SVEUČILIŠTE U ZAGREBU METALURŠKI FAKULTET

SISAK

Alenka Rastovčan- Mioč

UVOD U EKOLOGIJU

predavanja

Sisak, rujan 2009.

Studenti preddiplomskog sveučilišnog studija metalurgije na Metalurškom fakultetu u Sisku, Sveučilišta u Zagrebu, slušaju u IV. semestru 2 sata tjedno predavanja iz obveznog kolegija

Uvod u ekologiju.

S A D R Ž A J 1. U V O D 1 2. EKOLOGIJA KAO ZNANSTVENA DISCIPLINA 2 2.1 Podjela ekologije 3

2.2 Izabrani pojmovi iz ekologije 4 2.2.1 Ekološki čimbenici 7 3. BIOSFERA 9 3.1 Atmosfera 13 3.1.1 Troposfera 15 3.1.2 Stratosfera, mezosfera, termosfera i egzosfera 17 3.2 Hidrosfera 17 3.3 Litosfera 19 3.3.1 Pedosfera i agrosfera 20 3.4 Ekosustavi 21 3.4.1 Vodeni ekosustavi 22 3.4.2 Kopneni ekosustavi 23 3.4.2.1 Šume 24 3.4.3 Oligotrofni, eutrofni i distrofni ekosustavi 27 3.5 Biogeokemijski ciklusi 27 3.5.1 Kruženje vode 28 3.5.2 Kruženje ugljika 30 3.5.3 Kruženje kisika 31 3.5.4 Kruženje dušika 31 3.5.5 Kruženje fosfora 34 3.5.6 Kruženje sumpora 36 4. EKOTOKSIKOLOGIJA 39 4.1 Onečišćivači 39 4.2 Onečišćenje zraka 40 4.2.1 Izvori onečišćenja zraka 40 4.2.2 Posljedice onečišćenja zraka 41 4.2.2.1 Učinak staklenika 41 4.2.2.2 Kisele kiše 42 4.2.2.3 Ozonska rupa 43 4.2.2.4 Klimatske promjene 44 4.3 Onečišćenje voda 46 4.3.1 Izvori onečišćenja voda 46 4.3.2 Posljedice onečišćenja voda 47

4.4 Onečišćenje tala 50 4.4.1 Izvori onečišćenja tala 51 4.4.2 Posljedice onečišćenja tala 52 5. METALI, NEMETALI I POLUMETALI 54 5.1 Metali 54 5.2 Nemetali i polumetali 57

6. OSTALE VRSTE OTROVA 59 7. ZDRAVSTVENA EKOLOGIJA 60 8. ODRŽIVI RAZVOJ 65 9. LITERATURA 66

1

,, Ekološka kriza je ponajprije kriza morala i zbiljski prezir spram čovjeka.“ (Ivan Pavao II., 2000.) 1. U V O D Ekologija označava granu biologije koja izučava odnos živih bića i njihove životne okoline. Osnovna podjela ekologije je na teorijsku ekologiju i primijenjenu ekologiju. Teorijska ekologija izučava spoznaju ekoloških zakonitosti u prirodi. Primijenjena ekologija izučava optimalno gospodarenje prirodnim dobrima, uz odgovarajuću zaštitu prirode i okoliša. Ekologija se često neispravno poistovjećuje s mnogim pojmovima vezanim uz razne ljudske djelatnosti. Obzirom da studenti preddiplomskog sveučilišnog studija metalurgije u programu nemaju kolegij Zaštita okoliša, nego je taj kolegij predviñen za one studente koji nastavljaju školovanje na diplomskom studiju (III. semestar), u ovoj skripti bit će riječi i o nekim temama iz područja zaštite okoliša.

Osnovni cilj je upoznati studente s temeljnim ekološkim pojmovima i zakonitostima koje vladaju u prirodi.

2

2. EKOLOGIJA KAO ZNANSTVENA DISCIPLINA Ekologija je znanstvena disciplina čiji se početak povezuje uz 1859. godinu, kada prirodoznanstvenik Charles Darwin u Londonu objavljuje svoju knjigu o evoluciji „O podrijetlu vrsta“, u kojoj objašnjava razne evolucijske primjere (adaptacija, prirodna selekcija, borba za opstanak, izumiranje vrsta i sl.) na temelju meñusobnih odnosa organizama i njihove interakcije s uvjetima koji vladaju u okolišu. Naziv ekologija kovanica je od grčke riječi oikos (stanište, obitavalište, dom) i logos (znanost, riječ, govor). Pojam ekologija prvi je javno objavio u Berlinu njemački zoolog Ernst Haeckel 1866. godine u svojoj knjizi „Sveopća morfologija organizama“. U toj knjizi nalazi se prva definicija i opis ekologije kao posebne znanosti: „Pod ekologijom podrazumijevamo ukupnu znanost o odnosima organizama prema okolnom svijetu, gdje u širem smislu mislimo na sve egzistencijalne preduvjete. Ovi preduvjeti su dijelom organske, a dijelom anorganske prirode; i jedni i drugi su od najvećeg značaja za sve oblike organizama, jer ih prisiljavaju na njihovo prilagoñavanje. U anorganske uvjete preživljavanja, na koje se svaki organizam mora prilagoditi, ubrajaju se fizikalna i kemijska svojstva njegovog staništa (klima, svjetlo, toplina, vlažnost i električni parametri atmosfere), anorganski oblici hrane, specifičnosti vode i tla itd. U organske uvjete egzistencije ubrajamo sve odnose organizama prema drugim organizmima s kojima dolaze u dodir i od kojih imaju obično ili koristi ili štete. Svaki organizam u njima ima prijatelje i neprijatelje, takve koji im egzistenciju omogućavaju i takve koji je ugrožavaju. Organizmi, koji služe kao organska hrana za druge ili koji na njima žive kao paraziti, ubrajaju se takoñer u organske uvjete.“ Postoje brojne interpretacije definicije ove multidisciplinarne znanosti: „Ekologija je ukupnost spoznaja i djelatnosti o suživotu svih živih bića u prirodi, o njihovom djelovanju na prirodu i prirode na njih, te o zaštiti prirode. Ekologija je višedisciplinarna znanost koja proučava meñusobne odnose izmeñu živih organizama i njihovih staništa te djelovanje staništa i njihovih čimbenika na žive organizme. Ekologija je biološka znanost koja proučava odnose i utjecaje organizama meñusobno i prema okolišu te okoliša prema organizmima. Zbog svojih specifičnih potreba ujedinjuje niz znanstvenih disciplina i njihove metode. Ekologija je znanost o meñusobnim ovisnostima i utjecajima živih organizama i njihova živa i neživa okoliša. Ekologija je znanost koja se bavi proučavanjem odnosa biljaka i životinja i životnih zajednica prema čimbenicima okoliša te uzajamnim odnosima izmeñu živih bića. Ekologija je znanost koja proučava odnose izmeñu organizama i okoline u kojoj žive.

3

Ekologija je znanost o mnogostrukim odnosima izmeñu živih organizama i okoline u kojoj žive. Ekologija se često pogrešno poistovjećuje sa zaštitom prirode i/ili okoliša. Ekologija je znanost koja proučava uzajamne odnose izmeñu organizama i okoliša o kojemu ovisi održavanje jedinki i populacija organskih vrsta i njihovih zajednica u prirodi. Ona proučava raspored i gustoću populacija organskih vrsta, način života i ponašanje u tim uvjetima okoliša. Ekologija, kao znanost, proučava planetarnu ekologiju, uključivši četiri osnovne komponente: more, kopno, Zemljin omotač i priobalni pojas. Obzirom da se temelji na vezi živih organizama, vrsta i njihovih zajednica sa svom ostalom živom i neživom prirodom, može se zaključiti da su sve znanosti vezane za prirodu važne i za samu ekologiju, što je čini multiznanstvenom disciplinom koja uključuje i područja kao što su ekonomija, sociologija, pravo, etika, moral, filozofija i dr.“ Proširujući Haeckelovu definiciju ekologije na ljudsku vrstu, estonski biolog Jakob von Uexküll 1909. godine u svojoj knjizi „Okolni i unutarnji svijet životinja“ prvi je dao definiciju okoliša: „Okoliš je cjelina koju čovjek vidi kroz svoje specifično, antropogeno stajalište i koju čine okružujući mediji (atmosfera, voda, zemlja, geografsko mjesto, klima itd.) kao i svi drugi živi organizmi (biljni i životinjski).“ 2.1 Podjela ekologije Danas ne postoji niti jedno područje znanosti ili tehnologije u kojem se nije razvila neka od specifičnih grana ekologije. Najuobičajenija je podjela ekologije prema stupnju organizacije istraživanog sustava te prema veličini i ustrojstvu dijelova živih i neživih sastavnica biosfere: → ekologija jedinke (autoekologija, idioekologija ili ekofiziologija); → ekologija vrste (demekologija ili populacijska ekologija); → ekologija životne zajednice (sinekologija, biogeocenologija, „sistemekologija“ ili

ekologija sustava); → krajobrazna ekologija (geoekologija); → globalna ekologija (planetarna ekologija ili holekologija).

Postoji i podjela na:

→ terestičku (kopnenu) i akvatičku (limničku i marinsku) ekologiju- prema geofizičkim značajkama okoliša;

→ laboratorijsku i terensku ekologiju; → opću, poredbenu, teorijsku i primijenjenu ekologiju; → ekologiju mikroorganizama (mikrobiološka ekologija), bilja (fitoekologija), životinja

(zooekologija) i ljudi (humana ekologija)- prema skupini organizama koji se istražuju.

4

2.2 Izabrani pojmovi iz ekologije

U poglavlju 2.2 dane su definicije izabranih pojmova iz ekologije. abundacija- brojnost neke vrste ili populacije na odreñenom području ili na globalnoj razini ADI- vrijednost- (eng. Acceptable Daily Intake); maksimalna dopuštena koncentracija neke

tvari koja se na dan smije unijeti u organizam tijekom cijelog životnog vijeka, a da uslijed toga ne doñe do zdravstvenih promjena

alohtona vrsta- vrsta unesena u stanište u kojem do tada nije obitavala areal- područje na kojem je prirodno rasprostranjena neka vrsta ili skupina autohtona vrsta- vrsta koja izvorno potječe iz staništa u kojem obitava bioakumulacija- ugradnja otrova u organizam iz okoliša bioamplifikacija- širenje otrova iz primarnog mjesta nakupljanja u tijelu na ostala tkiva i

organe biocenoza- životna zajednica raznovrsnih organizama na odreñenom staništu biodiverzitet- biološka raznolikost biohor- životni prostor neke biocenoze biogeokemijski ciklusi- kruženje atmosferskih plinova, vode, elemenata i otrova u biosferi bioindikatori- organizmi prikladni za dokazivanje prisutnosti i djelovanja neke štetne tvari u

okolišu biološka raznolikost- sveukupna raznolikost života na Zemlji ili dijelu Zemljine površine biom- skupina ekosustava koji čine cjelinu na dijelu površine Zemlje biomagnifikacija- povećanje koncentracije štetnih tvari u organizmima, proporcionalno sa

stupnjem položaja u hranidbenom lancu biomasa- ukupna masa jedinki jedne vrste biosfera- prostor na Zemlji u kojem postoje uvjeti za život biotop- stanište, prostor gdje se organizmi prirodno pojavljuju democen- struktura odnosa izmeñu pripadnika jedne populacije te izmeñu njih i okoliša demotop- prostor koji naseljava neka populacija ekološki čimbenici- vidi poglavlje 2.2.1

5

ekološka niša- položaj neke vrste u ekosustavu ekološki pritisak- procjena pritiska koji čovječanstvo čini na globalne ekosustave, odnosno na biološki produktivno područje radi proizvodnje hrane i drvne mase, izgradnje infrastrukture i apsorbiranja CO2 koji se oslobaña izgaranjem fosilnih goriva ekosfera- svi ekosustavi na Zemlji ekosustav- osnovna organizacijska jedinica prirode ekotoksikologija- znanstvena disciplina koja istražuje učinak i dinamiku štetnih i otrovnih tvari na žive organizme emisija- otpuštanje štetnih tvari, aerosola, neugodnih mirisa i energije u okoliš endem- biljna ili životinjska vrsta koja naseljava ograničeno područje erozija tla- površinsko odnošenje čestica tla uslijed djelovanja vode ili vjetra fauna- cjelokupni životinjski svijet flora- cjelokupni biljni svijet fotosmog- mješavina dima i magle sa zrakom punim produkata izgaranja; nastaje uz djelovanje Sunčeve svjetlosti u industrijskim središtima globalna ekologija- dio ekologije koji proučava Zemlju kao planetarni ekosustav hemerobija- promjena ekosustava uslijed ljudskog djelovanja homeostaza- prilagodba organizma da održi svoje ravnotežno stanje bez obzira na čimbenike okoliša imisija- unos štetnih tvari u odreñenom vremenu i na odreñenom mjestu u biosferu indigen- starosjedilačka vrsta koja se prirodno javlja na nekom području koegzistencija- trajno pojavljivanje dviju ili više vrsta na istom staništu ksenobiotik- strana tvar nepotrebna i štetna za organizam (otrov) MDK- maksimalno dopuštena koncentracija štetnih tvari metahemerobni sustav- umjetni ekosustav, nastao izravnim djelovanjem čovjeka monitoring- sustavno praćenje stanja okoliša monocen- struktura odnosa jedne vrsta prikazana odnosom jedinke ili populacije s okolišem monotop- vrsta čije se središte postanka nalazi na samo jednom mjestu unutar areala

6

održivi razvoj- razvoj proizvodnje s minimalno štetnim sporednim učincima na biosferu okolica- pojam koji sadrži prostorni aspekt okolina- pojam koji sadrži socijalni aspekt okoliš- pojam koji sadrži ekološki aspekt (prirodno okruženje: zrak, tlo, voda, klima, živa bića u ukupnom uzajamnom djelovanju te kulturna baština kao dio okruženja što je stvorio čovjek) onečišćenje okoliša- unos štetnih tvari u okoliš, što dovodi do negativnih posljedica na razne uvjete života pejus- pogoršanje uvjeta za organizme neke vrste zbog promjene nekog ekološkog čimbenika plagioklimaks- životna zajednica čiji prirodni razvoj prestaje zbog posljedica djelovanja ljudske aktivnosti onečišćenje- onečišćivač populacija- skupina jedinki iste vrste na odreñenom prostoru u odreñeno vrijeme procjena utjecaja na okoliš- postupak ocjenjivanja prihvatljivosti nekog zahvata (djelovanjem čovjeka) s obzirom na okoliš, uz odreñivanje mjera zaštite okoliša reintrodukcija- ponovno unošenje biljnih i životinjskih vrsta na područja iz kojih su nestale resursi- prirodna bogatstva nekog područja raspoloživa za gospodarsku uporabu smog- magla u kojoj je visoka koncentracija čañe ili drugih onečišćivača staklenički plinovi- skupina plinova koji uzrokuju učinak staklenika stanište- prostor na kojem se organizam ili populacija prirodno pojavljuje; svojstvena mu je odreñena kombinacija fizikalnih i kemijskih čimbenika toksičnost- otrovno djelovanje neke tvari; može biti akutno (nepovoljan učinak pojavljuje se u

kratkom vremenu), subakutno (nepovoljan učinak uzrokovan ponavljanom dnevnom primjenom toksične doze kroz kraće vrijeme) i kronično (nepovoljan učinak uzrokovan ponavljanom dozom kroz duže životno razdoblje)

trajno održivi razvoj- pristup iskorištavanju raspoloživih resursa i gospodarenje s njima tako da se zadovolje potrebe današnje generacije, bez onemogućavanja budućih generacija u zadovoljavanju njihovih potreba

7

2.2.1 Ekološki čimbenici Ekološki čimbenici su značajne i promjenjive fizikalne, kemijske ili biološke veličine iz okoliša koje mogu pozitivno ili negativno djelovati na rast, razmnožavanje i gustoću populacije nekog organizma. Na te čimbenike se mora organizam prilagoditi da bi preživio, a njihovo djelovanje može biti povremeno ili stalno. Čimbenici se dijele na:

→ abiotske čimbenike- sve nežive fizikalne i kemijske utjecajne veličine iz okoliša (temperatura, padaline i vlaga, svjetlost, vjetar, sastav i struktura tla, nadmorska visina, vodni režim podloge, nagib terena, klimatske promjene, kemizam okoliša i dr.);

→ biotske čimbenike- one koje proizlaze iz uzajamnih odnosa meñu organizmima

(priogeni, virogeni, bakteriogeni, fitogeni, zoogeni, antropogeni), uzimajući u obzir prehranu, razmnožavanje, gustoću populacije, rasprostranjenost vrste, socijalno ponašanje, životnu dob, natalitet, mortalitet, simbiozu, nametništvo, predatorstvo i dr.

Ekološki čimbenici djeluju različitim intenzitetom. Ukoliko najmanji intenzitet djelovanja bilo kojeg čimbenika uzrokuje neku posljedicu u ekosustavu radi se o ekološkom minimumu, a najveći intenzitet djelovanja nekog čimbenika kojeg organizam može podnijeti naziva se ekološki maksimum. Ekološka valencija je raspon izmeñu ekološkog minimuma i maksimuma u okviru kojeg je moguć život neke vrste, odnosno populacije. Ekološka valencija različita je za svaki čimbenik i svaku vrstu. Eurivalentne vrste imaju širok raspon podnošljivosti intenziteta nekog ekološkog čimbenika, a stenovalentne vrste imaju usku ekološku valenciju.

Na slici 1 dan je sumarni prikaz djelovanja različitih abiotskih i biotskih čimbenika.

8

SUNČEVA ENERGIJA

O2

H2O MINERALI CO2

SVJETLOTOPLINA

STANJE-OSOBINA OKOLIŠA

PROIZVOðAČIZELENE BILJKE

MRTVIORGANIZMI

HUMUS PA

RA

ZIT

I BILJOJEDI

MESOJEDI

MINERALIZACIJASAPROBNI ORGANIZMI

(SAPROVORI)

RAZLAGAČI

KONZUMENTI

ABIOTSKI OKOLIŠ

Slika 1: Sumarni prikaz djelovanja različitih abiotskih i biotskih čimbenika (iz D. ðikić i dr., 2001.)

9

3. BIOSFERA Pojam biosfera prvi je uporabio austrijski geolog E. Suess 1875. godine. Biosfera je površinski dio planeta Zemlje naseljen živim organizmima; to je dio geosfere tj. prostora u kojem vladaju uvjeti koji omogućuju život i u kojem su se razvili razni živi organizmi. Obuhvaća dio atmosfere (troposferu- desetak kilometara iznad površine Zemlje), hidrosferu, dio litosfere (desetak metara ispod površine Zemlje) i pedosferu. Ova definicija obuhvaća prostornu komponentu, za razliku od nekih drugih definicija koje polaze od ekosustava i njihovih meñusobnih odnosa.

Atmosfera- plinoviti Zemljin omotač.

Hidrosfera- vodeni Zemljin omotač (sve tekuće, stajaće i smrznute vode na Zemljinoj površini, vodena para u atmosferi).

Litosfera- čvrsti dio Zemlje (Zemljina kamena kora i gornji dio plašta debljine do 70 kilometara).

Pedosfera- površinski rastresiti dio litosfere (različite vrste tla, do dubine korijena biljaka). Ukoliko povijest Zemlje predočimo kao razdoblje od 24 sata, onda jedna sekunda iznosi 52 000 godine. Ljudski rod star je tek 20 sekundi, a i u tako „kratkom“ vremenu došlo je do ogromnih promjena u ekosferi.

Cjelokupni evolutivni razvoj, prema dosadašnjim saznanjima, prikazan je u tablici 1. Tablica 1: Evolutivni razvoj Zemlje i organizama (iz V. Glavač, 2001.)

Vrijeme milijuni godina

Geološka razdoblja i značajnija zbivanja u biosferi

5000-1500 Arheozoik 4600 Osnovno oblikovanje planeta Zemlje. 4300 Diferencijacija unutarnje grañe, izbacivanje plinova i vodene pare. 4000 Snažni udari planetoida. 3800 Stvaranje ukrućene litosfere i nastanak oceana.

3500-2000 Razvoj prokariota i rasprostranjenje bakterija i modrozelenih algi. Porast koncentracije kisika u atmosferi i nastanak zaštitnog sloja ozona.

1500 Razvoj eukariota. 1500-545 Proterozoik 1500-600 Nastanak višestaničnih organizama. Indicije o postojanju prvih životinja. 580-545 Dokazano postojanje životinja (radiolarije, spužve i dr.). 545-250 Paleozoik 545-505 Kambrij. Nagli razvoj organizama (trilobiti, mješinci, bodljikaši i dr.). 505-438 Ordovicij. Pojava riba (prvih kralješnjaka), koralja, cefalopoda, gljiva i dr. 438-410 Silur. Voskom zaštićene alge i prapaprati (psilofiti) osvajaju kopno.

Stonoge, prve kopnene životinje. Devon. Amoniti, nove skupine riba i dr. Indicije za nastanak prvih šumskih

ekosustava.

10

Vrijeme milijuni godina

Geološka razdoblja i značajnija zbivanja u biosferi

355-290 Karbon. Pojava praživa, letećih kukaca, vodozemaca i gmazova. Rasprostranjenje visokih papratnjača. Pojava golosjemenjača. Spuštanje kopna, porast nadzemne i podzemne vode, pougljivanje nekromase.

290-250 Perm. Masovno ugibanje organizama zbog zahlañenja. Pojava golosjemenjača. Razvoj gmazova i pojava prvih preteča sisavaca.

250-65 Mezozoik 250-205 Trijas. Nastanak šumskih ekosustava od golosjemenjača i paprati. Prvi

dinosauri i primitivni sisavci. 205-135 Jura. Prevlast dinosaura. Pojava letećih gmazova, malih sisavaca i prvih

ptica. 135-65 Kreda. Pojava i rasprostranjenje kritosjemenjača. Prevlast gmazova. Na

koncu perioda izumiranje dinosaura. Torbari i kukcožderi. 65-0,01 Kenozoik 65-1,8 Tercijar 65-55 Paleocen. Pojava glodavaca, čaplja i roda. Prvi primati i mesožderi. 55-38 Eocen. Rasprostranjenje travnjačkih formacija. Pojava prvih konja, kamela,

kunića, zečeva i prethodnika majmuna. 38-26 Oligocen. Nastanak glavočika i drugih danas postojećih biljnih porodica.

Rasprostranjenje velikih biljoždera. Pojava majmuna. 26-6 Miocen. Rasprostranjenje travnjačkih formacija na račun šumske

vegetacije. Rasprostranjenje biljoždera, majmuna i kitova. 6-1,8 Pliocen. Bogatstvo zeljastog bilja. Veliki mesožderi. Pojava hominida. 1,8-0 Kvartar

1,8-0,01 Pleistocen. Česta promjena klime s ledenim dobima. Doba čovjeka. Izumiranje većih sisavaca. Nastanak mnogih pustinjskih područja.

0,01-0 Holocen. Rasprostranjenje čovjeka i njegov utjecaj na ekosferu. Shematski prikaz biosfere dan je na slici 2.

11

Slika 2: Shematski prikaz biosfere (iz M. Matas, 2001.)

Najrazvijenija i najmoćnija vrsta u biosferi je čovjek koji svojim različitim

aktivnostima ima i najveći utjecaj na biosferu (slika 3), o čemu će više riječi biti u sljedećim poglavljima.

12

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

svekolikapreobrazba

kopnene površine

potrošnjaobnovljivih zaliha

slatke vode

povišenje CO2 koncentracije u

atmosferi

povišenjekoncentracije

dušikovih spojeva

prosječno prisustvostranih vrsta

izlovljavanjenajvrijednijih vrsta

riba

Slika 3: Neki od utjecaja čovjeka na biosferu

(iz M. Matas, 2001.)

Ostale vrste prikazane su u tablici 2. Tablica 2: Raznolikost i broj vrsta u svijetu i Hrvatskoj (iz M. Matas, 2001.)

Svijet Hrvatska Skupina Poznato Pretpostavljeno Poznato Pretpostavljeno

Biljke 270 000 500 000 7 500 8 700 Gljive 75-80 000 2 700 000 1 686 25 000 Lišaji 18 000 20 000 925 1 070 Životinje 1 770 000 103 255 000 24 087 56 000 Ostalo (virusi, bakterije)

8 000 4 000 000 ? ?

Ukupno (približno) 2 150 000 111 000 000 34 000 91 000 U prirodi vlada dinamička ravnoteža izmeñu broja pojedinih vrsta, a u nekim granicama moguća su smanjenja i povećanja pojedine populacije, bez narušavanja sustava. No, izravnim ili neizravnim zahvatima u sustav čovjek bitno utječe na pojedine vrste, bilo da im omogućava brži razvoj ili uzrokuje brže izumiranje.

Vrste su, prema ugroženosti, svrstane u tri kategorije:

13

- vrste koje su ugrožene zbog prijetnje regeneraciji njihovih populacija u bliskoj budućnosti, - vrste koje su osjetljive, jer im se populacija brojčano, geografskim rasprostiranjem ili oboje smanjuje, pa je dugoročno preživljavanje nesigurno, - vrste koje su rijetkost, jer je njihova ukupna populacija mala ili prostorno ograničena. Trajne intervencije u prostoru i uporaba svih njegovih dimenzija dovele su do toga da čovjek postaje sve svjesniji da imovinsko shvaćanje prostora nije dovoljno. Ne može se razmatrati samo ono što se odvija na zauzetom zemljištu, već se mora uključiti odgovorno sagledavanje svih posljedica na „ničijim“ ili „svačijim“ vrijednostima, kao što su zrak, voda, ostale vrste i dr. Pravo uporabe prostora, na žalost, još uvijek previše zaostaje za procesima koji se dogañaju u njemu. 3.1 Atmosfera Atmosfera je plinoviti i nevidljivi Zemljin omotač što se sastoji od smjese različitih plinova koju nazivamo zrakom. Atmosfera dosiže u visinu od približno 100 kilometara, a vrlo razrijeñena i do 300 kilometara. Podijeljena je u nekoliko slojeva, znatno različitih po svojim fizikalnim i kemijskim svojstvima.

Ustrojstvo atmosfere prikazano je na slici 4.

Slika 4: Ustrojstvo atmosfere

(iz V. Glavač, 2001.)

14

Višekatno ustrojstvo atmosfere omogućuje povoljne životne uvjete na površini Zemlje. Većina zraka nalazi se u nižim slojevima atmosfere, a 99,9 % mase atmosfere nalazi se u sloju do 99 kilometara iznad Zemljine površine. Uvjeti za razvoj i održavanje života najbolji su u području dodira Zemlje i atmosfere. U atmosferi u najvećem postotku ima plina dušika (N2), i to više od 78 vol. %, i kisika (O2), približno 21 vol. %. U manjim omjerima dolaze argon (0,98 vol. %) te ostali plemeniti plinovi s ukupnim udjelom od približno 0,002 vol. %.

U atmosferi je i ozon (O3) kojeg ukupno ima 0,00006 vol. %. Prilično je promjenjiva koncentracija ugljikova dioksida (CO2), i kreće se od 0,03 do 0,04 vol. % (tablica 3). Tablica 3: Sastav atmosferskog zraka (iz O.P. Springer, D. Springer, 2008.)

Sastavnica Vol. %

Kisik 20,79

Ugljikov dioksid 0,04

Dušik 78,42

Vodena para 0,75

Ukupno 100,00 U udjel dušika dodane su vrijednosti plemenitih plinova (He, Ne, Xe). Atmosfera se najčešće dijeli prema temperaturi na troposferu, stratosferu, mezosferu, termosferu i egzosferu. Temperatura atmosfere mijenja se s visinom, ali ne s uvijek jednakim predznakom gradijenta. Temperatura pojedinih dijelova ovisi o stupnju apsorpcije Sunčeva zračenja i izmjeni energije s površinom Zemlje. Od površine Zemlje do gornje granice troposfere temperatura postupno opada. Na visinama 15 do 40 kilometara temperatura iznosi -60 oC, nakon toga raste i na visini od 50 kilometara iznosi 50-100 oC, da bi na visini od 80 kilometara bila približno -100 oC. U višim slojevima koji imaju nisku gustoću i mali toplinski kapacitet, temperatura ovisi o zračenju; na 250 kilometara temperatura noću je 500 oC, a danju je viša od 850 oC. Mjesta gdje se mijenja predznak gradijenta temperature zovu se pauze. Na sastav atmosfere, koja je otvoren sustav važan za mnoge biogeokemijske cikluse elemenata i tvari, osobito u dijelu izmjene tvari s litosferom, utječu antropogene i prirodne emisije. Antropogene emisije su emisije nastale zbog izravnog čovjekovog djelovanja (prerada ili uporaba kemijskih tvari, spaljivanje fosilnih goriva, proizvodnje energije, poljoprivreda, stočarstvo, krčenje šuma izazvanim požarima i dr.). Prirodne emisije su emisije bez čovjekova djelovanja (erupcije vulkana, djelovanje vulkana, oceana, oluja i dr.).

15

3.1.1 Troposfera Troposfera je prizemni (najniži) sloj atmosfere, posebno važan za život organizama. Troposfera je najgušći sloj atmosfere i u njoj se zbivaju različite vremenske promjene (naoblaka, kiša, snijeg, sunčana razdoblja). Prostire se na visini do približno 18 kilometara na ekvatoru, do približno 10 kilometara na polovima i do približno 11 kilometara u našim geografskim područjima. U donjim slojevima ima sitnih anorganskih i organskih čestica. U troposferi se nalazi gotovo cijela količina atmosferske vode, odvija se proces kruženja vode u prirodi i stvaraju gotovo svi oblaci i padaline. Zračna strujanja u troposferi su vrlo jaka, pa dolazi do miješanja zraka iz viših i nižih slojeva. Kratkovalne Sunčeve zrake koje lako prodiru kroz atmosferu apsorbiraju se na Zemljinoj površini, a tople dugovalne zrake koje isijava Zemlja zagrijavaju atmosferu, što znači da se troposfera zagrijava odozdo. Temperatura se u troposferi snižava proporcionalno visini, prema tzv. adijabatskom profilu. Pri jednakom tlaku, topliji zrak zbog manje gustoće diže se iznad hladnijeg. Zbog smanjenja tlaka razmjerno s visinom taj će „paket“ ekspandirati upravo za iznos razlike tlakova. S obzirom na činjenicu da je zrak loš vodič topline, rad potreban za ekspanziju bit će gotovo adijabatski, pa se zbog toga u troposferi u suhom zraku temperaturni profil mijenja za -9,8 oC za svaki kilometar visine, a pri vlažnom zraku, zbog moguće fazne promjene vode odnosno vodene pare, temperatura se s visinom mijenja za prosječno -6 oC/km. Takav temperaturni profil atmosfere omogućuje dobro vertikalno miješanje zraka što je sa stajališta eliminiranja lokalnog onečišćenja zraka često vrlo važno, jer omogućuje dizanje uvis „toplijih paketa onečišćenog zraka“, kakvi su većinom otpadni plinovi nastali procesima izgaranja. Vertikalno miješanje bit će bolje što je negativniji stvarni temperaturni profil u atmosferi u odnosu prema onome za vlažni zrak. U prirodi su moguća stanja kada temperatura prizemnog sloja atmosfere raste s visinom- postojanje tzv. temperaturne inverzije. Sa stajališta mogućeg (lokalnog) onečišćenja zraka to je najlošije stanje, jer je otežano raspršivanje onečišćivača. Na globalnom planu dugotrajne se temperaturne inverzije dogañaju za vrijeme stvaranja anticiklone, kada se gornji slojevi zraka spuštaju, zagrijavajući se zbog efekta kompresije praćeni blagim vjetrovima, odnosno najčešće vjetra i nema (tišina), pa se za vrijeme njihova trajanja na odreñenom području mogu znatnije nagomilati onečišćivači. Epizode onečišćenja potencirane su i pojavom magle, odnosno stvaranjem smoga, što dovodi do vrlo ozbiljnih posljedica. Do kratkotrajnih pojava inverzije u jutarnjim satima često dolazi za vrijeme vedrih noći, kada se zbog intenzivnijeg zračenja topline sa Zemlje u svemir mogu pothlañivati donji slojevi atmosfere. Ta inverzija redovito nestaje već nakon izlaska Sunca. Zbog takvih mogućnosti u velikim se urbanim sredinama, u kojima je zrak loše kvalitete, ne preporučuje „protezanje“ kod otvorenog prozora nakon ustajanja, jer se s prvim udisajima „svježeg jutarnjeg zraka“ često udahnu i kokteli različitih onečišćivača s odreñenog prostora. Inverzije su česte i u kotlinama, gdje zbog hladnijeg zraka što se noću spušta s planine, donji slojevi mogu biti hladniji od onih u višim dijelovima. Visina pojave inverzijskog sloja osobitost je nekog područja. U industrijskim gradovima, na žalost, još uvijek i laik može dobiti osnovne spoznaje o vremenu, promatrajući obojene „perjanice“ dima (slika 5).

16

Slika 5: Širenje onečišćenja iz stacionarnih izvora u različitim vremenskim prilikama (iz M. Matas, 2001.)

Kemijski sastav suhog zraka prikazan je u tablici 4.

Tablica 4: Kemijski sastav suhog zraka u troposferi (iz V. Glavač, 2001.)

Kemijski element Plin Učešće Izvor Dušik N2 78,1 % vol. V, B Kisik O2 20,9 % vol. B Argon Ar 0,93 % vol. R Ugljikov dioksid CO2 354 ppmv V, B, A Neon Ne 18,2 ppmv V Helij He 5,2 ppmv R

17

Kemijski element Plin Učešće Izvor Kripton Kr 1,1 ppmv R Ksenon Xe 0,09 ppmv R Metan CH4 1,72 ppmv B, A Vodik H2 0,5 ppmv P, B, A Didušikov oksid N2O 310 ppbv B, A, P Ozon O3 10-100 ppbv P Sumporov dioksid SO2 do 0,2 ppbv V, A, P Dušikov dioksid NO2 10-100 pptv P, B Dušikov monoksid NO 5-100 pptv P, A, B Amonijak NH3 0,1-1 ppbv B, A Ugljikov monoksid CO 40-150 ppbv B, P, A Dušična kiselina HNO3 50-1000 pptv P Formaldehid HCHO 0,1-1 ppbv P, A CFC 11 CFCl3 280 pptv A CFC 12 CF2Dl2 480 pptv A ppmv (milijunti dio volumena) = 10-6, ppbv (milijarditi dio volumena) = 10-9, pptv (bilijunti dio volumena) = 10-12

V = vulkan, B = biosfera, R = radioaktivno raspadanje, A = antropogeni, P = fotokemijski 3.1.2 Stratosfera, mezosfera, termosfera i egzosfera Gornja granica stratosfere je na visini od 50 kilometara. Od stratopauze do tropopauze temperatura opada od 0 oC do -50 oC. Takav raspored toplinskih slojeva (od 15 oC na površini Zemlje do -50 oC u tropopauzi, te od -50 oC do 0 oC stratopauze) sprječava vertikalni uspon zračnih masa i ograničava vremenske promjene na područje troposfere. Stratosfera se pretežno zagrijava odozgo, što je uvjetovano ozonskom apsorpcijom ultraljubičastih zraka i oslobañanjem topline pri disocijaciji molekula kisika. Proces teče u zatvorenom slijedu kemijskih reakcija koje predstavljaju prirodni filtar za sprječavanje prodora prevelike količine ultraljubičastog zračenja na Zemlju. Djelovanje tog filtra narušava se dodavanjem stratosferi tvari koje se ne uklapaju u taj zatvoreni ciklus. Ozonski sloj stratosfere ugrožen je i na južnoj polutki. U ovom sloju pojavile su se tzv. ozonske rupe, što može bitno djelovati na život na Zemlji. U sloju iznad stratosfere, nalazi se mezosfera (u visini izmeñu 50 i 80 kilometara), a na nju se nadovezuje, izmeñu 80 i 300 kilometara, termosfera. U mezosferi temperatura postupno opada od 0 oC do -80 oC, a u termosferi naglo raste od -80 oC do 1 000 oC (danju i do 2 000 oC). Egzosfera je najviši sloj atmosfere gdje nema ionizacije plinova, jer molekule zračne smjese „bježe“ u meñuplanetarni prostor. Na visinama iznad 1 000 kilometara nema ni gustoće, ni tlaka zraka. 3.2 Hidrosfera Hidrosfera (ekosustavi voda) je Zemljin vodeni omotač koji uključuje sve tekuće, smrznute i stajaće vode na površini Zemlje te vodenu paru iz atmosfere. Voda je u hidrosferi nejednako raspodijeljena: 97,2 % vode nalazi se u oceanima i morima (slana voda), a približno 2,8 % su kopnene vode (jezera, rijeke- 0,8 % i ledenjaci 2 %). Vodene pare u

18

atmosferi ima približno 0,001 %. Za našu uporabu dostupna je uglavnom voda u kružnom toku izmeñu tla i atmosfere (1,3 x 104 km3). Voda, sa svojim fizikalnim i kemijskim svojstvima, ima ogromnu važnost za život. Još je Tales iz Mileta (600 god. prije Krista) rekao da je „Voda osnova svega, iz vode je sve, i sve se u vodu vraća.“ Najvažnije uloge vode u biosferi su: - stanište za veliki broj organizama, - važan čimbenik u reakcijama fotosinteze, - otapalo za sve hranjive elemente tla, - hrana za većinu živih organizama, - u svom biogeokemijskom ciklusu važan je prijenosnik energije, - zbog procesa isparavanja i kondenzacije te relativno visokog toplinskog kapaciteta bitan je klimatološki čimbenik u toplinskoj bilanci Zemlje.

Razlikuju se: - ekosustavi slatkih voda (ekosustavi rijeka, jezera, bara, močvara i sl.), - ekosustavi rubova kopna (ušća rijeka, morska obala), - ekosustav mora i oceana.

U tablici 5 prikazana je raspodjela slatke vode na Zemlji. Tablica 5: Raspodjela slatke vode na Zemlji (iz M. Matas, 2001.)

Oblik Maseni udjel, % Led (polarni, ledenjaci...) 77,23 Podzemna voda do 800 m dubine 9,86 Podzemna voda od 800 do 4 000 m 12,35 Vlaga tla 0,17 Jezera 0,35 Rijeke 0,003 Hidrirani zemni minerali 0,001 Biljke, životinje, čovjek 0,003 Atmosfera 0,04

Ukupna potrošnja vode po stanovniku u razvijenim dijelovima Zemlje iznosi 7 500 litara na dan, od čega na uobičajenu potrošnju u kućanstvu otpada oko 200 litara dnevno po stanovniku. Kod većine živih organizama maseni udjel vode u tijelu je veći od 50 % ukupne tjelesne mase. Voda je kao otapalo i reagens potrebna za metabolizam i biokemiju organizma. Preko 80 država svijeta u kojima živi više od 40 % svjetskog stanovništva doslovno je žedno. Više od 1,1 milijarde ljudi rabi životni minimum pitke vode, a približno 2,5 milijarde ljudi ne rabi nikakvu vodu za sanitarne potrebe. Godišnje više od 5 milijuna ljudi umire od zaraznih i drugih bolesti povezanih s nezdravom vodom, a predviña se da će do 2015. godine nestašica pitke vode pogoditi preko 4 milijarde ljudi. Nestašica vode uzrokovana je nemilosrdnim uništavanjem ekosustava u kojima nastaje pitka voda. Navodnjavanje, kemijska industrija, obrada zemljišta, umjetna gnojiva, pesticidi, razvoj naselja i drugih infrastruktura te zagañivanje zemljišta (često spominjan primjer- 1 litra mineralnog ulja nepovratno uništava

19

milijun litara pitke vode) čine od vode strateški materijal. Osim ugroženog čovjeka, posljedice trpe i mnoga druga živa bića, od kojih je većina osjetljivija na količinu i kvalitetu vode od samog čovjeka. Danas u priobalnim područjima (velike rijeke i jezera) te u primorskom pojasu mora i oceana živi 37 % stanovnika Zemlje, što predstavlja više ljudi nego što ih je ukupno bilo 1950. godine. Od 23 najveća grada na svijetu 16 ih se nalazi na morskoj obali. Upravo u tim područjima zabilježeno je do sada najpotpunije uništavanje postojećih ekosustava. U rijeke i jezera ispuštaju se svakovrsni štetni materijali. 90 % od 227 velikih svjetskih rijeka nema više prirodnu boju, a 89 % ne može se primijeniti niti za npr. pranje automobila. Većina tih voda završava u morima i oceanima te narušava krhku ekološku ravnotežu. 3.3 Listosfera Litosfera je vanjski stjenoviti omotač Zemlje. Uključuje Zemljinu koru i gornji dio plašta debljine do 70 kilometara. Sastoji se od donjeg, plastičnog, rastaljenog bazaltnog sloja u kojem prevladava silicij i magnezij (SIMA), gornjeg, krutog, granitnog sloja u kojem prevladava silicij i aluminij (SIAL) te eruptivnih, sedimentnih i metamorfnih stijena.

Ispod kore nalazi se plašt koji se sastoji od tri dijela: - gornji plašt, - prijelazna zona, - donji plašt. Plašt je u tekućem stanju i lagano pomiče koru iznad sebe, što dovodi do pomaka tektonskih ploča. U središtu Zemlje je jezgra u krutom stanju, sastavljena većinom od željeza i nikla. Litosfera se dijeli na tri dijela: - gornji dio (epizona), - srednji dio (mezazona), - donji dio (katazona). Iz unutrašnjosti Zemlje na površinu pojedinih mjesta izbijaju tekuća lava, piroklastično kamenje, različiti plinovi i vodena para. Vulkani svojim djelovanjem (prašina, otrovni plinovi) mogu prouzročiti velike štete. Problem za litosferu predstavlja eksploatacija minerala i energenata. Kemijski sastav litosfere (najzastupljeniji elementi) prikazan je u tablici 6. Tablica 6: Kemijski sastav litosfere (iz O.P. Springer, D. Springer, 2008.)

Kemijski element Maseni udjel, % Kisik 46,70 Silicij 22,70

Aluminij 8,10 Željezo 5,10 Kalcij 3,70 Natrij 2,75 Kalij 2,60

Magnezij 2,10

20

U litosferi je život moguć samo u njezinim površinskim slojevima, do desetak metara dubine. Neki organizmi žive u u dubljim slojevima kore, u mraku i ovise o hrani koja dolazi s površine. 3.3.1 Pedosfera i agrosfera Pedosfera je vrlo tanki rastresiti sloj zemlje, nastao kao rezultat dugotrajnog djelovanja atmosfere, hidrosfere i živih organizama na površinu litosfere. Pedosfera je preduvjet za raznovrsniji život na kopnu, važna etapa mjesnog i globalnog biogeokemijskog kruženja tvari, stjecište i medij za protok različitih vrsta energija, spremište različitih kemijskih spojeva, životni prostor za ljude, životinje, biljke, mjesto i sredstvo za biljnu proizvodnju. Pojam pedosfera označava i tlo, odnosno dio Zemljine kore koji je stanište za organizme što žive u njemu i na njemu. Debljina je od nekoliko centimetara i decimetara do nekoliko metara. Tla su disperzni sustavi izgrañeni od heterogene mješavine organskih i anorganskih čestica različite veličine. Tlo je rastresita, prirodna tvorevina, nastala tijekom dugotrajnih procesa, djelovanjem pedogenetskih čimbenika. Znanost koja se bavi grañom, postankom, razvojem, distribucijom te svojstvima tala zove se pedologija (tloznanstvo). Raznolikost tla posljedica je uzajamnog djelovanja organizama i geološke podloge. Većina tala sadrži više od 90 % mineralnih tvari i tek nekoliko postotaka organskih spojeva. Organski dio je nestabilan i promjenjiv, a nastaje utjecajem živih organizama. Ostaci mrtvih organizama u tlima stvaraju organske sastavnice tla- humus. Plodno tlo sadrži približno 10 % humusa, koje je bogato biogenim elementima. Prema teksturi razlikuju se četiri osnovne vrste tla: - pjeskovita (lako se obrañuju, prozračna su i lako se vlaže, ali i brzo suše te lako gube hranidbene minerale), - skeletna tla (mlada tla, siromašna hranidbenim tvarima, karakteristična za kamenjare), - glinena tla, - ilovasta tla (pogodna za poljodjelstvo). Proces formiranja tla vrlo je spor. Za nastanak jednog centimetra tla potrebno je i do 100 godina. Kemijski sastav tla vrlo je složen i prostorno raznolik. Poseban problem predstavlja degradacija tla. Degradacija tla je proces smanjenja bioloških, kemijskih i fizikalnih kvalitativnih svojstava tla. Neki od uzroka su: krčenje prirodnog vegetacijskog pokrova radi dobivanja aktivnih poljoprivrednih površina, unos ksenobiotika, onečišćenja i toksina, eutrofikacija tla uporabom gnojiva, povećana stopa erozije tla uslijed krčenja i poljodjelske obrade, odvodnjavanje, navodnjavanje, precipitacija atmosferskih onečišćenja, akumulacija urbanih otpadaka, rastuća urbanizacija s glomaznom infrastrukturom, prometnice i prometni putovi, turizam, rudarski kopovi i dr. Približno 300 milijuna hektara tla je u potpunosti degradirano, dok 2 milijarde hektara pokazuje znakove degradacije, većim dijelom u Aziji i Africi. Dio pedosfere, približno 11 %, koji je čovjek prilagodio svojim potrebama (proizvodnja biljne i životinjske hrane, proizvodnja nekih proizvoda za potrebe drvoprerañivačke, farmaceutske i kozmetičke industrije) naziva se agrosfera.

U tablici 7 prikazan je udjel agrosfere u ukupnoj površini kopna.

21

Tablica 7: Udjel agrosfere u ukupnoj površini kopna (iz O.P. Springer, D. Springer, 2008.)

Kontinent Udjel agrosfere u ukupnoj površini kopna, %

Europa 30 Azija 11 Afrika 9 Sjeverna Amerika 9 Južna Amerika 9 Australija 6

3.4 Ekosustavi Pojam ekosustav prvi je spomenuo A.G.Tansley 1935. godine. Ekosustav je osnovna gradivna jedinica prirode u kojoj su sva bića i njihov neživi okoliš prostorno i vremenski ujedinjeni protokom energije i kružnim tokovima tvari te koja posjeduje za nju svojstvene informacijske sadržaje, sposobnost samoorganizacije, samoobnove i samoodržanja. Ekosustavi se sastoje od biotopa (zajedničkih fizičkih obilježja prostora) i biocenoze (organizama koji žive u biotopu). Biocenoze se sastoje od svih populacija različitih vrsta koje nastanjuju neko područje ili površinu u danom vremenskom razdoblju. Biocenoze su nastale kao rezultat ekoloških procesa i evolutivnog razvoja pojedinih populacija. Biocenoze se meñusobno razlikuju. Ekosustavi su istodobno dio i cjelina, tako da je teško napraviti njihovu univerzalnu klasifikaciju. Postojeće klasifikacije uglavnom su napravljene prema potrebama ili razlozima klasifikacije, pri čemu se primjenjuju različiti parametri. Stoga je moguće izdvojiti različite ekosustave. Ukoliko se primjeni veličina kao kriterij, neki autori planetu Zemlju izdvajaju kao najveći ili globalni ekosustav. Često se pri tom rabi naziv geosfera ili ekosfera.

Dijelovi tako definiranog sustava prikazani su na slici 6.

22

Slika 6: Shematski prikaz ekosfere (iz M. Matas, V. Simončič, S. Šobot, 1992.)

Ekosustav ima četiri sastavnice: → anorganske tvari; → organizme proizvoñače- autotrofni organizmi; → organizme potrošače- heterotrofni organizmi; → organizme razlagače- heterotrofni organizmi. Zbog raznolikosti, ekosustavi se najčešće dijele prema prirodi biotopa ili prema sastavu biocenoze. Najčešća je podjela na: - vodene ekosustave (morske ili „slatke“) i - kopnene ekosustave. 3.4.1 Vodeni ekosustavi Ekosustav morskih voda Biljke i životinje površinskog sloja mora lebde u moru, pa ih valovi i morske struje raznose. To su planktonski organizmi. Manji dio pučinskih životinja može aktivno plivati vlastitom snagom organa za kretanje. To su plivajuće ili nektonske životinje. Na morskom dnu žive brojne nektonske životne zajednice. Ako se vrste pokreću vlastitom snagom radi se o vagilnim organizmima, a ako su vrste pričvršćene za podlogu radi se o sesilnim vrstama.

23

Dio mora, do 200 metara dubine, je svjetliji i naziva se trofogeni sloj. Tamo žive fitoplanktoni i brojne vrste sesilnih algi koje čine osnovu prehrambene piramide za razne životinje. Abisal je duboki morski sloj, bez svjetla, s visokim tlakom vodenog stupca. I u tom sloju postoje živi organizmi. Sličan raspored postoji i u kopnenim vodama, posebno u dubokim jezerima. Specifičnost ekosustava morskih voda je u salinitetu voda. Salinitet iznosi oko 35 o/oo i ovisi o dotoku kopnenih voda, toplini, isparavanju te količini padalina. Većina morskih životinja ima isti osmotski tlak kao i more. To su izoosmotski organizmi. Najbrojniji i najraznovrsniji živi organizmi nalaze se na dubini od 50 do 100 metara. Morsku vodu pretežno zagrijava Sunčevo zračenje. Stupanj upijanja svjetlosti ovisi o kutu upada, tako da je zagrijavanje mora malo na polovima (približno 5 oC), a veće u ekvatorskim područjima (približno 25 oC). U dubljim slojevima mora i oceana temperatura je približno 13 oC. Temperatura i slanost mora utječe na njegovu gustoću. Ekosustav kopnenih voda Ekosustav kopnenih voda dijeli se na: → tekućice: potoci i rijeke; → stajaćice: bare, močvare i jezera. Vodeni ekosustavi bogati su životinjskim i biljnim vrstama, za čiji opstanak je presudna prozirnost vode. 3.4.2 Kopneni ekosustavi Kopno na Zemlji zauzima oko 3/8 ukupne površine. Na ekosustave na kopnu najviše utječe klima, tj. različiti abiotski čimbenici u okolišu. Glavni kopneni ekosustavi su: → vlažne tropske šume; → bjelogorične šume umjerenog pojasa; → tajga; → tundra; → travnjaci; → savana; → stepe; → makija; → pustinje i polupustinje. Širenje pustinjskih predjela na Zemlji, tzv. dezertifikacija jedan je od većih ekoloških problema.

24

Čovjek ima značajan utjecaj na sve ekosustave. Primjer djelovanja čovjeka na kopnene dijelove prikazan je na slici 7.

Slika 7: Utjecaj čovjeka na kopnene ekosustave

(iz V. Glavač, 2001.) 3.4.2.1 Šume Posebno su važne šume, kao pluća planete Zemlje. Jedan hektar listopadne šume (10000 m2) na godinu oslobaña približno 15 000 litara kisika. Ekološka funkcija šume prikazana je na slici 8.

svjetsko stanovništvo veličina uporaba resursa

ljudske djelatnosti

turizam šumarstvo poljoprivreda industrija zanatstvo promet trgovina

preobrazba zemljine

površine ratarstvo ispaša šumarstvo itd.

promjene flore i faune bioinvazija uzgoj bilja i životinja lovstvo ribarstvo

globalno biogeokem. kruženje tvari

ugljik dušik voda

sintetizirani spojevi drugi elementi

globalna promjena klime

učinak staklenika zatopljavanje razgradnja ozona UV-zračenje vrem. nepogode

smanjenje biološkog diverziteta

poremećaj nasljednih osobina vrsta i populacija ekosustava krajolika

25

Slika 8: Ekološka funkcija šume (iz M. Matas, 2001.)

Jedan hektar šume dnevno ispari do 47 000 litara vode i utječe na klimu u krugu od 60 kilometara, godišnje pohrani i profiltrira 2 milijuna litara vode, za velikih kiša sprječava bujice i poplave vezanjem vode i godišnje filtrira 68 tona prašine. Funkcioniranje šumskih ekosustava poremećeno je na globalnoj i lokalnoj razini, što je posljedica čovjekova djelovanja. Nekada su se šume rasprostirale na 80-90 % kopna, a danas zauzimaju približno 25 % kopnene površine. U Republici Hrvatskoj šuma se prostire na 37 % površine. Dio površina bio je zahvaćen ratnim djelovanjem i još je nedostupan zbog mina (12%). Prenamjenom i usitnjavanjem šumskih površina došlo je do propadanja šuma. Šume prelaze u svoje degradacijske oblike (šikare, garizi, kamenjari, panjače). Republika Hrvatska se nalazi na 17. mjestu u Europi po degradaciji šuma. Drevna indijanska poslovica kaže: „Stabla su nebo. Ako šume nestanu, nebeski će se krov nad našim planetom urušiti. Tada će priroda i ljudi zajedno poginuti“. Deforestacija (nestajanje šuma prirodnim ili umjetnim putem) je vrlo star proces. Umiranje šuma na Sredozemlju započelo je već u antičko doba, a o razmjerima toga svjedoči današnji goli krški krajolik. Nekoliko stoljeća prije Krista i u Kini je prostor bio zahvaćen deforestacijom. Prašume šuma hrasta u srednjoj Europi iskrčene su izmeñu 7. i 13. stoljeća. Današnje šumske površine Angloamerike obuhvaćaju tek do 15 % šumskih površina koje su

26

postojale u razdoblju prije Kolumbovih otkrića. U današnje doba najintenzivnija deforestacija je u tropskom i sjevernom borealnom području. Deforestirano je do 40 % nekadašnjih šumskih površina. Svake se godine na Zemlji uništi približno 18 milijuna hektara šuma. Šume se uništavaju krčenjem i spaljivanjem zbog eksploatacije drva, širenja plantaža, pašnjaka ili grañevinskog zemljišta. U novije vrijeme pojavio se još jedan problem- sječa šuma radi intenzivnog uzgoja poljoprivrednih kultura koje se rabe kao biogorivo. Uništavanjem šuma nastaju vrlo opasne posljedice kao što su klimatske promjene, narušavanje geokemijske izmjene tvari, poremećaj sastava biocenoze i ekosustava u cjelini, pojačana erozija tla i dr. Shematski prikaz deforestacije i štete u okolišu dan je na slici 9.

Slika 9: Deforestacija i štete u okolišu (iz M. Matas, 2001.) Radi smanjivanja ekološkog pritiska na šume, neophodno je:

- izdvojiti i zaštititi ekološki reprezentativna područja s raznolikim šumskim vrstama (s najmanje po 10 % šuma svake vrste), - šumama izvan zaštićenih područja upravljati u skladu sa standardima koje je odredilo

Vijeće za upravljanje šumama, - zaustaviti nezakonitu sječu drva, - razvijati ekološki i društveno primjerene programe obnavljanja šuma, - smanjiti propadanje šuma do kojeg dolazi zbog zagañenja i klimatskih promjena,

manja

sjenovitost

odnošenje

org. tvari

jači dotok

padalina

poplave

jači dotok

topline

smanjena eva-

potranspiracija

manja

vlaga u tlu

povišeno

Sunčevo

zračenje

smanjenje

padalina

stvaranje

kore povišena

evaporacija

suša

erozija

odnošenje

humusa

spora re-

generacija

slab rast

biljaka

DEFORESTACIJA

27

- promicati recikliranje i ponovnu uporabu drvnih i papirnatih proizvoda.

3.4.3 Oligotrofni, eutrofni i distrofni ekosustavi Mjera kruženja energije u ekosustavima je bioproizvodnost, tj. stvaranje organskih spojeva. Prema intenzitetu bioproizvodnje ekosustavi mogu biti: - oligotrofni, - eutrofni, - distrofni. Oligotrofni (slaboproizvodni) vodeni ekosustavi (geološki mlaña jezera) imaju malo hranjivih tvari, malo fitoplanktona i nisku ukupnu primarnu bioproizvodnju. Zbog loše kvalitete tla i kod kopnenih oligotrofnih sustava ukupna bioproizvodnja je mala. Eutrofni (dobroproizvodni) vodeni ekosustavi bogati su hranjivim tvarima, imaju puno fitoplanktona, dobro razvijenu vegetaciju i visoku primarnu bioproizvodnju. Zbog dobre kvalitete tla (bogata humusom i mineralnim tvarima) omogućen je rast biljaka u eutrofnim kopnenim ekosustavima. Distrofni (odumirući) vodeni ekosustavi (plitke bare, plitka jezera) imaju malu količinu hranjivih tvari i malu količinu kisika, zbog procesa truljenja na dnu, te visoku kiselost voda. Takvi ekosustavi omeñeni su trskom, šašom i plutajućom vegetacijom, a ostala vegetacija i životinje vrlo su rijetki. 3.5 Biogeokemijski ciklusi Za život neophodno je nekoliko desetaka različitih biogenih elemenata i voda. Biogeni elementi su kemijski elementi koji sudjeluju u biogeokemijskim ciklusima, a ima ih 66. Ugljik, vodik, kisik, dušik, fosfor i sumpor čine 95 % mase žive tvari na Zemlji, a s kalcijem, silicijem, magnezijem, natrijem, kalijem, klorom i željezom čine 99 % suhe mase živih organizama. Ugljik, vodik, kisik i dušik su makroelementi- elementi potrebni u većim količinama, fosfor i sumpor su mikroelementi- elementi potrebni u manjim količinama, a ultramikroelementi su potrebni u neznatnim količinama. Do navedenih elemenata i njihovih spojeva živi organizmi dolaze iz nežive prirode: vode, zraka i tla. Izmeñu živih organizama i okoliša neprestano se izmjenjuju tvari i energija. Unutar biosfere postoji kruženje spojeva i elemenata iz sastava tih spojeva. Tako kruže atmosferski plinovi (kisik, dušik, ugljikov dioksid, vodena para), elementi iz sedimenata ili tla (sumpor, fosfor) i dr. Biogeokemijski ciklusi prikazuju kruženje najvažnijih elemenata i njihovih spojeva. Svako odstupanje bilo kojeg biogenog elementa i njegova kruženja u biosferi od normalnih vrijednosti, narušava pojedini ekosustav. Mnogo godina priroda je smatrana beskonačnim izvorom dobara, s velikom sposobnošću za samopročišćavanjem. Dugo se nije vjerovalo da će čovjek ikada moći utjecati na prirodno kruženje elemenata, ali to se ipak dogodilo. Danas su očite posljedice antropogenog utjecaja na biogeokemijski ciklus sumpora u umiranju šuma. Prije je sumpora najmanje bilo u atmosferi (uslijed razlaganja biomase i djelovanja vulkana); najvećim dijelom bio je vezan u rudama, ugljenu i nafti. Taj mali dio sumpora iz atmosfere nalazio je svoje konzumente pri povratku u tlo. Shvaćaju se i posljedice porasta koncentracije ugljikova dioksida u atmosferi na klimu. Zagañenja staništa onemogućavaju konzumiranje hrane s takvih područja. Metali su imali svoje mjesto u biogekemijskim ciklusima, ali samo tamo gdje su imali i svoje producente i svoje konzumente. Ukoliko toga nije bilo, osim u slučaju

28

vulkanske aktivnosti, ostali su vezani u rudama ili stijenama. Gospodarenjem prirodnim dobrima čovjek je unio primjerice olovo, kadmij i živu koji nisu biogeni elementi, ali su se zbog povećanih koncentracija počeli ugrañivati u biotop. Ukratko, čovjekov utjecaj na biogeokemijske cikluse, a time i na biosferu sve je izraženiji. 3.5.1 Kruženje vode Voda je najzastupljenija komponenta u biosferi. Kruženje vode (hidrološki ciklus) ostvaruje se isparavanjem vodene pare (evaporacija) sa slobodnih vodenih površina, oslobañanjem transpiracijom vegetacije i padalinama. Kod suhog i toplog zraka te djelovanjem vjetra povećavaju se evaporacija i transpiracija. Voda u prirodi dolazi u tri agregatna stanja: kao para, led i tekućina. Biljkama i životinjama potrebne su velike količine vode iz okoliša. Proizvodnja hrane troši znatne količine vode (za kilogram pšenice potrebno je približno 1500 litara vode, za kilogram mesa 40 000 litara vode, za litru mlijeka 4 000 litara vode). Od isparene i transpirirane vode nastaju padaline koje su često i tisućama kilometara dalje od nastajanja u prirodi. Oblaci su nošeni vjetrovima i strujanjima u atmosferi.

Kruženje vode prikazano je na slici 10.

29

Slika 10: Kruženje vode (iz M. Matas, V. Simončič, S. Šobot, 1992.)

30

Godišnje je kružnim tokom obuhvaćeno više od 500 000 km3 vode, pri čemu iz oceana i mora ispari 86 %, a s kopna 14 % vode. U obliku padalina na kopno padne 38 830 km3 vode više nego što s njega ispari u atmosferu. Taj „višak“ ponajviše potječe iz oceana. Voda je obnovljivi resurs, obzirom na svoj kružni tok. Navedene količine vode bile bi više nego dovoljne i za višestruko veći broj stanovnika nego što Zemlja danas ima, ali zbog prirodnih klimatskih razlika ta se slika izobilja vode znatno mijenja. Količina isparene vode na sjevernoj polutki manja je nego na južnoj. Dvije trećine vode koja se preko kopna vraća u ocean vrlo brzo otječe bujicama i uzrokuju štetu. Količina obnovljive raspoložive vode vremenski i prostorno nije ravnomjerno rasporeñena. Kruženjem, atmosferska voda otapa i ispire većinu nečistoća. Te nečistoće ozbiljno ugrožavaju rijeke i jezera te podzemne vode. 3.5.2 Kruženje ugljika Ugljik je najzastupljeniji element u živim organizmima. Približno 50 % suhe tvari u ljudskom tijelu čini ugljik. Ugljik je najvažniji sastojak svih organskih spojeva. On povezuje atmosferu, litosferu, pedosferu, hidrosferu i biosferu. Hidrosfera je najveći spremnik za globalnu cirkulaciju ugljika (sadrži približno 40 000 GtC, najvećim dijelom u srednje dubokom i dubokom oceanu), a atmosfera je najmanji spremnik za globalnu cirkulaciju ugljika (sadrži približno 750 GtC). Izmjena se odvija putem ugljikova dioksida odnosno razlikama njegova parcijalnog tlaka u ovim medijima, što godišnje iznosi gotovo 90 GtC. Hidrosfera sadrži 65 puta više ugljikova dioksida, a može upiti i više, što je ograničeno polaganim transportom u dublje slojeve. Kopneni dio biosfere i atmosfera izmjenjuju ugljik fotosintezom i respiracijom. Antropogene emisije procjenjuju se na do 10 GtC godišnje.

Kruženje ugljika prikazano je na slici 11.

FOTOSINTEZA ATMOSFERA720

BIOSFERAŽIVA TVAR 830

NEŽIVA TVAR 1750

LITOSFERA

66 000 000

HIDROSFERAPOVRŠINSKE VODE 700OCEANI 37 000

60

120

60

PODMIRENJE ENERGETSKE POTREBE BILJAKA - DISANJE

60

UNIŠTAVANJE ŠUMA I TLA

RAZGRADNJA BIOMASE

SPALJIVANJE FOSILNIH GORIVA

0.1

0.2

5

10

0

10

0

2

ENERGIJA SVJETLA

FOTOSINTEZOM SE GODIŠNJE VEŽE

4.8x10E18 kJ

Jedinice:Tokovi 10E12kg C/godRezervoari 10E12kg C

Slika 11: Kruženje ugljika

(iz M. Matas, V. Simončič, S. Šobot, 1992.)

31

Osnovni tok ugljika usmjeren je iz atmosfere prema proizvoñačima- autotrofnim biljkama. Procesom fotosinteze ugljikov dioksid se troši za sintezu primarne ogranske tvari- ugljikohidrate. Aerobnim disanjem životinja i ljudi troši se kisik, a izlučuje ugljikov dioksid koji se vraća u atmosferu. Dio ukupnog ugljika živih organizama iz prijašnjih milenija pohranjen je u fosilnim gorivima (nafta, ugljen, zemni plin). Povećanom potrošnjom fosilnih goriva u prošlom stoljeću naglo se povećalo oslobañanje ugljikova dioksida u atmosferu. Došlo je do neravnoteže od potrošnje autotrofnih organizama i emisije ugljikova dioksida. Dio ukupnog ugljika deponira se u sedimentnim stijenama u obliku kalcijeva karbonata (CaCO3).

Kruženje ugljika u biosferi može se podijeliti na biološko kruženje (malo kruženje ugljika) i na abiotsko kruženje (veliko kruženje ugljika). Procesi u kojima autotrofni organizmi troše ugljikov dioksid koji je nastao respiracijom živih organizama i razgradnjom organske tvari uzrokuju biološko kruženje ugljika. To su procesi stvaranja organske tvari putem fotosinteze i kemosinteze. U okolišu postoje i drugi putovi kojima se na jednoj strani stvara ugljikov dioksid (vulkanske erupcije i djelomično odvajanje iz bikarbonata), a na drugoj se strani stvaranjem vapnenca gotovo nepovratno troši, sa stajališta dostupnosti živim organizmima. Svi su ti oblici ugljikova dioksida izdvojeni iz kruženja u biosferi i nazivaju se abiotsko kruženje ugljika. 3.5.3 Kruženje kisika Kisik je sastojak brojnih različitih kemijskih spojeva. Kruženje kisika u biosferi vrlo je složeno. Svi organizmi tijekom disanja troše kisik, a oslobaña se samo tijekom fotosinteze. Poznato je da najveći dio kisika u atmosferi potječe od autotrofnih- fototrofnih organizama, tj. od fitoplanktona pa do višeg vodenog i kopnenog bilja. Obnovi kisika na Zemlji pridonose fitoplanktonski jednostanični organizmi u površinskom sloju svih oceana. Godišnja proizvodnja svih autotrofnih organizama na Zemlji iznosi približno 500 milijardi tona kisika. Glavni potrošači kisika su heterotrofne biljke, životinje i ljudi. Znatne količine kisika troše se na Zemlji za brojne procese truljenja, uglavnom uz pomoć mikroorganizama. Velike količine kisika troše se za izgaranje suhe trave, drva i fosilnih goriva. Veliki potrošači kisika su industrijski pogoni, ložišta i vozila. Za obnavljanje cjelokupne količine kisika u atmosferi potrebno je gotovo 2 000 godina, a za obnavljanje cjelokupne količine ugljikova dioksida u atmosferi potrebno je približno 300 godina. 3.5.4 Kruženje dušika Dušik zauzima vrlo važno mjesto, po količinskoj zastupljenosti, u grañi molekula bjelančevina, nukleinskih kiselina i drugih spojeva. U atmosferi se nalazi u plinovitom stanju, sa zastupljenošću od 79 vol. %. Iz atmosfere se dušik relativno malo troši za živi svijet. Dušika ima i u tlu, u obliku anorganskih spojeva (nitrati, nitriti, amonijevi spojevi). Dušik takoñer dolazi u obliku organskih spojeva (urea, mokraćna kiselina, aminokiseline, bjelančevine). Na svom kruženju dušik se mijenja i neprestano prelazi iz jednog oblika u drugi. Prevoñenje dušika iz atmosfere u nitrate i amonijak naziva se nitrogena fiksacija. U uporabi atmosferskog dušika u tlu sudjeluju simbiotske dušikove bakterije. U biljkama se sintetiziraju spojevi bogati dušikom. Neke bakterije i modrozelene alge iz tla i vode vežu takoñer atmosferski dušik i prevode ga u amonijak. Amonijak se pomoću bakterija iz tla procesom nitrifikacije oksidira u nitrite, a zatim u kiseline.

32

Dušična kiselina u vodi tla disocira u nitrat (NO3-), kojeg može rabiti najveći broj

biljaka. U tim reakcijama oslobañaju se energija i toplina, potrebne za život bakterija nitrifikatora. Iz tla ili vode biljke ugrañuju nitrate, njima se hrane biljojedi, a njima mesojedi i raznojedi. Kruženje dušika završava uginućem životinja i smrću ljudi. Njihovom mikrobiološkom razgradnjom procesom truljenja nastaje od organskih dušikovih spojeva (npr. bjelančevina) ponovno amonijak. Taj proces naziva se amonifikacija. Djelovanjem denitrifikacijskih bakterija moguće je razgraditi nitrate u tlu i vodi. Mogu nastati meñuspojevi- dušikovi oksidi, od kojih bakterije rabe kisik te se u atmosferu vraća slobodan plin dušik. Taj proces naziva se denitrifikacija.

Na slici 12 prikazano je kruženje dušika.

33

- megatone (uspravne brojke- ukupne količine; kose brojke- godišnji tok)

Slika 12: Kruženje dušika (iz V. Glavač, 2001.)

34

3.5.5 Kruženje fosfora Fosfor je važan biogeni element potreban za razgradnju brojnih organskih spojeva u tijelu. Živi organizmi do fosfora dolaze pretežno iz litosfere. Vode na kopnu ispiru stijene i fosfor unose u mora i oceane. Globalno kruženje fosfora je najčešće u obliku fosfata, PO4

3-, nošenog vodom. Samo mali dio se transportira zrakom, u obliku prašine. Fosfor se u obliku fosfata uključuje u primarnu organsku proizvodnju, a dalje se hranidbenim lancima prenosi u heterotrofne organizme. Glavni izvori fosfora su minerali, morski organizmi i naslage izmeta morskih ptica (guano).

Kruženje fosfora prikazano je na slici 13.

35

Slika 13: Kruženje fosfora

(iz V. Glavač, 2001.)

36

3.5.6 Kruženje sumpora Sumpor je važan element za izgradnju nekih aminokiselina i bjelančevina. U tlu sumpor dolazi u obliku mineralnih soli. Dio sumpora ugrañen je i u sedimentnim stijenama u obliku teško razgradivih spojeva (FeS, CaSO4). U atmosferi dolazi u obliku sumporova dioksida (SO2). Sumpor ulazi i u žive organizme u obliku spojeva sulfata i sulfida, koje biljke apsorbiraju i dalje nakon redukcije uključuju u sintezu aminokiselina, bjelančevina itd. Pod anaerobnim uvjetima može doći do neposredne redukcije i nastanka sulfida tj. vodikova sulfida (H2S). Nagomilavanje velikih količina vodikova sulfida u dubljim anaerobnim slojevima vode katkad je uzrok iščezavanja živih organizama na dubini većoj od 200 metara. Velike količine sumporova dioksida (SO2) oslobañaju se u atmosferu pri izgaranju fosilnih goriva. U kontaktu s vodom nastaje sumporasta kiselina (H2SO3). Sumporov dioksid u reakciji s kisikom i vodom stvara sumpornu kiselinu (H2SO4). Sumporasta i sumporna kiselina sastavnice su kiselih kiša. One se danas smatraju jednim od uzroka propadanja šuma. Procjenjuje se da je 50 % europskih šuma obuhvaćeno sušenjem.

Kruženje sumpora prikazano je na slici 14.

37

Slika 14: Kruženje sumpora (iz M. Matas, V. Simončič, S. Šobot, 1992.)

38

Velike količine sumpora oslobañaju se vulkanskim aktivnostima. Najveći utjecaj čovjeka na kruženje sumpora rezultat je industrijske aktivnosti (spaljivanje ugljena, nafte, plina, taljenje ruda koje sadrže sumpor).

39

4. EKOTOKSIKOLOGIJA Ekotoksikologija je multidisciplinarna znanost čiji je naziv nastao od pojmova ekologija (proučava odnose živih bića i okoliša) i toksikologija (proučava djelovanje otrova na organizme). Pojam ekotoksikologija prvi je uporabio R. Truhaut 1969. godine, a prvu definiciju dao je 1977. godine: „Ekotoksikologija je znanost koja izučava širenje toksičnosti u prirodi, učinke otrova na pojedine organizme i životne zajednice, odnosno na ekosustav.“ O.P. Springer 1981. godine ekotoksikologiju je definirao kao „znanost koja proučava svaku kvantitativnu i kvalitativnu promjenu fizičkih, kemijskih i bioloških svojstava osnovnih sastavnica okoliša (zraka, vode, tla, hrane). Do promjene dolazi uslijed djelovanja različitih čimbenika, a posljedice su trenutno i buduće pogoršanje mnogih životnih uvjeta (zdravlja, gospodarstva i dr.). “ D. ðikić je 2001. godine definirao zadatak ekotoksikologije kao „istraživanje dolaska, učinka, zadržavanja i dinamike štetnih otrovnih tvari, polutanata, agrokemikalija, ksenobiotika i dr. “ Ekotoksikologija, osim uz ekologiju i toksikologiju, vezana je uz fiziologiju, znanost koja proučava životne pojave i funkcije stanica, tkiva, organa, organskih sustava i organizama. Proučavanje djelovanja različitih ekoloških čimbenika na funkcioniranje stanica, tkiva, organa i organske sustave naziva se ekofiziologija. Obzirom da je ekotoksikologija toksikologija prirode i okoliša, u novije vrijeme uvedeno je novo područje, pod nazivom industrijska ekologija. Taj pojam spominju T.E. Graedel i B.R. Allenby 2003. godine, a on obuhvaća proučavanje utjecaja industrijskog onečišćenja na prirodu i okoliš. 4.1 Onečišćivači U poglavljima 4.2- 4.4 bit će prikazani neki ekološki problemi, vezani uz onečišćenje. Onečišćenje izazivaju onečišćivači, koji prema svom podrijetlu mogu biti prirodni (erupcije vulkana, gejziri, potresi, požari, poplave, klimatske promjene i dr.) i antropogeni (industrija, poljoprivreda, izazvani požari, sječa šuma, izgaranje goriva i dr.). Onečišćivači, prema prirodi, mogu biti: kemijski (anorganski i organski spojevi), fizikalni (plin, tekućina, krutina, toplina, zračenje) i biološki (mikroorganizmi, ekskrecijske tvari organizma, demografski učinak). Svi ti onečišćivači štetno djeluju na procese u atmosferi, vodi i tlu, kao i na sve organizme, što dovodi do degradacije ekosustava. U daljnjem tekstu navedena je podjela djelovanja onečišćivača prema primarnom mjestu onečišćenja: onečišćenje zraka, onečišćenje voda i onečišćenje tala.

40

4.2 Onečišćenje zraka Onečišćeni zrak je dio atmosfere u kojem se nalaze tvari što su strane prirodnom kemijskom sastavu zraka. O zagañenju zraka može se govoriti ukoliko je zrak posebno onečišćen, tj. sadrži tvari u koncentracijama koje izazivaju štetne posljedice po zdravlje živih organizama te nanose štete okolišu i gospodarstvu. 4.2.1 Izvori onečišćenja zraka Onečišćenje zraka je posljedica djelovanja primanih i sekundarnih onečišćivača. Primarni onečišćivači zraka mogu se svrstati u pet skupina: - ugljikov monoksid (CO) i ugljikov dioksid (CO2), - ugljikovodici (HC) ili hlapljivi organski ugljikovodici, - dušikovi oksidi (NOx), - sumporov dioksid (SO2) i sumporov trioksid (SO3), - krute čestice ili kapljice, dovoljno sitne da bi ostale u zraku (čaña, dim, prašina, azbestna vlakna, pesticidi i dr.). Sekundarni onečišćivači formiraju se tijekom kemijskih reakcija izmeñu primarnih onečišćivača i drugih atmosferskih tvari, kao što je vodena para. Reakcije se javljaju zbog Sunčeve svjetlosti, tj. pojavljuje se vrlo opasan fotokemijski smog. Fotokemijski smog značajan je za urbana središta i ovisno o kemijskim reakcijama, ugrožava živi i neživi svijet. Glavni izvori onečišćenja zraka mogu biti prirodnog i antropogenog podrijetla. Od prirodnih izvora značajnu ulogu imaju vulkani, kojih na Zemlji ima približno 700 aktivnih. Tijekom erupcija vulkani izbacuju znatne količine različitih plinova i vulkanske prašine. Najčešći plinovi koje oslobañaju vulkani su: CO2, CO, SO2, H2S, CH4, NH3, klor, vodik i vodena para. Požari velikih razmjera prouzročeni prirodnim putem takoñer predstavljaju veliku opasnost za čistoću zraka. Antropogeni izvori onečišćenja zraka su: kemijska industrija, prerañivačka industrija, proizvodnja energije, promet i dr.

Glavni kemijski onečišćivači zraka prikazani su u tablici 8. Tablica 8: Glavni kemijski onečišćivači zraka, % (iz O.P. Springer, D. Springer, 2008.) Izvor SO2 NO i NO2 CO i CO2 CH4 Čestice Ukupno Prometala 0,7 4,2 46,5 8,5 0,7 60,6 Industrija 6,3 1,4 1,4 2,8 4,2 16,1 Toplane 8,5 2,2 0,7 0,7 2,1 14,2 Kućanstva 2,1 0,7 1,4 0,7 0,7 5,6 Spaljivanje 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 3,5 Ukupno 18,3 9,2 50,7 13,4 8,4 100,0

41

4.2.2 Posljedice onečišćenja zraka Osnovne posljedice onečišćenja zraka su: - pojava učinka staklenika, - kisele kiše, - stvaranje ozonske rupe (stanjenje ozonosfere), - promjena klime. 4.2.2.1 Učinak staklenika Učinak staklenika je pojava temeljena na principu zagrijavanja staklenika u poljoprivredi. Kroz staklo u staklenik prodiru kratkovalne Sunčeve zrake, odbijaju se od tla u obliku infracrvenih toplinskih zraka koje se reflektiraju od staklene površine i ostaju zarobljene u stakleniku, koji se na taj način zagrijava. Na Zemlji djeluje i prirodni i antropogeni učinak staklenika. Život na Zemlji zahvaljujemo prirodnom učinku staklenika, jer bi bez njega na površini Zemlje vladala temperatura od -18 oC. Kratkovalne Sunčeve zrake prodiru velikim dijelom na površinu Zemlje, ali dugovalne toplinske zrake koje Zemlja isijava sa svoje zagrijane površine dobrim dijelom absorbira atmosfera. Na taj način smanjuje se zahlañivanje. Prirodnom stakleničkom učinku najviše pridonosi vodena para, a dijelom i staklenički plinovi čija ukupna koncentracija u troposferi nije viša od 0,1 %. Staklenički plinovi su: CO2, CH4, NO2, CFC (klorfluorugljik) i O3 (ozon). Najdugovječniji staklenički plin od svih plinova koje proizvodi čovjek je onaj iz rashladnih ureñaja- tetrafluormetan, koji je u atmosferi postojan i duže od 50 000 godina. Staklenički plinovi i vodena para propuštaju Sunčeve zrake, apsorbiraju tople dugovalne infracrvene zrake koje isijava litosfera, pedosfera i hidrosfera te ih ponovno vraćaju na površinu Zemlje. Prirodni staklenički učinak povećavaju povišene koncentracije spomenutih plinova kao i umjetno stvoreni plinovi (iz industrije i drugih djelatnosti). Sve navedeno ima utjecaj i na zaštitni sloj ozona u atmosferi. U tvorbi dodatnog stakleničkog učinka izazvanog ljudskim djelatnostima (antropogeni učinak) sudjeluje: CO2 sa 50 % CH4 sa 21 % CFC sa 17 % O3 sa 7 % N2O i ostali plinovi sa 5 %. Antropogene promjene u atmosferi uzrokuju povišenje prosječne globalne temperature u prizemnim dijelovima atmosfere za 0,3-0,6 oC. Toplinski bi učinak bio puno veći da mora i oceani svojim površinskim slojevima ne upijaju 30-50 % antropogenog CO2 te usporenim primanjem i otpuštanjem topline ne ublažavaju temperaturne ekstreme u kopnenim dijelovima litosfere i troposfere. Kompjutorski modeli predviñaju porast prosječne temperature Zemlje od 1,5 do 4,5 oC, ukoliko se udjel CO2 u atmosferi udvostruči. Posljedice takvog povišenja temperature bile bi otapanje ledenjaka, porast razine mora i oceana za 0,5 metara svakih 10 godina, dezertifikacija i dr.

42

Atmosferske koncentracije aeroonečišćivača s učinkom staklenika danas i procjena njihova sadržaja 2050. godine prikazani su u tablici 9. Tablica 9: Aeroonečišćivači s učinkom staklenika danas i 2050. godine (procjena) (iz O.P. Springer, D. Springer, 2008.)

Atmosferska koncentracija (ppm) Onečišćenje

Sadašnja 2050. godine Vrijeme degradacije

(u godinama) CO2 350 600 od 2 do 4 CH4 1,7 2,5 od 7 do 10 N2O 0,31 0,35 od 20 do 100 CFC 6,1 x 104 7 x 103 od 75 do 100

ppm = volumni udjel onečišćivača na milijun dijelova zraka

Republika Hrvatska, prema protokolu iz Kyota, smije godišnje u atmosferu emitirati najviše 33,44 milijuna tona stakleničkih plinova. Staklenički plinovi u našoj zemlji sastoje se od 60-77 % CO2, 10-15 % CH4, 10-15 % NO i približno 0,2 % CFC. Zemlja koja ne „potroši“ dozvoljenu kvotu, tj. emitira manju količinu stakleničkih plinova od one koja joj je odobrena, moći će prodati svoje pravo zemlji koja proizvodi više stakleničkih plinova nego što je dopušteno. 4.2.2.2 Kisele kiše Otrovni plinovi u atmosferi, osim onečišćenja zraka, stvaraju uz vodenu paru kisele kiše. Kisele kiše su padaline koje u sebi sadrže vrlo štetne kemijske spojeve počevši sa spojevima sumpora i ugljika (SO2, H2SO4, CO, CO2), pa sve do složenih dušikovih i organskih spojeva s česticama izuzetno otrovnih teških metala. Vulkanska i gejzirska aktivnost, biološka razgradnja i prirodni šumski požari, prirodni su mogući uzroci nastanka kiselih kiša. No, na taj način se oslobaña samo 10 % SO2 i NO. Ostalih 90 % potječe od ljudske aktivnosti: - sagorijevanja fosilnih goriva, - emisija otpadnih industrijskih plinova, - namjernog izazivanja šumskih požara velikih razmjera, - nastanka plinova kao rezultat rada motora s unutarnjim sagorijevanjem i dr. Vodena para u atmosferi reagira s plinovima, uz energiju Sunčeve svjetlosti i kisik: SO2 + H2O → H2SO3 2SO2 + O2 → 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 2NO + O2 → 2NO2 2NO2 + H2O →HNO2 + HNO3

Tako zakiseljene kiše ili snijeg dolaze u rijeke i jezera, pa njihove vode takoñer vremenom postaju kisele. Sniženjem pH- vrijednosti propadaju brojne vodene i životinjske vrste. Kisele kiše povećavaju koncentracije toksičnih metala u vodi, što uzrokuje pomor riba. Štetno djelovanje vidljivo je i na kopnu: kiselina ispire minerale neophodne za rast bilja, sprječava klijanje sjemena, povećava koncentraciju teških metala, spaljuje lišće i koru.

43

Posebno su ugrožene šume, koje na pojedinim područjima u fazi propadanja imaju i više od 40 % jedinki. Taj proces propadanja naziva se umiranje šuma. Brojni povijesni spomenici i grañevine degradiraju se i nestaju pod djelovanjem kiselih kiša. 4.2.2.3 Ozonska rupa Pod pojmom ozonska rupa smatra se stanjivanje i uništavanje dijela ozonskog sloja u stratosferi Zemlje. Stratosferski ozon nalazi se na 20-30 kilometara od površine mora i apsorbira najveći dio Sunčeva ultraljubičasta zračenja. Ozon čini manje od milijuntog dijela svih plinova u atmosferi. Ukoliko su uvjeti normalni ozon se stalno obnavlja iz atmosferskog kisika. Ozon djeluje kao selektivni filtar kratkovalnog ultraljubičasto zračenja (UVB zrake od 180-240 nm). Bez tog tzv. ozonskog štita kratkovalne ultraljubičaste zrake na površini Zemlje bile bi smrtonosne. Ukupna količina ozona u Zemljinoj atmosferi smanjuje se brzinom od približno 1 % godišnje. U gornjim slojevima stratosfere Sunčevo zračenje pretvara molekule kisika u atomni kisik (O2 →2 O). Atomni kisik vrlo je reaktivan i brzo reagira s molekulama kisika stvarajući ozon (O + O2 → O3). Dio tako nastalog ozona razori se u reakciji s atomima kisika nastalim u prvoj reakciji (O3 + O → 2 O2). Ultraljubičasto zračenje većih valnih duljina može razbiti molekulu ozona u molekularni i atomni kisik. Na taj način postoji ravnoteža u nastanku i razbijanju ozona. Freoni i haloni (ubojice ozona) u atmosferi se zadržavaju od 75 do 100 godina. Na 25 kilometara visine dolazi do fotolitičke disocijacije uslijed djelovanja ultraljubičastih zraka. Nastaju halogeni radikali koji pogubno djeluju na molekule ozona. Primjerice, svaki atom klora koji nastaje fotolitičkom disocijacijom freona može razoriti 105 molekula ozona. CFCl3 → CFCl2 + Cl Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2

O3 + 1/2 O2 →2 O2

Tako smanjena koncentracija ozona povećava dotok UVB zraka na Zemlju, što posebno šteti fitoplanktonu u površinskom sloju te se narušavaju hranidbeni lanci. Povećanje UVB zračenja povećava postotak oboljelih od karcinoma i melanoma kože, povećava broj oboljelih sa sivom mrenom oka i uzrokuje opadanje imunološkog sustava. Erupcije vulkana takoñer oštećuju ozonski sloj. Pojavila se potreba za kriterijem po kojem bi se znalo koliko je pojedina kemikalija pogubna za stratosferski ozon. Jedan od takvih, danas općeprihvaćen kriterij, jest ODP (eng. Ozone Depletion Potential), tj. potencijal iscrpljivanja ozona. ODP je indeks koji uzima u obzir vremensko uništenje ozona uzrokovano specifičnom količinom kemikalije u odnosu na ono uzrokovano istom količinom freona 11. Znanstvenici sugeriraju da se registriraju sve industrijski proizvedene kemikalije koje sadržavaju klor i brom, a potencijalno bi mogle doći u stratosferu, te da im se odredi ODP. Takoñer se preporučuje uporaba samo onih komponenata koje su kratkog životnog vijeka u atmosferi.

44

Montrealskim protokolom 1987. godine 47 zemalja obvezalo se da neće povećavati proizvodnju odreñenih freona i halona te da će potrošnju istih do 2000. godine smanjiti za 50% u odnosu na 1986. godinu. Kao potpisnica Montrealskog protokola, Republika Hrvatska obvezna je prestati proizvoditi navedene tvari do 2010. godine. Stratosfera sadržava približno 90 % ozona, a ostatak se nalazi u troposferi. Nastaje u prirodi (električno pražnjenje atmosferskog elektriciteta, oksidacija smole crnogoričnih šuma, oksidacija morskih algi). Antropogeni izvori su ispušni plinovi automobila i iz industrijskih postrojenja. Troposferski ozon stvara se u kompleksnoj reakciji izmeñu dušikova oksida (NOx) i ugljikovodika (nastanak fotokemijskog smoga). Prizemni, troposferski ozon štetno djeluje na zdravlje. Oštećuje dišne putove, uzrokuje bronhitis, otežava disanje, oštećuje eritrocite i uzrokuje anemiju. Krajem 2006. godine iznad Antarktika zabilježeno je do sada najveće stanjenje ozonskog sloja. U tom području nedostaje približno 40 milijuna tona ozona. 4.2.2.4 Klimatske promjene Razlikuje se vrijeme od klime. Vrijeme je trenutno stanje atmosfere na odreñenom mjestu. Klima je prosječno stanje atmosfere nad odreñenim mjestom u odreñenom razdoblju, uzimajući u obzir prosječna i ekstremna odstupanja. Promjena klime vrlo je širok pojam kojim su obuhvaćeni svi oblici nepostojanosti klime, bez obzira na njihovu statističku prirodu. Granice koje odvajaju klimatske od vremenskih promjena čine razdoblje od 5 do 11 godina. Promjene klime svrstavaju se u dvije skupine: - promjene u daljnjoj i nešto bližoj geološkoj prošlosti, prije mjerenja mjernim instrumentima; - promjene u instrumentalnom razdoblju (promjene izmjerene mjernim instrumentima). Ova druga skupina obuhvaća zadnjih dvjestotinjak godina. U povijesti Zemlje često su se izmjenjivala toplija i hladnija razdoblja. Zbog dužeg trajanja, toplija su se razdoblja smatrala „normalnom“ klimom. U zadnjem desetljeću 20. stoljeća zapažen je nagli rast temperature na sjevernoj polutki, porast padalina u jugoistočnoj Aziji i njihov pad u subtropskim dijelovima Afrike i SAD-a. O globalnim, planetarnim promjenama klime počelo se govoriti početkom 90-ih godina 20. stoljeća od kada je ustanovljeno da srednje godišnje temperature prizemnih slojeva troposfere rastu, da se zagrijanost ekosfere u 20. stoljeću podudara s porastom koncentracije stakleničkih plinova te da smo svjedoci sve češćih ekstremnih vremenskih prilika i nepogoda. Ujedinjeni narodi su 1992. godine donijeli „Okvirnu konvenciju o klimatskim promjenama“. U prvom članku konvencija pojmom promjena klime označavaju se klimatske promjene koje se posredno ili neposredno pripisuju ljudskim djelatnostima koje mijenjaju sastav globalne atmosfere i koje se pokraj prirodnih klimatskih oscilacija zamjećuju u odreñenom vremenskom razdoblju. Zbog klimatskih promjena, koje štetno djeluju na sastav i sposobnost

45

samoobnove prirodnih i antropogenih ekosustava, funkcioniranje društveno-gospodarskih sustava, ljudsko zdravlje i okoliš, dolazi do promjene u živom i neživom okolišu. Klimatske promjene obuhvaćaju porast prosječne temperature u prizemnim slojevima atmosfere, porast prosječne globalne temperature, veću zagrijanost atmosfere iznad kontinenata nego iznad oceana, veće zagrijavanje u višim i srednjim zemljopisnim širinama, djelomično zahlañenje iznad sjeverozapadnih dijelova Atlantika i srednjih zemljopisnih širina Pacifika, porast koncentracije stakleničkih plinova, veću snagu vremenskih nepogoda, porast razine mora i smanjenje površine alpskih glečera te stanjivanje ledenog pokrivača na Grenlandu. Od navedenih posljedica najviše se govori o očekivanom globalnom porastu razine mora, kao posljedici otapanja leda na polovima. Zadnjih nekoliko tisuća godina razina mora rasla je vrlo polagano, tako da su ljudi ubrzano gradili na obalama. I morski organizmi uporabili su prigodu koju im je dala stabilna razina mora, pa su stvorili velike zajednice. Znanstvenici procjenjuju da preostali ledeni pokrov sadrži količinu vode da u slučaju potpunog otapanja podigne razinu mora za približno 75 metara. Porast razine mora utjecao bi i na zalihe pitke vode. Posljedice se mogu uočiti u svim ekosustavima i područjima ljudskog djelovanja, a sve aspekte klimatskih promjena zbog njihove raznolikosti i brojnosti nismo doslovno posve u mogućnosti shvatiti. Znanstvenici smatraju da bi se za stabiliziranje klime na Zemlji trebalo do sredine 21. stoljeća smanjiti za 70 % emisija CO2, u odnosu na 1990. godinu. Realističniji scenarij je pokušaj stabilizacije atmosferskog CO2 na 550 ppm (0,05 % volumena atmosfere), ali nitko sa sigurnošću ne može predvidjeti ponašanje već postojećeg CO2 u atmosferi. Problem je još i veći kada se zna da su velike količine CO2 i CH4 pohranjene u smrznutim dijelovima Zemlje.

Na slici 15 prikazan je satelitski snimak Arktika iz 2003. godine koji pokazuje koliko se ledena površina smanjila u odnosu na onu iz 1979. godine. Na desnoj strani slike 15 vidljiv je ledeni pokrov Grenlanda.

Kada bismo u ovom trenutku prestali ispuštati stakleničke plinove u atmosferu, Zemlja

bi do novog stabilnog stanja, uz novu klimu, došla 2050. godine. Predviñanja klime u budućnosti uglavnom se temelji na matematičkim modelima Zemlje. Za ta razmatranja nisu dovoljna samo fizikalna svojstva atmosfere, nego se u obzir mora uzeti način na koji ocean uskladištava toplinu i CO2, dinamiku interakcije oceana i atmosfere te prirodu površine Zemlje, oblake, zrnca prašine što lebde u zraku i mnoge druge varijable. Smatra se da postoji jedan ili više pragova ili prijelomnih točaka. Jedan prag bi mogao biti porast temperature za više od 2,7 oC, što će uzrokovati nastavak topljenja ledenog pokrivača na Grenlandu gotovo do kraja, čak i ako temperature zatim padnu ispod te kritične razine. Drugi prag bi mogao predstavljati porast temperature za 4 oC, što bi izazvalo destabilizaciju tropskih prašuma i njihov prijelaz u šipražje ili pustinju.

46

Slika 15: Satelitska snimka Arktika iz 2003. godine (iz T. Flannery, 2007.) 4.3 Onečišćenje voda Onečišćenje voda je svako kvalitativno i kvantitativno odstupanje od normalnog i prirodnog kemijskog, fizičkog i biološkog sastava i kvalitete, koje ima neželjene posljedice po zdravlje živih organizama, ekosustav i gospodarstvo. 4.3.1 Izvori onečišćenja voda Vode mogu biti onečišćene: - komunalnim otpadnim vodama, - industrijskim otpadnim vodama, - poljoprivrednim otpadnim vodama, - ostalim otpadnim vodama. Komunalne otpadne vode su vode koje su se rabile u kućanstvima i naseljima, za higijenske potrebe. Te su vode onečišćene ekskretima ljudi i životinja, otpacima hrane, infektivnim i neinfektivnim mikroorganizmima, deterdžentima, uljima, naftom, fenolima i sl. Industrijske otpadne vode onečišćene su različitim kemikalijama, metalima, gumom, plastičnim materijalima, ostacima iz različitih grana prerañivačke, prehrambene, metalske industrije, farmacije i drugo. Poljoprivredne otpadne vode onečišćene su mineralnim gnojivima, pesticidima i mineralnim uljima. Energetska postrojenja i rudnici takoñer doprinose onečišćenju ostalih otpadnih voda.

47

Pokazatelji prema kojima se utvrñuje onečišćenost prirodnih voda su: - fizikalni pokazatelji (promjena osnovnih fizikalnih svojstava kao što su boja i prozirnost, odnosno zamućenje, miris, temperatura, radioaktivnost, sadržaj krutih čestica i dr.), - kemijski pokazatelji (promjena pH- vrijednosti, mineralnog sastava, količine otopljenog kisika, sadržaja organskih tvari, anorganskih pokazatelja i dr.), - biološki pokazatelji (patogene bakterije, virusi, gljivice, ličinke, paraziti, životinjske bjelančevine, ugljikohidrati i dr.) 4.3.2 Posljedice onečišćenja voda Voda je izvor hrane i osnova za život. U mnogim regijama svijeta zamjetan je nedostatak pitke vode, čemu su uzroci klimatske okolnosti, prevelika gustoća stanovnika i nedovoljna zaštita izvora pitke vode. U tablici 10 prikazana je godišnja obnovljiva vodena masa na pojedinim kontinentima, a u tablici 11 količina godišnje potrošnje vode na pojedinim kontinentima, po stanovniku i kućanstvu. Tablica 10: Godišnja obnovljiva vodena masa na pojedinim kontinentima (iz V. Glavač, 2001.)

Kontinent km3/god Europa 3 110 Azija 13 190 Afrika 4 225

Sjeverna Amerika 5 960 Južna Amerika 10 380

Australija 1 965

Tablica 11: Količina godišnje potrošnje vode na pojedinim kontinentima, po stanovniku i kućanstvu (iz V. Glavač, 2001.)

Kontinent Ukupna potrošnja km3

Potrošnja po stanovniku, m3

Potrošnja po kućanstvu, %

Europa 455 626 14 Azija 98 542 6 Afrika 10 199 7

Sjeverna Amerika 608 1 451 9 Južna Amerika 106 332 18

Australija 17 586 19

48

Udjel industrije u ukupnoj potrošnji vode na pojedinim kontinentima prikazan je u tablici 12. Tablica 12: Udjel industrije u ukupnoj potrošnji vode na pojedinim kontinentima (iz V. Glavač, 2001.)

Kontinent Udjel industrije u ukupnoj potrošnji vode, %

Europa 55 Azija 9 Afrika 5

Sjeverna i Središnja Amerika 42 Južna Amerika 23

Australija 2

Podzemne vode, posebno duboke podzemne vode, čišće su od površinskih voda, no i one su izložene cikličkim promjenama kvalitete (povezano s dubinom, filtracijskim svojstvima, litološkim sastavom vodonosnika, mogućim akcidentima). Obzirom da gotovo i nema zemlje u kojoj podzemne vode nisu onečišćene različitim pesticidima, nitratima, teškim metalima, raznovrsnim, pa i radioaktivnim otpadom, naftnim derivatima i dr., to zagañenje nije samo hidrogeološki, nego i politički, socijalni, ekonomski i medicinski problem. Podzemne vode onečišćuju i otpadne vode iz naselja te promet (akcidenti pri prijevozu opasnih i štetnih tvari, posipanje cesta solima preko zime, područja oko aerodroma i dr.). Porast potrošnje vode i povećani dotok onečišćenih voda premašuje moć samopročišćenja (autopurifikacije) voda na kopnu i mora. Otrovi iz voda ulaze u organizme, neki od njih ugibaju, a razgradnjom uginulih organizama nastaju amonijak, sulfidi i dr. Uporaba umjetnih gnojiva povećava koncentraciju hranjivih tvari u rijekama i jezerima. Nakon što je u vodenim ekosustavima povećana koncentracija hranjivih tvari dolazi do poticanja razvoja algi i višeg vodenog bilja, tj. primarna proizvodnja (biljni organizmi) je povećana. Taj se proces naziva eutrofikacija. Prirodna eutrofikacija je vrlo polagana i može trajati tisućama godina, tako da se kvaliteta vode za mnoge generacije ne mijenja. Antropogena eutrifikacija temelji se na uključivanju dodatnih količina kemijskih elemenata u biološke cikluse kruženja tvari u vodenim ekosustavima. Dolazi do narušavanja stabilnosti, ubrzavanja postupaka samoonečišćenja i porasta biljne mase što uzrokuje umiranje jezera. Najteže stanje s pitkom vodom je u Africi, gdje se vodom vrlo slabe kvalitete opskrbljuje više od 50 % stanovništva. Kao direktna posljedica onečišćenja voda predviña se prosječno smanjenje ukupnih zaliha konzumnih voda za trećinu, u sljedećih 15 godina. Stoga će paradoks, da planet na kojem je 71 % površina pokriveno vodom postaje sve žedniji, biti još izraženiji. Zaraza i drugih bolesti koje mogu uzrokovati i smrt kao posljedicu uporabe prljave vode bit će još više, a ozbiljne prognoze ukazuju da će povećanje broja stanovnika i smanjenje zaliha pitke vode potaknuti konflikte i ratove oko vode već u skoroj budućnosti.

Na slici 16 prikazana je veza izmeñu udjela stanovništva nekih zemalja kojima je dostupna zdrava pitka voda i smrtnosti djece.

49

Slika 16: Udjel stanovništva koji rabi zdravu pitku vodu i smrtnost djece u pojedinim zemljama (iz V. Glavač, 2001.) More, kao sustav s nenadomjestivim ekološkim značajem, takoñer je ugroženo. Glavni oblici gospodarske uporabe mora su: - uporaba morskih organizama za hranu i druge svrhe, - uporaba mora za odlaganje otpada, - pretvaranje plitkog morskog područja u grañevinsko zemljište i dr. Uz oceane, mora su najveći i najjeftiniji prijevozni putovi, što je u drugoj polovini 20. stoljeća dovelo do nove ekološke opasnosti- onečišćenje naftom. Naftne bušotine iz podmorja čine 11 % ukupnog onečišćenja mora, a najveću opasnost predstavljaju tankeri, ne samo zbog mogućih havarija, nego i zbog balastnih voda. Brodovi koji prevoze naftu, u jednom smjeru moraju ukrcati balastnu vodu radi sigurnosti plovidbe. Tu balastnu vodu iskrcavaju kada u drugom smjeru svoje plovidbe bivaju napunjeni naftom. Obalne rafinerije i terminali takoñer ispuštaju naftu u more. Procjenjuje se da približno 2,4 x 106 tona nafte godišnje završi u morima (bez prirodnog onečišćenja ugljikovodicima putem padalina iz atmosfere i planktona). Koncentracija stanovništva i gospodarske djelatnosti u priobalju onečišćuju morski pojas. Mora onečišćuju i dotoci zagañenih voda. Na ušćima gdje se riječni sedimenti talože zbiva se akumulacija onečišćivača. Promjenom uvjeta u okolišu dolazi do remobilizacije

50

onečišćenja, tj. do njihova ponovnog otpuštanja u vodu (npr. otpuštanje metala u morsku vodu). Poznato je da se u morima nalazi 94 000 tona odbačenog radioaktivnog otpada, a primjerice Velika Britanija je do sredine osamdesetih godina 20. stoljeća „zbrinjavala“ otpad zatvarajući ga u bačve i bacajući u more. Samo u 1981. godini tako je u moru završilo 9 milijuna tona industrijskog otpada iz SAD-a, Francuske, Velike Britanije i Njemačke. Sve navedeno dovelo je do pada indeksa populacije morskih vrsta, što se uostalom dogaña i kod slatkovodnih i kod šumskih vrsta. Izlov ribe takoñer stvara ekološki pritisak na mora, a to je moguće smanjiti: - reduciranjem pomora neželjene ribe i drugih morskih vrsta (što čini više od četvrtine svjetskog ulova), - eliminiranjem uporabe cijanida i jakog mlaza zraka na koraljnim grebenima, - smanjivanjem vladinih potpora koje doprinose pretjeranom izlovu ribe, - zaštitom lokalne ekonomije, - promicanjem održivog ribolova, - zaštitom pojedinih morskih područja zbog očuvanja morskih ekosustava i pružanja prilike izlovljenoj ribljoj populaciji da se oporavi. Obzirom na intenzivni razvoj marikulture zadnjih desetljeća i procjeni da će se na taj način dobivati gotovo isto toliko hrane, kao i izravnim ulovom, potrebno je spriječiti dovoñenje svih postojanih tvari u okoliš. 4.4 Onečišćenje tala Tlo je, uz zrak i vodu, jedan od temelja života na Zemlji, te ograničeno i neobnovljivo prirodno dobro. Tlo je središte okolišnih, gospodarskih, socijalnih i kulturnih dogañanja i ima ključne funkcije u njihovom skladnom odvijanju i opstanku čovjeka. Tlo je sastavljeno od mineralnih i organskih tvari, vode, zraka i organizama. Na području Europe utvrñeno je više od 320 različitih jedinica tla. Pojam zemljišta, uz tlo, uključuje reljef, klimatske i hidrološke uvjete te rezultate čovjekove aktivnosti. Razlikuju se poljoprivredno, šumsko i grañevinsko zemljište. Tlo je osnova pri proizvodnji hrane i biomase, zadržava, čuva i dijelom pretvara veliku količinu minerala, ugljika, organske tvari, vode, energije i kemijskih tvari iz prirode i drugih izvora, kao prirodni filtar čuva čistoću podzemnih voda, stanište je velikog broja raznolikih živih organizama (tablica 13), podloga na kojoj se odvijaju mnoge ljudske aktivnosti, element krajobraza i kulturne baštine te izvor sirovina. Tablica 13: Skupine i broj živih organizama u m3 tla, do dubine od 0,3 m (iz M. Vihovanec, 2003.)

Vrsta Broj/m3 tla bakterije 60 000 000 000 000 gljivice 1 000 000 000 alge 1 000 000

51

Vrsta Broj/m3 tla jednostanični organizmi 500 000 000 oblići 10 000 000 grinje 150 000 skokunci 100 000 kolutićavci 25 000 kišne gliste 200 puževi 50 pauci 50 stonoge 250 kukci 100 ličinke 200 kralježnjaci 0,001

Navedene funkcije tla gotovo uvijek su jako meñuovisne, ali i suprotstavljene.

Onečišćena tla (lokalno ili globalno) su tla u kojima se nalaze tvari koje su strane normalnom prirodnom kemijskom, fizikalnom i biološkom sastavu. Takva tla imaju neželjene posljedice po živi svijet na ili u njima te na gospodarstvo. Lokalno onečišćenje tala vezano je uz velike gradove i veća industrijska područja ili uz poljoprivredna područja. Globalno onečišćenje tala odvija se prijenosom štetnih tvari padalinama, strujanjima zračnih masa, vodotocima i podzemnim vodama. 4.4.1 Izvori onečišćenja tala Glavni izvori onečišćenja tala mogu biti prirodnog i antropogenog podrijetla. Od prirodnih izvora važna je uloga vulkana koji tijekom erupcije izbacuju goleme količine pepela koji mijenjaju sastav tla. Brojni plinovi osloboñeni tijekom erupcije u atmosferu mijenjaju sastav zraka, plinovi otopljeni u vodi zakisele padaline te tako mijenjaju sastav i reakciju tla. Sastav tla mijenjaju požari, poplave, dugotrajne obilne kiše i suše. Primjena puno različitih pesticida i melioracija u poljoprivredi, industrija s nečistim tehnologijama, kućanstva i promet glavni su antropogeni izvori onečišćenja tala. Naročiti problem predstavlja nekontrolirano odlaganje otpada. Ukupno se, kao glavni uzroci i posljedice onečišćenja te degradacija tala, mogu navesti 12 „sindroma“: 1. „Huang He“ (promjena tradicionalnog načina uporabe tla). 2. „Dust-Bowl“ (degradacija tla industrijskim načinom poljoprivredne proizvodnje). 3. „Sahel“ (prekomjerna poljodjelska obrada siromašnih stojbina). 4. „Saravak“ (preobrazba, odnosno prekomjerna uporaba šuma i drugih ekosustava). 5. „Aralsko jezero“ (pogrešno planiranje velikih poljodjelskih projekata). 6. „Kisele kiše“ ili sindrom „visokih dimnjaka“ (unos atmosferskih onečišćenja zračnim

strujanjima). 7. „Bitterfeld “ (lokalna kontaminacija, nezbrinjavanje otpada, akumulacija otpadaka). 8. „São Paulo“ (neplanska, kaotična urbanizacija).

52

9. „Los Angeles“ (raspršena naselja i glomazna infrastruktura). 10. „Katanga“ (veliki površinski kopovi ruda). 11. „Alpski“ (degradacija tla zbog turizma). 12. „Spaljena zemlja“ (posljedice ratnih razaranja). Glavni uzroci degradacije tla prikazani su u tablici 14, a uzroci antropogene degradacije tla na različitim kontinentima prikazani su u tablici 15. Tablica 14: Glavni uzroci degradacije tla (iz V. Glavač, 2001.)

Uzroci (u milijunima ha) Prirodna vegetacija Način

Krčenje šuma Eksploatacija Paša

Poljopr. djelatnosti

Industr. djelatnosti

Erozija vodom 471 38 320 266 - Erozija vjetrom 44 85 332 87 - Kemijska degradacija 62 10 14 133 22 Fizikalna degradacija 1 + 14 66 - + : malo značajni - : bez značenja Tablica 15: Uzroci antropogene degradacije tla na različitim kontinentima (iz V. Glavač, 2001.)

Uzroci (u milijunima ha) Kontinent ili regija Krčenje

šuma Prekomjerna

uporaba Prekomjerna

ispaša Poljopr.

djelatnost Industr.

djelatnosti Europa 84 1 50 64 21 Azija 298 46 197 204 1 Afrika 67 63 243 121 + Sjeverna Amerika 4 - 29 63 + Srednja Amerika 14 11 9 28 + Južna Amerika 100 12 68 64 - Oceanija 12 - 83 8 + + : malo značajni - : bez značenja 4.4.2 Posljedice onečišćenja tala Svake godine milijuni hektara tla gube svoju biološku raznolikost zbog antropogenog utjecaja. Ozbiljna je opasnost da se 2/5 afričkog tla, 1/3 Azije i 1/5 Latinske Amerike pretvore u pustinje. Po globalnim razmjerima, posebno se ističu problemi:

1. Lateralizacija- proces ispiranja hranjivih tvari i silikata te povećanje udjela spojeva željeza i aluminija. Procesi su najintenzivniji u stalno vlažnim i toplim tropskim prostorima, a posebno su brzi u dijelovima zahvaćenim nestankom šuma.

2. Dezertifikacija- proces propadanja biološkog ciklusa, zbog odnošenja organske tvari u tlu u uvjetima stalne izloženosti visokim temperaturama. Tlo se stvrdnjava na površini zemlje, stvara se tanak, cementirani sloj- neplodan horizont. U polusuhim krajevima

53

uslijed jake ispaše, a u nedostatku vlage, tlo se raspucava, povećava se evaporacija te se na takva tla širi pustinja.

3. Salinizacija ili alkalizacija- pojave koje takoñer uvjetuju propadanje biološkog ciklusa, a posljedica su čovjekova nastojanja da povećanjem prehrambenog ciklusa na navodnjavanim površinama suhih krajeva postigne visoke prinose.

4. Erozija- površinsko odnošenje čestica tla, odnosno odvajanje i transport obalnog dijela profila tla djelovanjem vode i vjetra. Osim prirodnih uvjeta, na eroziju tla djeluje i ljudska aktivnost. Stvaranje poljoprivrednih površina na padinama gdje je iskrčena šuma i neodgovarajuće (poprečno) oranje ubrzava eroziju. Povećana erozija uzrokuje gubitak organskih tvari i nutrijenata iz površinskog sloja, a djeluje i na ubrzano zatrpavanje vodotoka i akumulacija. U tom slučaju suspendirani materijal je onečišćivač voda. Padina pokrivena travom erodira 100 puta brže od pošumljene padine, koju stabiliziraju biljke s dubokim korijenima. Litološki sastav stijena takoñer utječe na eroziju. Vapnenci su tome naročito podložni. Slobodni CO2, organske i anorganske kiseline te huminske kiseline povećavaju kiselost i kemijsku agresivnost vode. U krškim područjima erozija tla naročito je izražena.

Stupanj erozija znatno ubrzavaju grañevinski radovi i urbanizacija nekog područja.

54

5. METALI, NEMETALI I POLUMETALI 5.1 Metali Za razliku od većine plinovitih onečišćenja, meñu kojima su emisije iz prirodnih izvora još znatno veće od onih iz antropogenih izvora, odnosno istog reda veličine, s mnogim metalima, posebice biogenim, slučaj je suprotan. Emisije iz antropogenih izvora veće su od onih iz prirodnih izvora. Emisija cinka veća je 23 puta iz antropogenih nego iz prirodnih izvora, emisija bakra veća je 14 puta, selena 5 puta. Osim biogenih, veće su emisije i metala koji nisu biogeni, ali mogu djelovati na biocenozu. Emisija olova iz antropogenih izvora 300 puta je veća u odnosu prema prirodnim izvorima, emisija kadmija veća je 20 puta. Ti se metali ugrañuju u hranidbeni lanac, a teže i bioakumulaciji. Npr. koncentracija kadmija u nekim biljkama može biti do 5 puta veća od one u tlu, olova oko 2 puta veća, dok u odreñenim akvatičkim organizmima žive može biti do 100 puta više nego u moru. Metali su najčešće onečišćivači vodenih i kopnenih ekosustava. U vodama i tlima nalaze se u elementarnom stanju, vezani u spojeve ili u obliku slobodnih iona. Disperzirane čestice metala sastavni su dio prašine u zraku. U nastavku je dan kratak prikaz pojedinih svojstava nekih metala, obzirom na njihov ekološki utjecaj.

Aluminij- nakon Drugog svjetskog rata aluminij i njegove slitine počeli su se primjenjivati u izradi različitih proizvoda, naročito u zrakoplovnoj industriji i proizvodima za kućanstvo; tako se neprestano povećava koncentracija aluminija u atmosferi. Čovjek u kontakt s aluminijem dolazi inhalacijom i ingestijom. Najveći dio apsorbiranog aluminija deponira se u koštanom tkivu, a postoje naznake da uzrokuje ili pospješuje nastajanje Alzheimerove i Parkinsonove bolesti te pojavu dobroćudnog koštanog tumora (osteoma). Otrovni aluminijev klorid nalazi se u vodotocima većeg saliniteta koji su u kontaktu s aluminijem. Aluminij u biljkama narušava metabolizam ugljikohidrata, bjelančevina i fosfata, kationi aluminija djeluju na dlačice korijena što uzrokuje propadanje drveća, obustavlja diobu stanica u korijenu nekih žitarica i dr.

Bakar- esencijalni biogeni element kojeg treba unositi u tijelo. Manje je toksičan od većine teških metala, ali još nije utvrñen kumulativni učinak za organizam. Akutno trovanje bakrom, premda rijetko, uzrokuje tahikardiju, pad krvnog tlaka, hemolitičku anemiju, uremiju, krvožilni kolaps i smrt. Letalne doze za različite ljude su različite. Do trovanja dolazi pripremom zakiseljene hrane u bakrenim posudama. Neke biljke ne mogu rasti na tlu onečišćenom bakrom. Bakar je toksičan za gljive i pojedine alge. Bakar se nalazi u zraku, vodi i tlu, a koncentracije su mu povećane u blizini talionica i u vinogradima.

Barij- barijevi spojevi topljivi u vodi otrovni su za sve žive organizme. Baritoza je benigna bolest pluća koja nastaje udisanjem čestica barija, a može se razviti u kronični bronhitis i emfizem. BaSO4, BaCl2, BaNO3, BaCO3 i BaS otrovni su za čovjeka kod jednokratne doze veće od 3 grama. Barij iz tla može otrovati biljke koje imaju sposobnost njegove akumulacije. Ukoliko životinje pojedu takve biljke, takoñer se mogu otrovati, što ima i smrtne posljedice.

Berilij- otrovnost berilija najprije je opažena u industriji fluorescentnih svjetiljki. Topljivi berilijevi spojevi uzrokuju promjene na koži, a udisanje para i praha metala, oksida i ostalih spojeva dovodi do akutne upale pluća te kronične berlioze, pri čemu bolest često

55

završava smrću. Berilij u tlu usporava rast korijena biljaka, a u vodi se kod riba javljaju oštećenja škržnog epitela, stanje hipoksije i smrt.

Cink- esencijalni biogeni element, sastavni dio ili aktivator u više od stotinu enzima. Cinkov oksid (ZnO) osobito je otrovan i njegovo udisanje je vrlo opasno. Cinkove topljive otrovne soli (ZnCl2) nastaju držanjem kiselog sadržaja u pocinčanim posudama. Cinkov fosfid u želucu postaje vrlo toksičan. Djeluje na mnoge biljke i životinje. Pocinčane vodovodne cijevi mogu povećati sadržaj cinka u vodama za piće.

Kadmij- izrazito otrovan, porastom proizvodnje obojenih metala povećana je koncentracija kadmija u biosferi. Kadmij se javlja i pri izgaranju ugljena, nafte, spaljivanju otpada, izgaranju benzina, pripremi mineralnih gnojiva i dr. Duhan jedne cigarete sadrži 1-2 µg kadmija; približno 10 % tog kadmija unosi se u pluća, apsorbira dišnim putovima, a 50 % trenutačno iz plućnih alveola ide u krvotok. Kadmij je kumulativni otrov. U prirodi se nalazi pretežno vezan u tlu, a hranom preko biljaka i životinja ulazi u čovjeka. Kod čovjeka oštećuje bubrege, jetru, mozak i periferni živčani sustav, prolazi kroz posteljicu, a prenosi se i majčinim mlijekom. Pogaña kosti zdjelice i prsišta, uzrokuje savijanje i lom kostiju te jake bolove.

Krom- kromovi šesterovalentni spojevi imaju toksičan i iritirajući učinak na žive organizme. Posebno su otrovni šesterovalentni kromovi radikali. Toksično djelovanje očituje se na koži, sluznici nosa i pluća, bubrezima, kostima, mišićima i mozgu. Iritacija pluća kromovom prašinom je najopasnija, jer može izazvati rak pluća. Neki spojevi kroma pohranjuju se u masnom tkivu i eritrocitima. Najvećim dijelom spojevi kroma izlučuju se putem bubrega. Na ekskrecijskim mjestima dolazi do pojave tumora.

Natrij- biogeni element koji se unosi hranom, najčešće kuhinjskom solju. Apsorbira se u tjelesne tekućine iz probavnog sustava. Višak natrija oslobaña se iz tijela bubrezima. Veća koncentracija natrija može biti nepovoljna za rast biljaka i eroziju tla, što uz kombinaciju sa sušom može dovesti do dezertifikacije. Meñu otrovnim spojevima su natrijev nitrat (NaNO3), natrijev azid (NaN3), koji je i kancerogen, natrijev cijanid (NaCN)- vrlo jak krvni otrov, natrijev hidrogenarsenat (Na2HAsO4), koji je kancerogen i natrijev hidroksid (NaOH).

Nikal- nalazi se u vodi, zraku i tlu. U zrak se emitira tijekom izgaranja fosilnih goriva, erupcijom vulkana i u proizvodnji cementa. Adsorbira se u tla na čestice gline ili organske tvari. Višak nikla usporava rast biljaka i izaziva promjene na listovima. Spoj niklov karbonil (Ni(CO)4) lako se raspada u soli nikla i CO koji su vrlo toksični. Niklov karbonil prolazi kroz pluća, uzrokuje teške respiratorne smetnje i smrt gušenjem. To je vrlo otrovan industrijski plin. Može izazvati kožni ekcem, alergije, glavobolju, povraćanje, kašalj i dr. Izbjegava se izrada nakita od nikla zbog pojave kožnog dermatitisa. Niklov karbonil unosi se pušenjem cigareta i može uzrokovati tumor pluća. Nikal pojačava kancerogenost drugih spojeva, npr. benz(o)pirena. Kod životinja porast koncentracije Ni2+ oštećuje bubrege, a u stanici molekule DNK i RNK. Kao kancerogen posebno je opasan za mjesta unosa tog otrova u tijelo (sluznice nosa i pluća).

Magnezij- široko rasprostranjen; nalazi se u morskoj vodi, sastavni je dio biljnog pigmenta klorofila, odrastao čovjek ima ukupno 25 grama magnezija (važan je katalizator za mnoge biokemijske procese u stanicama). Toksični spojevi su magnezijev arsenat (zbog arsena) i magnezijev hipofosfit (zbog fosfora). Udisanjem magnezijeva oksida javlja se drhtavica, pad tjelesne temperature, kašalj i leukocitoza. Porastom koncentracije magnezija u

56

krvi nastupa nesvjestica, neosjetljivost na bol i smrt. Manje koncentracije iritiraju sluznicu oka i kožu.

Mangan- široko rasprostranjen; nalazi se u biljkama, životinjama (pluća, jetra,

bubrezi) i čovjeku. Višak mangana izlučuje se kroz jetru, žuč i fekalije. Manjak mangana u tijelu usporava rast i razvoj koštanog i mišićnog tkiva, usporava metabolizam i razvoj središnjeg živčanog te reproduktivnog sustava. Kronično trovanje manganom djeluje na mozak i pluća. Mn2+ jako je otrovan, a Mn6+ nije.

Olovo- teški metal izrazito otrovnih svojstava. Nalazi se u zraku (posebno u gradovima s prljavom industrijom), u prirodnim kopnenim vodama i u morskoj vodi. Glavni izvor onečišćenja su ispušni plinovi motornih vozila. Olovo se taloži i u tlu te biljkama, što dovodi do zabrane ispaše stoke uz prometnice, jer se ioni olova akumuliraju u koštanom tkivu, a organometalno olovo se oslobaña u mlijeku. Niti voćnjaci ili povrtnjaci ne bi smjeli biti uz prometnice, premda smo često svjedoci upravo suprotne pojave. Olovo je primjesa glazura, boja, amalgama, nalazi se u vodovodnim instalacijama i štiti od X- zraka. U vodotocima i jezerima taloži se u tlu. Brojni olovni oksidi i halogenidi izrazito su otrovni. Povećani unos olova dišnim i probavnim putovima te kožom uzrokuje njegovo nakupljanje u tijelu i kronično trovanje. Nalazi se u krvi, mekim tkivima i kostima. Izaziva brojna oštećenja i bolesti, a spada u prvu skupinu otrova po toksičnom učinku na reprodukciju. Ulazi u korijen i lišće biljaka, a porast koncentracije je znatan i u vodenim organizmima.

Talij- uključujući i sve njegove spojeve otrovni su za čovjeka i životinje. Letalna doza za odraslog čovjeka iznosi 1 gram. Nalazi se u pesticidima, pirotehnici, kod proizvodnje boja, pigmenata, optičkih leća, sredstvo je za depilaciju. Talij se akumulira u jetri, bubrezima i mozgu, te ih oštećuje. Nepovoljno djeluje na vid i stanice sjemenika. Uzrokuje zaostajanje rasta biljaka.

Vanadij- metal raširen u pedosferi, hidrosferi i živim organizmima. Najviše se rabi u metalurgiji željeza (povećava čvrstoću legura, obradivost i otpornost od lomova), u proizvodnji insekticida, bojenju tekstila, proizvodnji boja, lakova, tinte, pripravi glazura i emajla za posuñe. U atmosferu se oslobaña izgaranjem i preradom fosilnih goriva. Iz atmosfere se taloži u tlo i kopnene vode. Najmanje je toksičan oralnim unosom, nešto više inhaliranjem, a najopasniji je direktni unos u krvni sustav, uzrokuje metaboličke smetnje, bubrežne kamence i šećernu bolest, a može oštetiti i funkcije mozga.

Željezo- jedan od najvažnijih biogenih elemenata za izgradnju molekula hemoglobina i mioglobina, sustava citokroma i raznih enzima. Odrastao čovjek mase 70 kilograma ima približno 5 grama željeza. Otrovni željezni spojevi su željezov (II) klorid (FeCl2) i željezov sulfat (FeSO4). Toksična doza tih spojeva za čovjeka je približno 3 grama, a 30 grama je letalna doza. Vrlo otrovan spoj je željezov pentakarbonil (Fe(CO)5) koji se kao tekućina dodaje benzinu radi ublažavanja detonacije motora. Ubraja se u neurotoksične otrove, otapa se u mastima te prolazi u tijelo i kroz kožu. Željezna prašina unesena disanjem u pluća taloži se u plućnim mjehurićima, pa nastaje bolest sideroza. Toksični učinak željeza bitno smanjuju optimalne doze vitamina C i E. Višak unutar staničnog željeza uzrokuje oštećenje stanica.

Živa- izrazito otrovan metal. U okolišu se nalazi u elementarnom obliku, u različitim anorganskim i organskim spojevima, u minimalnim količinama ima je u prirodnim vodama, nošena zrakom taloži se u tlu i dr. Metil živa (HgCH3) glavni je oblik žive u okolišu i glavni oblik koji se nakuplja u životinjama i čovjeku. Živu nalazimo i u mulju. Okoliš živom onečišćuju proizvodnja žive iz živine rude i industrije koje primjenjuju tehnološki postupak

57

elektrolize. Izvori onečišćenja živom su termoelektrane na ugljen i spalionice komunalnog otpada, a elementarna živa se pojavljuje u sastavu dima kod spaljivanja fosilnih goriva. Živini spojevi su otrovni. Bioakumulacija žive u predatorskim ribama može biti do 7 000 000 puta veća nego što je koncentracija žive u okolnoj vodi. Prvi podatak o otrovnosti žive datira iz 1. stoljeća prije Krista (Plinijev zapis o bolesti u rudnicima žive), a povijest je do današnjih dana bogata mnogim primjerima štetnog djelovanja žive. Elementarna živa se apsorbira preko pluća, topiva je u mastima, pohranjuje se u bubrezima, jetri, srcu, mozgu, masnim tkivima. Utječe na fetus (paraliza, mentalna zaostalost). Neurotoksična je, mutagena i teratogena. Oštećuje središnji živčani sustav i uzrokuje mnoge bolesti. Živa je pet puta otrovnija od olova, a metil živa je 50 puta otrovniji spoj od elementarne žive. Letalna doza za metil živu je 10-60 mg/kg tjelesne mase. Više o nekim navedenim metalima preporuča se pogledati u knjizi N. Raosa, Metali života- metali smrti. 5.2 Nemetali i polumetali Dan je kratak prikaz pojedenih svojstava nekih polumetala i nemetala, obzirom na njihov ekološki utjecaj.

Antimon- polumetal, po fizikalno- kemijskim i toksičnim svojstvima sličan arsenu. U uporabi su legure olova s antimonom, a rabi se i kao boja za izradu emajla te kao pigment. Spojevi antimona oštećuju mjesta unosa i mogu izazvati mučninu, povraćanje i bol. Nakuplja se u jetri i slezeni koje oštećuje. Kod akutnog trovanja oštećuju se srce i gušterača, dolazi do dehidracije i plućnog edema, a kod kronične intoksikacije može dovesti do tumora pluća i želuca. Otrovniji su trovalentni spojevi od onih peterovalentnih. Najotrovniji antimonov spoj je stibin (SbH3), plin po otrovnosti sličan arsinu (AsH3). Stibin je jak hemolitički otrov. Organski antimonovi spojevi rabe se kao sredstvo za povraćanje i kao antiparazitsko sredstvo. U medicinske svrhe daju se intramuskularno i intravenozno.

Arsen- polumetal, jedan od najznačajnijih čimbenika onečišćenja prirode i okoliša, zbog česte i dugotrajne uporabe arsenovih spojeva u poljodjelstvu i industriji. Spojevi arsena, u pravilu, zabranjeni su za uporabu, ali su bili prisutni npr. u zdravstvu više od 4 000 godina. Arsen je kancerogen. Arsenom su kontaminirani voda i hrana u blizini topionica arsenove rude, u proizvodnji arsenovih pesticida te u tlu i vodotocima poljoprivrednih površina gdje su se primjenjivali teško razgradivi pesticidi s arsenom Najotrovniji spoj je arsin (AsH3). Pojavljuje se i u organometalnim spojevima arsena. Apsorbira se kroz pluća i sluznicu, a neki spojevi mogu difundirati kroz kožu. U krvi, arsin uzrokuje hemolizu i slabokrvnost. Anorganski spojevi arsena toksičniji su od organskih, a toksičnost ovisi o valentnosti. Arseniti (As3+) su otrovniji od arsenata (As5+). Kao kumulativni otrov zadržava se u organizmu (približno 4/5). Arsenizam je bolest nastala uslijed trovanja arsenom, a simptomi su brojni. Arsenov trioksid (AsO3) tijekom povijesti zaslužio je naziv „kralj otrova“, jer se najčešće primjenjivao za usmrćivanje protivnika u borbi za vlast.

Fosfor- u prirodi dolazi u obliku fosfata. Bijeli fosfor je jak otrov i već u malim količinama djeluje smrtonosno. Rabi se kao otrov za glodavce i štetočine. Letalna doza za odrasla čovjeka je 0,1 gram. Resorbira se kroz kožu, dišni i probavni sustav. Crveni fosfor nije otrovan i slabo je reaktivan. Stabilan crni fosfor ima malu uporabnu vrijednost. Do trovanja fosforom dolazi većinom kod uporabe bijelog fosfora, prilikom pravljenja šibica i prskalica. Smrtno trovanje nastaje udisanjem fosfornog dima, što za posljedicu ima oštećenje dišnih putova i plućnih mjehurića. Kronično izlaganje uzrokuje oštećenje koštanog tkiva i

58

degeneraciju. Fosfor se primjenjuje u proizvodnji gnojiva i pesticida, a neki ga rabe u terorističke svrhe.

Selen- nemetal koji ima svojstva metala. Primjenjuje se u izradi fotoćelija, u

proizvodnji stakla, keramike, boja, tinte, plastike i gume. Nalazi se u tlu, morskoj vodi i kopnenim vodama. Esencijalni je oligoelement za organizme. Čovjek ga unosi hranom, a u biljkama i životinjama normalan je sastojak. Manjak selena uzrokuje slabost srca, oštećuje tjelesne mišiće, žile i koštano tkivo. Oslobaña organizam od teških metala (Pb, Hg, Cd), štiti od ionizirajućeg zračenja, usporava starenje, jača imunitet i smanjuje pojavu tumora. Višak selena uzrokuje bolest selenozu (teška oštećenja mišića ruku i nogu), oštećuje fetus, uzrokuje sljepoću i gubitak ravnoteže. Trovanje nastupa inhaliranjem prašine, pijenjem tekućine ili unosom hrane sa selenom. Selen unesen disanjem uzrokuje upalu dišnih organa. Vitamin E smanjuje toksične učinke selena.

59

6. OSTALE VRSTE OTROVA U poglavlju 6 navedene su ostale najvažnije vrste otrova.

Aditivi u prehrani- tvari poznate kemijske strukture koje se normalno ne konzumiraju, niti su tipičan sastojak hrane, u pravilu bez prehrambene vrijednosti i u uvjetima praktične primjene bezopasne su po ljudsko zdravlje. Poboljšavaju osjetilna svojstva hrane, njeno konzerviranje i čuvanje.

Deterdženti- površinski aktivna sredstva za uklanjanje nečistoća.

Droge- nehranjive kemijske tvari koje se rabe kao lijekovi za neke bolesti, ali ih svjesno uzimaju i zdrave osobe da bi postigle neki prolazni osjećaj sreće i zadovoljstva (barbiturati, amfetamini, LSD, kanabis, kokain, ecstasy...).

Duhanski dim- heterogena smjesa raznih plinova, nekondenziranih para, tekućih aerosola i različitih iritansa; nastaje nepotpunim izgaranjem duhana na temperaturi izmeñu 850 i 900 oC. Sadrži približno 4 000 raznih sastojaka, od kojih je 60 tvari pouzdano kancerogeno. To su katran, policiklički aromatski ugljikovodici i dr.

Etilni i metilni alkohol- etilni alkohol različitih koncentracija glavni je sastojak alkoholnih pića. Metilni alkohol je neurotoksičan.

Pesticidi- otrovni kemijski spojevi; komercijalni proizvodi za suzbijanje štetnih mikroorganizama, gljivica, grinja, kukaca, puževa, glodavaca, ptica, korova, algi, lišajeva i drugih organizama.

Toksini biološkog podrijetla- toksini zaraznih klica, bakterija, plijesni i virusa, biljni otrovi, otrovi otrovnih životinja, strane bjelančevine (alergeni). Općenito, znanost poznaje gotovo 2 000 000 kemijskih otrovnih spojeva; njih više od 100 000 rabi se u komercijalne svrhe.

60

7. ZDRAVSTVENA EKOLOGIJA Zdravstvena ekologija je onaj dio ekologije koji proučava meñuodnose tvari, sila i uvjeta u okolišu s jedne i zdravlja čovjeka s druge strane. Glavni zadatak zdravstvene ekologije je pružiti kvantitativne podatke za zaštitu čovjekova zdravlja od nepovoljnih utjecaja okoliša, a po mogućnosti i za unaprjeñenje zdravlja pozitivnim utjecajem okoliša. Velik je broj otrova u ekosustavu. Otrov se može akumulirati (nakupljati) u većim koncentracijama u nekom ekosustavu, može kružiti i nakupljati se u višim karikama hranidbenog lanca (biomagnifikacija), transformirati (promijeniti kemizam i otrovnost), toksicirati (postati otrovniji od početnog spoja), detoksicirati (postati manje otrovan ili neotrovan i na kraju se razgraditi), a može ostati i postojan (nepromijenjen). Ogroman broj čimbenika okoliša može prouzročiti promjene u funkciji organizma čovjeka.

Na slici 17 prikazan je put od nastanka onečišćenja u okolišu do učinka na zdravlje.

61

Slika 17: Lanac okoliš-zdravlje (iz D. Barlović i dr., 2002.) U tablicama 16-21 prikazan je pojednostavljen pregled najčešćih promjena koje nastaju u funkciji organizma čovjeka uslijed djelovanja čimbenika okoliša.

62

Tablica 16: Onečišćenje atmosfere naselja (iz F. Valić i suradnici, 2001.) Čimbenici Učinci Oksidi sumpora Pogoršanje astme i kroničnog bronhitisa.

Smanjenje plućne funkcije. Nadražaj sluznice nosa i oka.

Oksidi sumpora uz atmosferske čestice Dodatni utjecaj u razvoju kroničnog bronhitisa i emfizema. Bolesti dišnih organa u djece. Pogoršanje bronhitisa i srčanožilnih bolesti. Dodatni utjecaj u nastanku raka pluća.

Oksidanti Pogoršanje emfizema, astme i bronhitisa. Smanjenje plućne funkcije. Nadražaj očiju i dišnog sustava.

Ugljikov monoksid Povećani opći mortalitet i mortalitet od koronarne bolesti. Uzročni faktor ateroskleroze.

Olovo Posljedice kumulativnog djelovanje (oštećenje eritropoeze, perifernog i središnjeg živčanog sustava).

Kadmij Oštećenje pluća, jetre i bubrega. Živa Oštećenje živčanog sustava. Fluoridi Utjecaj na zube i kosti. Azbest Kalcifikacija pleure, karcinom bronha, mezoteliom.

Tablica 17: Onečišćenje vode i hrane (iz F. Valić i suradnici, 2001.) Čimbenici Učinci Bakterije Gastrointestinalne infekcije (tifus, kolera, šigeloze,

salmoneloze, leptospiroze). Virusi Hepatitis, konjuktivitis. Protozoa i metazoa Amebijaza, shistosomijaza, hidatidoza i druge

parazitske bolesti. Metali Otrovanje olovom, živom, kadmijem, arsenom,

kromom. Nitrati i nitriti Methemoglobinemija. Nitrozamini Mutageni i kancerogeni učinci. Fluoridi Učinci na zubima i kostima. Nafta, fenoli Smanjena pitkost vode.

63

Tablica 18: Onečišćenje tla (iz F. Valić i suradnici, 2001.) Čimbenici Učinci Ekskreti čovjeka Shistosomijaza, tenijaza, ankilostomijaza. Kućni otpad Prisutnost prijenosnika bolesti. Smeće i prijenosnici u smeću Bolesti prenošene glodavcima, bolesti prenošene

insektima. Onečišćenje vode i zraka zbog lošeg odlaganja.

Industrijski otpad Učinci metala i drugih onečišćenja preko prehrambenog lanca.

Gnojiva Onečišćenje površinske i podzemne vode. Pesticidi Onečišćenje vegetacije i ulazak u prehrambeni

lanac. Onečišćenje površinske i podzemne vode.

Tablica 19: Energija zračenja (iz F. Valić i suradnici, 2001.) Čimbenici Učinci Prirodno zračenje Opekline, rak kože, posebice maligni melanom,

interakcija s lijekovima osjetljivih osoba, porfirije. Dijagnostičko rendgensko zračenje Rak kože i druge promjene kože, dodatna uloga u

nastajanju leukemije, smanjenje plodnosti. Terapijsko rendgensko zračenje Rak kože, povećanje prevalencije leukemije,

ubrzanje starenja, mutageneza. Industrijska primjena Akcidentalna smrt od akutne izloženosti, bolest

zračenja, povećanje morbiditeta populacije. Nuklearne elektrane Opasnost od povećanja incidencije raka, genetske

promjene. Mikrovalovi Oštećenje tkiva toplinom. Tablica 20: Komunalna buka (iz F. Valić i suradnici, 2001.) Čimbenici Učinci Cestovni i željeznički promet Gubitak sluha, smetnje odmora, sna i

komuniciranja, dodatna uloga u razvoju srčanožilnih bolesti.

Zračni promet Gubitak sluha, smetnje odmora, sna i komuniciranja, pogoršanje duševnih bolesti.

Tehnološka buka Privremeni gubitak sluha, progresivni trajni gubitak sluha.

Kućna buka Smetnje odmora i komuniciranja, psihička napetost.

64

Tablica 21: Čimbenici naselja i stana (iz F. Valić i suradnici, 2001.) Čimbenici Učinci Loše planiranje naselja Povećana opasnost od nesreća, psihički učinci zbog

pomanjkanja rekreacijskih sadržaja, raznolikosti i dohvatljivosti, pogoršanje bolesti uzrokovanih psihičkom napetošću.

Prevelika gustoća naseljenosti Širenje akutnih i kroničnih bolesti, povećanje psihičke napetosti.

Strukturni čimbenici (uključujući električne krugove, peći i grijače) i akustika

Smrt zbog nezgoda, ozljede, morbiditet i mortalitet od požara i eksplozija, povećanje psihičke napetosti.

Plinovi i prašine Akutna bolest, smrt (npr. otrovanje ugljikovim monoksidom), povećanje prevalencije respiratornih i srčanih bolesti, pogoršanje bronhalne astme.

Boje i otapala Otrovanja, bolesti i smrt od požara. Kućanski aparati Električni udar, požar. Ostala kućanska sredstva (pesticidi, aerosoli za različitu uporabu, kozmetika, sredstva za čišćenje)

Akutna otrovanja, akcidentalna oštećenja očiju i kože, kronična otrovanja, pogoršanje postojećih bolesti.

Više o svim navedenim čimbenicima i njihovu utjecaju na zdravlje studenti mogu pročitati u knjigama Zdravstvena ekologija i Medicina rada i okoliša.

65

8. ODRŽIVI RAZVOJ Koncepciji održivog razvoja prethodila je teorija nultog rasta, objavljena 1972. godine u knjizi „Granice rasta“ koja je bila dio nacrta Rimskog kluba. U nacrtu se ističe kako postojeći svjetski gospodarski sustav nije u stanju osigurati budućnost čovječanstva. Knjiga je nastala na osnovi izvješća istraživačke skupine Massachusets Institute of Technology, a u njoj se kao model prikazuje katastrofična slika linearne ekstrapolacije tada prevladavajućeg svjetskog poretka. Smatralo se da dotadašnji razvoj gospodarstva više nije moguć u budućnosti, zbog prevelikih posljedica za prirodne resurse. Koncepciju nultog rasta naknadno je zamijenila koncepcija održivog razvoja, koja je oblikovana 1986. godine u izvješću Svjetske komisije za okoliš i razvoj. Održivi razvoj najčešće se definira kao razvoj koji uvažava zahtjeve i potrebe sadašnjih generacija bez kompromisa za mogućnost budućih generacija da zadovolje svoje potrebe. Zadovoljavanje današnjih potreba ne smije imati za posljedicu uništavanje ili smanjivanje kvalitete prirodnih resursa do granice ispod koje počinje ugrožavanje zdravlja, obnavljanja i opstanka živog svijeta. Posebna se pažnja treba posvetiti štednji neobnovljivih resursa. Tri su temeljna cilja na koja je usmjerena koncepcija održivog razvoja: - zaštita pojedinih sustava i trajno očuvanje izvornosti i raznolikosti prirodnih zajednica (zaštita i očuvanje kvalitete žive i nežive prirode), - zaštita i racionalna uporaba zraka, vode i tla te postizanje njihove ekološke stabilnosti, - zaštita i očuvanje krajolika. Neophodno je zadovoljiti temeljne ljudske potrebe, poboljšati životni standard sviju i osigurati bolju zaštitu i upravljanje ekosustavima. To je moguće postići smanjenjem potrošnje fosilnih goriva, sprječavanjem uništavanja tropskih šuma, smanjenjem emisije stakleničkih plinova, smanjenjem primjene i otpuštanja otrovnih tvari, racionaliziranjem potrošnje pitke vode, uporabom obnovljivih izvora energije, ugradnjom sustava za pročišćavanje industrijski onečišćenog zraka i otpadnih voda, oporabom otpada, zaštitom cjelokupne biosfere i nedoprinošenjem onečišćenju, trovanju i degradaciji prirode i okoliša. Prema današnjem stanju, izgleda da nema dovoljno volje da se ti ciljevi postignu, pa se sve više govori o neodrživosti održivog razvoja, a postoje i teorije o održivom uzmaku. „Moć pojedinca je učiniti nešto. Bilo što. “ (www. oneearth, 2004.)

66

9. LITERATURA

S.M. Banović, Klorofluorougljici i ozonska ovojnica, Priroda, 90 (2000) 6-8, 70-71. D. Barlović i dr., Medicina rada i okoliša (urednici M. Šarić i E. Žuškin), Medicinska naklada, Zagreb, 2002. Č. Benac, Zaštita okoliša, Sveučilište u Rijeci, Rijeka, 2005. (skripta) D. ðikić i dr., Ekološki leksikon (urednik O.P. Springer), Barbat, Zagreb, 2001. T. Flannery, Gospodari vremena- povijest i utjecaj klimatskih promjena na budućnost, Algoritam, Zagreb, 2007. V. Glavač, Uvod u globalnu ekologiju, Hrvatska sveučilišna naklada, Zagreb, 2001. T.E. Graedel, B.R. Allenby, Industrial Ecology, Prentice Hall, Pearson Education, Inc. New Yersey, 2003.

N. Injac, Mala enciklopedija kvalitete, IV. Dio- Okoliš i njegova zaštita, Oskar, Zagreb, 2004.

J. Lovelock, Osveta Geje, Izvori, Zagreb, 2006.

M. Matas, Geografski pristup okolišu, Visoka učiteljska škola, Petrinja, 2001. M. Matas, V. Simončič, S. Šobot, Zaštita okoliša danas za sutra, Školska knjiga, Zagreb, 1992.

B. McKibben, Smrt prirode- čovječanstvo, klimatske promjene i priroda, Biovega, Zagreb, 2005. N. Raos, Metali života- metali smrti, Školska knjiga, Zagreb, 2008.

O.P. Springer, Čovjek i okoliš, Priroda 90 (2000) 6-8, 2-3. O.P. Springer, D. Springer, Otrovani modrozeleni planet, Meridijani, Samobor, 2008. D. Sumpor, Spriječimo propadanje šuma, Priroda 99 (2009) 4, 29-34.

F. Valić i suradnici, Zdravstvena ekologija, Medicinska naklada, Zagreb, 2001. M. Vihovanec, Tlo za čisti okoliš- Priručnik za početnike u zaštiti tla, Ministarstvo zaštite okoliša i prostornog ureñenja, Osijek, 2003.