docrozdział 1
download 
Reklamacja Transkrypt
rozdział 1
EKOSYSTEMY SŁODKOWODNE EUROPY Studium Edukacyjne Podręcznik Dla Uczniów KOORDYNATOR Dr Voreadou Catherina Zakład Edukacji & Laboratorium Hydrobiologii, Muzeum Historii Naturalnej na Krecie, Uniwersytet Kreteński, Grecja PREFACE Cześć! Zasoby wody słodkiej stają się bardziej niż kiedykolwiek istotne dla utrzymania życia na ziemi. Znaczenie tego faktu zostało podkreślone poprzez nazwanie roku 2003 Światowym Rokiem Wody Słodkiej. Ciągle wzrastający popyt na wodę i szybkie pogorszenie jakości wody stanowią poważne zagrożenie dla ekosystemów wody słodkiej. Znajomość tych tematów pomoże nam zrozumieć, jak wrażliwe są te ekosystemy oraz to, że jakość wody wpływa na jakość naszego życia i dlatego konieczna jest ochrona i zrównoważony rozwój tych ekosystemów. W ramach projektu CONFRESH “Innowacyjne metody nauczania i strategie pedagogiczne w propagowaniu ochrony i zrównoważonej gospodarki ekosystemów wodnych”, sfinansowanego przez Komisje Europejską (226682-CP-1-2005-1-GR-COMENIUS-C21), opracowano materiały edukacyjne zatytułowane “EKOSYSTEMY WODY SŁODKIEJ EUROPY: Studium Edukacyjne”. Ich założeniem jest rozpowszechnianie wiedzy o europejskich ekosystemach wody słodkiej w szkołach średnich oraz promocja ich ochrony. Pakiet “EKOSYSTEMY SŁODKOWODNE EUROPY: Studium Edukacyjne” jest dostępny w wersji elektronicznej i drukowanej i składa się z dwóch części: Część A. Pakiet edukacyjny dla ucznia zawierający: •Podręcznik; •Zeszyt ćwiczeń utrwalających zdobytą wiedzę; •Protokoły terenowe przeznaczone do zebrania dokumentacji środowiskowej podczas zajęć terenowych; •Klucz do oznaczania bezkręgowców wodnych pomocny w ukierunkowaniu identyfikacji materiału biologicznego podczas zajęć terenowych oraz pracy laboratoryjnej; •CD Rom zawierający studium z przykładami modelowych działań oraz projektów naukowoedukacyjnych związanych z ochroną ekosystemów wodnych i jej różnorodności biologicznej w krajach UE; •Arkusze ewaluacyjne do przeprowadzenia standardowej oceny. Część B. Pakiet edukacyjny dla nauczyciela zawierający: •Materiały edukacyjne dla nauczycieli przeznaczone do wykorzystania podczas seminariów dla kadry nauczycielskiej; •Przewodnik dla nauczycieli z zakresu materiału edukacyjnego rekomendowanego do wprowadzenia na zajęciach lekcyjnych i do programów nauczania; •Arkusze ewaluacyjne do przeprowadzenia oceny efektów pracy z pakietem na różnych etapach. Mamy nadzieję, że korzystanie z tego materiału edukacyjnego będzie interesujące i sprawi Ci wiele radości! Edytorzy Uczestnicy projektu w porządku alfabetycznym: Bis Barbara Biolog, doktor nauk przyrodniczych, Zakład Ochrony Wód i Limnologii, Katedra Zoologii Bezkręgowców i Hydrobiologii, Instytut Ekologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Łódzki, Polska Demetropoulos Andreas Biolog, magister nauk przyrodniczych, Cypryjskie Towarzystwo Dzikiej Przyrody, Cypr Gonçalves Cecília Biolog, magister nauk przyrodniczych, nauczyciel szkół średnich, Regionalna Dyrekcja Edukacji w Alentejo, Ministerstwo Edukacji, Portugalia Gouletsa Sofia Biolog, magister nauk przyrodniczych, Laboratorium Hydrobiologii, Muzeum Historii Naturalnej na Krecie, Uniwersytet Kreteński, Grecja Hadjichristophorou Myroula Biolog, magister nauk przyrodniczych, Zakład Rybołówstwa i Badań Morskich, Ministerstwo Rolnictwa, Zasobów Naturalnych i Środowiska, Cypr Kłos Ewa Biolog, magister nauk przyrodniczych nauczyciel szkół podstawowych i ponadpodstawowych, doradca metodyczny, Centrum Kształcenia i Doskonalenia Zawodowego Nauczycieli, Łódź, Polska Komodromos Nikos Biolog, magister nauk przyrodniczych, nauczyciel szkół średnich, Zespół Szkół Średnich im. Pera Choriou & Nisou, Cypr Kosmala Grażyna Biolog, magister nauk przyrodniczych, nauczyciel szkół podstawowych, Gimnazjum nr 3 im. Tadeusza Kościuszko, Pabianice, Polska Madeira Ana Cristina Filolog (Język i Nowoczesna Literatura), Dyrektor Centrum Nauczania Dr. Rui Grácio, Regionalna Dyrekcja Edukacji w Algarve, Ministerstwo Edukacji, Portugalia Mainwaring Jane Paleontolog, doktor nauk przyrodniczych, Projekty Specjalne i Innowacyjność, Muzeum Historii Naturalnej w Londynie, Wielka Brytania Manuela Morais Profesor, doktor nauk przyrodniczych, Centrum Ekologii Środowiskowej, Uniwersytet w Eworze, Portugalia Mousteraki Sofia Geolog, magister nauk geologicznych, nauczyciel szkół średnich, Zespół Szkół Średnich nr 5 im. Andreas Delmouzos, Kreta, Grecja Paulo Pinto Profesor, doktor nauk przyrodniczych, Centrum Ekologii Środowiskowej, Uniwersytet w Eworze, Portugalia Tapadinhas Helena Biolog, magister nauk przyrodniczych (Kreatywność), Centrum Nauczania Dr. Rui Grácio, Regionalna Dyrekcja Edukacji w Algarve, Ministerstwo Edukacji, Portugalia Turska – Sikorska Katarzyna Filolog, magister filologii angielskiej, nauczyciel języka angielskiego, Dyrektor Szkoły Podstawowej nr 173, Łódź, Polska Voreadou Catherina Biolog, Kierownik Edukacji i Laboratorium Hydrobiologii, Muzeum Historii Naturalnej na Krecie, Uniwersytet Kreteński, Grecja Układ opracowania: Selena Publications email: [email protected] Copyright 2008 6 ROZDZIAŁ 1 WODA Rozdział 1 - Woda Barbara Bis Hydrobiolog, doktor nauk przyrodniczych, nauczyciel akademicki, Katedra Zoologii Bezkręgowców i Hydrobiologii, Instytut Ekologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Łódzki Grażyna Kosmala Biolog, magister nauk przyrodniczych, nauczyciel szkół podstawowych, Gimnazjum nr 3 im. Tadeusza Kościuszko, Pabianice 1. Woda jest warunkiem istnienia życia W naturalnym środowisku woda występuje w trzech stanach skupienia: woda w atmosferze (jako gaz), na ziemi (jako ciało stałe) i w różnorodnych zbiornikach wodnych (jako ciecz). Większość procesów w przyrodzie przebiega z wykorzystaniem wody lub w środowisku wodnym. Woda tworzy i utrzymuje życie w każdym ekosystemie. W rezultacie woda ma podstawowe znaczenie dla wszystkich istot żywych (ryc. 1). 1.1. Struktura cząsteczki wody Ryc. 1. Woda jest niezbędna dla życia. tlen wodór wodór Ryc. 2. Schemat cząsteczki wody. Większy atom tlenu połączony z dwoma mniejszymi atomami wodoru. Woda jest małą symetryczną cząsteczką w kształcie litery V o wzorze chemicznym H2O (ryc. 2). To jest najprostszy związek złożony z dwóch najbardziej popularnych pierwiastków we wszechświecie – dwa atomy wodoru (H) połączone są ze stosunkowo ciężkim atomem tlenu (O). Wzór strukturalny wody jest następujący: Część cząsteczki, gdzie znajdują się atomy wodoru jest naładowana dodatnio, a część z atomem tlenu – ujemnie, co powoduje przyciąganie tych dwóch części. Cząsteczka H2O jest elektrycznie obojętna, ale dodatnie i ujemne ładunki nie są rozmieszczone równomiernie, co pokazuje schemat 3 . W rezultacie woda jest dipolem i ma to wpływ na to, jakie substancje się w niej rozpuszczają. Woda nazywana jest "uniwersalnym rozpuszczalnikiem", ponieważ rozpuszcza więcej substancji niż jakakolwiek inna ciecz. To znaczy, że tam gdzie woda występuje, na przykład w Rozdział 1 - Woda 7 glebie lub w ciele organizmów żywych, transportuje wartościowe substancje chemiczne, minerały i substancje odżywcze. 1.2. Własności fizyczne i chemiczne wody Woda jest wyjątkowa, ponieważ jest jedyną naturalną substancją, która występuje w trzech stanach skupienia (ryc. 4 i 5): płynnym (woda) , stałym (lód) i gazowym (para wodna) - w różnych temperaturach normalnie spotykanych na Ziemi. Woda wyróżnia się sponad 15 milionów poznanych chemicznych substancji tym, że jej stały stan skupienia (lód) jest lżejszy (ma mniejszą gęstość) niż ciecz. To wyjaśnia, dlaczego lód pływa po wodzie. Największą gęstość (masę) woda osiąga w temperaturze 4 stopni Celsjusza (ryc. 6). Natomiast, woda wrze w 100 stopniach Celsjusza. Całkowita ilość wody w przyrodzie jest stała. Dzięki właściwości występowania w warunkach naturalnych w trzech stanach skupienia woda podlega stałemu krążeniu. Woda rozpoczyna swój obieg dostając się do atmosfery wskutek parowania – głównie oceanów, następnie jezior, rzek i wilgotnej gleby, a także za pośrednictwem transpiracji roślin. Aby rozbić wiązania wodorowe w cząsteczce wody i umożliwić jej wyparowanie potrzebne jest ciepło. Kiedy zatem cząsteczki wody parują, pobierają ciepło. W większej skali – globalnej, wtedy gdy molekuły wody parują z ogromnej powierzchni oceanów, zabierają ciepło i to pomaga kontrolować i regulować klimat świata. Ponieważ większość wody na Ziemi zawarta jest w oceanach, to w związku z jej wysoką pojemnością cieplną, ta olbrzymia ilość wody (1.35 milionów kilometrów sześciennych) zapobiega dużym zmianom temperatury na Ziemi. Ponadto, oceany wchłaniają ogromne ilości energii słonecznej a prądy oceaniczne transportują to ciepło w kierunku od równika do Ryc. 3. Molekularna struktura wody: przybliżony kształt i rozmieszczenie ładunku elektrycznego wody. Gas Solid Liquid Ryc. 4. Woda występująca w trzech stanach skupienia w naturalnym środowisku. Hydrogen bond Ice cube Ice Liquid water Stable hydrogen bonds Hydrogen bond constantly break and re -form Ryc. 5. Cząsteczki wody w różnych stanach skupienia. Ryc. 6. Zależność między gęstością wody i temperaturą. Rozdział 1 - Woda 8 Ryc. 9. Schemat ilustruje siły powodujące zjawisko włoskowatości. Płyn unosi się wewnątrz włoskowatej rurki bez ciśnienia zewnętrznego – działanie włoskowatego naczynia występuje wtedy, gdy siły przylegania do ścian są silniejsze niż siły kohezji między cząsteczkami cieczy. Ryc. 7. A. Ilustracja sił napięcia powierzchniowego (kohezji) między cząsteczkami wody, B. Nartnik stawowy (wodny chrząszcz z rodziny Gerridae) żyjący na powierzchni wody Ryc. 8. Krople wody biegunów. Siły spójności między cząsteczkami, powodują przyciąganie się wszystkich sąsiadujących ze sobą cząsteczek wody. Każda cząsteczka znajdująca się wewnątrz cieczy jest równomiernie otoczona przez inne cząsteczki i ma takie same siły wzajemnego przyciągania. Siły te są we wszystkich kierunkach jednakowe. Natomiast cząsteczki wody położone na powierzchni, nie mając cząsteczek ułożonych wyżej wytwarzają znacznie silniejsze boczne siły przyciągania międzycząsteczkowego (ryc. 7A). To zjawisko nazywane jest napięciem powierzchniowym. Błona powierzchniowa wody, może być środowiskiem życia niektórych wodnych owadów, np. nartników. Ciężar tych owadów jest zbyt mały, aby przerwać błonę powierzchniową wody, stad mogą swobodnie poruszać się po jej powierzchni (ryc. 7B). Napięcie powierzchniowe jest również odpowiedzialne za kształt kropel (ryc.8.). Chociaż łatwo je zniekształcić, kropelki wody mają skłonność do przybierania kulistego kształtu dzięki siłom spójności warstwy powierzchniowej wody i sile grawitacji. Napięcie powierzchniowe wody maleje znacząco podczas wzrostu temperatury. W konsekwencji, gorąca woda jest lepszym środkiem myjącym, ponieważ niższe napięcie powierzchniowe powoduje, że łatwiej wymywa zabrudzenia i dokładniej dociera do nierówności, porów i szczelin. Napięcie powierzchniowe jest również odpowiedzialne za zjawisko włoskowatości. Jest ono skutkiem procesu zwilżania i napięcia powierzchniowego. Zwilżanie wodą ścian naczynia powoduje wznoszącą się siłę płynu przy krawędziach i doprowadza do menisku, który obraca się w górę. Napięcie powierzchniowe (siły spójności) działa w taki sposób, by utrzymać powierzchnię nienaruszoną, tak więc tylko krawędzie przemieszczają się w górę, w efekcie czego powierzchnia całości płynu jest ciągnięta w górę (ryc. 9). Rozdział 1 - Woda 9 ZAPIS 1. FIZYCZNE I CHEMICZNE WŁAŚCIWOŚCI WODY Wynik każdego pojedynczego pomiaru właściwości wody powinien być zawsze powtórzony po upływie jakiegoś czasu (24 godzin, tygodnia czy innego okresu czasu), a także z uwzględnieniem naturalnych warunków hydrochemicznych danego typu zbiornika (np. niskie pH wynoszące 5.5 czyli kwaśne może być typowe dla górskich strumieni). pH jest miarą kwasowości czy zasadowości wody. Definiuje względną ilość wolnych jonów wodoru w stosunku do jonów hydroksylowych. Czysta chemicznie woda ma pH 7. pH przyjmuje wartości od 0 do 14. pH poniżej 7 wskazuje odczyn kwaśny, co oznacza, że w cieczy występuje więcej jonów wodorowych. Gdy pH jest powyżej 7, to odczyn jest zasadowy. pH wody zmienia się w zależności od substancji w niej zawartych, dlatego jest ważnym wskaźnikiem zmian chemicznych wody . Skażenie chemiczne wody może zmienić jej pH , co stwarza zagrożenie dla żyjących w niej roślin i zwierząt. pH wody można określić, np. za pomocą papierka lakmusowego. Temperatura wody może wpłynąć na rozpuszczalność tlenu w wodzie, jak również na zdolność niektórych organizmów do walki z niektórymi zanieczyszczeniami. Woda używana jest do chłodzenia podczas procesów zachodzących w elektrowniach (gdyż woda ma dużą pojemność cieplną, co powoduje, że może absorbować wiele ciepła zanim się jej temperatura się zwiększy). Elektrownie z reguły wypuszczają cieplejszą wodę z nie wody to: glina, muł, substancje organiczne i nieograniczone, rozpuszczone organiczne mieszaniny, plankton, mikroskopijne organizmy i czynniki chorobotwórcze. powrotem do środowiska. Temperatura wypuszczonej wody może wpłynąć na środowisko i organizmy w nim żyjące (patrz także zapisek III). Przewodnictwo jest miarą zdolności wody do przepływu, do przewodzenia prądu elektrycznego. W dużym stopniu zależy od ilości zdysocjowanych soli (np. sól kuchenna). Czysta chemicznie woda, czyli woda destylowana, ma bardzo niskie przewodnictwo a woda morska ma wysokie przewodnictwo. Deszczówka często powoduje dysocjację gazów zawartych w powietrzu i dlatego ma wyższe przewodnictwo elektryczne niż woda destylowana. Wartość przewodnictwa elektrycznego jest wskaźnikiem ilości zdysocjowanych substancji w wodzie. Mętność jest ilością substancji zawieszonych w wodzie. Mętność mierzy efekt rozproszenia światła: im wyższa intensywność rozproszonego światła, tym wyższa mętność. Materiały, które powodują zmętnie- Rozpuszczony tlen - chociaż cząsteczki wody zawierają atom tlenu, ten tlen nie może zostać wykorzystany przez wodne organizmy do oddychania. W rezultacie, w wodzie tylko niewielka ilość tlenu jest rozpuszczona (około dziesięć cząsteczek tlenu na milion zawartych w wodzie). Ten rozpuszczony w wodzie tlen jest potrzebny do oddychania dla zooplanktonu, bezkręgowców i ryb. W wodzie szybko płynącej, takiej jak w górskim strumieniu lub dużej rzece, rozpuszczona jest większa ilość tlenu niż w wodzie stojącej. Bakterie w wodzie mogą zużyć tlen do rozkładu cząstek organicznych. Stąd skażenie w naszych jeziorach i rzekach może spowodować zmniejszenie ilości tlenu. Rozdział 1 - Woda 10 1.3. Znaczenie wody dla zdrowia Woda jest niezbędna do życia dla wszystkich istot żywych. Nie możemy żyć bez wody dłużej niż około 100 godzin, podczas gdy bez jedzenia kilka tygodni lub miesięcy (Zapisek I, II). Współcześnie woda jest wykorzystywana dla wielu, niezliczonych ludzkich działań, jednak żadna inna substancja nie ma większego znaczenia i nie jest potrzebna w tak nieograniczonej ilości. Codziennie w organizmie człowieka przemianie ulega około 2.4 litra wody (tabela 1). Woda jest rozprowadzona między komórkami i płynem pozakomórkowym. Doskonała rozpuszczalność wielu substancji w wodzie umożliwia komórkom ciała wykorzystanie wszystkich transportowanych wartościowych substancji odżywczych, minerałów i związków chemicznych w ważnych procesach biologicznych. ZAPIS 2. ZNACZENIE WODY DLA ORGANIZMU. Bez wody organizm przestałby właściwie pracować. Twoje ciało w około dwóch trzecich składa się z wody i człowiek nie może przeżyć więcej niż kilka dni bez niej. Dlaczego? Organizm ma dużo ważnych zadań do wykonania i do wielu z nich potrzebuje wody. Na przykład krew, składająca się w dużym procencie z wody i substancji w niej rozpuszczonych - transportuje potrzebny tlen do wszystkich komórek ciała. Bez tlenu, komórki umierałyby i Twoje ciało przestałoby funkcjonować. Woda zawarta jest również w limfie - płynie, który jest częścią Twojego systemu immunologicznego, pomagającego ci walczyć z infekcjami. Musisz pić, by strawić pokarm i pozbyć się produktów metabolizmu. Woda potrzebna jest zatem do wydalania wszystkich produktów przemiany materii. Woda jest głównym składnikiem potu (m.in. ochładza Twoje ciało podczas upałów). Poza tym, że jest ważnym składnikiem płynów w Twoim ciele, jest bardzo potrzebna do właściwego funkcjonowania każdej komórki. Twój organizm otrzymuje wodę nie tylko w postaci wody pitnej lub mleka, ale dużo pokarmów zawiera wodę, np. owoce i warzywa. Gdy Twoje ciało nie ma wystarczającej ilości wody - odwadnia się. Bilans wodny Źródła wody (ml dzień-1) Wydalanie wody (ml dzień-1) Napoje 1500 Mocz, kał 1600 Metaboliczna woda 300 Oddychanie 400 Jedzenie 700 Skóra, pot 500 Tabela 1. Bilans wodny dorosłego człowieka w klimacie umiarkowanym (według Stirling & Parsons, 2000). Rozdział 1 - Woda 1.4. Woda jako środowisko życia. Woda ma ogromne znaczenie dla wszystkich żywych organizmów, gdyż posiada szczególne właściwości podtrzymujące życie. Żaden inny płyn nie może zastąpić wody wewnątrz organizmu, ani poza nim – tzn. w określonym środowisku, w którym żyje dany organizm. Te włas- 11 ności, omówione wcześniej wynikają z fizycznych i chemicznych właściwości cząsteczki wody jako cieczy (Zapisek I, III). Woda jest bezcennym zasobem dla egzystencji ludzkich społeczeństw – m.in. dla zachowania higieny i usuwania odpadów, dla wytwarzania energii, dla produkcji pokarmów, dla chłodzenia i ogrzewania, dla transportu i dla odpoczynku. Z tego względu powinniśmy dbać o racjon- alne użytkowanie wody, z uwzględnieniem długotrwałych potrzeb innych konsumentów, zarówno człowieka i innych organizmów. Dlatego musimy rozumieć rolę wody w naszym życiu i poznawać znaczenie ekosystemów słodkowodnych. Tylko z lepszą wiedzą i zrozumieniem możemy podejmować działania na rzecz ochrony wody i zrównoważonego zarządzania jej zasobami. ZAPIS 3. JAK WODA ZACHOWUJE SIĘ W RÓŻNYCH TEMPERATURACH W JEZIORZE? Wzrost temperatury wody zmniejsza jej gęstość. I odwrotnie, woda staje się bardziej gęsta, ponieważ obniża się jej temperatura. Wyjątek do tej reguły jest jeden: woda osiąga największą gęstość w temperaturze ok. 4 ° Celsjusza. Poniżej 4 ° C, gdy woda ochładza się, wiele cząsteczek wody łączy się razem wiązaniami wodorowymi , by utworzyć specyficzną, luźną strukturę sieci krystalicznej lodu. Molekuły w formie lodu tworzą otwartą strukturę przypominającą połączone tunele puste w środku (o sześciokrotnej symetrii). Te dziury w środku tuneli powodują, że gęstość lodu jest mniejsza od gęstości wody i lód pływa po wodzie. Jest to podstawowy mechanizm wyjaśniający sezonową i cieplną stratyfikację w jeziorach. Wiosną (A) po stopieniu lodu, woda w jeziorze ma na ogół tę samą temperaturę na powierzchni, jak i przy dnie jeziora. Wiatr wiejący nad powierzchnią wody powoduje jej stopniowe krążenie i ciagłe mieszanie, tzn. warstwy powierzchniowe wody przemieszczają się aż do dna jeziora, a warstwy denne wędrują w kierunku powierzchni wody. Ten mechanizm krążenia warstw wody pozwala stosunkowo dużym ilościom tlenu dotrzeć aż do dna jeziora. Mieszanie wody jeziora o tej porze roku nazywamy cyrkulacją wiosenną. Podczas lata (B) wody powierzchniowe jeziora pochłaniają ciepło i w rezultacie, tworzą cieplejszą warstwę nazywaną epilimnionem. Ten pas wody powierzchniowej wolno przesuwa się nad zimniejszą, głębszą i gęstszą wodą nazywaną hypolimnionem. Jednak w okresie lata, wiatr wywołuje cyrkulację wody ograniczoną tylko w górnej powierzchniowej warstwie wody (epilimnionie), natomiast niższa warstwa wody o większej gęstości (hypolimnion) prawie się nie porusza. Bez mieszania się mas wody nie może efektywnie zachodzić proces dostarczania rozpuszczonego tlenu w wodzie do warstw dennych jeziora. Dodatkowo, na więk- szych głębokościach nie ma wystarczającej ilości światła dla fotosyntezy, co także może spowodować ograniczoną ilość tlenu dostępną w strefie dennej jeziora podczas lata. Proces oddychania zwierząt i bakterii może zatem stopniowo wyczerpywać rozpuszczony tlen na dnie jeziora a nawet w wyższych jego partiach. Takie rozwarstwienie stref wody jeziora tej nazywamy letnią stagnacją. Jesienią (C) woda jeziora ma jednolite temperatury (około 4°C) gdyż podobnie jak wiosną wiatr przyczynia się do gruntownego zmieszania wody. Powierzchniowe warstwy wody, będąc w bezpośrednim kontakcie z zimnym powietrzem, zostają schłodzona znacznie szybciej niż woda w dolnych partiach zbiornika. Te zimne, gęste warstwy wody powoli opadają w kierunku dna, co skutecznie pomaga zmieszać wodę w jeziorze. W rezultacie, znacznie większa ilość tlenu i soli mineralnych jest rozprowadzona w całym zbiorniku wody. Ten proces nazywamy cyrkulacją jesienną. Rozdział 1 - Woda 12 Podczas zimy (D) – woda przy powierzchni powoli ochładza się do temperatury poniżej 4 °C. W rezultacie, cząsteczki wody zaczynają się powoli grupować, tworząc coraz więcej wiązań wodorowych, aby stać się ciałem stałym. Ponieważ woda zamarza i zamienia się w lód w temperaturze zera stopni (0°C), a temperatura wody na powierzchni stopniowo osiąga 0°C, lód zaczyna przykrywać powierzchnię jeziora. Pokrycie lodem powierzchni jeziora zapobiega mieszaniu się wody. Pomimo tego, stratyfikacja może wystąpić, gdyż warstwa wody o małej gęstości i temperaturze niższej niż 4°C, ale wyższej niż 0°C tworzy się bezpośrednio pod lodem. Pod tą wierzchnią warstwą, reszta wody jeziora ma zwykle blisko 4°C. Taki stan nazywa się stagnacją zimową. 1.5. Strefy Ziemi Ryc. 10. Sfery/Systemy Ziemi / Systemy Hydrosfera zawiera całą wodę występującą na Ziemi. Obfitość wody na Ziemi jest unikalną cechą, która wyraźnie odróżnia naszą "Niebieską Planetę" od innych w słonecznym systemie (71% powierzchni Ziemi jest przykryte wodą). Woda w takiej ilości nie została znaleziona w żadnym innym miejscu układu słonecznego. Dzieje się tak dlatego, że Ziemia ma właściwą masę, właściwy skład chemiczny, właściwą atmosferę i właściwą odległość od Słońca (zasada tzw. „złotego środka”), co umożliwia cząsteczkom wody występowanie głównie jako ciecz. Jednak dodatkowo, molekularna struktura wody i zakres temperatur na powierzchni Ziemi oraz ciśnienia atmosferycznego naszej planety umożliwiają występowanie cząsteczek wody we wszystkich trzech stanach skupienia. Hydrosfera oddziaływuje z innymi sferami Ziemi: litosferą i atmosferą i wszystkie na siebie wzajemnie wpływają. Woda hydrosfery jest rozprowadzana pomiędzy poszczególnymi sferami (ryc. 10). Świat istot żywych, czyli biosfera, łączy wszystkie inne sfery umożliwiając wodzie krążenie pomiędzy hydrosferą, litosferą i atmosferą, głównie dzięki mechanizmowi transpiracji roślin, w tym procesom transportu wody wewnątrz roślin (w kierunku od korzenia do liści). Rozdział 1 - Woda 13 1.6. Hydrosfera Ziemi Około 97% z wody Ziemi znajduje się w oceanach (ryc. 11). W rezultacie - wody słodkie stanowią bardzo cenne zasoby naturalne i należy je chronić traktując wodę słodką jako dobro ogólne. Schemat 12 pokazuje rozmieszczenie tych trzech procent wód słodkich na Ziemi: (1) większość - około 69 procent, jest zamknięta w lodowcach i lądolodach, głównie w Grenlandii i Antarktydzie; (2) pozostała woda słodka jest wodą podziemną; (3) tylko około 0.3 procent jest ogólnie dostępna, występując w rzekach i jeziorach. W konsekwencji, rzeki i jeziora dostarczają większość wody, której używamy na co dzień, w normalnym życiu. krążąc zmienia swój stan skupienia przechodząc ze stanu ciekłego, do ciała stałego, fazy gazowej i na odwrót (ryc. 13, ryc. 14). Woda zaczyna cykl w oceanach (ryc. 13). Pod wpływem ciepła słonecznego powierzchnia mórz, oceanów i lądów nieustannie paruje. Wznoszące prądy powietrzne przenoszą parę wyżej, do atmosfery, gdzie przy dostatecznie dużej wilgotności powietrza i niskiej temperaturze następuje skra- 1.7. Cykl hydrologiczny Cykl hydrologiczny jako ciągłe krążenie wody w hydrosferze Ziemi jest ściśle regulowany przez promieniowanie słoneczne. Woda Oceans Ryc. 11. Oceany: Spokojny (Pacyfik), Atlantycki (Atlantyk), Ocean Indyjski, Ocean Arktyczny i kontynenty: Europa, Ameryka, Afryka, Azja, Australia, Antarktyda. Icecaps and glaciers Icecaps and glaciers Other Surface water Freshwater Á Lakes Swamps Rivers  C Ryc. 12. Dystrybucja wody na Ziemi. A. Rozmieszczenie głównych zasobów wodnych na Ziemi; B. Wody słodkie dostępne na Ziemi; C. Rozmieszczenie powierzchniowej wody słodkiej. 14 Ryc.13 Obieg wody w przyrodzie - illustruje krążenie wody w głównych procesach hydrologicznych. Ryc. 14. Schematyczny zarys cyklu wody z głównymi procesami, determinującymi przechodzenie w trzy stany skupienia. Rozdział 1 - Woda planie pary wodnej do postaci małych kropelek, które grupują się w widoczne skupienia – chmury czyli zachodzi proces kondensacji. Chmury, niesione wiatrem przemieszczają się nad powierzchnią lądów mórz i oceanów. W określonych warunkach drobniutkie kropelki wody zderzają się ze sobą, powiększają swoją masę łącząc się ze sobą w większe krople i opadają na ziemie jako deszcz, śnieg lub grad, czyli zachodzi ich skraplanie. Ziemia wchłania opady atmosferyczne i gromadzi je w postaci wód gruntowych. Płytkie wody gruntowe wykorzystywane są przez system korzeniowy roślin. W roślinach woda transpirowana jest przez powierzchnię liści i z powrotem przedostaje się do atmosfery. Część wody infiltrującej do gruntu przesiąka głębiej, zasilając warstwy wodonośne (nasycone wodą warstwy gruntu), które magazynują ogromną ilość słodkiej wody przez długi czas. Z nich biorą początek strumyki, te z kolei łączą się ze sobą w większe strumienie i rzeki, które wpadają do morza lub oceanu. W ten sposób zamyka się obieg wody w przyrodzie. Proces zaczyna się od nowa. Krążenie wody może zostać uzupełnione innymi drogami, na przykład, woda zanim osiągnie ocean może wyparować lub ulec kondensacji i cykl potarza się wielokrotnie (ryc. 13, ryc. 14). Rozdział 1 - Woda Elementy cyklu hydrologicznego 15 Definicja Zasoby wody w oceanach Słona woda istniejąca w oceanach i morzach śródlądowych (96,5 % wody Ziemi). Parowanie Kluczowy proces obiegu wody, w trakcie którego woda jest zmieniona z płynu w gaz lub parę. Sublimacja Przekształcenie ciała stałego w fazę lotną bez pośredniej fazy płynnej. Pojęcia sublimacja najczęściej używa się aby opisać proces zamiany śniegu i lodu w parę wodną w powietrzu ale bez topnienia (etapu fazy ciekłej). Ewapotranspiracja Proces, w którym woda dostaje się do atmosfery w wyniku parowania z gleby i transpiracji roślin (suma parowania i transpiracji). Zasoby wody w atmosferze Woda gromadzi się w atmosferze w stanie pary wodnej, tak jak chmury i wilgoć. To parowanie i transpiracja roślin zamieniają wodę - z fazy ciekłej w parę. Para aktywnie przemieszcza się w atmosferze dzięki prądom powietrznym. Kondensacja Proces, w wyniku którego para wodna jest zmieniona w ciekłą wodę. Kondensacja jest odpowiedzialna za formowanie się chmur. W chmurach mogą się tworzyć opady, które są głównym sposobem powrotu wody na Ziemię. Kondensacja jest procesem odwrotnym do parowania Opad Jest wynikiem skraplania się wody, która dostaje się w stanie stałym lub ciekłym z atmosfery na powierzchnię ziemi lub wody - w formie deszczu, marznącego deszczu, deszczu ze śniegiem, śniegu lub gradu. To jest pierwszorzędowy proces w cyklu hydrologicznym, który bezpośrednio dostarcza wodę do Ziemi. Najwięcej opadów spada jako deszcz. Zasoby wody w lodzie i śniegu Woda słodka zmagazynowana przez długi okres w lodzie, śniegu i lodowcach jest także częścią cyklu hydrologicznego. Topniejący śnieg spływający do strumieni Ruch wody spływającej od śniegu i pokrywy lodowej do wód powierzchniowych. Odpływ powierzchniowy Woda pochodząca z opadów, która spływa po powierzchni gleby do najbliższego strumienia. Rozdział 1 - Woda 16 Przepływ wody Ruch wody w naturalnym kanale, takim jak rzeka. Woda słodka występuje na powierzchni Ziemi. Wody powierzchniowe obejmują strumienie wszystkich wielkości – od małych potoków od dużych rzek, stawy, jeziora, zbiorniki i kanały (sztuczne zbiorniki wodne) oraz słodkowodne mokradła. Definicja wody słodkiej: jest woda zawierająca mniej niż 1,000 miligramów na litr rozpuszczonych substancji stałych, najczęściej soli. Zasoby wody słodkiej Pionowy przepływ (przesączanie) wody z powierzchni ziemi do gleby lub porowatej skały. Infiltracja Woda istniejąca przez dłuższy okres pod powierzchnią Ziemi. Większość zasobów wody gruntowej pochodzi ze skraplania (z opadu), który przesącza się na dół z powierzchni ziemi. Zasoby wody gruntowej Jest to ruch wody w ziemi, czyli odpływ wody z gruntu. Ta woda w ziemi stanowi główne źródło zasilania rzek i strumieni. Ma ogromne znaczenie dla roślin i zwierząt zasiedlających wszystkie typy zbiorników wodnych i terenów podmokłych. Życie na Ziemi zależy w równym stopniu od wód podziemnych i powierzchniowych. Odpływ gruntowy Miejsce naturalnego, skoncentrowanego wypływu wód podziemnych na powierzchnie ziemi (warstwa wodonośna przecina powierzchnię gruntu) Źródło Tabela 3. Cykl hydrologiczny – kluczowe procesy fizyczne. 1.8. Intensyfikacja cyklu wody i zmiany klimatu Klimat Ziemi zmienił się w ciągu ostatnich stu lat. Z powodu globalnego ocieplenia, w XX wieku obieg wody stał się bardziej intensywny, co jest związane z rosnącym tempem parowania i skraplania. Jest szereg dowodów na to, że wzrost temperatur w ostatnich 50 latach jest efektem działalności człowieka. Jednak, symulacja komputerowa i modele wieloletnich zmian termicznych wykazują, iż na przestrzeni XXI wieku z powodu emisji gazów szklarniowych temperatury mogą ciągle stopniowo wzrastać, wpływając na środowisko naturalne, przynosząc pozytywne i negatywne skutki (ryc. 15). Klimat opisuje wszystkie zjawiska pogodowe występujące w okresie kilku lat w danym miejscu. Zalicza się tu występujące charakterystyczne warunki pogodowe, sezonowość zmian (zima, wiosna, lato i jesień) i specjalne wydarzenia związane w pogodą (jak np. powodzie). Pogoda opisuje wszystko, co zdarza się w danym miejscu w danym czasie w odniesieniach do temperatury, ciśnienia powietrza, wilgoci, wiatru, zachmurzenia i opadów. Nauka o pogodzie i jej przewidywanie to meteorologia lub klimatologia. Zjawiska meteorologiczne są dostrzegalnymi wydarzeniami związanymi z pogodą – czyli wiążącymi się ze zmianami parametrów klimatycznych zachodzących w atmosferze. Do tych parametrów zaliczamy temperaturę, ciśnienie, wilgotność - wartości każdej tej zmiennej oraz ich zmiany w czasie (ryc. 16). Stacja meteorologiczna jest obiektem wyposażonym w narzędzia do przeprowadzania obserwacji pogody przez monitorowanie warunków atmosferycznych. Typowe stacje meteorologiczne (ryc. 17) mają następujące Rozdział 1 - Woda Á 17  Ryc. 14. A. Porównanie średnich globalnych zmian termicznych; B. Przewidywanie globalnego ocieplenia na podstawie 8 różnych modeli klimatu. narzędzia pomiarowe: • Termometr: do mierzenia temperatury; • Anemometr: narzędzie, za pomocą którego mierzy się siłę i kierunek wiatru (skala Beauforta: Admirał F. Beaufort napisał skalę Beauforta, by zmierzyć szybkość wiatru. Jego skala została oficjalną metodą pomiaru szybkości wiatru); • Barometr: narzędzie do pomiaru ciśnienia atmosferycznego, wskazuje zmianę pogody. Ciśnienie jest pomiarem siły z jaką słup powietrza naciska na powierzchnię ziemi. Chłodne powietrze jest cięższe niż ciepłe powietrze, zatem wywiera większy nacisk. Ciepłe powietrze jest zatem zawsze w odniesieniu do zimnego. Jak tylko wrasta temperatura i ruchy powietrza stają się szybsze, jego ciśnienie również spada (ryc.16); • Higrometr służy do mierzenia wilgoci; • Deszczomierz: to narzędzie mierzące opady. Poza narzędziami wymagającymi bezpośredniej ekspozycji (anemometr, deszczomierz) – wszystkie pozostałe narzędzia meteorologiczne powinny być osłonięte w skrzyni z otworami (zwykle jest to tzw. ekran Stevensona) w celu zatrzymania światła słonecznego poza termometrem i aby osłonić higrometr. Ryc.16. Schemat pokazujący ogólne warunki pogodowe: (1) przy wysokim ciśnieniu atmosferycznym powietrza jest słonecznie i zimo, a masy powietrza są przesuwane ku dołowi; powietrze przy dużym ciśnieniu atmosferycznym przemieszcza się zgodnie z ruchem wskazówek zegara ku dołowi; (2) przy niskim ciśnieniu atmosferycznym jest ciepło lecz pochmurnie (często deszczowo) a masy powietrza wypychane są w górę. Powietrze, które się podnosi się jest cieplejsze, stąd gorące masy powietrza przemieszcza się wolno do góry; zatem powietrze przy niskim ciśnieniu atmosferycznym przemieszcza się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. 18 Rozdział 1 - Woda Oprzyrządowanie (ryc.17) może być przystosowane do tego, by pomiary były okresowo rejestrowane automatycznie, w innym wypadku potrzebny jest zapis odręczny. Automatyczna transmisja danych jest również potrzebna dla stacji meteorologicznych w celu sporządzenia prognozy. Ryc. 17. Stacja meteorologiczna z przyrządami: skrzynka meteorologiczna z termometrem umieszczonym wewnątrz i anemometr. Rozdział 1 - Woda Bibliografia 1. Chaplin, M. F. 2001. Water: its importance to life. Biochem. Mol. Biol. Educ. 29 (2), 54-59. 2. Chaplin, M. F. 2000. A proposal for the structuring of water. Biophys. Chem., 83 (3), 211-221. 3. Finney. J. L. 2001. The water molecule and its interactions: the interaction between theory, modelling and experiment, J. Mol. Liquids, 90: 303-312. Literaura dodatkowa 19 4. Stirling, M. H. & K. C. Parsons. 2000. A model of human water balance. J. Therm. Biol. 25,187-190. 5. Campins, H. & M. J. Drake. 2004. Evaluating comets as a source of Earth's water. In: Origins, Evolution and Biodiversity of Microbial Life in the Universe. Ed. J. Seckbach (Kluwer, Dordrecht, 2004) pp. 569-591. Wiele obszarów tematycznych omawianych w podręczniku jest dostepna ze żródeł internetowych: Hydrosfera i Globalny Cykl Hydrologiczny Water - Learning and Living - teaching and learning resources about integrated water protection: water, catchments, biodiversity and human impact: http://www.watercare.net/wll/wc-watercycle.html Water Words Dictionary - a compilation of technical water, water quality, environmental, and water-related terms: http://water.nv.gov/Water%20planning/dict-1/ww-index.htm Water Science for Schools - http://ga.water.usgs.gov/edu/index.html H2O - The Mystery, Art & Science of Water - webside focused on the nature, properties, place, significance, importance, and role of water in Earth's life and culture; http://witcombe.sbc.edu/water/ The Global Water Cycle - the webside page with the most important links related to GWC: http://www.usgcrp.gov/usgcrp/links/waterlinks.htm Water Resources of the U.S.A. - http://water.usgs.gov/ Water resources in Europe http://maps.grida.no/go/graphic/world_s_water_cycle_schematic_and _residence_time Chemistry of Water http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/tutorials/chemistry/page3 .html UNESCO Water Portal: http://www.unesco.org/water/ UNESCO-IHE Institute for Water Education: http://www.unescoihe.org/education/intro.htm UN Water: http://www.unwater.org/flashindex.html Schools resource on water rights: http://www.worldaware.org.uk/education/projects/water.html United Nations GEMS/Water Programme: http://www.gemswater.org/ http://www.gemswater.org/ Hydrosphere: http://earth.rice.edu/MTPE/hydro/hydrosphere/hydrosphere_what.html Global Hydrology and Climate Center: http://www.ghcc.msfc.nasa.gov/ghcc_home.html Visible Earth: http://visibleearth.nasa.gov/view_set.php?categoryID=629 Oceans and Water Issues WebPages: http://www.publicforuminstitute.org/issues/oceans/index.asp World Water Forum: http://www.worldwaterforum.org/home/home.asp Water in School/educational page: http://www.epa.gov/highschool/water.htm Woda Rozdział 2 - Środowiska wodne 20 ROZDZIAŁ 2 ŚRODOWISKA WODNE Catherina Voreadou Biolog, doktor nauk przyrodniczych, Kierownik Laboratorium Hydrobiologii i Działu Edukacji, Muzeum Historii Naturalnej na Krecie, Uniwersytet Kreteński, Grecja Sofia Gouletsa Biolog, magister nauk przyrodnicznych, Laboratorium Hydrobiologii, Muzeum Historii Naturalnej na Krecie, Uniwersytet Kreteński, Grecja 1. Europa 1.1. Lokalizacja i granice Europa jest kontynentem położonym pomiędzy 36o a 71o stopniem szerokości geograficznej północnej. Położenie Europy daje duże zalety, ponieważ region ten znajduje się w strefie umiarkowanej, z łagodnym, wilgotnym klimatem. Granicami Europy są: Ocean Arktyczny na północy, Morze Śródziemne na południu, Ocean Atlantycki, na zachodzie i pas Gór Ural razem z rzeką Ural na północnym wschodzie, tworzące granicę z Azją. Morze Kaspijskie, Azerbejdżan, Armenia, Morze Czarne, Bosfor, Morze Marmara i Dardanele uzupełniają granicę z Azją na południowym wschodzie. Razem z Azją Europa tworzy większy obszar, “superkontynent” znany jako Eurazją. Europa jest położona blisko Afryki, jedynie Morze Śródziemne oddziela te kontynenty. Europa, razem z Azją i Afryką są często określane terminem „Stary Świat”. Europa jest trzecim, po Azji i Afryce, najbardziej zaludnionym kontynentem na świecie. Jej populacja w 2005 roku była szacowana na 728 milionów mieszkańców (wg Organizacji Narodów Zjednoczonych). Stanowi to więcej niż jedną dziewiątą populacji światowej. 1. 2 . Państwa europejskie Europa składa się z następujących krajów: Europa Wschodnia: Białoruś, Czechy, Węgry, Mołdawia, Polska, Rumunia, Rosja, Słowacja, Ukraina. Europa Północna: Dania, Estonia, Wyspy Owcze (Dania), Finlandia, Grenlandia (Dania), Islandia, Irlandia, Łotwa, Litwa, Norwegia, Szwecja, Wielka Brytania (w skład której wchodzą Anglia, Irlandia Północna, Szkocja i Walia). Europa Południowa: Albania, Andora, Bośnia i Hercegowina, Chorwacja, Cypr, Gibraltar (UK), Grecja, Watykan, Włochy, Macedonia, Malta, Czarnogóra, Portugalia, San Marino, Serbia, Słowenia, Hiszpania, Turcja. Europa Zachodnia: Austria, Belgia, Francja, Niemcy, Lichtenstein, Luksemburg, Monako, Holandia, Szwajcaria. 1. 3. Krajobraz Rozpatrując Europę z punktu widzenia jej kształtu jest to kontynent będący grupą połączonych półwyspów. Dwa największe to „główna część” Europy oraz Skandynawia na północy, oddzielone od siebie Morzem Bałtyckim. Trzy mniejsze półwyspy – Iberyjski, Apeniński oraz Bałkany – wynurzają się od południowego kresu głównej części do Morza Śródziemnego. W kierunku wschodnim główna część Europy rozszerza się jak ujście komina, aż do granicy z Azją na Górach Ural. Na zachodzie, Europa zaczyna się dzielić na serię wysp, z których największymi są Rozdział 2 - Środowiska wodne Wyspy Brytyjskie i Islandia. Topografia Europy pokazuje olbrzymie zróżnicowanie na względnie małych obszarach, co jest wynikiem silnych oddziaływań geologicznych na tym obszarze. Góry Europy są dziś pozostałością trzech różnych okresów fałdowań górskich, i pomagają opisać jej obecną geografię fizyczną: Główna część Europy jest w dużej mierze nizinna, jednakże najważniejsze europejskie masywy górskie znajdują się na tym obszarze, zlokalizowane w centralnej i południowej części kontynentu: • Pireneje, naturalna granica pomiędzy Francją a Hiszpanią, • Alpy, sławne góry znane ze swoich spektakularnych szczytów, rozciągające się na 4 kraje: Francję, Włochy, Szwajcarię i Austrię, • Karpaty, główny łańcuch górski Centralnej i Południowej Europy, sięgające od Polski i Słowacji po Rumunię, • Kaukaz, który jak góry Ural, oddziela Europę od Azji. Na północy znajduje się długi masyw górski, Alpy Skandynawskie oddzielające Norwegię od Szwecji, położone w poprzek Półwyspu Skandynawskiego. Na zachodzie, Półwysep Iberyjski jest niemal zupełnie górzysty i obejmuje młodsze wiekiem, wysokie góry takie jak Sierra Nevada, tak jak i niższe, starsze, bardziej zerodowane góry takie jak Sierra Morena. Na południu znajdują się górzyste Półwyspy Apeniński i Bałkański, uformowane w młodszych okresie fazy Alpejskiej. Włochy i Grecja mają pasma górskie nazywane odpowiednio Apeninami i Górami Pindos. Pomiędzy tymi górami leżą ważne obszary równinne. Największymi z nich są Równina Po, pomiędzy Alpami i Apeninami, wielka Kotlina Panońska na Węgrzech na południowym zachodzie Karpat i Równina Galicyjska na północnym wschodzie Karpat. Południowa Europa charakteryzuje się brakiem lub ma jedynie małe obszary typu płaskowyże i równiny. Europa charakteryzuje się znaczącą różnorodnością naturalnych krajobrazów. Na obszarze 10.180.000 km2 kontynentu można zobaczyć wysokie góry, duże doliny, obszary półjałowe, a nawet obszary pokryte przez lodowce. Geografowie zidentyfikowali tu cztery 21 Ryc. 1. Rzeźba terenu Europy główne krainy geograficzne: • Wyżyna Zachodnioeuropejska • Niziny Pólnocnoeuropejskie • Wyżyny Centralne • System Obszarów Alpejskich Topografia Europy pokazuje olbrzymie zróżnicowanie na względnie małych obszarach, co jest wynikiem silnych oddziaływań geologicznych na tym obszarze. Góry Europy są dziś pozostałością trzech różnych okresów fałdowań górskich, i pomagają opisać jej obecną geografię fizyczną: Główna część Europy jest w dużej mierze nizinna, jednakże najważniejsze europejskie masywy górskie znajdują się na tym obszarze, zlokalizowane w centralnej i południowej części kontynentu: • Pireneje, naturalna granica pomiędzy Francją a Hiszpanią, • Alpy, sławne góry znane ze swoich spektakularnych szczytów, rozciągające się na 4 kraje: Francję, Włochy, Szwajcarię i Austrię, • Karpaty, główny łańcuch górski Centralnej i Południowej Europy, sięgające od Polski i Słowacji po Rumunię, • Kaukaz, który jak góry Ural, oddziela Europę od Azji. Rozdział 2 - Środowiska wodne 22 Na północy znajduje się długi masyw górski, Alpy Skandynawskie oddzielające Norwegię od Szwecji, położone w poprzek Półwyspu Skandynawskiego. Na zachodzie, Półwysep Iberyjski jest niemal zupełnie górzysty i obejmuje młodsze wiekiem, wysokie góry takie jak Sierra Nevada, tak jak i niższe, starsze, bardziej zerodowane góry takie jak Sierra Morena. Na południu znajdują się górzyste Półwyspy Apeniński i Bałkański, uformowane w młodszych okresie fazy Alpejskiej. Włochy i Grecja mają pasma górskie nazywane odpowiednio Apeninami i Górami Pindos. Pomiędzy tymi górami leżą ważne obszary równinne. Największymi z nich są Równina Po, pomiędzy Alpami i Apeninami, wielka Kotlina Panońska na Węgrzech na południowym zachodzie Karpat i Równina Galicyjska na północnym wschodzie Karpat. Południowa Europa charakteryzuje się brakiem lub ma jedynie małe obszary typu płaskowyże i równiny. Europa charakteryzuje się znaczącą różnorodnością naturalnych krajobrazów. Na obszarze 10.180.000 km2 kontynentu można zobaczyć wysokie góry, duże doliny, obszary półjałowe, a nawet obszary pokryte przez lodowce. Geografowie zidentyfikowali tu cztery główne krainy geograficzne: Western upland Central uplands Ryc. 2. Główne krainy geograficzne Europy N. Euro. Lowland Alpine System • Wyżyna Zachodnioeuropejska • Niziny Pólnocnoeuropejskie • Wyżyny Centralne • System Obszarów Alpejskich 1.4. Klimat Ponieważ Europa rozciąga się od 30o to 70o stopnia szerokości geograficznej północnej, w większości należy do strefy umiarkowanej, w niewielkiej części w strefie polarnej. Z tego powodu jej klimat jest głównie umiarkowany, ale z kilkoma wyraźnymi odchyleniami. Na zachodnim wybrzeżu Francji nocne przymrozki są rzadkie, ale na tej samej szerokości geograficznej, 800km na wschód, w dolinie Rodanu, daleko od morza, nocne przymrozki są zjawiskiem normalnym. Dowodzi to, że najważniejszym regulatorem klimatu w Europie jest Ocean Atlantycki, razem z ciepłym Morzem Śródziemnym. Europejskie modele opadów atmosferycznych także się różnią. Opady deszczu są bardziej powszechne bliżej Atlantyku i zmniejszają się w miarę przesuwania się na wschód. Na zachodnich wybrzeżach Irlandii i Norwegii, rocznie opady atmosferyczne sięgają 1m w 200 dni, podczas gdy w okolicach Moskwy jest to wyraźnie wyższe niż 40cm w 90-100 dni. Europa także pokazuje duże zróżnicowanie w sezonach, w których pada deszcz. W obszarze śródziemnomorskim deszcze padają zwykle zimą i jesienią, w Europie Środkowej i Zachodniej deszcz pada podczas jesieni i wiosny, a w Europie Wschodniej podczas okresu letniego. Nawiązując do powyższego, Europa została podzielona na 5 stref klimatycznych: a) Kraje śródziemnomorskie (południowozachodnia część Półwyspu Bałkańskiego, Włoch, południowej Francji i południowowschodniej Hiszpanii) mają typowy klimat śródziemnomorski, gdzie zimy są łagodne i wilgotne, ze średnimi temperaturami około 5oC, a lata są gorące i suche, ze średnimi temperaturami 25oC. b) Europa Zachodnia (od północnych wybrzeży Półwyspu Iberyjskiego, większej części północno-zachodniej Europy i Wysp Brytyjskich, wzdłuż północnych i zachodnich wybrzeży Norwegii) charakteryzuje się tzw. klimatem morskim. Jest on silnie zależny od umi- Rozdział 2 - Środowiska wodne arkowanego wpływu Oceanu Atlantyckiego, z bardzo łagodnymi zimami i ciepłymi latami. c) Cała Europa Środkowa (daleko od wybrzeży morskich, do Równiny Rosyjskiej, oraz południowa część Półwyspu Skandynawskiego) należy do klimatu przejściowego. Blisko wybrzeży może być klimat umiarkowany, ale w miarę przemieszczania się na wschód, staje się kontynentalnym, z surowymi zimami i gorącymi latami. d) Europa Północna, składająca się z Równiny Rosyjskiej i dużej części Skandynawii (włączając w to Alpy Skandynawskie), posiada typowy klimat kontynentalny. Zimy są tu zimne, a lata gorące i wilgotne. Ogólnie warunki są ekstremalne, z zamarzająca glebą na okres trzech do sześciu miesięcy w roku. Kiedy przychodzi odwilż występują powodzie przynoszące muł i błoto na ląd. Lata są gorące i suche, a wiatr przynosi chmury pyłu. e) Przemieszczając się na północ, do Europy Północno-wschodniej, klimat staje się zimniejszy. Powyżej 70° stopnia szerokości geograficznej, w północnej Finlandii i części Rosji, klimat jest polarny. Nie ma tu wyraźnych sezonów, a średnia miesięczna temperatura jest stale poniżej 10oC. Opady atmosferyczne występują rzadko. Krajobraz jest „zamrożoną pustynią”. a. Klimat śródziemnomorski b. Klimat morski c. Klimat przejściowy 23 Mediterranean climate Transitional climate Polar climate Maritime climate Continental climate Ryc. 3. Strefy klimatyczne w Europie d. Klimat kontynentalny e. Klimat polarny Wart odnotowania jest również fakt powiązany nie tylko z szerokością geograficzną, ale z wysokością nad poziomem morza. Wszystkie wysokie pasma górskie wykazują cechy klimatu polarnego. Wzrost wysokość nad poziomem morza wiąże się ze spadkiem temperatury, a wiele lokalnych czynników wykazuje wahania w ciągu dnia. ZAPIS 1. Klimat śródziemnomorski Morze Śródziemne jest największym wewnątrz-lądowym morzem na świecie. Europejską granicę stanowi południowowschodnia część Półwyspu Iberyjskiego, południowa Francję, południowe Włochy i środkowa i południowa Grecja. Klimat Śródziemnomorski jest przejściowy pomiędzy klimatem zimnym umiarkowanym i suchym, tropikalnym klimatem. Poza górami śnieg rzadko pada na obszarze śródziemnomorskim, ale okresy mocnych przymrozków występują. Głównymi cechami klimatu śródziemnomorskiego są: a) Regionalne i lokalne zróżnicowanie w temperaturze i opadach atmosferycznych b) Nieprzewidywalność: z jednego roku na drugi, pomiędzy sezonami roku i czasie pojedynczego dnia, temperaturowe ekstrema, opady atmosferyczne, wiatry i inne czynniki klimatyczne różnią się dramatycznie. c) Różne wiatry, także wiele lokalnych wiatrów i odmian. Z reguły w lecie dominują wiatry wiejące ku północy, gdy rozgrzany kontynent afrykański kreuje przeciągi w kierunku południowym. Przeciwny trend obserwowany jest zimą. Wiatr znacząco zwiększa parowanie, w efekcie zwiększając działanie suszy i wysokich temperatur. W efekcie takiej unikatowej kombinacji gorących i suchych lat, oraz zimnych, wilgotnych zim, zaznacza się tu brak lub niewielka ilość wód powierzchniowych dostępnych podczas miesięcy kiedy słońce jest najsilniejsze. Głównymi cechami słodkowodnych ekosystemów obszaru śródziemnomorskiego są fluktuacje w poziomach wody i zasoleniu, które odzwierciedlają duże zróżnicowanie w opadach atmosferycznych, zarówno w ciągu roku jak i pomiędzy poszczególnymi latami. Rozdział 2 - Środowiska wodne 24 2. Ekosystemy słodkowodne Ekosystemy słodkowodne są tworzone przez wodę, która dociera do środowiska lądowego jako opady atmosferyczne i płynie ponad i pod powierzchnią ziemi, kierując się do morza. Te ekosystemy zawierają szeroki zakres środowisk, takich jak rzeki i jeziora, ich zlewisko lub dorzeczy (patrz niżej) i strefy nadbrzeżnej powiązane z nimi. Ich granice stale się zmieniają z sezonowością cyklu hydrologicznego. Ich środowiskowe zyski i straty są szeroko rozmieszczone w czasie i przestrzeni, poprzez kompleks interakcji pomiędzy klimatem, powierzchniową i podziemną wodą oraz przybrzeżnymi obszarami morskimi. Wody podziemne reprezentują największe pojedyncze źródło wody słodkiej w cyklu hydrologicznym (około 95% w skali globu), większe niż objętość wszystkich innych wód w rzekach, jeziorach i obszarach podmokłych łącznie (UNEP-GRID, 2003). Ekosystemy słodkowodne są nierówno rozmieszczone w Europie. Głównymi czynnikami determinującymi ich rozmieszczenie są klimat (promieniowanie słoneczne, wiatr i stosunek opadów do parowania), krajobraz i geologia (skała macierzysta). 2.1. Zlewiska lub dorzecza Zlewisko lub dorzecze (zobacz także rozdział 5) jest naturalną częścią krajobrazu, łączącą ekosystemy lądowe i słodkowodne. Jest to obszar lądu, który odprowadza wodę, osady i rozpuszczone materiały do zbiornika wodnego, którym może być rzeka, jezioro lub estuarium. Ryc. 5 Jezioro Kastoria w Grecji Ryc. 4. Główne dorzecza Półwyspu Iberyjskiego Ryc.6. Zbiornik zaporowy na rzece Mesta (Grecja) powstały poprzez budowę tamy. Rozdział 2 - Środowiska wodne Zlewisko łączy różne biotyczne i abiotyczne składniki systemu, lądowe i wodne, rośliny i gleby, atmosferę i roślinność, gleby i wodę, zwierzęta i wodę. Zlewisko także zawiera wodę gruntową, która zakłada bliskie powiązanie z powierzchniową wodą. Kształt, rozmiar i skład strumienia czy jeziora zależy od jakości środowisk, przez które przepływa. 2.2. Jeziora, zbiorniki zaporowe i stawy Jeziora pokrywają mniej niż 2% powierzchni Europy. Posiadają wystarczające misy (głębsze niż 2m) do utrzymania wody na długi okres czasu (zobacz również rozdział 3) (Ryc. 5). W przeciwieństwie do naturalnego procesu formowania się jezior, zbiorniki zaporowe lub 25 sztuczne jeziora są używane do utrzymywania wody dla różnych potrzeb. Wiele z nich zostało stworzonych w wyniki wybudowania tam w poprzek płynących rzek (Ryc. 6). Zbiorniki zaporowe są wykorzystywane do wytwarzania energii wodnej, dostarczania wody na potrzeby domostw i przemysłu, nawadniania, wędkarstwa, transportu, rekreacji, czy w celach przeciwpowodziowych. W Europie znajduje się około 3350 zbiorników zaporowych. Rozmieszczenie jezior na tle regionów Europy jest następujące: Niziny Północnoeuropejskie Ten obszar krajobrazu zawiera następujące dziesięć (10) największych naturalnych jezior Europy. Nazwa Kraj Powierzchnia (km2) Onega Rosja 9610 Ładoga Wener Wielkie Saimaa Rosja Szwecja Finlandia Pejpus Estonia-Rosja Ilmen Rosja Wetter Wygoziero Melar Paijanne Szwecja Rosja Szwecja Finlandia 17700 5585 4377 3550 1912 1410 1250 1140 1081 Obejmuje on także dwa (2) z dziesięciu (10) największych zbiorników zaporowych na świecie Nazwa Kraj Powierzchnia (km2) Brack Rosja 5426 Samara Rosja 6450 Rozdział 2 - Środowiska wodne 26 Wyżyny Zachodnioeuropejskie Windermere jest największym naturalnym jeziorem w Anglii. Ma 17 km długości, a jego szerokość waha się od 400 do 1500 m podczas, gdy głębokość to około 65m. Jeziora Lomond (Lough Lomond) (71 km2) i Ness (Loch Ness) (56 km2) są dużymi jeziorami w Szkocji, podczas gdy Jezioro Neagh (Lough Neagh) (388 km2) jest największym jeziorem w Irlandii. Islandia: Największym jeziorem Islandii jest Thorisvatn położone na południowych wzniesieniach wyspy. Na ty obszarze liczne są również jeziora wulkaniczne. Azory: Dziewięć (9) wysp Azorów (Portugalia) uznawanych jest za tzw. „hotspots”, gdyż każda z wysp leży na wulkanach, bądź powstała w wyniku erupcji wulkanicznej kilka milionów lat temu. Jeziora wulkaniczne okolic Sao Miguel mają unikatowe piękno. Wyżyny Centralnoeuropejskie Płaski obszar tego regionu jest poprzecinany przez jeziora i bagna (zobacz niżej), głównie w pobliżu granicy duńsko-niemieckiej oraz wzdłuż wybrzeża Fryzji. Piaszczysta Meklenburgia w północnych Niemczech ma wiele jezior pochodzenia polodowcowego (zobacz Rozdział 3) datowane na ostatnią epokę lodowcową. Obszary Alpejskie Na obszarze długiego łańcucha górskiego Alp znajduje się wiele jezior typu alpejskiego (zobacz Rozdział 3), takich jak jeziora alpejskie w Szwajcarii, Jezioro Bodeńskie (Genewa), jeziora w okolicach Salzburga w Austrii, oraz jeziora Como, Garda, Lugano i Maggiore we Włoszech. Południowa część Europy charakteryzuje się suchymi, gorącymi, prawie bezdeszczowymi latami i umiarkowanie deszczowymi zimami. W tym rejonie jest obecnych zaledwie kilka i jedynie niewielkich zbiorników słodkowodnych. Staw jest małym, płytkowodnym zbiornikiem wodnym, o głębokości do 2 m. Są one zasilane wodą z opadów atmosferycznych lub niewielkimi źródłami. Stawy są narażone na zmiany temperatur, w tym zamarzanie w okresie zimy oraz wysychanie latem. Doskonale znanymi stawami w Europie są stawy w Miliczu (77 km2), chronione Konwencją Ramsar (zobacz rozdział 6). Są to nie tylko jedne z najważniejszych miejsc odpoczynku dla migrujących ptaków, ale także największymi stawami rybnymi w Europie. 2.3. Wody płynące Wody płynące są naturalnymi źródłami wody, płynącymi na powierzchni, w rozszerzających się w zagłębieniach (m.in. kanałach), które odwadniają poszczególne obszary większego terenu. Egzystencja rzeki zależy od trzech czynników: dostępności wód powierzchniowych, koryta i powierzchni. W tym rozumieniu termin „rzeka” zawiera wszystkie rodzaje koryt rzecznych, od najwęższych strumyków i odnóg rzecznych do potężnej rzeki o rozmiarze Amazonki, płynącej na długości ponad 6400 km sięgającej ponad 3 km szerokości. Termin „strumień” jest zamiennie używany z „rzeką” do opisu ogólnych zmian fizycznych występujących wzdłuż biegu wody, od małych strumieni w górnym odcinku cieku, przez nizinną rzekę i możliwie do estuarium w ujściowym końcu. Dwadzieścia najdłuższych rzek Europy to: Rozdział 2 - Środowiska wodne 27 Nazwa Zlewnia (km2) Długość (km) Wołga 1380000 3690 Ural 231000 2428 Dunaj Dniepr Don Peczora Kama 817000 503000 425600 322000 522000 Oka >100000 Dniestr 72000 Bieła >100000 2860 2290 1950 1809 1805 1500 1430 1352 Ren 185000 Wisła 194000 1047 95719 945 Łaba Loara Sawa Rodan Gwadiana Gwadalkiwir Pad Garonna 148000 120000 98000 66800 ? 74000 57000 Rozmieszczenie rzek na tle rejonów Europy jest następujące: Niż Środkowoeuropejski i Wyżyny Centralnoeuropejskie Niż Środkowoeuropejski jest najbogatszym regionem w Europie w zlewnie dużych rzek. Wszystkie ważne rzeki europejskie poza Dunajem, zaczynają swój bieg w Rosji i uchodzą do Morza Kaspijskiego lub Czarnego. 1320 1165 1012 810 778 666 650 525 Tylko jedna, rzeka Peczora, uchodzi do Morza Barentsa w Oceanie Arktycznym. Wołga, która jest najdłuższą rzeką w Europie, oraz Peczora leżą w całości na obszarze Rosji. Inne płyną przez Kazachstan, Białoruś i Ukrainę. Główna równina Niżu Środkowoeuropejskiego skupia także inne duże rzeki jak Wisła, Odra, Łaba, Ren, Sekwana, Loara, Garonna i Rodan. Rozdział 2 - Środowiska wodne 28 Ryc. 7. Rzeka Nestos, Grecja. Ryc.8 Delta Dunaju pokrywająca obszar ponad 5800 km2 Wyżyny Zachodnioeuropejskie • Zachodni Półwysep Iberyjski: Doero wypływa w Sierra de Urbion w centralnej Hiszpanii. Dalej płynie na zachód przez Hiszpanię i północną Portugalię do Atlantyku. Tagus jest najdłuższą rzeką na Półwyspie Iberyjskim. Wypływa w Sierra de Albarracin w środkowej Hiszpanii. Dalej płynie przez Portugalię wpadając do Oceanu Atlantyckiego niedaleko Lizbony. • Wielka Brytania i Irlandia: Severn jest najdłuższą rzeką Wielkiej Brytanii zaczynając swój bieg w Górach Kambryjskich. Po dotarciu do Kanału Brystolskiego uchodzi do Oceanu Atlantyckiego (Morze Irlandzkie). Tamiza w Wielkiej Brytanii ma długość 346 km. Wypływa w Cotswolds i płynie na wschód przez Londyn uchodząc do Morza Północnego. Ważnymi systemami rzecznymi w Wielkiej Brytanii są także rzeki Tay (Szkocja), Bann (Irlandia Północna) i Towy (Walia). Obszary Alpejskie • Zachodnia część systemu Obszarów Aplejskich i Półwysep Bałkański. Ta część zawiera drugą co do długości rzekę w Europie – Dunaj. Zaczynając swój bieg w Alpach (Czarny Las, Niemcy), przez trzecią długość swego biegu płynie przez tereny górskie, następnie przepływa przez obszary pagórkowate i równiny uchodząc do Morza Czarnego. Dunaj oddziela Alpy od Karpat, a oba te masywy od Gór Bałkańskich. Rzeka Sava wypływa w Alpach i po przepłynięciu przez cztery kraje (Słowenię, Chorwację, Bośnię i Hercegowinę oraz Serbię) łączy się z Dunajem. Jest to najdłuższa rzeka na Półwyspie Bałkańskim, oraz drugi co do długości dopływ Dunaju (po rzece Tisa). Evros, razem z Nestos i Strymonas, mają swoje pochodzenie w górach Bułgarii. Nestos i Strymonas płyną na południe do Grecji i uchodzą do Morza Egejskiego. Evros płynie na południowy wschód, swoim północnym odgałęzieniem wkraczając do Turcji, podczas gdy południowym odgałęzieniem wkracza do Grecji i także uchodzi do Morza Egejskiego. Rzeka Wardar wypływa z Alp Dynarskich i także uchodzi do Morza Egejskiego. • Wschodni Półwysep Iberyjski: w zachodniej części Europy obszar Alpejski, głównymi rzekami są Gwadalkiwir i Gwadiana. Wypływają w górach Sierra Morena a po przepłynięciu przez Hiszpanię uchodzą do Atlantyku. • Półwysep Apeniński: Pad jest najważniejszą rzeką tego obszaru. Wypływa w Alpach. Jej ujście znajduje się w Morzu Śródziemnym (Adriatyk), po wcześniejszym przepłynięciu przez Francję, Szwajcarię i przez dużą Niziną Padańską we Włoszech. Arno i Tiber są także dużymi rzekami Włoch. Obie płyną z północno-środkowej części Apeninów do Morza Tyrreńskiego. 2.4. Estuaria Estuarium jest zbiornikiem wody, gdzie słona woda z morza miesza się ze słodką wodą z rzek, strumieni, źródeł, dopływów i wód gruntowych (zobacz także rozdział 3). Estuaria i otaczające je obszary są strefami przejściowymi pomiędzy lądem a morzem, oraz między wodami słodkimi i słonymi. Znajdują się one pod wpływem pływów oceanu, ale dzięki rafom koralowym, wyspom, czy piaszczystym mierzejom są chronione przed pełną siłą fal oceanu, wiatrami oraz sztormami. Estuaria i przybrzeżne wody należą do najbardziej produktywnych ekosystemów na Ziemi, przynosząc człowiekowi liczne ekologiczne, ekonomiczne, kulturowe i estetyczne korzyści. Obszary wodno-błotne są terenami, gdzie woda znajduje się na powierzchni gleby, lub jest obecna blisko jej powierzchni, podczas całego roku lub dla różnych okresów czasu. Z tego powodu stanowią siedliska przejściowe Rozdział 2 - Środowiska wodne 29 pomiędzy różnymi środowiskami, posiadając cechy zarówno wodnych jak i lądowych ekosystemów. Różnią się znacząco w zależności od regionalnych i lokalnych cech fizycznych i chemicznych środowiska, ukształtowania terenu (topologia), geologii, dostępności wody i innych czynników. Mokradła występują od tundry do tropików na każdym kontynencie z wyłączeniem Antarktydy. ZAPIS II. EKOSYSTEMY SŁODKOWODNE W EUROPIE POŁUDNIOWEJ Południowa część Europy charakteryzuje się suchymi, gorącymi, prawie bezdeszczowymi latami i łagodnymi deszczowymi zimami. Tylko kilka, małych słodkowodnych zbiorników znajduje się w tym rejonie. Pomimo ich rzadkiego rozmieszczenia i małych rozmiarów, są one bardzo ważne. Te małe jeziora, strumienie lub estuaria wpływają na lokalny klimat i są ważnymi miejscami odpoczynku dla migrujących ptaków. Literatura Słone jeziora na Cyprze są charakterystycznymi jeziorami sezonowymi: słone jezioro Larnaka napełnia się wodą podczas zimy i wysycha w trakcie lata. Jest użytkowane do pozyskiwania soli, która jest zbierana z jego wyschniętej powierzchni. Słone jezioro Akrotiri razem z szuwarami Phasouri, bagnami, słonawiskami, oraz obszarami nadmorskimi tworzą siedliska o wysokiej wartości z punktu widzenia różnorodności biologicznej. 1. Blondel J. & Aronson J., "Biology and wildlife of the Mediterranean Region", 1999, Oxford University Press 2. www.nationsonline.org/oneworld/europe 3. www.geography.learnontheinternet.co.uk/topics/climatezones.html 4. www.wikipedia.org 5. www.blueplanetbiomes.org 6. http://www.krassanakis.gr/ 7. http://dictionary.reference.com Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 30 ROZDZIAŁ 3 JEZIORA, RZEKI I ESTUARIA Manuela Morais Profesor, doktor nauk przyrodniczych, Centrum Ekologii Środowiskowej, Uniwersytet w Eworze, Portugalia Paulo Pinto Profesor, doktor nauk przyrodniczych, Centrum Ekologii Środowiskowej, Uniwersytet w Eworze, Portugalia Cecilia Gonçalves Biolog, magister nauk przyrodniczych, nauczyciel szkół średnich, Regionalna Dyrekcja Edukacji w Alentejo, Ministerstwo Edukacji, Portugalia 1. Jak można najprościej sklasyfikować różnorodne i ciągle zmieniające się ekosystemy wody słodkiej, różniące się wielkością i reżimem wodnym ? Jezioro polodowcowe Jezioro kalderowe Jezioro tektoniczne Sztuczne jezioro Ryc. 1 Różne pochodzenie jezior. 1.1 Jak powstały jeziora? Geomorfologia wpływa na fizyczne i chemiczne cechy jezior, podobnie jak lokalny klimat. Podczas, gdy większość jezior powstaje w efekcie wydarzeń o charakterze katastroficznym, inne są tworzone bardziej stopniowo (ryc. 1). Starorzecze i jezioro przepływowe Jezioro zaporowe Wybraliśmy różne ekosystemy: wody stojące (np. jeziora) i płynące (np. rzeki i strumienie); ujścia rzeką również są rozpatrywane, ponieważ ujścia rzeki są strefami przejścia od lądu do morza i od wody słodkiej do słonej wody. Laguna Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 31 Ryc. 2 Jedno z trzech jezior polodowcowych w górach Pindos, Grecja. Te jeziora glacjalne są najdalej na południe wysuniętymi jeziorami tego typu na półkuli północnej. Są nazywane Drakolimnes (“jeziora smocze”) od czasu, gdy wiele mitów o smokach i bóstwach zaczęło się wywodzić z okolic tych górskich jezior. 1.1.1. Jeziora polodowcowe. Ostatnie zlodowacenie było odpowiedzialne za ukształtowanie terenu w północnych rejonach Europy. Lądolód wyczyścił powierzchnię stosunkowo płaskiej, dojrzałej skały powodując formację ogromnej liczby małych jezior. Te polodowcowe jeziora występują często w górzystych regionach, gdzie ruchy lodowca usunęły rozluźniony materiał skalny. Kiedy lodowce wycofują się, skalne niecki napełniają się topniejącą wodą. Takie polodowcowe jeziora znajdują się w kilku miejscach Europy. 1.1.2. Jeziora tektoniczne Jeziora tektoniczne są obniżeniami uformowanymi przez ruchy głębszych części skorupy ziemskiej. Czołowym pomiędzy nimi jest Jezioro Bajkał we wschodniej Syberii, najgłębsze jezioro na świecie, które powstało we wczesnym trzeciorzędzie (około 65 do 1,8 miliona lat temu). Jezioro Bajkał jak wiele innych jezior tektonicznych, znajduje się w szczególnym kręgu zainteresowań naukowców z uwagi na fakt, że zawiera wysoką liczbę starych gatunków endemicznych. Ruchy skorupy ziemskiej powodują umiarkowane podnoszenie się dna morskiego, odizolowały kilka bardzo dużych mis jeziornych. Prehistoryczna misa morza w Europie wschodnie, została i podzielona poprzez uformowanie się grzbietu górskiego, których odizolował Morze Kaspijskie z jednej strony o Morze Aralskie z drugiej. 1.1.3. Jeziora powstałe w wyniku naturalnych spiętrzeń Ten typ jezior powstaje w dolinach rzecznych za “tamą” stworzoną przez osuwiska. Duże ilości materiału skalnego osuwają się w dół doliny, tamując rzekę i tworząc jezioro. Jeziora tego typu są często krótkotrwałe, egzystują przez zaledwie kilka tygodni lub miesięcy. Wiele zgubnych powodzi wynikało z szybkiego usunięcia materiału tamującego przez siłę płynącej rzeki. Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 32 1.1.4. Jeziora wulkaniczne Wydarzenia o charakterze katastrof związane z aktywnością wulkaniczną mogą generować powstawanie zagłębień jeziornych na kilka różnych sposobów. Zagłębienia formowane poprzez zapadanie się stropu częściowo pustej komory pomagmowej nazywane są kalderami. Lagoa das Sete Cidades na Azorach jest najbardziej spektakularnym przykładem takiego typu jezior w Europie (Ryc. 3). 1.1.5. Jeziora krasowe Jeziora krasowe są bardzo pospolite w wapiennych rejonach świata, szczególnie krajowych regionach Adriatyku, w szczególności na Półwyspie Bałkańskim oraz w Alpach w centralnej Europie. Zagłębienia krasowe są zwykle prawie koliste i mają stożkowate zagłębienia, powstające w efekcie stopniowego rozpuszczania wapienia przez kwaśne wody deszczowe (Ryc.4). Zwykle powstałe obniżenia są wystarczająco głębokie by osiągnąć poziom wód gruntowych i na stałe zawierają wodę. 1.1.6. Starorzecza i jeziora przepływowe Ryc. 3 Jezioro wulkaniczne. Lagoa das Sete Cidades (Azory, Portugalia) Ryc. 4. Dolina jeziora Kournas (Kreta, Grecja) Wiele jezior powstaje wzdłuż dużych rzek, kiedy osady niesione przez główną rzekę są deponowane jako warstwy w poprzek ujść dopływów (Ryc. 5). W rezultacie dopływ zalewa swoja dolinę tworząc boczne jezioro. Strumień trwa do czasu, gdy bok doliny został zalany i powstało jezioro boczne. Ten rodzaj jezior bocznych występuje szczególnie w górnej części dorzecza lub zlewni. Ponieważ rzeka meandruje wzdłuż swojej terasy zalewowej, duże zakłócenia erozyjne mają miejsce po stronie wklęsłej meandru, podczas gdy odkładanie osadów następuje po wypukłej stronie meandru, gdzie prądy i zakłócenia są ograniczone. W miarę upływu czasu, główny nurt rzeki przecina meander wyznaczając wodzie nowy, krótszy bieg, pozostawiają za sobą izolowane zakole, nazywane starorzeczem. Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 1.1.7. Laguny lub jeziora przybrzeżne Morskie jeziora przybrzeżne powstają często w wyniku formowania się zagrody z osadów w poprzek ujścia dawnego estuarium. Ujście rzeki i prądy pływów są wystarczające do zachowania całkowitej separacji jeziora od morza. Każdego dnia jezioro może zawierać wody słodkie, słonawe lub słone, w zależności od pływów. 1.2 Jak możemy sklasyfikować wody płynące? Wody płynące: strumienie i rzeki, różnią się warunkami roślinności, topografii i geologii. Jednakże są one powiązane przez opady atmosferyczne i parowanie, które wpływają na ich zlewnie. Dlatego można klasyfikować wody płynące zgodnie z dostępnością wody pod względem przewidywalności i trwałości. Na tej podstawie, rzeki mogą zostać sklasyfikowane od najmniej przewidywalnych i najmniej trwałych, efemerycznych i epizodycznych systemów do najbardziej przewidywalnych, sezonowo trwałych lub stałych systemów. Ryc. 5. Tworzenie się jeziora bocznego ze starorzecza. 1.2.1. Wody efemeryczne Powstają po nieprzewidywalnym deszczu i spływie. Woda powierzchniowa jest na tyle nietrwała, że rzadko umożliwia przetrwanie organizmom makroskopijnym. 1.2.2. Wody epizodyczne Te są suche przez większą część roku z rzadkimi i bardzo nieregularnymi mokrymi fazami, które mogą trwać kilka miesięcy. Ryc. 6. Wyschnięto koryto strumienia Krathis, Kreta, Grecja 33 Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 34 1.2.3. Wysychające strumienie Te kolejno są zwilżane i suche, ale rzadziej i mniej regularnie niż sezonowe strumienie (Ryc. 6). 1.2.4. Sezonowy strumień Zawierają wodę tylko w określonej porze roku (Ryc. 7). Zwykle napełniają się podczas pory deszczowej. Woda powierzchniowa może przetrwać kilka miesięcy, wystarczająco długo dla jakichś makroskopijnych roślin i zwierząt, by umożliwić wodne etapy ich cykli życiowych 1.2.5. Rzeki stałe lub trwałe Napełnione stale wodą, chociaż jej poziom może się zmieniać. Większość ich żywych populacji nie toleruje wysychania (Ryc. 8). 1.3. Jak można sklasyfikować ujścia rzeki? Estuaria czyli ujścia rzek dzieli się na cztery typy, ze względu na sposób ich powstawania (Ryc. 9). Ryc. 7 Sezonowy, okresowy strumień w południowej Portugalii. Strumień Pardiela należący do zlewiska Guadiana 1.3.1. Wybrzeżowe estuaria Powstają kiedy poziom morza podnosi się i obniża istniejącą dolinę rzeczną. 1.3.2. Estuaria tektoniczne Ukształtowane w wyniku podnoszenia się i obniżania powierzchni lądu. 1.3.3. Estuaria mierzejowe Powstają kiedy płytka laguna lub zatoka zostaje ochroniona przed działaniem oceanu poprzez mierzeję lub wyspę. 1.3.4. Fiordy Ryc. 8. Kalamafkianos - stale płynący strumień, Kreta, Grecja. Są bardzo wyjątkowymi typami estuariów ukształtowanych w U-kształtych dolinach polodowcowych. Fiordy występują na obszarach z długą historią aktywności lodowcowej: północnej Europie, Alasce czy Kanadzie. Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 35 Ryc. 9. Różne typu estuariów w zależności od ich sposobu powstawania. 36 Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 2. Jakie wodne organizmy zamieszkują ekosystemy wód słodkich? a) Plankton jest frakcją żywych organizmów podróżujących w wodzie i przenoszonych pasywnie przez wiatr lub prąd wodny. Składa sie z mikroskopowej wielkości roślin/glonów – fitoplantkon – które są producentami pierwszego rzędu materii organicznej w ekosystemach wodnych. Zależny od biogenów składnik zwierzęcy planktonu tworzy zooplankton. Fitoplankton stanowi więc podstawę sieci pokarmowych w środowiskach wodnych. Jest on zależny od aktywności innych mikroorganizmów, głównie bakterii, które przekształcają materię organiczną w nieorganiczne składniki potrzebne roślinom. Organizmy zaliczane do fitoplanktonu są klasyfikowane jako glony. b) Glony mogą się także rozwijać na substracie, w strefie litoralu, tworząc –razem z innymi organizmami takimi jak grzyby i bakterie peryfiton. c) Makrofity to rośliny wodne. Są opisane jako wodne jeśli części rośliny odpowiadające za przeprowadzanie fotosyntezy są zanurzone lub pływają na powierzchni wody, zarówno na stałe jak i przynajmniej przez kilka miesięcy każdego roku. Termin „makrofity” odnosi się do wszystkich roślin wystarczająco dużych, by były widziane okiem nieuzbrojonym – nie tylko pływających roślin, ale także mszaków i glonów d) Bentosowe makrobezkręgowce żyją w osadach na dnie jeziora. Te wodne zwierzęta są większe niż główka szpilki (około 5 mikronów). Podobnie jak bakterie, także te organizmy są istotne przy przetwarzaniu materii organicznej w źródła pokarmu dostępnego dla innych organizmów wodnych. e) Ryby: są kręgowcami i bardzo dobrze znanymi mieszkańcami słodkowodnych ekosystemów. Ryby są głównymi drapieżcami w jeziorach. Nie ma wątpliwości, że wiąże się to z ich znaczeniem jako pożywienia dla ludzi. Słodkowodne rybołówstwo jest ważne dla użytku domowego i komercyjnego na całym świecie. Ryc. 10. Główne drogi obiegu węgla w jeziorach. Diagram wskazuje duże znaczenie węgla spoza koryta rzecznego czyli pochodzenia allochtonicznego ze strefy drenażu (drzewa i wody podziemne). Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 37 3. Jakie są wspólne ekologiczne cechy między ekosystemami wody słodkiej? Populacje ekosystemów słodkowodnych są dynamiczne, odzwierciedlając zmiany w wielu zmiennych. Troficzny stan jakiegoś wodnego systemu zależy od dopływu substancji organicznych i nieorganicznych ze zlewni lub ze strefy nadbrzeżnej (głównie liście, gałęzie, gleba) do zlewiska wodnego. Kiedy martwy liść, spada do rzeki - tworzy detrytus czyli grubocząsteczkową materię organiczną (CPOM - ang. Coarse Particulate Organic Matter) - może być dalej niesiony z prądem na jakimś odcinku, do momentu, gdy napotka na wolniej płynącą wodę lub zostanie zatrzymany przez skały. Po 1-2 dniach, rozkładająca się materia organiczna (DOM) oddziela się od liścia i tworzy drobnocząsteczkową materię organiczną (FPOM ang. Fine Particulate Organic Matter). W tym samym czasie liść tworzy podłoże dla bakterii. Bakterie ulepszają liść dla bezkręgowców odpowiedzialnych za dekompozycje poprzez częściowe przetrawienie tkanek liścia. Nutriety są także bardzo ważnymi składnikami pochodzącymi ze zlewni, dostającymi się do wody. W jaki sposób pierwiastki biogenne dostają się do ekosystemu wodnego? Jaką drogą i w jaki sposób wodne organizmy są włączone w te drogi transportu nutrietów? Odpowiedzi na te pytania znajdują się w ilustracjach poniżej (Ryc. 10, 11, 12) W ekosystemach, konkurencja między organizmami wodnymi o przestrzeń, światło i pokarm jest równoważona w tym samym czasie i przestrzeni przez interakcję producentów i konsumentów. Konsumenci pierwszego rzędu w łańcuchu pokarmowym to zooplankton w jeziorach i ujściach rzek oraz makrobezkręgowce w rzekach i strumieniach. Biorąc pod uwagę charakterystykę troficzną bezkręgowców wodnych, wynikającą głównie z preferencji pokarmowych wyróżniamy cztery główne funkcjonalne grupy troficzne: rozdrabniacze, zbieracze, zdrapywacze i formy drapieżne (ramka 1). dopływ detrytusu pobieranie przez organizmy Cząsteczkow y węgiel organiczny rośliny wodne spływ powierzchniowy i podpowierzchniowy – spływ głębokopowierzchniowy (uboższy w cząsteczkowy węgiel organiczny) rozkład bakteryjny Ryc. 11. Dynamika przekształceń azotu w rzece - główne drogi obiegu azotu i różne typy siedlisk rzecznych biorących udział w krążeniu. Nitrogen dynamics Atmospheric deposition (NH3, No3, NO2) Fixation N2 Decomposition Fertilizers and sewage (NH3, NO3, NO2) Algal and bacteria fixation NO2 NO3 N2 Runoff NH3 NH4 Plant uptake NO2 Denitrification Decomposition NO3 NH3 NO3 NO2 To ground water Ryc. 12. Dynamika przekształceń fosforu w rzece - główne drogi obiegu fosforu i zależność tych przekształceń od uwarunkowań spoza systemu wodnego czyli pochodzenia allochtonicznego. Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 38 atmosfera gleba PO4 Organismos sinicowy/zawarty w glonach PO4 rozpuszczony i zatrzymany PO4 PO4 dissolvido e suspenso fosforany mineralne osady Ryc. 13. Uproszczony model ekosystemu rzecznego ukazujący główne komponenty biologiczne, źródła energii i przepływ materiału. Względna ważność kierunków będzie zmieniać się w poszczególnych rzekach, oraz poszczególnych częściach rzeki, zależnie do położenia wzdłuż biegu rzeki. Większe niebieskie strzałki korespondują z środowiskiem lądowym. Niebieskie strzałki korespondują z bezpośrednim przepływem energii wzdłuż sieci troficznych. Brązowe linie przerywane wskazują różne sposoby wytwarzania FPOM (z CPOM lub odchodów zwierzat). Terrestrial ecosystems Sun light Algaes Macrophytes CPOM Shredders FPOM Collectors Grazers Predators Ryc. 14 Łańcuch pokarmowy. Energia pochłonięta przez producentów płynie wzdłuż łańcucha pokarmowego: energia ze słońca jest wykorzystywana w procesie fotosyntezy przez rośliny, które są zjadane (jako żywe tkanki lub w formie rozłożonej, dekomponowanej) przez małe bezkręgowce wodne. Te bezkręgowce stanowią źródło pokarmu dla ryb lub mogą być zjadane przez ptaki. Energia przechwycona przez producentów pierwotnych jest transportowna wzdłuż łańcucha troficznego aby finalnie zostać wyeksportowaną przez ptaki do ekosystemów lądowych. Nutrienty czyli substancje biogenne, użyźniające zbiorniki mogą być dostarczane przez wydaliny i produkty rozkładu. Zakorzenione rośliny wykorzystują nutrienty z osadów i uwalniają nutriety dla producentów (alg i dużych roślin). Zwierzęta roślinożerne wykorzystują również rośliny jako schronienie przed drapieżnikami. Drapieżniki kontrolują liczbę roślinożerców, takich jak zgryzacze czy zdrapywacze aby uniknąć konsumpcji roślin do poziomu destrukcyjnego. Z kolei, zdrapywacze, zgryzacze i zbieracze są konsumowane przez drapieżne płazy, ryby i ptaki (Ryc.13). Podsumowując, podstawą tej sieci jest przekształcenie energii słonecznej w energię zawartą w pokarmie przez rośliny. Kiedy rośliny ulegają rozkładowi na koniec sezonu wegetacyjnego, protozoa i inne drobnoustroje utylizują martwy materiał roślinny. Małe bezkręgowce, które żywią się tymi szczątkami organicznymi, są zjadane przez ryby, które kolejno mogą zostać zjedzone przez ptaki i ssaki (Ryc. 14). Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 39 Bird Fish Protozoa Aquatic plants Amphipod Ryc. 15. Pionowy gradient temperatury, pokazujący stratyfikację i epilimnion i hypolimnion. ZAPIS III. FUNKCJONALNE GRUPY TROFICZNE BEZKRĘGOWCÓW W WODACH PŁYNĄCYCH. CPOM = grubocząsteczkowa materia organiczna; FPOM = drobnocząsteczkowa materia organiczna. Grupa troficzna Rozdrabniacze - zgryzacze Źródło pokarmu Sposób odżywiania Przykłady Detrytus (CPOM), rośliny wodne Przeżuwanie i drążenie Drewno Przeżuwanie i drążenie Zbieracze-filtratory Zawieszona, transportowana FPOM Filtrowanie z użyciem specjalnych szczecin, sieci lub wydzielin Zbieracze właściwi -mułojady Zdeponowana FPOM lub biofilm na skałach i innych twardych substratach Oczyszczanie biofilmu, zagrzebywanie się w miękkich osadach Wiele jętek, widelnic, chruścików, muchówek, skąposzczety, niektóre skorupiaki Zdrapywacze lub spasacze Biofilm glonów Skrobanie i zdrapywanie Niektóre jętki, chruściki, ślimaki, larwy chrząszczy Drapieżniki Ofiara zwierzęca Napadanie i porcjowanie Ważki, wirki, niektóre chruściki, muchówki, pluskwiaki różnoskrzydłe i chrząszcze. Rozdrabniacze-organizmy drążace Chruściki, niektóre skorupiaki Chruściki, niektóre chrząszcze, larwy ochotkowatych Chruściki budujące sieci, larwy meszek, niektóre larwy ochotkowatych Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 40 4. Koncepcja Ciągłości Rzeki (River Continuum Concept): model wyjaśniający rozmieszczenie organizmów wodnych wzdłuż biegu rzeki Zespoły organizmów wodnych z ekosystemów stojącej wody słodkiej są uporządkowane według oddziaływania pionowej osi penetracji światła. Cieplna stratyfikacja, która przyczynia się do tworzenia określonej struktury biotycznej jeziora, jest bezpośrednio związana z ogrzewaniem energią słoneczną. Stratyfikacja termiczna jest zjawiskiem, dzięki któremu w jeziorach tworzą się dwie warstwy wody o różnych temperaturach: ciepła warstwa powierzchniowa (epilimnion) i zimniejsza warstwa wody przez dnie (hypolimnion) (ryc. 16). Ten pionowy gradient termiczny jest zatem kluczowym czynnikiem środowiskowym, wpływającym na występowanie, zachowanie i tempo metabolizmu organizmów stagnujących wód słodkich. Przykładowo, nutriety i inne substancje odżywcze mogą okresowo krążyć pomiędzy warstwami wody, planktonem i organizmami dennymi, ponieważ system jeziora tworzy sezonowo warstwy, które jednak cyklicznie się przemieszczaja i mieszają (zobacz także rozdział 1). Wody płynące różni od pozostałych ekosystemów wodnych jego ukierunkowany przepływ wody. W konsekwencji, górne odcinki strumienia determinują w bardzo dużym stopniu warunki fizyko-chemiczne i biologiczne dolnych parti strumienia. Transport rozpuszczonej i cząsteczkowej materii organicznej występuje wzdłuż biegu rzeki od odcinków źródłowych aż do ujścia i jest on jednocześnie ściśle uzależniony od strefy nadbrzeżnej roślinności i typu ekosystemów lądowych. To połączenie ekosystemów jest jednokierunkowe w górnych odcinkach rzeki od lądu w kierunku koryta rzecznego, a w środkowym i dolnym biegu rzeki jest dwukierunkowe pomiędzy wodą a Lake Stratification Epilimnion "warm water" Hypolimnion "Coldwater" Depth Thermocline "Rapid temperature change" Epilimnion Thermocline Hypolimnion Temperature Ryc. 16. Pionowy gradient temperatury, pokazujący stratyfikację i epilimnion i hypolimnion. Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria Cycling process Stream flow Nutrients spiraling Ryc. 17. Spiralne krążenie pierwiastków biogennych w wodach płynących. Spirale leżące blisko siebie wskazują na wysoką retencję jaka ma miejsce w oligotroficznych warunkach lub w górnych częściach rzek z substratem. Spirale rzadziej leżące z szerszą średnicą wskazują mają retencję, charakterystyczną dla systemów eutroficznych z nadmiarem pierwiastków biogennych. Shredders CPOM Microbes Collectors P/R<1 Collectors Shredders Predators Grazers P/R<1 Grazers Predators P/R<1 Stream flow rozlewiskami strefy nadbrzeżnej. W wodach płynących proces krążenia pierwiastków biogennych jest zatem zależny od ruchu wody wzdłuż biegu rzeki, wytwarzającego “spiralne krążenie” (Ryc. 17). Ponieważ ekolodzy zaczęli analizować funkcjonowanie ekosystemów rzecznych pod kątem określonych kategorii źródeł materii i energii dostępnych wzdłuż biegu rzeki i procesów ich przekształcania i możliwości wykorzystywania przez organizmy wodne stworzono szereg koncepcji i modeli naukowych wyjaśniających funkcjonowanie ekosystemów rzecznych. Najbardziej popularnym modelem jest Koncepcja Ciągłości Rzeki (ang. River Continuum Concept - RCC) która konstruuje schemat i podstawowe ramy strukturalne opisujące funkcjonowanie ekosystemów rzecznych od źródeł do ujścia (Ryc.18). 41 Microbes Microbes FPOM Predators Collectors Ryc. 18. Zależności pomiędzy wielkością rzeki (rzędowość), źródłami dostępnej materii i energii oraz funkcjonowaniem ekosystemu w świetle Koncepcji River Continuum Concept (wg. Vannote et al., 1980) Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 42 5. Jakie są osobliwe cechy estuariów? W ujściach rzeki woda mieszająca się jest kompleksem, uwarunkowanym przez geologię, topografię i przepływ wody słodkiej. Woda rzeki niesie rozpuszczone sole i cząstki i ten transport, plus fizyczne mieszanie, prowadzi do bardzo aktywnych biologicznych transformacji. Na przykład delty występują w ujściach rzeki, gdzie ładunek osadu niesiony przez rzekę jest tak duży, że akumulacja osadu blisko ujścia rzeki rośnie do morza. Brzegi złożonych kanałów, które tworzą się w deltach, dostarczają obszerne, chronione płytkie środowiska, w których niezmiennie dominuje gęsta roślinność naczyniowa. Ujścia rzeki i przybrzeżne wody często zawierają różne mieszaniny świeżej i słonej wody, która tworzy fizjologiczne i ekologicznie warunki, trudne dla organizmów. Mieszaniny powstające na skutek częstego mieszania ze słoną woda tworzą trudne osmotyczne warunki, które znacznie wpływają na organizmy. Krążenie wody w pobliżu brzegu jest złożone i jest skutkiem złożonego połączenia czynników: różnice w gęstości między wodą słodką i wodą morską; różnice w temperaturze wody; pływowe siły; prowadzone przez wiatr krążenie; efekty grawitacyjnego pola ziemi. Mniej gęsta lub cieplejsza woda ma skłonności do pozostania w warstwach powierzchniowych wody, kiedy gęstsza, zimniejsza woda pozostaje w warstwie poniżej i woda, dlatego jest rozwarstwiona. Wiatry i pływy, jakkolwiek, mogą zmieszać wodę, powodując pionową wymianę między powierzchnią i głębszymi warstwami (ryc. 19). kierunek prądu rzeki woda słodka dno rzeki wpływ (klin słonej wody) Ryc. 19. Mieszanie się wody w ujściu rzeki. Stratyfikacja gęstości. Woda słona, będąc gęstszą, ma skłonność do opadania wewnątrz ujścia rzeki blisko dna. Woda słodka, która jest mniej gęsta, ma skłonność do pozostania w górnych warstwach słupa wody. Rozdział 3 - Jeziora, rzeki i estuaria 43 Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych 44 ROZDZIAŁ 4 OCENA EKOLOGICZNEGO STANU WÓD ŚRÓDLĄDOWYCH Barbara Bis Hydrobiolog, Doktor Nauk Przyrodniczych, Nauczyciel Akademicki, Zakład Limnologii i Ochrony Wód, Katedra Zoologii Bezkręgowców i Hydrobiologii, Instytut Ekologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Łódzki 1. Dlaczego musimy chronić wodę? Nowa strategia zarządzania wodą według Europejskiej Ramowej Dyrektywy Wodnej Krytyczny zanik różnorodności biologicznej i spadek jakości wody na skalę globalną był Ryc. 1. Scena polityki wodnej Unii Europejskiej (w lewym górnym rogu – logo procesu wdrażania wytycznych Ramowej Dyrektywy Wodnej w krajach UE; 27 krajów należących do krajów Wspólnoty Europejskiej zaznaczono niebieskim tłem). poważnym dowodem na to, że skuteczne zarządzanie wodą wymaga efektywnych narzędzi i przekonującej metodologii w celu kontrolowania nadmiaru zanieczyszczeń, nawozów, materiałów organicznych i określonych substancji przenoszonych ze zmodyfikowanych krajobrazów do ekosystemów wody słodkiej. Ramowa Dyrektywa Wodna (RDW, 2000/60 /EC) – jako nowa regulacja prawna określająca zasady wspólnych działań krajów Unii Europejskiej w zakresie gospodarki wodnej, została zatwierdzona przez Parlament Europejski i Zgromadzenie we wrześniu 2000 i weszła w życie dnia 22 grudnia 2000 r. jako ramowy dokument ukierunkowujący restrukturyzację polityki wodnej i jej zasad legislacyjnych w krajach Unii Europejskiej. Teraz RDW jest obecnie najważniejszym i najbardziej wpływowym prawnym narzędziem Unii Europejskiej dotyczącym ochrony i Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych zrównoważonego zarządzania wodą (m.in. Jungwirth et. al. 2000; Butterworth et al., 2001; Statzner et al., 2001; Bis, 2002; Bis & UsseglioPolatera, 2004; Furse et al., 2006). Jednym z głównych celów Europejskiej Ramowej Dyrektywy Wodnej jest stworzenie podstaw dla ochrony wszystkich typów wód: śródlądowych wód powierzchniowych, wód podziemnych oraz wód przejściowych, i wód przybrzeżnych. Po drugie, główne cele środowiskowe RDW są ukierunkowane na zachowanie i dalszą ochronę biologicznej różnorodności oraz ekologicznej integralności ekosystemów wodnych Europy. RDW wymaga reorganizacji narodowych systemów monitoringu wody w wszystkich krajach UE i powoduje odchodzenie od monitoringu opartego na badaniu poziomu zanieczyszczenia na rzecz oceny ogólnego stanu środowiska wodnego - opartego na zintegrowanej analizie takich parametrów jak jakość chemiczna i fizyczna struktura ekosystemów wodnych z ekologicznymi wskaźnikami stanu wód. Kondycja i potencjał organizmów wodnych jest obecnie jednym z głównych wskaźników jakości wód. Dodatkowe cele RDW to: • optymalizacja ochrony ekosystemów wodnych, a także lądowych i przyległych terenów wodno-błotnych – współzależnych od ekosystemów wodnych; • propagowanie długoterminowych działań z zakresu ochrony zasobów wodnych opartych na zasadach zrównoważonego gospodarowania wodą; • zakładanie rejestrów obszarów chronionych - terenów wyznaczonych dla ochrony siedlisk lub gatunków; • podejmowanie przedsięwzięć mających na celu poprawę stanu czystości środowiska wodnego poprzez ograniczenie zrzutów i emisji priorytetowych substancji niebezpiecznych; • zapewnienie stosownego zaopatrzenia w dobrej jakości wodę powierzchniową i podziemną - będącego implikacją zrównoważonego i optymalnego korzystania z zasobów wodnych. W konsekwencji, główne cele Ramowej Dyrektywy Wodnej są następujące: • zapobieganie procesom pogarszania się stanu jakościowego wszystkich typów wód; • utrzymanie wysokiego stanu ekologicznego wód, spełniającego kryterium warunków wzorcowych wszędzie tam, gdzie one występują; • osiągnięcie co najmniej dobrego stanu ekologicznego w odniesieniu do wszystkich typów wód w Europie do roku 2015. Ryc.2. Środowisko wodne – miejsce ochrony bioróżnorodności. 45 46 Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych 2. Jakie typy wód wyróżnia RAMOWA DYREKTYWA WODNA? Wszystkie typy wód w Europie obejmujące: • wody śródlądowe : powierzchniowe i wody gruntowe, oraz • wody przejściowe i przybrzeżne. powinny być analizowane w odniesieniu do podstawowych jednostek zarządzania: obszarów dorzecza (WFD WNP 2, 2003; WFD WNP 10, 2003) (ryc. 3) . W rezultacie, dowolne cele związane z gospodarką wodną podejmowane przez region- alne służby wodne muszą rozważać ryzyko środowiskowe w skali dorzecza, w szczególności dotyczy to transgranicznych systemów rzecznych (płynących przez różne kraje i obejmujących wiele granic administracyjnych). 3. Jakie kategorie wód powierzchniowych są zarządzane zgodnie z RDW? RDW założyła trzy główne kategorie wód powierzchniowych: naturalne wody powierzchniowe: rzeki; jeziora; wody przejściowe; wody przybrzeżne; silnie zmodyfikowane wody powierzchniowe (z zaznaczonymi fizycznymi zmianami struktury systemu wodnego, związanymi z działalnością człowieka); sztuczne zbiorniki wód powierzchniowych. Ta klasyfikacja wód powierzchniowych - z wyraźnym wyodrębnieniem wód silnie zmodyfikowanych oraz sztucznych systemów wodnych - jest bezpośrednio związana z głównymi założeniami obecnego zarządzania wodami (jakość tych wód powinna ulec szybkiej efektywnej poprawie). Ryc. 3. Europejskie wody śródlądowe i główne dorzecza. Dla właściwego zarządzania określonym typem wód powierzchniowych bardzo istotne jest wskazanie dominującego typu zakłóceń systemu i jego intensywności (zanieczyszczenie organiczne, toksyczne, zakwaszenie, regulacja koryta, modyfikacja strefy nadbrzeżnej, etc.) oraz ocena długoterminowych planów użytkowania zasobów wodnych (np. dostępność wody pitnej) oraz określenie lokalizacji obszarów chronionych (np. obszary sieci ekologicznej Natura 2000). Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych 47 4. Czym charakteryzuje się europejski system rzeczny według RDW? Jak wspomniano, odpowiednio do założonych celów RDW - dorzecza są podstawowymi, strategicznymi jednostkami zarządzania wodą – i grupuje się je w biogeograficzne ekoregiony (ryc. 4). Ekoregiony reprezentują pełny gradient zmienności środowiskowej typowej dla ekosystemów wodnych Europy, ze szczególnym uwzględnieniem określonych typów biocenotycznych oraz pełnej charakterystyki geologicznej i hydrologicznej. Państwa członkowskie Unii Europejskiej – w celu utworzenia spójnej charakterystyki wszystkich dorzeczy są zobowiązane do przeprowadzenia typologii abiotycznej za pomocą głównych obowiązkowych parametrów środowiskowych: ekoregion - odpowiadający badanemu obszarowi dorzecza (ryc. 4); geograficzna lokalizacja ekosystemu rzecznego/badanego odcinka rzeki: szerokość i długość geograficzna; wysokość nad poziomem morza – zdefiniowana jako wysokość źródła lub wysokość badanego odcinka rzeki (rzeki górskie > 800m powyżej poziomu morza; rzeki wyżynne 200-800 npm.; rzeki nizinne < 200m npm.); wielkość obszaru dorzecza; geologia dorzecza (zlewnie wapienne, krzemionkowe, organiczne). Warto podkreślić, iż wszystkie państwa członkowskie Unii Europejskiej mogą zastosować inne uzupełniające kryteria, jednak taka podstawowa typologia jest nieodzowna dla zdefiniowania regionalnych cech ekosystemów rzecznych. Ecoregions for rivers and lakes: 1. Ibero - Macaronesian region 2. Pyrenees 3. Italy, Corsica and Malta 4. Alps 5. Dinaric western Balkan 6. Hellenic western Balkan 7. East ern Balkan 8. Western highlands 9. Central highlands 10. The Carpathiens 11. Hungarian lowlands 12. Pontic province 13. Western plains 14. Central plains 15. Baltic province 16. Eastern plains 17. Ireland and Northern Ireland 18. Great Britain 19. Iceland 20. Borealic uplands 21. Tundra 22. Fenno - scandian shield 23. Taiga 24. The Caucasus 25. Caspic depression Ryc. 4. Ekoregiony są obszarami wyznaczonymi na podstawie zgodności dominujących zespołów faunistycznych, wystepujących w danych typach wód powierzchniowych Europy (mapa została opublikowana w Aneksie XI Ramowej Dyrektywy Wodnej, w Oficjalnym Dzienniku Wspólnoty Europejskiej). 48 Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych 5. Dlaczego warunki wzorcowe (referencyjne) i wysoki stan ekologiczny powinny być określone dla oceny jakości wody? Identyfikacja warunków wzorowych – określanych jako najlepsze warunki środowiskowe i biocenotyczne dla danego typu wód (np. dla rzek nizinnych czy strumieni górskich) z dopuszczalnym minimalnym stopniem antropopresji - jest koniecznym warunkiem dla przeprowadzenia poprawnej oceny ekologicznej jakości wód europejskich. Aby móc zrealizować główne założenia RDW, ukierunkowane na wyraźną poprawę ekologicznego stanu wód - zrozumienie koncepcji warunków wzorcowych dla określonego typu wód jest niezbędne. Tylko wtedy, gdy warunki referencyjne danego typu wód są ściśle opisane mogą stanowić one właściwą podstawę do dalszej oceny intensywności zakłóceń, ich bezpośredniego wpływu na środowisko, czy tez do oceny poprawy/modyfikacji biologicznej różnorodności w każdym typie wody. ZAPIS 2. WARUNKI WZORCOWE WEDŁUG RDW Warunki wzorcowe (referencyjny stan ekologiczny: RSE) - znalezienie całkowicie niezakłóconych, naturalnych ekosystemów wodnych może być obecnie trudnym zadaniem, dlatego dopuszczalny jest minimalny wpływ człowieka ale gdy nie ma żadnych ujemnych lub istnieją bardzo niewielkie efekty ekologiczne; RSE jest równoznaczny z wysokim stanem ekologicznym (żadne lub nieznaczne odchylenie od stanu naturalnego dla każdego z głównych komponentów oceny jakościowej, tj.: fizykochemicznych, hydromorfologicznych i biologicznych); RSE, zgodnie z wytycznymi RDW powinny być określone dla każdego typu wód i dla wszystkich elementów oceny jakościowej i powinny być uaktualniane co 5 lat; wyróżnia się dwa podstawowe sposoby selekcji warunków referencyjnych: Wybór wzorcowego fragmentu dorzecza stosowany, gdy istnieje wystarczająca liczba niezakłóconych, prawie naturalnych ekosystemów wodnych i obszarów dorzecza; Ustalenie warunków wzorcowych w oparciu o analizę najlepszych dostępnych warunków środowiskowych i biocenotycznych, reprezentacyjnych dla określonego typu wód: ten sposób jest stosowany, gdy istnieje kilka miejsc wzorcowych, które jednak nie są wystarczająco zdefiniowane. Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych 6. Jak według RDW odbywa się ekologiczna ocena stanu wód ? Zgodnie z wytycznymi RDW ekologiczny stan wód powierzchniowych powinien być zdefiniowany jako "jakościowa ocena struktury i funkcjonowania ekosystemów wodnych, związana z określonym typem wód" (WFD, 2000; Furse, et al., 2006). W konsekwencji, ekologiczna ocena stanu jakościowego wód powinna określić w jakim stopniu biologiczna struktura ekosystemu i jego funkcjonowanie uległy zmianie w porównaniu z warunkami referencyjnymi dla danego typu wód i w jakim stopniu jest to warunkowane działaniem czynników antropogenicznych (np. eutrofizacja, zakwaszanie, toksyczne i niebezpieczne substancje, fizyczne zmiany środowiska, itd.). Założenia RDW tworzą zatem innowacyjne podejście do dotychczasowych zasad europejskiej polityki wodnej, która w przeszłości była oparta głównie na ocenie wartości skażenia wód – natomiast obecnie ukierunkowana jest bezpośrednio na kontrolę dozwolonego wpływu na - odbierające je - ekosystemy wodne. Ta koncepcja jest spójna i bezpośrednio łączona z legislacją dotyczącą ochrony przyrody w krajach Unii Europejskiej, przykładowo z 'Dyrektywą Ptasią' (79/409/EWG) i 'Dyrektywą Siedliskową' (92/43/EWG) - które to utworzyły wspólny ramowy program ukierunkowany na prawną ochronę dzikiej przyrody i siedlisk Europy (utworzenie ekologicznej sieci obszarów chronionych przez kraje Wspólnoty Europejskiej NATURA 2000). Zgodnie z założeniami Ramowej Dyrektywy Wodnej, do oceny stanu ekologicznego wód stosujemy obecnie trzy podstawowe elementy jakościowe (ryc. 6): 1. Biologiczne elementy jakości; 2. Fizyko-chemiczne elementy jakości; 3. Hydromorfologiczne elementy jakości (dotyczące koryta rzecznego, jego strefy nadbrzeżnej oraz doliny rzecznej). Należy podkreślić, iż według wytycznych RDW kryteria hydromorfologiczne i ogólne fizykochemiczne są obecnie tylko elementami pomocniczymi dla biologicznej oceny jakości wód. Ryc. 5. Przykładowe ilustracje warunków wzorcowych dla różnych typów ekosystemów wód płynących: średniej wielkości strumień górski i rzeka nizinna. 49 50 Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych Biological Quality Elements Phytoplakton (only in large rivers and lakes) Phytobenthos Macrophytes Benthic macroinvertebrates Fish fauna Hydrochemical Quality Elements Oxygenation conditions Nutrient concentration Salinity Termal conditions Acidification status pH Hazardous substances Hydromorphological Quality Elements Morphological conditions Hydrological regime River continuity Ryc. 6. Elementy jakościowej oceny stanu ekologicznego wód: (1) biologiczne elementy jakości (glony – fitobentos; fitoplankton; makrolity; makrobezkręgowce bentosowe; ryby); (2) hydromorfologiczna ocena koryta rzecznego i jego doliny; (3) fizykochemiczne elementy jakości - z normami jakościowymi dla niebezpiecznych substancji. ZAPIS 2. ZARZĄDZANIE WODĄ WEDŁUG RDW Ekologiczny stan wód definiowany jest głównie w oparciu o ocenę biologicznych elementów jakościowych (fitobentos / fitoplankton; makrofity; makrozoobentos; ryby); Biologiczna ocena jakości wód stanowi podstawą dla ekologicznej klasyfikacji jakościowej wód; Ekologiczna klasyfikacja jakości wód wyznacza główne cele zarządzania wodami w skali zlewni rzecznej. Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych 7. Harmonizacja granic klas jakości w Europie osiągnąć dobry stan jakości) – w efekcie, narzuca ona konieczność podjęcia działań zmierzających do efektywnej poprawy jakości wód i renaturyzacji ekosystemów wodnych, które są bezpośrednio zagrożone nie spełnieniem wymagań środowiskowych (ryc. 7). Całość tej koncepcji jest najbardziej nowatorska spośród wytycznych środowiskowych RDW. W przeszłości, każdy standardowy system monitoringu był oparty na hydrochemicznej ocenie jakości i granice klas jakości były bardzo łatwe do zdefiniowania. Obecnie granice klas dla wszystkich grup organizmów wskaźnikowych (okrzemki, makrofity, bentosowe bezkręgowce, ryby) w odpowiedzi na określone typy zakłóceń środowiska muszą zostać poprawnie ustalone, aby móc zdefiniować zasady zintegrowanej oceny ekologicznej stanu ekosystemów słodkowowdnych. Jest to zadanie znacznie trudniejsze do określenia, ale implikuje to bezpośrednią ochronę ekosystemów wodnych i przyszłe działania ukierunkowane na środowiskowe zarządzanie wodami. Każdy kraj Unii Europejskiej powinien zdefiniować pięć klas jakości wody w odniesieniu do różnych form oddziaływania człowieka na środowisko (Ryc. 7) z zastosowaniem biologicznych komponentów jakości (ang. biological quality components - BQC) w różnych typach wód (np. WFD WNP 10, 2003; UKTAG, 2005; Urkiaga et al., 2006). RDW podaje następujące definicje klas jakości: Wysoka jakość: odzwierciedla naturalne, niezakłócone warunki środowiskowe bądź bardzo niewielkie zmiany środowiskowe; Dobra jakość: niski poziom wywołanych przez człowieka zmian, zatem lekkie odchylenia od warunków niezakłóconych, referencyjnych; Słaba jakość: duże zmiany środowiskowe i wysoki poziom odchyleń od warunków wzorcowych. Granica pomiędzy dobrym i umiarkowanym stanem wód jest wyjątkowo ważna (w bliskiej przyszłości wszystkie typy wód powinny (nearly) totally undisturbed Slight alterations High Ok Good Moderat e Moderate alterations Major alterations Severe alterations Poor Restoration needed Bad Ryc. 7. Diagram przedstawiający pięć klas jakości wód wg. RDW - bazuje on na łącznej jakościowej ocenie stanu ekologicznego (biologiczne, hydrochemiczne i hydromorfologiczne elementy jakosciowe) – z jednoczesnym wskazaniem odpowiedzialności służb wodnych za zadanie poprawy jakości wód i renaturyzacji ekosystemów zagrożonych nie osiągnięciem celów środowiskowych. 51 52 Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych 8. Dlaczego są biologiczne elementy jakości (BEJ) są podstawą dla klasyfikacji ekologicznej? Ekologiczne wskaźniki jakości wód – mogą zostać użyte do biologicznej oceny stanu środowiska dzięki dostarczeniu wczesnych sygnałów ostrzegawczych o zmianach w środowisku lub zdiagnozowaniu przyczyn zakłóceń środowiska. Zespół organizmów wskaźnikowych powinien dostarczać informacji kluczowych o strukturze, funkcji i kompozycji danego systemu ekologicznego (Markert et al., 2003). Ekologiczne wskaźniki jakości wód muszą uchwycić złożoność ekosystemu, a jednocześnie pozostawać wystarczająco prostymi dla łatwego i rutynowego monitorowania. W konsekwencji, organizmy wskaźnikowe powinny spełniać następujące kryteria: • łatwość dokonywania badań/pomiarów; • wrażliwość na bodźce środowiska; • przewidywalny sposób odpowiedzi na określony czynnik środowiskowy; przewidywalność zmian, które mogą zostać zapoczątkowane przez działania naprawcze/renaturyzację; • znane zmiany w czasie w odpowiedzi na środowiskowy stres. Glony jako biologiczne wskaźniki jakości wód Jako producenci pierwotni – glony i rośliny wodne (makrofity) są uznawane jako grupy wczesnego ostrzegania danego ekosystemu (ang. early-warning system), gdyż bardzo wyraźnie reagują na zmiany hydrochemiczne wód (np. eutrofizacja czyli nadmierne użyźnianie określonego typu wód, głównie wód stojących – jezior, lagun). Organizmy poroślowe czyli perifiton tworzą głównie glony bentosowe, które rosną przymocowane do różnego podłoża mineralnego lub roślinnego (skały lub większe rośliny). Ugrupowania okrzemek, stanowiące w dużej części zespoły poroślowe – uznawane są za bardzo dobre organizmy wskaźnikowe ze względu na: • naturalnie wysoką liczbę gatunków; • szybką odpowiedź w czasie, zarówno na zakłócenie, jak i odbudowę biotyczną ekosystemu; • dużą łatwość pobierania prób, angażującą kilka osób; • zakres tolerancji lub wrażliwość na określone zmiany warunków środowiska dla wielu gatunków okrzemek jest dobrze zdefiniowany. Zastosowanie łącznej analizy danych dotyczących zbiorowisk glonów w połączeniu z informacjami odnoszącymi się do oceny zespołów makrobezkręgowców bentosowych i ichtiofauny danego ekosystemu wodnego prowadzą do optymalizacji biologicznej oceny jakości wód. Wodne i lądowe rośliny jako biologiczne wskaźniki jakości wód Makrofity są roślinami wodnymi, rosnącymi w wodzie lub w strefie przy- i nadbrzeżnej i które są zanurzone, wynurzone lub unoszą się swobodnie na wodzie. Makrofity – jako producenci pierwotni (organizmy samożywne, autotroficzne; produkujące biomasę z substancji nieograniczonych dostępnych w danym ekosystemie) są doskonałymi wskaźnikami stanu wód, ponieważ : • są organizmami, które wyraźnie reagują na koncentracje pierwiastków biogennych (nutrietów), światło, mętność wody, zmiany poziomu wody, zasolenie, skażenia toksyczne (metale ciężkie, herbicydy); • są organizmami silnie integrującymi różnorakie uwarunkowania/tło środowiskowe Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych (np. wpływ nutrietów, składu gleby, wód gruntowych, zasolenia, etc.). Makrobezkręgowce jako biologiczne wskaźniki jakości wód Wodne bezkręgowce, stanowiące kolejną grupę stosowaną w biologicznej ocenie jakości wód, żyją na dnie naszych wód. Są one nazywane makrobezkręgowcami bentosowymi lub makrobentosem (makro – duży; bezkręgowy = zwierzę bez kręgosłupa; bentosowy: żyjący na dnie) i są powszechnie uznawane za najbardziej rekomendowane organizmy wskaźnikowe, ponieważ: • żyją w wodzie przez cały lub przez większość ich cyklu zyciowego; • zasiedlają siedliska rzeczne optymalne dla ich przetrwania i ich występowanie nie jest ograniczone zmianami sezonowymi (makrofity, algi); • są łatwe do pobrania z różnych siedlisk rzecznych, za pomocą prostego i bardzo taniego sprzętu hydrobiologicznego; • mają różny zakres tolerancji w stosunku do różnego typu skażenia i jego intensywności; • są łatwe do identyfikacji w warunkach laboratoryjnych; • często żyją dłużej niż rok; • mają ograniczoną mobilność w środowisku wodnym; • są najlepszymi biologicznymi „integratorami” warunków środowiskowych. Znaczenie zespołów bentofauny w łańcuchu pokarmowym ekosystemów wodnych jako konsumentów pierwszego rzędu czyli roślinożerców (np. peryfiton), jako destruentów (np. bakterie heterotroficzne i grzyby) oraz jako pokarm dla drugorzędowych i trzeciorzędnych konsumentów (np. ryby) podkreśla rolę tej grupy organizmów w ocenie ekosystemów wodnych: ich całkowita integralność z określonym typem ekosystemu wodnego i ich potencjał w ocenie różnego typu ryzyka środowiskowego za pomocą wielu miar biologicznych (dla wszystkie 53 typów stresora i ich intensywności: skażenie substancjami chemicznymi, zanieczyszczenia organiczne, zakwaszanie, morfologiczna i biotyczna degradacja). Zastosowanie analizy zespołów makrobezkręgowców bentosowych w ocenie integralności ekosystemów wodnych oraz diagnostyce ryzyka środowiskowego jest powszechnie doceniane i rekomendowane. Obecnie, w Europie stosowanych jest ponad sto metod biologicznej oceny jakości wód, z czego dwie trzecie stanowią metodyki oparte na badaniach zespołów makrobezkręgowców bentosowych (np. Rosenberg i Resh 1993, Verdonschot 1990, 2000). Ryby jako biologiczne wskaźniki jakości wód Ryby są doskonałymi wskaźnikami stanu ekologicznego danego zbiornika wodnego, ponieważ: • żyją w środowisku wodnym przez cały swój cykl życiowy; • różnią się wyraźnie zakresem tolerancji, co pozwala porównywać odpowiedź na różne typy zakłóceń środowiskowych; Ryc. 8. Rola makrobezkręgowców w łańcuchu pokarmowym ekosystemu słodkowodnego, wskazująca na bardzo ważne strukturalne i funkcjonalne znaczenie tej grupy (makrobezkręgowce zaznaczone są żółtymi ramkami). 54 Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych • są łatwe do złowienia za pomocą stosownego wyposażenia; • ich długość życia to kilka lat; • są łatwe do zidentyfikowania w terenie. Należy podkreślić, iż ryby są bardzo dobrymi wskaźnikami stanu ekologicznego danych ekosystemów wodnych w skali zlewni, w szczególności dotyczy to ekomorfologicznych właściwości systemu (struktury siedlisk rzecznych i nadbrzeżnych, obecności refugium), jak również są bardzo dobrymi wskaźnikami dla morskiego i przybrzeżnego systemu biomonitoringu. Warunki hydrochemiczne są drugorzędowymi determinantami ich rozmieszczenia w ekosystemach wodnych, stąd ta grupa zwierząt jest często wykorzystywana jako dogodne biologiczne wskaźniki dla badań ekotoksykologicznych w ocenie ryzyka środowiskowego. Podsumowując, koncepcja ekologicznej integralności ekosystemów wodnych, zgodna z filozofią RDW wraz z oceną potencjalnej antropopresji na różnych poziomach organizacji biologicznej i w różnych geograficznych skalach - mają priorytetowe znaczenie dla ekologicznej oceny ryzyka środowiskowego i efektywnej ochrony różnorodności biologicznej ekosystemów słodkowodnych (np. Lanz & Scheuer, 2001). ZAPIS 3. DLACZEGO UTRZYMANIE BIOLOGICZNEJ RÓŻNORODNOŚCI JEST TAK WAŻNE? Biologiczna różnorodność jest różnorodnością wszystkich żywych istot na Ziemi. Wszystkie organizmy są zależne od innych form życia i dzięki nim mogą współistnieć. Organizmy oddychające tlenowo są zależne od roślin, które produkują tlen. Ich pokarm jest rozmaity - pochodzenia roślinnego, zwierzęcego ale składa się także z grzybów i drobnoustrojów. W konsekwencji, jakakolwiek zmiana w liczebności jednych gatunków wpływa bezpośrednio na inne gatunki i na funkcjonowanie danego ekosystemu. Termin biologiczna różnorodność jest również często jest używany dla opisania rozmaitości organizmów zamieszkujących dany obszar. Lokalna biologiczna różnorodność jest szczególnie zagrożona, kiedy ludzka działalność wdziera się do naturalnych siedlisk. To często powoduje usunięcie jednego lub więcej gatunków z danego obszaru, ale niekiedy może również doprowadzić do lokalnego lub całkowitego wyginięcia określonych gatunków. Obecnie - na całym świecie każdego roku wymiera więcej niż 10 000 gatunków i o ile precyzyjne obliczenie tych strat jest bardzo trudne, to z pewnością tempo redukcji różnorodności biologicznej naszego globu wzrosło alarmująco w przeciągu ostatnich lat. Główną przyczyną ginięcia gatunków jest niszczenie ich naturalnych siedlisk życiowych przez człowieka. Biologiczna różnorodność naszego globu jest niepowtarzalna i dlatego bezcenna. Rozdział 4 - Ocena ekologicznego stanu wód śródlądowych 55 Literaura dodatkowa Directiva Quadro da Água The EU Water Framework Directive - integrated river basin management for Europe: http://ec.europa.eu/environment/water/waterframework/index_en.html Implementation of the EU-WFD: http://ec.europa.eu/environment/water/water-framework/implementation.html Common Implementation Strategy for the Water Framework Directive: http://www.eeb.org/activities/water/Common%20EU%20Strategy%20 for%20WFD%20Implementation.pdf WFD page at EMWIS website: http://www.emwis.org/WFD/WFD.htm Environmental Agency – the WFD: http://www.environmentagency.gov.uk/aboutus/512398/289428/655695/ CIRCA Forum Implementing the WFD: http://forum.europa.eu.int/Public/irc/env/wfd/home Join Research Centre - Institute for Environment and Sustainability http://www.jrc.cec.eu.int/default.asp@sidsz=our_organisation&sidstsz=ies.htm Protecção e gestão sustentável de agues doces European Rivers Network: http://www.rivernet.org/ WaterWeb: http://www.waterweb.org/resources.php Freshwater Life: http://freshwaterlife.info/index.jsp WWF - Freshwater Work: http://www.panda.org/about_wwf/what_we_do/freshwater/index.cfm Euro-Mediterranean Information System on the Know-how in the Water Sector - EMWIS: http://www.emwis.org/ US Environmental Protection Agency - http://www.epa.gov/ International Year of Freshwater 2003: http://www.wateryear2003.org/en/ev.phpURL_ID=1456&URL_DO=DO_TOPIC&URL_SECTION=201.html; European Environmantal Bureau Hanbook: http://www.eeb.org/publication/chapter-4_5.pdf Protecção de aguas doces, bioindicadores CEH's School Net - is the educational section of CEH Web, and is intended to be used as a resource by teachers of primary and GCSE-aged school children: http://schools.ceh.ac.uk/ EEK! Environmental Education for Kids: http://www.dnr.state.wi.us/org/caer/ce/eek/teacher/index.htm Educational Materials: http://www.ucar.edu/learn/1_1_2_1t.htm Stream Biomonitoring Unit - Key to Aquatic Macroinvertebrates: http://www.dec.state.ny.us/website/dow/stream/index.htm Digital Key to Aquatic Insects – North Dacota: http://www.xerces.org/CD-ROM%20for%20web/id/index.htm Freshwater Macroinvertebrates - Oregon http://www.nwnature.net/macros/ EPA - Biological Indicators of Watershed Health: http://www.epa.gov/bioindicators/html/invertebrate.html Stream Biomonitoring http://www.yni.org/yi/monitoring/stream_biomonitoring.html ACD Technical Assistance - Stream Monitoring http://www.anokaswcd.org/tech_assist/monitoring/biomonitoring.htm Drinking Water and Groundwater Kids Stuff http://www.epa.gov/safewater/kids/kids_9-12.html NSW Water Bug Survey - Bugasaurus Explorus!: http://www.bugsurvey.nsw.gov.au/ Water Dictionary: http://ga.water.usgs.gov/edu/dictionary.html http://water.nv.gov/Water%20planning/dict-1/ww-index.htm Environmental Contaminent Encyclopedia from the National Park Service - http://www1.nature.nps.gov/toxic/intro.html WVDEP - Glossary of Environmental Terms from the West Virginia Division of Environmental Protection http://www.dep.state.wv.us/glossary.html Geographic Glossary http://geography.about.com/science/geography/library/misc/blgg.htm Dictionary of Water Terms from the Nevada Division of Water Planning, Department of Conservation and Natural Resources http://www.state.nv.us/cnr/ndwp/dict-1/ww-index.htm Water Quality Dictionary from EurekAlert Reference Desk http://www.wqa.org/glossary.cfm Aquatic, Wetland and Invasive Plant Glossary from the University of Florida - http://aquat1.ifas.ufl.edu/glossary.html 56 ROZDZIAŁ 5 Rozdział 5 - Zakłócenia naturalne i spowodowane przez człowieka ZAKŁÓCENIA NATURALNE I SPOWODOWANE PRZEZ CZŁOWIEKA Catherina Voreadou Biolog, Kierownik Laboratorium Edukacji i Hydrobiologii, Muzeum Historii Naturalnej na Krecie, Uniwersytet Kreteński, Grecja Sofia Mousteraki Geolog, Nauczyciel szkół średnich, Zespół Szkół Średnich im. Andreas Delmouzos, Kreta, Grecja Nikos Komodromos Biolog, Nauczyciel szkół średnich, Zespół Szkół Średnich im. Pera Choriou & Nisou, Cypr 1. Zakłócenia ekosystemu Zakłócenie jest uznawane za przypadek intensywnego stresu środowiskowego występującego: we względnie krótkim okresie czasu i powodującego duże zmiany w dotyczącym tego procesu ekosystemie. Może ono wynikać z przyczyn naturalnych (zakłócenia naturalne) takich jak pożary, powodzie, susze, erupcje wulkaniczne, huragany, tornada, erozja gleby, trzęsienia ziemi; oraz w czasie geologicznym, np. przesuwanie i cofanie się lodowców. Może być ono powodowane także działalnością człowieka (antropopresja), do których zaliczyć można zrywke drewna, wylesianie, meliorację mokradeł, oczyszczanie terenów pod uprawy, zanieczyszczenie wody, czy introdukcję na dany obszar gatunków wcześniej tu nie występujących, niekiedy określanych mianem gatunków obcych czy inwazyjnych. Zakłócenie może występować w różnych skalach czasowych. Najbardziej rozległe zakłócenia, takie jak zlodowacenia, pociągają za sobą wydarzenia w skali krajobrazowej i mogą dotyczyć całych kontynentów. Niektóre zakłócenia mają jednak charakter bardziej lokalny, czego przykładem mogą być powodzie i obsunięcia ziemi. Kiedykolwiek ekosystem jest narażony na istotne wydarzenie o charakterze zakłócenia, osobniki lub nawet gatunki maga być osłabiane lub zabijane (wymieranie gatunków). Innym przykładem ekologicznej szkody mogą być zmiany w biegu wód i w procesach hydrologicznych lub skażenia. Jednakże, gdy wydarzenie o charakterze zakłócenia zakończy się, rozpoczyna się proces sukcesji, w wyniku którego może powstać ekosystem podobny do egzystującego na tym terenie przed zakłóceniem. Różnorodność biologiczna zależy od naturalnego zakłócenia. Zwykle sukces szerokiego rozmieszczenia gatunku, dla wszystkich grup taksonomicznych, jest blisko związany z naturalnymi zakłóceniami typu pożar, powódź czy wichura. Rozdział 5 - Zakłócenia naturalne i spowodowane przez człowieka 2. Zakłócenia o charakterze naturalnym W ekosystemach słodkowodnych najczęstszymi naturalnymi zakłóceniami o charakterze nieprzewidywalnym (epizodycznym lub nagłym) są susze i powodzie. Susze są powodowane przez niedostateczną ilość opadów atmosferycznych przez dłuższy okres czasu i powinny być rozważane za odnoszące się do długo terminowego średniego stanu równowagi pomiędzy opadami atmosferycznymi i ewapotranspiracją (parowanie + transpiracja) na konkretnym obszarze. Inne czynniki klimatyczne takie jak wysoka temperatura, silny wiatr i względnie niska wilgotność powietrza są często powiązane z suszami. W początkowej fazie suszy ma miejsce stopniowy spadek opadów atmosferycznych, zanik powierzchniowych wypływów strumieni, spadek wilgotności gleby i obniżanie poziomu wód gruntowych. W surowych suszach całe odcinki strumieni mogą tracić ślady powierzchniowych wód. Strumienie i rzeki tracą połączenia między sobą, a wody gruntowe wypływ (ryc. 1). Koryta strumieni mogą zostać pofragmentowane na liczne zbiorniki wody stojącej, mogące dalej egzystować jako stałe i zatrzymywać wodę podczas całego okresu suszy, lub też funkcjonować jako zbiorniki okresowe i wysychać. W efekcie ograniczonego napływu wód z rzek, estuaria mogą tracić połączenie z morzem i lagunami, z niską jakością wody która może opróżniać populacje organizmów estuaryjnych. Nagłe susze są nieprzewidywalne w długości czasu trwania, z tego powodu są trudniejsze dla organizmów, które mają z nimi do czynienia. W skutek takich ekstremalnych wydarzeń organizmy znacznie częściej giną niż wykształcają zdolności do zaadaptowania się do nowych warunków. Zgrupowania wodne charakteryzują się adaptacjami do wilgotnych środowisk. Susze wypływają na obniżanie się poziomu wód, z tego powodu liczba siedlisk dostępnych dla większości wodnych gatunków zmniejsza się. Może to prowadzić do znacznego zwiększania zagęszczenia słodkowodnych zwierząt w małych zbiornikach, w których takie czynniki jak: wysokie temperatury wody, niski poziom tlenu i mała dostępność pożywienia, mogą być dla nich śmiertelne. Poważne zmiany w zgrupowaniach słodkowodnych zwierząt powodowane są także przez przypadkowe lub epizodyczne powodzie. Powódź jest wysokim przypływem lub nadmiarem (przelewem) wody ze strumienia, rzeki lub podobnego koryta wodnego. Epizodyczne powodzie są szybko wzbierającymi powodziami, które zwykle występują w efekcie krótkotrwałych (do kilku godzin) ale ulewnych deszczy. Do zaistnienia powodzi przyczynia się kilka czynników. Dwa kluczowe elementy to intensywność i czas trwania opadu deszczu. Intensywność jest odwzorowaniem tempa opadu do czasu jego trwania. Topografia, warunki glebowe i pokrycie roślinne odgrywają ważną rolę w przepowiadaniu, gdzie powódź może wystąpić. Powodzie mogą być niszczące dla zgrupowań wodnych, jak to było obserwowane, np. w Hiszpanii, gdy wylały dwa strumienie: La Rambla del Moro - należący do zlewni rzeki Seruga, i Matarranya, należący do zlewni rzeki Ebro. W każdym przypadku populacja wodnych makrobezkręgowców została zredukowana o 97-99%, a liczba taksonów, roślinnych i zwierzęcych grup, została zredukowana do 32-40% stanu znanego wcześniej. Działalność człowieka pogorszyła wpływ działania nadmiernych opadów atmosferycznych. Urbanizacja, wybrukowane powierzchnie wzdłuż cieków wodnych z ogólnym zniszczeniem budowlanym towarzyszącym powodziom, są jednymi z głównych czynników pogarszających w dzisiejszych powodziach. Wiele domów zostało wybudowanych na terasach zalewowych i deszcz nie ma dostępu Ryc.1. Wyschnięte koryto rzeczne, Kreta, Grecja. 57 58 Rozdział 5 - Zakłócenia naturalne i spowodowane przez człowieka do gleby, w efekcie czego nie może przeniknąć do wód gruntowych. Czterdzieści lat temu takie miejsca nie byłyby wykorzystane pod zabudowę, ale dziś wiele krajów posiada doświadczenia z takich obszarów z dramatycznymi powodziami z ostatnich lat. Lokalne i krajowe przepisy w zakresie planowania, nastawione na budowę większej liczby budynków mieszkalnych, powinny wykorzystywać plany powodziowych przy konstrukcji. Wylesianie, oczyszczanie obszarów pod uprawy roślin, oraz pożary także pogarszają konsekwencje nadmiernych opadów deszczu. W ostatnich latach możemy obserwować bardziej kapryśne modele pogodowe oraz więcej powodzi w efekcie zmian klimatycznych (Ryc.2). Ryc.2. Powódź - po okresie pożarów latem 2006, Halkidiki, Grecja. ZAPIS 1. REGION ŚRÓDZIEMNOMORSKI Na obszarze śródziemnomorskim występują sezonowo okresowe susze i powodzie (Ryc.3). Większość tamtejszych strumieni ma także charakter okresowy (zobacz także Rozdział 3) z okresem suszy w czasie lata i okresem powodziowym jesienią, zimą lub wiosną. Te sezonowe susze i powodzie nie są zaliczane jako zakłócenia ponieważ słodkowodne zwierzęta i rośliny mogą przeżyć oba okresy dzięki przystosowaniom fizjologicznym, morfologicznym, cyklom życiowym czy specyficznemu zachowaniu. Cykliczne susze i powodzie są bardzo ważne dla strumieni śródziemnomorskich. Tak jak w przypadku strumieni stałych, które mogą ponosić uszczerbek niespodziewanymi epizodycznymi suszami, także niektóre osobniki/gatunki fauny strumieni okresowych mogą nie przeżywać, jeśli strumień wysycha na okres roku, lub jeśli czas trwania lub przebieg suchego okresu w jakikolwiek sposób ulega poważnym zmianom. Ryc.3. Okresowa susza (z akumulacją liści w korycie) i fala wezbraniowa w strumieniu śródziemnomorskim, Kreta, Grecja. Rozdział 5 - Zakłócenia naturalne i spowodowane przez człowieka 3. Zakłócenia powodowane przez człowieka Działania człowieka powodują wiele negatywnych efektów takich jak efekt cieplarniany, kwaśne deszcze, lub organiczne i toksyczne zanieczyszczenia wody. Równolegle ze brakiem ograniczania wody do celów domowych, przemysłowych i nawadniania, oraz budowaniem tam i zbiorników zaporowych, może to prowadzić do poważnych zakłóceń w funkcjonowaniu ekosystemów słodkowodnych. Wody słodkie naturalnie zawierają związki chemiczne rozpuszczone z gleby i skał, przez które przepływają. Głównymi elementami nieorganicznymi są wapń, magnez, sód, potas, węgiel, chlor, siarka, oraz roślinne pierwiastki biogenne, takie jak azot, krzem i fosfor. Składniki organiczne pochodzące z rozkładających się materiałów biologicznych także mogą być obecne w wodzie. Związki chemiczne wynikające z działalności ludzkiej, zwiększające koncentrację specyficznych składników ponad ich naturalne poziomy, mogą powodować problemy z zanieczyszczeniem wody i są nazywane zanieczyszczeniami. Zanieczyszczenia mogą być pobierane przez rośliny i zwierzęta poprzez kontakt ze skażonymi osadami, lub bezpośrednio z toni wodnej. Nowoczesne rolnictwo zależy od nawozów sztucznych, pestycydów, czy nawadniania, co służy do produkcji wysokiej jakości plonów na potrzeby człowieka i zwierząt hodowlanych. W celu maksymalizacji wydajności plonów, nawozy bazujące na azocie są rozsiewane na powierzchni gruntów pod uprawy. Dodatkowo, fosfor i inne istotne minerały mogą być także używane, gdy ich brakuje lub zostały wypłukane z gleby. W celu ulepszenia produkcji, często używane na polach uprawnych są herbicydy (do zabicia chwastów) i insektycydy (to zabicia owadów). Nie wszystkie nawozy i pestycydy pozostają w miejscach, gdzie zostały użyte; w konsekwencji niektóre z nich przedostają się do Ryc. 4. Eutrofizacja jeziora Kornas, Kreta, Grecja. Ryc. 5. Eutrofizacja strumienia Aposelemis, Kreta, Grecja. 59 Rozdział 5 - 60 Zakłócenia naturalne i spowodowane przez człowieka atmosfery, spływają do wód gruntowych, lub są niesione do jezior i strumieni, przyczyniając się do wzrostu ich zanieczyszczania. Pestycydy, herbicydy i insektycydy mogą zwiększać toksyczność wód, podczas gdy nawozy, które zawierają dużą ilość pierwiastków biogennych (azot i fosfor), mogą powodować eutrofizację zbiornika (Fig. 4, 5), nadmierny wzrost roślin i glonów wodnych, oraz sinic. Kiedy organizmy te giną, zaczynają ulegać rozkładowi biologicznemu, ich szczątki zużywają tlen rozpuszczony w wodzie, obniżając zawartość tlenu dostępnego dla ryb i innych organizmów wodnych. Przemysł jest głównym odpowiedzialnym za wzrost zawartości dwutlenku węgla i innych gazów w atmosferze, które znane są jako efekt cieplarniany i pociągają za sobą zmiany klimatyczne (Ryc.6). Uważa się, że akumulacja tych gazów obniża warstwę ochronną Ziemi, w efekcie więcej promieniowania słonecznego jest pochłanianego i chwytanego w atmosferze Ìillion metric tons of carbon Global carbon dioxide emissions from human activities 1750 -2004 Total CO2 emissions from fossil fuels CO2 emissions from gas fuel consumption CO2 emissions from liquid fuel consumption CO2 emissions from solid fuel consumption CO2 emissions from cement production CO2 emissions from gas flaring Ryc.6. Światowa emisja dwutlenku węgla wynikająca z działalności człowieka w okresie od 1750 do 2004 roku. ziemskiej, powodując globalne ocieplenie. Wysokie temperatury powodują topnienie lodowców na biegunach, co prowadzi do podnoszenia się poziomu mórz. Morze jest olbrzymim źródłem zasobów dla ludzi, a niektóre z największych światowych miast są położone na wybrzeżach. Zmiana poziomu morza zniszczy te miasta i ekosystemy przybrzeżne odgrywające ważną rolę w zachowaniu różnorodności biologicznej, takie jak delty rzek, mokradła, bagna, czy nisko położone lasy. Zanieczyszczenie wody jest jednym z najważniejszych niepomyślnych wpływów powodowanych działalnością człowieka na zbiorniki wodne, takie jak jeziora, rzeki, oceany i wody gruntowe. Zanieczyszczenie wody ma wiele przyczyn i cech charakterystycznych. Zrzuty ścieków powodują zagrożenie zanieczyszczeniami odkąd zawierają ponadnormatywne koncentracje nutrietów i związków toksycznych. Przemysł wypuszcza różne typy zanieczyszczeń w zużywanej przez niego wodach, w tym metale ciężkie, toksyny organiczne, oleje, pierwiastki biogenne i ciała stałe, zwiększając tym samym toksyczność wody. Przemysł jest także głównym odpowiedzialnym za kwaśne deszcze oraz depozycji kwaśnych składników deszczu, śniegu, rosy, lub cząstek suchych. Kwaśny deszcz występuje, gdy dwutlenki siarki i tlenki azotu są emitowane do atmosfery, przechodzą chemiczną transformację, i są absorbowane przez krople wody w chmurach. Następnie krople spadają na powierzchnię ziemi pod postacią deszczu, mgły, suchego pyłu, gradu lub deszczu ze śniegiem. Zwiększa to kwasowość gleby, oraz zakłóca chemiczną równowagę jezior i strumieni. Kwaśny deszcz zwiększa kaskadę efektów, które szkodzą, redukują lub zabijają poszczególne gatunki i populacje. Innym dużym zagrożeniem dla słodkowodnych ekosystemów są podnoszone zapotrzebowanie na wodę dla celów komercyjnych, domowych, przemysłowych i irygacyjnych. Rozdział 5 - Zakłócenia naturalne i spowodowane przez człowieka ZAPIS 2. ZANIECZYSZCZENIA WÓD A OBSZAR ŚRÓDZIEMNOMORSKI Obszar wokół Morza Śródziemnego jest dość suchy, a opady deszczu na większości obszarów lądowych są wysoce zróżnicowane, z suchymi okresami podczas trwania lata. Wody słodkie są dość rzadkie na tym obszarze, mają ograniczoną objętość i dość często tymczasowy wypływ. Zarówno powierzchniowe jak i podziemne wody, w wielu przypadkach bezpośrednio ze sobą połączone, zostały mocno zdegradowane w wyniku działalności człowieka. Zanieczyszczenia z rolnictwa (Ryc.7), źródeł miejskich i przemysłowych, takie jak pierwiastki biogenne, chemikalia, nawozy i pestycydy, zmieniają równowagę ekosystemów i skutkują zakwitami glonów i sinic, z efektami toksycznymi i ostrym lub chronicznym skażeniem. Niestety zanieczyszczenia nie są rozpuszczane na obszarze śródziemnomorskim, ponieważ opad deszczu jest tu minimalny, więc mają one bardziej wyraźny wpływ na ekosystem słodkowodny niż byłoby to w przypadku krajów z większą ilością opadów atmosferycznych. Z tych powodów zasadnicze znaczenie dla obszaru śródziemnomorskiego odgrywa plan zarządzania zasobami wodnyNawadnianie jest największą kategorią zużycia wody na świecie. Nowe technologie w sektorze przemysłowym wymagają zużycia mniejszej ilości wody, udoskonalonych, bardziej wydajnych procesów przemysłowych, wzrastającego recyclingu wody, wyższych cen energii, oraz zmian w regulacjach prawnych, co będzie prowadzić do zmniejszenie zużycia wody. Podnoszenie świadomości na temat zasobów wodnych i aktywnych programów ich ochrony u opinii publicznej, w wielu krajach przyczynia się do redukcji zapotrzebowania na wodę. Ryc. 7. Ścieki olejowe w strumieniu śródziemnomorskim, Kreta, Grecja mi w zgodności z inicjatywami Dyrektywy Wodnej 60/2000 (ang. Water Framework Directive). 61 62 Rozdział 6 - Ochrona i zrównoważony rozwój ekosystemów słodkowodnych ROZDZIAŁ 6 OCHRONA I ZRÓWNOWAŻONY ROZWÓJ EKOSYSTEMÓW SŁODKOWODNYCH Myroula Hadjichristophorou Biolog, doktor nauk przyrodniczych, Zakład Rybołówstwa i Badań Morskich, Ministerstwo Rolnictwa, Zasobów Naturalnych i Środowiska, Cypr Andreas Demetropoulos Biolog, doktor nauk przyrodniczych, Cyprus Wildlife Society, Cypr Ryc. 1 Kampanula pelviformis, gatunek endemiczny na Krecie, występujący w siedliskach zlokalizowanych w pobliżu rzek. Ekosystemy słodkowodne są najbardziej zagrożone spośród wszystkich ekosystemów naturalnych. Są one bardzo bogate w różnorodne typy siedlisk wodnych i liczne gatunki roślin i zwierząt, często z reprezentacją gatunków rzadkich lub unikalnych tzw. gatunków endemicznych, których zasięg ograniczony jest do specyficznego obszaru występowania – dotyczy to w szczególności rzek, gdyż ekosystemy rzeczne w porównaniu z jeziorami są bardzo stare (biorąc pod uwagę czas geologiczny). W słodkowodnych ekosystemach znacznie szybciej obserwujemy wyraźną redukcję biologicznej różnorodności – w porównaniu z ekosystemami lądowymi czy wodami mórz i oceanów. Odporność ekosystemów wodnych, podatność na różnego typu zakłócenia jest ściśle zależna od zasobów wody słodkiej, której ilość jest coraz bardziej ograniczona w szczególności dotyczy to obszarów śródziemnomorskich. Ponadto, ekosystemy słodkowodne są bardziej narażone na powszechne niebezpieczeństwa typu: sztuczne osuszanie, nadmierne wydobywanie zasobów wód gruntowych, zabudowa hydrotechniczna. Ryc. 2 Pelophylax cretensis, gatunek endemiczny na Krecie. Odporność ekosystemów wodnych, podatność na różnego typu zakłócenia jest ściśle zależna od zasobów wody słodkiej, której ilość jest coraz bardziej ograniczona w szczególności dotyczy to obszarów śródziemnomorskich. Ponadto, ekosystemy słodkowodne są bardziej narażone na powszechne niebezpieczeństwa typu: sztuczne osuszanie, nadmierne wydobywanie zasobów wód gruntowych, zabudowa hydrotechniczna. Rozdział 6 - Ochrona i zrównoważony rozwój ekosystemów słodkowodnych ZAPIS 1. KREWETKA ARTEMIA SALINA I FLEMINGI Rośliny i zwierzęta, które zamieszkują tereny podmokłe, są często zależne od szczególnego reżimu wodnego. Krewetka solankowa Artemia salina (słonaczek) - na początku zimy potrzebuje wody o niskim zasoleniem. Zasolenie powinno być wystarczająco niskie, aby zapewnić dalszy rozwój, tj. aby z cyst (jaj) Artemia salina wylęgały się młode osobniki. Larwy następnie przechodzą rozwój do postaci dorosłych i produkują cysty. Jeżeli z jaj krewetki Artemia salina nie wylęgają się młode osobniki - to oznacza, że flamingi, które normalnie żywią się krewetką Artemia, nie będą mieć dostatecznej ilości jedzenia i będą musiały szukać innego pokarmu i miejsca żerowania. W konsekwencji, należy pomiętać, że jeżeli dostateczna ilość słodkiej wody nie zasili słonych jezior, flamingi nie będą mieć wystarczającej ilości pokarmu. Ryc. 3. Jaja krewetki solankowej Artemia na brzegu słonego jeziora Larnaka. Po opuszczeniu jaj krewetki są ważnym źródłem pokarmu dla flamingów i ptaków. ZAPIS 2. EUTROFIZACJA Nawozy sztuczne używane w rolnictwie spływają w danym zlewisku wodnym do najniższych punktów zlewni - rzek i jezior. Wysokie koncentracje pierwiastków biogennych mogą bezpośrednio powodować wzrost trofii wody (wzbogacenie wody w nutrienty), wywołać nadmierny wzrost glonów (np. zakwity sinic) i w konsekwencji, doprowadzić do symptomów eutrofizacji. Eutrofizacja wody może doprowadzić, przy odpowiednich warunkach środowiskowych do dalszej spadku koncentracji tlenu rozpuszczonego w wodzie, następnie do warunków beztlenowych oraz w konsekwencji do utraty siedlisk wodnych i redukcji biologicznej różnorodności gatunkowej. Ryc. 4. Intensywny rozwój glonów w strumieniu (Kreta, Grecja) 63 64 Rozdział 6 - Ochrona i zrównoważony rozwój ekosystemów słodkowodnych ZAPIS 3. INWAZJA OBCYCH GATUNKÓW Okoń nilowy (Lates niloticus) jest potężną rybą słodkowodną, która może osiągnąć 200 kg i dwa metry długości. Został on wprowadzony do Jeziora Wiktorii w 1954, co przyczyniło się do katastrofy ekologicznej, w efekcie której wyginęło ponad 200 endemicznych gatunków ryb w wyniku konkurencji o pokarm. Procambarus klarkii zwany rakiem luizjańskim (czerwony rak błotny) jest także gatunkiem inwazyjnym. Jako gatunek o małych wymaganiach środowiskowych przedostał się do wielu zbiorników wodnych na Cyprze i może spowodować poważne zagrożenie dla gatunków rodzimych. Ryc. 5. Procambarus clarkii ZAPIS 4. OCHRONA OBSZARÓW WODNO-BŁOTNYCH Konwencja Ramsar (ang. Ramsar Convention on Wetlands) traktuje obszary wodno-błotne jako ekosystemy, które są ważne nie tylko dla zachowania i ochrony biologicznej różnorodności, ale stanowią zasoby o wielkiej wartości gospodarczej, kulturalnej, naukowej i rekreacyjnej, a ich utrata byłaby nie do naprawienia. Konwencja została zatwierdzona w 1971 w irańskim mieście Ramsar (weszła w życie w 1975 roku) - uwzględniając podstawowe funkcje ekologiczne obszarów wodno-błotnych jako regulatorów stosunków wodnych oraz jako środowiska życiowego charakterystycznej flory i fauny, a w szczególności ptactwa wodnego. W dniu 1 maja 2003 miała już 136 uczestników. Ponad 1280 ekosystemów słodkowodnych zostało wyznac- zonych w Wykazie Obszarów Wodno-Błotnych o Międzynarodowym Znaczeniu, pokrywając teren około 108.7 milionów hektarów (1.87 milionów km2), czyli więcej niż łączna powierzchnia Francji, Niemiec i Szwajcarii. Inicjatywa MedWet (ang. The Mediterranean Initiative of the Ramsar Convention on Wetlands) - powstała w ramach Konwencji Ramsar i jest związana z inicjatywą ochrony obszarów wodno-błotnych regionu śródziemnomorskiego. Dwa obszary wodno-błotne zostały objęte konwencją Ramsar na Cyprze: Jezioro Salt Lake w Larnace (Ryc. 6) i jezioro Akrotiri Salt Lake. Obydwa jeziora są jeziorami okresowymi, zasiedlanymi przez tysiące flamingów i innych gatunków ptaków wodnych. Ryc. 6. Słone jezioro Larnaca było pierwszym ekosystemem wodnym na Cyprze objętym konwencją Ramsar. Rozdział 6 - Ochrona i zrównoważony rozwój ekosystemów słodkowodnych ŚRODOWISKO NATURALNE JEST W NIEBEZPIECZEŃSTWIE! - CO MOŻEMY ZROBIĆ? Bądź dziennikarzem! Zrób twój własny wywiad! Twoje środowisko wody słodkiej jest w niebezpieczeństwie. Co Twoja klasa może zrobić w tej sprawie? Zaplanuj Twój plan działań krok po kroku! Zaplanuj przeprowadzenie własnej ankiety/wywiadu. Poszukaj w starych gazetach pomysłów. Posprawdzaj w Internecie. Spytaj naukowców. Wybierz pomysły najbardziej interesujące i spróbuj zastosować je w Twoim środowisku. Przygotuj Twoje własne propozycje dla miejscowych władz. Uwierz, że możesz zrobić dużo. I zapamiętaj! Dorośli będą słuchać uważnie Twoich pomysłów! 65 Rozdział 7 - Strażnicy Wody 66 Rozdział 7 STRAŻNICY WODY Helena Tapadinhas Centrum Nauczania Dr. Rui Grácio, Regionalna Dyrekcja Edukacji w Algarve, Ministerstwo Edukacji, Portugalia Zbyt wiele zagadnień dotyczących ilości i jakości dostępnej wody jest niejasnych, nie do końca precyzyjnie określonych. Podobnie jest wiele budzących wątpliwości zachowań indywidualnych i zbiorowych dotyczących wykorzystania wody do różnych celów. Edukacja proekologiczna traktuje ten problem bardzo poważnie i dlatego może stać się aktywnym koordynatorem zmian w zakresie omawianych działań promocyjnych. Dlatego proponujemy Wam wykorzystanie metody opartej na konflikcie między “wrogiem” i “strażnikiem” wody oraz wejścia w role, które sami indywidualnie i zespołowo odgrywamy w codziennym życiu. Jesteśmy świadomi faktu, że nie mamy możliwości, by równocześnie rozwiązać wszystkie problemy związane z ochroną i właściwym zarządzaniem wodą. Ale możemy zrobić pierwszy podstawowy krok, aby zidentyfikować kilka z tych problemów i uwrażliwić na nie naszą grupę. Wspólnym celem jest zatem identyfikowanie ewidentnych negatywnych bądź pozytywnych sytuacji, łatwych do scharakteryzowania i przekazu. Utwórzmy zatem zespół strażników wody, by zwalczyć jej wrogów. Ci wrogowie są karykaturami różnych problemów związanych ze zrównoważonym gospodarowaniem wodą. Oto oni: Waldek Spłuczka – postać, która będzie prezentować zagadnienia domowej konsumpcji wody, Jaś Rozpylacz - postać związana z problemami publicznej konsumpcji wody, Marek Azotan – odnoszący się do zagadnień zanieczyszczenia terenów wodonośnych, Urban Architekt – postać, która będzie reprezentować problemy nieodnawialnego spływu powierzchownego, Pan Globus Eukaliptus - prezentujący problem niewłaściwego zarządzania lasami, Panna Nina Buldożer - postać odnosząca się do zagadnień nieprawidłowego używania urządzeń mechanicznych, oraz Dr Prosiak Brudek, prezentujący problem wzrastającego zanieczyszczenia wód powierzchniowych. Wierzymy, że przez artystyczne wyrażenia jest możliwe przedstawienie poważnych problemów bez wzbudzania urazy u jakichkolwiek członków naszej społeczności. “Strażnicy Wody” oferują swoje usługi wszystkim instytucjom wierząc , że wspólnie mogą pokonać wroga. Rozdział 7 - Strażnicy Wody Odnośnie treści proekologicznych to Strażnicy chcą wywołać u każdego z Nas refleksję, która doprowadzi nas do określenia dokładnych przyczyn tych problemów z wodą, uświadomić zagrożenia środowiska wynikające z modelu funkcjonowania naszego społeczeństwa. Strażnicy mogą przyczynić się do tworzenia i rozwoju wartości, postaw i prawidłowych zachowań. Oto kilka tematów z obszaru zainteresowań strażników wody: 1. konsumpcja wody w szkołach i prywatnych domach; 2. problem wody marnowanej w czasie podlewania terenów zielonych; 3. zbyt duża konsumpcja produktów, do produkcji których zużywa się ogromną ilość wody; 4. ponowne wykorzystanie oczyszczonej wody pościekowej czyli reutylizacja wody (recykling). Konflikt między “wrogami wody” (postaci zaprojektowanych jako karykatury określonych problemów związanych z zarządzaniem wodą i jej użyciem) oraz “strażnikami wody” (postaci stworzonych dla każdego z tych wrogów, zatem kompetentnych aby wprowadzić w życie określone środki przeciwdziałające problemom do ich całkowitego zwalczenia). Nasze miasto zostało najechane przez grupę wrogów wody, którzy chcą sprawić, aby miasto znikło zupełnie. Jedynymi sposobami, aby móc ich skutecznie zwalczyć są nasze ściśle określone działania w codziennym życiu. Przykładowo, zakręcanie kranu podczas szczotkowania zębów - pozwala zwalczać Waldka Spłuczkę; zakaz dla Jasia Rozpylacza polewania wodą drogi asfaltowej, gdyż należy podlewać trawniki i rośliny. Jeżeli zadziałamy razem jako “strażnicy wody”, zwyciężymy. 67 Waldek Spłuczka Nieubłagany gangster, który marnuje ogromną ilość wody np. podczas spłukiwania toalet. W rezultacie, prowadzi do ruiny wiele rodzin, z powodu płatności bardzo wysokich rachunków. Kiedy ludzie myją zęby, on odkręca krany, napełnia wanny wodą lub uruchamia pralki bez ich całkowitego wypełnienia. Jaś Rozpylacz Terrorysta odpowiedzialny za ogromne publiczne marnowanie wody, np. podczas nocy podlewa ogrody i myje się w kałużach. Obraca spryskiwacze w stronę asfaltowej drogi, gdzie formują się kałuże. On również podlewa ogrody, w czasie największych upałów i kiedy pada deszcz. On przemieszcza się także w miejskiej sieci kanalizacyjnej, uszkadzając ją i powodując wielkie straty. Ponieważ porusza się bardzo szybko, może zadziałać równocześnie w kilku miejscach. 68 Rozdział 7 - Strażnicy Wody Marek Azotan Bardzo niebezpieczny najemnik opłacany przez przemysł rolniczy, by zniszczyć wodę gruntową i zatruć wszystkich. Najskuteczniej atakuje na obszarach intensywnego rolnictwa. Panna Nina Buldożer Japońska “Rambo” która, niezauważona przez nikogo oprócz mieszkańców lasu, wchodzi do dorzecza i niszczy rzekę. Niszczy również ruch oporu w naszych górach. Pomimo tego, że sieje zniszczenia, nazywa swoją pracę "CZYSZCZENIEM" . Miejski architekt Urban Dysydent architekt, który pracuje dla potężnej firmy międzynarodowej. Rozpościera się nieprzerwanie poprzez niekończącą się warstwę betonu po całym terenie i nazywa swój "atak" “ROZWOJEM”. Rozdział 7 - Strażnicy Wody 69 Pan Globus Eukaliptus Zbrodnicze warzywo, które pochodzi z Australii, ma zieloną krew, a na arenie międzynarodowej znane jest ze swojego żarłocznego pragnienia, on wysysa całą wodę z najlepszych źródeł naszej ziemi. Dr Prosiak Brudek Sławny terrorysta, który, podczas ciemnych deszczowych nocy otwiera zbrodniczo, bez wiedzy właściciela, bramy ścieków np. z fermy drobiu czy świniarni opróżniając całą zawartość, aby zanieczyścić rzeki. Niektóre miejsca często były przez niego zaatakowane. On jest ekspertem w kamuflażu i przypuszcza się, że jego kryjówka jest gdzieś w środku lasów południa Europy. Jak być Strażnikiem? Metodologia tych zajęć edukacyjnych wykorzystuje w praktyce pasmo technik "dramy" na temat np. domowego wykorzystania wody, które może odnosić się do określonych zachowań. Sama natura niektórych działań sugeruje, że niektórzy uczestnicy przyjmują rolę koordynatora a kilku z nich może utworzyć sąd. Temat sesji powinien być pierwszoplanową decyzją. Dla przykładu wybierzemy jeden z problemów, o których wcześniej wspomnieliśmy: prywatna konsumpcja wody. Etap 1: Uwrażliwienie Podzieleni na pięcioosobowe grupy, wymieniamy wiele pomysłów, największą możliwą liczbę codziennych zachowań, które w domu pomagają nam walczyć z marnowaniem wody pitnej. Rozpoczynamy od czasownika na przykład: zakręć kran kiedy namydlasz ręce. Czas dla gry - pięć minut. Sąd jest powołany po to, by otrzymać napisane efekty pracy każdej grupy i przeanalizować zachowania. Grupa, która zgromadzi najwyższą liczbę poprawnych zachowań, wygrywa. Alicja w Krainie Wody Wszyscy uczestnicy tworzą krąg i każdy się sam przedstawia używając rymowanej kompozycji z imienia i słowa związanego z wodą. Jedna osoba występuje naprzód i gestykulując mówi swój rym. Następnie robi krok wstecz i wraca na swoje miejsce w kręgu. Następnie wszyscy uczestnicy powinni ją naśladować. Ćwiczenie może zostać powtórzone z ruchami choreograficznymi i muzyką. Gra w krzesła W centrum pokoju ustawiamy krzesła - o jedno mniej niż liczba uczestników. Koordynator prosi każdego, żeby chodzić wokoło krzeseł używając ciała do wyrażania jego sugestii, np. spacer jak gdybyś był kroplami deszczu dotykającymi suchej ziemi. Kiedy koordynator klaszcze, to znaczy “siadać”. Uczestnik, który nie zdołał siąść na krześle odpada z gry. Zabawę wygrywa osoba, która pierwsza usiądzie na ostatnim pozostałym w grze krześle. Rozdział 7 - Strażnicy Wody 70 Sugestie choreograficzne dotyczące “spaceru” między krzesłami, tj. osoby uczestniczące w zabawie mogą poruszać się , jak: - woda kapiąca szybko z niewłaściwie zakręconego kranu; - woda płynąca gdy biorąc prysznic i namydlając siebie nie zakręcasz kranu; - krople wody parującej w południe; - krople wody “podróżujące” rurami do kranu w szkolnej pracowni; - krople wody spadające z zepsutego spryskiwacza. Etap 2: Tworzenie postaci Burza mózgów Każdy uczestnik, indywidualnie, wybiera jedno z zachowań opisanych przez grupę w pierwszym ćwiczeniu i zapisuje je na kawałku papieru, na przykład: „cieknący kran”. Następnie pisze na dole pierwsze pomysły, które przychodzą do głowy o postaci, która jest dręczona przez to zachowanie lub przez zachowanie przeciwne, na przykład pomysł naprawienia cieknących kranów lub pozostawienie przeciekających kranów, zgodnie z następującą listą: imię, nazwisko, wiek, fizyczne i psychiczne cechy charakterystyczne, dlaczego jest postacią znaną na całym świecie, które urazy z dzieciństwa przyczyniły się do jego “charakterystyki”, imię jego najgorszego wroga, gdzie jest on / ona jest teraz i co robi. Nie stanowi problemu fakt, jeśli kilku uczestników nie będzie w stanie określić wszystkich cech, gdyż celem tej techniki jest stworzenie bazy pomysłów, wykreowanie postaci i jej wroga. Pewne pomysły prowokują inne i pożądane jest ich zróżnicowanie. Pierwsza wymyślona postać „wróg" lub „strażnik", „dobry" albo „zły", jest określona przez jej autora, który przedstawia ją klasie. Druga postać zostaje do określona w trakcie budowania scenariusza. Budowanie typu postaci może odbywać się poprzez analogię: wybranie słynnego duetu: bohater – antybohater (przestępca, łajdak), aby móc go scharakteryzować według parametrów określonych powyżej a jednocześnie stworzyć nową parę bohaterów, jednolitą i spójną na bazie przekazu nad jakim się pracuje. Gdy wszyscy bohaterowie są już wymyśleni, każdy uczestnik przedstawia swoją postać. Na przykład Waldek Spłuczka jest duży, tłusty i spocony, ciągle bawi się spuszczając wodę, dlatego spędza cały dzień naciskając zawór … On czuje się bardzo dumny, bo wie, że jest odpowiedzialny za największe marnowanie pitnej wody w domu! Jedyną osobą, która może stawić mu czoła jest Kapitan Jeden Pięć L, którego ciało w kształcie butelki rzuca się na Waldka Spłuczkę, by ratować półtora litra wody przy każdym spłukaniu. Kreatywne gry językowe Wymyślamy twórcze imiona dla postaci. W deszczu pomysłów piszemy słowa, które odnoszą się do miejsca związanego z obrazem, który chcemy przekazać. Na przykład jeżeli to są “cieknące krany”, trzeba wywołać wiele pomysłów kojarzących się z miejscami, gdzie są krany, takie jak łazienka, a w niej: umywalka, bidet, strumień wody, szczotka, szampon, prysznic, mydło, światło, szczotka do toalety, ręcznik i tak dalej. Wtedy na zasadzie skojarzeń dokonujemy wyboru. Etap 3: Tworzymy produkty artystycznego wyrazu z przesłaniem Uczestnicy są zorganizowani w grupy zgodnie z podobieństwem do swoich postaci. W każdej grupie jest: 1. jasna i konkretna wiadomość; 2. postacie; 3. konflikt; 4. przestrzeń / czas; 5. scenariusz; 6. środki wyrazu. Przykład: 1. jasna i konkretna wiadomość: zmniejszyć marnowanie wody przez włożenie półtoralitrowej butelki do wnętrza spłuczki 2. postacie: Kapitan Jeden Pięć L i Waldek Spłuczka 3. konflikt: Kapitan Jeden Pięć L z jego butelkowo-kształtnym ciałem rzuca się na Waldka Spłuczkę, zmuszając go do zaoszczędzenia półtora litra wody za każdym razem 4. przestrzeń i czas: w naszym własnym domu 5. scenariusz: pasmo działań od czasu gdy Kapitan Jeden Pięć L przybywa do domu, idzie Rozdział 7 - Strażnicy Wody do łazienki i udaje mu się otworzyć górne przykrycie Waldka Spłuczki tak, żeby tamten nie zauważył 6. środki wyrażenia: teatr radiowy i kreskówka Opowiadanie w grupie Po zdefiniowaniu wyżej wymienionych elementów każda grupa wspólnie opowiada historię. Każdy uczestnik jest odpowiedzialny za inną część opowieści. Wszyscy siedzą w kręgu, a losowo wybrane osoby opowiadają kolejne fragmenty historyjki. Etap 4: Sugestia działań Grupa definiuje zachowania każdego z bohaterów opowiadania i określa sposoby postępowania w celu uzyskania oczekiwanych efektów. W tym przykładzie, uczestnicy angażują się, by włożyć butelkę wody do swojej spłuczki w toalecie, napisać ulotkę i wysłać to do wszystkich domów w ich mieście. W tej ulotce sugerowane jest użycie butelki i notowanie liczby korzystania ze spłuczki w czasie jednego tygodnia. Na końcu znajduje się prośba o przesłanie wypełnionej ulotki do szkoły w celu obliczenia ilości zaoszczędzonej wody. 71 Etap 5 i 6: prezentacja / praca, dyskusja / wniosek Kiedy praca została zaprezentowana podlega dyskusji, a następnie grupa definiuje i wybiera najskuteczniejszą dla swoich lokalnych warunków, strategię działań. Opisana tu metodologia pomaga, po pierwsze, podnosić świadomość, to znaczy, odkryć w sobie możliwości uczestniczenia w określonym procesie środowiskowym. Po drugie, ważna jest dyskusja, którą ścieżką podążać oraz wskazówka dla siebie i dla innych, jaką drogę zmian wybrać. To jest działalność twórcza i artystyczny produkt, który powstał po to, by zostać przedstawionym społeczeństwu. Na końcu ocenia się pracę i rozpowszechnia jej efekty. Kiedy uczestnik występuje w projekcie artystycznym, czuje się częścią grupy o określonej tożsamości, miejscu działania i określonych wartościach. Przez aktywny udział i sugerowane działania grupa staje się społecznością.
