WSPÓŁCZESNE PROBLEMY ŚRODOWISKA GEOGRAFICZNEGO

Wpływ przemysłu na zmiany środowiska  zmiany krajobrazu  następstwa wydobywania surowców mineralnych  zmiany składu atmosfery  kwaśne opady  ozon  metale ciężkie  odpady przemysłowe

Krajobrazy przemysłowe

Następstwa wydobywania surowców mineralnych Pierwsze kopalnie rud miedzi i żelaza powstały lat temu Rodzaj zmian zależy od typu kopalni, rodzaju surowca i zasobności złóż Metody eksploatacji złóż: metody powierzchniowe metody głębinowe kamieniołomy odkrywki odwierty największa odkrywkowa kopalnia miedzi w Bingham Canyon (Utah) ma szyby o głębokości 700 m, średnicę 3.2 km i powierzchnię 7 km 2 Odkrywkowa kopalnia rud uranu Anaconda w Meksyku zajmuje obszar 486 ha, z czego 445 ha jest pokrytych hałdami nadkładu in odpadów Odpady są szczególnie podatne na erozje wodną i wietrzną. Zniszczony został lokalny system drenujący, a wody i gleby zostały zanieczyszczone radioaktywnymi odpadami uranu. W Togo z przybrzeżnych skał osadowych wydobywane są fosforyty. Gleby uległy degradacji, a składowanie nadkładów stworzyło sztuczny krajobraz hałd wysokich na kilkanaście metrów i zajmujących kila tysięcy hektarów

Górnictwo podziemne: osiadanie gruntu (studzienki, rynny, jamy lub ugięcia) zmiany systemu drenującego hałdy odpadów hałdy minerałów (zwłaszcza węgla) skażenie gleb i wód metalami ciężkimi

Metody powierzchniowe i odkrywki : Hałdy nadkładów Hałdy odpadów (1 tona wolframu to zwykle około 100 ton odpadów) Drenowanie zmieniające lokalny obieg wody (spadek poziomu wód gruntowych, powstanie leja depresyjnego)

hałdy

Hałdy…

kamieniołomy

Techniki i technologie w ochronie litosfery - Rekultywacja gleb – podstawowe zabiegi Zabiegi techniczne Kształtowanie terenu  zasypywanie wyrobisk,  wyrównanie hałd,  doprowadzenie do takiego stanu, w którym ilość wody i powietrza w glebie jest wystarczająca, do wzrostu roślin,  pokrycie ziemi warstwą gleby żyznej o grubości, zapewniającej rozwój roślinności.

Rekultywacja terenu po wyrobisku w Kunowie Techniki i technologie w ochronie litosfery - Rekultywacja gleb – podstawowe zabiegi

Zabiegi techniczne  Neutralizacja szkodliwych środków - doprowadzenie do stanu, w którym bardzo szkodliwe substancje nie są już groźne dla życia roślin i organizmów glebowych.  Dekoncentracja (rozrzedzenie) - wymieszanie gleby skażonej, zawierającej trujące substancje z glebą nieskażoną na dużej powierzchni. Techniki i technologie w ochronie litosfery - Rekultywacja gleb – podstawowe zabiegi

Zabiegi biologiczne  Nawożenie organiczne, mineralne, nawozy zielone;  Zabiegi agrotechniczne;  Wprowadzenie roślinności pionierskiej przygotowującej warunki dla roślin bardziej wymagających. Techniki i technologie w ochronie litosfery - Rekultywacja gleb – podstawowe zabiegi

Rekultywacja gruntów obejmuje:  zagospodarowywanie terenów poprzemysłowych i zniszczonych w wyniku eksploatacji górniczej  wykorzystywanie zwałowisk skał płonnych i wyrobisk popiaskowych. Techniki i technologie w ochronie litosfery - Rekultywacja gruntów

Hałda w Rydułtowach, drzewostan powstał w wyniku samo-zalesieniaRydułtowach Techniki i technologie w ochronie litosfery - Rekultywacja gruntów

rekultywacja

Techniki i technologie w ochronie litosfery - Rekultywacja hałd i składowisk odpadów

Zmiany wywołane wykorzystywaniem paliw kopalnych:

Ozon tworzy warstwę w stratosferze, najcieńszą w strefie gorącej, a gęstszą nad biegunami. Zawartość ozonu określa się w jednostkach Dobsona (DU) i wynosi ona od około 260 DU w tropikach do ponad 350 w wysokich szerokościach geograficznych. Ozon ozon to trójatomowa cząsteczka tlenu O 2 + hv->O + O(1) O + O 2 ->O3O3 (2) (1/v = długość fali < ~ 240 nm)

W dolnej troposferze, przy powierzchni Ziemi, ozon jest groźny dla życia – jest głównym składnikiem smogu fotochemicznego. Ozon zawarty w stratosferze pochłania szkodliwe dla organizmów żyjących na Ziemi ultrafioletowe promieniowanie słoneczne (UV) o długości fali od 240 do 320 nm. Choć promieniowanie UV prowadzi do rozpadu ozonu, to może on tworzyć się znów w reakcjach: O 3 + hv->O 2 + O(3) O + O 2 ->O3O3 (2) O + O 3 ->O 2 + O 2 (4) a rozpada się w reakcji: cykl reakcji 1-4 nosi nazwę reakcji Chapmana

Gazy aktywne chemicznie w atmosferze występują w znacznie mniejszych stężeniach w atmosferze. Niektóre z nich są również gazami szklarniowymi – jak ozon O 3, który spełnia bardzo istotną rolę w procesach fotochemicznych w atmosferze. Bez ozonu skład chemiczny atmosfery byłby całkiem inny. Porównując profil temperatury z profilem ozonu w atmosferze można zauważyć, że:  w troposferze, gdzie temperatura maleje z wysokością, zawartość ozonu jest niewielka  w stratosferze zawartość ozonu szybko rośnie do wysokości ok km, a temperatura jest prawie stała  z powodu braku zmian temperatury z wysokością pionowe mieszanie w stratosferze zanika  rozkład temperatury w stratosferze jest ściśle związany z zawartością ozonu  ozon, który akumuluje się w stratosferze pochłania długofalowe promieniowanie Ziemi i atmosfery oraz krótkofalowe (ultrafioletowe) promieniowanie słoneczne  pochłonięta energia stanowi źródło energii w stratosferze i powoduje, że temperatura przestaje maleć z wysokością, a zaczyna wzrastać.

W troposferze jest bardzo mało ozonu, stosunek zmieszania ozonu wynosi tu około 40nmol/mol, (n=nano=10 -9 ) Jeśli przyjrzymy się wysokościom, do których dociera promieniowanie słoneczne o określonej długości, to fale krótsze niż 200 nm są pochłaniane prawie całkowicie do wysokości 50 km nad Ziemią, głównie przez jednoatomowe cząsteczki tlenu i azotu (O i N). Ozon pochłania promieniowanie o długościach z przedziału nm. Gdyby nie ozon promieniowanie to docierałoby do powierzchni Ziemi wywierając katastrofalne skutki. Dla fal dłuższych niż 300 nm pochłanianie przez ozon jest słabsze, i promieniowanie to dociera do powierzchni Ziemi. Promieniowanie w zakresie nm, tzw. UV-B (biologicznie aktywne), może powodować rumień, a nawet raka skóry, gdy pochłaniane jest w zbyt dużych dawkach, ale pełni również pozytywną, czyszcząca rolę w atmosferze. Aż do długości 335 nm promieniowanie UV może powodować rozpad ozonu na cząsteczkę tlenu i atom tlenu w stanie wzbudzonym. Ten ostatni chętnie reaguje z parą wodną zawartą w atmosferze tworząc tzw. grupę hydroksylową OH

O 3 + h O* + O 2 (<335 nm) O* + H 2 O 2OH Grupa hydroksylowa OH nazywana jest "detergentem" w atmosferze, ponieważ reaguje z prawie wszystkimi gazami usuwając je z atmosfery. Bez OH skład chemiczny atmosfery byłby całkowicie odmienny.

Ozon wykorzystywany jest do wyjaławiania wody pitnej (ozonowanie), pomieszczeń (szczególnie w szpitalach: lampa ozonowa), utleniania paliwa rakietowego, a także jako reagent w ozonolizie. Ozonoliza jest stosowana w przemyśle do przyspieszania biodegradacji ścieków organicznych Ozon jest jednym z najskuteczniejszych znanych środków dezynfekcyjnych, nie wytwarza rakotwórczych ani innych szkodliwych produktów ubocznych. W procesie uzdatniania wody (ozonowanie) ozon jest jedną z najlepszych możliwości, ponieważ nie jest tak drogi w późniejszej eksploatacji jak np. odwrócona osmoza (ultrafiltracja), a produkt wynikowy jest porównywalny. Typowy środek dezynfekcyjny do uzdatniania wody – chlor, podczas wstępnego procesu chlorowania wody z zawartymi w niej związkami organicznymi, powoduje powstawanie produktów ubocznych, które są umiarkowanie toksyczne dla ludzi, m.in. chloroform. Trzeba jednak podkreślić, że substancje te tworzą się w bardzo małej ilości i ich szkodliwość jest znacznie mniejsza, niż składników wody nieuzdatnianej, jednak mogą wyraźnie obniżyć jej właściwości organoleptyczne.

Działanie bakteriobójcze ozonu jest około 50 razy skuteczniejsze i 3000 razy szybsze niż chloru. Niestety, ozon ma stosunkowo krótki czas rozkładu, przez co ozonowana woda pozostaje aseptyczna przez krótki czas (tzn. nie można jej bezpiecznie przesyłać długimi rurociągami). Dlatego ozon nie może całkowicie wyeliminować chloru z procesu uzdatniania wody, jednakże może go w istotny sposób ograniczyć, w ilości niezbędnej do utrzymania w sterylności wszystkich nitek sieci wodociągowej po przejściu wody przez stację uzdatniania. Zabieg taki wyraźnie poprawia właściwości organoleptyczne spożywanej wody (brak wyczuwalnego zapachu i smaku chloru oraz mętnego zabarwienia).

Rozkład ozonu na kuli ziemskiej Pomiary ozonu

W 1979 r, the United Nations Economic Commission for Europe (UNECE) wprowadziła Konwencję o Transgranicznym Transporcie Zanieczyszczeń. W 1985 większość członków UNECE podpisała Protokół o Redukcji Emisji Siarki, zgadzając się na redukcję emisji tlenków siarki do 1993 o 30% (w stosunku do poziomu z roku 1980). Nazwano tę grupę krajów "klubem 30%". Wszystkie kraje, które podpisały ten Protokół, a także inne, osiągnęły zakładany poziom redukcji. Protokół Sofijski o redukcji emisji tlenków azotu wprowadzono w 1988 roku. Zakładał stabilizację emisji na poziomie tej z roku 1987, niektórym krajom udało się nawet zmniejszyć emisję o 30% do roku Niestety innym krajom nie udało się sprostać wymaganiom z powodu rosnących emisji komunikacyjnych, mimo iż prawo unijne wymagało stosowania katalizatorów w samochodach wyprodukowanych po 1993 roku.

W 1988 roku wprowadzono dyrektywę unijną nakazującą by elektrownie w krajach Unii Europejskiej zredukowały emisje dwutlenku siarki i tlenków azotu. W Wielkiej Brytanii emisję dwutlenku siarki zredukowano o 60% a tlenków azotu o 30 % do roku Konwencja UNECE o Transgranicznym Transporcie Zanieczyszczeń Atmosfery podpisana przez 27 krajów europejskich w 1999 roku w Goteborgu w celu ograniczenia zakwaszenia, eutrofizacji i koncentracji przyziemnego ozonu wymusza zmniejszenie emisji czterech typów substancji: dwutlenku siarki, tlenków azotu, lotnych węglowodorów i amoniaku do roku 2010.

Od połowy lat siedemdziesiątych XX wieku nad Antarktydą obserwuje się systematyczny spadek stężenia ozonu. Głównym czynnikiem odpowiedzialnym za niszczenie ozonu w stratosferze są związki węgla, chloru i fluoru zwane freonami. W warunkach naturalnych freony nie występowały. Ich produkcję rozpoczęła korporacja General Motors w 1928 roku. Miały zastąpić toksyczny amoniak w urządzeniach chłodniczych. Freony stosowane były także we wszelkiego rodzaju rozpylaczach, jako środki sterylizujące narzędzia medyczne i odtłuszczające elementy elektroniczne. Wydawały się być całkowicie nieszkodliwe, bo nie ulegały rozpadowi w dolnej troposferze i tanie w produkcji. W latach osiemdziesiątych odkryto jednak, że na skutek rozpadu freonów w stratosferze pod wpływem promieniowania słonecznego uwalnia się chlor, którego jedna cząsteczka potrafi zniszczyć nawet 100 tysięcy cząsteczek ozonu. Dzieje się tak, ponieważ w reakcji rozpadu ozonu chlor pełni jedynie rolę katalizatora i po zniszczeniu jednej cząsteczki jest gotów do niszczenia następnych dopóki nie zostanie związany w jakiejś innej reakcji chemicznej, np z dwutlenkiem azotu lub metanem.

Podczas nocy polarnej nad Antarktydą rozwija się silny wokółbiegunowy wiatr – wir polarny - w środkowej i dolnej stratosferze izolujący powietrze nad biegunem. Ponieważ brak jest promieniowania słonecznego, powietrze wewnątrz wiru wychładza się, a temperatura spada poniżej -80 °C. W tych warunkach tworzą się specyficzne chmury, zwane polarnymi chmurami stratosferycznymi, zbudowane nie z kropelek wody, a z trójhydratu kwasu azotowego. Gdy temperatura spada tworzą się większe cząstki złożone z wody, lodu i rozpuszczonego kwasu azotowego. Dzięki temu, że cząsteczki kwasu azotowego zostają związane w chmurze, spada w atmosferze stężenie tlenków azotu, które byłyby zdolne wiązać chlor w reakcji: ClO + NO 2 + M  ClONO 2 + M.

Uwięzienie azotu w chmurze sprzyja utrzymywaniu się wysokiego stężenia aktywnego chloru Cl 2 w stratosferze. W reakcji niszczenia ozonu bierze jednak udział chlor atomowy. Wiosną wraz z pojawieniem się promieniowania słonecznego dochodzi do fotodysocjacji dwuatomowego chloru, czyli jego rozpadu na dwa atomy pod wpływem promieniowania słonecznego: Cl 2 + h  Cl + Cl To tłumaczy, dlaczego do gwałtownego spadku stężenia ozonu dochodzi na wiosnę. Nagromadzony dwuatomowy chlor rozpada się wówczas na jednoatomowe cząsteczki i wchodzi w reakcję z ozonem. W miarę postępującego ocieplenia z polarnej chmury stratosferycznej uwalniają się związki azotu, które reagując z chlorem, wiążą go i czynią niegroźnym dla ozonu. Zasoby ozonu zaczynają powoli rosnąć i w lecie półkuli południowej stężenie ozonu wraca do normy

Nad Antarktydą (a ostatnio również nad Arktyką), stratosferyczny ozon ulega cyklicznemu zanikowi wczesną wiosną. Dzieje się tak dzięki emisji do atmosfery sztucznie wyprodukowanych przez człowieka związków chloru, fluoru i węglowodorów zwanych CFC lub freonami.

Produkcja gazów niszczących warstwę ozonową jest ograniczana przez serię porozumień międzynarodowych, poczynając od tzw. "Protokołu Montrealskiego" z 1987 po jego kolejne uzupełnienia. Obecnie protokół ten podpisało (ratyfikowało) 180 państw, ustalając ścisłą kontrolę nad produkcją, która jest stopniowo ograniczana w perspektywie całkowitego zakazu produkcji przed 2050 rokiem.

Konwencja Wiedeńska w sprawie ochrony warstwy ozonowej (Vienna Convention for the Protection of the Ozone Layer) - międzynarodowy traktat podpisany 22 marca 1985, przez państwa Wspólnoty Europejskiej mająca na celu tworzenie zarysu polityki ochrony warstwy ozonowej w krajach sygnatariuszach. Akt wszedł w życie w 1987 r. i zobowiązywał państwa sygnatariuszy do prowadzenia pomiarów poziomu w atmosferze, ograniczenia emisji gazów powodujących zubażanie warstwy ozonowej oraz prowadzenia badań nad skutkami zaniku warstwy ozonowej.

Skutki składowania odpadów Odpady: ścieki i odpadki z gospodarstw domowych odpady powstałe w procesach przemysłowych Usuwanie śmieci z obszarów miejskich rozpoczęto w latach 40-stych XIX w.

ODPADY zanieczyszczenie wód śródlądowych lub przybrzeżnych ściekami nieoczyszczone ścieki mogą zawierać patogeny wielu chorób: poliometylis (choroba Heinego Medina) czerwonka bakteryjna (dezynteria) tyfus brzuszny cholera wysypiska śmieci w pobliżu wielkich miast zapach (siarkowodór) metan tlenki azotu zanieczyszczenie wód gruntowych

ODPADY Recycling: szkło, papier, aluminium, plastik, stal, odpady włókiennicze Spalanie: zalety: substancje toksyczne skoncentrowane w lotnym popiele mogą być wychwycone przez kontrolery emisji popiół można wykorzystać jako kruszywo do budowy dróg podczas spalania można wytwarzać energię elektryczną wady: depozycja rtęci dioksyny i furany ODPADY RADIOAKTYWNE

 zmiany krajobrazu  następstwa wydobywania surowców mineralnych  zmiany składu atmosfery  kwaśne opady  ozon  metale ciężkie  odpady przemysłowe PODSUMOWANIE:

Kwaśne opady

skala kwasowości

Kwaśne opady

Lasy są poważnie zagrożone przez kwaśne opady. Drzewa mogą tracić liscie lub igły, co powoduje nadmierne parowanie wody i zakłócenia w procesie fotosyntezy - skutkiem czego zmniejsza się ich odporność na warunki klimatyczne, rośnie podatność na choroby i bezbronność wobec szkodników. Kwaśne deszcze zakwaszają glebę oraz wymywają z niej wapń, magnez i potas, powoduje to znaczny niedobór składników odżywczych, korzenie roślin mają zmniejszoną możliwość pobierania niezbędnych do rozwoju elementów, przez to zamierają, a roślina ginie. Na stokach Gór Izerskich (Sudety Zachodnie, m. n.p.m.) lasy zamieniły się w cmentarzysko martwych drzew. Drzewa na większych wysokościach (w Górach Izerskich, Karkonoszach, Górach Świętokrzyskich) są szczególnie podatne na uszkodzenia, ponieważ krople wody we mgle i w chmurach (a góry często są spowite chmurami i mgłą) są zazwyczaj dużo bardziej kwaśne niż krople deszczu. Kwaśne opady

GLOBAL SULFUR EMISSION TO THE ATMOSPHERE Chin et al. [2000] 2001 estimates (Tg S yr -1 ): Industrial 57 Volcanoes 5 Ocean 15 Biomass burning 1

Kwaśne opady mają negatywny wpływ na zbiorniki wodne: jeziora i stawy. W zakwaszonym jeziorze przeżywają jedynie najodporniejsze gatunki. Giną ryby, a następnie ptaki, dla których ryby stanowią główne pożywienie ( z braku pożywienia lub zatrute przez toksyczne substancje kumulujące się w organizmach ryb). Kwaśne opady niszczą ikrę, ograniczając w ten sposób populacje ryb. Kwaśne opady pstrąg okoń żaby salamandry mięczaki raki węże jętki

Transgraniczny transport zanieczyszczeń