wywoływać choroby, a nawet śmierć. To czy dana koncentracja związku jest toksyczna zależy od wielu czynników fizykochemicznych i biologicznych, a zwłaszcza od złożonych interakcji geochemicznych zachodzących między skałami - glebami - wodami - atmosferą a organizmami. Zachwianie tej delikatnej równowagi geochemicznej w środowisku spowodowane jest najczęściej czynnikami antropogenicznymi m.in. działalnością gospodarczą człowieka, rzadziej procesami naturalnymi np. erupcjami i ekshalacjami wulkanów. 
Działalność gospodarcza to m.in. przemysł górniczy i przeróbka kopalin, które sprzyjają powstaniu potencjalnych źródeł zanieczyszczeń wokół wyrobisk i składowisk różnego typu odpadów. Wyrobiska uruchamiają różne procesy geologiczne np. wietrzenie kopalin i skał towarzyszących, ługowanie ze zwietrzeliny wiele pierwiastków (w tym geotoksyn np. ołowiu, kadmu, kobaltu, manganu, niklu, arsenu, rtęci, pierwiastków radioaktywnych) przez krążące wody kopalniane, które zasilając cieki powierzchniowe, zanieczyszczają je. Podobne procesy zachodzą także na składowiskach odpadów, ale tam oprócz ługowania i zanieczyszczenia wód powierzchniowych odciekami, zachodzą także procesy infiltracji zanieczyszczeń do wód podziemnych i ich skażenie oraz pylenie i zanieczyszczenie atmosfery. Zjawiska te mogą mieć charakter lokalny lub regionalny, w zależności od skali prowadzonej działalności oraz stosowanych działań zapobiegawczych.
Nauki o Ziemi wraz z partnerami z innych dziedzin zajmują się także wykorzystaniem pewnych składników lub właściwości naturalnych zasobów mineralnych Ziemi w profilaktyce i terapii różnego typu chorób. Już od starożytności ludzkość wykorzystywała lecznicze właściwości wód mineralnych (w tym termalnych), stosując je najpierw do kąpieli, a następnie inhalacji oraz kuracji pitnych. Rozwój techniki i presja na różne komponenty środowiska spowodowały pojawienie się różnego typu chorób zawodowych (pylice, ołowice) i cywilizacyjnych (alergie). Poszukiwanie środków zaradczych pozwoliło wykorzystać do celów leczniczych pewne składniki mineralne i rzadkie pierwiastki zawarte w torfach, borowinach i aerozolach kopalnianych. Dzięki swoim właściwościom przywracają one równowagę chemiczną w organizmie. Zwrócono także uwagę na przydatność niektórych skał oraz minerałów w przemyśle farmaceutycznym do produkcji tabletek zawierających niezbędne dla organizmu mikroelementy oraz w innych gałęziach przemysłu wspomagających medycynę (np. implanty).
Pewne skały (np. węglanowe, ilaste), ze względu na swe właściwości fizyczne i chemiczne oraz skład mineralny znalazły zastosowanie w ochronie środowiska jako adsorbenty pochłaniające metale ciężkie i toksyczne, sorbenty szkodliwych gazów z elektrowni, komponenty przesłon hydroizolacyjnych oraz neutralizatory innych, niebezpiecznych zanieczyszczeń środowiska. Nasze istnienie zależy więc od bogactw występujących w Ziemi.

---