3. Migracja zanieczyszczeń w ekosystemach

3. MIGRACJA ZANIECZYSZCZEŃ W
EKOSYSTEMACH
3.01. Ogólny schemat migracji zanieczyszczeń w ekosystemach
3.02. Emisja, imisja i transmisja zanieczyszczeń w ekosystemach – definicje
3.03. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze – wzajemne oddziaływanie
3.04. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze – erupcje wulkanów
3.05. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze – zanieczyszczenia antropogeniczne
3.06. Migracja zanieczyszczeń w wodach
3.07. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych
3.08. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych – skutki awarii w
Czernobylu (1)
3.09. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych – skutki awarii w
Czernobylu (2)
3.10. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych – DDT
3.11. Podsumowanie
3.01. Ogólny schemat migracji zanieczyszczeń
w ekosystemach
EKOSFERA
pyły i gazy
ŹRÓDŁO
SUROWCÓW
SKŁADOWISKO
ODPADÓW
1/3
migracja zanieczyszczeń
w ekosystemach podlega
takim samym prawom
jak obieg naturalnych
komponentów ekosfery
ATMOSFERA
2/3
HYDROSFERA
ścieki komunalne i
przemysłowe,
odpady zatapiane
LITOSFERA
(gleba)
odpady komunalne
i przemysłowe
nawozy, pestycydy
2
3.02. Emisja, imisja i transmisja zanieczyszczeń
w ekosystemach - definicje
emisja
przemieszczanie zanieczyszczeń
ze źródła do ekosfery w jej
pojęciu najogólniejszym
imisja
przeniesienie zanieczyszczeń do
receptorów: ludzie, rośliny, zwierzęta
transmisja
obejmuje wszystkie zjawiska zachodzące
pomiędzy źródłem a receptorem w funkcji
czasu i przestrzeni:
przemiany fizyczne i chemiczne,
reakcje wtórne (np.synergizm),
rozcieńczanie itp.
źródło emisji
E
M
I
S
J
A
T
R
A
N
ekosfera
S
I
M
I
S
J
A
M
I
S
J
A
receptory
3
1996
1995
1994
1993
1992
1991
4
2
1996
1995
1994
1993
1992
0
1991
synergetyczne – efekt silniejszy niŜ
addytywne (SO2 i NO2 kwaśne
deszcze)
6
1989
addytywne (CO2, CO i CH4 nasilanie
efektu cieplarnianego)
odczyn opadu pH
antagonistyczne (SO2 i NH3, SO2,
popiół lotny)
1990
H2S i CS2)
1990
niezaleŜne (np. SO2 i fenol, SO2 i HF,
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
1989
MoŜliwości wzajemnego
oddziaływania róŜnych substancji:
pył/NOx , pył/SO2
3.03. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze –
wzajemne oddziaływanie
4
3.04. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze –
erupcje wulkanów
1883 rok – erupcja wulkanu Krakatau:
chmura pyłu wyniesiona na 50 km, pył na
powierzchni ponad 800 tys. km2 utworzył
warstwę o wysokości 6 cm
30.03.1956 – erupcja wulkanu na
Kamczatce – 3.04.1956 zwiad lotniczy
wykrył nad południowo-zachodnią Anglią
chmurę pyłu na wysokości 15 km – w
ciągu 120 godzin pyły wulkaniczne
przemieściły się na odległość ok. 10 000
km – średnia prędkość ok. 80 km/h
1991 rok – erupcja wulkanu Pinatubo na
Filipinach – do atmosfery trafiło ok. 20
mln ton SO2 – aerozol kwasu siarkowego
utworzył pierścień wokół równika – w
ciągu 2 miesięcy zanieczyszczenia dotarły
do USA i Europy Środkowej
1994 rok
erupcja wulkanu na Kamczatce
Bezpośredni wymiar finansowy tej
katastrofy – zmniejszona o 30 %
efektywność elektrowni słonecznej
uruchomionej w 1990 roku na pustyni
Mojave w Kalifornii
5
3.05. Migracja zanieczyszczeń w atmosferze –
zanieczyszczenia antropogeniczne
Skutki obecności w atmosferze związków siarki najdotkliwiej odczuła Europa. Ogromne wysiłki
skierowane na ograniczenie emisji siarki o 30 % w stosunku do 1980 roku (Świat Nauki, grudzień
1995) nie przyniosły spodziewanych rezultatów.
Dopiero pomiary przestrzennego rozkładu zanieczyszczeń w atmosferze wykonane przy uŜyciu
lidaru zainstalowanego na pokładzie promu kosmicznego Discovery wykazały, Ŝe ogromna plama
aerozoli siarkowych rozciąga się od wybrzeŜy Ameryki aŜ do Europy (2 400 km).
Pozwoliło to odrzucić długo utrzymującą się teorię, Ŝe związki siarki emitowane w USA są
wymywane z atmosfery nad Atlantykiem. UŜywając tego argumentu Stany Zjednoczone nie podpisały
ani I ani II Protokołu Siarkowego zobowiązującego sygnatariuszy do ograniczenia emisji SO2 do
atmosfery.
Przeprowadzone symulacje komputerowe
wykazały, Ŝe 25 % związków azotu
zawartego w wodach Chesapeake Bay
pochodzi odległych o 800 km rolniczych
stanów: Pensylwanii, Ohio i Kentucky.
kolor fioletowy – zanieczyszczenia powietrza,
kolor pomarańczowy – zanieczyszczenia
powierzchni ziemi (opad), kolor niebieski –
zanieczyszczenia wody (opad), popielate romby
– opad deszczu
Świat Nauki, marzec 1996
6
3.06. Migracja zanieczyszczeń w wodach
Globalna cyrkulacja
wód oceanu światowego
• niebezpieczeństwo rozprzestrzenienia zatopionych
odpadów komunalnych i przemysłowych na całym
globie
• niebezpieczeństwo koncentracji zanieczyszczeń w
prądach morskich
W 1965 roku w Holandii pomiędzy Hagą a Harlemem fale oceanu wyrzuciły na brzeg duŜe ilości
martwych ryb, w organizmie których stwierdzono duŜą ilość siarczanu miedzi. Okazało się, Ŝe
źródłem zanieczyszczeń był przemysł chemiczny zlokalizowany nad Zatoką Meksykańską, przy
czym zawartość związków miedzi w spuszczanych ściekach nie przekraczała wartości
normatywnych. U wybrzeŜy Europy ich koncentracja była jednak 500 x większa.
W podobny sposób związki rtęci z Seatle leŜącego w pobliŜu granicy USA i Kanady dotarły
wraz Prądem Północno-Pacyficznym do zachodnich wybrzeŜy Alaski. U mieszkańców jednej z
wysepek stwierdzono obecność rtęci w organizmie w ilości 10-12 krotnie przekraczającej
poziom dopuszczalny.
7
3.07. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach
troficznych
Izotopy promieniotwórcze odkładają
się w tkankach, do których wykazują
powinowactwo chemiczne:
Izotopy promieniotwórcze wykazują równieŜ
zdolność kumulacji w kolejnych ogniwach
łańcucha troficznego
stront w kościach
przykład skaŜenia Sr90 w jednym
z kanadyjskich jezior:
jod w tarczycy
tryt w szpiku kostnym
uran w nerkach
pluton w płucach
cez wraz z krwią rozchodzi się w
całym organizmie
skaŜenie wody
1
skaŜenie osadów dennych 200
skaŜenie roślin wodnych
300
skaŜenie tkanek małŜa
750
skaŜenie kości okonia
3 000
W wyniku naziemnych prób jądrowych prowadzonych w USA w latach 50 największemu
napromieniowaniu ulegli Eskimosi i Lapończycy, chociaŜ opad pyły radioaktywnego w Arktyce był
10-krotnie mniejszy niŜ w strefie umiarkowanej.
Uproszczona budowa łańcucha troficznego: porosty (silnie absorbujące pył z powietrza) →
główny składnik poŜywienia karibu i reniferów → podstawowy pokarm Lapończyków i Eskimosów
8
3.08. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach
troficznych – skutki awarii w Czernobylu (1)
średnie roczne stęŜenie cezu 137 w
opadzie całkowitym (Polska)
w Bq/m2
średnie roczne wniknięcie iztopów
promieniotwórczych drogą
pokarmową (Polska) w Bq/osobę
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
2010
2005
2000
1995
1990
1985
1980
1975
1970
0
9
3.09. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach
troficznych – skutki awarii w Czernobylu (2)
średnie roczne stęŜenie cezu 137 w ziemniakach,
warzywach, owocach, zboŜach w Bq/kg
średnie roczne stęŜenie cezu 137
w mięsie, drobiu, rybach jajach w
Bq/kg
10
8
18
6
16
4
14
2
12
8
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
10
1986
1984
0
średnie roczne stęŜenie cezu 137 w
3
mleku w Bq/dm
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
0
1988
2
1986
4
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
1984
6
10
3.10. Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach
troficznych – DDT
Wędrówka DDT w łańcuchach troficznych
woda morska
plankton, glony
ryby, np. śledź bałtycki
mięsoŜerne ptaki morskie, foki, pingwiny
0,0001 mg/l
0,01 mg/kg masy
1 mg/kg masy
25 mg/kg tkanki tłuszczowej
70 % - mięso i produkty odzwierzęce (mleko, jaja)
25 % - skaŜone rośliny
5 % - skaŜona woda
Wszystkie łańcuchy pokarmowe prowadzące przez ziemiopłody i zwierzęta
do człowieka wykazują zdolności kumulowania toksyn i substancji
promieniotwórczych.
11
3.11. Podsumowanie
Migracja zanieczyszczeń w atmosferze
• czynniki meteorologiczne
• czynniki topograficzne
• charakterystyka emitora
Migracja zanieczyszczeń w wodach
• prądy morskie i nurt rzeczny
• regeneracja wód (stopień rozcieńczenia – zanieczyszczenia poniŜej 5 %
objętości wody, intensywność wymiany wód)
Migracja zanieczyszczeń w glebach (za pośrednictwem wody i powietrza)
• intensywność wymiany powietrzno-gazowej
• stopień przepuszczalności wód z opadów atmosferycznych (prędkość
przepływów pionowych (iły - 4 mm/h, piaski - 4 m/h)
• prędkość poziomych przepływów wód w formacjach górotworów
Migracja zanieczyszczeń w łańcuchach troficznych (kumulacja najczęściej w tkance
tłuszczowej)
12