EKOLOGIE A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ II Se souhlasem autorů použitých materiálů sestavil doc.RNDr. Pavel Rödl,CSc., & RNDr. Sylva Rödlová, Ph.D pro potřeby studentů 3.LF UK v Praze neprošlo jazykovou úpravou 2012

perspektivy jsou spíše pesimistické ovzduší Mimořádné zasedání OSN v r. 1997 konstatovalo,že až na výjimky (ovzduší velkoměst několika vyspělých států) se environmenální kvalita globálního ekosystému zhoršuje ve všech ukazatelích perspektivy jsou spíše pesimistické

Struktura atmosféry Složení atmosféry Troposféra – mraky, srážky, blesky, smog,… Díky relativně husté vrstvě plynů odráží část slunečního záření zpět na zem a tím udržuje její teplotu Stratosféra – ve vrchní části je vyšší procento stratosférického ozonu – tzv. ozónová vrstva Mezosféra Termosféra Exosféra Složení atmosféry 78% dusík, 21% kyslík, 1% ostatní

ovzduší – jednotlivé vrstvy Složení: kyslík (21 %), inertní plyny – dusík, argon apod.(79%) Ohrožení hlavních škodlivých příměsí: 1. skleníkové plyny 2. látky poškozující ozónovou vrstvu 3. ostatní škodlivé příměsi (SO2, NO, NO2, amoniak, organické látky vzniklé odparem benzinu apod., rozptýlené tuhé látky, částice < 10 m, těžké kovy a polycyklické aromatické uhlovodíky 4. Troposférický (přízemní) ozón a další oxidanty

Míra významu antropogenního efektu je předmětem diskusí a sporů Skleníkový efekt proces, při kterém atmosféra způsobuje ohřívání planety tím, že absorbuje dopadající sluneční záření a zároveň brání jeho zpětnému odrazu do prostoru Přírodní skleníkový efekt se vyskytuje přirozeně na Zemi stejně jako na jiných zemských tělesech (Mars, Venuše, Titan), která mají atmosféru Antropogenní skleníkový efekt (přídavný) je způsoben lidskou činností a způsobuje globální oteplování Míra významu antropogenního efektu je předmětem diskusí a sporů

ovzduší skleníkové plyny Vodní pára …………. 62 % - Oxid uhličitý ………… 22 % - dýchání, rozklad organických látek, půdotvorná a vulkanická činnost, spalování Troposférický ozón … .7 % Oxid dusný ……..……. 4% - spalování fosilních paliv a biomasy. hnojení - Metan ……………… .. 2,5 % - bahenní plyn, vulkanická činnost, chov dobytka, těžba plynu a uhlí, skládkování Ostatní plyny …..……..2,5 %

Kjótský protokol (1997): Průmyslově vyspělé státy mimo USA se zavázaly snížit emise skleníkových plynů do roku 2012 o 5,2 % oproti r. 1900.

vznik a rozklad ozónu přirozenou cestou O2 …UV 180 – 240 nm… O + O (tzv. fotochemická reakce) O2 + O ….  O3……….UV 200 – 300 nm ….. O2 + O UV záření - 5% slunečního záření Typ Vlnová délka (nm) škodlivost Pohlcení v atmosféře UV - A 320 - 400 neškodné málo UV - B 280 - 320 letální silně UV - C 180 - 280

ozón - měření, zdravotní rizika Stratosférický ozón - 90% ozonu je v pásu mezi 15. a 40. km nad zemí (stratosféra), zde je zcela pohlceno UV-B záření - Obsah O3 v atmosféře se měří v Dobsonových jednotkách (DU) 100 DU = sloupec čistého ozónu o výšce 1 mm - Snížení obsahu ozónu ve stratosféře o 1 % = zvýšení příkonu UV B záření - poškození DNA, rakovina kůže a očí, snížení imunity lidí i ostatních živočichů „ozónová díra“ = ztenčení ozónové vrstvy Troposférický ozón 10 % ozónu se nachází do výšky 1,5 m nad zemí v nejnižší vrstvě atmosféry (v tzv. troposféře …0 - ? ) a jeho obsah díky znečištění NOx (z automobilové dopravy) stále vzrůstá - zdravotní rizika: dýchací obtíže, onemocnění sliznic, očí

rozklad ozónové vrstvy chloro - a fluoro- deriváty uhlovodíků („freony“) : Cl + O3 ……… ClO + O2 rozklad ozonu nejsnadněji při O + ClO ……… Cl + O2 nízké teplotě, proto „ozónové O + O3 ……… 2 O2 díry“ nad oběma póly

smog Zimní smog (redukční smog / smog londýnského typu) obsahuje celou směsici látek, zejména SO2, prašný aerosol (dále SPM z anglického termínu suspended particulate matter), dále CO, NO2 a různé organické složky. Částice jsou v převážné většině (asi 90 %) respirabilní a jejich chemické složení je do značné míry variabilní. Jsou tvořeny hlavně sazemi, sulfáty, nitráty, amonnými ionty, těžkými kovy (např. Cd a Pb) a organickými sloučeninami (např. benzo-a-pyren). Nejdůležitějším zdrojem SO2 je spalování fosilních paliv. Pro Evropu jsou přirozené zdroje SO2 ve srovnání se zdroji antropogenními zanedbatelné, v globálním měřítku však naopak převládají zdroje přirozené. Nejzávažnější smogovou epizodou, ke které kdy v historii došlo, byla známá a v literatuře často citovaná epizoda v prosinci 1952 v anglickém Londýně, kdy maximální koncentrace SO2 a SPM dosahovaly u každé látky až 5000 ug.m-3. Udává se, že zapříčinily úmrtí asi 4000 lidí (The Environment in Europe: A Global Perspective (1992). RIVM Bilthoven, the Netherlands.)

smog Fotochemický smog : významným typem znečištění ovzduší je tzv. fotochemický smog, označovaný též jako smog oxidační, letní či smog losangeleského typu. Samotný název napovídá, že se jedná o jev působící zejména v letním období roku. Látky, které jej tvoří, vznikají fotochemickými reakcemi a mají silné oxidační účinky. Prvně byl popsán v oblasti Los Angeles v USA, kde vzniká v důsledku značného dopravního zatížení města a intenzivního slunečního záření.    Podstatnou složkou oxidačního smogu a současně jeho významným indikátorem je troposférický ozon. Ozon je označován za sekundární znečišťující láku v ovzduší. Nemá totiž vlastní významný emisní zdroj, ale vzniká v troposféře celou řadou chemických reakcí z tzv. prekursorů, kterými jsou oxidy dusíku a těkavé organické látky (VOC - z anglického termínu Volatile Organic Compounds) pocházející zejména z autodopravy, v důsledku působení intezivního slunečního záření. Přízemním ozonem jsou zatíženy zejména oblasti ležící v závětří velkých městských a průmyslových aglomerací, vysoké koncentrace jsou měřeny na horských stanicích (v důsledku zvyšující se intenzity sluneční radiace s rostoucí nadmořskou výškou)

Ohrožení ovzduší vnitřního prostoru budov (není věnována potřebná péče) tabákový kouř a polycyklické aromatické uhlovodíky, a CO, vznikající hořením (kamna, krby), látky unikající ze stavebních a ostatních materiálů (těkavé org. látky, aerosoly, deodoranty, kosmetické přípravky, karcinogenní radon ze stavebních materiálů a podložních hornin s obsahem radionuklidů), mikroorganismy a alergeny (roztoči z domácího prachu, alergeny ze švábů, ostatního hmyzu, zvířat v zájmovém chovu i nežádoucích uživatelů budov – např. holubů, spory vláknitých hub – plísní apod.) křemičitý prach – silikóza, vlákna azbestu – nádory plic Snaha po zlepšení : čističe vzduchu, odsavače, vysavače s filtry, zvlhčovače vzduchu, klimatizace, rekuperace s minimem přísunu venkovního vzduchu, nové stavební a užitkové materiály

ovzduší Ohrožení ovzduší regionální (stovky a tisíce km) a globální (celoplanetární) - kyselá atmosférická depozice (sloučeniny síry a dusíku) - letní smog se zvýšenými koncentracemi ozónu - řada škodlivin typických pro velkoměsta objevena nad Grónskem  globální charakter znečištění

VODA Chemicky čistá voda, obsahující jen molekuly vody v přírodě neexistuje. Veškeré příměsi organické i anorganické lze klasifikovat jako znečištění. Nerozpuštěné částice < 1m zůstávají ve vodním sloupci a odstraňují se obtížně. Činností člověka se do vody dostávají různé látky, snižující její využitelnost. Pro její posouzení existuje řada norem a kritérií. Zdroje znečištění bodové - průmyslové a městské odpadní vody, havárie plošné - smyv a průsaky škodlivin z polí, srážky (nízké pH) difúzní - horská roztříštěná zástavba, města bez kanalizace

Zdravotní rizika ze znečištěných vod: Alimentární methemoglobinémie: především u kojenců po zvýšeném příjmu dusičnanů, ve střevech redukce na dusitany, které působí neschopnost hemoglobinu přenášet kyslík, též nádory Zažívací, střevní a další onemocnění po požití koliformních bakterií (Salmonella, Shigella, Vibrio, Pasterella), ale i virů (hepatitida), buněčných (Entamoeba histolitica, Leptospiry, Toxoplasmosa apod.) a ostatních parazitů (vajíčka tasemnic, škrkavek, larvy motolic apod. Zhoršení chuťových vlastností vody - celá řada nežádoucích příměsí Akutní zdravotní poruchy - i malá množství některých chemikálií, např. kyanidy

Základní typy znečištění vod Znečišťující látky jsou odnášeny řekami do moře, kde se hromadí ve formě sedimentů. Společně s četnými ropnými haváriemi a ostatním odpadem z námořní dopravy způsobují degradaci některých mořských ekosystémů. Základní typy znečištění vod Patogenní organismy (viry, bakterie, spóry atd.) Indikace na přítomnost koliformních bakterií (Escherichia coli). Ve100ml pitné vody nesmí být ani jedna (WHO). Indické řeky pro průtoku městem jich obsahují až 24 milionů. Organické látky netoxické. Jejich rozkladem se snižuje spotřeba kyslíku a jeho dostupnost pro ostatní organismy

3. Základní živiny (dusík, fosfor) poškozují především povrchové, ale i spodní vody v Evropě a Severní Americe následkem používání hnojiv …. Eutrofizace. WHO norma pro dusičňany (redukce na dusitany… souvislost s nádory) v pitné vodě: 100 mg/ 1l (v ČR 50 a pro kojence 15) 4. Těžké kovy (kadmium, rtuť chrom, nikl, zinek lokálně, olovo - globálně). V lidském organismu se kumulují, vliv na zdraví ??? Organické toxické látky (PCB, PCDD, PAH, pesticidy, ropné látky atd.)

6. Suspendované látky (organické i anorg 6. Suspendované látky (organické i anorg. Látky, ukládající se v moři jako sedimenty 10 a více t/1 km2 povodí. 7. Zvýšená koncentrace solí (salinizace) vzniká kombinací zavlažování, nevhodným drenážováním a vysokou teplotou v subtropických a tropických oblastech – (značný odpar). Efekt známý již 6000 let. Současně ohroženo skoro 1000 000 km2 zavlažovaných ploch. 8. Odpadní teplo – fyzikální znečištění v chladících věžích 9. Radioaktivita – některé vody jsou přirozeně radioaktivní vlivem Rn222, ale i jako následek manipulace s radionuklidy

Chemicko-fyzikální ukazatele kvality vody Vodivost – udává množství rozpuštěných látek, iontů, nespecifické stanovení pH – určuje se podle ní agresivita vody, přírodní vody 4,5 – 8,3 pH Rozp. O2 – důležité pro organismy a určení množství org. látek (rozklad) Chlor – určení splaškových vod (člověk denně vyloučí 9g chloridů) Vápník a hořčík – určují tvrdost vody, vyluhování záleží na množství CO2 Křemík – důležitý zejména na jaře pro růst rozsivek (ztěžují úpravu pitné vody) Oxid uhličitý – ovlivňuje pH, rozpustnost látek, procesy úpravy Organické látky – stanovují se pomocí BSK5 (biologická spotřeba kyslíku bakteriemi, které rozkládají org. látky za 5 dní), CHSKMn, Cr (chemická spotř. O2 při rozkladu org. látek různými oxidačními činidly), Corg (celkový uhlík obsažen v org. látkách) Skupiny látek – fenoly, pesticidy, tenzidy, detergenty, ropné l., …

Pět tříd kvality povrchové vody I.třída: vhodná pro všechna užití (vodárenské,potravinářský průmysl, koupaliště, voda má krajinotvornou hodnotu) II.třída: vhodná pro většinu užití (viz I.) III. třída: vhodná pro průmyslové zpracování a pro závlahy, pro vodárenství jen za použití vícestupňové úpravy, má malou krajinotvornou hodnotu IV.třída: vhodná jen pro omezené účely V.třída: nehodí se pro žádný účel CHSKCr v r. 1985 a v r 2005

Ředění znečištění na indikátoru BSK5

Eutrofizace Proces obohacování vody a půdy živinami (dusičnany a fosfáty) do té míry, že tyto ekolsystémy přestávají být omezovány nedostatkem těchto živin. Přirozeně tento proces probíhá v některých ekosystémech, ale člověk ho velmi urychluje (hnojení, odpadní vody, emise oxidů dusíku). Následuje rychlý růst řas a sinic (toxiny), jejichž mrtvou biomasu rozkládají bakterie = spotřeba kyslíku. Nedostatek O2 může vést až k úhynu vodních organismů. Vodní květ – způsoben sinicemi, způsobují alergie, kožní exémy, záněty spojivek, na hladině zelená pěna nadnášena bublinkami O2 Vegetační zbarvení – způsobeno řasami, v moři tzv. red tide (obrněnky, nebo yellow tide (rozsivky či chrysomonády) Omezování: menší spotřeba fosfátů, OV do ČOV s třetími stupni čištění,vhodné hnojení, úpravy v povodí (protierozní opatření), malé vodní nádrže, předzdrže před vodárenskými nádržemi

Samočištění Přirozeně probíhající fyzikální, chemické a biologické procesy, kterými se povrchové vody (půda, atmosféra) zbavují znečišťujících látek. F. procesy – sedimentace, odplavování usazenin, přestup kyslíku. Chem. procesy – neutralizace, srážecí, oxido-redukční reakce. Bio. procesy – rozhodující, ovlivněno O2 poměry, typy oživení (řasy, bakterie,…) Acidifikace Proces zvyšování kyselosti (snižování pH) v dané složce prostředí (voda, půda). Neschopnost systému tuto kyselost neutralizovat. Způsobeno zvyšující se koncentrací oxidů síry - SO2 (spalování uhlí) a oxidů dusíku – NOx (spalovací motory). Nyní se tento proces mírně zastavuje (odsiřování). Z vody do půdy – ohrožuje až zahubí rostliny (Krušnohorské lesy)

Kyselé deště v Evropě 1956

Kyselé deště v Evropě v r. 1985

Schéma vodní bilance lesního porostu

Světové využití vody podle sektorů: 1. zemědělství, 2. průmysl, 3 Světové využití vody podle sektorů: 1. zemědělství, 2. průmysl, 3. domácnosti

Globální vodní stres v r.1995: sev.Afrika, přední Asie

Globální vodní stres v r. 2025: sev. a jižní Afrika, přední Asie, Indie

PŮDA Plocha souše je cca 170 mil km2 … 29 % povrchu Země Doposud přirozené, nenarušené ekosystémy (včetně obtížně dostupných … 58 mil km2 Ostatní neobydlená území … 40 mil km2 (hory, ledovce tundra Zastavěná plocha …5 mil km2 (ČR ztrácí ročně zástavbou i zalesňováním 100 km2 ročně) - Půda vzniká zvětráváním hornin a činností živých organismů - Je využívána jako půda lesní, pastevní a orná.

Půda Půda – neobnovitelný zdroj Nebezpečí pro půdu: Eroze Desertifikace Znečištění – salinizace, chemické znečištění Odlesnění Hutnění 1 Humus 2 Orná půda 3 Hluboký půdní profil 4 Kamenné úlomky 5 Matečná hornina Ztráta půdy na velkých plochách je nevratná (Syrie)

půda je neobnovitelný zdroj Půdotvorné procesy Půda vzniká půdotvornými procesy. Charakteristická struktura, kterou lze pozorovat ve vykopané sondě se nazývá půdní profil (vzhled). Je charakteristický pro každý typ půdy. Profil má horizonty a hloubku. Velmi mělké půdy – do 15 cm, mělké půdy – do 30 cm, středně hluboké do 60 cm hluboké do 1 m a velmi hluboké > 1 m - Za dobu hospodaření člověk zničil tolik půdy, kolik jí v současnosti obhospodařuje (zánik civilizací ve Středomoří, na Středním Východě i Střední Americe V posledním století ubylo 10 mil km2 obdělávané půdy - 1 cm ornice vzniká až 200 let půda je neobnovitelný zdroj

půda - Orná půda v současnosti (asi 16 mil km2) …cca10 % povrchu pevniny Nově zasolované půdy ročně: 1,5 mil ha dosud nejlepších půd Louky a pastviny … do 30 mil km2 Lesy celkem cca 30 mil km2 Citelným snížením plochy lesů bude ohroženo klima, což může mít katastrofální následky (globální oteplení – zvýšení hladiny oceánů, porušení ozónové vrstvy apod.

Eroze Ztráta horní vrstvy půdy způsobena odlesněním (vegetace stabilizuje půdu) nebo nevhodnou zemědělskou praxí (velké lány bez mezí) pod vlivem vody a větru. Některé typy půd více náchylné (např. spraše, slabé půdní horizonty) Nevhodná zemědělská praxe – svažitá, rozlehlá pole, absence remízků, mezí a větrolamů, nevhodný směr orby. Výběr plodin (kukuřice, brambory, slunečnice, chmel, víno, Eroze spraší na svazích (Čína) Intenzivní zemědělství na příkrých svazích, Virunga, Rwanda

eroze Eroze … ztráta vrchní (úrodné) vrstvy půdy vodou či větrem Přirozená eroze probíhá nepřetržitě na Zemi a takto vzniklé ztráty jsou nahrazovány přirozeným půdotvorným procesem Zrychlená eroze je způsobená nevhodným hospodařením. Nejprve vznikají stružky, dále rýhy, výmoly, strže a sesuvy půdy.

větrná eroze, zasolování Větrná eroze: její podíl záleží i na struktuře půdy = podílu neerodovatelných částic (větších než 0,8 mm), vlhkosti, reliéfu krajiny, která ovlivňuje i sílu větru (nastává již při rychlosti větru 10 – 14 m/sec) Opatření: zmenšování honů, zelené hnojení, celoroční krytí vegetací, přidávání jílu (rybniční bahno) do písčitých půd, ponechávat strniště, zaorávat slámu. Větrolamy jsou účinné do vzdálenosti 25 násobku své výšky. V USA ve 30.letech ročně 3 mld tun ornice. V ČR ohroženy oblasti jižní Moravy.

dezertifikace Dezertifikace: přeměna úrodné půdy na neúrodnou poušť. Z celkové rozlohy všech půd je jich 40% v suchých a polosuchých oblastech a z nich je dezertifikací ohroženo asi 70 %. Proces je z velké části zapříčiněn člověkem a současně se týká 1/6 lidské populace. Dochází postupně ke snižování výnosů a nakonec ke znemožnění osevu. Snížení a ztráta produkce biomasy – při pasení (eliminace téměř veškerého rostlinného pokryvu). Půda zcela ztrácí schopnost zadržovat vodu a v konečném stadiu vede k postupu písečných dun a odchodu lidí (před 6 – 10 000 lety byla Sahara úrodnou oblastí, plnou vegetace, vody a fauny – skalní rytiny a malby z této doby zobrazují savanové druhy, ale i vodní živočichy, středomořská oblast vykácena ve starověku, díky pastvě se les již neobnovil – u nás již Karel IV. zakázal pastvu v lesích). Příčiny: odlesnění, nadměrná pastva, nevhodné zemědělské postupy, eroze.

Sahara – Lybie, foto autoři

Kategorie suchých (aridních) ekosystémů Pouště, polopouště, savany, stepi, prérie,

Současná situace v Burkina Faso a v roce 1986 (foto) Dezertifikace Stálé rozšiřování pouště a ztráta půdy Proti dezertifikační kroky: Vhodnější využívání vody Zalesnění = ochrana půdy proti erozi Kamenné valy Budování bariér (stabilizace písečných dun) -Zvýšení úrodnosti půdy přírodními hnojivy, kompostem (zvýšení humusové vrstvy) - Vypořádání majetkových vztahů Současná situace v Burkina Faso a v roce 1986 (foto)

Salinizace Destrukce půdy způsobená zasolením (přírodním, umělým) Soli jsou do půdy dopravovány vodou (ta se odpaří a neodnese zbytky soli pryč) Zavlažované a suché oblasti Vyšší využívání vodních zdrojů Znemožňuje pěstování běžných plodin Zasolování půdy: hromadění rozpustných solí /NaCl, CaCl2, MgSO4, Ca(HCO3)2 / v půdním profilu. Je výsledkem zavlažování a nevhodného (nebo žádného) drenážování. Bývá spojeno s podmáčením.

ohrožení půdy - zavlažování

Odlesňování Lesy zabírají 1/3 plochy kontinentů. Poskytují suroviny, umožňují vysokou biodiverzitu, ochraňují půdy a vodní zdroje, výrazně ovlivňují změnu klimatu. Světové lesy jsou značně nadvyužívány (větší využití než obnova). Každý rok je pokáceno, či jinak ztraceno (změna využívání půdy) 60 000  km2 (zhruba velikost Irska). -Jsou výrazným rezervoárem uhlíku, který je inkorporován z atmosféry díky fotosyntéze do dřeva, listů a při rozkladu dřeva do půdy. Lesní ekosystémy zadržují více uhlíku než celá atmosféra.

Světové lesní porosty

chemická a fyzikální degradace půdy Chemická degradace: hrozí asi 2.5 mil km2 půdy. Projeví se ztrátou živin po nedostatečném hnojení organickými hnojivy. Kontaminace toxickými látkami: z atmosférické depozice (těžké kovy, okyselující látky: vymývání Ca, K, Mg, Al… uvolňování toxických kovových iontů), následkem zemědělské činnosti (pesticidy, průmyslová hnojiva, ropné látky, přímá absorbce okyselujících složek půdou. Postižení dekompositorů: půdní mikroflóry a kořenových symbiontů (mykorrhyzní houby) Fyzikální degradace: těžkou mechanizací je ničena přirozená struktura půdy s následnou ztrátou kapilarity – vedení a udržení vody v pórech, propustnosti a snížením retenčních schopností půdy (udržení vody). Výsledek podmáčení, tvrdé krusty, bláto nebo prach = ztráty kyprosti.

Děkuji za pozornost