Těžké kovy v životním prostředí Navrátil T. Hojdová M.

Prezentace na téma: "Těžké kovy v životním prostředí Navrátil T. Hojdová M."— Transkript prezentace:

1 Těžké kovy v životním prostředí Navrátil T. Hojdová M. www.gli.cas.cz

2 Těžké kovy v ŽP - 2006 Environmentální geochemie chemické složení Země její tekuté a plynné komponenty formy života  dopady kontaminace ekosystémů

3 Těžké kovy v ŽP - 2006 Environmentální geochemie

4 Těžké kovy v ŽP - 2006 Kov – co to vlastně znamená? kov metaloid polokov esenciální kov toxický kov bio-dostupný kov stopový kov mikronutrient lehký kov těžký kov JOHN H. DUFFUS “HEAVY METALS”—A MEANINGLESS TERM? Pure Appl. Chem., Vol. 74, No. 5, 793–807, 2002.

5 Těžké kovy v ŽP - 2006 Těžké kovy – historie termínu... před rokem 1936 – význam „heavy metal“ sensu zbraně nebo střela značných rozměrů, velké schopnosti v roce 1936 Oxford English Dictionary jako první klasifikuje těžké kovy >7 g.cm -1 pak další práce >4 g.cm -1 a >6 g.cm -1 atd. v roce 2001 učebnice toxikologie vydaná v New Yorku – neexistuje chemický základ pro definici těžkých kovů přesto tento termín zůstává používán v literatuře, legislativě a nařízeních kde působí nadál potíže a zmatek... JOHN H. DUFFUS “HEAVY METALS”—A MEANINGLESS TERM? Pure Appl. Chem., Vol. 74, No. 5, 793–807, 2002.

6 Těžké kovy v ŽP - 2006 Těžké kovy? proč těžké a které to jsou? co to má za význam?  ve smyslu hustoty  ve smyslu atomové váhy (relativní atomové hmotnosti)  ve smyslu atomového čísla  ve smyslu dalších chemických vlastností  ve smyslu toxicity bez ohledu na jiné parametry  ve smyslu nechemické definice (před rokem 1936) JOHN H. DUFFUS “HEAVY METALS”—A MEANINGLESS TERM? Pure Appl. Chem., Vol. 74, No. 5, 793–807, 2002.

7 Těžké kovy v ŽP - 2006 Klasifikace kovů dle chemických vl.

8 Těžké kovy v ŽP - 2006 A. a B. třídy kovů

9 Těžké kovy v ŽP - 2006 Potenciálně toxické kovy (TK) As, Be, Cd, Co, Cr, Cu Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb Sb, Sc, Se, Ti, Tl, V, Zn FREDERIC R. SIEGEL ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY OF POTENTIALLY TOXIC METALS Springer, 218 pp. with 40 figures and 33 tables, 2002. Al

10 Těžké kovy v ŽP - 2006 Těžké kovy...

11 Těžké kovy v ŽP - 2006 Faktory řídící dopad TK na ŽP chemické parametry látky – daného kovu  Rozpustnost Fe, Mn…  Koncentrace  Speciace viz dále…

12 Těžké kovy v ŽP - 2006 Speciace kovů ve vodním prostředí

13 Těžké kovy v ŽP - 2006 Parametry prostředí řídící účinkování TK v ŽP fyzikálně-chemické parametry prostředí  pH  redox potenciál  teplota  BSK  salinita  velikost částic  mineralogie  sorpce  bioakumulace

14 Těžké kovy v ŽP - 2006 pH

15 Těžké kovy v ŽP - 2006 pH prostředí Atm. CO 2 + voda = pH 5,7 příkladová studie Kolontár

16 Těžké kovy v ŽP - 2006 Efekt pH na život FREDERIC R. SIEGEL ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY OF POTENTIALLY TOXIC METALS Springer, 218 pp. 2002.

17 Těžké kovy v ŽP - 2006 Příklad = Změna mobility Cd koncentrace Cd při různých hodnotách pH povrchová voda povodí Lesní potok ČR

18 Těžké kovy v ŽP - 2006 Esencialita kovů – nutrienty

19 Těžké kovy v ŽP - 2006 Esencialita kovů – toxická látka

20 Těžké kovy v ŽP - 2006 Zdroje a původ kovů NAVRÁTIL T., MINAŘÍK L. TRACE ELEMENTS AND CONTAMINANTS, 2002. in Earth’s System: History and Natural Variability, edited by CILEK V., SMITH R.H., in Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS).

21 Těžké kovy v ŽP - 2006 Koloběh vody, hydrologický cyklus

22 Těžké kovy v ŽP - 2006 Kouzelná voda... Pindar (Pindaros, Pindarus) – “...voda je nejlepší z věcí...” (522-443 BC) - největší řecký básník... 610 Pa 273.16 K Earth Venus Mars

23 Těžké kovy v ŽP - 2006 Zvětrávání desintegrace a rozpad původní horniny rozpustné minerály – prvky do roztoku → podzemních vod…. nerozpustné minerály – rozklad na částice

24 Těžké kovy v ŽP - 2006 Zvětrávání disintegrace a rozpad původní horniny vzduch voda organismy FAKTORY??

25 Těžké kovy v ŽP - 2006 Horniny jako zdroj... Vyvřelé horniny = např. ultrabazické horniny Cr, Co, Ni… Sedimentární horniny = např. břidlice, jíly As, Pb, Zn, Sn… Metamorfní horniny

26 Těžké kovy v ŽP - 2006 TK v atmosféře  zvětrávání  vulkanismus (exhalace)  lesní požáry  mořský sprej  ….. Přirozené zdroje

27 Těžké kovy v ŽP - 2006 TK v atmosféře - antropogenní zdroje těžba, důlní aktivity emise ze spalování tekuté odpady pevné odpady

28 Těžké kovy v ŽP - 2006 Hlavní zdroje znečištění TK v ČR  těžba a zpracování rud  spalování fosilních paliv – tepelné elektrárny  průmysl (výroba cementu, skla, Cl+NaOH….)  odpady (spalovny..)  automobilová doprava  zemědělství (pesticidy, hnojiva (např. fosfátová – Cd)

29 Těžké kovy v ŽP - 2006 Uhlí BOUŠKA V., PEŠEK J. QUALITY PARAMETERS OF LIGNITE OF THE NORTH BOHEMIAN BASIN IN THE CZECH REPUBLIC IN COMPARISON WITH THE WORLD AVERAGE LIGNITE International Journal of Coal Geology, 40, 211–235, 1999. SHP => 45 miliónů tun ročně např. As obsahuje => 1755 t As

30 Těžké kovy v ŽP - 2006 Olovo – nejrozšířenější kontaminant (TK) ! 12 000 t/rok332 000 t/rok <<

31 Těžké kovy v ŽP - 2006 Olovo v ovzduší Environmental Pollution Agency, USA, 1985.

32 Těžké kovy v ŽP - 2006 Emise olova v ČR Zdroj: databáze EMEP – http://www.ceip.at/webdab-emission-database/emissions-as-used-in-emep-models/ zákaz

33 Těžké kovy v ŽP - 2006 Depozice Pb v ČR NAVRÁTIL T, VACH M, SKŘIVAN P, MIHALJEVIČ M, DOBEŠOVÁ I DEPOSITION AND FATE OF LEAD IN A FORESTED LANDSCAPE LESNI POTOK, CENTRAL CZECH REPUBLIC Water Air Soil Pollution: Focus 4, 2004.

34 Těžké kovy v ŽP - 2006 Recentní depozice Pb v ČR NAVRÁTIL T, et al. UNPUBLISHED DATA, 2012.

35 Těžké kovy v ŽP - 2006 Throughfall = podkorunové srážky původní složení srážek nad korunami stromů smytý atmosférický aerosol usazený na povrchu rozpouštěné plynné látky a jejich produkty zachycené adsorpcí na povrchu asimilačních orgánů vyloužené metabolické produkty vegetace z povrchu asimilačních orgánů celkový vzrůst koncentrace složek vlivem částečného odpařování vody v korunách stromů úbytek některých komponent v důsledku jejich vstřebání povrchem asimilačních orgánů

36 Těžké kovy v ŽP - 2006 Podkorunová depozice v ČR Bulk precipitation 2.5 kg Pb/ha/yr THB 0.9 kg Pb/ha/yr BUKSMRK THS 0.8 kg Pb/ha/yr NAVRÁTIL T, VACH M, SKŘIVAN P, MIHALJEVIČ M, DOBEŠOVÁ I DEPOSITION AND FATE OF LEAD IN A FORESTED LANDSCAPE LESNI POTOK, CENTRAL CZECH REPUBLIC Water Air Soil Pollution: Focus 4, 2004.

37 Těžké kovy v ŽP - 2006 Půda Horizonty (ideální profil) O (organický) A (minerální) B (dtto) C (dtto) R (reziduální hornina)

38 Těžké kovy v ŽP - 2006 Zvětrávání a půdy půdní horizonty (ideální profil) organický minerální B …. bohatý na jílové minerály a Fe oxidy → adsorpce → koncentrace TK

39 Těžké kovy v ŽP - 2006 analýza - chemické formy TK sekvenční extrakce (Tessier et. al., 1979) preferenční vazba na oxyhydroxidy Fe/Mn A B C D E

40 Těžké kovy v ŽP - 2006 TK v půdě FREDERIC R. SIEGEL ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY OF POTENTIALLY TOXIC METALS Springer, 218 pp. with 40 figures and 33 tables, 2002.

41 Těžké kovy v ŽP - 2006 Profily půdou - koncentrace, extrakce NAVRÁTIL T, VACH M, SKŘIVAN P, MIHALJEVIČ M, DOBEŠOVÁ I DEPOSITION AND FATE OF LEAD IN A FORESTED LANDSCAPE LESNI POTOK, CENTRAL CZECH REPUBLIC Water Air Soil Pollution: Focus 4, 2004.

42 Těžké kovy v ŽP - 2006 Humus – mapy isolinií SUCHARA I, SUCHAROVA J DISTRIBUTION OF SULPHUR AND HEAVY METALS IN FOREST FLOOR HUMUS OF THE CZECH REPUBLIC Water, Air and Soil Pollution 2002

43 Těžké kovy v ŽP - 2006 Humus – mapy isolinií SUCHARA I, SUCHAROVA J DISTRIBUTION OF SULPHUR AND HEAVY METALS IN FOREST FLOOR HUMUS OF THE CZECH REPUBLIC Water, Air and Soil Pollution 2002

44 Těžké kovy v ŽP - 2006 Mapy isolinií – ČR VESELÝ J, MAJER V HYDROGEOCHEMICAL MAPPING OF CZECH FRESHWATERS Bulletin of Czech Geological Survey 3, 1998.

45 Těžké kovy v ŽP - 2006 Mapy isolinií – ČR VESELÝ J, MAJER V HYDROGEOCHEMICAL MAPPING OF CZECH FRESHWATERS Bulletin of Czech Geological Survey 3, 1998.

46 Těžké kovy v ŽP - 2006 Isolinie pH VESELÝ J, MAJER V HYDROGEOCHEMICAL MAPPING OF CZECH FRESHWATERS Bulletin of Czech Geological Survey 3, 1998.

47 Těžké kovy v ŽP - 2006 pH vs koncentrace Cd...? koncentrace Cd při různých hodnotách pH povrchová voda povodí Lesní potok ČR

48 Těžké kovy v ŽP - 2006 EKOSYSTÉM - LÁTKOVÉ TOKY Black box NAVRÁTIL T, et al. MANGANESE BIOGEOCHEMISTRY IN A CENTRAL CZECH REPUBLIC CATCHMENT Water Air Soil Pollution 186, 149-165, 2007.

49 Těžké kovy v ŽP - 2006 Rozdíly v látkových tocích B. BERGKVIST CHANGING OF LEAD AND CADMIUM POOLS OF SWEDISH FOREST SOILS Water, Air, Soil and Pollution: Focus 1, Vol. 74, pp. 371-383, 2001.

50 Těžké kovy v ŽP - 2006 Geochemické archivy profily v ledu sedimentech rašelině letokruhy dřevin zarostlé kapsy kůry …

51 Těžké kovy v ŽP - 2006 Archivy – jezerní sedimenty Šumavská jezera Josef Veselý ČGS

52 Těžké kovy v ŽP - 2006 Archivy – jezerní sedimenty

53 Těžké kovy v ŽP - 2006 Archivy – jezera

54 Těžké kovy v ŽP - 2006 Archivy – rašelinné profily MIHALJEVIČ M., ZUNA M., ETTLER V., ŠEBEK O., STRNAD L., GOLIÁŠ V. LEAD FLUXES, ISOTOPIC AND CONCENTRATION PROFILES IN A PEAT DEPOSIT NEAR A LEAD SMELTER (PŘÍBRAM, CZECH REPUBLIC) Science of the Total Environment ??, 2006.

55 Těžké kovy v ŽP - 2006 Profily letokruhy dřevin

56 Těžké kovy v ŽP - 2006 Profily zarostlé kapsy - kůry

57 Těžké kovy v ŽP - 2006 Tuhé emise problémy s čistotou ovzduší současná situace pevné částice

58 Těžké kovy v ŽP - 2006 Tuhé emise spalovací procesy – automobily, lokální topeniště, důlní činnost, elektrárenské emise atd.

59 Těžké kovy v ŽP - 2006 Elektrárenské popílky Popílek klasický = β-křemene (SiO2) a mullitu (3Al2O3 2SiO2) Popílek fluidní = anhydrit CaSO4, portlandit Ca(OH)2, sádrovec CaSO4 2H2O, kalcit CaCO3, křemen SiO2, hematit Fe2O3, magnetit Fe3O4, bazanit CaSO3 1/2H2O, ettringit Ca6Al2(SO4)3(OH)12 26H2O

60 Těžké kovy v ŽP - 2006 Magnetická složka

61 Těžké kovy v ŽP - 2006 Sférické objekty

62 Těžké kovy v ŽP - 2006 Magnetická složka Magnetit, Fe-bohaté sklo

63 Těžké kovy v ŽP - 2006 Vztahy s TK Korelace koncentrací TK s magnetickou susceptibilitou aj. magnetickými parametry

64 Těžké kovy v ŽP - 2006

65

66 Pevné částice

67 Těžké kovy v ŽP - 2006 Pevné částice