Zanieczyszczenia gleb
Zanieczyszczenia gleb i gruntów to substancje chemiczne i radioaktywne oraz mikroorganizmy występujące w glebach w ilościach przekraczających ich normalną zawartość, niezbędną do zapewnienia obiegu materii i energii w ekosystemach. Pochodzą m.in. ze stałych i ciekłych odpadów przemysłowych i komunalnych, gazów i pyłów emitowanych z zakładów przemysłowych, gazów wydechowych silników spalinowych oraz substancji stosowanych w rolnictwie. Zanieczyszczenia mogą zmieniać właściwości fizyczne, chemiczne i mikrobiologiczne gleby obniżając jej urodzajność, a więc powodują zmniejszenie plonów i obniżenie ich jakości, zakłócają przebieg wegetacji roślin, niszczą walory ekologiczne i estetyczne szaty roślinnej, a także mogą powodować korozję fundamentów budynków i konstrukcji inżynierskich, np. rurociągów. Najbardziej rozpowszechnione zanieczyszczenia gleb to: związki organiczne (np. substancje ropopochodne, pestycydy), metale ciężkie (np. ołów, rtęć) i azotany.
Chemiczne przekształcenie gleby polega na zmianie jej odczynu (zakwaszenie albo alkalizacja), zasoleniu lub zatruciu w wyniku zamierzonego lub nieoczekiwanego skutku działalności człowieka. Jednym z podstawowych parametrów chemicznych gleby jest odczyn. Wpływa on na kierunek procesów glebowych, wietrzenie skał macierzystych, mineralizację i humifikację szczątków organicznych, nitryfikację i denitryfikację oraz rozwój organizmów żyjących stale lub przejściowo w glebie i wzrost roślin, a także na stopień agresywności gruntu. Zakwaszenie gleby jest wynikiem zachodzących w niej procesów rozkładu substancji organicznych, procesów życiowych roślin, których produktami są kwasy organiczne i nieorganiczne, nitryfikacji oraz hydrolizy soli glinu i żelaza (np. chlorku glinu AlCl3). Wzrost zakwaszenia powodują dodatkowo kwaśne opady. Degradujące działanie na podłoże kwaśnych opadów oraz zwiększonego zakwaszenia gleby polega na rozkładzie minerałów pierwotnych i wtórnych, uwalnianiu z glinokrzemianów glinu, który w formie jonowej ma właściwości toksyczne, wymywaniu składników mineralnych z kompleksu sorpcyjnego oraz na znacznym zmniejszaniu aktywności mikroorganizmów. Do alkalizacji gleby prowadzi natomiast wymywanie z atmosfery pyłów, np. cementowych, oraz nadmierne wapnowanie. Groźne zanieczyszczenie gleby stanowią występujące w nadmiarze azotany, których źródłem jest nadmierne nawożenie gleb azotem, zanieczyszczona atmosfera lub ścieki. Azotany te opóźniają dojrzewanie roślin zmniejszając ich odporność na choroby, szkodniki i wyleganie (wyleganie roślin), powodują zanik przyswajalnej miedzi oraz są prekursorami kancerogennych, teratogennych i fitotoksycznych nitrozoamin. Rośliny uprawiane na glebach o nadmiernej zawartości azotu szkodzą zdrowiu ludzi i zwierząt.
Uszkodzenia mechaniczne, nadmierne nawożenie i zanieczyszczenie gleby, pogarszają stan jej warstwy powierzchniowej (poziom akumulacyjny, próchniczy), w której gromadzą się związki mineralne i organiczne mające znaczenie dla żyzności gleby oraz większość zanieczyszczeń. Trwały spadek żyzności gleby w wyniku procesów ługowania (bielicowania i lateryzacji) jest spowodowany obniżeniem ilości i jakości próchnicy w glebie, zakwaszeniem, wymywaniem kationów zasadowych (wapnia, magnezu, potasu), a także zniszczeniem struktury gleby, i oznacza degradację gleby oraz obniżenie jej wartości użytkowej (stopnia bonitacji). Chemizacja rolnictwa sprzyja akumulacji substancji toksycznych w środowisku.
Przyczyną degradacji gleby są zmiany klimatu, rabunkowa gospodarka rolna, obniżenie poziomu wód gruntowych i antropopresja. Przykładem antropopresji wielkoprzestrzennej, o ogromnym znaczeniu, jest wylesianie. Z wylesieniem wiąże się także proces denudacji, tj. ustawicznego niszczenia profilu glebowego i wyrównywania powierzchni ziemi w wyniku erozji wodnej i wietrznej. Do procesów niszczących glebę należy także zmęczenie gleb, wyczerpywanie składników troficznych (pokarmowych) i zmniejszenie powierzchni uprawnej. Zmęczenie gleby jest to obniżenie żyzności na skutek zachwiania równowagi dynamicznej przez nieumiejętne nawożenie lub zanieczyszczenia. Część zanieczyszczeń jest również wymywana z poziomu eluwialnego gleby i powoduje zanieczyszczenie wód powierzchniowych i podziemnych.
Zanieczyszczenia powietrza
Zanieczyszczenia powietrza to gazy, ciecze i ciała stałe obecne w powietrzu, nie będące jego naturalnymi składnikami lub też substancje występujące w ilościach wyraźnie zwiększonych w porównaniu z naturalnym składem powietrza; do zanieczyszczeń powietrza należą:
1) gazy i pary związków chemicznych, np. tlenki węgla (CO i CO2), siarki (SO2 i SO3) i azotu (NOx), amoniak (NH3), fluor, węglowodory (łańcuchowe i aromatyczne), a także ich chlorowe pochodne, fenole;
2) cząstki stałe nieorganiczne i organiczne (pyły), np. popiół lotny, sadza, pyły z produkcji cementu, pyły metalurgiczne, związki ołowiu, miedzi, chromu, kadmu i innych metali ciężkich;
3) mikroorganizmy – wirusy, bakterie i grzyby, których rodzaj lub ilość odbiega od składu naturalnej mikroflory powietrza;
4) kropelki cieczy, np. kwasów, zasad, rozpuszczalników.
Zanieczyszczenia powietrza mogą ujemnie wpływać na zdrowie człowieka, przyrodę ożywioną, klimat, glebę, wodę lub powodować inne szkody w środowisku, np. korozję budowli; lotne zanieczyszczenia powietrza będące substancjami zapachowymi mogą być dodatkowo uciążliwe dla otoczenia.
Do naturalnych źródeł zanieczyszczeń powietrza należą:
1) wulkany (ok. 450 czynnych), z których wydobywają się m.in. popioły wulkaniczne i gazy (CO2, SO2, H2S – siarkowodór i in.);
2) pożary lasów, sawann i stepów (emisja CO2, CO i pyłu);
3) bagna wydzielające m.in. CH4 (metan), CO2, H2S, NH3;
4) powierzchnie mórz i oceanów, z których unoszą się duże ilości soli;
5) gleby i skały ulegające erozji, burze piaskowe;
6) tereny zielone, z których pochodzą pyłki roślinne.
Źródła antropogeniczne (powstające w wyniku działalności człowieka) można podzielić na 4 grupy:
1) energetyczne – spalanie paliw,
2) przemysłowe – procesy technologiczne w zakładach chemicznych, rafineriach, hutach, kopalniach, cementowniach,
3) komunikacyjne, głównie transport samochodowy, ale także kolejowy, wodny i lotniczy,
4) komunalne – gospodarstwa domowe oraz gromadzenie i utylizacja odpadów i ścieków (np. wysypiska, oczyszczalnie ścieków).
Źródła emisji zanieczyszczeń mogą być punktowe (np. komin), liniowe (np. szlak komunikacyjne) i powierzchniowe (np. otwarty zbiornik z lotną substancją).
Zanieczyszczenia powietrza można podzielić na zanieczyszczenia pierwotne, które występują w powietrzu w takiej postaci, w jakiej zostały uwolnione do atmosfery, i zanieczyszczenia wtórne, będące produktami przemian fizycznych i reakcji chemicznych, zachodzących między składnikami atmosfery i jej zanieczyszczeniem (produkty tych reakcji są niekiedy bardziej szkodliwe od zanieczyszczeń pierwotnych) oraz pyłami uniesionymi ponownie do atmosfery po wcześniejszym osadzeniu na powierzchni ziemi. Zanieczyszczenia powietrza ulegają rozprzestrzenianiu, którego intensywność zależy m.in. od warunków meteorologicznych i terenowych. Następnie zachodzi proces samooczyszczania w wyniku osadzania się zanieczyszczeń lub ich wymywania przez wody atmosferyczne. Cząstki zanieczyszczeń, których średnica nie przekracza 200 mm, utrzymują się w powietrzu dość długo w postaci aerozoli, po czym cząstki o średnicach mniejszych niż 20 mm są usuwane głównie wskutek wymywania, większe opadają na powierzchnię ziemi pod wpływem siły ciężkości. Wszystkie składniki powietrza w wyniku nieustannego ruchu ulegają ciągłemu mieszaniu; przy niekorzystnym ukształtowaniu terenu i bezwietrznej pogodzie, na niewielkiej przestrzeni (miasta, okręgi przemysłowe) gromadzi się duża ilość zanieczyszczeń – wzrost ich stężenia powoduje niekiedy powstanie gęstej mgły zwanej smogiem.
Zanieczyszczenia powietrza są wchłaniane przez ludzi głównie w trakcie oddychania. Przyczyniają się do powstawania schorzeń układu oddechowego (dychawica oskrzelowa, rozedma płuc, zapalenie oskrzeli), a także zaburzeń reprodukcji i alergii. W środowisku kulturowym człowieka zanieczyszczenia powietrza powodują korozję metali i materiałów budowlanych. Działają niekorzystnie również na świat roślinny, zaburzając procesy fotosyntezy, transpiracji i oddychania. Wtórnie skażają wody i gleby. W skali globalnej mają wpływ na zmiany klimatyczne (dziura ozonowa – znaczny spadek zawartości ozonu (do 90%) dziura ozonowa rozszerzając się, zwiększa ilość szkodliwego dla organizmów żywych promieniowania ultrafioletowego docierającego do powierzchni Ziemi w ozonosferze; efekt cieplarniany – powodują go występujące w atmosferze gazy absorbujące promieniowanie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi – para wodna, dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu oraz freony; kwaśne deszcze – opady atmosferyczne, najczęściej deszcze, o odczynie kwaśnym, zawierają kwasy wytworzone w reakcji wody z pochłoniętymi z powietrza gazami, jak: dwutlenek siarki, tlenki azotu, dwutlenek węgla, siarkowodór, chlorowodór, wyemitowanymi do atmosfery w procesach spalania paliw oraz przemysłowej produkcji chemikaliów).
Skład powietrza w pomieszczeniach zamkniętych zależy głównie od: jakości powietrza atmosferycznego w rejonie, w którym stoi budynek, rodzaju i ilości zanieczyszczeń emitowanych w procesach zachodzących w pomieszczeniu oraz rodzaju i efektywności systemu wentylacji pomieszczenia. Źródłami zanieczyszczeń są:
1) procesy utleniania: bezpośrednie spalanie paliw (gotowanie posiłków, ogrzewanie wody), palenie tytoniu, procesy oddychania,
2) materiały budowlane lub wykończeniowe,
3) procesy technologiczne. Najbardziej szkodliwe związki chemiczne stosowane w budownictwie to: formaldehyd, fenole, ksyleny, toluen i styren, znajdujące się głównie w lepikach, klejach, lakierach i materiałach impregnacyjnych; toksyczny formaldehyd (szczególnie niebezpieczny dla dzieci i młodz
ieży) jest emitowany z wełny mineralnej oraz płyt paździerzowych, do produkcji których są stosowane kleje i lakiery zawierające ten składnik.
W warunkach przemysłowych, głównie w górnictwie węglowym, przemyśle mineralnym i ceramicznym, odlewnictwie żelaza, produkcji materiałów budowlanych, przetwórstwie azbestu oraz przy spawaniu i piaskowaniu, poważne zagrożenie stanowią pyły powodujące pylicę płuc. Wśród czynników toksycznych wywołujących zatrucia zawodowe dominują: ołów i jego związki, dwusiarczek węgla (CS2), związki fluoru i tlenek węgla.
Oddziaływanie zanieczyszczeń powietrza na środowisko może obejmować krótkotrwałe oddziaływanie zanieczyszczeń o dużym stężeniu lub długotrwałe działanie zanieczyszczeń o małym stężeniu; zwykle obserwuje się wzmożone jednoczesne działanie wielu zanieczyszczeń.
Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń powietrza są ustalane odrębnie dla obszarów specjalnie chronionych (tereny uzdrowisk, parków narodowych, rezerwatów przyrody i parków krajobrazowych) oraz pozostałych obszarów. Dodatkowe przepisy prawne regulują dopuszczalny stopień zanieczyszczenia powietrza na stanowiskach pracy.
Zanieczyszczenia wód
Zanieczyszczenia wód to substancje chemiczne, bakterie i inne mikroorganizmy, obecne w wodach naturalnych w zwiększonej ilości. Substancje chemiczne – organiczne i nieorganiczne (mineralne) – występują w postaci roztworów, roztworów koloidalnych i zawiesin. Skład chemiczny zanieczyszczeń jest kształtowany czynnikami naturalnymi, np. wyługowywaniem substancji z gleb i skał, rozwojem i obumieraniem organizmów wodnych oraz czynnikami antropogenicznymi Do najczęściej występujących antropogenicznych zanieczyszczeń wód powierzchniowych należą pestycydy, substancje powierzchniowo czynne, węglowodory ropopochodne, fenole, chlorowe pochodne bifenylu oraz metale ciężkie, głównie ołów, miedź, chrom, kadm, rtęć i cynk, a także wody podgrzane (zanieczyszczenie termiczne), które są szczególnie niebezpieczne dla wód powierzchniowych o małym przepływie lub wód stojących. Większość antropogenicznych zanieczyszczeń wód działa toksycznie na organizmy wodne. Zanieczyszczenia bardzo trwałe w środowisku wodnym i bardzo trudno ulegające chemicznym i biochemicznym procesom rozkładu nazywa się substancjami refrakcyjnymi. Najwięcej zanieczyszczeń trafia do wód razem ze ściekami. Innymi źródłami zanieczyszczeń wód są: transport wodny i lądowy, stosowanie pestycydów i nawozów sztucznych oraz odpady komunalne i przemysłowe. Wody ulegają zanieczyszczeniu także w wyniku eutrofizacji.
Stopień zanieczyszczenia wód określa się za pomocą tzw. wskaźników zanieczyszczenia. Są to stężenia zanieczyszczeń (wyrażone w miligramach substancji w 1 dm3 wody) oraz inne parametry, których wartość jest miarą stężenia określonych rodzajów zanieczyszczeń. Jednym z najważniejszych wskaźników zanieczyszczenia wód powierzchniowych jest stężenie rozpuszczonego tlenu, które może przyjmować maksymalną wartość 8-9 mg/dm3 – mniejsze stężenie tlenu świadczy o zanieczyszczeniu wód związkami organicznymi, rozkładalnymi biochemicznie; spadek stężenia tlenu poniżej 4 mg/dm3 powoduje obumieranie wielu organizmów wodnych. Innymi wskaźnikami zanieczyszczenia wód naturalnych są: biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT), będące miarą zawartości rozkładalnych biochemicznie związków organicznych; ponadto chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) – miara zawartości wszystkich związków organicznych; obecność zawiesin mineralnych i organicznych, a także nieorganicznych i organicznych związków azotu, fosforu. Wartości wskaźników zanieczyszczenia rzek zależą w dużym stopniu od przepływu wody.
Prócz sposobów oceny zanieczyszczenia wód opartych na wskaźnikach fizycznych i chemicznych (otrzymywanych w wyniku analizy fizycznej i chemicznej wód) stosuje się metody badania stanu biologicznego wody. Najczęściej jest stosowany tzw. system saprobowy, wykorzystujący wyniki analizy hydrobiologicznej wód. Analiza bakteriologiczna dostarcza informacji o ilości i rodzaju bakterii obecnych w wodzie. Proces usuwania zanieczyszczeń z wody do poziomu umożliwiającego stosowanie jej do określonych celów to uzdatniania wody.
Zasady klasyfikacji wód w Polsce w zależności od stopnia ich zanieczyszczenia określa tzw. prawo wodne, według którego rozróżnia się 3 klasy czystości (ochrona wód). Warunkiem zakwalifikowania wody do jednej z nich jest zachowanie fizykochemicznych i biologicznych wskaźników w dopuszczalnych granicach. W 1995 z objętych kontrolą odcinków rzek – 6,2 tys. km – jedynie 2,9% spełniało wymogi stawiane wodom o największej czystości, tj. wodom I klasy czystości (wg kryterium fizykochemicznego), 20,3% należało do wód II klasy, 33,8% – III klasy czystości, 43% stanowiły wody pozaklasowe; wg kryterium biologicznego brak było wód I klasy, 3,7% należało do II, 11% do III klasy czystości, 85,1% to wody pozaklasowe.
Oceny stanu środowiska dokonuje się w odniesieniu do stanu naturalnego (czystego) bez względu na to, czy jego zmiany są spowodowane przez substancje lub oddziaływania, dla których ustalono poziom stężeń (lub natężeń) dopuszczalnych, czy też przez inne czynniki, dla których brak jest takich normatywów (np. zanieczyszczenia mikrobiologiczne lub zapachy w atmosferze). Niekiedy przez zanieczyszczenie środowiska przyrodniczego rozumie się przekroczenie norm jakości środowiska lub dopuszczalnych wskaźników emisji zanieczyszczeń, czyli właściwie wystąpienie niedopuszczalnego poziomu zanieczyszczenia środowiska przyrodniczego.
Intensywny rozwój przemysłu i urbanizacja w 2 połowie XX w. spowodowały, że zanieczyszczenie środowiska przyrodniczego zmieniło swój zakres przestrzenny z lokalnego (np. występowanie smogu), poprzez regionalny (np. zanieczyszczenie Renu, basenu Morza Śródziemnego lub Bałtyckiego – lata 60. i 70.), aż do globalnego (np. zakwaszenie środowiska, zanik warstwy ozonu w stratosferze na wysokości ok. 25 km lub zanieczyszczenie oceanów). Dlatego też wg ekspertów UNESCO obecnie najgroźniejszymi czynnikami zanieczyszczającymi są: dwutlenek węgla (CO2) – jedna z przyczyn efektu cieplarnianego, tlenek węgla (CO), dwutlenek siarki i dwutlenek azotu (SO2 i NO2), powodujące zakwaszenie środowiska, fosfor, wywołujący eutrofizację, rtęć i ołów, ulegające bioakumulacji, ropa naftowa, DDT i inne pestycydy oraz promieniowanie. Jednocześnie wiele zagrożeń wynika ze skażenia najbliższego otoczenia człowieka, m.in. powietrza w pomieszczeniach zamkniętych (obecność CO2 i CO, NOx, lotnych związków organicznych, radonu, dymu papierosowego oraz niedobór tlenu), wody pitnej i żywności. Wiedza o stanie środowiska przyrodniczego i zachodzących w nim zmianach oraz o stopniu degradacji poszczególnych jego elementów jest konieczna do podejmowania optymalnych decyzji dotyczących jego ochrony.
Sytuacja w Polsce.
Stan środowiska przyrodniczego w Polsce jest zróżnicowany. Istnieje około 20 parków narodowych, wiele rezerwatów przyrody, parków krajobrazowych i obszarów chronionego krajobrazu, a także utworzone decyzją UNESCO Międzynarodowe Rezerwaty Biosfery oraz przekształcone tereny znajdujące się w województwach północnych i wschodnich. Jednocześnie wyróżnionych jest 27 obszarów ekologicznego zagrożenia, m.in. Górnośląski Okręg Przemysłowy, Legnicko-Głogowski Okręg Miedziowy, Zatoka Gdańska i Góry Izerskie, gdzie niektóre wskaźniki zanieczyszczenia środowiska przyrodniczego przekraczają normy dopuszczalne z uwagi na ochronę przyrody i zdrowia człowieka.
Poprawa stanu środowiska wymaga ograniczenia ilości zanieczyszczeń przez wdrażanie czystszych technologii, minimalizujących zużycie surowców i energii oraz technologii ochronnych (np. oczyszczanie ścieków, odsiarczanie spalin, kompostowanie odpadów), a także rekultywacji środowiska zdegradowanego i przestrzegania przepisów prawnych z zakresu ochrony środowiska.
