Ochrona środowiska

PODSTAWY FUNKCJONOWANIA SRODOWISKA PRZYRODNICZEGO


Ochrona środowiska – nauka samodzielna, interdyscyplinarna, traktuje o warunkach życia biologicznego wszystkich organizmów żywych w środowisku przyrodniczym.

W odniesieniu do człowieka przeobrażenia:
◦ Kulturalne
◦ Polityczny zależą od postawy moralnej człowieka
◦ Socjalne
◦ Ekonomiczne
Ochrona środowiska opiera się o ekologię.

Klasyfikacja układów biologicznych

W środowisku przyrodniczym różne układy biologiczne tworzą pewną hierarchię:
1. Materia biologiczna: białka, kwasy nukleinowe, węglowodany
2. Komórka – układ samodzielny, funkcjonujący
3. Organizm bądź osobnik – złożony z licznych komórek tworząc tkanki, organy, każdy osobnik ma specyficzny metabolizm i specyficzne cechy anatomiczne
4. Populacja
5. Biocenoza Ekologia zajmuje się układami od 3-7
6. Ekosystem
7. Biosfera
8. Noosfera – ostatnio zdefiniowany, wszystkie układy stanowią podstawę jedności i trwałości życia

Ekologia – z języka greckiego ekos – dom. Nauka o organizmach w ich domu, czyli siedlisku. Jest to nauka o współdziałaniu organizmów w ich środowisku.
2 działy ekologii:
◦ Autekologię
◦ Synekologię

Autekologia – zajmuje się badaniami pomiędzy pojedynczymi organizmami a ich środowiskiem, określa granicę tolerancji i preferencji organizmów w stosunku do różnych czynników ekologicznych np. określenie wymagań termicznych gatunków wyjaśnia ich lokalizację w środowisku, zagęszczenie, a przez to ich aktywność. Nie zajmuje się współdziałaniami między organizmami lub ich zespołami.

Synekologia – zależnościami pomiędzy osobnikami należącymi do różnych gatunków, które tworzą jedną biocenozę w określonym środowisku. Dział ekologii zajmujący się strukturą i dynamiką rozwoju populacji i biocenozy zajmujący się interakcjami.

Ekologia:
◦ Morza
◦ Lądów
◦ Jezior
◦ Roślin

Agroekologia – ekologia roślin uprawnych.

Klasyfikacja czynników biologicznych

I. Czynnika klimatyczne
1. Temperatura
2. Światło
3. Woda
4. Inne
II. Czynniki fizyko-chemiczne (inne klimatyczne) czynniki nie zależne
A. Środowisko wodne od zagęszczenia
1. Ciśnienie
2. Zawartość soli mineralnych
3. Tlen rozpuszczalny
B. Środowiska glebowe
1. Skład granulometryczny
2. Związki chemiczne
III. Czynniki troficzne
1. Zawartość związków mineralnych pokarmowych zależne od
2. Zawartość związków organicznych pokarmowych zagęszczenia
IV. Czynniki biotyczne
1. Interakcje wewnątrzgatunkowe
2. Interakcje międzygatunkowe


Tolerancja ekologiczna organizmów

I prawo – prawo minimum Liebiga
Wzrost roślin zależy od ilości tego składnika pokarmowego kry jest dostępny dla nich w minimalnej ilości. Uzupełnieniem tego prawa są 2 zasady:
• Prawo obowiązuje w stanie równowagi dynamicznej, tzn. w takich warunkach, w których dopływ energii i materii równoważą ich odpływ.
• Zasada współdziałania czynników tzn. ze działanie jakiegoś innego czynnika może modyfikowaną szybkość składnika będącego w minimum. Czasami organizmy mogą zastępować w przynajmniej w części inną substancje podobną pod względem chemicznym.
II prawo – prawo tolerancji Shleforda
Jest kontynuacją prawa minimum. Minima czynników ekologicznych jak i maksima mogą wywierać taki sam wpływ ograniczający na organizm. Zakres zawarty między nimi jest obszarem tolerancji organizmów na dany czynnik.
W celu wyrażenia względnego stopnia tolerancji organizmy w stosunku do czynników środowiska w ekologii używa się:
Steno (przedrostek) – wąski
Euro – szeroki

Organizm stenotermiczny (o wąskim zakresie temperatur)
Stenohydryczny, euryhydryczny
Stenofagiczny, euryfagiczny
Organizmy mogą mieć szeroki zakres tolerancji do jednego czynnika i wąski do innego.
Organizm z szerokim zakresem tolerancji w stosunku do większości czynników są najbardziej rozpowszechnione.
Kiedy warunki środowiska nie są optymalne dla gatunku pod względem jednego czynnika ekologicznego wtedy granice tolerancji do innego czynnika mogą być zacienione.


POPULACJA


Populacja – grupa, zbiór organizmów należących do tego samego gatunku, współwystępujących na określonym obszarze bądź objętości i w określonym czasie w obrębie gatunku występuje wiele populacji.

Cechy:

Zagęszczenie – średnia liczba osobników przypadająca na jednostkę objętości lub powierzchnie. Pomiar to liczenie za pomocą dwóch metod:
 Metody bezpośrednie (bezwzględne)
 Liczenie bezpośrednie (np. spis powszechny)
 Liczenie metodą kwadratów
 Metoda znakowania i ponownych łowień
 Metody pośrednie względne
 Metody pułapkowe (owady)
 Metoda liczenia słyszanych głosów
 Metoda liczenia śladów zwierząt
 Metoda oceny stopnia pokrycia podłoża
 Wyznaczenia transektyw
 Skala Banheta (% pokrycia roślin na powierzchni)

Struktura populacji:
• Płciowa – ilość osobników męskich i żeńskich nie jest 1:1 i nie jest stała, jest istotna dla prognoz
• Wiekowa – określa przebieg wielu procesów życiowych
• Wielkość – jest cechą stałą, ważna, choć niejednoznaczną może się zmieniać w zależności od różnych czynników, często wielkość i wiek są skorelowane ze sobą
• Przestrzenna: regularna, kępowa, skupiskowa, łanowa, gradientowa

Wzrost populacji: rozważa się w dwóch sytuacjach:
• W warunkach nieograniczonego wzrostu
• W warunkach ograniczających wzrost

Ad1) opisuje to model wykładniczy populacji
N- liczebność populacji, t – czas, γ – współczynnik wzrostu populacji, stad:

Wykładnicza całkowita postać równania
N0 – liczebność w czasie zero, Nt – liczebność po upływie czasu t


Model logiczny wzrostu populacji według Verhulsta

K – maksymalna możliwość wielkości populacji określona jako wydajność środowiska


BIOCENOZA


Biocenoza – wyraz został wprowadzony do literatury 1877r jest to układ biologiczny złozony z zespołu różnych populacji tworzących organiczną całość, która dzięki samoregulacji i rozmnażaniu utrzymuje się trale w przyrodzie w stanie dynamicznej równowagi. Warunkiem trwałej i samodzielnej egzystencji biocenozy w przyrodzie jest istnienie w jej obrębie trzech grup organizmów:
• Producentów
• Konsumentów
• Reducentów

Podział ekologiczny organizmów tworzących biocenozę

Producenci to autotrofy
Autotrofy
Fotoautotrofy (fotosynteza) Chemoautotrofy (chemosynteza)

onsumenci i reducenci to heterotrofy
heterotrofy
biofagi safrofagi
Fitofagi
roślinożerne Zoofagi
mięsożerne nekrofagi Detrytofagi


Właściwości biocenozy
Istnienie, funkcjonowanie biocenozy oparte jest na różnych współzależnościach, szczególnie te na poziomie biocenozy wyznaczają specyficzny łańcuch pokarmowy, którego długość, czyli ilość ogniw pokarmowych zależy od wydajności energetycznej poszczególnych ogniw a wydajność ekologiczna całego łańcucha określa stosunek energii przyswojonej przez końcowe ogniwo do energii zasymilowanej przez producentów.

Łańcuch pokarmowy – współzależność troficzna organizmów

Struktura biocenozy
Może być określona ma podstawie:
• Struktury fizycznej – obejmuje 3 parametry:
• Formy wzrostu
• Warstwowość (struktura pionowa)
• Sezonowość (pory roku)

1. Drzewa, zdrewniałe rośliny, przekraczające 3m wys.
2. Liany, zdrewniałe rośliny, wijące się i czepne
3. Krzewy, mniejsze zdrewniałe wysokości poniżej 3m
• o liściach szpilkowatych
• o liściach blaszkowatych, zimozielone
• o liściach blaszkowatych zrzucające liście
• Zimozielone kseromorficzne
• Krzewy, rozetowe (np. agawa, aloes)
• Sukulenty, łodygowe (np. kaktusy)
• Krzewy kolczaste
• Półkrzewy ( w niesprzyjających porach roku górne części łodygi i gałęzie obumierają)
• Krzewinki (krzewy rozpościerające się blisko powierzchni gleby o wysokości poniżej 25cm)
4. Epifity – rośliny rosnące na innych roślinach całkowicie ponad powierzchni gleby
5. Rośliny zielne – tj. rośliny nieposiadające wieloletnie zdrewniałe łodygi ponad powierzchni gleby
• Paprocie
• Trawy, turzyce i inne
• Zioła i pozostałe rośliny
6. Rośliny plechowate
• Porosty
• Mchy
• Wątrobowce

Struktura gatunkowa – wskaźniki, które ją określają
Wskaźnik dominacji – określa gatunek lub grupę gatunków, które w obrębie każdego poziomu troficznego wpływają decydująco na przepływ energii i środowisko życia wszystkich pozostałych gatunków tzw. Dominanty ekologiczne.

Stopień dominacji można wyrazić za pomocą równań:

ni – współczynnik znaczenia dla każdego gatunku, liczba osobników, biomasa, produkcja
N – suma współczynników znaczenia
p – liczba osobników danego gatunku
P – liczba ogólna wszystkich gatunków składających się na poziom troficzny

Jeżeli C1>50% to gatunek jest dominujący
C1 zawiera się w granicach 25-50% to gatunek określony jako towarzyszący (subdominant)
C1<25% to gatunek rzadko występuje

Wskaźnik dominacji wg Mc Naughotoria

Gdzie: y1 – liczebność najliczniejszego gatunku
y2 – liczebność drugiego, co do liczebności gatunku
y – całkowita liczebność wszystkich gatunków

C jest to, zatem % jaki w stosunku do liczebności wszystkich organizmów w biocenozie stanowią dwa najliczniejsze gatunki

Wskaźnik podobieństwa (q)
Wg Sorensena
Wg Jaccarda
a – liczba gatunków w próbie A
b – liczba gatunków w próbie B
c – liczba gatunków w próbie A i B

Wskaźnik różnorodności gatunkowej biocenozy wg Oduma
S – liczba gatunków, N – liczba osobników

Wg Simsona
N – liczba osobników wszystkich gatunków,
ni – liczba osobników i – tego gatunku (jednego gatunku)


Stosunki socjalne w biocenozie

Typy interakcji populacji dla gatunków

Lp. Typy interakcji Gatunek Ogólny charakter
A B
1 neutralizm 0 0 populacje nie wpływają na siebie
2 konkurencja symetryczna (bezpośredniego, mechanicznego oddziaływania) - - bezpośrednie wzajemne hamowanie obu populacji
3 konkurencja o wykorzystanie zasobów - - pośrednie wzajemne hamowanie, gdy wspólne zasoby środowiska są ograniczone
Konkurencje asymetryczne
4 Amensalizm - 0 populacja A jest ograniczona populacja B nie ponosi strat i nie czerpie korzyści
5 Komersalizm + 0 populacja A czerpie korzyści, ale nie wywiera wpływu na populacje B
6 Pasożytnictwo + - populacja A eksploatuje B
7 Drapieżnictwo + - populacja A drapieżca spożywa (zabija) osobniki populacji B
Interakcje korzystne
8 Protokooperacja + + interakcje korzystne dla obu populacji, lecz nie koniecznie (nie obligatoryjna)
9 Mutualizm + + interakcje są nieodzowne dla obu populacji i obustronnie korzystne (obligatoryjna interakcja)

Dynamika biocenozy
• Zmienność w czasie:
• Zmiany kierunkowe (sukcesja)
• Zmiany mające charakter cykliczny

Sukcesja – ciąg kolejnych zmian składu gatunkowego zespołów w biotopie a kolejne etapy przejściowe określa się jako seralne.
Sukcesja – to rozwój biocenozy poprzez oddziaływanie roślinności na środowisko

Dwa rodzaje sukcesji:
• Sukcesja pierwotna – jest to proces opanowywania środowiska nigdy nie zamieszkałego przez organizmy
• Sukcesja wtórna – proces opanowywania środowiska (biotopu) uprzednio już zamieszkałego przez organizmy żywe, które uległy znacznym modyfikacjom lub zniszczeniu przez działalności (erozja, klimat itp.)

Zarówno w pierwotnej jak i wtórnej są 4 stadia seralne, w których dominację określa się przez:
• Rośliny jednoroczne (organizmy pionierskie)
• Pojawienie się traw
• Trawy trwałe
• Rośliny drzewiaste

Wg Klemenca faza końcowa opanowywania biotopu drogą sukcesji prowadzi do ukształtowania biocenozy trwałej, stałej, która będąc w równowadze z klimatem tworzy klimaks.

Sukcesja przebiega dzięki zależnościom biotycznym, ponieważ rośliny pionierskie i zwierzęta tak zmieniają środowisko ze staje się ono korzystne dla innych nowych gatunków dominujących. Klasycznym założeniem jest ze gatunek zastępuje drugi. Ponieważ w każdym stadium gatunki tak przekształcają środowisko ze dla nich samych staje się mniej odpowiednie a dla innych zaś korzystne, zatem wymiana gatunków to proces uporządkowany i przewidywalny, co sprawia ze sukcesja jest procesem kierunkowym.
W łańcuchach sukcesyjnych kolejne stadia seralne są układami akumulacyjnymi tzn. autotroficznymi takimi, w których autotrofy przeważają nad heterotrofami a produkcja materii organicznej przeważa nad jej rozkładem (R) stąd

i dąży ona do układu klimaksowego, które nie podlegają sukcesji a więc następuje równowaga

i przybywa heterotrofów, produkcja i rozkład wyrównują się.

Największe lądowe jednostki biocenotyczne – biom, utworzone przez przystosowaną do niego szatę roślinną oraz liczne populacje zwierząt. Występują na dużych terytoriach:
• Tundra
• Tajga
• Wilgotne bory klimatu umiarkowanego
• Lasy liściaste klimatu umiarkowanego
• Subtropikalne lasy
• Stepy
W Polsce
• Lasy liściaste klimatu umiarkowanego
• Bory


EKOSYSTEM


Ekosystem – objemce biocenozę wraz z całokształtem warunków środowiska, czyli
Ekosystem = biocenoza + biotop
Jest to podstawowa jednostka układu biologicznego, w którym następuje całkowity obieg materii i równoczesnej przepływ i magazynowanie energii. Przepływ jednokierunkowy.

Klasyfikacja ekosystemów wg Prończuka
wodne lądowe
naturalne morza i oceany leśne
jeziora trawiaste
rzeki półpustynne
pustynne
antropogeniczne zbiorniki zaporowe lasy i zagajniki o char plantacyjnym
stawy kośne łąki i pastwiska
sadzawki pola uprawne
sady, ogrody

Struktura
W obrębie każdego ekosystemu 4 podsystemy biotyczne:
1. Producentów
2. Fitofagów
3. Zoofagów
4. Reducentów
i 1 abiotyczny
5. biotop – całokształt warunków siedliskowych, które stanowią podstawę do funkcjonowania biocenozy może być zmieniany w wyniku działalności producentów i saprotrofów ale tylko do pewnego stopnia.













Model krążenia materii i przepływu energii ekosystemie wg Durigneaud



























U nas ok. 50% promieniowania pada na powierzchnie ekosystemu
30-40% procesy transpiracji i parowania
Rośliny magazynują ok. 1% promieni słonecznych w postaci produktów fotosyntezy

Obieg materii
Produkcja pierwotna – ilość substancji organicznych, którą autotrofy wytwarzają w określonym czasie ze związków nieorganicznych przy wykorzystaniu energii słonecznej.
Rozmiary jej są charakterystyczne dla ekosystemów














Lp rodzaj ekosystemu produkcja pierwotna brutto
od do średnia
1 głębokie morza, pustynie max 0,5 ok. 0,1
2 zespoły traw stepów charakterystyczne rejony upraw rolniczych, lasy wysokogórskie, wybrzeża mórz 0,5 3 1
3 wilgotne lasy, niezbyt głębokie jeziora 3 10
4 rafy koralowe, doliny zalewowe rzek, b. intensywnie uprawiane pola rolnicze 10 20

Produkcja wtórna – ilość materii organicznej, którą organizmy heterotroficzne wytwarzają za pomocą organicznych związków pokarmowych, zatem na wielkość jej wpływa stosunek asymilacji do konsumpcji.

Obieg materii – jest ciągły, zamknięty, ale przez ekosystem może przepływać rzeka i dopływ energii z innego ekosystemu.

Energia nie wraca w przeciwieństwie do materii do źródła wytworzenia, jednokierunkowo.


HOMEOSTAZA EKOSYSTEMÓW


Homeostaza – zdolność układu biologicznego do utrzymywania trwałości struktury i właściwych funkcji pomimo stałych lub przypadkowych zmian często o charakterze oscylacyjnym wywołanych zewnętrznymi lub wewnętrznymi czynnikami.
Inaczej, to proces utrzymywania dynamicznej równowagi układu głównie po przez samoregulację tzn. wszystkie procesy w ekosystemie utrzymują ten ekosystem w równowadze.

Miara homeostazy ekosystemu
1. Ekosystem osiąga homeostazę w momencie, którym import materii równoważony jest eksportem
2. Stan równowagi ekosystemu osiągnięty jest wtedy, gdy cała produkcja brutto jest zużyta na potrzeby wewnętrzne ekosystemu.
3. Zróżnicowanie wewnętrzne ekosystemu jest najwyższe (pod względem struktury i różnorodności biologicznej)
4. Biocenoza kontroluje procesy zachodzące w biotopie i stabilizuje go (biotop nie ulega degradacji)

Ekosystemy zrównoważone wykazują trwałość w czasie

Wszystkie mechanizmy homeostazy prowadzą do
• Obiegu materii i przepływu energii
• Zapewniają i zabezpieczają optymalizację produkcji
• Działają w kierunku zapewnienia struktury układu

Wszystkie układy ekosystemu należą do układów otwartych, zachodzą tam procesy nieodwracalne i wytworzenie entropii.

Entropia substancji pokarmowych Sns – entropia produktów, i rozkładów Sas = -S
Sns¬
Organizm odżywia się z entropią ujemną (jest podstawą życia). Zapewnia to dopływ energii z zewnątrz (promieniowanie słoneczne).

Każdy ekosystem zależy od dwóch presji
1. Czynniki wewnętrzne wynikające z rozwoju biocenozy i towarzyszących walkach siedliskowych
2. Czynniki zewnętrzne najczęściej niezależne od biocenozy np. warunki meteorologiczne

Czynniki antropogeniczne – sztuczny, związany z działalnością człowieka.
Antropopresja:
• Czynniki wewnętrzny wówczas, gdy populacja ludzka stanowi składnik dominujący
• Antropopresja zewnętrzna związana jest z intoksykacją poprzez substancji chemiczne.

Działanie presji polega na wprowadzaniu do ekosystemu czynników nowych i systematyczne działanie czynnika prowadzi do deformacji.

Reakcja ekosystemu na działanie presji zależy:
1. Od siły oddziaływania presji na konkretne gatunki tę się utożsamia się z koncentracją, stężeniem, czasem i częstotliwością.
2. Od odporności gatunku na daną presję (biogenetyczną, biologiczną, fizjologiczną)

Końcowym działaniem presji jest degradacja ekosystemu (zmniejszenie, zubożenie biocenozy przez zmniejszenie liczebności gatunku, ograniczenia funkcji organizmów, które tam występują i do katastrofy ekologicznej – załamanie homeostazy biologicznej, w której ekosystem zostaje zniszczony. Prawdopodobieństwo następuje, gdy biocenoza nie posiada rezerw, które zastąpiłyby funkcje zniszczonego ogniwa.


BIOSFERA


Strefa zamieszkała przez organizmy żywe obejmuje dolną część, czyli troposferę hydrosferę oraz górną warstwę skorupy ziemskiej – litosferę.
Dolną granicą biosfery jest izoterma 100C, drugą granicą jest ozonosfera.

Cechy biosfery:
• W biosferze występuje głównie woda w formie ciekłej
• Energią otrzymuje ze źródła z poza biosfery, od słońca
• Entropia ujemna
• Występują powierzchnie ograniczone pomiędzy stanami materii, materia rozłożona jest asymetrycznie, co powoduje ciągły ruch
• Gatunkowa i liczebna różnorodność organizmów żywych jest to najważniejszym czynnikiem trwałości

Warstwy atmosfery i jej właściwości

W troposferze zachodzą wszystkie zjawiska meteorologiczne
W stratosferze występuje warstwa ozonowa
W jonosferze występują meteoryty i zorza polarna

Rozkład temperatury powietrza na różnych wysokościach atmosfery

Skład chemiczny powietrza atmosferycznego bez pary wodnej

nazwa gazu objętość w %
N2 78,09
O2 20,09
Ar 0,93
CO2 0,03
Ne 0,0018
He 0,00052
CH4 0,0002
Kr 0,0001
H2 0,00005
N2O 0,00005
Xe 0,000008
O3 0,000001

Skład powietrza atmosferycznego do 1500km

wys. w km n.p.m. główny rodzaj gazu
1500 hel i wodór
1000 hel i tlen
750 tlen
500 tlen
250 tlen i azot
100 azot, tlen, argon
0 azot, tlen, argon






Skład atmosfery
Wg masy


Wg objętości


Strefa turbulencji w troposferze w okresie zimowym i letnim
Turbulencja – nieuporządkowany ruch powietrza w postaci wirów, zgodne z obniżeniem temperatury w strefie turbulencji formują się chmury, zjawisko klimatyczno-meterologiczne.
Strefa ta jest granicą pionowego rozcieńczania się wszelkich zanieczyszczeń.


Konsekwencje ekologiczne wzrostu zawartości CO2 w powietrzu atmosferycznym
• Zawartość 0,003% CO2 w atmosferze
• CO2 pochłania promienie długofalowe
• Jeśli wzrośnie CO2 o 100% tj. 0,06% obj. → wzrost średniej temperatury w troposferze o ok. 3,6C → stopnienie śniegu i lodu na obszarach polarnych i górskich o ok. 27mln km3 wody więcej → zatopienie nizin do ok. 53 m n.p.m. → wzrost zachmurzenia i zamglenia → zahamowanie dopływu promieni słonecznych (epoka lodowcowa).
Gazy które zwiększają temperaturę to:
• Dwutlenek węgla
• Metan
• Tlenki azotu
• Freony


TEORIA ZANIECZYSZCZEN POWIETRZA ATMOSFERYCZNEGO


Źródła zagrożenia:
• Dynamiczny przyrost ludności
• Rozwój urbanizacji
• Wzrost industrializacji i postęp techniki
• Zajmowanie pól uprawnych pod inwestycji
• Intensywne nawożenie mineralne, stosowanie środków chemicznych w ochronie roślin


Zanieczyszczenie powietrza – wprowadzenie do powietrza substancji stałych, ciekłych lub gazowych w ilościach które mogą ujemnie wpłynąć na zdrowie człowieka klimat, przyrodę żywą, wodę lub spowodować inne szkody w środowisku. Zatem powiemy ze ilość substancji, których udział w powietrzu przekraczaj średnią zawartość tych substancji w czystym powietrz to zanieczyszczenia powierza.
Wprowadzanie nowych substancji to tzn zanieczyszczenia. Są to największe zagrożenia środowiska – zanieczyszczenia występujące w powietrzu – gdyż stanowią zagrożenia bezpośrednie gdyż wszystkie organizmy oddychają. Zasięg rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń jest największy w atmosferze..
Wszystkie substancje które są zanieczyszczeniami powodują degradację atmosfery, która polega na:
• Zmianach składu chemicznego atmosfery poprzez wprowadzanie nowych składników lub te które istnieją i powodują zmiany ilościowe
• Zapyleniu atmosfery przez zanieczyszczenia mechaniczne
• Zmianach zanieczyszczeń energetycznych, zmieniają termodynamikę (po przez wprowadzenie energii ze źródeł sztucznych).

Klasyfikacja zanieczyszczeń
I. Wg genezy:
A. Zanieczyszczenia naturalne np. pyły kosmiczne, pożary lasów i stepów, wyładowania elektryczne, wybuchy wulkanów, erozja gleby, burze piaskowe. Występują i będą zawsze występować nie stanowią zagrożenia dla życia biologicznego
B. Zanieczyszczenia sztuczne – zagrażają funkcjonowaniu życia biologicznego
1 i 2 mogą być pierwotne i wtórne.

Pierwotne – występują w powietrzu w postaci substancji w jakiej zostały uwolnione do atmosfery.
Wtórne – są produktami reakcji chemicznych lub fotochemicznych jakie mogą zachodzić pomiędzy różnymi substancjami zanieczyszczającymi np. smog siarkowy jest to mieszanina dymu, sadzy, tlenku siarki tlenku węgla. We mgle utrzymują się przez dłuższy czas jako zawiesina; smog fotochemiczny – spaliny samochodowe zawierające tlenki azotu, węglowodory nienasycone, tlenek węgla, silne promieniowanie słoneczne. W tym smogu wyróżniono PAN = CH3COOONO2 – powstaje ze spalin samochodowych pod wpływem promieniowania słonecznego.

II. Wg stanu:
A. Zanieczyszczenia gazowe – dwutlenek siarki, tlenki N, C, węglowodory lotne, utleniacze
B. Zanieczyszczenia stałe – czyli zanieczyszczenia pyłowe
C. Zanieczyszczenia ciekłe – odpady substancji płynnych
III. Taksonomiczna
A. Zanieczyszczenia chemiczne (związki nieorganiczne i organiczne)
B. Zanieczyszczenia biologiczne (czynniki chorobotwórcze)
C. Zanieczyszczenia fizyczne (temperatura, hałas)

Charakterystyka głównych źródeł sztucznych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego:
• Działalność człowieka związana z energetycznym spalaniem paliw ciekłych stałych gazowych i energetyka jądrowa
• Przemysł i motoryzacja (transport)
• Gospodarka komunalna (ogrzewanie, funkcjonowanie gospodarstw)
• Intensywne, stechnizowane rolnictwo (ogrodnictwo)

Emisje – wprowadzenie do powietrza zanieczyszczeń w sposób:
• Zorganizowany tzn z urządzeń technologicznych i ogrzewczych przez emitory np. kominy
• W sposób niezorganizowany ze składników opadów w toku przeładunku z hal produkcyjnych przez wywietrzniki

Spalanie paliw stałych

Emisja dwutlenku S, CO2, tlenku węgla E[kg]
β – ilość spalonego paliwa [Mg]

Emisja pyłu [kg]

β – ilość spalonego paliwa [kg]
W – wskaźnik unosu pyłu [kg/Mg paliwa]
η - sprawność urządzenia odpylającego [%]
k – zawartość części palnych w pyle [%]

Spalanie paliw ciekłych



Bilans zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym:
1. Całkowita emisja zanieczyszczeń danego kraju
2. Eksport zanieczyszczeń poza granice kraju
3. Opad zanieczyszczeń z własnego kraju
4. Opad zanieczyszczeń importowanych
5. Całkowity opad (3+4)
Kraje gdzie całkowity opad jest większy niż całkowita emisja: Szwecja, Szwajcaria, Australia, Finlandia, Norwegia

Emisja rozważna – emisja z określonego źródła emisji w przeliczeniu na emisją SO2. Oblicza się ją przez sumowanie rzeczywistych emisji poszczególnych rodzajów zanieczyszczeń pomnożonych przez współczynnik toksyczności.

s – ilość różnych zanieczyszczeń emitowanych ze źródła emisji
Et – energia rzeczywista zanieczyszczenia o nrt
kt – współczynnik toksyczności zanieczyszczenia o nrt

Niektóre współczynniki toksyczności
SO2 – 1
CO – 0,5
Amoniak – 1,3
Arsen – 160
Ołów – 320

Transformacje i przemiany SO2 w powietrzu atmosferycznym:
1. Transformacje fotochemicznego utleniania

2. Transformacje katalitycznego utleniania

Reakcja ok. 560 razy szybsza od reakcji fotochemicznego utleniania

opad siarki
suchy opad mokry
sedymentacja pyłu siarczanowego absorpcja SO2 przez podłoże opad turbulencyjny aerozolu siarczanowego zawartość S w chmurach wymywanie z warstwy pochmurnej


Wg Junge reakcja między opadem mokrym a suchym

Dla Europy: R=5 powietrze niezanieczyszczone
R=8 w okresie lata powietrze zanieczyszczone
R=16 w okresie zimy powietrze zanieczyszczone

Rozpuszczanie się zanieczyszczeń
W pionie – strefa turbulencji
Poziomo – wiele czynników:
• Warunki meteorologiczne – najważniejsze
Wiatr, opady, temperatura, turbulencja
• Parametry techniczne emitora
Wysokość, średnica, moc wyrzucanej masy (emisji) emitora (komina)
• Warunki topograficzne
Ukształtowanie terenu, zadrzewienie, obecność zabudowy
Rozpuszczanie stężenia
1. Jednostki grawitacyjne (np. masa gazowa na obj. powietrza)
2. Jednostki wolumetryczne (objętościowe) ppm (części ma milion objętości) ppb (części na miliard)
Dla 2 obszarów:
• Obszary specjalne chronione (rezerwaty, parki)
• Pozostałe obszary

Dopuszczalne stężenie SO2:
• Średnioroczne dla obszarów chronionych 11 mikrogramów m3
• Średnioroczne dla reszty obszarów 32 mikrogramów /m3 na rok

Dopuszczalny opad pyłów dla Polski:
• Pył ogółem dla obszarów chronionych 40g/m2/rok
• Dla pozostałych obszarów 200g/m2/rok


WPŁYW SO2 NA ROŚINY


Siarka – makroelement, składnik niezbędny do wzrostu m.in. roślin. Zawartość S w roślinach 0,5% suchej masy (średnio)
Wyższa zaw. S jest toksyczna
Siarka organiczna przeważa 60-80% a nawet 90% pozostała ilość to siarka mineralna, głownie w postaci siarczanów, siarczynów.
Zaw. S w glebach mineralnych (piaszczystych) 0,02-0,08%
w glebach organicznych (torfowe) do 0,5%
Źródłem S związki organiczne i ich rozkładu
W glebie też większa ilość to S organiczna, mniejsza ilość S mineralna



40-80 kg * s * ha-1 rzepak, kapusta, czosnek, rzodkiewka, cebula
30-40 kg * s * ha-1 motylkowate i ryż
15-25 kg * s * ha-1 trawy (w tym zboża)


Średnia zawartość SO2 w powietrzu atmosferycznym na wysokości ok. 2m od pow. gleby:
Mniej niż 10 μg*m-3*rok-1 tereny niezanieczyszczone
10-20 μg*m-3*rok-1 tereny lekko zanieczyszczone
Ok. 80 μg*m-3*rok-1 tereny bardzo zanieczyszczone


Ilość siarki dostającej się do gleby przez powietrze atmosferyczne:
>4 kg S*ha-1*rok-1 tereny niezanieczyszczone
10-15 kg S*ha-1*rok-1 tereny lekko zanieczyszczone
20-30 kg S*ha-1*rok-1 tereny bardzo zanieczyszczone

Przemiany SO2 w komórce roślinnej
Wg Hilla pobieranie różnych gazów przez liście lucerny od największych ilości do najmniejszej układa się następująco:
NF>SO2>Cl2>NO2>O3>PAN>CO2>NO>CO

W komórce szparkowej oraz w przestrzeniach międzykomórkowych:

Odczyn niższy od 7 stymuluje ten proces

Schemat redukcji SO4- i SO3- u Chlorella


Destrukcja struktury III rzędowej i IV rzędowej białek strukturalnych w błonach komórkowych i enzymów:

Powoduje to szczeliny w strukturze błon komórkowych co prowadzi do szkodliwych zjawisk wtórnych – łatwa droga dopływu czynników chorobotwórczych i innych substancji toksycznych. Aktywność enzymów ulega zmianie to zmienia się tez metabolizm.

Wpływ na fotosyntezę:
• SO2 obniża intensywność fotosyntezy
• Chlorofil + SO2 = feofityna + Mg
• Nadmiar SO2 blokuje transport elektronów z fotosyntezy. Powstaje mniej protonów, ATP.
• SO2 działa toksycznie na proces pobierania CO2
• SO2 obniża aktywność karboksylaza rybuloza
• Rośliny C3 są bardziej wrażliwe na zanieczyszczenia S niż rośliny C4

Wrażliwość roślin na SO2
Objawem toksycznego działania SO2 są nekrozy liści.
Przy koncentracji 0,33ppm SO2 ekspozycja 1 godz. brak nekroz rośliny rozwijają się prawidłowo
1,25ppm SO2 ekspozycja 1 godz. 50% liści uszkodzone
3,2ppm SO2 ekspozycja 1 godz. 100% liści uszkodzonych

Wrażliwość roślin na SO2 dzielimy na 3 grupy:
1. Rośliny bardzo wrażliwe na SO2 których końce blaszek liściowych ulegają uszkodzeniu po 1 godz. ekspozycji o stężeniu 1ppm
• Lucerna, jęczmień, rabarbar, rzodkiewka, sałata, szpinak, pszenica, marchew
2. Rośliny tolerancyjne (średnio wrażliwe) te same objawy przy stężeniu 1,5-2ppm
• Burak cukrowy, pomidor, kapusta, groch
3. Rośliny odporne na SO2 przy 3ppm wykazują objawy chorobowe przy 1 godz. ekspozycji
• Kukurydza, rzepak, ziemniak, cebula, ogórek


Wpływ SO2 na ekosystemy rolne i leśne

klasa
μg*m-3*rok-1
wpływ na ekosystemy leśne wpływ na ekosystemy rolne, max dopuszcz stężenie
I zanieczyszczenia b małe 0-10 brak szkód brak szkód
II zanieczyszczenia małe 10-20 stałe uszkodzenia lasów iglastych w górach oraz roślin b wrażliwych brak szkód
III zanieczyszczenia średnie 20-50 stałe średnie uszkodzenia lasów niżowych a średnie i silne lasów wyżowych i górskich 50 - w przypadku roślin pastewnych postępujące zanieczyszczenie produktów rolnych pierwiastkami śladowymi, węglowodorami
IV zanieczyszczenia duże 50-100 średnie, silne, katastrofalne uszkodzenie lasów niżowych l. wyżynnych i górskich 80 - w przypadku zbóż narastające skażenie produktów rolnych oraz pasz pierwiastkami radionukloidami i węglowodorami, spadek plonów o 10-20%
V zanieczyszczenia b duże >100 katastrofalne zagrożenie lasów, formowanie się stref bezleśnych b duże zagrożenie prod rolnych i pasz w następstwie akumulacji pierwiastków śladowych i radionukloidów oraz stęż węglowodorów , postępujące zagrożenie gleby spadek plonów >25%












Bariery ekologiczne związane ze stężeniem SO2

klasa stężeń SO2 μg*m-3*rok-1 bariery ekologiczne
I 0-10 ekosystemy ochronne
II 11-20 wrażliwe gatunki drzew iglastych szczególnie w górach
III 21-50 ekosyst leśne wzrost zachorowań
IV 51-100 ekosyst polne przekr dop stężeń dla człowieka
V >100 zagrożenie zdrowia i życia człowieka


CHARAKTERYSTYKA EMISJI TLENKÓW AZOTU

AZOT w przyrodzie występuje na 5 stopniach utlenienia:
- na +3 ma postać amoniakową (bardzo ważna)
- ma swoją postać tlenkową
- NOx- postać tlenkowa na różnym stopniu utleniena
- Jako emisje NO i NO2
- Jako makroelement w związkach peptydowych
*proces powstawania życia oparty jest na azocie
ŹRÓDŁA NATURALNE:
- przemiany biologiczne, mikrobiologiczne np.nitrifikacja i denitryfikacja
- powstaje bardzo dużo azotu w przyrodzie
- około 500 mln ton NOx/ rok dostaje się do atmosfery
ŹRÓDŁA SZTUCZNE:
- Około 90 mln ton NOx/rok
- Większość sztucznych źródeł to na półkuli północnej i stanowi 80% 0gólnych emisji dla całej atmosfery
ŹRÓDŁA EMISJI TWORZĄCYCH KWAŚNE DESZCZE:
NOx 3O2
- głównie transport 50% 3%
- energetyka 10% 20%
- technologie przemysłowe 35% 69%
- gospodarka komunalna 5% 14%
Dla Polski emisje tlenków azotu stanowią połowę SO2
Ad2.) TRANSFORMACJE
ŹRÓDŁA SZTUCZNE:
- spalanie 1 tony benzyny to około 16 kg NOx
- spalanie 1 tony oleju napędowego to okołó 14 kg NOx
Transformacje FOTOCHEMICZNE W POWIETRZU ATM
NO + O3 = NO2 + O2
2NO + O2 = 2 NO2
NO2 +hV = NO + O
O + O2 + M = O3+ M
Dalej
3 NO2 + H2 O = 2HNO3 +NO
4 NO + 3O2 + 2H2 O= 4 HNO3
Średni opad azotu:
Europa Centralna – 30 a 40 kg/ha*rok ( czasami 60 kg)
- dopuszczalne stężenia azotanów:
1.) Duża zawartość azotanów w 2000miligramów NaNO3 /kg
-sałata, rzodkiewka, burak, koper, szpinak
2.) 1000mg NaNO3 /kg
- kapusta, szczypior
3.) 500mg NaNO3 /kg
-marchew, pietruszka, czosnek, ogórek, kalafior, por, seler
4.) 250mg NaNO3 /kg
- pomidor, ziemniak, cebula, papryka, fasola



OZON I INNE ZANIECZYSZCZENIA POWIERTZA


1. Występowanie O3 w powietrzu atmosferycznym

a) Jednostka Dobsona (JD)
O3 jest naturalnym składnikiem powietrza. Główna koncentracja znajduje się poza troposferą. Powstanie O3 jest oparte na prostych reakcjach chemicznych

O2 +O2 ->prom ultrafioletowe O3 + O

Wolny atom tlenu O2 nie jest trwałym składnikiem i natychmiast ulega reakcji

O + O3 -> O2 + O2
Tzw. tlen rynkletowy

Ozon powstający w danych warunkach atmosferycznych może być produktem reakcji

PAN +O2 -> utleniona postać PAN + O3

W trakcie przemian związków (tlenków siarki)

SO4 + O2 -> SO3 + O3

a) Jednostka Dobsona (JD) – grubość warstwy powietrza atmosferycznego wyrażona w setnych częściach milimetra jaka utworzyłby cały zawarty w atmosferze O3 gdyby go skupić przy powierzchni gleby

Np. 320 JD oznacza 3,2 mm grubości warstwy O3

Zawartość ozonu w powietrzu w Polsce jest mierzona przez Instytut Fizyki i Instytut Łączności.

2. Zanieczyszczenia O3 w atmosferze „dziury ozonowe”
Ozon występujący przy powierzchni ziemi jest szkodliwy; ozon z górnych warstw pochłania szkodliwe promieniowanie nadfioletowe jest niezbędny do funkcjonowania całej biosfery.
Przyczyną dziur ozonowych są freony (CFC), chlor, fluor, węgiel

CFC + ultrafiolet -> Cl2
Cl2 + O3 -> Cl2O + O2
Cl2O + O -> Cl2 + O2

Atom wolnego chloru jest przyczyna rozpadu O3 (jeden atom Cl może spowodować rozpad 100 000 cząsteczek ozonu)

NISKA ZAWARTOŚĆ FREONÓW = WYSOKA ZAWARTOŚĆ OZONU
Zależność odwrotnie proporcjonalna

Freony były stosowane jako środek chłodzący.
Oprócz freonów do rozpadu freonów przyczyniają się:
- czterochlorek węgla (8% udziału w niszczeniu)- rozpuszczalniki)długość życia w atmosferze 67 lat)
- chloroform (5%) – rozpuszczalniki (8 lat)
- halon (4%) – gaśnice (110 lat)

Freony CFC – 12 (45%) – aerozole, wytwarzacie pianek, lodówki, klimatyzatory (110 lat)
CFC – 11 (26%) – aerozole, wytwarzacie pianek, lodówki (74 lata)
CFC – 113 (12%) – rozpuszczalniki (90 lat)


3. Toksyczność ozonu

Ozon z danych warstw atmosfery ma działanie bakteriobójcze.

Stężenie do 0,1 ppm O3 nie jest szkodliwe dla człowieka
Stężenie ok. 10 ppm O3 jest trucizną = HCl (cyjanowodór)
Stężenie ok. 3 ppm O3 już działa szkodliwie, groźny dla zdrowia

O3 ma silne właściwości utleniające (oksydacyjne) – stąd wysoka szkodliwość jego działania powoduje rozpad kwasów tłuszczowych, które pełnią ważne funkcje w metabolizmie (rozbicie powoduje destrukcję funkcji tych kwasów w błonach komórkowych). Ułatwiony dopływ patogenów i innych substancji szkodliwych.

a) wrażliwość roślin na O3

Wrażliwe na O3
- tytoń
- szpinak
- fasola
- petunia
- sosna

Odporne na O3
- ogórek
- dynia
- kukurydza
- begonia

4. Mechanizm działania O3 na rośliny

O3 narusza gospodarkę wodną; obniża potencjał wody, rośliny więdną, tracą turgor. O3 powoduje że te reakcje są nieodwracalne ( ze względu na silne działanie oksydacyjne). Rośliną testową na O3 jest tytoń (duża blaszka liściowa – większe pochłanianie).
O3 obniża intensywność fotosyntezy.

5. Tlenek węgla CO

CO jest głównym składnikiem spalin głównie ZI (stanowi 10 wszystkich gazów spalinowych) powstaje przy niepełnym spalaniu. Przebywają długo w atmosferze, łączy się O2 tworząc CO2.
CO posiada bardzo wysoki stopień powinowactwa do hemoglobiny.
CO wiąże się 200-300 razy szybciej niż O2 tworząc z hemoglobiną karboksyl hemoglobinę (zablokowana; nie spełnia funkcji rozprowadzania tlenu) powodując zaczadzenie.
CO może też być pobierany przez rośliny i przetwarzany na CO2 i włączony w procesy metaboliczne (człowiek nie posiada zdolności przyswajania CO)
CO jest inhibitorem- obniża pobieranie azotu cząstkowego przez bakterie wiążące CO – bakterie te zawierają lechemoglobinę barwnik odpowiedzialny za filtracje azotu atmosferycznego.

6. Fluor

Fluor – pierwiastek występujący najczęściej jako NaF, KF (fluorki sodu, potasu). Fluor zawsze towarzyszy fosforanom w złożach mineralnych.
Źródła:
- złoża mineralne – w trakcie obróbki wydzielane są do atmosfery znaczne ilości F. 500t minerałów wydala ok. 50 kg fluorków.
- przemysł aluminiowy – przy produkcji aluminium stosuje się boksyt, kriolit (6-cio fluoroglinian sodu) i w podwyższonej temperaturze wydzielane są fluorki lub fluorowodór (HF).
Fluor jest bardzo reaktywny, ma silne właściwości utleniające, wiążące wodę.
- przemysł chemiczno-farmaceutyczny
F używany jako domieszka do paliw (głównie rakietowych, podnosi sprawność)
- węgiel kamienny, brunatny – zawierają duże ilości F.
F nasila procesy oddychania, silne utlenianie. Ulega rozpadowi struktura chloroplastów pod wpływem F. Reakcja fotosyntezy jest zmniejszona.

Rośliny wrażliwe na fluor:
- winorośl
- brzoskwinia
- śliwy
- morele
- sosna zwyczajna

Rośliny odporne na fluor:
- kapusta
- cebula
- marchew
- gruszka
7. Zjawisko synergizmu

Synergizm – łączne działanie związków i substancji, powoduje większy łączny efekt niż osiągnęłoby się z oddzielnych działań tych substancji po zsumowaniu tych działań. Głównie toksyczne działanie. Dwa równocześnie działające czynniki powodują większą szkodę niż gdyby działały oddzielnie (np. jeden po drugim) łącząc się w działaniu nabierają nowej jakości trudnej do zdefiniowania i przeciwdziałania.

Siewki tytoniu traktowane przez 4h SO2 i NO2

SO2 ppm NO2 ppm Efekt Iloczyn koncentracji
0,7 0,00 Brak uszkodzeń 0,0000
0,00 2,00 Brak uszkodzeń 0,0000
0,10 0,10 Nieznaczne uszkodzenia 0,0100
0,25 0,25 Bardzo silne uszkodzenia 0,0625


Stopień uszkodzenia organizmu jest wprost proporcjonalny do ilości pobranej substancji minus ilość progowa razy czas działania.

p ~ (CxC)xT ilość progowa – ilość po przekroczeniu której czynnik działają destrukcyjnie; negatywnie


METODY REDUKCJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH.


Ad 1. Podjęto dyrektywę, że do roku 1993 kraje powinny obniżyć emisję zanieczyszczeń 30% w stosunku do 1980 roku ( jako tło) i dążyć do redukcji o 80%.

Ad 2. Metody pośrednie. Zmniejszenie toksyczności poprzez zabiegi biologiczno – rolnicze, przyrodnicze.
• Neutralizowanie działań SO2 (wapnowanie, podnoszenie ph)
• Zwiększone magnesowanie gleby (Mg jest wypłukiwany i trzeba go uzupełniać)
• W rejonach o dużej zawartości zanieczyszczeń nie stosować nawozów siarczanowych
• Przy dużych emisjach należy nawozić organicznie glebę (zwiększenie próchnicy, unieaktywnienie toksyn)
• Stosunki wodne w glebie muszą być prawidłowe (deszczowanie zapobiega nadmiernemu zasoleniu)
• Stosowanie roślin odpornych
• Ruchy ekologiczne (zwiększenie świadomości ludzi)
Metody pośrednie nie są radykalne w zmniejszaniu emisji (stanowią 5-10% w redukcji zanieczyszczeń)

Ad 3. Metody bezpośrednie.
a. Wybór paliwa o najkorzystniejszym składzie chemicznym dla danej sytuacji środowiskowej
b. Odsiarczanie głównie węgla kamiennego
- metody fizyczne – rozdrabnianie i metodą sedymentacji, wytrącanie pirytu (siarka występuje w pirycie)

c. Poduszka fluidalna – komorze spalania dodaje się CaO lub dolomit
• Redukcja SO2, tę metodę umożliwia do ok. 90-99% spalanie w temp ok. 900 stopni zamiast 1650 stopni
• Zużycie wapna, ok. 2 tony do eliminacji 1 tony siarki
d. metody absorpcyjne – reakcje chemiczne, spaliny nie idą bezpośrednio do atmosfery ale trafiają na komory absorpcyjne ( np. przepuszczanie przez amoniak – daje siarczan amonu) łącząc się w nich daje nowy produkt
e. metody katalityczne – doprowadzić mogą do całkowitej destrukcji zanieczyszczeń, zamiast przy redukcji NOx
Istnieje zależność wprost proporcjonalna pomiędzy szybkością jazdy a emisją NOx do atmosfery ( ok. 100 km/h wydziela się 4 x więcej NOwięcej niż przy 60 km/h)


METALE CIĘŻKIE W ŚRODOWISKU PRZYRODNICZYM


1. Def. Metali ciężkich – wszystkie pierwiastki metaliczne o liczbie atomowej powyżej 20.

Podział metali ciężkich pod względem toksyczności wg. FAO, WHO
• Kadm, irm, ołów – pierwiastki obce, bardzo toksyczne
• rtęć, arsen – duża toksyczność. Rtęć rolnictwie była kiedyś stosowana jako środek bakteriobójczy i do zapraw. Arsen rozpowszechniony w środkach bakteriobójczych jako środek dezynfekujący
• wszystkie inne metale.
Wg A. Kabata – Pendias i H.pendias potencjalnym zagrożeniem środowiska przez metale ciężkie.

 Powszechność występowania i toksyczność metabolizmie
1 grupa – ołów, kadm, rtęć, żelazo, miedź, cynk
2 grupa – kobalt, molibden, wolfram, nikiel
3 grupa – mniejsze powszechne występowanie, selen
4 grupa – aktynowce i lantanowce

Zwiększone dawki nawożenia organicznego – tereny niezanieczyszczone.


PROBLEMY ZANIECZYSZCZENIA WÓD W POLSCE


I. Cechy wody.
1. Gęstość wody – maksymalna w temp. +4ºC (3,982ºC) ~ 1g/cm³
0ºC do +4ºC - gęstość rośnie
Od +4ºC - gęstość maleje
2. Woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem.




Rozpuszczalność gazów istotnych dla życia w wodzie O , CO , N .
gaz
ºC N
CO
O

Woda słodka Woda morska
0 19 0,51 10,2 7,9
10 15 0,33 7,9 6,3
20 12,3 0,26 6,4 5,3
30 10,4 0,20 5,3 4,5

3. Punkt potrójny dla wody – niezmienny, stałe wartości temperatury i ciśnienia, trzy fazy: stała, ciekła i gazowa pozostają w równowadze. Układ w tym punkcie ma 0º swobody.
4. Punkt wrzenia wody – średnio 100 ºC (interwał)
0ºC - 100 ºC - woda ma ciekłą postać.
5. Ciepło parowania wody jest bardzo duże przy +20ºC, potrzeba 2256J energii, woda może magazynować dużą ilość energii.
6. Stała dielektryczna = 82 (bardzo wysoka) mówi nam, ile razy przewodność elektryczna substancji jest większa w porównaniu do próżni.
7. Lepkość wody – w miarę wzrostu temperatury maleje lepkość.

W przedziale: 1-20º
1-2 atm. lepkość lekko rośnie

8. Budowa chemiczna wody.

H¹ propan O
H² O
H³ tryten O izotop


H¹ O H² H³
H O D O T O
Woda ciężka woda radioaktywna

HOD – Woda półciężka

9. Struktura molekularna wody.


Woda może przyciągać zarówno kationy jak i aniony.

10. Woda wykazuje układ elektromagnetyczny
Krystalografia wody – występuje w wyraźny sposób, kiedy przechodzi w stan stały.

II. Zasoby hydrosfery ziemskiej.

30% ląd
70% woda

Zasoby hydrosfery ziemskiej objętościowo
Część składowa hydrosfery Objętość w tys. km³ % objętości ogólnej
Ocean 1 370 321 93,93
Woda podziemna 60 000 4,12
Część czynnie wymiennej wody podziemnej 4 000 0,27
Lodowce 27 000 1,65
Jeziora 230 0,016
Wilgoć w gruncie 75 0,005
Para wodna w atmosferze 14 0,01
Wody rzek 1,2 0,0001


III. Zasoby wodne kraju.

Średni bilans wodny Polski:
P + Z = H + E

P – Opady atmosferyczne (przychód)
Z – Dopływ rzekami z zagranicy (przychód)
H – Odpływ (powierzchniowy oraz podziemny), w którym zawierają się rozety wodne wykorzyst. gosp. (rozchód)
E – Parowanie bezpośrednie oraz transpiracja (rozchód)

W latach normalnych:

186,2 + 5,2 = 58,6 + 132,8 w km³/rok¹

57% odpływ
powierzchniowy
(korytem rzek)
tj. 33,4km³ do
wykorzystania, ok.18-22km³ rocznie 43% odpływ podziemny tj. 25,2 km³ do wykorzystania, ok. 10-16 km³ rocznie.

Wielkość całkowitego odpływu rzecznego tzw. wskaźnik zasobności w wodę na mieszkańca w m³/doba¹ w niektórych krajach:

Finlandia 61,8
Polska 4,5
Europa 13,7 m³/osoba/doba
Świat 33
Rumunia 16,3
Austria 28,5

IV. Zużycie wody.

Wody powierzchniowe – głównie na cele gospodarki narodowej
Wody podziemne – np. digoceńskie
Wody kopalniane – do produkcji

Zużycie wód:
- na cele produkcyjne: 70-80%
- wody komunalne: 10-15%
- wody zużyte w rolnictwie, leśnictwie


Ścieki oczyszczone 30-40% (oczyszczalnie biologiczne)
nieoczyszczone 60-70% - trafiają do rzek

Ścieki nieoczyszczone – źródło pochodzenia – ścieki komunalne z kanalizacji

V. Eutrofizacja wód.

Eutrofizacja wód – użyźnianie wód, doprowadzanie składników biogennych do wody
N,P

Można tu wyróżnić etapy:

1. dopływ substancji biogennych do zbiornika wodnego z różnych źródeł trwa 3-4 lata
2. Rozwój biomasy roślin i zwierząt w tym zbiorniku.
3. Nie zachodzi mineralizacja biomasy, ulegają procesom degradacji

Brakuje tlenu w zbiorniku – procesy gnilne zaczynają przeważać i dalej zbiornik zanika.

VI. Zasolenie wód.

Wg. Amerykańskiego Urzędu dla wód zasolonych.

1. Wody świeże, które zawierają ok. 1‰ soli (czyli 1g/l wody)
2. Wody słone:
a) mało zasolone 1-5‰ soli
b) umiarkowanie zasolone 5-15‰ soli
c) zasolone 15-35‰ soli

• Wrażliwe na zasolenie: jabłonie, wiśnie, morela, seler, rzodkiewka
• Średnio wrażliwe: żyto, pszenica, owies, kukurydza, ziemniak, marchew, cebula
• Odporne: koniczyna, jęczmień, buraki cukrowe, bawełna, palma daktylowa

VII. Trzystopniowa klasyfikacja śródlądowych wód powierzchniowych:

1. Wody nadające się do picia:
- zaopatrzenia ludności w wodę do picia
- zaopatrzenie przemysłu (zakładów przemysłowych)
- do hodowli ryb łososiowatych

2. Wody nadające się do bytowania w warunkach naturalnych innych ryb niż łososiowate.
- do chowu i hodowli zwierząt
- celów rekreacyjnych i do uprawiania sportów wodnych

3.
- zaopatrzenie zakładów innych
- nadające się do nawadniania upraw rolniczych (ewentualnie leśnych)

Miano Coli.

Najmniejsza ilość wody wyrażona w cm³, w której wykrywa się pałeczki okrężnicy (nie są bezpośrednim zagrożeniem dla człowieka, ale świadczy o obecności bakterii). Im wyższa tym woda czystsza.
Stan czystości rzek:
Wg kryterium ogólnego (wszystkie wskaźniki)
Wg kryterium fizykochemiczne
Wg kryterium bakteriologiczne
Wody, w których choć jeden wskaźnik zanieczyszczenia przekracza max. dopuszczalne normy dla trzeciej klasy czystości, nie odpowiadają normom (NON).
Traktuje się je jako pozaklasowe.


Województwo mazowieckie – wg kryterium ogólnego na 2001r:

I klasa – brak
II klasa – 3,1%
III klasa – 32,6%
NON – 64,3%

Wg kryterium bakteriologicznego:

I klasa – brak
II klasa – 8,2%
III klasa – 48%
NON – 43,8%



WPŁYW DZIAŁALNOŚCI ROLNICZEJ NA ŚRODOWISKO PRZYRODNICZE


Wpływ nawozów na środowisko
Do prawidłowego wzrostu roślin są potrzebne skł. pokarmowe a w nich mineralne organiczne np.9 pierwiastków makroskładników -węgiel, tlen ,wodór,(człowiek na nie nieoddziaływuje), azot, fosfor, potas, wapń, magnez, siarka-człowiek ma na nie wpływ i 12 mikroskładników-żelazo, sód, mangan, bor, cynk, miedz, moliben, kobalt, chlor, krzem, glin
Węgla w suchej masie jest ok. 50%
Wzwyżki plonów w 60% uwarunkowane są nawożeniem składnikami.
W Polsce N 192 kg/ha`80
110 kg/ha 2000
Ujemne skutki nawozów mineralnych
1. w trakcie bezpośredniego kontaktu człowieka bądź roślin związki które w dotyku mogą działać toksycznie
2. w trakcie transportu, magazynowania, wysiewu , rozlanie/woda amoniakalna, wapna po wprowadzeniu nawozów do gleby
3. kiedy nawozy wysiewane są w dużych dawkach i jednorazowo( tzn. gdy nie uwzględnia się rodz. gleby, klimatu, warunków wysiewu, terminów i wymagań pokarmowych)-nawożenie nieracjonalne. W dawce pokarmowej jeden ze skł. podawany jest w nadmiarze - nawożenie jednostronne-niekorzystne na formowanie się biomasy roślinnej
4. Ewentualne zatrzymanie i magazynowanie w glebie zależy od właściwości fizyko-chem. gleby
Składniki w postaci anionowej-siła wiązania takiego skł. w glebie jest bardzo mała , kompleks sorpcyjny gleby ma zazwyczaj ładunek ujemny.
Nawozy, które nie są zatrzymywane-nawozy azotowe saletrzane NO3¬- ,ulegają łatwemu wypłukiwaniu do wód gruntowych. Ilość wymywanych związków zależy do klimatu, gleby.
Kation jest zatrzymywany ma ładunek +.
Stopień zatrzymania kationu amonowego zależy
• odczyn gleby
• zaw. części koloidalnych
im gleba kwaśniejsza, zawiera więcej ład.+ w kompleksie sorpcyjnym-w tym przypadku więcej jonów amonowych przechodzi z fazy stałej do płynnej. I stąd być wypłukiwany do gleb głębszych. W glebach biol. czynnych-dużo materii organ-kationy amonowe mogą ulec utlenieniu.
Substrat N utlenianie doNO3(nitryfikacja)
Procesy wymywania są główną przyczyną zanieczyszczeń wód zw. Azotów

Azot-działanie promieniotwórcze
jednostronne nawożenie azotem powoduje
-silny wzrost i rozwój rośliny
-zmiany w budowie anatomicznej komórki
-zwiększona synteza białek
-zmniejszona synteza celulozy, ligniny-komórki o wydłużonym kształcie i cienkich sciankach
-rośliny chwiejnej poddatne przewracaniu się
-liście delikatne poddatne na szkodniki roślin
nawożenie N jest niekorzystne dla roś. Okopowych m.in. dlatego ze są bardziej uwodnione, bulwy prze-azotowane szybko sinieją. Przy nadmiarze azot w roślinach ułatwione powstanie nitrozoaminów (są one rakotwórcze nasilają procesy oksydacji)

Potas-nawozy te to najczęściej sole potasowe
potas w formie kationów zachowuje się w glebie tak jak jon amonowy . Wiązanie jonu potasowego jest tym słabsze im odczyn gleby jest kwaśniejszy. W glebach zakwaszonych potas łatwo przechodzi do fazy płynnej i stąd łatwo ulega wymyciu .ilość wymywanego potasu 1-30 kg/ha nie stanowi to zagrożenia dla wód .Nie jest eutrofizujący zubaża kompleks sorpcyjny-problem rolniczy.

Fosfor
• najczęściej gr. PO4, anion fosforowy
• w postaci zw. rozpuszczalnych w wodzie ,ulega wytrąceniu w formie rozpuszczalnych osadów
• fosfor odkłada się w glebie nie ulega tak dużemu wymyciu jak N,K
• ulega uwstecznieniu (staje się niedostępny dla roślin) i zależy od odczynu gleby
• gleba kwaśna i zasadowa –nasilają te procesy
Aby minimalizowac ujemne skutki
• już w trakcie produkcji-nawozy mineralne wieloskładnikowe należy produkować(w odp. proporcjach i różnych okresach wzrostu)
• produkt, który stosujemy powinien mieć długi okres działania w glebie. Nawozy w otoczkach, które przedłużają proces dostępności skł.
• formę pylistą na granulowaną
• stosowanie prawidłowego nawożenia mineralno-organicznego
• stosowanie cieczy – zraszanie roślin skł. lepiej przyswajane i przez cześć nadziemną i korzeniową
• stosowanie nawozów sztucznych, które ulepszają strukturę gleby (sub. które będą zmniejszały kwasowość gleby-wapniowanie) uodparnia glebę na zjawiska erozji



MIKROELEMENTY I PESTYCYDY W ŚRODOWISKU


I Mikroelementy – skutki ekologiczne

a) średnie zaw. mikroel. w oborniku, gnojowicy, nawozach wapniowych i fosforowych
b) zawartość mikroel. w glebie i roślinach
c) zarządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społ. w sprawie wykazu subst. dodatkowych
( Cd, Pb, As, Mg, Cu, Zn, Sn, Fe )

II Wpływ pestycydów na środowisko

Naturalnym źródłem mikroel. dla roślin jest gleba.
Mikroelem. Jako kationy są łatwo akumulowane w glebie więc wypełniają kompleks sorpcyjny b. dokładnie. Jest to zjawisko niekorzystne. Zjawisko to nasiliło się na małych działkach, bo taki ogrodnik ‘przedobrza’

Przed stosowaniem jakichkolwiek nawozów w formie mikroel., należy najpierw poznać skład chem. gleby.
Nadmiar mikroel. hamuje wzrost, rozwój roślin ( bardziej niż nadmiar makroel.)

Pestycydy nastąpił rozwój w II wojnie światowej.
Dwuchlorodwufenylotrójchloroetan (DDT ) – uratował wielu ludzi. Silna w organizmach ludzkich. Powoduje wiele negatywnych zjawisk.

Wszystkie środki nim znajdą się w użyciu muszą przejść badania toksykologiczne. Określa się dawkę w mg/1kg masy ciała. Badania określające LD prowadzone są na szczurach, a trucizna podana jest im doustnie.
LD jest średnią dawką zabijającą 50% zwierząt w badaniu. Stąd LPSO

III Klasyfikacja środków ochrony roślin

1. W zależności od toksyczności
• LD50 = SO ( średnio trujące)
• LD50 = S1 – 150
• LD50 = 151 = 500
• LD50 = 501 – 500
• LD50 = 5001… ( środek nieszkodliwy)

2. Wg. spektrum działania
• Herbicydy – chwastobójcze
• Insektycydy – owadobójcze
• Fugicydy – grzybobójcze
• Inne np. odstraszające, wabiące, gryzoniobójcze

3. Substancje aktywne
• Węglowodory chlorowane – DDT
• Związki fosforowo – organiczne
• Karbominiany – estry kwasu karbominowego
• Związki nieorganiczne – zw. arsenu, miedzi, kadmu, rtęci

4. Wg. mechanizmu toksycznego działania
• Pestycydy kontaktowe – działają toksycznie na powierzchnię liścia, owada
• Pestycydy układowe ( systemiczne ) – działają poprzez przewód pokarmowy bądź poprzez syst. korzeniowy, aparaty szparkowe.

Okres karencji – czas, który musi upłynąć od ostatniego chem. zabiegu do zbioru roślin aby pozostałości pestycydów w tych roślinach znajdowały się na poziomie tolerancji, aby jeszcze bardziej zabezpieczyć ludzi, zwierzęta przed toksycznością środków prowadzonych.

Okres prewencji – czas, który musi upłynąć od wykonania chem. zabiegu do momentu, w którym ludzie mogą bezpiecznie wejść na plantację bez obawy zachorowania lub na teren mogą byś wpuszczone zwierzęta bez obawy o ich zatrucie.


0,5 kg sub. Aktywnej / ha użytków rolnych
↓
zużycie pestycydów w Polsce

Zatrucia zwierząt
 Zatrucia ostre prowadzące do śmierci – rzadkie przypadki
Zwierzęta pijące wodę, w której znajdują się opakowania po pestycydach.

 Zatrucia przewlekłe
Powszechne, im pestycyd jest trwalszy tym zatrucie powszechniejsze

Zagrożenie zależy:
- od pory dnia
- temperatury


Źródła skażenia gleby
- zabiegi
o Stosowanie preparatów bezpośrednio do gleby
o Preparaty do zaprawiania nasion
o Stosowanie preparatów na rośliny ( które są zmywane przez owady)

Rozpad pestycydów jest mierzony połowicznym rozkładem pierwiastków
DDT → 30 miesięcy

Skażenie gleby zależy też od:
• Dawki
• Zależności fizykochemicznych gleby ( sorpcji, pH )
• Wysokości dawki
• Częstotliwości zabiegów

Dość duże ilości pestycydów w mułach i osadach dennych.
Spośród zwierząt wodnych bezkręgowe są bardziej wrażliwe niż kręgowe.

Wraz ze wzrostem liczby stosowanych pestycydów i częstości zabiegów zaczęły pojawiać się populacje grzybów i chwastów.
Pestycydy działają tu jako czynnik selekcji. Pozostają te, które maja specyficzne geny odporności, które przekazują je dalej.
Mechanizmy te zmniejszają penetrację i zwiększonym metabolizmie dezoksykacyjnym.

Czynniki wpływające na powstawanie odporności:
1. Częstość występowania w populacji genów odporności
2. Liczba pokoleń zwalczanych w ciągu określonego czasu ( im więcej się w ciągu tego samego czasu następuje wzrost odporności )
3. Im bardziej populacje są izolowane tym większe szanse powstawania odporności np. w szklarni.
4. Im ↑ dawki pestycydów i ↑ skuteczność tym szybciej powstają populacje odporne.
5. Im ↑ obszar objęty środkami chem. ↑ odporności.

Odporność na pestycydy wykazują chwasty i grzyby aby temu zapobiegać produkuje się nowe pestycydy a także zabiegi chem., biolog.

Stosowanie pestycydów → ponieważ niemożliwe jest całkowite ich wyeliminowanie, aspekt ekonomiczny, łatwość stosowania.

Wpływ mechanizacji rd. na środ. przyrodnicze – negatywne
 W trakcie eksploatacji maszyn
 Emisja spalin – zanieczyszczenia CO, CO2, sadze, węglowodory aromatyczne

Maszyny i narzędzia są dużej masy, powodują:
o Ugniatanie gleby – gorsze właściwości fiz – chem zmniejszają się porowatość gleby, mniej tlenu w glebie, gleba traci szybciej wodę, parowanie szybsze, wymiana gazowa wymaga zakłóceń i gleba traci właściwości biologiczne.
o Negatywne skutki biocenotyczne, podczas sianokosów ginie wiele organizmów żywych, zmniejszenie populacji w danej biocenozie.
o Mechanizacja na dużych obszarach ma negatywny aspekt biocenotyczny, likwidowanie miejsc.

Zmniejszenia skutków uciążliwej mechanizacji
 Agregatownie maszyn
 Właściwa organizacja transportu dostosowana do warunków przyrodniczych
 Sprawność maszyn i ciągników
 Stosowanie biopaliwa jako środka energetycznego.



Funkcje zadrzewień śródpolnych w ochronie ekosystemów rolnych

1. zmniejszanie prędkości wiatru – prędkość zależy od zasłony i przewiewności; wykazano ze zadrzewienie rzadkie silnie hamuje prędkość wiatrów słabych 2-3m/s; gęściejsze redukuje lepiej od 4-óm/s, a śródpolne hamuje prędkość wiatru i powinny posiadać budowę przewiewną, siła hamowania musi być rozłożona; zadrzewienia pasowe obniżają prędkość wiatru o 60% prędkości.

2. temperatura – na ogół w sąsiedztwie zadrzewień pełnych zmniejsza się liczba dni z przymrozkami w okresie wiosennym, w porównaniu z terenem otwartym; można szybciej wejść z pracami na pole; głębokość zamarzania gleby jest znacznie mniejsza koło zadrzewień śródpolnych.

3. parowanie – zadrzewienia zmniejszają parowanie potencjalne, które zależy od prędkości wiatru (zmniejszenie tego osuszającego działania), występuje mniejsza transpiracja roślin uprawnych co wpływa na zwiększenie wilgotności gleby. Zadrzewienia śródpolne wpływają na wzrost magazynowanej wilgoci w glebie odpowiadające 60mm opadu rocznego.

4. bariera ograniczająca – zadrzewienie redukuje około 30-krotnie koncentrację substancji biogennych wymywanych z pól uprawnych. Substancje biogenne są pobierane i systemem korzeniowym podawane głębiej. Substancje gazowe są zatrzymywane poprzez części nadziemne i metabolizowane. Zanieczyszczenia fizyczne(drgania, hałas) są tłumione.

5. wpływ zadrzewień śródpolnych na plonowanie roślin – zwiększają plonowanie bowiem małe zmniejszenie plonu przy z.ś. jest rekompensowane wielokrotną zwyżka plonów. Chronią gleby przed erozją wodną, powietrzną, która ograniczana jest o 98% w stosunku do terenów niezadrzewionych.

6. funkcje biocenotyczne – z.ś to ekotony (granica styku różnych ekosystemów), które są miejscem rozrodu owadów i zwierząt ograniczających populacje innych zwierząt i owadów niszczących np. ziemniaki (do 80%)

7. produkcyjna – uzyskanie drewna w celach energetycznych, surowiec na wyroby rzemieślnicze


ŹRÓDŁA WYSTĘPOWANIA I POWSTAWANIA METALI CIĘŻKICH


1. energetyka – spalanie paliw energetycznych (węgiel kamienny, brunatny, ropa)
2. przemysł chemiczny – papierniczy, farbiarski
3. przemysł wydobywczy – żelaza, metali kolorowych, miedź
4. rolnictwo – metale głównie jako środki ochrony roślin, przemysł nawozów sztucznych – produkcja nawozów fosforowych dostarcza kadmu i ołowiu; środki ochrony roślin – miedziane, cynkowe, arsenowe
1 kg nawozu fosforowego może zawierać