Wybrane zagadnienia z ekologii i ochrony przyrody

KRAKOWSKA WYŻSZA SZKOŁA PROMOCJI ZDROWIA

Wybrane zagadnienia z ekologii i ochrony przyrody Elżbieta Trzyna

Kraków, 2016 -1-

Recenzent

dr Łukasz Binkowski Wydawca

Krakowska Wyższa Szkoła Promocji Zdrowia

31-158 Kraków, ul. Krowoderska 73 ISBN: 978-83-65545-04-6 © Copyright by KWSPZ, Kraków 2016 Druk i oprawa

Drukarnia RAFAEL

Drukarnia "RAFAEL" S.C. 30-532 Kraków, ul. Dąbrowskiego 16 tel. 12 656 40 13, 604 625 158 drukarnia@rafael.pl

-2-

Spis treści Rozdział 1. Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

1.5.

1.6.

1.7.

Dzieje Wszechświata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Zjawiska mające wpływ na ukształtowanie życia na Ziemi . . . . . . . . . . . . 6 Krótka historia życia na Ziemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Wielkie wymierania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Skąd wzięła się ekologia? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Ekologia jako nauka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Podstawowe pojęcia w ekologii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Rozdział 2. Obieg materii i przepływ energii w ekosystemie . . . . . . . 12 2.1.

2.2.

Materia i energia w ekosystemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Cykle biogeochemiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.1. Rola węgla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2.2. Rola i zasoby azotu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2.3. Rola i zasoby siarki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.4. Rola i zasoby fosforu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2.5. Rola atmosfery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.6. Rola wody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3. Ekologia ekosystemów i organizmów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

3.5.

3.6.

3.7.

Ekologia ekosystemów – synekologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Produktywność biomasy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Sieci troficzne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Stabilność ekosystemu i sukcesja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Warunki życia w ekosystemach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.5.1. Klimat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.5.2. Wpływ temperatury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.5.3. Wpływ wilgotności na organizmy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.5.4. Wpływ światła na organizmy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.5.5. Wpływ powietrza na organizmy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.5.6. Gleby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Rodzaje ekosystemów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Analiza związków pomiędzy organizmami – autekologia . . . . . . . . . . . 33 3.7.1. Struktura i dynamika populacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.7.2. Zależności między organizmami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Rozdział 4. Człowiek i środowisko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.1. Wpływ klimatu na funkcjonowanie organizmu człowieka . . . . . . . . . . . 38 -3-

4.1.1. Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.1.2. Życie na dużych wysokościach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.1.3. Duże głębokości . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2. Rytmy biologiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.1. Rytm dobowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.2.2. Rytmy długofalowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.3. Ekologia miast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.3.1. Czynniki fizykochemiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.3.2. Czynniki biologiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.4. Ekologia żywienia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.4.1. Normy żywieniowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.4.2. Wady żywieniowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Rozdział 5. Zużycie zasobów naturalnych.

Alternatywne źródła energii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.1. Rewolucja rolnictwa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.2. Rewolucja przemysłowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.3. Rewolucja naukowo-techniczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.4. Paliwa kopalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.4.1. Węgiel kamienny i brunatny – zasoby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 5.4.2. Ropa naftowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5.4.3. Gaz ziemny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.4.4. Siarka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 5.4.5. Sól kamienna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.4.6. Pierwiastki promieniotwórcze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.5. Surowce skalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.6. Surowce metaliczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 5.7. Woda – zasoby, zapotrzebowanie i niedobory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 5.8. Produkcja i zużycie energii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5.9. Żywe zasoby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 5.10. Alternatywne źródła energii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.10.1. Energia wody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.10.2. Energia wiatru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 5.10.3. Energia słoneczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.10.4. Energia geotermalna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 5.10.5. Energia z biomasy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Rozdział 6. Zanieczyszczenia środowiska i zmiany klimatyczne . . . . 74 6.1. Zanieczyszczenie powietrza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 6.1.2. Zanieczyszczenie powietrza naturalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 6.1.2. Zanieczyszczenie powietrza sztuczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 -4-

6.1.3. Zanieczyszczenie powietrza w Polsce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 6.2. Zanieczyszczenia gleb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6.3. Zanieczyszczenia wód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6.4. Odpady . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 6.5. Eutrofizacja wód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 6.6. Hałas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.7. Zanieczyszczenie krajobrazu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.8. Sztuczne światło . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.9. Promieniowanie jonizujące . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.10. Skażenie promieniotwórcze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.11. Efekt cieplarniany i dziura ozonowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Rozdział 7. Ekotoksykologia i epidemiologia w kontekście zanieczyszczeń środowiska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 7.1. Główne grupy substancji toksycznych i ich działanie . . . . . . . . . . . . . . . . 91 7.2. Epidemiologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Rozdział 8. Gospodarowanie odpadami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 8.1.

8.2.

8.3.

8.4.

Składowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Segregacja odpadów i recykling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Spalarnie odpadów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Odpady ciekłe – ścieki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 8.4.1. Ochrona wód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 8.4.2. Oczyszczalnie ścieków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

Rozdział 9. Organizmy modyfikowane genetycznie. Żywność transgeniczna – wady i zalety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 9.1.

9.2.

9.3.

9.4.

9.5.

9.6.

9.7.

Metody modyfikacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Istniejące rośliny GMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Główne uprawy GMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 GMO w Europie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Regulacje prawne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Bezpieczeństwo i skutki ekologiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Wady i zalety GMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Rozdział 10. Ochrona środowiska i przyrody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 10.1. Obszary chronione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 10.2. Ochrona gatunkowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 10.3. Prawo Ochrony Środowiska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

-5-

Rozdział 1. Wstęp 1.1. Dzieje Wszechświata Około 15 miliardów lat temu miał miejsce wielki wybuch, który doprowadził do powstania Wszechświata. Natomiast Galaktyka Drogi Mlecznej, w której znajduje się Ziemia powstała 13-14 mld lat temu. Przyjmuje się, że 4,5-5 mld lat temu powstało Słońce oraz Układ Słoneczny utrzymywany dzięki jego sile grawitacji. Układ Słoneczny składa się z wielu ciał niebieskich (czyli obiektów znajdujących się w przestrzeni kosmicznej), w szczególności z ośmiu planet ułożonych w określonej kolejności od Słońca: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun (oraz co najmniej kilka planet karłowatych, nie zaliczanych do planet i nie będących satelitami, w tym Pluton).

Ziemia będąca planetą, na której rozwinęło się życie, znajduje się mniej więcej w stałej odległości od Słońca, ok. 150 mln km, co umożliwia utrzymanie średniej temperatury jej powierzchni około 15°C, chociaż występuje szeroka rozpiętość temperaturowa uzależniona od miejsca oraz pory roku w określonym miejscu na Ziemi (–88°C – +58°C).

Na początku dziejów Ziemi powierzchnia jej była płynna. Stopniowe gromadzenie się różnych gazów (np. pary wodnej) doprowadziło do opadów deszczu i ochłodzenia jej powierzchni wskutek czego wytworzyła się chłodniejsza warstwa nazywana skorupą ziemską, gazy uformowały atmosferę, a deszcze doprowadziły do powstania zbiorników wodnych.

1.2. Zjawiska mające wpływ na ukształtowanie życia na Ziemi Jądro Ziemi stanowi płynna metaliczna masa, której ruchy wytwarzają pole magnetyczne, m.in. tworząc w okolicach równika pas magnetosfery (tzw. pasy Van Allena). Pas ten zatrzymuje bardzo szkodliwe promieniowanie kosmiczne oraz „wiatr słoneczny”.

Na kształtowanie się życia na powierzchni ziemi wpływ miał jej ruch wokół własnej osi. Jeden obrót trwa 24 godziny, czego konsekwencją jest stopniowe eksponowanie na światło słoneczne całej planety (naprzemienne następstwo dnia i nocy).

-6-

Istotna rolę odgrywa także ruch Ziemi wokół Słońca. Ziemia obiega Słońce po orbicie eliptycznej w odległości od 147,1 mln km (tzw. peryhelium) do 152,1 km (tzw. aphelium). Pełny obieg trwa dokładnie 365,256 dnia. Oś obrotu Ziemi nachylona jest w stosunku do orbity o 66,5°, co skutkuje zmienną ekspozycją na światło słoneczne półkuli północnej i południowej, w następstwie czego zmienna jest długość dnia i średnia temperatura (pory roku).

Wspomniane zróżnicowanie w dostępie światła skutkują w rozwijaniu się bardzo zróżnicowanych form życia na powierzchni naszej planety.

1.3. Krótka historia życia na Ziemi Życie można definiować np. jako układ żywy wtedy, gdy utrzymuje równowagę wewnętrzną, jest zdolny do wymiany materii i energii z otoczeniem oraz jest zdolny do powielania się.

Istnieje szereg hipotez dotyczących powstania życia na Ziemi. Przyjmuje się, że żywe komórki powstały najprawdopodobniej z mieszaniny związków nieorganicznych (takich jak siarkowodór, amoniak czy metan), czyli z tzw. „pierwotnej zupy” być może w następujący sposób: pod wpływem wyładowań atmosferycznych i podwyższonej temperatury powstały z tych związków pierwsze związki organiczne (eksperymenty Mullera i Ureya w 1953 roku i Joan Oró w 1961 r.) (tzw. „teoria chemiczna”). Związkami tymi prawdopodobnie były kwasy nukleinowe, jako jedyne zdolne do samopowielania się (tzw. „teoria świata RNA”).

Z mieszaniny związków organicznych samoistnie organizowały się pierwsze komórkopodobne twory, tzw. koacerwaty (teorie Oparina z 1924 r.) (tzw. teoria molekularna).

Pierwsze prakomórki zdolne do reprodukcji w oparciu o własną informację genetyczną dały początek wszystkim organizmom na Ziemi (tzw. teoria biologiczna).

Najważniejsze wydarzenia dotyczące rozwoju życia na naszej planecie: • 3,6 mld lat temu – powstaje życie na Ziemi.

• 2 mld – 600 mln lat temu (ponad połowa historii świata ożywionego): życie reprezentowane jest przez organizmy bez jądra komórkowego (tzw. Prokarionty) czyli bakterie i sinice, pod koniec tego okresu stopniowo pojawiają się pierwsze organizmy z jądrem komórkowym (tzw. Eukarionty).

-7-

• 580 mln lat temu – pierwsze organizmy tkankowe (zbudowane z grup komórek pełniących określone funkcje) • od 525 mln lat temu – pierwsze kręgowce: • 420 mln lat temu – pierwsze ryby • 370 mln lat temu – pierwsze płazy oraz ich wyjście na ląd • 300 mln lat temu – pierwsze gady • 260 – 65 mln lat temu – panowanie dinozaurów • 200 mln lat temu – pierwsze ssaki • 150 mln lat temu – pierwsze ptaki • 7 mln lat temu – pierwsze człowiekowate • 190 tys. lat temu – obecni ludzie 1.4. Wielkie wymierania W historii Ziemi mamy do czynienia nie tylko z przyspieszającym rozwojem i wzrostem ilości form żywych, zdarzały się również epizody tzw. wielkich wymierań o charakterze masowym.

Wielkie wymierania to gwałtowne (w skali geologicznej) wyginięcie wielkiej liczby gatunków wskutek działalności globalnych czynników środowiskowych (np. zmian klimatycznych czy wulkanizmu, powodowanych najczęściej katastrofą kosmiczną). Wielkie wymierania wywierają potężny wpływ na kosztowanie się życia na ziemi ponieważ zniknięcie dużej liczby gatunków i zmiany klimatyczne powodują w efekcie dynamiczny rozwój organizmów, które przeżyły.

W historii Ziemi wyróżniamy pięć wielkich wymierań (nazwy pochodzą od nazwy okresu geologicznego, w którym nastąpiły) (Tab. 1):

-8-

Tabela.1. Wielkie wymierania w dziejach Ziemi. szacunkowy czas w dziejach ziemi

ilość wymarłych gatunków

prawdopodobna przyczyna

ordowickie 438 mln lat temu

ok. 85% gatunków

duża dawka promieniowania gamma z kosmosu

dewońskie 367 mln lat temu

ok. 83% gatunków

upadek ciała niebieskiego 3 mln lat wcześniej

nazwa

uderzenie dwóch dużych planetoid milion lat wcześniej

permskie

250 mln lat temu blisko 90% gatunków

triasowe

213 mln lat temu

ok. 80% gatunków morskich

wielkie załamanie klimatyczne wywołane wulkanizmem

kredowe

65 mln lat temu

ok. 75% gatunków, m.in. dinozaury

uderzenie asteroidy

W literaturze znajdują się również opinie nt. wymierania holoceńskiego, czyli tzw. ”szóstej katastrofy”, którą wiąże się ze skutkami działalności człowieka.

Trwa ona od ok. 10 tys. lat temu do teraz, powodowana działalnością człowieka.

Według szacunków współcześnie wymiera od 5 do 500 tys. gatunków rocznie.

1.5. Skąd wzięła się ekologia?

Od najdawniejszych czasów ludzkość zainteresowana była otaczająca ją przyrodą i związkami między tym co żywe, a otoczeniem. W czasach pierwotnych uczono się zwyczajów zwierząt (aby lepiej na nie polować) i poznawano rośliny (żeby wiedzieć, które można zjeść i gdzie je znaleźć), potem zwierzęta udomowiono i zaczęto hodować, a znajomość klimatu i gleb pozwoliła ludziom na uprawę roślin. W starożytności już Arystoteles pisał w Historia animalium o anatomii, fizjologii i zachowaniach zwierząt, a Herodot i platon Platon obserwowali harmonię pomiędzy elementami przyrody ujmując te obserwacje w dziele: „Ekologia opatrznościowa”, w którym zakładano, że liczba osobników i gatunków jest z góry ustalona, a zaburzenia zakłócają harmonię.

W czasach nowożytnych w XVII-XVIII wieku Graunt, Leeuwenhoek, Buffon przeprowadzali badania zmian w populacjach ludzi, co dało poczatek ekologii populacji. W XVIII-XIX wieku Mathus, Lyell, Darwin, Bradley badali zjawiska wymierania, konkurencji, zwalczania szkodników przy pomocy innych gatunków i produkcyjność organizmów (np. jak zwiększyć produkcję winnic, hodowli -9-

drobiu i ryb). To dało początki ekologii stosowanej. Następnie w II połowie XIX wieku badania prowadzone nad niszami ekologicznymi w Morzu Śródziemnomorskim pozwoliły na pojawienie się pojęcia biocenozy. Dopiero 1869 Ernst Haeckel wprowadził termin: ekologia, a od początków XX wieku ekologia zaczęła się rozwijać jako samodzielna nauka.

1.6. Ekologia jako nauka Ekologia (z greckiego oikos + logia, czyli dom + nauka) jest nauką o strukturze i funkcjonowaniu przyrody, działem biologii zajmującym się związkami między organizmami a środowiskiem, a także zależności pomiędzy samymi organizmami.

Słowo ekologia często pojawia się w języku potocznym, przyjmując różne znaczenia, np. jako: • sposób produkcji – bezpieczny lub zagrażający w małym stopniu dla środowiska naturalnego, np. ekologiczny papier toaletowy, które to określenie nie ma nic wspólnego z ekologią jako nauką, • postawa życiowa, doktryna filozoficzna czy nawet ideologia dotycząca reprezentowania poglądów i/lub podejmowania działania z zakresu ochrony środowiska: od (przykładowo) nieszkodzenia zwierzętom, kupowania produktów ekologicznych do organizacji podejmujących radykalne działania np. medialnie głośne przykuwanie się do drzew.

Ekologia często w potocznym rozumieniu utożsamiana jest z ochroną środowiska, ale nie są to pojęcia jednoznaczne.

Ekologia jest nauką przyrodniczą, która zajmuje się wszystkimi procesami związanymi ze zjawiskiem życia na Ziemi. Natomiast ochrona środowiska jest całokształtem działań podejmowanych przez człowieka związanym z właściwym dla środowiska naturalnego wykorzystaniem i odbudowywaniem jego zasobów.

Nauka zajmująca się ochroną środowiska to sozologia.

Ekologię ze względu na szeroki zakres wiedzy, jaką się zajmuje, podzielono na różne działy.

Synekologia to nauka zajmująca się związkami między zbiorowiskami organizmów a środowiskiem (ekologia ekosystemów).

Autekologia jest nauką zajmująca się życiem poszczególnych organizmów (ekologia organizmów).

- 10 -

Ponadto wyróżniamy inne rodzaje ekologii wyróżniamy ze względu na sposoby prowadzenia badań, np.: - ekologia opisowa – opisuje grupy organizmów - ekologia funkcjonalna – zajmuje się wszystkimi zależnościami pomiędzy tym, co opisuje ekologia opisowa - ekologia ewolucyjna – bada powyższe zależności z punktu widzenia ewolucji - ekologia molekularna – jak wyżej, tylko z genetycznego punktu widzenia Istnieje również dziedzina ekologii stosowanej, która zajmuje się praktycznym wykorzystaniem wiedzy zgromadzonej przez inne działy ekologii, umożliwiając np. tworzenie rozwiązań stosowanych w ochronie środowiska (znajomość sieci troficznych pomaga w odtworzeniu równowagi zbiornika wodnego) lub ułatwia prowadzenie hodowli np. poprzez wykorzystanie naturalnych drapieżników do likwidacji szkodników upraw.

1.7. Podstawowe pojęcia w ekologii biosfera – cała część planety Ziemi zajęta przez życie. Obejmuje organizmy żywe, ale też część atmosfery (powietrza), hydrosfery (wód) i litosfery (część skorupy ziemskiej, głównie gleby), w której one przebywają, biom – duży obszar o określonych warunkach fizycznych i klimatycznych zamieszkały przez specyficzną grupę roślin i zwierząt. Przykładami biomów są: las liściasty strefy umiarkowanej, las równikowy, tajga, tundra, pustynia czy step. ekosystem – układ, który wykorzystując energię realizuje proces produkcji i rozkładu, podtrzymując w ten sposób cykl obiegu pierwiastków (np. pole uprawne, łąka, las, staw, rafa koralowa); ekosystem składa się z dwóch składników: biocenozy i biotopu, pomiędzy którymi zachodzi nieprzerwana wymiana materii: biocenoza – część żywa ekosystemu, czyli zespół organizmów w nim występujący. Są one powiązane ze sobą specyficznymi zależnościami. biotop – część nieożywiona ekosystemu, czyli środowisko zewnętrzne organizmów: podłoże, woda i powietrze. populacja – grupa współistniejących i kontaktujących się ze sobą osobników jednego gatunku, żyjących na określonym obszarze. Najczęściej mówimy o populacji lokalnej – zajmuje ona ściśle określony obszar, tzw. siedlisko.

- 11 -

zasięg geograficzny gatunku - wszystkie obszary na Ziemi zajmowane przez populacje jednego gatunku.

Bibliografia Macdougal I.O. Krótka historia Ziemi. Prószyński i Ska. Warszawa, 1998.

Mackenzie A., A.S.Ball, S.R.Virdee, Ekologia – krótkie wykłady. PWN, Warszawa, 2000.

Rożek T. Nauka po prostu. Wywiady z wybitnymi. Demart S.A., Warszawa, 2011.

Weiner J. Życie i ewolucja biosfery. PWN, Warszawa, 2012.

Rozdział 2. Obieg materii i przepływ energii w ekosystemie 2.1. Materia i energia w ekosystemie Życie w ekosystemach, pojawianie się następnych pokoleń wymaga zarówno materiału budulcowego jak i energii do wykonania pracy.

Budulcem wszystkich organizmów na Ziemi są pierwiastki, wśród nich niezbędnymi są tzw. pierwiastki biogenne: węgiel, wodór, tlen i azot. Ponadto ważne są również siarka i fosfor.

Pierwiastki te nieustannie krążą w ekosystemie będąc włączane i usuwane z obiegu w różnorodnych reakcjach chemicznych. Energia niezbędna do życia i funkcjonowania ekosystemu pochodzi przede wszystkim ze Słońca, oraz z wnętrza Ziemi (energia cieplna). Ogół reakcji chemicznych i zmian energii w ekosystemach możemy określić jako metabolizm ekosystemu.

Organizmowi oprócz związków budulcowych niezbędne są dodatkowe elementy: donory (dawcy) elektronów i akceptory (biorcy) elektronów, dzięki którym mogą zachodzić tzw. reakcje redoks, które stanowią ważny element metabolizmu, biorąc udział w uwalnianiu i przekształcaniu energii. Polegają na oddawaniu elektronów przez jedną substancję i przyjmowaniu ich przez substancję drugą. Pierwiastki budujące te substancje zmieniają wtedy swój stopień utlenienia i ulegają przeorganizowaniu, tworząc inne substancje. Oznacza to, że na poziomie chemicznym krążenie pierwiastków w ekosystemach opiera się właśnie na reakcjach redoks czyli wszechobecnych procesach utleniania i redukcji związków chemicznych.

- 12 -

Biogeochemia to nauka o krążeniu materii w przyrodzie. Z punktu widzenia struktury ekosystemów kluczowa dla krążenia pierwiastków jest hierarchia organizmów w nim występująca. Ekosystemy składają się z producentów, konsumentów i reducentów.

Producenci znajdują się na początku każdego łańcucha pokarmowego, są organizmami samożywnymi (tzw. autotrofy – produkcja związków organicznych zachodzi z wykorzystaniem energii światła słonecznego drogą fotosyntezy (rośliny, glony, sinice i pierwotniaki) lub drogą chemosyntezy).

Konsumenci to organizmy cudzożywne (tzw. heterotrofy). Konsumenci I rzędu (zwierzęta roślinożerne) pobierają substancje organiczne od autotrofów, a konsumenci II rzędu (drapieżniki) żywią się innymi heterotrofami.

Ważnym wskaźnikiem związanym z obiegiem materii jest produktywność ekosystemu.

Wyróżniamy produkcję pierwotną brutto rozumianą jako przyrost biomasy (w jednostce czasu) wyprodukowanej przez producentów na drodze fotosyntezy i chemosyntezy, oraz produkcję pierwotną netto stanowiącą przyrost biomasy (w jednostce czasu) wyprodukowanej przez producentów pomniejszony o wydatek energetyczny producenta.

Ponadto istnieje pojęcie produkcji wtórnej oznaczające proces wytwarzania materii organicznej przez heterotrofy, czyli produkcja pierwotna pomniejszona o materię zużytą przez konsumentów.

Reducenci (destruenci) są końcowym elementem hierarchii ekosystemu i ostatnim w biocenotycznym etapie krążenia pierwiastków.

Reducenci są heterotrofami. Należą do nich głównie bakterie i grzyby. Żyją w ściółce, na odchodach, martwych organizmach oraz w układzie trawiennym zwierząt odgrywając kluczową rolę w zamknięciu krążenia pierwiastków dzięki temu, że rozkładają martwą materię organiczną na związki nieorganiczne, takie jak dwutlenek węgla, woda czy tlenki azotu (proces ten nazywamy dekompozycją).

Dzięki reducentom cała energia skumulowana w związkach organicznych zostaje wykorzystana przez organizmy, a substancje nieorganiczne oddane do podłoża mogą być ponownie wykorzystane do syntezy substancji organicznych przez autotrofy.

- 13 -

Przedstawiony obieg materii w przyrodzie, napędzany jest przez promieniowanie słoneczne, które jest głównym źródłem energii dla organizmów. Suma energii docierającej do powierzchni Ziemi to energia rzędu 200-1040 watów/metr kwadratowy powierzchni, jest około 4000 razy większa niż energia cieplna dochodząca z wnętrza planety. Promieniowanie pochodzące od Słońca charakteryzuje się całym spektrum długości fal. Tylko część promieniowania dochodzącego do powierzchni Ziemi może być wykorzystana przez organizmy żywe. Jest to tzw. promieniowanie czynne fotosyntetycznie (PAR, photosynthetically active radiation) odpowiada zakresowi długości fali równemu 380-710 nm. PAR wyraża zakres absorpcji chlorofilu, czyli barwnika, dzięki któremu możliwy jest proces fotosyntezy i stanowi nie więcej niż 44% całej energii dochodzącej do powierzchni Ziemi.

Jednakże energia słoneczna nie jest jedynym źródłem energii w ekosystemach.

Innym źródłem tej energii chemosynteza. Wśród organizmów samożywnych istnieje grupa autotrofów, która potrafi wytwarzać energię na drodze utleniania związków chemicznych – są to chemoautotrofy (zaliczane do producentów).

Do chemoautotrofów zaliczamy bakterie metanowe (Pseudomonas) – utleniające metan do dwutlenku węgla, siarkowe (Beggiatoa, Thiotrix) – utleniające siarkowodór i czystą siarkę, nitryfikacyjne (Nitrosomonas, Nitrobacter) – utleniające amoniak i sole kwasu azotowego, żelaziste (Ferrobacillus) – utleniające sole żelaza, wodorowe (Hydrogenomonas) – utleniające wodór do wody. Gatunki te pełnią bardzo ważną rolę w obiegu takich pierwiastków jak azot, węgiel czy fosfor.

2.2. Cykle biogeochemiczne Pierwiastki krążące w swoich cyklach mają swoje źródło w biotopie, czyli środowisku abiotycznym. Z powietrza w atmosferze pobierany jest głównie tlen (oddychanie), dwutlenek węgla (fotosynteza) oraz azot, z hydrosfery pobierana jest woda, służąca głównie jako środowisko wielu reakcji zachodzących w organiźmie (lub rozkładana podczas fotosyntezy, dlatego rośliny produkują tlen), w litosferze znajduje się źródło większości innych pierwiastków.

Biogeochemia zajmuje się obiegami nie tylko kluczowych dla życia pierwiastków (węgiel, azot, siarka i fosfor), ale też związków chemicznych, dlatego mówimy tu również o obiegu tlenu i cyrkulacji atmosferycznej oraz o obiegu wody i cyklu hydrologicznym.

- 14 -

2.2.1. Rola węgla Najważniejszym pierwiastkiem biogennym jest węgiel. Jest jednym z najliczniejszym pierwiastkiem występującym we Wszechświecie. Atomy węgla wykazują zdolność do silnego i stabilnego wiązania się między sobą w łańcuchy proste, rozgałęzione i zamknięte pierścienie, co daje ogromną liczbę potencjalnych związków węgla – tworzy ich on więcej niż wszystkie inne pierwiastki chemiczne. Węgiel z wodorem tworzy węglowodory, dodatkowo z tlenem tworzy takie grupy jak cukry, tłuszcze i alkohole, dodatkowo z azotem tworzą m.in. białka, a z fosforem nukleotydy. Węgiel w atmosferze występuje głównie pod postacią dwutlenku węgla (0,03% składu atmosfery). Oceany zawierają 50x więcej rozpuszczalnych związków węgla niż atmosfera (w postaci węglanów) i 40000x więcej nierozpuszczalnych związków węgla. Rośliny lądowe wiążą ok. 75 mld ton węgla rocznie.

Naturalne krążenie węgla odbywa się głównie pomiędzy atmosferą, litosferą a organizmami, a odpowiedzialne za niego są procesy oddychania i fotosyntezy.

Podstawową postacią węgla w obiegu jest dwutlenek węgla i w takiej postaci jest asymilowany przez rośliny lądowe (3,4 mld ton rocznie na półkuli północnej).

Węgiel wraca do biotopu w tej samej postaci w wyniku oddychania przez rośliny, zwierzęta i mikroorganizmy.

Eksploatacja węgla kopalnego przez człowieka przyczyniła się do włączenia do obiegu tego pierwiastka i tej puli.

2.2.2. Rola i zasoby azotu Najważniejszą rolą azotu jest uczestnictwo w budowie białek (14-19% masy białek), oprócz tego bierze on udział w budowie m.in. kwasów nukleinowych i alkaloidów.

Główna pula azotu znajduje się w atmosferze (przede wszystkim jako azot cząsteczkowy – około 78% powietrza), jednak kluczowe znaczenie (98% azotu asymilowanego rocznie) ma azot przyswajany z gleby i wód przez rośliny w postaci azotanów. Azot trafiający do cyklu biogeochemicznego produkowany jest również podczas wyładowań atmosferycznych, a następnie spada z deszczami i spływa do zbiorników wodnych. Stanowi to jednak niewielki udział w całym obiegu (3-4%).

- 15 -

W obiegu azotu kluczową rolę odgrywają mikroorganizmy, które odpowiedzialne są za wiązanie azotu (utlenianie do azotanów – nitryfikacji), 85% wiązania azotu dokonywana jest przez bakterie, a w ekosystemach wodnych zajmują się tym sinice. Większość (2/3) atmosferycznego azotu wychwytywana jest za sprawą układów symbiozy mikroorganizmów z roślinami. Zamknięcie obiegu azotu w biosferze dokonuje się podczas uwalniania go na drodze denitryfikacji (redukcji), w której bakterie uwalniają do atmosfery tlenki azotu i wolny azot, proces ten występuje przede wszystkim tam, gdzie panują warunki beztlenowe (fakt ten wykorzystuje się przy biologicznym oczyszczaniu ścieków) oraz amonifikacji przez niektóre bakterie, grzyby i rośliny wbudowujące go w grupę amonową, a następnie przez uwalnianie do gleby i wody jonu amonowego (ryc.1).

Rycina 1. Cykl azotu z udziałem żywych organizmów.

2.2.3. Rola i zasoby siarki Siarka stanowi około 1% suchej masy organizmów, wchodzi w skład dwóch aminokwasów budujących białka, wielu witamin oraz enzymów.

W atmosferze siarka ma swoje różne źródła: aktywność wulkaniczna, oddychanie beztlenowe (z biosfery rocznie do atmosfery dostaje się około 100x10^6 ton - 16 -

biogenicznej siarki), przez rozpryskiwanie się wody morskiej (dostaje się tu 4,4x10^6 ton siarki rocznie). W litosferze zawartość siarki w skorupie ziemskiej to 0,1%, głównie pod postacią siarczków metali i rozpuszczalnych siarczanów.

Natomiast w hydrosferze, w wodzie morskiej znajduje się około 1,4x10^15 ton siarki. Siarka w biosferze pochodzi w połowie z litosfery (erozja skał), a w połowie z atmosfery (z opadów deszczu i osiadania pyłów). Spływając z wodą włączana jest do obiegu przez rośliny i beztlenowe bakterie siarkowe (na drodze redukcji asymilacyjnej). Uwalnianie siarki zachodzi z rozkładania się materii organicznej, również przez bakterie beztlenowe (np. purpurowe lub zielone). Większość siarki deponowana jestw oceanach, tworząc w osadach morskich m.in. złoża pirytu.

Człowiek na skutek swojej działalności włącza rocznie do obiegu siarki w przyrodzie 150x10^6 ton tego pierwiastka.

2.2.4. Rola i zasoby fosforu W postaci niezwiązanej, fosfor w przyrodzie nie występuje, natomiast w postaci minerałów głównym jego źródłem są apatyt i fosforyt.

W biosferze znajdują się stosunkowo niewielkie jego ilości, ma on jednak bardzo ważną rolę biologiczną jako składnik kwasów nukleinowych, nośników energii w organizmach, organicznych kwasów i aldehydów oraz w postaci mineralizowanej. Ponadto fosfor znajdziemy w kościach (50-60% kości to fosforan wapnia), zębach, włosach, rogach, muszlach, gromadzony jest również w owocach. Jako pierwiastek potrzebny i występujący w niewielkich ilościach jest on tzw. czynnikiem limitującym wzrost, ponieważ wahania jego ilości w środowisku decydują o wzroście organizmu.

Główne źródło fosforu dla organizmów to wody gruntowe, rzeki i jeziora, w wodzie jest on bardzo słabo rozpuszczalny i tworzy zawiesinę.

Mówi się, że obieg tego pierwiastka jest typu sedymentacyjnego, ponieważ pula zasobów fosforu znajduje się głównie w litosferze (nagromadzony jest w skałach i osadach) i tam też jest deponowany. Fosfor krąży w swoim cyklu zarówno w morzach (większość), jak i na lądzie włączając się do obiegu w wyniku wietrzenia skał, skąd wypłukiwany jest przez wodę. Do obiegu w biosferze wchodzi poprzez rośliny wiążące go m.in. dzięki mikoryzie grzybowej. Po spłynięciu do - 17 -

oceanów fosfor potrafi krążyć nawet do 100 tysięcy lat zanim zostanie zdeponowany na dnie. Rolnictwo wprowadzając do otoczenia nawozy przyczynia się do gromadzenia fosforu w zbiornikach wodnych, gdzie jego zwiększona obecność (jako czynnik limitujący wzrost) przyczynia się do eutrofizacji (ryc. 2).

Rycina 2. Cyklu fosforu z udziałem biosfery.

Znajomość obiegu pierwiastków pomaga w walce z zanieczyszczeniami.

Człowiek wykorzystuje znajomość obiegu pierwiastków w przyrodzie podczas biologicznego etapu oczyszczania ścieków stosując tu przede wszystkim bakterie wiążące oraz uwalniające różne rodzaje związków azotu: denitryfikujące oraz nitryfikujące, przeprowadzając te procesy w ściśle określonych warunkach, zarówno tlenowych jak i beztlenowych, a także w komorach defosfatacyjnych odpowiednie bakterie uwalniają z zawiesiny ścieków fosfor, który następnie strącany jest odpowiednim koagulatem.

2.2.5. Rola atmosfery Dla obiegu większości pierwiastków ważna jest atmosfera. Atmosfera jest gazową powłoką otaczającą planetę, która ma wystarczającą masę, aby w wyniku działania grawitacji utrzymywać wokół siebie tą powłokę. Atmosfera ziemska waży około 5x10^15 ton, czyli 1/1000000 masy całej planety.

- 18 -

Ze względu na różną zawartość gazów, stopień ich jonizacji oraz temperaturę wyróżniamy kilka warstw atmosfery: - jonosfera (85-1200 km) – wypełniona wyłącznie zjonizowanymi cząsteczkami gazów, składa się z dwóch stref: egzosfery (gdzie występują ostatnie ślady powietrza) i termosfery (gdzie cząsteczki bardzo rozrzedzonego powietrza zderzają się z promieniowaniem kosmicznym, tu tworzą się zorze polarne), - mezosfera (50-85 km) – większość cząsteczek jest zjonizowanych, widać granicę między niebieską barwą reszty atmosfery a czernią kosmosu, - stratosfera (12-50 km) – tu powstają prądy strumieniowe odpowiedzialne za przemieszczanie się układów barycznych oraz tu znajduje się warstwa ozonowa, - troposfera (do 12 km) – tutaj występuje największe zagęszczenie powietrza (ponad połowa), najszybciej też zmienia się z wysokością ciśnienie i gęstość powietrza.

W tej strefie zachodzi cały obieg wody w przyrodzie oraz tworzą się chmury.

Atmosfera ziemska pełni olbrzymią rolę w istnieniu i rozwoju na powierzchni tej planety życia. Zbudowana jest z mieszaniny gazów, której gęstość i ciśnienie stanowią idealne warunki, są one wykorzystywane przez organizmy do życia.

Ponadto atmosfera utrzymuje na powierzchni Ziemi względnie stałą temperaturę dzięki efektowi cieplarnianemu oraz buforuje temperaturę ciemnej i jasnej strony planety. Stanowi także warstwę ochronną dla organizmów przed szkodliwym promieniowaniem: elektromagnetycznym i UV pochodzącymi i kosmicznym, a także umożliwia obieg wielu pierwiastków i obieg wody.

Wszechotaczające nas powietrze jest jednorodną mieszaniną gazów, z czego najważniejszymi są: azot – około 78%, tlen – ok. 21%, argon – ok. 1%. Ponadto 0,5-4 % powietrza to para wodna, a dwutlenek węgla stanowi niecałe 0,04%.

Oprócz tego krypton, neon, hel, metan, wodór i ksenon stanowią od około 0,0020,000008 % składu powietrza.

Powietrze w swoim składzie zawiera też składniki zmienne, takie jak podtlenek azotu, ozon czy dwutlenek siarki, których zawartość ulega zmianom i zależy od miejsca oraz czasu na powierzchni Ziemi, jak również zawiesiny, do których należą pyły, sadza, zarodniki czy drobnoustroje.

W związku z nierównomiernym nagrzewaniem się powierzchni Ziemi oraz prądami powietrza wynikającymi z ruchu wirowego naszej planety, mamy - 19 -

do czynienia z obiegiem powietrza na naszej planecie, zwanego cyrkulacją atmosferyczną. Najsilniej ogrzewanym rejonem są okolice równika, tam powietrze unosi się i po jakimś czasie opada w rejonie zwrotnika. Ta cyrkulacja jest bardzo silna i wymusza podobną w rejonie podobne w okolicy kół podbiegunowych.

Ruch Ziemi dookoła własnej osi sprawia, że powstałe prądy odchylają się od osi południkowej planety (ryc.3).

Rycina 3. Cyrkulacja atmosferyczna.

2.2.6. Rola wody Ze związków chemicznych najważniejszą rolę dla organizmów spełnia woda.

Istnieją dwie hipotezy pochodzenia wody na Ziemi.

Hipoteza solarna głosi, że wodór pochodzący z wiatru słonecznego wchodząc w reakcję z tlenem stworzył wodę, natomiast hipoteza geochemiczna głosi, że cała woda pochodzi z odgazowania skorupy ziemskiej, tj. dostała się do atmosfery z wulkanów oraz stygnącej magmy.

Woda stanowi ponad 71% powierzchni kuli ziemskiej i znajduje się głównie w oceanach. Większość (97,38%) wody występującej w przyrodzie zawiera rozpuszczalne sole (zwykle jest to chlorek sodu), a najczystszą wodą spotykaną w przyrodzie jest woda deszczowa (0,034 g zanieczyszczeń na 1l wody), dalej woda rzeczna (0,3g substancji/l) i na końcu morska (średnio 35g substancji/l).

- 20 -

Oprócz płynących wód powierzchniowych woda płynie również pod ziemią i nazywamy ją wtedy wodą gruntową, a gdy przejdzie po warstwie nieprzepuszczalnej nazywamy ją wodą źródlaną (woda źródlana o odpowiedniej zawartości rozpuszczalnych związków to woda mineralna).

Woda jest niezbędna wszystkim organizmom do życia. Jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem wielu związków krążących po ustroju, stanowi więc środowisko przebiegu wielu reakcji, jak również transportuje te związki (substancje odżywcze, produkty przemiany materii, regulatory tych przemian) oraz jest istotna w regulacji temperatury organizm.

Budowa powierzchni Ziemi (duże powierzchnie oceanów i zróżnicowana powierzchnia lądów) oraz różnice temperatur (i wynikająca z nich cyrkulacja atmosferyczna) powodują, że wielkie masy wody parują w jednym miejscu i skraplają się w innym – powstały obieg wody na nazywamy cyklem hydrologicznym (ryc.4). Można go porównać do olbrzymiej maszyny parowej napędzanej słońcem. Przeważająca ilość wody biorąca udział w obiegu znajduje się w fazie ciekłej (około 1,5 mln km3), oprócz tego spotykamy ją w fazie gazowej (w atmosferze ok.14000 km3) oraz stałej (w lodowcach prawie 30 tysięcy km3). Ponieważ aż 71% powierzchni lądów to oceany, odgrywają one zasadniczą rolę w odparowywaniu wody, na lądach prawie całe parowanie zachodzi poprzez rośliny. Statystyczna cząsteczka wody przebywa w atmosferze około 1 tygodnia, natomiast w oceanie czas ten wynosi aż 3650 lat. Praca wykonywana w ciągu roku przez proces parowania wody to około 1/5 całej energii dochodzącej tu ze Słońca.

Bibliografia Mackenzie A., A.S.Ball, S.R.Virdee, Ekologia – krótkie wykłady. PWN, Warszawa, 2000.

Sołtys Z. Chemia nieorganiczna. Wydaw. Szkolne i Pedagogiczne Warszawa, 1980.

Weiner J. Życie i ewolucja biosfery. PWN, Warszawa, 2012.

- 21 -

Rozdział 3. Ekologia ekosystemów i organizmów.

3.1. Ekologia ekosystemów – synekologia Synekologia zajmuje się związkami między zbiorowiskami organizmów a środowiskiem, czyli tzw. ekologią ekosystemów.

Ekosystem stanowi funkcjonalną całość, w której zachodzi wymiana materii pomiędzy biocenozą i biotopem. Ekosystem to największa jednostka funkcjonalna biosfery.

Najważniejszą cechą ekosystemu i podstawą badań ekologii ekosystemów jest to, że charakteryzują się zróżnicowaniem w czasie i przestrzeni, co może mieć charakter cykliczny lub wieloletni.

- - - -

Ekosystem ma kilkupoziomową strukturę pokarmową. Te poziomy to: środowisko abiotyczne – materia nieożywiona w środowisku, producenci – organizmy samożywne, konsumenci – organizmy cudzożywne – głównie zwierzęta, destruenci – bakterie i grzyby rozkładające materię organiczną.

W strukturze przestrzennej ekosystemu istnieje budowa warstwowa, w której zwykle najwyżej znajdują się producenci (np. korony drzew, powierzchnie oceanów), a najniżej destruenci (np. ściółka lasu, dno oceanu).

3.2. Produktywność biomasy Łączną masę wszystkich organizmów danego ekosystemu nazywamy biomasą, a przyrost biomasy w określonym czasie stanowi produktywność ekosystemu.

Produktywność ekosystemu zależy od tempa metabolizmu ponieważ dla każdego organizmu tempo metabolizmu zależy od stosunku powierzchni ciała do jego masy (np. małe organizmy mają dużą powierzchnię w stosunku do masy, a ich metabolizm jest szybki). Zależna jest również od poziomu w łańcuchu pokarmowym, gdyż biomasa maleje wraz z wyższymi poziomami tych zależności, a stosunek produkcji na wyższym poziomie do produkcji na niższym poziomie nazywa się wydajnością ekologiczną. Ponadto produktywność ekosystemu zależy od dostępności substratów i klimatu (przede wszystkim światła i temperatury).

Produkcja w oceanach cechuje się dostępnością wody i minerałów, przy czym - 22 -

woda silnie pochłania światło słoneczne w zakresie potrzebnym roślinom. Nie brakuje tu również dwutlenku węgla (ze względu na dobrą rozpuszczalność tego pierwiastka w wodzie). Ponieważ sole metali lekkich rozpuszczają się w wodzie dobrze, ich stężenie wszędzie jest podobne. Czynnikiem ograniczającym produkcję w oceanach może być stosunkowo mała ilość oraz dostępność pierwiastków biogennych. Związki azotu dobrze rozpuszczają się w wodzie, ale asymilować go mogą tylko sinice, a związki azotu, fosforu czy siarki mają tendencję do opadania w głębsze warstwy dlatego tam, gdzie występują otwarte obszary głębokich oceanów występują obszary o zmniejszonej produkcji, a w oceanach płytkich, w ujściach rzek i na rafach koralowych kwitnie życie. Podobnie intensywna produkcję obserwujemy w obszarze tzw. upwellingów, czyli miejsc gdzie wody głębinowe na skutek prądów są wypychane na uskokach szelfu kontynentalnego do góry.

Dzieje się to głównie w obszarach okołobiegunowych i na zachodnich wybrzeżach kontynentów.

Produktywność ekosystemów jest największa na lądach: w rejonie równikowej Ameryki Południowej, Afryki, Azji kontynentalnej i Wysp Pacyfiku oraz Oceanu Indyjskiego (wiecznie zielone lasy), duża w oceanach: w strefach okołobiegunowych, wybrzeżach kontynentów, ujściach wielkich rzek i w rafach koralowych, a mała na pustyniach i stepach.

Wyjście roślin na ląd wiązało się z wykształceniem w organizmach roślinnych nowych dostosowań, takich jak stworzenie wysoko uniesionego aparatu asymilacyjnego z jednoczesnym ograniczeniem powierzchni tracenia wody do minimum, wykształcenie systemu wynoszącego wodę pobraną z podłoża wbrew grawitacji (system kapilarny napędzany parowaniem wody z powierzchni zielonych poprzez tzw. szparki, proces ten nazywamy transpiracją). Również kluczową rolę odegrało tu stworzenie symbiozy z bakteriami asymilującymi azot i mikoryzy z grzybami asymilującymi fosfor, Rośliny wykształciły 3 rodzaje fotosyntezy: - CAM (crassulacean acid metabolism) – szparki otwierane są w nocy umożliwiając magazynowanie dwutlenku węgla, - tzw. rośliny C3 (najpowszechniejsze) – rośliny dobrze radzące sobie w cieniu, lecz bardziej rozrzutne w gospodarowaniu wodą, - tzw. rośliny C4 – oszczędniejsze w gospodarce wodą i dwutlenkiem węgla.

- 23 -

Końcowym elementem hierarchii ekosystemu i ostatnim w biocenotycznym etapie krążenia pierwiastków są destruenci. Spotykamy się z wieloma określeniami tej grupy organizmów, chociaż nie zawsze oznaczają one to samo (tab.2).

Tabela 2. Zróżnicowanie rodzajów i definicji destruentów.

Nazwa

Definicja

Destruenci (bioreduktory)

organizmy odżywiające się szczątkami innych organizmów i rozkładające związki organiczne,

Saprofity (Saprotrofy, Mikrokonsumenci)

te z destruentów, które zaliczamy do bakterii i grzybów (również te żyjące w przewodach pokarmowych zwierząt),

Detrytusożercy

zwierzęta odżywiające się martwą materią organiczną w glebie i mule dennym,

Saprobionty (Saproby) organizmy żyjące wśród rozkładającej się materii organicznej, Reducenci

podobnie jak destruenci, ale nazwa ta często używana jest jako synonim saprofitów,

Nekrofagi (Padlinożercy)

zwierzęta żywiące się martwymi ciałami innych zwierząt.

Reducenci to heterotrofy, do których należą głównie bakterie i grzyby, żyjące w ściółce, na odchodach, martwych organizmach oraz w układzie trawiennym zwierząt. Odgrywają kluczową rolę w zamknięciu krążenia pierwiastków dzięki temu, że rozkładają martwą materię organiczną na związki nieorganiczne, takie jak dwutlenek węgla, woda czy tlenki azotu (proces ten nazywamy dekompozycją). Dekompozycja zwykle jest procesem powolnym (szybkim tylko w przypadku pożarów), a zależy od: rodzaju materiału (jak trudne do rozłożenia są związki) i warunków środowiskowych (szczególnie temperatury i wilgotności) Dekompozycja w wodach rozpoczyna się już na poziomie planktonu. W warunkach tlenowych (na mniejszych głębokościach) zachodzi szybciej i wydajniej, a przy dnie tworzy się tzw. sapropel – luźna zawiesina szczątków organicznych i mineralnych, stopniowo przechodząca w trwały osad. Masa rozpuszczonych związków węgla w oceanach to 1800 mld ton, co jest liczbą dużo większą od masy wszystkich żyjących organizmów.

Podczas dekompozycji materii organicznej na lądach oprócz dwutlenku węgla, wody i związków mineralnych powstają tzw. kwasy humusowe, zawierające mieszankę różnych związków pochodzenia białkowego, ligniny i celulozy oraz inne - 24 -

związki aromatyczne. Pośród związków, których rozkład trwa długo wyróżniamy woski roślinne, żywice (np. bursztyn) i chityna (tworząca pancerzyki owadów i ściany komórkowe grzybów). W ekosystemach lądowych zwykle występuje dwukrotnie więcej zakumulowanej martwej materii organicznej niż w żywej biomasie (wyjątki stanowią wilgotne lasy równikowe i lasy strefy umiarkowanej).

Część materii organicznej w ekosystemach nie zostaje do końca rozłożona, np. złoża torfu i sapropeli przekształcają się z czasem (miliony lat) w węgiel brunatny, a potem kamienny, a z sapropeli pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia powstaje ropa naftowa.

3.3. Sieci troficzne Sieć zależności pokarmowych w ekologii nazywana jest siecią troficzną, lub pokarmową. Sieci troficzne są tworzone pomiędzy organizmami żyjącymi w jednym ekosystemie. Mogą być one mniej lub bardziej złożone, co wynika z obecności różnych organizmów na różnych poziomach troficznych, oraz z przedostawania się do istniejącej sieci organizmów ze środowisk sąsiednich.

W sieciach troficznych organizmy ustawione są w takiej kolejności, że każda poprzedzająca grupa (ogniwo, poziom troficzny) jest podstawą pożywienia następnej.

Taki pojedynczy łańcuch troficzny nazywamy łańcuchem pokarmowym.

Wyróżnia się trzy rodzaje łańcuchów pokarmowych: - łańcuch spasania – rozpoczynający się od roślin zielonych (producentów), poprzez zwierzęta roślinożerne (konsumenci I rzędu), do drapieżników (czyli konsumentów wyższych rzędów), np. ziemniak – stonka – bażant – lis, - łańcuch detrytusowy – zaczynający się od martwej materii organicznej (roślinnej lub zwierzęcej), poprzez mikroorganizmy do drapieżników, np. martwa materia - wiciowce – okoń – szczupak – człowiek, - łańcuch pasożytów – od konsumentów do najmniejszych pasożytów, np. krowa – bakterie – bakteriofagi.

3.4. Stabilność ekosystemu i sukcesja Różnorodność gatunkowa, która się zwiększa w danym ekosystemie stabilizuje go, a zróżnicowane biocenozy mają dużą zdolność do samoregulacji (np. samooczyszczanie rzeki). Taka zdolność do utrzymywania stałych warunków poprzez - 25 -

samoregulację nazywamy homeostazą ekosystemu (klimaksem). W homeostazie produkcja ekosystemu stopniowo maleje, gdyż jej zasoby zużywane są głównie na oddychanie.

Równowaga w ekosystemie może być zakłócona przez pojawienie się nowych gatunków (np. wprowadzenie królików w Australii), wyginięcie jakiegoś gatunku (np. podczas wielkich wymierań), zmiany w krajobrazie (np. wybudowana tama, kopalnia), a także przez czynniki fizyczne (głównie klimat).

Ekosystemy zakłócone oraz tworzące się dążą do homeostazy poprzez proces sukcesji, który jest rozumiany jako to uporządkowany proces kierunkowych zmian biocenozy, polegający na następowaniu po sobie różnych organizmów.

Z punktu widzenia środowiska zmiany te polegają na przekształcaniu tego środowiska przez organizmy je zamieszkujące. Środowisko to staje się coraz mniej korzystne dla tych organizmów, a bardziej dla konkurentów lub populacji mało licznych. Czas trwania przykładowych sukcesji to np. tworzenie się lasu na piasku przez około 1000 lat, tworzenie się łąki na nieporośniętej glebie przez 50100 lat, tworzenie się lasu na nieporośniętej glebie przez 200 lat.

Sukcesja pierwotna zachodzi na terenie nie zajętym wcześniej przez inną biocenozę, np. na nagich skałach wpierw pojawiają się porosty, które zjadane są przez ślimaki. Szczątki porostów i odchody ślimaków rozkładane są przez bakterie, ponadto pył z wietrzenia skał przyczynia do tworzenia się gleby z tych wszystkich składników. Gleba zatrzymuje wodę, zaczynają rosnąć mchy, gromadzą się następne warstwy gleby, w której pojawiają się nicienie i wrotki. Na takim podłożu kiełkują zioła i trawy, następnie krzewinki i krzewy, a potem drzewa i powstaje las stanowiący miejsce życia wielu organizmów roslinnych i zwierzęcych.

Sukcesja wtórna zachodzi na terenie wcześniej zajętym przez inne organizmy, np. gdy w lasach sosnowych i świerkowych pojawi się mech płonnik, odkłada on torf odcinając głębsze warstwy gleby od jej powierzchni. Odkładający się humus gromadzi wodę opadową, wtedy pojawia się mech torfowiec i powstaje torfowisko wysokie. Takie torfowisko porastane jest przez takie gatunki, jak wrzos, bagno i żurawina.

- 26 -

3.5. Warunki życia w ekosystemach Różnorodność ekosystemów, utrzymanie ich w równowadze czy też sukcesja zależne są od wielu czynników zewnętrznych. Podstawowym prawem mającym związek z wpływem różnych czynników na organizmy jest prawo Liebiga (tzw. prawo minimum), które głosi, że każdy z niezbędnych czynników może ograniczać rozwój jakiejś populacji, jeśli będzie go w środowisku niewiele (będzie bliski minimum tolerowanego przez organizm), a znaczenie jakiegoś czynnika jest tym większe, im bardziej w porównaniu z innymi czynnikami stanowi on to minimum.

3.5.1. Klimat Najważniejszym czynnikiem mającym wpływ na rozmieszczenie i różnorodność ekosystemów jest klimat wraz z szeregiem czynników: temperaturą, wilgotnością, dostępem światła.

Klimat jest to ogół zjawisk pogodowych na danym obszarze. Określany jest na podstawie obserwacji, dotyczących najczęściej pomiarów temperatury, opadów atmosferycznych i wiatru. Obserwacje pogody dla danego regionu, w celu ustalenia klimatu wymagają badań trwających przynajmniej 30 lat.

Klimat na Ziemi kształtują podstawowe procesy: obieg wody (cykl hydrologiczny), krążenie powietrza (cyrkulacja atmosferyczna) przekładające się na obieg ciepła, oraz czynniki geograficzne (układ lądów i oceanów, wysokość).

Na Ziemi wyszczególniono kilka podstawowych rodzajów klimatu: okołobiegunowy, umiarkowany, podzwrotnikowy, podrównikowy i równikowy.

Z punktu widzenia wrażliwości poszczególnych organizmów na poszczególne czynniki dzielimy je na eurytypowe, o szerokim zakresie tolerancji, oraz stenotypowe – o wąskim zakresie tolerancji.

3.5.2. Wpływ temperatury Temperatura ma największe znaczenie dla rozprzestrzenienia organizmów, wpływa na ich metabolizm i aktywność w cyklu rocznym.

Zwierzęta dzielimy na termofile (lubiące ciepło) i termofoby (unikające ciepła).

Wśród zwierząt możemy wyróżnić te o wąskim zakresie tolerancji, czyli stenotermy: - oligotermy – temperatury niskie (np. pingwin, pchlica śnieżna), - politermy – temperatury wysokie (np. szarańczaki, małpy).

- 27 -

Zwierzęta stałocieplne posiadają wyższy metabolizm oraz zapewniające im stałocieplność termoregulatory (sierść, gruczoły potowe, tłuszcz), natomiast zwierzęta zmiennocieplne mają temperaturę ciała zbliżoną do otoczenia, są też wytrzymalsze przy wyższej temperaturze. W klimatach zimnych zwierzęta posiadają mniejszy stosunek powierzchni ciała do masy (np. niedźwiedź), niż zwierzęta w ciepłym klimacie. Odnosi się to do reguły Bergmana, która mówi, że wypromieniowywanie ciepła z mniejszej powierzchni zachodzi wolniej.

Temperatura wpływa również na ubarwienie zwierząt gdyż w klimacie zimnym są one najczęściej jaśniejsze (wolniej się ochładzają) a w ciepłym ciemniejsze (szybciej oddają ciepło). Istotna jest również reguła Allena, według której w klimacie gorącym zwierzęta mają części ciała bardziej wystające, co sprzyja oddawaniu ciepła.

U roślin temperatura wpływa na intensywność oddychania i fotosyntezy. Fotosynteza przebega najlepiej w temperaturach dodatnich, ale jej intensywnośc spada w temperaturze ok. 50oC, co jest zwiazane ze zmiananmi lub zahamowaniem funkcjonowania szeregu enzymów w takich warunkach.

3.5.3. Wpływ wilgotności na organizmy - - - -

Pod względem preferencji wilgotności zwierzęta dzielimy na: hygrofile – lubiące wilgoć (np. hipopotamy, ślimaki), hydrofile – potrzebujące zwiększonej ilości wody do życia (np. ptaki błotne), hygrofoby – unikające wilgoci, ksyrofile – dobrze znoszące suszę (np. wielbłądy, uzyskują one wodę przez rozkład tłuszczu zgromadzonego w garbie, mogą nie pić do trzech miesięcy, a na raz do 100 l wody). Zwierzęta zabezpieczają się przed utratą wody dzięki pokryciu ciała, ukrywaniu narządów oddechowych wewnątrz ciała, wydalaniu suchego kału i trybowi życia (np. nocny).

Istotna jest reguła Glogera, według której wilgotność wpływa na ubarwienie tak, że w klimacie suchym zwierzęta są jaśniejsze, niż w wilgotnym.

Rośliny pod względem preferencji wilgotności dzielimy na: - hydrofity – rośliny wodne, - hygrofity – rośliny siedlisk bagiennych, - 28 -

- mezofity – rośliny ze stanowisk średniozawilgoconych, - kserofity – rośliny klimatu suchego (tzw.suchorośla), - sukulenty – gromadzące wodę w liściach lub łodydze.

3.5.4. Wpływ światła na organizmy Światło jest źródłem energii dla całych ekosystemów, podtrzymując proces fotosyntezy u roślin.

Wyróżniamy: - heliofity – rośliny światłolubne (np. brzoza), - skiofity – rośliny cieniolubne (np. zawilec, buk), - mezofity – o preferencjach pośrednich (np. lipa), Ponadto istnieją rośliny krótkiego dnia (np. ze strefy międzyzwrotnikowej, przykładowo kukurydza), oraz rośliny długiego dnia (np. ze strefy umiarkowanej, przykładowo zboża).

Ważnym terminem związanym z ilością światła dochodzącego do roślin jest punkt kompensacyjny, czyli stopień naświetlenia, przy którym wszystkie wytworzone podczas fotosyntezy związki są zużywane podczas oddychania rośliny.

W wodzie panują inne warunki świetlne ponieważ 5% światła odbijanego jest przez powierzchnię wody, która sama też pochłania część energii. Do głębszych warstw nie dociera światło czerwone, dlatego producenci z głębin wytwarzają inne barwniki niż chlorofil (fikoerytryna, fukoksantyna).

Zwierzęta dzielimy na: - stenofoty – zwierzęta jaskiniowe i pasożyty wewnętrzne, - fotofile – lubiące światło dzienne (np. motyle, jaszczurki), - fotofoby – unikające światła (np. stonogi i wije).

3.5.5. Wpływ powietrza na organizmy Podstawowymi własnościami powietrza wpływającymi na organizmy są zawartość tlenu (w powietrzu jest go najwięcej, mniej w glebie i wodzie) oraz dwutlenku węgla. W powietrzu stanowi tylko 0,03%, w glebie jest go 10x więcej.

Dwutlenek węgla dobrze rozpuszcza się w wodzie (lepiej niż tlen). Jego rozpuszczalność zależy od temperatury i zasolenia wody (przy wzroście temperatury - 29 -

i zasolenia natlenienie się zmniejsza). W wodach głębinowych brakuje tlenu.

Dzięki falowaniu w morzach warunki tlenowe są lepsze niż w wodach stojących.

Jednym z bardziej szkodliwych gazów powietrza jest dwutlenek siarki. Najwięcej dwutlenku siarki w powietrzu jest w miastach, a szczególnie wrażliwe na ten związek są rośliny, przy czym odporniejsze są drzewa liściaste, a wrażliwsze są drzewa iglaste.

3.5.6. Gleby W ekosystemach lądowych bardzo ważnym czynnikiem jest podłoże. Gleba jest środowiskiem życia i źródłem składników odżywczych dla wielu gatunków mikroorganizmów i podziemnych organów roślin wyższych. Gleba to biologicznie czynna powierzchniowa warstwa litosfery, powstała ze skały macierzystej pod wpływem czynników glebotwórczych. Proces glebotwórczy trwa cały czas i jest nieodłącznym elementem przemian zachodzących w lądowym ekosystemie.

Składa się na niego wietrzenie skały macierzystej, kolonizacja przez organizmy oraz ich działalność, klimat i woda.

Gleba składa się (w klimacie umiarkowanym): w 45% to cząstki mineralne, w 5% próchnica, w 30% woda i w 20% powietrze.

Gleba składa się z trzech faz: - stałej – obejmującej cząstki mineralne, organiczne i organiczno-mineralne, - ciekłej – wody, w której są rozpuszczone związki mineralne i organiczne (tzw. roztwór glebowy), - gazowej – mieszaniny gazów i pary wodnej.

Gleba może mieć różny skład, co wpływa na skład roślin ją porastających.

Na glebach kwaśnych rosną grzyby i mszaki, na glebach obojętnych i słabo zasadowych – rośliny wyższe i bakterie, a na glebach zasadowych np. jęczmień i lucerna.

- - - -

Rośliny pod względem preferencji glebowych dzielimy na: kalcyfile – lubiące wapń (np. szarotka, lucerna), acydofile – lubiące kwaśne gleby (np. zamieszkujące torfowiska, jak mech torfowiec, borówka, wrzos), nitrofile – lubiące gleby bogate w azot (np. pokrzywa, łopiany), halofity – lubiące gleby zasolone (tzw. słonorośla).

- 30 -

3.6. Rodzaje ekosystemów Ekosystemy dzielimy na kilka podstawowych grup: lądowe, wodne (naturalne) i sztuczne (również lądowe i wodne).

Ekosystemy lądowe charakteryzują się łatwym dostępem do światła słonecznego i pierwiastków odżywczych, oraz wysokim ciśnieniem parcjalnym tlenu; z kolei wyzwaniem dla organizmów są w nich szybka utrata wody (parowanie, transpiracja) oraz większa zmienność środowiska lądowego w porównaniu z wodnym.

Ekosystemy wodne charakteryzują się dużą stabilnością warunków oraz ułatwioną dyfuzją gazów atmosferycznych, utrudnienia stanowią w nich niższe ciśnienie parcjalne tlenu niż na lądach, a także deficyt fosforu i przyswajalnych postaci azotu oraz żelaza.

Ekosystemy sztuczne powstają w wyniku działalności człowieka (wszelkie przekształcania w środowisku spowodowane przez nasz gatunek określa się mianem antropogenizacji).

Przykładami ekosystemów są: staw, jezioro, torfowisko, wilgotny las równikowy (dżungla), las strefy umiarkowanej, łąka, moczary, rafa koralowa, pole uprawne (tzw. agrosystem), plantacja sosnowa, ocean, wybrzeże morskie, dolny brzeg rzeki.

Przykładem ekosystemu wodnego jest jezioro.

Cechuje go strefowość, zarówno pionowa: od brzegu do środka zbiornika wodnego, jak i pionowa: od powierzchni do dna.

Wyróżniamy w nim 3 główne strefy: - litoral – inaczej strefa przybrzeżna; podlega zarówno wpływowi otaczającego lądu (w tym okresowy opad liści) jak i wody; dociera do niej dużo światła słonecznego, spośród wszystkich stref w największym stopniu podlega wahaniom temperatury i zawartości tlenu; potencjalnie jest najbardziej urozmaicona (im lepiej rozwinięta i różnorodna, tym więcej stwarza mikrośrodowisk do życia), w związku z czym cechuje się ogromnym bogactwem życia; zamieszkała jest przez peryfiton (czyli organizmy poroślowe – na kamieniach, roślinach, np. sinice, zielenice, okrzemki, pierwotniaki ) oraz okresowo przez wszystkie inne grupy organizmów wodnych, jest również miejscem, w którym ryby odbywają tarło i gdzie rozwija się narybek; ze względu na roślinność możemy w niej - 31 -

wyróżnić 4 podstrefy: rośliny całkowicie zanurzone (np. moczarka, rdestnica), wolno unoszące się (np. pływacz, rogatek), o liściach pływających (np. grzybienie, grążele) i całkowicie wynurzone (np. trzcina, pałka, tataraki turzyce), - pelagial – strefa otwartej wody; jej cechą wyróżniającą jest dobre naświetlenie i brak podłoża stałego; podlega falowaniu; wyróżniamy w niej część naświetloną (eufotyczną) i nienaświetloną (afotyczną); strefę tę zasiedla głównie plankton (organizmy unoszone przez wodę, w tym fito- i zooplankton) oraz nekton (organizmy swobodnie pływające np. ryby), - profundal – strefa przydenna, gdzie nie dociera już fotosyntetycznie aktywne promieniowanie słoneczne (czego konsekwencją jest brak fotosyntezy i roślin zielonych), charakteryzuje się stosunkowo stałymi warunkami: niższą temperaturą (przy samym dnie stałą 4°C) oraz niewielką ilością tlenu (z okresowymi brakami); żyją tutaj organizmy bentosowe (przydenne), np. bakterie, grzyby, mięczaki (żywiące się resztkami organicznymi opadającymi z toni wodnej), larwy owadów wodnych (np. ważek, jętek, widelnic), kiełże, skąposzczety (ryc. 4).

Rycina 4. Strefowość ekosystemu wodnego.

Rozmieszczenie poszczególnych ogniw łańcucha pokarmowego w ekosystemie jeziora jest następujące: - producenci: fitoplankton, ukorzenione rośliny litoralu i samożywny peryfiton, - konsumenci: zooplankton, cudzożywny peryfiton, nekton i bentos, - destruenci: wszędzie.

Ważnymi cechami charakteryzującymi ekosystem jeziora jest głębokość i zróżnicowanie linii brzegowej (co przekłada się na bogactwo biocenozy), a także warstwowość temperatury (zależna od głębokości): strefa ciepła, mieszana, strefa chłodna, a także poziom fosforu gdyż w tym ekosystemie jest go najmniej - 32 -

więc zgodnie z prawem Liebiega zmiana tego czynnika powoduje największe zmiany w ekosystemie (np. jego nadwyżki owocują „zakwitem” glonów).

Szczególnym rodzajem jeziora są jeziora oligotroficzne czyli „samoutrzymujące” stan bardzo czystej wody. Słońce dociera tu głęboko (duża przejrzystość), występuje mało materii organicznej, a woda jest dobrze natlenowana.

Przykładem ekosystemu lądowego jest las strefy umiarkowanej Struktura ekosystemu jest następująca: - korony drzew – zamieszkane przez gąsienice owadów, owady drapieżne i błonkówki, a także ptaki owadożerne i drapieżne, - krzewy – tzw. podszyt lasu, tworzony przez krzewy (np. bez), młode drzewa i drzewa w formie krzewów (np. dąb); zamieszkiwany głównie przez ssaki, ptaki, owady, - zioła – strefa przyziemna porośnięta mchami, trawami, roślinami zielnymi i krzewinkami; zamieszkała głównie przez owady (np. drapieżne chrząszcze), grzyby i bakterie (czyli detrytusofagi).

Analizując poszczególne ogniwa w łańcuchu pokarmowym ekosystemu lasu należy zacząć od producentów (to głównie drzewa), następnie konsumenci: I rzędu (owady roślinożerne, ssaki kopytne, gryzonie i częściowo ptaki), konsumenci wyższych rzędów (ptaki owadożerne i drapieżne, ssaki owadożerne i drapieżne) oraz destruenci, którzy zamieszkują ściółkę i glebę.

Ważną cechą ekosystemu lasu strefy umiarkowanej jest budowa warstwowa, gdzie rośliny dają schronienie zwierzętom, które je zapylają, rozsiewają nasiona i zabijają organizmy na nich żerujace. Ogromną większością produkcji biomasy zajmują się drzewa, a ilość żywej materii organicznej jest podobna do martwej.

Zasadniczy nurt energii płynie bezpośrednio od producentów do destruentów (większość produkcji to drewno, łyko i kora rozkładane przez mikroorganizmy), natomiast pierwiastki odżywcze (jak azot) dostają się głównie do konsmentów.

3.7. Analiza związków pomiędzy organizmami – autekologia Autekologia zajmuje się związkami pomiędzy samymi organizmami, w populacjach i między nimi.

Różne ekosystemy zamieszkiwane są przez różne organizmy, które znajdują - 33 -

w nich swoje nisze ekologiczne. Nisza ekologiczna to zespół czynników (np. światło, pokarm, miejsce) zapewniający jakiemuś osobnikowi, populacji lub gatunkowi warunki do życia.

Na terenie całej biocenozy populacje konkurują o korzystne czynniki. Zasada Gausego mówi, że jedna nisza może być zajęta tylko przez jedną populację. Nisza ekologiczna określa miejsce danej populacji w biocenozie.

Organizm to istota żywa charakteryzująca się procesami życiowymi, której części składowe tworzą funkcjonalną całość zdolną do samodzielnego życia.

Gatunek to zbiór osobników posiadających podobne cechy i zdolnych do swobodnego krzyżowania się w warunkach naturalnych. Ponadto gatunek definiowany jest jako pula genów, odizolowana od innych, która niesie ze sobą program realizacji jakiejś strategii życiowej (pobierania zasobów i przetwarzania ich na własne kopie). Każdy osobnik z jednego gatunku ma swój zestaw genów, złożonych tak samo, ale występujących w różnych odmianach.

Populacja to grupa współistniejących i kontaktujących się ze sobą osobników jednego gatunku, żyjących na określonym obszarze. W innym znaczeniu jest to zbiór osobników, u których w każdym pokoleniu dochodzi do przetasowania genów. Mówiąc o populacjach najczęściej mówimy o populacji lokalnej, zajmującej ściśle określony obszar, czyli siedlisko. Populacje jednego gatunku zajmują różne siedliska.

Wszystkie obszary zajmowane przez populacje jednego gatunku to zasięg geograficzny tego gatunku.

W populacji osobniki mogą się swobodnie krzyżować, w związku z czym przepływ genów jest całkowicie swobodny.

Zasoby siedliska zajmowanego przez populację są z reguły ograniczone, a wielkość puli tych zasobów nazywamy pojemnością siedliska.

3.7.1. Struktura i dynamika populacji Osobniki w populacjach mogą zajmować przestrzeń na różne sposoby, podstawowymi rodzajami są skupiskowość (np. skowronek, baobab), stadność (np. ślimaki, renifery), rozmieszczenie równomierne (np. trawy).

Terytorializm jest szczególnym przypadkiem konkurencji o przestrzeń, doprowadzający do monopolizacji zasobów: - 34 -

- zdobywania i utrzymywania (poprzez aktywne oznaczanie i obronę) jakiegoś terytorium, - może dotyczyć również monopolizowania samic (haremy), - oznaczanie terytorium zachodzi przy pomocy śpiewu, moczu, sierści, - największe terytoria posiadają gady i ssaki drapieżne.

Liczebność populacji różnych gatunków nie jest stała, ale jednocześnie jej zmiany zachodzą w dość wąskich granicach (duży jej wzrost, gwałtowna sukcesja lub spadek na skutek wyginięcia zdarzają się rzadko). Z reguły liczebność utrzymuje się na poziomie dużo niższym, niż poziom mogący wyczerpać zasoby siedliska.

Czynniki wpływające na liczebność populacji możemy podzielić na niezależne i zależne od zagęszczenia. Czynniki niezależne od zagęszczenia prowadzą do powiększenia lub pomniejszenia liczby osobników, bez względu na to ile ich jest i jakie łączą je stosunki. Zasadniczą rolę odgrywają tu czynniki klimatyczne (np. potop, susza, El Nino), ale również może to być spadający meteor, dziura ozonowa czy łowiectwo. Czynniki te działają przypadkowo. Czynniki zależne od zagęszczenia czyli zależące od liczebności populacji często działają na zasadzie sprzężenia zwrotnego, kiedy zagęszczenie bezpośrednio wpływa na tempo rozrodu lub śmiertelność. Przykładami są struktura socjalna, konkurencja, ograniczone zasoby, samoprzerzedzanie (np. w lesie w związku z ograniczoną przestrzenią niektóre drzewa obumierają, optymalizując przestrzeń wykorzystywaną przez cały las). Niekiedy jest to też wpływ drapieżnika lub pasożyta.

3.7.2. Zależności między organizmami Czynnikom zależnym od zagęszczenia warto przyjrzeć się bliżej. Zależności między organizmami dzielimy na zależności protekcyjne (symbioza, protokooperacja, komensalizm) oraz zależności antagonistyczne (drapieżnictwo, pasożytnictwo, konkurencja).

Symbioza to współżycie dwóch organizmów oparte na obustronnej korzyści i konieczne dla życia, np.: glony i grzyby tworzą razem porosty (glony znajdują w ten sposób metodę na przywarcie do podłoża, dzieląc się z grzybami produktami fotosyntezy), rośliny motylkowe i bakterie brodawkowe (bakterie dostarczają roślinom potrzebny im azot, same otrzymując część produktów fotosyntezy).

- 35 -

Mikoryza zachodzi pomiędzy roślinami wyższymi i grzybami (grzyby karmione wyprodukowanymi przez rośliny substancjami pobierają z podłoża fosfor przekształcając go na łatwo przyswajalną formę).

Protokooperacja – zależność korzystna dla obu organizmów, ale nie jest im konieczna do przeżycia (może występować okresowo), np.: kraby z ukwiałami (ukwiał korzysta z transportu na pancerzu kraba chroniąc go przed atakiem swoimi parzydełkami), nosorożec z bąkojadem (bąkojad zjada pasożyty ze skóry nosorożca).

Komensalizm, inaczej współbiesiadnictwo występuje, gdy wskutek interakcji korzyść odnosi jeden gatunek nie szkodząc drugiemu, np.: owady w gniazdach ptaków i norach gryzoni (żywiące się ich odchodami), pierwotniaki na skrzelach małża (żywią się tym, co jego skrzela odfiltrują), Drapieżnictwo to zależność, w której drapieżca żywi się swoją ofiarą. Drapieżnictwo może prowadzić do wyginięcia populacji ofiary, kiedy w środowisku nie ma schronienia, ale też przy atakach na osobniki stare może prowadzić do odmłodzenia starej populacji (co skutkuje wzrostem rozrodczości). Silniejszy konkurent jest gorszym wrogiem niż drapieżca, ponieważ konkurent walczy o tą samą niszę, a drapieżca nie. Dlatego też w naturalnych warunkach drapieżnik nigdy nie zniszczy populacji ofiary np.: lew atakujący antylopę, larwy ważki atakujące jętki, jastrząb atakujący gołębie.

Pasożytnictwo występuje wtedy, gdy jeden gatunek (pasożyt) wykorzystuje zasoby zgromadzone przez gospodarza. Podobnie jak w przypadku drapieżnictwa obie populacje podlegają podobnym prawom, np. pasożytnictwo może prowadzić do odmłodzenia populacji gospodarzy np.: tasiemiec w przewodzie pokarmowym człowieka, zarodziec malarii we krwi ssaków. Entomofagi to pasożyty zabijające swojego gospodarza.

Konkurencja występuje, kiedy nisze ekologiczne gatunków się pokrywają, a gatunki te korzystają z tych samych ograniczonych zasobów. Konkurencja ogranicza płodność, zwiększa śmiertelność i może prowadzić do zagłady populacji. Przykładami są: introdukowany rak amerykański wypierający w środowisku naturalnym raka szlachetnego, biedronka chińska wypierajaca w Europie inne gatunki biedronek, np. dwukropkę czy siedmiokropkę.

- 36 -

Bibliografia Begon M., Mortimer M. Ekologia populacji.Studium porównawcze zwierząt i roślin. PWRiL, Warszawa, 1989.

Mackenzie A., A.S.Ball, S.R.Virdee. Ekologia – krótkie wykłady. PWN, Warszawa, 2000.

Sołtys Z. Chemia nieorganiczna. Wydaw. Szkolne i Pedagogiczne Warszawa, 1980.

Weiner J. Życie i ewolucja biosfery. PWN, Warszawa, 2012.

Rozdział 4. Człowiek i środowisko Ekologia człowieka to dział ekologii, zajmujący się człowiekiem oraz jego otoczeniem, wzajemnym oddziaływaniem na siebie środowiska i populacji ludzkich.

Ekologia człowieka jest dziedziną kompleksową, korzystającą ze zdobyczy innych nauk, takich jak: geologia, geografia, mikrobiologia, botanika,zoologia, genetyka, fizjologia, antropologia, psychologia, etnologia, socjologia, czy ekonomia. Człowiek ma najsłabsze mechanizmy przystosowujące do środowiska ze wszystkich naczelnych, co jest związane z rozwojem kulturowym, który dawno odizolował go od bezpośrednich wpływów środowiska.

Gdy organizm nie może dostosować się do środowiska, popada w stan choroby (zaburzenie homeostazy). Stan ten trwa dopóki organizm nie przystosuje się lub nie ustanie wpływ czynnika go wywołującego. Nagłe zmiany warunków i bodźców środowiska mogą doprowadzić do zmian chronicznych lub nawet śmierci organizmu.

Zmiany przystosowawcze możemy podzielić na adaptacje (dziedziczne), którymi są zmiany organizmu przekazywane dziedzicznie następnemu pokoleniu. Są wynikiem doboru naturalnego i prowadzą do zmiany częstości genów w populacji; adjustacje (adaptacja fenotypowa) nie podlegające utrwaleniu w materiale dziedzicznym. Przykładami są rozwijanie masy mięśniowej pod wpływem treningu, opalenizna, aklimatyzacja, zmiana wagi w różnych porach roku, zahartowanie.

Możliwość ujawniania się nowych cech, czyli plastyczność w stosunku do czynników środowiskowych zapewnia jednostce posiadanie dwóch kompletów chromosomów (czyli tzw. diploidalny genotyp).

- 37 -

Większa plastyczność cechuje heterozygoty, czyli osobniki posiadające w kodzie genetycznym jednocześnie dwa różne warianty genu, kodującego daną cechę. Mniejszą plastyczność natomiast posiadają homozygoty, czyli osobniki posiadające tylko jeden wariant genu kodującego daną cechę.

Na człowieka mają wpływ różnorodne czynniki, biotyczne – flora, fauna (również ta chorobotwórcza), abiotyczne – klimat i mikroklimat (temperatura, wilgotność, wysokość, nasłonecznienie, skład wód, gleb i powietrza), społeczne – środowisko miejskie/wiejskie, rodzinne, szkolne/zawodowe, kulturowe – wykształcenie, poziom kultury, polityczne, religijne, artystyczne, sportowe.

4.1. Wpływ klimatu na funkcjonowanie organizmu człowieka Klimat morski jest korzystny dla człowieka, ze względu na brak nagłych zmian temperatury powietrza i ciśnienia. Nagrzany piasek i substancje znajdujące się w wodzie morskiej tworzą aerozol działający bodźcowo na organizm. Wymusza on wolniejsze i głębsze ruchy klatki piersiowej, co przekłada się na większą pojemność życiową płuc, działa łagodząco w przewlekłych stanach zapalnych górnych dróg oddechowych, na zaburzenia przemiany materii, przy nerwicach, reumatyzmie i krzywicach, Klimat lądowy charakteryzuje duże zmiany temperatury. Ciepłe lata i mroźne zimy (różnice rzędu 5-20°C), większe zachmurzenie latem niż zimą, więcej dni pogodnych oraz mało opadów.

Klimat górski występuje na wysokości powyżej 250 metrów n.p.m., występuje tutaj większe promieniowanie UV, szybsze wypromieniowywanie ciepła, temperatura otoczenia obniża się o 0,5-0,6°C na każde 100 metrów wysokości oraz niska wilgotność mimo częstych opadów.

Polska znajduje się w klimacie przejściowym między morskim a kontynentalnym (bardziej morski nad morzem, bardziej kontynentalny na środkowym wschodzie i górski na południu).

Człowiek spośród zwierząt ma największe możliwości zasiedlania skrajnych regionów klimatycznych. Pierwotnie człowiek żył w nabrzeżach strefy tropikalnej (jesteśmy gatunkiem subtropikalnym, komfort cieplny dla naszego gatunku to 17-23 stopnie). Po wynalezieniu ognia nastąpiła ekspansja, początkowo zamieszkiwaliśmy - 38 -

jaskinie (gdzie na terenach cieplejszych niż obszar objety przez terytorium Polski panuje stały mikroklimat: temperatura około 30 stopni i sterylne powietrze). Obszary najbardziej niesprzyjające człowiekowi to okolice podbiegunowe, pustynne, wysokogórskie.

4.1.1. Temperatura Komfort cieplny to stan temperatury, w którym bierny odpływ ciepła z organizmu jest jak najmniejszy, zaś jego nadmiar nie musi być usuwany. Zależy on od stanu zdrowia, charakteru pracy, wieku, stylu życia i ubioru. Człowiek utrzymuje dzięki swojemu metabolizmowi stałą temperaturę około 36,6°C. Odchylenie od tej normy powoduje dyskomfort. Od ciepłoty ciała zależą częstość i szybkość oddechów, krążenie krwi i procesy krwiotwórcze. W skrajnych warunkach zmiany temperatury wewnątrz organizmu zachodzą do 1,7°C. W wysokiej temperaturze nadmiar ciepła usuwany jest przez wypromieniowywanie przez powierzchnię skóry, pocenie, wydychanie powietrza i wydalanie. Kobiety dzięki większej grubości tkanki tłuszczowej lepiej znoszą zimno, a ludzie żyjący w gorącym klimacie posiadają więcej gruczołów potowych i łojowych. Przy dużej wilgotności i wysokiej temperaturze pojawiają się: uczucie duszności, duża potliwość, wzrost aktywności serca, obniżenie ciśnienia, zmniejszenie wydajności pracy i zwiększona utrata wody (około 60 ml/godzinę w lasach, 1000 ml/godzinę na pustyniach). Zimą organizm traci dużo energii na ogrzanie i osuszenie skóry, mamy dreszcze (skurcze mięśni gładkich skóry), wzrost tempa metabolizmu, zmienia się rozmieszczenie krwi i tempo jej przepływu, wykonujemy mniej precyzyjne ruchy, i następuje wzrost zapotrzebowania na składniki energetyczne; przykładowo Eskimosi mają zwiększony o ok. 30% metabolizm, w ich diecie wystepuje dużo tłuszczów i mają zwiększoną odporność na odmrożenia.

Największa utrata ciepła u ludzi zachodzi przez głowę (około 40%), boki klatki piersiowej i pachwiny. Alkohol rozszerzając naczynia i hamując uwalnianie glukozy w wątrobie przyczynia się do zwiększonej utraty ciepła przez organizm.

Ponadto z wiekiem obniża się sprawność układu termoregulacyjnego. Utrata ciepła w zimnej wodzie jest szczególnie groźna (woda ma duże przewodnictwo cieplne), a nadmierna utrata ciepła przez organizm to hipotermia.

- 39 -

Posiadamy jednak mechanizmy adaptacji do chłodu. Zachodzi to poprzez zmniejszenie różnicy temperatur między powierzchnią ciała a środowiskiem np. kurczenie powierzchniowych naczyń krwionośnych, głównie na kończynach, izolacja warstwą brunatnej tkanki tłuszczowej (dużo w okolicach między łopatkami i karku, ogrzewają krew dochodzącą do wrażliwego na zimno mózgu) oraz przez zwiększenie produkcji ciepła przez pracę mięśni (kurczenie oraz drżenie mięśni – dreszcze, początkowo mięśni warg i szyi, potem mięśni tułowia), zwiększenie ciśnienia tętniczego krwi i obniżenie tętna.

4.1.2. Życie na dużych wysokościach Szczególnymi warunkami dla człowieka charakteryzuje się życie na dużych wysokościach. Około 10 milionów ludzi żyje w górach, głównie na wysokościach 3-4 tysięcy metrów n.p.m., z czego około 80% to mieszkańcy Tybetu i Peru – w Tybecie są to małe grupki rolników, a w Andach duże grupy pasterzy i rolników.

Podczas przemieszczania się na duże wysokości u człowieka pojawiają się objawy choroby wysokogórskiej. Pierwsza wzmianka o chorobie wysokogórskiej pojawia się w zapiskach hiszpańskiego misjonarza z XVI wieku, opisuje on jej objawy oraz zjawisko stopniowej aklimatyzacji. Pierwsze objawy choroby wysokogórskiej pojawiają się podczas wysiłku fizycznego, są to: zadyszka, duszności, kołatanie serca i obniżona koordynacja. Następnie pojawiają się mdłości, szum w uszach, bóle stawów oraz szybkie męczenie się. Mechanizmem tej choroby jest słabe natlenowanie krwi (hipoksemia) oraz niedobór tlenu w tkankach (hipoksja), wywołane zmniejszonym ciśnieniem atmosferycznym (hipobarią). Na wysokościach ponad 3 tys. m n.p.m. pojawiają się zmiany nastrojów, bezsenność, pogorszenie widzenia, bóle w stawach, upośledzenie pamięci i obniżenie zdolności intelektualnych. Przy rosnącej wysokości co 11 metrów ciśnienie powietrza spada o 1 milimetr słupa rtęci (mm Hg), zmniejszając równocześnie ciśnienie parcjalne tlenu. W pęcherzykach płucnych wynosi ono 103 mm Hg, przy ciśnieniu 45 mm Hg płyny ustrojowe zaczynają wrzeć. Uwalniające się z krwi pęcherzyki pary wodnej zatykają naczynia, co doprowadza do zatrzymania akcji serca. Bardzo niskie ciśnienie może wywoływać ból w kościach, żołądku (który może nawet pęknąć) i jelicie. U pilotów często występuje zapalenie ucha środkowego, prowadzące do uszkodzenia błony bębenkowej.

- 40 -

Najwrażliwsza na niedotlenienie jest tkanka nerwowa, objawami są najczęściej halucynacje, zakłócenia zmysłu równowagi, oraz stan bezkrytyczności wobec własnych działań.

Na wysokości około 7 tys. m n.p.m. krótki pobyt nie zagraża jeszcze zdrowiu, 7500-8000 m n.p.m. to granica wytrzymałości organizmu ludzkiego i wejście na taką wysokość nawet z wcześniejszą aklimatyzacją jest bardzo niebezpieczne.

Rekordowa wysokość około 8600 metrów to najwyższy punkt, do którego dotarł człowiek bez wyposażenia. Tubylcy wysokogórscy posiadają szereg naturalnych przystosowań do życia na dużych wysokościach, z czego najważniejsze są głęboka beczkowata klatka piersiowa (większa pojemność życiowa płuc, do 1,5 litra w porównaniu z mieszkańcami nizin), większe powierzchniowo pęcherzyki płucne, zwiększona ilość hemoglobiny we krwi.

4.1.3. Duże głębokości Człowiek podlega również silnym działaniom podczas schodzenia na duże głębokości pod wodą. Organizm ludzki obciążony jest wtedy przez różne czynniki fizjologiczne: wysokie ciśnienie działające na całą powierzchnię ciała, gromadzenie się dwutlenku węgla we krwi (co stymuluje ośrodek oddechowy w rdzeniu przedłużonym, co z kolei pobudza nerwy oddechowe zmuszając je do wykonania wdechu), narastający deficyt tlenu w organizmie. Narażony jest również na powstawanie pęcherzyków azotu we krwi w czasie gwałtownego wynurzania się (tzw. choroba dekompresyjna na skutek nagłego zmniejszenia się ciśnienia).

4.2. Rytmy biologiczne Cała przyroda podlega ciągłym rytmom wskutek działania upływającego czasu. Szczególny wpływ na to zjawisko ma obrót Ziemi wokół własnej osi (naprzemienność dnia i nocy) oraz dookoła Słońca (pory roku).

Badaniem rytmów u organizmów zajmuje się chronobiologia. Znajomość chronobiologii ma dla ludzi rozległe znaczenie, np. dla diagnostyki oraz leczenia chorób w medycynie, czy w higienie pracy (planowaniu pracy zależności o jej rodzaju, wypoczynku).

W przyrodzie obserwujemy cykliczne zmiany krótkofalowe trwające do około - 41 -

1 sekundy, np. prądy czynnościowe serca czy mózgu, średniofalowe od 1 sekundy do kilku godzin, np. zmiany tętna i pracy narządów wewnętrznych oraz długofalowe, takie jak rytmy dobowe, sezonowe lub wieloletnie.

4.2.1. Rytm dobowy Najważniejszym rytmem jest rytm dobowy, tzw. cyrkadialny. Przykładami tego rytmu są przemieszczanie się organizmów planktonowych w górę i dół toni wodnej, otwieranie i zamykanie kwiatów u roślin, czy aktywność i spoczynek u zwierząt stałocieplnych.

U zwierząt rytmy regulowane są przez układ wegetatywny oraz układ dokrewny.

Już przychodząc na świat mamy w sobie genetyczną skłonność do biorytmów, które wykształcają się z wiekiem, np. noworodki mają jeszcze zaburzony rytm dobowy snu. Ludzi pod względem aktywności dobowej możemy podzielić na dwa typy: - poranny – aktywniejsi w ciągu dnia (maksimum przed południem), - wieczorny – najbardziej aktywni wieczorem, ze spadkiem aktywności nad ranem.

Człowiek często jest narażony na zaburzenia rytmów najczęściej przez długą pracę czy sztuczne oświetlenie. Wśród uczestników wypraw polarnych zauważa się przesuwanie rytmów. Przy podróżach pomiędzy strefami czasowymi organizm przystosowuje się do lokalnego czasu, zmiany te są bardziej odczuwalne podczas poruszania się na wschód niż na zachód.

Najważniejszą czynnością fizjologiczną związaną z rytmem dobowym jest u człowieka sen. Optymalny czas snu to około 7,5-8 godzin. Brak snu skutkuje obniżeniem zdolności przystosowawczych, wysiłkowych i sprawności psychologicznej. Homeostaza organizmu bez snu utrzymuje się do około 100 godzin (rekord wytrzymania bez snu to 216 godzin). Praca serca również zmienia się w zależności od pory dnia. Średnie tętno człowieka to 60-70 uderzeń serca na minutę, przy czym średnio w nocy jest wolniejsze; ciśnienie krwi o 3 nad ranem jest najniższe (najwyższe koło godziny 18).

Temperatura ciała również zmienia się w ciągu doby (wahania o około 1,5°C): najniższa wczesnym porankiem a najwyższa po południu, wtedy również najwięcej się pocimy. Rytmy fizjologiczne związane są u człowieka również z trawieniem, porą i częstością spożywania posiłków, np. rano mamy najwięcej cukru - 42 -

we krwi oraz największe stężenie kwasu solnego w żołądku. Również aktywność chorobowa wykazuje pewne zależności z rytmem dobowym, przykładowo zawały serca zdarzają się zwykle między 2-5 nad ranem, a działanie różnych substancji najsilniejsze jest w nocy, np. toksyczne działanie alkoholu czy amfetaminy.

W związku z powyższym pora dnia czy nocy ma również związek z umieralnością, przykładowo najwięcej zgonów spowodowanych zawałami ma miejsce koło godziny 7, na skutek niewydolności krążenia między 17 a 1 w nocy, a na skutek chorób układu trawiennego w godzinach 10-17.

Również nasza wydajność w pracy się zmienia, najniższą mamy średnio o 3 nad ranem (niska aktywność układu oddechowego, krążenia, niski poziom hormonów kory nadnerczy), a najwyższą koło 7 rano (wysoka również koło 18 ).

4.2.2. Rytmy długofalowe Rytmy okołomiesięczne związane są z rytmem księżyca, np. aktywność płciowa związana jest z fazami cyklu menstruacyjnego. Rytmy sezonowe związane są z porami roku, przykładowo: latem mamy najwyższy poziom białek, gammaglobulin i wapnia we krwi, a zimą odnotowuje się najwyższy poziom hemoglobiny, ciśnienia krwi, aktywność gruczołów (tarczycy, nadnerczy i przysadki mózgowej), poziom przemiany materii, ale również nasilenie chorób zakaźnych i grypy oraz największą częstość zgonów (w naszej szerokości geograficznej). Wiosną mamy najwyższy poziom glukozy i płytek krwi, a także wiosną i jesienią odnotowuje się nasilenie chorób wrzodowych, ale też najwięcej jest skłonności do samobójstw i psychoz.

Rytmy wieloletnie są najsłabiej poznane, np. rytm sprawności fizycznej u mężczyzn występuje w cyklu sześcioletnim, u kobiet czteroletnim. Innym przykładem jest kształt czaszki ponieważ w paleolicie czaszka ludzka była średnio dłuższa niż w mezolicie, w epoce brązu znowu krótsza, a epoce żelaza nastąpiło ponowne jej wydłużenie.

Istnieją również rytmy sztuczne, którego najlepszym przykładem jest rytm tygodniowy.

4.3. Ekologia miast Nie tylko środowisko oddziałuje na człowieka, ale też i człowiek oddziałuje na całe swoje otoczenie. Stosunek człowieka do przyrody może być ekologiczny - 43 -

gdy człowiek występuje jako jeden z elementów przyrody (tak było pierwotnie), antropocentryczny odznaczający się rosnącym podporządkowaniem przyrody człowiekowi lub realizujący koncepcję „homeostazy antropogenicznej”, gdzie człowiek i przyroda występują w równowadze.

Możemy również wyróżnić pewne etapy historyczne w relacji człowiek – przyroda: etap łowiectwa i zbieractwa, nie naruszający równowagi (paleolit), społeczności rolne i pasterskie, udomawianie zwierząt (najwcześniej owca – ok.

9000 lat p.n.e.), tworzenie ras zwierząt i monokultur uprawnych. Już wtedy nastąpiły pierwsze zakłócenia równowagi (trwał od neolitycznej rewolucji rolniczej do końca XVIII w.), rewolucja przemysłowa charakteryzująca się nadmierną eksploatacją złóż i nieodwracalnych zmian w przyrodzie (od XVIII w. do około połowy XX w.), globalizacja rozumiana jako totalna eksploatacja środowiska i zanikanie gatunków, oraz katastrofy ekologiczne (od połowy XX w. do teraz). Efektem ludzkiej działalności jest szereg zagrożeń ekologicznych m.in.: wzrost zaludnienia (przegęszczenie), wyczerpywanie się zasobów naturalnych, zanieczyszczenia środowisk na skalę globalną, militaryzacja i wojny (szczególnie groźna broń jądrowa), szybkie tempo życia (wywołujące choroby cywilizacyjne).

Miasta są tworem cywilizacji ludzkiej (kulturowym), które człowiek tworzył w celu zaspokojenia różnych potrzeb i dla wygody. Stanowią zwykle centra większych regionów. Tworząc miasta przekształcamy środowisko w specyficzny dla siebie sposób, mówimy o pojęciu biocenozy miasta – urbicenozie, charakteryzującej się w różnych częściach miasta specyficznym mikroklimatem. W miastach mamy przykładowo mikroklimat dużych i małych, wąskich i szerokich ulic, czy zacienionych i nasłonecznionych ulic.

O wyborze terenu do zamieszkania zawsze decydowała przede wszystkim woda, dlatego też miasta powstawały zwykle nad rzekami. Przykładem może być obszar tzw. żyznego półksiężyca (pomiędzy rzekami Tygrysem i Eufratem), do dziś spotyka się tam dziko rosnące rośliny uprawne, np. pszenicę, jęczmień, groch. Około 8 tys. lat p.n.e. rolnictwo było już pełnym rozkwicie, otrzymano już takie gatunki uprawne jak pszenicę uprawną, sześciorzędowy jęczmień i len, rozwinięto też hodowlę wielu zwierząt, np. owiec, kóz, bydła czy świń.

Ocenia się, że od około 200 pokoleń mamy do czynienia z ośrodkami miejskimi.

- 44 -

Najstarsze znalezione osiedla ludzkie pochodzą z okresu magdaleńskiego (15-9 tys. lat p.n.e.), natomiast pierwsze miasta to Jerycho, Bagdad i Jeruzalem. Najwięcej miast powstało w XIX i XX wieku. W miastach następował gwałtowny rozwój cywilizacji. W osadach gromadzono nadwyżki upraw, co zakwitło pojawieniem się handlu. Wraz z rozwojem handlu rozwinęło się rzemiosło i zaczęły powstawać szlaki handlowe, a wzdłuż szlaków handlowych stopniowo powstawały nowe miasta. Od początku miasta spotykały się z pewnymi problemami, jakimi są śmieci, odchody i nieczystości. Już w starożytnym Rzymie około 600 lat p.n.e. powstawały kolektory ścieków.

Ze wzrastającą liczbą ludności wiąże się zjawisko urbanizacji polegające na koncentracji ludności, głównie na obszarach miejskich, a co za tym idzie wzrastająca ilość miast oraz ich zaludnienia. W 1920 roku w miastach mieszkało około 267 mln ludzi (14% populacji), w 2005 roku było to już 3,7 miliarda (ponad 60%).

Miasta rozrastają się bardzo szybko, przykładowo w 1900 roku 11 miast miało liczebność ponad 1 mln ludzi, 85 lat później 17 miast miało ponad 10 mln ludzi.

Największa obecnie metropolia (spójny obszar wielu jednostek osadniczych) to Tokio skupiające 31-35 mln mieszkańców, następnie Szanghaj (ponad 23 miliony), Seul (23 mln) i Meksyk (ok. 23 mln).

Mieszkanie w mieście niesie ze sobą konsekwencje, dobrymi stronami są: możliwość wyboru szkoły, pracy, towarzystwa, bogactwo spędzania wolnego czasu, natomiast mankamentem jest życie w tłoku, samotności, uzależnienie od pracy innych (duża konkurencja), przekształcone (mnóstwo bodźców akustycznych i wizualnych) i zanieczyszczone środowisko (skażone powietrze, woda).

Czynniki środowiskowe charakterystyczne dla miast możemy podzielić na fizykochemiczne i biologiczne.

4.3.1. Czynniki fizykochemiczne W miastach na skutek działalności człowieka następuje zanieczyszczenie powietrza, gromadzą się gazy, pyły, kurz, dym, sadza, popiół, również pochodzenia przemysłowego (zawiesiny lotne, stałe, ciekłe, z transportu). Powodują zaburzenia w docieraniu światła i ciepła, potrafią zatrzymywać do 20% promieniowania słonecznego (mniej światła powoduje choroby takie jak krzywica i osteomalacja).

- 45 -

Nad miastami wskutek gromadzenia się zanieczyszczeń tworzą się tzw. wyspy ciepła (kumulacja ciepła). Temperatura jest tutaj wyższa od temperatury terenów przyległych o średnio 0,5°C (potrafi dojść do 5°C). Największe różnice temperatur występują latem, a najmniejsze wiosną i jesienią. W mieście przez powstanie wysp ciepła występuje lokalna cyrkulacja powietrza: cieplejsze powietrze unosi się nad miasto, a do miasta wpływa chłodniejsze powietrze z okolic. W mieście średnio odnotowuje się większe zachmurzenie, więcej opadów i mgieł.

4.3.2. Czynniki biologiczne Koncentracja dużej ilości ludzi na stosunkowo małym terenie, oraz niejednokrotnie problemy z czystością (np. brak kanalizacji) sprzyjają chorobom. Choroby występujące w miastach można podzielić ze względu na drogi przenoszenia: kropelkowa (gruźlica, katar, koklusz, odra), poprzez kontakt z fekaliami (tyfus, cholera, biegunka, pasożyty), przez kontakt z żywicielem pośrednim (dżuma, malaria), przez bezpośredni kontakt (choroby weneryczne, świerzb, grzybica).

W historii szczególną rolę w szerzeniu się niebezpiecznych chorób w miastach miały gryzonie (szczury), przenoszące takie choroby jak cholera, dżuma i gruźlica. W średniowieczu (w XIV wieku) tą drogą, wspomaganą przez wszechobecny stan niedożywienia miała miejsce jedna z epidemii dżumy na potężną skalę), tzw. „Czarna śmierć” (obejmująca prawie całą Europę).

W skali czasu odsetek ludności mieszkającej w miastach rośnie w tempie wykładniczym, przykładowo w Polsce na początku XX wieku stanowiła około 10%, w połowie 50%, a obecnie ponad 60% społeczności (i rośnie dalej). Gromadzenie dużej liczby ludzi na stosunkowo małym terenie w miastach ma też silny wpływ na stosunki międzyludzkie, następuje integracja różnych grup społecznych, w dużych ośrodkach mamy do czynienia z szerzącą się anonimowością, są one również siedliskiem różnych patologii społecznych. Mieszkańcy miast charakteryzują się specyficznymi cechami: są wyżsi, mają głębszą klatkę piersiową, węższe biodra, większą ruchomość kręgosłupa i kończyn, mają inne proporcje ciała (są smuklejsi, mają dłuższe kości i delikatniejszy szkielet), posiadają mniejszą pojemność płuc i wcześniej wyrzynają im się zęby, odznaczają się lepszym stanem higieny i wyżywienia (są w związku z tym sprawniejsi fizycznie, a procesy starzenia zachodzą u nich wolniej). Są jednocześnie narażeni na różne choroby cywilizacyjne, - 46 -

takie jak choroby układu sercowo-naczyniowego: nadciśnienie i zawały, cierpią na różne nerwice oraz cechuje ich zmniejszona aktywność ruchowa (tzw. hipokinezja). Niekorzystnie wpływają na nich sztuczne materiały budowlane oraz mniejsze natężenie pola geoelektrycznego wywołujące znużenie i senność.

4.4. Ekologia żywienia Specyfika form odżywiania różnych populacji ludzkich zależy często od religii i tradycji, często jednak te nakazy kulturowe mają swoje naukowe uzasadnienie – są np. związane z klimatem, lub wynikają z przystosowań genetycznych (np. możliwość spożywania znacznych ilości tłuszczów przez Eskimosów).

Tradycje żywieniowe mają duże znaczenie w kształtowaniu się masy ciała, przy czym w krajach z gorącym klimatem ludzie mają mniej tkanki tłuszczowej, ponieważ nie ma takiej potrzeby ogrzewania ciała jak w klimacie chłodnym.

4.4.1. Normy żywieniowe Właściwa dieta powinna zawierać: - 10-15% białek zwierzęcych i roślinnych (w stosunku 1:1), minimalna dzienna dawka białek to ok. 100 g (średnio około 1,5 g na 1 kg masy ciała), około 30% tłuszczów i 58% węglowodanów, do 5 g soli dziennie, wodę (w klimacie umiarkowanym tracimy około 3 litrów na dobę – połowę z moczem, jej utrata z organizmu w 10% jest niebezpieczna, w 15% grozi śmiercią).

Osobno rozpatrujemy kwestię zapotrzebowania na składniki mineralne, których niedobór jest groźny dla zdrowia, a dobowe zapotrzebowanie przykładowych składników mineralnych wynosi: - żelazo – 0,015 g – jest składnikiem hemoglobiny, - wapń – 0,45 g – nie tylko buduje kości, ale też jest kluczowy w działaniu takich układów, jak system nerwowy czy układ hormonalny, - fosfor – 0,86 g – wchodzi w skład DNA i przekaźników energii w organiźmie, - magnez – 300-400 mg – występuje w szkielecie oraz mózgu, mięśniach, wątrobie i sercu (tracimy go po spożyciu alkoholu, przy nadmiernym spożywaniu soli oraz po pokarmach węglowodanowych).

Ważną rolę pełnią także: jod (składnik hormonów tarczycy), cynk (składnik insuliny), kobalt (potrzebny przy syntezie witaminy B12).

- 47 -

Pokarmy roślinne dostarczają błonnika pełniącego istotna rolę w prawidłowym funkcjonowaniu przewodu pokarmowego.

Zapotrzebowanie energetyczne dla człowieka jest różne w zależności od wieku, płci, rozmiarów ciała, klimatu, pory roku, pory doby, rodzaju wykonywanej pracy.

Zużycie kalorii na przykładach różnych czynności (w kcal/godzinę): stanie w miejscu – 15, wolny chód – 120, siedząca praca – 20-25, ciężka praca 320380. Najmniej energii wydatkujemy w czasie snu: ok. 70 kcal/h u dorosłego, ok. 40 kcal/h u dziecka.

W warunkach chłodu zwiększa się zapotrzebowanie na energię i pokarm, szczególnie tłusty i wysokokaloryczny. W warunkach gorąca natomiast zmniejsza się zapotrzebowanie na pokarm, spożywane jest głównie białko zwierzęce.

Do oceny stanu odżywienia służą takie mierniki odżywienia jak masa ciała, wskaźniki wagowo-wzrostowe (stosunek masy do wysokości), pomiary obwodów ciała i fałdów skórno-tłuszczowych (pod dolnym kątem łopatki, na ramieniu i w okolicy pępka), badanie składu ciała, badanie gęstości ciała, badanie masy tkanki tłuszczowej, badanie tkanek aktywnych.

Niedożywienie natomiast rozumiane jest jako niedobór kaloryczny, w którym poziom kalorii jest wystarczający na podstawową przemianę materii, ale nie pozwalający na prawidłowy rozwój.

4.4.2. Wady żywieniowe Wady żywieniowe polegają na niedoborze bądź nadmiarze pokarmu, niewłaściwym składzie diety lub drastycznemu ograniczeniu liczby posiłków w ciągu dnia.

- -

-

-

W krajach rozwijających się charakterystyczne jest zjawisko niedożywienia: niedobór kalorii w organiźmie sięga 15%, jednostronność diety – silny niedobór białka zwierzęcego, spożywane są głównie produkty zbożowe (kukurydza, maniok), bardzo niskie spożycie warzyw, owoców i ryb, wywołuje zjawisko pod nazwa „kwashiorkor” – dotyka ono głównie dzieci w wieku 1-4 lat, objawami są: zahamowanie rozwoju, obrzęki, wodobrzusze, osłabienie mięśni, zmiana barwy skóry na czerwono-brunatną, zwyrodnienia tłuszczowe wątroby oraz trzustki, w populacjach niedożywionych ludzi udział tkanki tłuszczowej to zaledwie - 48 -

kilka procent masy ciała (dla porównania w populacjach dobrze odżywionych stanowi około 20%), - u kobiet w ciąży niedożywienie prowadzi do zmniejszenia masy urodzeniowej, wad rozwojowych płodu i zmniejszeniu długości jego ciała, może prowadzić do niepłodności i zaniku miesiączki, - w czasie rozwoju niedożywienie skutkuje zmniejszeniem rozmiarów ciała głowa, kończyn, niedorozwojem, awitaminozą, podatnością na infekcje oraz chorobami pasożytniczymi. − − − − − − −

Niedobór witamin powoduje szereg schorzeń: wit. A – zmiany w rogówce, ślepota zmierzchowa, wit. B1 – choroba beri-beri, wit. B2 – zmiany skórne, światłowstręt, wit. B12 – niedokrwistość złośliwa, wit. C – szkorbut, wit. D – krzywica, osteoporoza, wit. K – zaburzenia krzepnięcia krwi.

Niedobór magnezu występuje często u ludzi z szybkim tempem życia, przyczyniając się do nadciśnienia tętniczego, osłabienia pracy serca, dławicowych bólów serca, zaburzenia gospodarki lipidowej, podniesienia poziomu cholesterolu, migreny, kamicy nerkowej.

W krajach rozwiniętych przez wprowadzanie wielu urządzeń ułatwiających pracę ludzie mniej się ruszają, co sprzyja otyłości. Otyłość szczególnie często zdarza się wśród niektórych zawodów, takich jak: urzędnicy, kierowcy, kucharze, rzeźnicy, piekarze, cukiernicy, śpiewacy, marynarze. Otyłość prowadzi do miażdżycy, zawału serca, udaru mózgu, osłabienia metabolizmu, komplikacji okołoporodowych i wad postawy.

Bibliografia Gawęcki J. Żywienie człowieka. PWN, Warszawa, 2015.

McHale J. Człowiek i środowisko. PWN, Warszawa, 1975.

Strzałko J., Mossor-Pietraszewska T. Kompendium wiedzy o ekologii. PWN, Warszawa, 2005.

Wolański, N. Ekologia człowieka. PWN, Warszawa, 2008.

Zimny H. Ekologia miasta. Instytut Botaniki PAN, 2005.

- 49 -

Rozdział 5.

Zużycie zasobów naturalnych. Alternatywne źródła energii.

Do bogactw (zasobów) naturalnych zaliczamy te elementy środowiska, które dla człowieka są użyteczne. Wyróżniamy zasoby naturalne nieorganiczne (takie jak minerały, woda, atmosfera) oraz organiczne (pochodzenia roślinnego, zwierzęcego, nawet całe ekosystemy), a także nieodnawialne (np. minerały czy paliwa kopalne) i odnawialne (te, które się nie wyczerpują, ponieważ istnieje w nich zamknięty obieg materii).

Zasoby naturalne umożliwiają rozwój życia i cywilizacji ludzkiej.

Do odnawialnych zasobów naturalnych należy woda, nieustannie krążąca w cyklu hydrologicznym, gleba, ponieważ warstwa gleby cały czas się tworzy (poprzez wietrzenie skał), lasy, które stanowią odnawialny zasób, odpowiednio gospodarowane zabezpieczają stałe dostawy drewna.

Nieodnawialne zasoby naturalne to bogactwa przyrody tworzące się już wiele milionów lat, więc z perspektywy długości ludzkiego życia ich zapasy są wyczerpywane. Należą tu przede wszystkim paliwa kopalne (węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny), które powstały z materii organicznej i są albo spalane (zamieniane na energię), albo wykorzystywane jako surowiec do produkcji różnych tworzyw (np. plastiku i farb), metale, które raz użyte przez człowieka z punktu widzenia środowiska są złomem (coraz szerzej stosuje się ich recykling). Innymi nieodnawialnymi zasobami są surowce skalne.

Uważa się, że już za około 100 lat wyczerpią się niektóre z nieodnawialnych zasobów Ziemi.

Zasoby naturalne stanowią przede wszystkim źródło energii gdyż stanowią pożywienie (uprawa roślin i hodowla lub łowienie zwierząt), a także ich spalanie dostarcza energii dla naszych maszyn i urządzeń (np. napędzając pojazdy), również w sposób pośredni (produkcja prądu). Z drugiej strony surowce naturalne to dla nas źródło budulca dla naszych domów, pojazdów, maszyn czy artykułów codziennego użytku.

Na przestrzeni wieków stopniowo następowało przyspieszenie rozwoju cywilizacyjnego ludzi. Wiąże się to przede wszystkim ze wzrastającą liczbą ludności - 50 -

na Świecie (tzw. wzrost demograficzny). Przez 500 000 tysięcy lat do około 1850 – wzrost o 1 miliard, w 1930 – 2 mld, 1960 – 3 mld, 1976 – 4 mld, 1987– 5 mld, 1999 – 6 mld, w 2011 liczba ta przekroczyła 7 miliardów. Najludniejszymi państwami w tej chwili są Chiny (ok. 1,3 mld), Indie (ok. 1,1 mld), USA (prawie 300 mln), Indonezja (ok. 240 mln) i Brazylia (186 mln).

Eksplozja demograficzna doprowadzając do wzrostu liczby mieszkańców, doprowadziła również do wzrostu potrzeb rynków. Ponieważ nie mogły ich zaspokoić tradycyjne rolnictwo i manufaktury, nastąpił po sobie szereg rewolucji.

5.1. Rewolucja rolnictwa Rewolucja agrarna to proces zmiany rolnictwa tradycyjnego w nowoczesne.

Zmiany te następowały głównie w okresie XVI-XVIII wieku i polegały na wprowadzeniu płodozmianu, wyspecjalizowaniu pasterstwa, grodzeniu pól, hodowli lepszych ras bydła. Wzrosty dochody, które pozwoliły na inwestowanie w rozwój produkcji przez wprowadzanie nowych narzędzi, zaczęto produkcję rolną na skalę masową, a gospodarstwa farmerskie zaczęły zaopatrywać rozwijające się miasta.

Chłopi niemający ziemi przyjeżdżali do miast w poszukiwaniu pracy za bardzo niskie wynagrodzenia. Przynosiło to duże zyski właścicielom zakładów, którzy inwestowali w nowe technologie. Przyczyniło się to bezpośrednio do rozpoczęcia rewolucji przemysłowej.

5.2. Rewolucja przemysłowa Rewolucja przemysłowa to proces zmian technologicznych, gospodarczych i społecznych, związany z przejściem od ekonomii opartej na rolnictwie, produkcji manufakturowej i rzemieślniczej do opierającej się na mechanicznej produkcji fabrycznej na skalę przemysłową. Rewolucja przemysłowa zaczęła się w XVIII w. w Anglii.

Najważniejsze zdobycze XVIII-wiecznej rewolucji przemysłowej: W 1733 r. John Kay wynalazł maszynę tkacką „Latające czółenko mechaniczne” („Flying Shuttle”) – mechanizm, w którym sznurek wprowadzał w ruch czółenko, zastępując jego ręczne przerzucanie, w 1763 r. James Watt zmodernizował silnik parowy Thomasa Newcomena z 1712 r., w 1784 r. powstała pierwsza fabryka - 51 -

przędzalnicza, w której użyto silniki parowe Watta, w 1785 Edmund Cartwright opracował krosno mechaniczne.

W dziedzinie metalurgii Abraham Darby w 1735 r. jako pierwszy wytopił surówkę, wykorzystując koks, a pod koniec wieku XVIII Henry Cort, opatentował nową metodę przerabiania surówki na stal, w 1856 r. Henry Bessemer opracował i opatentował metodę produkcji stali bezpośrednio z rozgrzanego żelaza, w II poł.

XIX w. Siemens i Martin opracowali piec martenowski.

Nastąpił okres intensywnego rozwoju transportu i komunikacji: w 1765 Nicolas Cugnot zastosował maszyne parową w pojeździe drogowym (ciągnik drogowy Cugnota), w 1804 Richarda Trevithick stworzył lokomtywę, w 1803 został zbudowany pierwszy statek parowy (Robert Fulton), w latach 1814-1825 George Stephenson stworzył parowóz, w 1825 kolej żelazna, która połączyła miejscowości Stockton i Darlington linią towarową, w 1830 linia osobowa, która połączyła Liverpool z Manchesterem, 1837 Samuel Morse skonstruował telegraf elektromagnetyczny, pozwalający przesyłać informację na odległość, a w latach 1859-1869 wykopano kanał Sueski, w 1800 r. Włoch Alessandro Volta zbudował ogniwo galwaniczne („Ogniwo Volty”).

Druga rewolucja przemysłowa spowodowana była gwałtownym rozwojem nauki skutkiem czego było wynalezienie silnika gazowego, dynamitu i karabinu maszynowego. W 1876 roku wynaleziono telefon, w 1879 żarówkę i w 1907 roku odkurzacz elektryczny.

Rozwój cywilizacyjny i związana z nim rewolucja przemysłowa pociągnęła za sobą szereg skutków i konsekwencji społecznych polegających na upadku znaczenia chłopów i rzemieślników oraz właścicieli ziemskich, wzroście liczby ludności w miastach (migracja ludności ze wsi do miast), powodujące zmniejszenie zatrudnienia w rolnictwie a zwiększenie w przemyśle (zmiana struktury społeczeństwa z agrarnego na przemysłowe). Powstało w tym czasie prawo pracy, wzrosło znaczenie nowej klasy robotników i burżuazji przemysłowej, doszło do narodzin proletariatu (ruchu robotniczego) i ideologii socjalistycznej.

Ponadto doszło do postępu wiedzy medycznej i higieny. Zwiększyło się wydobycia węgla i rud żelaza oraz produkcja stali, zastosowano maszyny parowe w fabrykach, na statkach oraz na kolei. Rozwinęła się komunikacja, odnotowano rozwój kolei oraz powstało wiele okręgów przemysłowych.

- 52 -

5.3. Rewolucja naukowo-techniczna Rewolucja naukowo-techniczna nazywana jest również trzecią rewolucją przemysłową. Zaliczamy do niej procesy przemian w technice, produkcji oraz nauce.

Rozpoczęła się ona po drugiej wojnie światowej i trwa do dziś. Najważniejszymi elementami rewolucji naukowo-technicznej jest komputeryzacja, wykorzystanie nowych źródeł energii, automatyzacja procesów pracy, udoskonalenie środków telekomunikacji i transportu, rozwój przemysłu wysokich technologii, produkcji materiałów syntetycznych.

Skutkami rewolucji naukowo-technicznej jest wejście większości państw zachodnich w epokę postindustrialną (zmniejszenie znaczenia przemysłu na rzecz wzrostu sektora usług). Doszło do rozwoju nauk biologicznych i agrotechniki, które umożliwiły wprowadzenie nowych odmian roślin uprawnych umożliwiających uzyskiwanie wyższych plonów, łagodząc problem głodu w państwach trzeciego Świata (tzw. zielona rewolucja).

Symbolem trzeciej rewolucji przemysłowej są okręgi zwane technopoliami, cechujące się lokalizacją uzależnioną od czystego środowiska, bliskości uczelni wyższych i dostępu do wykwalifikowanej kadry. Jest to kolejna po rewolucjach przemysłowych zmiana pociągająca za sobą wzrost zużycia energii i surowców mineralnych.

Zasoby naturalne od początku były przez nas zużywane, jednak dopiero gwałtowny rozwój cywilizacji związany z rewolucją przemysłową i technologiczną wymusiły dużo większą ich eksploatację.

5.4. Paliwa kopalne Paliwa kopalne to substancje organiczne powstałe ze szczątków roślinnych, które w wyniku zalegania przez miliony lat pod ziemią były poddane wysokiemu ciśnieniu, braku dostępu powietrza i uległy rozkładowi na węgiel kamienny, brunatny, ropę naftową, gaz ziemny i torf stanowią nieodnawialne i jednocześnie najważniejsze źródła energii dla człowieka.

Udział najważniejszych paliw kopalnych w światowych zasobach energetycznych wynosi 70% – złoża węgla kamiennego i brunatnego, 16% – złoża ropy naftowej, 14% – złoża gazu ziemnego.

Zużycie nośników energii na Świecie przedstawiono w tabeli 3: - 53 -

Tabela 3. Zużycie nośników energii na Świecie Nośnik energii

Udział procentowy

ropa naftowa

30,00%

węgiel

27,00%

gaz

21,00%

elektrownie wodne

6,00%

energia jądrowa

5,00%

pozostałe źródła (w tym niekonwencjonalne)

11,00%

Zużycie nośników energii w Polsce przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4. Zużycie nośników energii w Polsce Nośnik energii

Udział procentowy

ropa naftowa

19,00%

węgiel

64,00%

gaz

12,90%

pozostałe źródła (w tym niekonwencjonalne)

3,20%

Energia światowych rezerw węgla jest 2-3 krotnie większa niż łączne rezerwy zasobów energetycznych ropy naftowej i gazu. Wystarczalność światowych zasobów energetycznych szacowana jest na ok. 240 lat w przypadku węgla, ok. 70 lat – gaz, ok. 50 lat – ropa naftowa.

5.4.1. Węgiel kamienny i brunatny – zasoby Oba rodzaje węgla różnią się od siebie przede wszystkim zawartością w nich pierwiastka węgla C12 (węgiel brunatny: 62-75%, węgiel kamienny: 75-97%).

Przekłada się to na ich wartość opałową, większą w przypadku węgla kamiennego. Węgiel brunatny jest za to najtańszym źródłem energii (stanowi około 65% kosztów energii uzyskiwanej z węgla kamiennego). Węgiel brunatny używany jest na rynkach lokalnych, ze względu na trudności z jego transportem, elektrownie opalane węglem brunatnym najczęściej stawia się w pobliżu złóż. Światowe zasoby węgla kamiennego szacowane są na ok. 510-520 mld ton (w tym złoża europejskie ok. 80 mld ton, czyli 15,2% zasobów światowych), a złoża węgla brunatnego – ok. 512 mld ton. Znaczne zasoby światowe węgla brunatnego koncentrują się m.in. w Stanach Zjednoczonych, Chinach, Rosji, Australii, Polsce, Niemczech i Turcji (tab.5).

- 54 -

Tabela 5. Zasoby węgla brunatnego w Świecie. państwo

miliony ton

% zasobów świata

USA

246 649

27,1

Rosja

157 010

17,3

Chiny

114 500

12,6

Indie

92 445

10,2

Australia

78 500

8,6

RPA

48 750

5,4

Ukraina

34 153

3,8

Kazachstan

31 279

3,4

Polska

14 000

1,5

Brazylia

10 013

1,1

Światowe wydobycie węgla kamiennego w 2010 roku wyniosło 6,5 mld ton i systematycznie rośnie (od 2000 r. prawie dwukrotnie). Wydobycie węgla brunatnego jest nieco mniejsze, w 2001 r. wyniosło 880 mln ton. Rosnącemu wydobyciu, towarzyszy rosnące zużycie węgla dla obu rodzajów węgla w 2009 r. wynosiło ono łącznie ok. 5 mld mln ton (w roku 2000 ponad 3 mld ton, w 2007 r.

4,5 mld ton). Najbardziej spektakularny wzrost zużycia węgla nastąpił w Chinach, gdzie jego konsumpcja wzrosła w latach 2000-2006 blisko o 70% (podobnie w Indiach i Indonezji). Szacunki przewidują, że co 15 lat, zużycie węgla na Świecie będzie wzrastać średnio o ok. 1 mld ton (tab. 6). Konsumpcję węgla ograniczyły jedynie niektóre kraje europejskie (głównie te, które wyczerpały już swoje zasoby, tj. Belgia, Francja, Wielka Brytania, Niemcy).

- 55 -

Tabela 6. Najwięksi konsumenci węgla na Świecie. państwo

2000

2003

2006

Chiny

667,4

853,1

1191,3

USA

569,0

562,5

567,3

Indie

169,1

188,4

237,7

Japonia

98,9

112,2

119,1

Rosja

106,0

109,4

112,5

RPA

81,9

89,3

93,8

Niemcy

84,9

87,2

82,4

Polska

57,6

57,7

58,4

Korea Pd.

43,0

51,3

54,8

Australia

48,3

50,9

51,1

Zasoby węgla kamiennego w Polsce to ok. 45 mld ton (8,7% zasobów ogólnoświatowych i 56% zasobów europejskich), większość z nich zlokalizowana jest w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Zasoby węgla brunatnego to ok. 29 mld ton, w tym 14 mld ton udokumentowanych, zlokalizowane są głównie w regionie legnickim, wielkopolskim i bełchatowskim. W 2010 r. wydobycie węgla kamiennego wyniosło ok. 80 mln ton, a jego roczne zużycie jest jeszcze większe i kształtuje się obecnie na poziomie 100 mln ton. Potencjał wydobycia węgla brunatnego wynosi około 60 mln ton i jest to ilość całkowicie zużywana w ciągu roku. 90% energii wytwarzanej w Polsce produkuje się z węgla, co stawia nas pod tym względem na pierwszym miejscu w Europie (średni udział węgli w produkcji energii w UE wynosi 26%).

5.4.2. Ropa naftowa Ropa naftowa (inaczej zwana olejem skalnym lub czarnym złotem) to ciekła kopalina złożona z mieszaniny węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych. Najczęściej posiada niewielkie domieszki tlenu, azotu, siarki i zanieczyszczeń. Ma podstawowe znaczenie dla gospodarki światowej przede wszystkim jako jeden z najważniejszych surowców energetycznych. Około 74% zasobów i wydobycia ropy naftowej zlokalizowanych jest w zbliżonych kulturowo i niestabilnych politycznie krajach Środkowego Wschodu i byłych republikach Związku Radzieckiego.

- 56 -

Wydobycie ropy naftowej na świecie wynosi 3867,9 mln ton. Największymi dostawcami ropy naftowej są Arabia Saudyjska (505,9 mln ton, co stanowi 13,1% udziału światowego), Rosja (458,7 mln ton – 11,9%), Stany Zjednoczone (329,8 mln ton – 8,5%), Iran, Meksyk, Chiny, Wenezuela, Norwegia, Kanada, Zjednoczone Emiraty Arabskie i Nigeria.

Zużycie ropy naftowej oraz produktów naftowych na Świecie wynosi 3767,1 mln ton, najwięcej w USA (24,9%), Chinach (8,2%) i Japonii (6,4%), w Polsce jest ono rzędu 21,3 mln ton ropy rocznie (0,6%).

Najwięksi eksporterzy netto ropy naftowej i produktów naftowych to Arabia Saudyjska (8,7 mln baryłek ropy na dzień), Rosja (6,7 mln baryłek) i Norwegia (2,9 mln baryłek) – baryłka jest jednostką wagi (1 tona ropy to 7,33 baryłki).

Największymi importerami netto ropy naftowej i produktów naftowych są Stany Zjednoczone (12,1 mln baryłek na dzień), Japonia (5,3 mln baryłek) i Chiny (2,9 mln baryłek).

Od ceny ropy naftowej zależy globalna gospodarka, a wpływ na nią mają różne zdarzenia polityczne, głównie z terenów zaangażowanych w wydobycie ropy, np. rewolucja w Iranie (lata 70-te), wojna w Zatoce Perskiej (początek lat 90-tych), czy wojna w Iraku (trwająca ostatnie lata). W Polsce ropa naftowa pochodzi przede wszystkim z Rosji (około 93%), reszta udziałów pochodzi z wydobycia krajowego (około 4%), a także z Ukrainy, Kazachstanu i Norwegii.

5.4.3. Gaz ziemny Gaz ziemny nazywany jest błękitnym paliwem. Gromadzi się w skorupie ziemskiej w pokładach wypełniających przestrzenie, niekiedy pod wysokim ciśnieniem.

Złoża gazu ziemnego występują samodzielnie albo towarzyszą złożom ropy naftowej lub węgla kamiennego. Zawartość składników gazu nie jest stała i zależy od miejsca wydobycia, jednak głównym składnikiem (ponad 90%) jest metan, oprócz niego w skład gazu wchodzi również etan, propan, butan i inne związki organiczne i mineralne. Gaz ziemny nie ma zapachu, a dodawane są do niego substancje zapachowe przed wprowadzeniem do sieci gazowej. Jest mniej szkodliwy dla środowiska niż inne źródła energii: emisja CO2 ze spalania gazu jest do 30% mniejsza niż

w przypadku ropy oraz do 60% mniejsza niż w przypadku węgla.

- 57 -

Zasoby gazu ziemnego na Świecie wynoszą (w miliardach metrów sześciennych) 154248. Największe zasoby występują w Rosji (47544), Iranie (22988), Katarze (14392), Arabii Saudyjskiej (6198), Zjednoczonych Emiratach Arabskich (6002). Zasoby gazu wystarczą, aby pokryć wzrosty zapotrzebowania co najmniej do 2030 roku.

Na koniec 2008 roku potwierdzone złoża gazu na świecie wyniosły ponad 180 bln m3, co stanowi około 60 lat produkcji na obecnym poziomie wydobycia (całość światowych zasobów gazu jest szacowana na poziomie ponad 850 bilionów m3).

Wydobycie gazu ziemnego (w miliardach metrów sześciennych): na Świecie 3300, największe według państw: Rosja 765,6, USA 696,3, Kanada 214,5, Algieria 122,2, Iran 77,55. W Europie największym producentem gazu ziemnego jest Norwegia.

Złoża gazu ziemnego w Polsce szacowane są na 98 mld m3. Wydobywa się go głównie na Podkarpaciu (Przemyśl, Husów, Sanok) i Zapadlisku Przedkarpackim (wysokometanowy) w GOP, w Wielkopolskiem (Odolanów, Międzychód) oraz Lubuskiem (Drezdenko). Oprócz zasobów tradycyjnych w Polsce istnieją także możliwości wydobycia ze złóż niekonwencjonalnych: z węgla kamiennego, łupków oraz izolowanych porów skalnych, ich wielkość szacuje się na 1,5-3 bilionów metrów sześciennych.

5.4.4. Siarka Siarka jest jednym z podstawowych pierwiastków, budujących organizmy żywe, jej właściwości człowiek bada i wykorzystuje już od starożytności. Siarka jest podstawowym składnikiem do wyrobu kwasu siarkowego, używanego dalej do produkcji nawozów i ługowania rud, niektóre organiczne związki siarki są używane jako leki, substancje barwiące i agrochemikalia. Produkcja siarki na świecie wynosi około 60 mln ton rocznie. Otrzymuje się ją poprzez odsiarczanie spalin i paliw kopalnych, eksploatację złóż siarki rodzimej oraz poprzez wyprażanie rud siarczkowych (np. pirytu). Złoża siarki występują na Sycylii, w Luizjanie i Teksasie (USA), na Ukrainie, w Japonii, w Turkmenistanie i Uzbekistanie. Wydobycie siarki rodzimej spadło w ostatnich latach znacząco, ze względu na wzrost produkcji siarki z odzysku z zasiarczonych złóż gazu ziemnego i ropy naftowej – obecnie > 90% siarki uzyskuje się z odsiarczania spalin i paliw.

Złoża siarki w Polsce występują w okolicach Tarnobrzega (Piaseczno, Machów, - 58 -

Jeziórko oraz Osiek), w rejonie Staszowa (Grzybów) oraz koło Lubaczowa (Horyniec-Zdrój, Basznia). Polskie złoża siarki rodzimej związane są z występowaniem gipsów i wapieni, z których powstały i zalegają na głębokości od 70 do 370 metrów.

Obecnie w Polsce w okolicach Tarnobrzega działa jedyna na świecie kopalnia siarki.

5.4.5. Sól kamienna Sól kamienna to minerał znany i używany od czasów starożytnych. Jego głównym składnikiem jest chlorek sodu, jest produktem krystalizacji wód morskich lub słonych jezior, tworzy wykwity na pustyniach, jest obecny również wśród ekshalacji wulkanicznych. Znajduje zastosowanie w przemyśle chemicznym, spożywczym czy do topnienia lodu. Światowa produkcja soli to około 210 mln ton. Główni producenci to USA, Chiny i Niemcy, Sól z wody morskiej lub z wód jezior słonych pozyskuje się głównie we Włoszech, Francji, na półwyspie Iberyjskim, w Indiach, Chinach, Rosji, byłych południowych republikach ZSRR, Arabii Saudyjskiej i północnej Afryce.

Największe złoża soli kamiennej w Polsce znajdują się na Kujawach (w Inowrocławiu: wydobycie ok. 2,5 mln ton rocznie i w Ciechocinku, gdzie sól pozyskiwana jest metodą wypłukiwania solanki), we wschodniej Wielkopolsce (w Kłodawie – obecnie najważniejsze złoże eksploatowane metodą podziemną, wydobycie ok. 700 tys. ton/rok) oraz na Dolnym Śląsku.

5.4.6. Pierwiastki promieniotwórcze Pierwiastki promieniotwórcze są to pierwiastki chemiczne ulegające samorzutnym rozpadom promieniotwórczym w wyniku niekorzystnej liczby neutronów względem liczby protonów w ich jądrach atomowych. Najczęściej mianem tym określa się pierwiastki posiadające izotopy o krótkim okresie połowicznego rozpadu, a więc charakteryzujących się poziomem promieniotwórczości mającym zauważalny wpływ na otoczenie. Najbardziej znane naturalne pierwiastki promieniotwórcze to uran, rad i polon. Niektóre izotopy uranu mają dla człowieka ogromne znaczenie militarne i gospodarcze, gdyż są stosowane w elektrowniach atomowych, do napędzania okrętów podwodnych i budowy pocisków nuklearnych.

Największe złoża rud uranu znajdują się w Kongo, Północnej Kanadzie, USA - 59 -

(Utah, Kolorado), w Jachymowie w Czechach, Turkmenistanie i Tybecie. Łącznie na świecie w 2010 r. wydobyto ponad 50 tysięcy ton tego pierwiastka, z czego najwięcej w Kazachstanie, Kanadzie i Australii. Rad występuje naturalnie w rudach uranu, w skorupie ziemskiej jest go ok. 6x10-7 ppm (ppm to sposób wyrażania stężenia bardzo rozcieńczonych roztworów związków chemicznych, określa ile cząsteczek związku chemicznego przypada na milion cząsteczek roztworu).

5.5. Surowce skalne Człowiek oprócz paliw kopalnych i surowców chemicznych prowadzi wydobycie surowców skalnych. Do najważniejszych surowców skalnych eksploatowanych przez człowieka możemy zaliczyć granit – pospolita skała magmowa występująca na całym świecie. Ze względu na dostępność dużych bloków, łatwość cięcia i polerowania oraz walory estetyczne i wytrzymałość jest używany w budownictwie jako kamień budowlany (bloki, krawężniki, kostka, grys) i dekoracyjny (płyty okładzinowe). Granit zaczęto eksploatować już w starożytności.

Wchodzi w skład osławionych piramid egipskich.

W Polsce granity występują na powierzchni ziemi: na Dolnym Śląsku i ziemi kłodzkiej i w Tatrach, a także w głębokim podłożu w pasie od Zawiercia do Krakowa i w północno-wschodniej Polsce.

Wapień to skała osadowa zbudowana głównie z węglanu wapnia, przede wszystkim w postaci kalcytu. Jej zastosowanie jest bardzo szerokie. Ze uwagi na łatwość jego obróbki, polerowalność i interesujący wygląd wapień jest używany głównie w budownictwie, przemyśle wapienniczym, cementowym, chemicznym, cukrowniczym, hutniczym (jako topnik, do wyrobu szkła), w rolnictwie (jako nawóz) oraz w energetyce jako sorbent w procesie odsiarczania spalin.

Marmur jest skałą metamorficzną powstałą z przeobrażenia wapieni lub dolomitów. Składa się głównie z krystalicznego kalcytu. Od wieków stosowany był jako bardzo ceniony materiał budowlany, rzeźbiarski oraz architektoniczny, marmury zbudowane z dolomitu są podstawą wytwarzania tabletek magnezu.

W Polsce marmur wydobywany jest wyłącznie w Sudetach w Masywie Śnieżnika, gdzie występuje w dwóch odmianach kolorystycznych.

- 60 -

5.6. Surowce metaliczne Surowce metaliczne wydobywane są w postaci rud. Ruda to skała lub minerał, z której uzyskuje się jeden lub więcej składników, w znaczeniu przemysłowym jest to minerał zawierający związki metali. Istnieje wiele rodzajów rud żelaza (magnetyt, hematyt (tlenek żelaza (III)), a także limonit, syderyt (węglan żelaza (II)), rudy cynku (blenda cynkowa (siarczek cynku), galman cynkowy (węglan cynku), rudy ołowiu (galena), rudy miedzi (chalkozyn (siarczek miedzi (I)), chalkopiryt), rudy metali nieżelaznych (np. glin).

Rudy metali używane były już w czasach prehistorycznych przez naszych przodków do wyrobu narzędzi, obecnie na skalę przemysłowa wydobywa się głównie żelazo, miedź oraz rudę glinu (boksyt). Żelazo występuje w skorupie ziemskiej w ilości ok. 6%. Łączne światowe wydobycie tego metalu wyniosło w 2009 r. 2,3 mld ton.

Ważnym dla gospodarki metalem jest miedź. W jego wydobyciu największy udział mają Chile i Stany Zjednoczone, dostarczając łącznie ponad 44% światowego wydobycia, wynoszącego w 2001 r. 13,7 mln ton.

Boksyty w największej ilości wydobywane są w Australii. W 1995 roku udział Australii w światowej produkcji boksytu sięgał aż 39%. Największe złoża, o dużej zawartości tlenku glinu (do 60%), są eksploatowane w rejonie Weipa nad Zatoką Karpentaria, a mniejsze w rejonie Perth. Ponad 30% światowej produkcji boksytów przypada na kraje Ameryki Łacińskiej, zwłaszcza na Jamajkę (9,9%) i Brazylię (8%), a także na Wenezuelę, Surinam i Gujanę. W 2001 r. łączne światowe wydobycie boksytu wyniosło 24 tysięcy ton.

5.7. Woda – zasoby, zapotrzebowanie i niedobory Woda jest podstawowym elementem niezbędnym dla istnienia życia na naszej planecie. Dostępną wodę dzielimy na słoną i słodką. Szacunkowo zasoby wody sumarycznie wynoszą aż 1,338 mld km3 (stanowi to około 0,24% masy Ziemi).

Jedyna użyteczna z punktu widzenia człowieka to woda słodka, która stanowi na Ziemi zaledwie 3% ogółu. Znaczna część zasobów słodkiej wody (aż 75%) jest niedostępna, „zamrożona” w lodowcach. Objętość wody w atmosferze szacuje - 61 -

się na prawie 13 tysięcy km3 wody. Słodkie jeziora znajdujące się na wszystkich kontynentach zawierają łącznie 125 tysięcy km3 wody (największym magazynem jest Bajkał zawierający 23 tysiące km3 wody. W korytach wszystkich rzek świata równocześnie płynie około 1300 km3 wody. Podziemne zasoby wody na całej kuli ziemskiej szacowane są na blisko 15 tysiecy km3. Gomadzi się w warstwach wodonośnych zalegających na różnych głębokościach, tworząc niekiedy nawet ogromne podziemne zbiorniki (np. woda znajdująca się pod Saharą na głębokości ponad 1000 m zajęłaby dwukrotnie powierzchnię niż powierzchnia Morza Śródziemnego). Szacuje się, że dla celów konsumpcyjnych i gospodarczych na ziemi jest do dyspozycji około 15 tyś. km3 wody.

Zasoby wody są na Ziemi rozłożone bardzo nierównomiernie. Tylko 15% lądów jest dostatecznie nawodnionych, na 60% występują niedobory, a 25% to tereny pustynne i półpustynne. Polska należy do obszarów, w których zasoby wodne są bardzo skromne. Na 1 mieszkańca przypada w naszym kraju 1,6 tysięcy m3 wody przy średniej światowej 15,0 tysięcy m3, stawia to Polskę dopiero na 20. miejscu w Europie. Dla porównania ten sam wskaźnik wynosi dla Szwecji: 22 tysiące m3, byłego Związku Radzieckiego 11 tysięcy m3, Francji 3,5 tysięcy m3, a dla Czech i Słowacji 2,1 tysiąca m3.

Polskie zasoby wodne wynoszą zaledwie 1660 m3 na gospodarstwo domowe rocznie (podobnie do Egiptu).

Głównymi konsumentami wody jest rolnictwo (70%), następnie przemysł (20%) i gospodarstwa domowe (10%). W miastach woda zużywana jest głównie jako woda pitna, do celów sanitarnych i dla przemysłu. Europejczyk zużywa średnio 576 litrów wody dziennie głównie do celów spożywczych i higienicznych.

Najbardziej rozrzutni w tej kwestii są mieszkańcy wielkich miast, np. mieszkańcy Nowego Jorku zużywają średnio 800 litrów dziennie na statystycznego mieszkańca (dla mieszkańców półpustynnych krajów Afryki musi wystarczyć zaledwie kilka litrów). Szacuje się, że obecnie na cele komunalne w Polsce zużywane jest około 2,5 miliarda m3 wody rocznie.

Obecnie ok. 1/5 ludności świata żyje na terenach fizycznego niedoboru wody, gdzie ilość wody jest niewystarczająca, by spełnić potrzeby mieszkańców. Kolejne 1,6 miliarda ludzi żyje na obszarach niedoboru wody, gdzie brak inwestycji - 62 -

w infrastrukturę wodną lub brak odpowiednich umiejętności uniemożliwiają władzom zaspokojenie popytu na wodę. Pogłębiający się deficyt wody wynika nie tylko z rosnącej liczby potencjalnych konsumentów, ale również z nieumiejętnego gospodarowania dostępnymi zasobami. Zdatna do picia woda zostaje zanieczyszczona ściekami (90% wód kanalizacyjnych w krajach rozwijających się trafia do wód powierzchniowych bez oczyszczenia).

Ogromnym zużyciem wody cechuje się produkcja przemysłowa. Obecne roczne zużycie szacuje się na ponad 8 mld m3, a zapotrzebowanie wciąż rośnie. Aby wyprodukować jedną tonę stali potrzeba 20 ton wody, na wyprodukowanie 1 tony niklu potrzeba aż 5000 ton wody, a 1 tony tkaniny lnianej – 4500 ton wody. Nie mniejsze ilości wody potrzebne są w przetwórstwie i produkcji artykułów żywnościowych oraz lekarstw. Przykładowo na wyprodukowanie 1 tony cukru zużywa się około 25-60 ton wody, 1 litra spirytusu 120-150 l wody, a na wyprodukowanie 1 kg streptomycyny – 2 000 litrów wody.

Bardzo duże ilości wody pochłania rolnictwo. Aby wyhodować 1 tonę ziemniaków, potrzeba 300 ton wody, 1 tonę pszenicy – 500 ton wody, 1 tonę wołowiny – 30 tys. ton wody. Do wyprodukowania 1 kg suchej masy roślinnej zboża potrzeba 500 litrów wody, a kapusty aż 2 tony wody. Średnio na 1 hektar użytków rolnych potrzebnych jest rocznie od 4-10 tys. ton wody, a duże drzewo potrzebuje dziennie od 200 do 400 litrów wody.

5.8. Produkcja i zużycie energii Spalanie paliw kopalnych dostarcza nam energii wykorzystywanej bezpośrednio (np. jako paliwo) lub pośrednio w elektrowniach produkujących prąd. Zużycie energii elektrycznej określane jest za pomocą jednostki pracy (także energii i ciepła), a mierzone jest przy użyciu specjalnych liczników energii. Jednostką wykorzystywaną do rozliczania zużycia energii elektrycznej w gospodarstwach domowych oraz w drobnym przemyśle jest kilowatogodzina (kWh). Przy większych poborach energii stosuje się odpowiednio większe jednostki: megawatogodzinę (MWh), gigawatogodzinę (GWh) i terawatogodzinę (TWh).

Produkcja jak i zużycie energii elektrycznej w świecie jest nierównomierne.

Około 80% całej produkcji zużywają kraje rozwinięte (30% całej ludzkości Ziemi), - 63 -

pozostałe 20% energii zużywają kraje rozwijające się (w których zamieszkuje ok.

4 mld ludzi). Zużycie energii będzie wzrastać (przewiduje się wzrost z poziomu ok. 111 TWh w 2006 r. do ok. 172 TWh w 2030 r., tzn. o ok. 55%).

W Tabeli 7 przedstawiono przeciętne pobory mocy różnych urządzeń gospodarstwa domowego.

Tabela 7. Przeciętne pobory mocy różnych urządzeń gospodarstwa domowego. urządzenie

pobór mocy

pralka

3000-4000 W

czajnik elektryczny

2000-3000 W

zmywarka do naczyń

2000-2500 W

kuchenka mikrofalowa

1500-2000 W

lodówka

1000-2000 W

toster

750-1500 W

ekspres do kawy

500-750 W

komputer

400 W

odkurzacz

800-1400 W

telewizor

100-300 W

żarówka średniej jasności

75 W

Dla przykładu świetlówka energooszczędna średniej jasności pobiera około 18 W, przy czym włączane na krótko zużywają więcej energii niż tradycyjne żarówki (ponadto zwykle zawierają rtęć i emitują szkodliwe promieniowanie UV).

Zużycie prądu dla gospodarstw domowych zależy od liczby mieszkańców, wynosi średnio na rok od około 1900 kWh dla gospodarstwa jednoosobowego do około 5700 kWh dla gospodarstwa pięcioosobowego.

Zużycie energii elektrycznej w rolnictwie można podzielić na energię wykorzystywaną w gospodarstwie domowym oraz zużywaną na potrzeby produkcji rolnej i prac pomocniczych w gospodarstwie rolnym. Szacuje się, że 60-70% zużycia energii elektrycznej w gospodarstwach rolnych to energia na potrzeby różnego rodzaju napędów. Często stosowane są silniki o stosunkowo niskiej sprawności (wiele z nich jest przewymiarowanych, co powoduje nieuzasadnione straty energii).

- 64 -

W Polsce w rolnictwie wysokie jest zużycie paliw stałych (32%, w tym głównie węgiel), paliwa ciekłe stanowią łącznie blisko 60%, a paliwa gazowe ponad 3%, energia elektryczna nieco ponad 4%, a energia cieplna niespełna 1% energii zużywanej w rolnictwie.

5.9. Żywe zasoby Człowiek eksploatuje również żywe elementy swojego środowiska. Odnawianie żywych zasobów odbywa się w cyklu gospodarczym, w którym zachodzi pozyskiwanie, przetwarzanie, użytkowanie oraz utylizacja zużytych zasobów.

Ekologiczne zasady gospodarowania to pozyskiwanie nie większe od przyrostu biomasy, utrzymujące strukturę i funkcjonalność ekosystemu. Musi zapewnić korzystne warunki środowiska, a metody i plan czasowy muszą być dostosowane do cech gatunków i ich ekosystemów.

Lasy Człowiek wykorzystuje drewno przede wszystkim do budowy domów i ich wyposażenia oraz wytwarzania papieru, poza tym wycinanie lasów może odbywać się w celu uzyskania pól uprawnych oraz przeznaczonych do wypasu zwierząt hodowlanych lub uzyskania terenów dla rozwoju miast. Światowe tempo wycinania lasów to: 1 hektar na sekundę, 860 km2 dziennie, 310 tysięcy km2 rocznie (prawie tyle, co powierzchnia Polski).

Ubyło już około 40% lasów tropikalnych, a sytuacja ta pogarsza się dramatycznie. Obecnie wycinanie odbywa się w tempie 14 mln ha/rok (FAO szacuje, że pomiędzy rokiem 1980 a 1995 uległo zniszczeniu co najmniej 200 milionów hektarów lasów pierwotnych). Dane są często zaniżone z przyczyn politycznych, rozmiary nielegalnego wyrębu są bardzo duże, a przedsiębiorstwa posiadające oficjalne zezwolenia często ukrywają część swojej działalności (np. według rządu brazylijskiego nielegalny obrót drewnem jest czterokrotnie wyższy niż oficjalny).

Tereny te przeznaczane są na plantacje, drogi i pastwiska.

Pomiędzy rokiem 900 a 1990 okrywa leśna Europy zmniejszyła się z 90% powierzchni pierwotnej do 20%, głównie w wyniku przekształcenia w ziemie uprawne. Lasy powoli odzyskują tu swoje tereny, np. we Francji 3% w ciągu ostatnich 20 lat, w Polsce 35% od roku 1950. W Polsce drewno zużywane na - 65 -

jednego mieszkańca to 200 kg tego surowca na rok, przy czym większość przeznaczenia stanowią opakowania, prasa i reklamy.

Wycinanie lasów prowadzi do pustynnienia, spadku bioróżnorodności, wzrostu zawartości dwutlenku węgla w powietrzu. Z gospodarką leśną związanych jest 60 mln ludzi, zaś negatywne skutki wycinki (w tym spowodowane nią kataklizmy naturalne) dotkną co najmniej 1,6 mld ludzi.

Rybołówstwo i wielorybnictwo Obecnie światowe połowy ryb sięgają około 100 milionów ton na rok, przy czym zdecydowanie mniej ryb wykorzystuje się do konsumpcji, stanowiąc głównie pożywienie zwierząt hodowlanych. Oceany są w porównaniu z lądami zdecydowanie mniej produktywnymi ekosystemami, również dlatego, że połowy dotyczą mniejszych liczbowo gatunków stanowiących końcowe ogniwa łańcuchów pokarmowych. ONZ dzieli ocean światowy na sektory, z czego kilka z nich dostarcza zdecydowanej większości światowych połowów – wynika to z dysproporcji w rozmieszczeniu zasobów ryb, w wyniku tego ustanowiono morską strefę ekonomiczną, w której dane państwo ma suwerenność w zakresie eksploatacji zasobów morza. Uważa się, że obecnie połowy są na poziomie uważanym za granicę odtwarzalności zasobów, czyli dalszy wzrost połowów może prowadzić do wyniszczenia populacji ryb.

Eksploatacja ekosystemów wodnych napotyka szereg różnych problemów.

Dylemat „wspólnego dobra” dotyczy zasobów wodnych nie będących pod kontrolą poszczególnych państw, w związku z czym eksploatowanych w sposób rabunkowy. Nadmierna eksploatacja ryb i wielorybów doprowadziła do wyraźnego zmniejszenia ich liczebności w skali globalnej. Techniki stosowane podczas połowów stanowią zagrożenie dla gatunków nie będących celem połowów, tzw. niechciane połowy (delfiny, rekiny, ptaki czy żółwie), jak i osobników zbyt młodych.

Ponadto zanieczyszczenia antropogeniczne wpływają znacząco na ograniczenie oraz wyginięcie lokalnych populacji będących celem odłowów, np. wycieki ropy naftowej czy toksyczne ścieki kumulujące się w organizmach i zagrażające nawet samym ludziom je konsumującym, również zanieczyszczenie pierwiastkami biogennymi doprowadzającymi do eutrofizacji powodują zniszczenie całych populacji. Wzrastający udział na rynku ryb pochodzących z hodowli wpływa korzystnie - 66 -

na utrzymanie populacji oceanicznych, ale budowa basenów hodowlanych na wybrzeżach wiąże się z wycinaniem lasów namorzynowych i degradacją raf koralowych.

Nieumiejętne wykorzystanie żywych zasobów wpływa na zanikanie różnorodności biologicznej. Przyczynami strat różnorodności biologicznej są: wzrost demograficzny, rolnictwo (zajęty teren, uprawa monokultur i wzrost konsumpcji), wartość biologiczna przeliczana na pieniądze (np. wycena dziczyzny, ścinanego drewna), nierówny podział zasobów, brak wiedzy oraz brak jej stosowania w gospodarowaniu zasobami, przepisy sprzyjające eksploatowaniu zasobów przyrody wbrew zasadom zrównoważonego rozwoju. Mechanizmy utraty bioróżnorodności polegają na fragmentacji i zaniku siedlisk, introdukowaniu nowych gatunków, nadmiernej eksploatacja środowiska, zanieczyszczeniu (głównie przez uprzemysłowienie), a także poprzez globalne zmiany klimatu.

Zanikanie różnorodności biologicznej wiąże się z wymieraniem gatunków.

Przykładowo na Świecie wymarłymi gatunkami są: moa – XVIII wiek, wilk workowaty – 1936 rok, delfin chiński – 2006 rok, a w Polsce: tur (ostatnie sztuki: początek XVII wieku), krowa morska (1768), gołąb wędrowny (1921).

5.10. Alternatywne źródła energii Podczas wykorzystania konwencjonalnych źródeł energii powstają zanieczyszczenia - szkodliwe gazy, pyły, wycieki. Poza tym ich zasoby kurczą się.

Alternatywą dla uzyskiwania energii jest stosowanie jej odnawialnych źródeł. Źródła odnawialne to źródła, których zasób odnawia się w niedługim czasie, są to: - energia spadku wody (18,1% produkowanej energii), energia słoneczna, energia wiatru, energia biomasy, biogazu, energia pływów morskich i fal, energia geotermalna, cieplna oceanu. Nazywane są również alternatywnymi ponieważ stanowią kontrpropozycję dla energetyki tradycyjnej, opartej na surowcach nieodnawialnych.

Ich wykorzystanie zmniejszyłoby wydobycie paliw kopalnych. Obniżyłaby się emisja szkodliwych dla środowiska gazów i pyłów zatruwających środowisko i wywołujących kwaśne deszcze. Ograniczenie wykorzystania tradycyjnych źródeł wiąże się ze spadkiem emisji gazów cieplarnianych przyśpieszających efekt cieplarniany.

- 67 -

Kolejną korzyścią są długofalowe oszczędności wynikające z korzystania ze źródeł odnawialnych. Wyprodukowanie baterii słonecznej czy wybudowanie elektrowni atomowej są kosztowne, ale ich eksploatacja to niskie koszty w porównaniu ze zużyciem paliw.

5.10.1. Energia wody Wykorzystywanie energii pochodzącej z wody pochodzi przede wszystkim z wykorzystywania energii spadku wody – w elektrowniach wodnych.

Aby wykorzystać to źródło konstruuje się zapory wodne, na których woda się spiętrza. Różnicę tą (wysokości wody) wykorzystuje się do napędzania turbin podłączonych do generatorów wytwarzających prąd. Innymi rodzajami wykorzystywania energii wody są: elektrownie szczytowo-pompowe, które produkują energię w dzień, natomiast jej nadmiar wykorzystują w nocy pompując wodę z powrotem do zbiornika, elektrownie przepływowe wykorzystujące energię naturalnie przepływającej wody, elektrownie pływowe wykorzystujące energię wody morskiej spiętrzonej podczas pływów.

Energia pochodząca z wody jest najłatwiej (w związku z tym najszerzej) wykorzystywaną formą energii odnawialnej. Podczas jej wykorzystywania nie produkuje się właściwie żadnych szkodliwych substancji zanieczyszczających środowisko.

W tabeli 8 przedstawiono najwieksze elektrownie wodne na Świecie (tab. 8).

Tabela 8. Największe elektrownie wodne na Świecie. nazwa

gdzie

moc

Zapora Trzech Przełomów

Chiny

20300 MW

Itaipu

Brazylia/Paragwaj

14000 MW

Guri

Wenezuela

10200 MW

Tucurui

Brazylia

8370 MW

Grand Coulee

USA

6809 MW

W Polsce potencjalna energia wodna wykorzystywana jest w zaledwie 1112%, z czego około 70% na rzece Wiśle i około 30% na Odrze.

- 68 -

Największymi elektrowniami wodnymi w naszym kraju są: Elektrownia Wodna Żarnowiec (716 MW), Elektrownia Porąbka-Żar (500 MW), Elektrownia wodna we Włocławku (160,2 MW), Zespół Elektrowni Wodnych Solina-Myczkowce (200 MW), Elektrownia przepływowa w Porąbce (6,1 MW).

5.10.2. Energia wiatru Wiatr to poziomy ruch powietrza wywołany przez różnice ciśnień i/lub w ukształtowaniu terenu. Ten ruch powietrza porusza wiatrakami napędzającymi turbiny, które w ten sposób energię mechaniczną wiatru zamieniają w energię elektryczną. Zespoły elektrowni wiatrowych nazywane są farmami lub parkami wiatrowymi. Buduje się je zarówno na lądach jak i na morzach (korzystniejsze wiatry, większa powierzchnia, ale za to droższe). Dzielimy je na mikroelektrownie (o produkcji mocy do 100 W) i małe elektrownie (100 W-50 kW) o wykorzystaniu przydomowym oraz duże elektrownie wiatrowe (ponad 50 kW).

Zaletami elektrowni wiatrowych są: brak hałasu (oprócz wibracji), wszechstronne wykorzystanie (od gospodarstw domowych po zasilanie całych miast), podczas jej wykorzystywania nie produkuje się właściwie żadnych szkodliwych substancji zanieczyszczających środowisko.

Niestety stosunkowo niska jest ich wydajność (aby osiągnąć wydajność dużej konwencjonalnej elektrowni należałoby stworzyć farmę 3000 wiatraków, każdy o średnicy 50 m), działanie ich uzależnione jest od sytuacji meteorologicznej, zajmowany jest określony teren, co wpływa negatywnie na krajobraz. Odnotowano również efekty akustyczne w postaci wibracji, optyczne w postaci wirowania oraz często są barierą dla zwierząt takich jak ptaki i nietoperze, a także mogą wywoływać zakłócenia komunikacji elektromagnetycznej i radarów.

Na świecie odnotowuje się wzrost energii produkowanej z wykorzystaniem wiatru (tab. 9).

- 69 -

Tabela 9. Wzrost energii produkowanej z wykorzystaniem wiatru. kraj

moc elektrowni (2011)

przyrost 2010-2011

Chiny

62733 MW

40,2%

USA

46919 MW

16,8%

Niemcy

29075 MW

6,8%

Hiszpania

21637 MW

4,6%

Indie

15800 MW

20,9%

W Polsce, ze względu na warunki wiatrowe najwięcej tego typu elektrowni znajduje się na północy kraju, największymi elektrowniami są: Margonin (120 MW), Karścino-Mołtowo (90 MW), Karścino (51 MW), Tymień (50 MW), Tychowo – Noskowo (50 MW).

5.10.3. Energia słoneczna Jest odnawialnym źródłem energii, zmieniana jest bezpośrednio energia promieniowania słonecznego na energię elektryczną w ogniwach słonecznych, tzw. fotowoltaicznych. Jest to przykład konwersji fotowoltaicznej. Zespół takich fotoogniw nazywamy farmą fotowoltaiczną. Energię słoneczną zmienia się również bezpośrednio w energię cieplną w tzw. konwersji fototermicznej, kiedy ciepło pochodzące z promieniowania słonecznego przekazywane jest na nośnik ciepła (ciecz lub gaz). Innymi przykładami wykorzystania energii słonecznej są: konwersja fotochemiczna, czyli proces fotosyntezy zachodzący m.in. u roślin (naukowcy próbują odtworzyć go sztucznie), termoliza wody, czyli jej rozpad w bardzo wysokiej temperaturze (2500°K) uzyskiwanej dzięki skupieniu promieni słonecznych, wieże słoneczne, w których ruch ogrzanego powietrza napędza turbiny podobnie jak w elektrowniach wiatrowych.

Energia słoneczna może być wykorzystywana do produkcji różnych rodzajów energii. W tej chwili dostęp do fotoogniw czy kolektorów słonecznych jest powszechny i nie stanowi problemu, również ich instalacja i konserwacja jest stosunkowo prosta (bateria o powierzchni 25m2 jest w stanie zasilić prądem do celów pozagrzewczych średniej wielkości dom). Podczas jej wykorzystywania nie produkuje się właściwie żadnych szkodliwych substancji zanieczyszczających środowisko. Należy jednak pamiętać, że działanie uzależnione od sytuacji - 70 -

meteorologicznej, podczas produkcji fotoogniw wykorzystywane są szkodliwe substancje zanieczyszczające środowisko, a w przypadku farm fotowoltaicznych zajmowany teren, oraz wpływa na krajobraz. Odblaski światła emitowane przez zwierciadła w elektrowniach słonecznych zwabiają ptaki, owady.

Koszty wykorzystywania energii słonecznej zawsze przewyższały konwencjonalne metody, jednakże od początku XXI wieku dzięki subwencji w wielu krajach nastąpił wyraźny wzrost w przemyśle fotowoltaicznym – od 2000 roku produkcja fotoogniw rośnie średnio o 40% z roku na rok.

W Polsce niewiele energii produkuje się tą drogą. Powstała farma fotowoltaiczną w Wierzchosławicach o mocy 1 MW, a oprócz tego większymi systemami tego typu są ogniwa Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów w Rudzie Śląskiej (311 kW), NG2 w Polkowicach (100 kW), Wojewódzkiego Szpitala w Łodzi (82 kW).

5.10.4. Energia geotermalna Kolejnym odnawialnym źródłem energii jest energia geotermiczna – czyli cieplna skał znajdujących się we wnętrzu Ziemi. Uzyskiwana jest na drodze wtłaczania do podziemnych warstw wody i otrzymywania jej gorącej po kontakcie ze skałami. W naturze przebiega podobny proces, mamy wtedy do czynienia ze źródłami termalnymi. Energia geotermalna pochodzi w około 80% z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych w płaszczu Ziemi, reszta ma swoje źródło w procesach grawitacyjnych (jeszcze z czasów kiedy nasza planeta powstawała) i prądach powstających wewnątrz.

Zaletą wykorzystania tego typu energii jest fakt, że woda wykorzystana jako nośnik ciepła jest użyta ponownie, a energia ta może być dopowadzona bezpośrednio do układów centralnego ogrzewania, oraz do produkcji energii elektrycznej (tylko w okolicach najgorętszych źródeł). Istnieje jednak zagrożenie zanieczyszczeniem wód głębinowych. Podczas eksploatacji źródeł geotermalnych może dojść również do uwalniania się promieniotwórczego radonu i szkodliwych gazów takich jak siarkowodór. Łączna moc elektrowni geotermalnych na świecie (stan na 2010 rok) wynosi 10,9 GW. - 71 -

Źródło to odgrywa znaczącą rolę w produkcji energii na Islandii (ponad 575 MW czyli 30% krajowej energii) oraz na Filipinach (prawie 2000 MW – 27% krajowej energii). Ponadto najwięcej energii uzyskuje się w USA – ponad 3101 MW (0,3%), Indonezji – około 1190 MW (3,7%), Meksyku – około 960 MW (3%).

W Polsce funkcjonuje kilka tego typu zakładów ciepłowniczych: Pyrzyce (15 MW, w rozbudowie), Mszczonów (7,3 MW), Bańska Niżna (4,5 MW), Uniejów (2,6 MW), Lasek (2,6 MW), Słomniki (1 MW), Klikuszowa (1 MJ/h).

5.10.5. Energia z biomasy Biomasa jest najprościej ujmując masą materii zgromadzoną w organizmach.

Materia ta może być wykorzystana przez człowieka do uwolnienia z niej energii cieplnej na drodze spalania. Najczęściej do spalania wykorzystuje się wysuszoną biomasę, taką jak drewno słabe technologicznie, odchody zwierząt, słomę, wodorosty, odpady organiczne, osady ściekowe oraz oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce. Oprócz tego wykorzystuje się gaz generatorowy powstały przez zmianę biomasy w gazy spalane w kotłach, silnikach lub napędzające turbiny, przetworzony chemicznie olej roślinny – tzw. Biodiesel. W wyniku fermentacji otrzymuje się gazy wykorzystywane jako paliwo (tzw. biogaz).

Zaletą tego typu źródła energii jest fakt, że jest tanim źródłem energii, energię ze spalania biomasy uzyskuje się w łatwy sposób, spalanie biomasy uważane jest za korzystniejsze od spalania paliw kopalnych, zmniejsza emisję związków siarki, a emitowany CO2 pochodzi z naturalnej puli węgla, jak również wykorzystywanie biomasy pozwala na zagospodarowanie nieużytków rolnych (np. uprawa rzepaku).

Mankamentem jest to, że podczas spalania białek i tłuszczy wydzielać się mogą szkodliwe związki, paliwa wyprodukowane z biomasy mogą mieć negatywny wpływ na miejsce ich spalania, np. biodiesel posiada niekorzystne właściwości podczas dużych zmian temperatur (zmiana lepkości) oraz może rozpuszczać elementy wykonane z gumy i niektórych tworzyw sztucznych.

Biopaliwa Paliwa powstałe z przetworzenia produktów organizmów żywych to biopaliwa.

Wyróżniamy trzy rodzaje biopaliw – w zależności od ich stanu skupienia: - 72 -

- stałe, np. słoma, trociny, drewno, siano, - ciekłe, np. etanol, butanol, biodiesel, - gazowe, np. biogaz czy gaz generatorowy.

Ciekawym wykorzystaniem organizmów do produkcji biopaliw jest produkcja paliwa z glonów (tzw. paliwo 3 generacji). Woda przepływająca przez szczelne zbiorniki, naświetlana przez słońce (np. na pustyniach) stanowi środowisko życia dla glonów. Uzyskuje się w ten sposób białko i czysty tlen, a efektywność tej produkcji jest 30x większa niż jakiegokolwiek innego sposobu pozyskiwania paliwa.

Zaletami biopaliw jest wykorzystywanie źródeł naturalnie biorących udział w obiegu materii w przyrodzie oraz mniejsze uzależnienie od dostaw ropy naftowej.

Wątpliwości związane są z tym, że uprawy roślin przeznaczonych do produkcji biopaliw często mają miejsce na terenach wykarczowanych lasów oraz produkcja biopaliw jest mniej korzystna energetycznie niż np. produkcja żywności.

Energia biogazu Biogaz to gaz palny powstały w wyniku fermentacji beztlenowej odpadów organicznych, takich jak ścieki, odpady komunalne czy odchody zwierzęce. Wyróżniamy kilka rodzajów biogazu: gaz wysypiskowy powstaje na składowiskach odpadów, wytwarza się samoczynnie; na nowoczesnych wysypiskach instaluje się komory fermentacyjne oraz bioreaktory, w których w odpowiednich warunkach zachodzi fermentacja metanowa; gaz błotny (gnilny) powstaje w sposób naturalny na torfowiskach; agrogaz uzyskuje się z fermentacji gnojowicy lub obornika.

Zaletami są: jest to energia czysta, nie zanieczyszczająca środowiska, redukuje się emisję metanu do atmosfery (gaz cieplarniany), możliwość wykorzystania wielu surowców jako substratu, można używać go do napędzania generatorów prądu elektrycznego, ogrzewania wody, a po oczyszczeniu do napędzania silników z instalacją CNG. Nie brak również wad: wysokie nakłady inwestycyjne i w porównaniu z tradycyjnym gazem ziemnym jest mniej kaloryczny, ma dużo dwutlenku węgla i innych zanieczyszczeń.

Bibliografia Krasiński J. Zasoby węgla brunatnego w Polsce, Infrastruktura – Środowisko – Energia, Dodatek lobbingowy do „RZECZPOSPOLITEJ”, 2008.

- 73 -

Mackenzie A., A.S.Ball, S.R.Virdee, Ekologia – krótkie wykłady. PWN, Warszawa, 2000.

Modrzejewski S., Kozioł W., Kabziński A.. Górnictwo surowców skalnych – szanse i możliwości dalszego rozwoju. Przegląd. Górniczy. 9-10, 2008.

Sadowiski T., Świderki G., Lewandowski W. Wykorzystanie odnawialnych i nieodnawialnych źródeł energii w Polsce i w krajach UE. Energetyka i Ekologia, 4, 2008.

Sciama Y. Mały atlas gatunków zagrożonych, Larousse, 2015.

Uberman R., Kaczorowski J., Żuk S.: Górnictwo węgla brunatnego w Polsce stan aktualn. Możliwości i ograniczenia rozwoju. Węgiel Brunatny, 4/61, 2007.

Lubelska Fundacja Ochrony Środowiska Naturalnego http://www.lfosn.org.pl (20.12.2015) Strony internetowe: Biuletyn Urzędu Regulacji Energetyki – listopad 2005 (15.12.2015), BP Statistical Review of Word Energy Junie 2007 (10.12.2015), International Energy Association (10.12.2015), World Energy Outlook 2009 (30.11.2015), http://energetyka.energia.biz.pl/inf/inf/zuzycie_energii_elektrycznej.html (10.10.2015), http://www.tvn24.pl/-1,1617095,0,1,zarowki-energooszczedne-_-gleboko-absurdalna-decyzja,wiadomosc.html (07.12.2015).

Rozdział 6.

Zanieczyszczenia środowiska i zmiany klimatyczne Zanieczyszczenia środowiska to taki stan środowiska, który wynika z wprowadzania do niego substancji lub energii w takich ilościach oraz (lub) składzie, że wpływa to niekorzystnie na przyrodę ożywioną, klimat, glebę, wodę, lub zdrowie i życie samego człowieka. Zasoby środowiska podzielone są z różnych względów pomiędzy ludzi nierównomiernie, nierównomierne jest również ich wykorzystanie, a co za tym idzie tylko 20% ludzi wytwarza aż 80% zanieczyszczeń.

6.1. Zanieczyszczenie powietrza Wyróżniamy zanieczyszczenia powietrza pochodzenia naturalnego, będące - 74 -

wynikiem wybuchów wulkanów, pożarów lasów i stepów, wietrzenia skał oraz rozkładu materii organicznej, pyły organiczne (np. roślinne pyłki, rozpylone cząstki obumarłych organizmów, mikroorganizmy oraz przetrwalniki), a także zanieczyszczenia sztuczne, będące wynikiem działalności człowieka. Są one uzależnione od warunków klimatycznych (klimat chłodniejszy i wilgotniejszy sprzyja utrzymywaniu się zanieczyszczeń w powietrzu) i często są bardzo toksyczne.

6.1.2. Zanieczyszczenie powietrza naturalne Na świecie istnieje ok. 800 czynnych wulkanów, a ich działalność dostarcza do atmosfery głównie siarkowodór, tlenki węgla, tlenki siraki, parę wodną i popioły. Najbardziej aktywny wulkan świata, Etna emituje ok. 26 mln ton CO2 rocznie. Łącznie emisje wulkaniczne szacuje się na ok. 300 mln ton CO2/rok. Duże erupcje są sporadyczne, ale istotnie wpływają na skład atmosfery Ziemi (np. po wybuchu wulkanu Krakatau popioły wzniosły się na wysokość 50 km i krążyły wiele lat w atmosferze, a wybuch wulkanu Eyjafjallajokull na Islandii w 2010 r. sparaliżował na kilka dni transport lotniczy w Europie). Z kolei na Kaukazie wulkany błotne dostarczają znacznych ilości metanu.

Corocznie na świecie notuje się blisko 2000 pożarów terenów zielonych, w wyniku których do atmosfery trafia ogromna ilość tzw. gazów cieplarnianych (głównie CO2), przykładowo w kanadyjskich pożarach na przełomie XX i XXI w. do atmosfery trafiło 45% całkowitej emisji gazów cieplarnianych tego kraju.

6.1.2. Zanieczyszczenie powietrza sztuczne Emisja gazów i innych zanieczyszczeń powietrza, to ich ilość, jaka w określonym czasie produkcji wydalana jest do środowiska, najczęstszymi jednostkami są kilogramy/sekundę, tony/godzinę, mln ton/rok.

Sztuczne zanieczyszczenia powietrza to zanieczyszczenia głównie pyłowe: ze spalania paliw stałych w fabrykach, cementowniach (10-30% wytwarzanego produktu to pyły), z hutnictwa (pyły hutnicze stanowią 8-10% wagi surówki), ze ścierania i transportu materiałów (przykładowo średnio 1 kg pyłu na rok produkuje jedno koło samochodowe). Pyły zachowują się jak ośrodki kondensacji pary wodnej, dlatego też tereny zapylone często obfitują we mgły, - 75 -

Zanieczyszczenia gazowe produkowane są przez energetykę, przy spalaniu paliw, przez fabryki chemiczne, komunikację, paleniska domowe, papierosy (podczas produkcji których zużywanych jest kilkadziesiąt ton liści tytoniowych i bibułek na rok).

Ze spalania paliw kopalnych do środowiska emitowane są takie gazy, jak CO2,

CO, SO2. Tlenki siarki są szczególnie niekorzystne. Przykładowo w wydobytym węglu brunatnym znajduje się 0,5% czystej siarki. SO2 jest toksyczny, w atmosferze utlenia się do SO3 i tworzy z wodą kwas siarkowy (tak powstają kwaśne

deszcze niszczące chlorofil). Spalanie węgla produkuje średnio 8 ton siarki/rok/ km2, przy czym na terenach uprzemysłowionych dużo więcej (np. 800 ton/rok/ km2 na Śląsku). Innym skutkiem emisji siarki jest tzw. kwaśny smog, inaczej mgła przemysłowa lub smog typu londyńskiego. Jest to smog zawierający głównie dwutlenek siarki i dwutlenek węgla (tworzące z mgłą kropelki kwasów) oraz pyły i sadzę.

Inne bardzo szkodliwe zanieczyszczenia to tlenki azotu (NOX), które są silny-

mi utleniaczami, powodującymi również powstawanie kwaśnych deszczy, działają drażniąco na błony śluzowe, a źródłem ich są głównie silniki spalinowe.

6.1.3. Zanieczyszczenie powietrza w Polsce

Ponad 20% powierzchni naszego kraju to region nadmiernie zanieczyszczony (Śląsk, okolice Krakowa, Wrocławia). Największymi trucicielami powietrza jest górnictwo i energetyka, w tym głównie elektrownie i elektrociepłownie. Cementownie emitują CO2 i SO2 oraz bardzo rozdrobnione pyły, między innymi zatykające aparaty szparkowe roślin. Hutnictwo emituje bardzo toksyczne gazy i pyły, zawierające takie pierwiastki jak ołów, arsen, fluor, kadm czy SOX. Przemysł chemiczny to emisja głównie SO2, SO3, CS2, H2S, HCl, H2SO4, F i Cl. Pojazdy mechaniczne w dużych miastach wytwarzają nawet do 40% zanieczyszczeń, głównie są to tlenki azotu, aldehydy, związki siarki i silnie rakotwórczy benzopiren.

Największa emisja pyłów zachodzi na Śląsku, w okolicach Jeleniej Góry, Krakowa, Łodzi, Warszawy, Konina, Bełchatowa; najmniejsza na Pomorzu i w Polsce południowo-wschodniej.

- 76 -

6.2. Zanieczyszczenia gleb Substancje powstające przy intensywnej produkcji, stosowane w rolnictwie nawozy i środki ochrony stwarzają niebezpieczeństwo dla gleb.

Degradacja gleby to pogorszenie jej żyzności (jakości), głównymi źródłami degradacji gleb jest górnictwo, urbanizacja, transport, rolnictwo (niewłaściwe nawozy i melioracja). Przez atmosferę dostają się tu zanieczyszczenia przemysłowe. Substancje chemiczne dostające się do gleby powodują jej zakwaszanie, naruszanie równowagi jonowej oraz koncentrację metali. Wyróżnia się także geomechaniczne formy degradacji, takie jak wykopy (obniżające wody gruntowe do 50 m głębokości w promieniu 10-15 km, podobnie przy wodzie wypompowywanej z kopalni), hałdy, czy zmiana stosunków wodnych. W procesie degradacji następuje tzw. zmęczenie gleby i związane z nim obniżenie produkcji roślinnej.

Dewastacja gleb jest procesem gorszym w skutkach, ponieważ jest to zniszczenie żyzności i zdolności produkcyjnych gleby. Czynnikiem naturalnym doprowadzającym do dewastacji jest erozja. Czynniki antropogeniczne to przede wszystkim przejmowanie gleb na cele „nieleśne”, głównie przemysł, urbanistykę, transport, gospodarkę komunalną i składowiska. W Polsce w latach 1950-83 ubyło 1mln ha użytków rolnych, a w skali świata ubywa 5-7 mln ha/rok, w USA 800 000 tys. ha/rok.

Szczególnym zagrożeniem dla gleb są środki ochrony roślin, głównie pestycydy (fungicydy, herbicydy i insektycydy), które niszczą układ nerwowy małych organizmów, a u dużych organizmów kumulują się, są trwałe i łatwo się przenoszą na kolejne ogniwa łańcucha pokarmowego. Środki stosowane po I wojnie Światowej zawierały dużo rtęci, po II wojnie dużo związków siarki, miedzi i arsenu. Najsłynniejszy środek to DDT stosowany w rolnictwie kilkadziesiąt lat.

Natomiast herbicydy to środki przeciw chwastom.

6.3. Zanieczyszczenia wód Morza i oceany zanieczyszczane są wodami z rzek, opadami z atmosfery, oraz wyciekami z jednostek pływających i platform wiertniczych. Szczególnym problemem są zanieczyszczenia olejowe. W strefie przybrzeżnej oleje oklejają organizmy wodne: skorupiaki, mięczaki, ryby, ptactwo (zwykle zaduszając te zwierzęta), oraz zanieczyszczają plażę. Woda pokryta ropą nie paruje, co zaburza obieg wody.

- 77 -

Najbliższe nam jest Morze Bałtyckie, które jest akwenem dość płytkim, a wąskie cieśniny w których woda mało faluje utrudniają natlenowanie wody. Bałtyk zanieczyszczany jest ściekami płynącymi w rzekach (również w polskich rzekach) . W ciągu roku około 17 tys. ton fosforanów przynoszonych jest tu tą drogą.

Występuje tu stosunkowo duża koncentracja DDT i metali ciężkich dostających się tu z fabryk papieru na wybrzeżach Szwecji. Ścieki są różnorodną mieszaniną wody z zawiesiną i substancjami w niej rozpuszczonymi (głównie gazami). Ze względu na ich źródło ścieki dzielimy na przemysłowe (zanieczyszczenia chemiczne, organiczne pochodzące z cukrowni, mleczarni, gorzelni, zmniejszające ilość tlenu w wodzie, zanieczyszczenie nawozami zawierającymi azotany, zrzuty wód podgrzewanych), komunalne – czyli odpadowa materia organiczna, która rozkładając się pochłania tlen oraz zawiera wielkie ilości bakterii i detergentów.

6.4. Odpady Odpady to wszystkie niespożytkowane produkty bytowej i gospodarczej działalności człowieka. Każdy produkt, który nie jest zagospodarowany staje się odpadem. W Polsce usuwa się rocznie ok. 45 mln m3 odpadów komunalnych.

Najpowszechniejszym sposobem postępowania z nimi jest ich składowanie na wysypiskach, gdzie szkodliwe substancje łatwo dostają się do gleby i wód gruntowych. Średnio w Europie produkcja odpadów komunalnych wynosi 400 kg/rok/ osobę, w Polsce 300 kg/rok/osobę.

Dużą część odpadów to opakowania jednorazowe. Przykładowo w 2002 roku w Krośnie ogólną masę odpadów opakowaniowych oszacowano na poziomie ok.

3,13 tys. ton, z czego największymi udziałowcami są: - opakowania z papieru i tektury 1 125,86 ton, stanowiąc 36% całości, - opakowania ze szkła 1 000,76 ton – 32%, - opakowania z tworzyw sztucznych 573,97 ton – 18%, - opakowania wielomateriałowe 250,19 ton – 8%, - opakowania z blachy 117,74 ton – 4%, - opakowania z aluminium 58,87 ton – 2%.

Szczególną trwałością odznaczają się plastikowe odpady. Od 1950 roku - 78 -

produkcja i zużycie tworzyw sztucznych na świecie wzrasta średnio o 9% rocznie (z 1,5 mln ton w 1950 roku do 245 mln ton w 2008 roku). W 2008 roku wyprodukowano w Polsce około 1,33 mln ton odpadów plastikowych, z czego około 85% wysyłana jest na składowiska.

Wartą uwagi grupą odpadów są tzw. elektrośmieci, czyli zużyty i przestarzały sprzęt elektryczny i elektroniczny. Elektrośmieci zawierają trujące substancje przenikające do gleby, wód i powietrza, takie jak rtęć, ołów, związki bromu, chrom, kadm, nikiel, PCB, freon czy azbest.

6.5. Eutrofizacja wód Eutrofizacja wód jest procesem naturalnym, ale może dochodzić do niej również na skutek antropopresji (tzw. eutrofizacja cywilizacyjna – zwykle gwałtowniejsza i niosąca poważniejsze konsekwencje). Oznacza wzrost żyzności (inaczej trofii) zbiornika i polega na zwiększeniu ładunku substancji odżywczych w zbiorniku (przede wszystkim azotu i fosforu w formach łatwo przyswajalnych dla producentów), ze względu na ryzyko wystąpienia eutrofizacji, ładunki substancji docierających do zbiornika możemy podzielić na: - dopuszczalne – czyli takie, które zbiornik jest w stanie „zneutralizować” (umiarkowany dopływ substancji użyźniających do zbiornika nie powoduje wzrostu trofii, a część tych substancji jest stale deponowana w osadach dennych), - niebezpieczne – ilość wywołująca eutrofizację.

Stężenia pierwiastków uruchamiające proces eutrofizacji: - fosfor – przy 15 mikrogramach na litr wody następują zakwity glonów, a stężenie to może dochodzić nawet do 100 mikrogramów na litr, - azot – przy dwukrotnie wyższym poziomie, przy czym może dochodzić do 6 mg na litr.

Czynnikiem sprzyjającym eutrofizacji są zrzuty wód podgrzewanych np. z elektrowni atomowych, prowadzące do zmniejszenia ilości tlenu w wodzie.

Wskaźnikiem obrazującym zmniejszającą się ilość tlenu w wodzie jest tzw.

BZT5 czyli biologiczne zapotrzebowanie na tlen (danej próbki wody mierzone po 5 dobach) – im jest wyższe, tym bardziej zanieczyszczony jest zbiornik.

Przykładowo w ściekach komunalnych średnio (w mg/litr): BZT5 ok. 200, fosfor 4-12, azot 25-50.

- 79 -

Eutrofizacja powoduje kolejno masowe zakwity glonów, w tym głównie sinic, zmianę przejrzystości i zmniejszenie ilości światła wpadającego do zbiornika, ustępowanie makrofitów (dużych roślin), wyginięcie mięczaków i bezkręgowców, ustępowanie ryb, deficyty tlenu, uwalnianie siarkowodoru, i wzrost toksyczności wód ze względu na toksyny wydzielane przez sinice. W wodzie mogą pojawić się mikroorganizmy chorobotwórcze, będące przyczyną epidemii czerwonki lub duru brzusznego.

Sinice asymilują nieorganiczny węgiel w mniejszych stężeniach niż potrzebne dla innych glonów. Zakwity sinic najczęściej z rodzajów: Anabaena, Anabaenopsis, Aphanizomenon, Coelosphaerium, Gomphosphaeria, Microcystis, Oscillatoria i Spirulina, oprócz tego zielenice chlorokokowe oraz eugleniny pojawiają się zwykle późnym latem. Główne toksyny powstające podczas eutrofizacji to hepatotoksyny (mikrocystyny, nodularyna) i neurotoksyny (anatoksyna, afanotoksyna). W zbiornikach bardzo przeżyźnionych oprócz dopływu składników odżywczych z zewnątrz następuje również nawożenie wewnętrzne, polegające na uwalnianiu fosforu z osadów dennych (w warunkach beztlenowych). Ochroną przed eutrofizacją są rośliny błotne, wynurzone ponad powierzchnią wody – wychwytują spływające do zbiornika sole.

6.6. Hałas Hałas to wszelkie niepożądane, uciążliwe lub szkodliwe dźwięki oddziałujące na narząd słuchu i inne zmysły oraz części organizmu człowieka. Jednostką natężenie dźwięku jest decybel (dB), natomiast częstotliwość drgań fal dźwiękowych podaje się w hercach (Hz).

Ze względu na zakres częstotliwości rozróżnia się hałas infradźwiękowy, o składowych o częstotliwościach od 1 do 20 Hz, słyszalny, w którego widmie występują składowe o częstotliwościach od ok. 16 do 16000 Hz, ultradźwiękowy, w którego widmie występują składowe o wysokich częstotliwościach – od 10 do 40 kHz. Jednym z najpowszechniejszych i najbardziej uciążliwych źródeł hałasu jest hałas komunikacyjny, szczególnie w środowisku zurbanizowanym. Podstawowymi problemami związanymi z hałasem komunikacyjnym są konieczność istnienia rozbudowanej sieci transportu (zarówno ludzi, jak i towarów) i docieranie - 80 -

komunikacji niemal wszędzie, nawet w sąsiedztwo obszarów, które od hałasu powinny być chronione.

Hałas przemysłowy – szkodliwe działanie hałasu występuje przede wszystkim w zakładach przemysłu ciężkiego, maszynowego, lekkiego, budowlanego i chemicznego. Wg norm poziom ekspozycji dziennej (8h) nie powinien przekraczać 85 dB. Największa liczba osób zagrożonych nadmiernym hałasem w Polsce pracuje na obszarze Górnego Śląska (około 11,3%). Odsetek przypadków zawodowego upośledzenia słuchu przekracza na tym terenie 13% w stosunku do reszty kraju.

Więcej niż 25% mieszkańców jest narażonych na ponadnormatywny hałas komunalny w mieszkaniach, występujący wskutek stosowania oszczędnych materiałów i konstrukcji budowlanych. Ponadto hałas wewnątrzosiedlowy jest spowodowany przez pracę silników samochodowych, wywożenie śmieci, dostawy do sklepów, pracę zakładów usługowych, remonty i budowy w okolicy, oraz głośną muzykę. Do tych hałasów dołącza się niejednokrotnie bardzo uciążliwy hałas wewnątrz budynku – spowodowany jest wadliwym funkcjonowaniem instalacji wodno-kanalizacyjnych, centralnego ogrzewania, dźwigów, hydroforów i zsypów. Według polskiej normy, poziom hałasu pochodzący od instalacji i urządzeń budynku może wynosić w ciągu dnia maksymalnie 30-40 dB, natomiast nocą 25-30 dB. Bezpośrednimi skutkami hałasu na organizm człowieka może być rozstrój systemu nerwowego oraz immunologicznego, nadciśnienie tętnicze i zwiększona liczby zawałów serca (przy natężeniu 60-75 dB, będącym normą akustyczną w polskich miastach występują anomalia w postaci niezauważalnych zmian akcji serca, ciśnienia krwi czy rytmu oddychania), wzrost wydzielania adrenaliny, osłabienie i ubytek słuchu aż do mechanicznego uszkodzenia słuchu (od 90 dB).

Powyższe zjawiska mogą prowadzić do trudności lub braku koncentracji, niskiej wydajności w pracy, wzrostu apatii oraz agresji, zaburzeń pracy żołądka, wrzodów żołądka, zakłóceń snu, bezsenności i przemęczenia organizmu (już przy 55 dB).

W związku z powyższym może mieć to również ujemny wpływ na kształtowanie się i rozwój umysłowy dzieci, może powodować przedwczesne starzenie się (nawet o 8-12 lat). Hałas na poziomie 130-160 dB (np. wybuch petardy) jest dla człowieka granicą bólu.

Ponadto skutkiem jest przede wszystkim utrata przez środowisko naturalne - 81 -

istotnej wartości, jaką jest cisza, a przez to zmniejszeniu (lub utracie) wartości ulegają tereny rekreacyjne lub lecznicze. Dochodzi do zmian zachowań ptaków i innych zwierząt (stany lękowe, zmiana siedlisk, zmniejszenie liczby składanych jaj, spadek mleczności zwierząt itp.).

6.7. Zanieczyszczenie krajobrazu Zanieczyszczenie krajobrazu polega na zmniejszeniu wartości estetycznych otoczenia wskutek ingerencji człowieka, powodowane m.in. przez skomasowanie kompleksów przemysłowych, powstawanie hałd, wyrobisk i wysypisk śmieci, powstawanie gett dla biednej ludności, duże zagęszczenie budynków mieszkalnych ze zmniejszającą się ilością pasów zieleni, zabudowania niedopasowane do krajobrazu i tradycji danego regionu.

6.8. Sztuczne światło Nadmierne oświetlenie miast myli ptaki wędrowne, kierujące się często w swoich wędrówkach zachodzącym słońcem i konstelacjami gwiazd. Ptaki zwabione sztucznym światłem zbaczają z kursu, a nierzadko giną w kolizji z budynkami. Szacunkowo każdego roku ginie z tego powodu ponad 970 mln osobników. Świeżo wyklute żółwie oceaniczne podążają do światła na plaży, giną masowo pod kołami samochodów na drogach oświetlonych przez uliczne latarnie, wabią je światła domów, pojazdów i portów, idąc w zupełnie inną stronę niż powinny, są łatwą zdobyczą dla ptaków i krabów.

6.9. Promieniowanie jonizujące Promieniowanie jonizujące to fale elektromagnetyczne lub cząstki materialne, przede wszystkim zalicza się tu promieniowanie X, gamma, korpuskularne (typu alfa, beta i neutrony). Jednostkami promieniowania są kulomby na kilogram lub rentgeny.

W przyrodzie promieniowanie bierze się z dwóch źródeł: - naturalnego, np. promieniowanie kosmiczne czy otoczenia (pochodzące od naturalnych izotopów) – produkujące tzw. naturalną promieniotwórczość.

- sztucznego, w tym promieniowanie rentgenowskie, pochodzące z elektrowni atomowych, używane w medycynie nuklearnej lub podczas wojny z użyciem broni atomowej.

- 82 -

6.10. Skażenie promieniotwórcze Skażenie promieniotwórcze to znaczny wzrost aktywności promieniotwórczej przedmiotów, organizmów żywych, budynków i całych obszarów powyżej naturalnego poziomu aktywności promieniotwórczej. Źródłami skażeń są niewłaściwie składowane materiały radioaktywne, wycieki promieniotwórcze z instalacji jądrowych (zwykle substancji chłodzącej reaktor), emisja radioaktywnych gazów na skutek przegrzania stosu (lub wybuchu) w elektrowni jądrowej, opady substancji promieniotwórczych z obłoku wybuchu jądrowego po wybuchu bomby jądrowej.

Skutki skażenia to przede wszystkim zatrucie wszystkich organizmów występujących na obszarze opadu (które umierają, ciężko chorują lub same stają się źródłem promieniowania), nieodwracalne zatrucie wody, gleby i powietrza. Czas skażenia promieniotwórczego zależy od trwałości (czasu połowicznego rozpadu) pierwiastków promieniotwórczych wchodzących w skład opadu oraz rodzaju emitowanego przez nie promieniowania.

Najgłośniejszą katastrofą w dziejach była awaria elektrowni w Czarnobylu na Ukrainie (1986 r.). Do atmosfery dostało się 190 ton radioaktywnych odpadów, a skażony został obszar o rozmiarach od 125 do 146 tys. km2. Chmura radioaktywnego pyłu dotarła do połowy Europy (w tym do Polski), kilkadziesiąt tysięcy osób zmarło na skutek zachorowań w wyniku napromieniowania.

Inne znane katastrofy to: Fukushima, Japonia (2011 r.), Radzieckie zakłady Majak (byłe ZSRR, 1957 r.), Tokaimura w Japonii (1999 t.), Tomsk-7, Rosja (1993 r.), Goiânii, Brazylia (1987 r.), Three Mile Island w Pensylwanii (1979 r.), Atomic City w stanie Idaho (1961 r.), Windscale w Wielkiej Brytanii (1958 r.), Elektrownia „Mihama”, Japonia (2004 r.).

6.11. Efekt cieplarniany i dziura ozonowa Gazy pochodzące ze spalania paliw kopalnych to emisja wielu milionów ton substancji mogących zaburzyć równowagę naszej planety i rzeczywiście, w ostatnich dziesięcioleciach dużo mówi się o dwóch globalnych problemach związanych z naszą atmosferą, którymi są globalne ocieplenie i dziura ozonowa.

Efekt cieplarniany to naturalny proces zatrzymywania na Ziemi części ciepła docierającego ze Słońca. Efekt cieplarniany poprzez swój wpływ na temperaturę - 83 -

jest procesem warunkującym życie na Ziemi. Na podstawie odległości naszej planety od Słońca średnia temperatura powinna być o około 33 stopnie niższa niż jest obecnie i wynosić zamiast 15°C około -17°C. Gazy atmosferyczne powodujące efekt cieplarniany to gazy cieplarniane. Znanych jest ponad 30 gazów cieplarnianych, z czego najważniejsze z nich to woda w postaci pary wodnej (jej ilość w stosunku do wszystkich gazów to 96%), dwutlenek wegla (około 2,44%), metan, ozon, tlenki azotu, oraz całkowicie sztuczne dla środowiska związki syntetyczne – freony i halony, głównie chlorofluorowęglowodory (CFC, HCFC), fluorowęglowodory (HFC), perfluorowęglowodory (PFC) i sześciofluorek siarki (SF6).

Największy udział w powodowaniu efektu cieplarnianego mają dwutlenek węgla i metan. Miarą wpływu gazów cieplarnianych na efekt cieplarniany jest tzw. potencjał tworzenia efektu cieplarnianego (GWP). Jest to wskaźnik odniesiony do dwutlenku węgla w określonym przedziale czasowym, zazwyczaj 100 lat, GWP100 dla najważniejszych gazów cieplarnianych to: CO2 = 1, CH4 = 23, N2O = 296, SF6 = 22200 Wiele gazów znanych jako cieplarniane emitowanych jest do środowiska przez człowieka, co może mieć wpływ na proces efektu cieplarnianego.

Globalne ocieplenie to wzrost temperatury na Ziemi wynikające z zatrzymywania ciepła przez gazy cieplarniane, a wynika z nasilenia efektu cieplarnianego.

Nasilenie efektu cieplarnianego wskutek nadmiernej koncentracji gazów cieplarnianych jest spowodowane m.in. przez działalność człowieka. Paliwa kopane przez miliony lat spoczywały w stanie nienaruszonym w litosferze, aż po ostatnie stulecia, kiedy człowiek zaczął je masowo wydobywać i spalać emitując gazy do atmosfery.

Uważa się, że efekt cieplarniany wzrasta w wyniku zmiany stężenia wspomnianych już podstawowych gazów, z czego największy udział w globalnym ociepleniu mają CO2 (64%), CH4 (19%), N2O (6%) i CFC12 (6%), reszta stanowi 5%.

Nadmierną emisję CO2 wskutek działalności człowieka powodują przemysł i transport, deforestacja, gnicie odpadów pochodzących z hodowli i rolnictwa. Łącznie w wyniku działalności ludzkiej do atmosfery uwalnianego jest rocznie 6,5×109 ton węgla, a przyrost stężenia (rozregulowanie naturalnego stanu) zachodzi na poziomie 2,9×109 ton.

- 84 -

Warto pamiętać, że działalność człowieka tylko rozregulowuje poziom CO2 w atmosferze, a główną rolę odgrywają tu naturalne procesy. W wyniku naturalnego oddychania organizmów na Ziemi do atmosfery dostaje się w ciągu roku aż 100×109 ton węgla. Rocznie do atmosfery uwalnianych jest 65-319 mln ton CO2 podczas erupcji wulkanów na całym Świecie. Duża część nadmiaru CO2 rozpuszczana jest w oceanach, ale również zbiorowiska lądowe pochłaniają znaczne ilości tego gazu. Zwiększone stężenie CO2 może wzmagać tempo fotosyntezy, a więc i wzrost u roślin.

W warunkach naturalnych metan produkowany jest masowo przez metanogeny, czyli bakterie biorące udział m.in. w beztlenowym rozkładzie pokarmów roślinnych. Spory udział w produkcji metanu mają również procesy glebowe i ekosystemy sezonowo podmokłe. Wzrost stężenia metanu w wyniku działalności człowieka ma swoje źródło głównie w przemyśle wydobywczym (z kopalni), od roślinożerców (hodowla, głównie bydła), z upraw (przede wszystkim plantacji ryżu), podczas procesów rozkładu na wysypiskach śmieci i w oczyszczalniach ścieków. Średni czas trwania cząsteczki metanu w atmosferze to około 11,4 lat.

W ciągu ostatniego stulecia temperatura powietrza wzrosła (zależnie od miejsca) o 0,4-0,7 °C. Istnieje obawa, że powszechnie występujące, ale nadmiernie emitowane zanieczyszczenia antropogeniczne mogą spowodować globalny wzrost temperatur.

Skutkami globalnego ocieplenia są (i najprawdopodobniej będą) wzrost średniej temperatury powietrza, topnienie lodowców, podniesienie się poziomu mórz i oceanów, zalewanie wielu obszarów kontynentalnych, przesunięcie stref klimatycznych ku biegunom i związane z nimi zwiększenie opadów, zmiany cyrkulacji prądów powietrznych, wyginięcie wielu gatunków roślin i zwierząt, zwiększenie liczby chorób związanych z gorącym klimatem. Nasilać się będą klęski żywiołowe, takie jak huragany, cyklony, tornada, powodzie, susze czy lawiny.

W latach 30. ubiegłego wieku serbski astronom i geofizyk Milutin Milanković badał zależności między orbitą ziemską a zmianami klimatycznymi, stosował on metody matematyczne do rekonstrukcji warunków klimatycznych panujących dawniej na Ziemi. Zgodnie z hipotezą Milankovića warunki środowiskowe ulegają cyklicznym zmianom i oscylacjom o dużym znaczeniu dla życia. Zmiany orbity Ziemi mogą powodować zmiany średniej temperatury miesięcznej w różnych - 85 -

rejonach do kilkunastu stopni Celsjusza. Wahania temperatur prowadzą do powstawaniu w historii Ziemi okresów cieplejszych i chłodniejszych (w tym zlodowaceń, tzw. okresów glacjalnych), co potwierdzają dane paleoklimatyczne. Zaobserwowane zmiany orbity Ziemi powinny doprowadzić do kolejnego zlodowacenia, a średnia temperatura powinna zacząć w najbliższych tysiącleciach spadać.

Dziura ozonowa Ozon (O3) jest odmianą allotropową tlenu, jego cząsteczka składa się z 3 ato-

mów tlenu, przy czym jeden atom tlenu trzymany jest w ozonie przez słabsze wiązanie jonowe, w związku z czym cząsteczka ozonu zawsze jest skłonna do odłączenia go (co decyduje o dużej reaktywności ozonu). Jest gazem bezbarwnym, którego ciężar właściwy jest 1,66x większy od powietrza i 1,5x od tlenu. Ozon jest silnym środkiem utleniającym (silniejszym od tlenu), utlenia nawet rtęć, srebro oraz niemetale. W reakcjach utleniających ozon rozkłada się do cząsteczki tlenu oraz tlenu atomowego (który jest najbardziej reaktywny).

Ozon występuje w przyziemnej warstwie atmosfery (troposferze) i stratosferze na wysokości 10-50 km (maksymalne stężenie na wysokości około 23 km), gdzie tworzy warstwę zwaną ozonosferą. Tam znajduje się 90% tego gazu (po sprasowaniu ozonu stratosferycznego powstałaby warstwa o grubości 2-3 mm).

Ozon został odkryty w 1785 roku przez Van Marum z Haarlem, a w 1840 Schonbein z Bazylei nadał mu nazwę, natomiast Gordon Dobson wprowadził metody pomiarów ozonu (jednostką jest Dobson – DU, czyli warstwa 10 μm w standardowych warunkach ciśnienia i temperatury). Reakcje syntezy i rozpadu ozonu zbadał w 1930 roku Sidney Chapman.

Ozon powstaje przy wyładowaniach elektrycznych, np. orzeźwiający zapach powietrza po burzy to ozon. Synteza ozonu przebiega w dwóch etapach: rozpad tlenu cząsteczkowego wskutek dostarczenia energii fotonów światła słonecznego uwalnia tlen atomowy, tlen atomowy z cząsteczkowym tworzą cząsteczki ozonu.

Reakcja powstawania ozonu z tlenu jest procesem endotermicznym, a jego rozpad reakcją egzotermiczną, podczas której uwalnia się dokładnie tyle samo energii. Najwięcej ozonu tworzy się w okolicach równika (powyżej 450 Dobsonów), skąd transportowany jest do wyższych szerokości geograficznych (w naszej szerokości najwięcej ozonu znajduje się w czasie wiosny).

- 86 -

Ozonosfera jest potrzebna do życia Dopóki nie rozwinęła się stratosferyczna warstwa ozonu ewolucja życia na lądzie była niemożliwa ponieważ promieniowanie nadfioletowe zaburza replikację DNA, powodując spadek rozrodczości i śmierć wielu organizmów. Do pewnego momentu ewolucja życia następowała głównie w wodach, ponieważ rolę tarczy odgrywa tu tafla wody odbijająca znaczną część promieniowania UV. Wiele organizmów może obywać się bez tlenu, więc głównym czynnikiem sprawiającym, że życie opuściło oceany i opanowało lądy była obecność ozonu. Ozon absorbuje ponad 99% promieniowania UVC, około połowy UVB i dość mało najmniej szkodliwego UVA (UVA: 400-320 nm, UVB: 320-280 nm, UVC: 280-200 nm, UV próżniowe: < 200 nm), które jest szkodliwe dla ludzi gdyż wywołuje mutacje prowadzące do powstawania komórek nowotworowych, szczególnie raka skóry, przyspiesza procesy starzenia się skóry, osłabia system immunologiczny, powoduje choroby oczu (od podrażnienia spojówek do zaćmy).

Ozon stratosferyczny stał się zbawiennym czynnikiem dla wszystkich organizmów, natomiast troposferyczny jest niepożądanym szkodliwym czynnikiem: - powstaje podczas tzw. smogu fotochemicznego, najdotkliwiej jego działanie odczuwają duże miasta o niewielkiej ilości opadów i osłonięte przed wiatrami (jak np. Los Angeles czy Meksyk). Rozróżniamy smog fotochemiczny letni (typu „Los Angeles”) i zimowy kwaśny (typu „Londyńskiego”). Ozon stratosferyczny podlega dobowym wahaniom (najwięcej jest go około południa) oraz sezonowym wahaniom (po zimie następuje wzrost jego stężenia).

Ozon stratosferyczny działa przede wszystkim szkodliwie na rośliny powodując uszkodzenia aparatu asymilacyjnego spodu liścia w okolicach aparatu szparkowego i niszczy miękisz palisadowy.

Dziura ozonowa to ubytek ozonu stratosferycznego związany z przekształceniami cząsteczek ozonu do cząsteczek tlenu pod wpływem reakcji fotochemicznych. Proces ten związany jest z działaniem freonów uwalnianych przez człowieka oraz z naturalnymi procesami zachodzącymi w obrębie atmosfery.

Chlorofluoroalkany (CFC, zwane freonami) niszczą ozon stratosferyczny. Freony zawierają atomy chloru, fluoru i bromu, charakteryzują się znaczną prężnością pary w niskich temperaturach i wysokim ciepłem parowania. Charakteryzuje - 87 -

je niski stopień palności i niska skłonność do wchodzenia w reakcje, używane były w produkcji urządzeń chłodzących i klimatyzacyjnych oraz do produkcji dezodorantów i kosmetyków. Szacuje się, że w atmosferze znajduje się około 20 mln ton freonów. Halony są pochodnymi fluorowcowymi metanu i etenu. Są to nietoksyczne gazy lub ciecze, używane były m.in. do produkcji gaśnic halonowych. Freony rozpadają się uwalniając atomy chloru wchodzące w reakcję z ozonem, a produkty tego rozpadu również mogą wchodzić w reakcję z ozonem. Proces ten ma charakter kaskadowy, reakcje te przebiegają aż do całkowitego wyczerpania się cząsteczek ozonu lub do momentu usunięcia chloru wskutek innych reakcji. Reakcje niszczenia ozonu przebiegają szybciej niż jego powstawania.

CFC mogą unosić się ku stratosferze i tam powodować rozkład ozonu. Freony, halony i tlenki azotu z wielkoskalowymi prądami powietrznymi (wiatrami stratosferycznymi) roznoszone są po całej kuli ziemskiej. Kiedy nad Antarktydą zapada noc polarna tworzy się trwający pół roku wir, w którym powietrze krąży wokół bieguna południowego. Gazy niszczące ozon przetrwają głównie w niskiej temperaturze, stąd dziura ozonowa tworzy się tam, gdzie temperatura spada do niskich wartości. Biegun południowy otrzymuje w porównaniu z innymi miejscami na ziemi najmniejszą ilość promieniowania, a zimna woda w stratosferze występuje tam w postaci kryształków lodu. Po kilku miesiącach ciemności wschodzące słońce ogrzewa zimne powietrze, lodowe chmury odmarzają, uwalniany jest ozon, CFC i następuje gwałtowne niszczenie tego pierwszego.

W 1971 roku prof. Sherwood Rowland i dr Mario Molina jako pierwsi zauważyli oraz udowodnili niszczący wpływ freonów na warstwę ozonową. W 1982 roku dr Joe Farman odkrył na Antarktydzie Zachodniej całkowity zanik ozonu w dolnych warstwach atmosfery. W latach 1987-92 całkowita zawartość ozonu stratosferycznego zmniejszyła się o ponad 50%.

W październiku 1993 roku tarcza ozonowa była cieńsza o 70% w porównaniu ze stanem naturalnym (około 96 DU, kiedy w okolicy zwrotników zawartość ozonu utrzymywała się na poziomie 400 DU). W kwietniu następnego roku odkryto również ubytki warstwy ozonowej nad Arktyką (około 10-20%), natomiast dziura południowa zmniejszyła się do około 240 DU.

- 88 -

Średnie roczne tempo spadku zawartości ozonu zawiera się w wartościach poniżej 0,2% w okolicach równika i 0,4-0,8% na umiarkowanych szerokościach.

Od czasów rekordowo niskiego poziomu ozonu w późnych latach 90. jego ilość wzrosła o 15%. Ostatni szczyt wielkości dziura ozonowa nad Antarktydą osiągnęła 12 września 2011 roku, jej powierzchnia wyniosła wtedy 26 mln km2 i była mniejsza w porównaniu z ostatnimi latami. Poza tym z 5% na 3% rocznie obserwuje się spadek wzrostu stężenia freonów w atmosferze (od 1990 roku), a dzieje się tak wskutek ograniczenia emisji tych gazów. Niemniej jednak odbudowanie warstwy ozonowej nie jest łatwe i mimo wszystko ilość ozonu w stratosferze dalej spada. Jeśli tempo jego ubywania nie ulegnie zmniejszeniu, do 2050 roku stracimy kolejne 10% tarczy ozonowej nawet jeżeli ozonu będzie przybywało.

W ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat niemożliwe jest odbudowanie warstwy ozonu, nawet do grubości sprzed 20 lat. Według planów ONZ warstwa ozonu powinna zostać odnowiona najwcześniej do lat 60. XXI wieku.

Bibliografia Czeskin M. Człowiek i hałas. PWN, Warszawa, 1986.

Hare T. Recykling. Warszawa, Alma-Press, 1991. Łabno G. Ekologia – słownik encyklopedyczny. Europa, Wrocław, 2006.

Koszarny Z. Wpływ hałasu na zdrowie człowieka. Ekopartner, 1999.

Mackenzie A. A.S.Ball, S.R.Virdee. Ekologia – krótkie wykłady. PWN, Warszawa, 2000.

Sołtys Z. Chemia nieorganiczna. Wydaw. Szkolne i Pedagogiczne Warszawa, 1980.

Weiner J. Życie i ewolucja biosfery. PWN, Warszawa, 2012.

Strony internetowe: www.thedailygreen.com (12.12.2015) www.ogienwlesie.lasy.gov.pl (14.12.2015) www.wulkany.ovh.org (18.12.2015) www.recykling.pl/recykling/index/r/odpady/266/o/19 (19.12.2015) www. ekoproblemy.2ap.pl/ozon.htm (11.12.2015) www.zmianynaziemi.pl/wideo/rosnie-ubytek-ozonu-nad-antarktyda (15.11.2015)

- 89 -

Rozdział 7.

Ekotoksykologia i epidemiologia w kontekście zanieczyszczeń środowiska.

Ekotoksykologia jest nauką o oddziaływaniu substancji toksycznych na organizmy żywe i konsekwencjach tych oddziaływań, ujawniających się również na poziomach organizacji wyższych niż pojedynczy organizm. Innymi słowy przedmiotem badań tej nauki jest wpływ ksenobiotyków na biotyczne składowe ekosystemów. Ekotoksykologia zajmuje się głównie zanieczyszczeniami środowiska w wyniku działalności człowieka (zagadnienia transferu zanieczyszczeń w sieciach troficznych i udziałem zanieczyszczeń w obiegach biogeochemicznych, a także wpływu zanieczyszczeń na dostosowanie oraz ewolucję odporności).

Każdy osobnik ma właściwy dla siebie zakres tolerancji względem wszystkich czynników środowiskowych (nawet czynniki niezbędne do życia, takie jak mikroelementy mają określone wartości minimalne i maksymalne, w zakresie których osobnik może żyć). Czynniki takie, jak ksenobiotyki mogą nie przeszkadzać w niewielkich ilościach, ale stają się toksyczne powyżej pewnej wartości progowej.

W organiźmie toksyna może zostać usunięta przez układ wydalania lub zdeaktywowana przez metabolizm. Może też nieodwracalnie zdeaktywować pewne enzymy (odzyskanie zdrowia jest wtedy możliwe tylko poprzez syntezę zniszczonego enzymu). Reakcja organizmu może zależeć od dawki ksenobiotyku (zależność dawka-reakcja).

Trucizny wnikają do organizmu zasadniczo trzema drogami: - poprzez wdychanie drogami układu oddechowego, − przez wnikanie przez układ pokarmowy, − przez skórę.

Droga i działanie trucizny w układzie pokarmowym zależy od jej powinowactwa do wody. Trucizny rozpuszczalne w wodzie (hydrofilowe) są wydalane w pierwotnej postaci (bez metabolizmu), a rozpuszczalne w tłuszczach (lipofilowe) są usuwane pod wpływem soków trawiennych lub mogą podlegać metabolizowaniu. Kwasy i zasady organiczne są absorbowane jedynie w formie niezdysocjowanej na drodze dyfuzji pasywnej.

- 90 -

Toksyczność to działanie substancji toksycznej polegające na zahamowaniu lub zmianie przebiegu naturalnych procesów biochemicznych zachodzących w organizmie lub inaczej jest to zachwianie homeostazy (obniżenie „sprawności” organizmu) np. poprzez obniżenie płodności, skrócenie czasu trwania życia, wzrost wrażliwości na patogeny, spadek wydajności w zdobywaniu zasobów, unikaniu drapieżników itp.

Ważnymi cechami decydującymi o zróżnicowanej toksyczności jest stosunek powierzchni do masy ciała organizmu (np. w przypadku działania insektycydów), szybkość wchłaniania ksenobiotyku (np. wchłanianie DDT przez skórę), układy metabolizujące ksenobiotyki zróżnicowanie przemian metabolicznych oraz aktywności enzymatycznej (różne szlaki metaboliczne a w nich różne enzymy np. reduktazy kwasu dihydrofoliowego).

7.1. Główne grupy substancji toksycznych i ich działanie Substancje toksyczne dzielimy na pierwiastki chemiczne – głównie metale (np. Zn, Cu, Pb, Cd); nieorganiczne związki chemiczne – np. tlenek węgla, azotany i azotyny, gazy (SO2, NOX); detergenty (np. zeolit A, poliwęglany, nadborany); organiczne związki chemiczne; pestycydy (fungicydy, herbicydy, insektycydy); polichlorowanebifenyle (PCB) i inne organohalogenki; wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA); dioksyny i furany.

Toksyczność jonów metali na przykładzie kadmu Kadm jest szeroko stosowany w przemyśle, głównie jako zabezpieczenie antykorozyjne, w produkcji akumulatorów, w reaktorach jądrowych. Różne zastosowanie znajduje również chlorek i siarczan kadmu (błony filmowe, barwniki i tworzywa sztuczne). Źródłem narażenia na związki kadmu jest pożywienie i woda w okolicach zakładów przemysłowych, w samych zakładach kadm w postaci aerozolu, z którego około 19% wchłanianych jest w płucach, a poniżej 10% w przewodzie pokarmowym.

Kadm wchodzi w interakcje z receptorami sygnałowymi, białkami kanałowymi, kinazami i fosfatazami, wpływa na ekspresję genów oraz powoduje zaburzenia chromosomowe i uszkodzenia DNA, powoduje zaburzenia mitochondriów, uszkodzenia błon komórkowych i nekrozy, wywołuje stres oksydacyjny, zaburza - 91 -

homeostazę metali i metabolizm glutationu (GSH). Kadm gromadzi się w wątrobie, nerkach, trzustce, jelitach, gruczołach i płucach. Działa rakotwórczo, teratogennie i embriotoksycznie (nieprawidłowości w rozwoju psychofizycznym potomstwa, takie jak wodogłowie, przepuklina mózgowa, zanik kości i narządów).

Toksyczność związków nieorganicznych Tlenek węgla (może być produkowany m.in. przez piecyki gazowe) ma 200 razy większe powinowactwo do hemoglobiny niż tlen. Przy niskim stężeniu CO pojawiają się zawroty głowy, nudności, niepokój i pobudzenie psychoruchowe (niedotlenienie centralnego układu nerwowego). Przy wyższym stężeniu (powyżej 15-20%) pojawiają się objawy związane z obrzękiem mózgu, kwasica metaboliczna, a w efekcie zgon.

Azotany i azotyny powodują utlenianie hemoglobiny do methemoglobiny.

Są prekursorami mutagennych i kancerogennych nitrozwiązków.

Zanieczyszczenia gazowe atmosfery SO2, NOX, O3 powodują uszkodzenia ko-

mórek epidermy u roślin, upośledzenie procesów fotosyntezy, transpiracji i respiracji, zaburzenia funkcji oddechowych, zwiększenie liczby białych ciałek krwi, uszkodzenia erytrocytów, hamowanie aktywności niektórych enzymów, tworzenie wolnych rodników (powodujących uszkodzenia DNA). Detergenty natomiast rozpuszczają warstwę lipidową błon komórkowych.

Pestycydy organiczne Pestycydy to substancje syntetyczne lub naturalne, stosowane do zwalczania szkodników lub organizmów niepożądanych. Są stosowane powszechnie na świecie, ze względu na co cała ludzkość jest narażona na przewlekłe zatrucie nimi. Ich największe wady to brak wybiórczości (zabijają wszystkie organizmy na danym terenie, również pożyteczne), łatwe przenoszenie przez wiatr na inne obszary i do wody, kumulacja w środowisku, toksyczność (są kancerogenne, neurotoksyczne, zaburzają gospodarkę hormonalną, w dużych dawkach doprowadzają do ostrych zatruć a nawet śmierci). Pestycydy dzielimy na zoocydy (ok. 10% stosowanych pestycydów), w tym insektycydy (przeciwko owadom), molluskocydy i limacydy (pprzeciw ślimakom), nematocydy (przeciw nicieniom), akarycydy (przeciw roztoczom), rodentycydy (przeciw gryzoniom), herbicydy (ok. 60% stosowanych pestycydów) czyli środki chwastobójcze, fungicydy (ok. 20% stosowanych - 92 -

pestycydów) mające działanie grzybobójcze, regulatory wzrostu roślin, defolianty (powodują zrzucanie liści), defloranty (usuwają kwiaty), desykanty (śrdoki wysuszające), baktericydy czyli środki przeciwbakteryjne.

W historii jednym z najbardziej znanych pestycydów jest DDT, który jest bardzo skutecznym insektycydem, jednak bardzo trwały i na długo kumuluje się w środowisku. Wpływa niekorzystnie m.in. na gospodarkę hormonalną zwierząt, zmniejsza grubość skorupki jaj ptaków (przez co przyczynił się do znacznego osłabienia wielu populacji ptaków). Przy dużych dawkach prowadzi do ostrych zatruć.

Inne organiczne substancje toksyczne PCB – polichlorowane bifenyle stosowane w przemyśle elektrotechnicznym, posiadają silne własności rakotwórcze, wywołują choroby układów immunologicznego i nerwowego, uszkodzenia wątroby, bezpłodność, a także uszkodzenie płodu u kobiet w ciąży.

Dioksyny i furany powstają przy spalaniu związków zawierających chlor, m.in. podczas spalania odpadów, posiadają silne właściwości kancerogenne i mutagenne, powoli, ale skutecznie uszkadzają wszystkie żywe komórki organizmu, szczególnie komórki dzielące się. Są bardzo dobrze rozpuszczalne w tłuszczach, dlatego głównym źródłem intoksykacji jest pożywienie (w tym mleko matki).

Charakterystyczna alergia skórna wywołana skażeniem dioksynami nazywa się chlorakne.

Substancje prokancerogenne - - - - - - -

Toksyny prokancerogenne to inaczej związki rakotwórcze, przykładami są: 2-naftyloamina (stosowana w produkcji barwników), acetyloaminofluoren (insektycyd), dichloroetan (rozpuszczalnik, produkt odpadowy przy produkcji chlorku winylu), dibromoetan (dodatek do benzyn, insektycyd), chlorek winylu (substrat do produkcji PCV, rakotwórczy), aflatoksyny (wytwarzane przez pleśń, zatruwają orzeszki ziemne), benzopiren (pochodzący z pirolizy węglowodorów, dymu i smoły tytoniowej, ze smażonych, pieczonych i wędzonych produktów spożywczych) – to główny policykliczny węglowodór rakotwórczy w środowisku.

- 93 -

Związki metaloorganiczne Czteroetylek ołowiu stosowany jako dodatek do benzyn (obecnie jego stosowanie jest zakazane w wielu krajach), w połowie XX w. rozpatrywany był w roli potencjalnego środka bojowego. Jest silnie toksyczny, oddziałując głównie na układ nerwowy (powoduje dysfunkcje neurologiczne), metabolizowany jest w wątrobie do trietylku ołowiu. Może doprowadzić do śmiertelnego zatrucia (np. podczas czyszczenia zbiorników na etylinę).

Metylortęć powstaje w wyniku działalności przemysłowej i metabolizmu mikroorganizmów (metylacji rtęci metalicznej przez bakterie – tzw. biometylacja).

Jest bardzo trwałą neurotoksyną, powoduje ataksję (zaburzenia koordynacji ruchów, drgawki), uszkodzenia słuchu, wzroku i zaburzenia psychiczne oraz stanowi zagrożenie dla płodu (przenika przez łożysko). W 1971 r. w Iraku ziarnem opryskanym metylortęcią zatruło się śmiertelnie co najmniej 650 osób.

Organiczny związki cyny TBT używany do konserwacji drewna, w farbach do statków, w przemysłowych systemach wodnych (przede wszystkim jako substancja grzybobójcza). Jest szczególnie toksyczny dla organizmów morskich (silnie toksyczny dla bezkręgowców, już w stężeniach rzędu ng/l), u niektórych ślimaków powoduje obojnactwo. Kumuluje się w środowisku, głównie w wątrobach organizmów.

Substancje toksyczne naturalne W grzybach, np. α-amanityna w muchomorze sromotnikowym – wywołuje niewydolność wątroby prowadzącą do śmierci. Wiele naturalnych substancji toksycznych produkowanych jest w roślinach: – glikozydy kardenolidowe w konwalii (wszystkie części rośliny są trujące), – powodują śmiertelne zatrucia u ludzi, psów, gęsi i kaczek, – substancja chemiczna w cisie (wszystkie części oprócz osnówki), – zaburza pracę serca, żołądka i jelit, a także poraża ośrodek oddechowy powodując gwałtowną śmierć, – w pestkach owoców, np. amygdalina, – glikozyd występujący w nasionach migdałowca zwyczajnego, pigwy pospolitej, czeremchy i niektórych drzew owocowych (np. moreli, wiśni, śliw, brzoskwiń), w dawce toksycznej prowadzi do zatrucia cyjanowodorem.

- 94 -

Czas potrzebny do wystąpienia pierwszych objawów po zatruciu może być bardzo różny i jest zależny od jest od rodzaju ksenobiotyku, może wynosić od kilku minut do wielu dni, tygodni, miesięcy czy lat, a nawet pokoleń.

Jeśli toksyna dostała się do organizmu może dojść do przemiany w substancję mniej toksyczną i wydalenie z organizmu poprzez rozkład enzymatyczny i sprzęganie z glutationem (podstawowym białkiem do «wyłapywania» ksenobiotyków). Najważniejsze enzymy uczestniczące w detoksykacji to monooksygenazy, np. cytochrom P450. Występuje powszechnie w niemal wszystkich tkankach, największą aktywność wykazuje w wątrobie i rdzeniu nadnerczy. Jest ważnym elementem w metabolizmie ksenobiotyków, zwłaszcza o charakterze hydrofobowym. Produkty takiego metabolizmu zwykle są bardziej hydrofilowe od substratów, co sprzyja ich dalszemu metabolizowaniu i wydalaniu. Bierze również udział (obok dehydrogenazy alkoholowej) w detoksykacji alkoholowej. Jest silnie inaktywowany przez cyjanki oraz tlenek węgla.

W skażonym środowisku część energii trzeba przeznaczyć na detoksykację. Gdy substancja jest silnie toksyczna koszty detoksykacji mogą być wysokie.

Budżet energetyczny jest ograniczony ponieważ tempa metabolizmu nie można zwiększać w nieskończoność.

Na poziomie subkomórkowym u osobników eksponowanych na substancje toksyczne obserwuje się spadek zawartości nukleotydów adenylowych oraz tzw. ładunku energetycznego nukleotydów (AEC).

Przesłanki wskazują, że koszty detoksykacji mogą być istotne i mogą decydować o przeżywalności organizmów. W skażonym środowisku może też być mniej dostępnej energii.

7.2. Epidemiologia Epidemiologia to nauka zajmująca się występowaniem i rozmieszczeniem chorób w populacjach oraz o czynnikach, które na to występowanie i rozmieszczenie wpływają. Bada więc stan zdrowia populacji. Nowoczesną epidemiologię zapoczątkował francuski chemik Ludwik Pasteur (1822-1895) – francuski chemik i prekursor mikrobiologii. Opracował on m.in.: metodę konserwacji żywności polegającą na zabijaniu drobnoustrojów przez podgrzanie, zwany od jego nazwiska - 95 -

pasteryzacją, pierwszą szczepionkę ochronną dla ludzi, przeciwko wściekliźnie.

Epidemiologia zajmuje się chorobami zakłócającymi zdrowie.

Czynniki chorobotwórcze Czynniki odpowiedzialne za wystąpienie choroby dzielimy na dwie najważniejsze grupy: – czynniki pochodzące ze środowiska, w tym swoiste (związane z konkretną chorobą) czynniki chorobotwórcze (wirusy, bakterie, riketsje, chlamydie, grzyby, priony, pasożyty,czy tzw. „rezerwuary infekcji”, – ludzie, zwierzęta, gleba, wektory przenoszące choroby oraz temperatura, wilgotność, ale też zanieczyszczenia chemiczne, – czynniki gospodarza, czyli wszystkie cechy konkretnego organizmu stanowiące o predyspozycjach do zachorowania, – społeczne – związane z wzajemnymi relacjami i oddziaływaniami pomiędzy jednostkami oraz grupami (uwarunkowane rozwojem kulturowym).

Nauka zajmująca się opisem i klasyfikacją chorób to nozologia.

Choroby nie pojawiają się nagle, nawet jeśli jakaś trwa przez całe życie osobnika mówimy o tzw. przebiegu choroby, kiedy przechodzi ona etapy: • okres utajenia – od zadziałania czynnika chorobotwórczego do wystąpienia objawów, • okres zwiastunów – od wystąpienia objawów do ich pełnego rozwinięcia się, • okres jawny – w którym występują pełne objawy choroby, • zejście choroby – kiedy objawy ustępują (kończy się wyzdrowieniem, przejściem w inną postać lub śmiercią).

Wszystkie choroby, na jakie zapada człowiek dzielimy na: – psychiczne (obecnie zwane zaburzeniami psychicznymi i zachowań) – związane z nieprawidłowym działaniem psychiki, – somatyczne – objawiające się nieprawidłowym funkcjonowaniem funkcji fizycznych.

Wszystkie choroby klasyfikowane są obecnie w Międzynarodowym Systemie Klasyfikacji Chorób i Problemów Zdrowotnych (ICD-10), który dzieli je na 21 grup (np. genetyczne, pasożytnicze, układu krążenia czy zakaźne).

- 96 -

Tylko w ciągu ostatniego 50-lecia udział różnych przyczyn umieralności w Europie zmienił się znacząco (tab. 10).

Tabela 10. Udział różnych przyczyn umieralności w Europie z uwzlędnieniem współczynnika umieralnoci w różnych latach.

Przyczyny umieralności

Współczynnik umieralności w 1949 r.

Współczynnik umieralności w 2001 r.

Choroby zakaźne i pasożytnicze

15,5

0,6

Nowotwory złośliwe

8,7

22,4

Choroby układu krążenia

24

44,9

Choroby układu oddechowego

9,9

4,1

Choroby układu trawiennego

8,5

3,8

Urazy i zatrucia

5,0

6,5

Doszło do zmniejszenia znaczenia chorób zakaźnych oraz pasożytniczych ponieważ obecnie produkuje się lepsze leki, stosuje się szczepienia i antybiotyki), natomiast zaobserwowano wzrost udziału chorób zależnych od diety (głównie nowotworów i chorób układu krążenia).

Kiedyś szczególny udział w zachorowaniach miały choroby zakaźne. Najczęściej spotykaną na Świecie chorobą zakaźną jest malaria powodowana jest przez jednokomórkowego pierwotniaka z rodzaju Plasmodium. Występuje głównie w krajach strefy tropikalnej i subtropikalnej, przenoszą ją komary z rodzaju Anopheles. Po dostaniu się do krwi okres wylęgania dla zarodźca malarii trwa (zależnie od gatunku) od 1-4 tygodni, w czasie choroby kolejne formy atakują i niszczą erytrocyty krwi i komórki wątroby. Występować mogą bóle mięśni, kręgosłupa, zaburzenia świadomości aż do niewydolności wielu narządów, wstrząsu, śpiączki (tzw. malaria mózgowa) i śmierci. Nawet w Polsce występowały epidemie tej choroby – w tym sześć dużych, ostatnia w latach 1946-49, co roku choruje na nią ponad 220 mln osób (1-3 mln umiera).

Kolejną chorobą zakaźną znaną powszechnie z historii jest dżuma (zwana też czarną śmiercią) powodowana jest przez bakterie o nazwie Yersinia pestis.

- 97 -

Choroba ta szerzy się w wyniku kąsania przez pchły zainfekowane po wcześniejszym kąsaniu drobnych ssaków (najczęściej szczurów). Po kilku godzinach występują objawy takie jak gorączka, poty, dreszcze i osłabienie, powoduje powiększanie się węzłów chłonnych, które zaczynają ropieć tworząc przetoki (dżuma dymeniczna), w przypadku dżumy septycznej może dojść do zatorów bakteryjnych i zgorzeli w okolicach palców rąk i nóg oraz w okolicy nosa, w dżumie płucnej następuje zapalenie płuc oraz duszności i sinica. Wszystkie postaci dżumy prowadzą do śmiertelności na poziomie co najmniej 50%. Obecnie choroba ta istnieje w kilku regionach Azji (Wietnam, Zambia i Indie).

Groźną chorobą zakaźną przewodu pokarmowego jest cholera powodowana przez przecinkowca Vibrio cholerae. Do zakażenia dochodzi przede wszystkim przez spożycie zakażonej ludzkimi odchodami wody (lub owoców morza). Cechuje ją śmiertelność na poziomie 1% (w przypadkach leczonych) aż do 50%.

Na świecie odnotowano dotychczas 7 pandemii cholery (epidemii na dużym obszarze w tym samym czasie).

Powszechną chorobą zakaźną jest gruźlica wywoływana przez bakterię Mycobacterium (u ludzi M. tuberculosis) odkryta już w 1882 roku przez Roberta Kocha. Gruźlica przenoszona jest przez ssaki, źródłem zakażenia nią może być zarówno pożywienie, woda, kontakt z osobnikiem zarażonym a nawet przenoszenie drogą kropelkową (gruźlica płuc). Od XVII wieku gruźlica stanowiła poważny problem w Europie, a pomimo tego, że w 1921 udało się wynaleźć szczepionkę (a w 1946 roku skuteczne leki) gruźlica uznawana jest przez Światową organizację zdrowia za chorobę stanowiącą globalne zagrożenie zdrowotne.

Kolejną chorobą zakaźną związaną ściśle z układem oddechowym jest grypa.

Powodują ją wirusy z rodziny ortomykowirusów (występują 3 ich rodzaje: A, B i C) przenoszone drogą kropelkową. Szczególnie poważne mogą być powikłania nieleczonej grypy (m.in. zapalenie płuc, mięśnia sercowego, nagły zgon sercowy czy zapalenie opon mózgowych), – grypa stanowi problem od stuleci – opisana została już przez Hipokratesa, a największa pandemia miała miejsce w latach 1918-19 tzw. ”Hiszpanka”, podczas której zmarło około 50 mln ludzi. W ostatnich latach największe zagrożenie stanowiły: - 98 -

– tzw. ptasia grypa (typu A, szczepu H5N1) odkryta w 1997 roku, która do 2009 roku zabiła 262 osoby; szczep bardzo zjadliwy (podobny do tego, który spowodował Hiszpankę), lecz trudniejszy do zarażenia (poprzez kontakt z chorym ptakiem), – tzw. świńska grypa (typu A, szczepu AH1N1) wyizolowany po raz pierwszy w 1930 roku, która wywołała ogólnoświatową pandemię wśród świń zagrażającą również ludziom (w latach 2005-2009 stwierdzono tylko 12 przypadków zarażeń ludzi), pandemia ta miała miejsce w latach 2009-2010.

Choroby zakaźne są dużą grupą chorób, jaką zajmuje się epidemiologia.

Na szczęście ich występowanie w ostatnich stuleciach maleje.

W dzisiejszych czasach epidemiologia zajmuje się głównie chorobami: zależnymi od diety, w tym: chorobami układu krążenia, nowotworami, osteoporozą, cukrzycą, niedoborami żywieniowymi, układu oddechowego, alergicznymi, zakaźnymi i zatruciami. Wraz z rozwojem cywilizacji doszło do zwiększonej zachorowalności na choroby układu krążenia, wiele z nich obecnie nazywanych jest chorobami cywilizacyjnymi. 50% liczby zgonów w Polsce związane jest z tego rodzaju chorobami, z czego najczęstszymi są zawał serca i udar mózgu. Zachorowalność na choroby układu krążenia wiąże się przede wszystkim z niewłaściwym trybem życia.

Nowotwory charakteryzują się tym, że pewne komórki organizmu dzielą się w sposób niekontrolowany, a nowo powstałe komórki nowotworowe nie różnicują się w typowe komórki tkanki. Bezpośrednimi przyczynami powstania nowotworu mogą być błędy w kodzie genetycznym (mutacje). Nowotwory dzielimy na łagodne, złośliwe (anaplastyczny, mięsak, rak, potworniak, chłoniak, glejak) i nowotwory miejscowo złośliwe.

Niektóre mutacje są dziedziczne, a do powstania niektórych przyczyniają się czynniki zewnętrzne. Jako najistotniejsze czynniki przyczyniające się do powstania nowotworów uznaje się palenie tytoniu (25-40%) oraz dieta (10-70 %). Ponadto zanieczyszczone środowisko stanowi dodatkowy zbiór czynników kancerogennych.

Najbardziej złośliwymi odmianami nowotworów, o najniższym stopniu rokowania charakteryzują się: czerniak złośliwy skóry, rak szyjki macicy, rak odbytnicy, rak piersi, rak płuc, rak trzustki, glejak wielopostaciowy.

- 99 -

Cukrzyca jest grupą chorób metabolicznych (istnieją trzy typy cukrzycy), a powodowana jest błędami w produkcji lub w działaniu hormonu trzustkowego – insuliny. Charakteryzuje się wysokim poziomem cukru we krwi (czyli stanem tzw. hiperglikemii), której dłuższy okres występowania może prowadzić do uszkodzeń narządów, m.in. oczu, nerek, nerwów lub serca.

Za rozwój cukrzycy odpowiadają przede wszystkim czynniki dziedziczne, środowiskowe, otyłość i stres. Około 5% populacji choruje na cukrzycę. Cukrzyca typu I najczęściej obserwowana jest w Ameryce Północnej, gdzie choruje na nią jedna osoba na 400. W Europie u jednej osoby na 500. W Polsce żyje między sto a dwieście tysięcy osób z cukrzycą typu I, a insuliną leczy się około 300 000 ludzi.

Kolejnymi chorobami osiągającymi obecnie zakres cywilizacyjny są alergie.

Reakcja alergiczna wiąże się z powstaniem bardzo silnej reakcji immunologicznej (stan zapalny), obejmującej objawy takie jak kaszel i katar, poprzez zmiany skórne (tzw. atopowe zapalenie skóry) aż po wstrząs anafilaktyczny i śmierć włącznie. Obecnie alergie występują u około 30% społeczeństwa, objawiając się najczęściej jako pyłkowica (u około 20% populacji), astma oskrzelowa (występująca u 5-8% populacji) oraz atopowe zapalenie skóry (u kilku procent populacji dziecięcej i u poniżej 1% populacji dorosłych).

Jedna z teorii wyjaśniająca coraz powszechniejsze występowanie alergii w zamożniejszych populacjach ludzkich tłumaczy to zjawisko wysokim poziomem higieny oraz brakiem pasożytów wewnętrznych, a co za tym idzie „bezczynnością” układu odpornościowego.

Chorobą zakaźną dotykającą coraz więcej ludzi jest zespół nabytego niedoboru (rzadziej upośledzenia) odporności (znanej jako AIDS). Jest to końcowe stadium zakażenia wirusem HIV, dla którego charakterystyczny jest bardzo niski poziom limfocytów CD4 w organizmie, co jest jednoznaczne z wyniszczeniem układu odpornościowego. Epidemiologia wirusa HIV różni się w zależności od kraju i obszaru świata, w którym występuje - zważywszy jej na zasięg można mówić o światowej pandemii. Do największej liczby nowych zakażeń na świecie dochodzi w regionie Afryki Subsaharyjskiej i Karaibów. w niektórych państwach afrykańskich odsetek osób żyjących z wirusem HIV przekracza 40%. W latach 1983-2008 na AIDS zmarło około 25 mln ludzi, obecnie z tego powodu umiera około 2 mln osób rocznie.

- 100 -

Wiele współcześnie występujących chorób ściśle związanych jest ze zjawiskiem stresu.

Fizjopatolog i endokrynolog Hans Hugo Selye jako pierwszy ponad pół wieku temu postawił hipotezę, że szereg chorób somatycznych u człowieka może być skutkiem niezdolności do radzenia sobie ze stresem. Konsekwencje stresów emocjonalnych mogą mieć charakter patologiczny i wywoływać chorobę niedokrwienną serca i zawał, chorobę wrzodową, nadciśnienie tętnicze, cukrzycę, otyłość, alkoholizm, choroby psychiczne, samobójstwa.

Jedną z odpowiedzi na stres może być zjawisko uzależnienia. Jest to silna potrzeba wykonywania jakiejś czynności lub zażywania jakiejś substancji, na przykład nadużywanie narkotyków (narkomani), leków (lekomani), alkoholu (alkoholicy), papierosów (palacze), uzależnienie od hazardu, telewizji, internetu, seksu czy przemocy. Nałogi wpływają destrukcyjnie na zdrowie fizyczne i stosunki społeczne osoby uzależnionej, łącznie ze wzrostem zachowań o charakterze kryminogennym.

Epidemiologia żywieniowa zajmuje się pomiarem wielkości spożycia żywności i zawartych w niej składników, badaniem zależności wskaźników zdrowotnych (w tym stanu odżywienia) od wielkości spożycia pokarmów, opracowywaniem norm żywieniowych. W epidemiologii żywieniowej podstawą są badania żywieniowe, wykorzystujące wskaźniki biologiczne będące miernikami procesów zachodzących w organizmie człowieka. Są to wskaźniki zdrowotne na każdym poziomie organizacji organizmu, w tym biochemiczne lub funkcjonalne zmiany (oznaczane w tkankach, komórkach i płynach ustrojowych człowieka) stanowiące reakcję organizmu na sposób żywienia. W badaniach tych pobiera się materiał biologiczny, taki jak paznokcie, włosy, ślinę, mocz, krew, łzy, pot, wydychane powietrze, tłuszcz zapasowy, elementy skóry, mięśni, szpik kostny lub fragment wątroby.

Nieprawidłowe odżywianie może być przyczyną szeregu chorób, np.: układu krążenia: choroby niedokrwiennej serca, nadciśnieniowej, ostrego zawału serca czy otyłości.

Otyłość stanowi rosnący problem w krajach wysokorozwiniętych. Stanowi problem społeczny, w przyszłości może przyjąć rozmiary epidemii i uważana jest - 101 -

za jedno z zagrożeń cywilizacyjnych rozwiniętych społeczeństw. WHO szacuje, że w 2030 roku prawie połowa społeczeństwa amerykańskiego będzie otyła.

Otyłość może prowadzić do niekorzystnych skutków dla zdrowia gdyż zwiększa ryzyko zapadalności na choroby układu krążenia, cukrzycę typu II, bezdech senny, niektóre typy nowotworów, zapalenie kości i stawów oraz skraca oczekiwaną długość życia, a wyjątkowo duża otyłość prowadzi do niepełnosprawności. Najczęstszą przyczyną otyłości jest przejadanie się (świadome – m.in. ze stresu lub chorobowe, np. na skutek niektórych chorób mózgowia), pewną rolę odgrywają też czynniki genetyczne.

Bibliografia Gabrielka J. Oddziaływanie związków organicznych ołowiu i cyny z albuminą w obecności UB.. Ochrona Środowiska i Zasobów naturalnych. 41, 2009.

Jędrychowski W. Epidemiologia – wprowadzenie i metody badań. PZWL, 1999.

Jethon Z., Grzybowski A. Medycyna Zapobiegawcza i Środowiskowa. PZWL, 2000.

Laskowski R. Migula P. Ekotoksykologia: od komórki do ekosystemu. PWRiL, Warszawa 2004.

Marcinkowski J. Podstawy higieny. Volumed, Wrocław, 1997.

Namiernik J. Zarys ekotoksykologii. EKO-Pharma Gdańsk 1995.

Walter C.H., Hopkin S.P. SiblyR.M., Peakall D.B. Podstawy ekotoksykologii.

PWN, Warszawa, 2002.

Zakrzewski S.F. Podstawy toksykologii środowiska. PWN, Warszawa, 1997

Rozdział 8. Gospodarowanie odpadami Odpady to wszystkie przedmioty i substancje stałe nie będące ściekami, powstałe w wyniku działalności i bytowania człowieka.

Odpady dzieli się na kategorie, w Polsce wg rozporządzenia ministra mamy 20 kategorii odpadów, jednolita (międzynarodowa) klasyfikacja dzieli je na 27 kategorii: zwierzęce, zwierzęce powstające w chowie, przetwórstwie i obrocie zwierzętami, z produkcji roślinnej, drzewne, wydobywcze kopalin, przetwórcze kopalin, żywności roślinnej powstające w przetwórstwie i obrocie, tekstyliów, - 102 -

włókien naturalnych, włókien syntetycznych, drewna, papieru i kartonu, ropy i jej pochodnych, chemiczne, gumy, szkła, metali żelaznych, metali nieżelaznych, złom sprzętu technicznego, osady z oczyszczania ścieków i uzdatniania wody, budowlane, paleniskowe, pyły i szlamy, zanieczyszczona ziemia, osady denne, bytowo-gospodarcze (komunalne), radioaktywne, inne.

Najwięcej odpadów przemysłowych i niebezpiecznych produkuje się na Śląsku, Dolnym Śląsku, w Małopolsce, na Zachodnim Pomorzu, komunalnych (związane z wielkością aglomeracji) produkuje się na Śląsku, w województwie Mazowieckim, Dolnośląskim i Wielkopolskim. W 2004 roku na 1 mieszkańca odpadów komunalnych przypadało w Unii Europejskiej: 540 kg, z czego 250 składowano, a 150 spalano. W Polsce: 250 kg, z czego 240 składowano. W 2005 roku Polska wyprodukowała 124602,1 tysięcy ton odpadów przemysłowych, z czego ponad 42 tys. wyprodukowano na Śląsku, prawie 35 tys. ton w województwie Dolnośląskim, około 9,5 tys. w województwie Małopolskim.

Do 2005 roku rosła ilość produkowanych odpadów niebezpiecznych: sanitarnych, medycznych, z laboratoriów, największymi producentami są województwa Dolnośląskie, Śląskie, Mazowieckie i Zachodniopomorskie. Składowane są w tzw. mogilnikach (przypominających betonowe studnie). Coraz więcej jest ich unieszkodliwianych, głównie w spalarniach.

8.1. Składowanie Kiedyś większość produkowanych przez ludzi odpadów było składowanych na wysypiskach śmieci. Wysypiska śmieci są bardzo trudne do zaprojektowania, bo zajmują dużą powierzchnię a jednocześnie nie mogą szkodzić środowisku, dlatego też położenie wysypiska nie jest przypadkowe, jest ono: - wgłębne (podpoziomowe), czyli w obniżeniach terenu, takich jak wąwozy, - zboczowe (boczne), oparte o zbocze we fragmentach parowów czy kotlin, - „płaskie” (nadpoziomowe).

Składowanie odpadów niesie za sobą szereg negatywnych zjawisk polegających na koncentracji wielu szkodliwych substancji na ograniczonym terenie, dostających się (w zależności od stopnia zabezpieczenia) do gleby, wód gruntowych, produktów przemian – gazów do powietrza, niszczeniu krajobrazu.

- 103 -

Oprócz klasycznego gromadzenia odpadów stosujemy również metody pozbycia się ich na drodze ponownego wykorzystania materiałów lub ich spalenia.

8.2. Segregacja odpadów i recykling Metodą usprawniającą pozbywanie się lub powtórne przetwórstwo odpadów jest ich segregacja. Pozwala ona na łatwiejszą utylizację lub recykling odpadów, zmniejsza powierzchnię przez nie zajmowaną, ogranicza dostawanie się szkodliwych substancji do otoczenia, zmniejsza ilość zużytej do pozbycia się odpadów energii.

W praktyce segregowanie nie jest proste (wciąż za mało gospodarstw domowych stosuje te metody): kontenery często się przepełniają, wrzucane są do nich niewłaściwe surowce, koło nich tworzą się „dzikie wysypiska” oraz są niszczone.

Podstawową zasadą recyklingu jest maksymalne ponowne wykorzystanie materiału z jednoczesną minimalizacją nakładów na ten proces przeznaczonych.

Ważne jest, aby już na etapie produkcji zastosowane zostały materiały jak najłatwiej odnawialne.

8.3. Spalarnie odpadów Często energia pochodząca ze spalania jest wykorzystywana. Spalanie odpadów odbywa się na różne sposoby, najważniejszymi metodami są: rusztowa, na drodze pirolizy (spalanie bez czynników utleniających, często dwustopniowe), na drodze fluidyzacji (w strumieniu gazu), w technologii plazmowej. Przykładem jest spalarnia odpadów medycznych i weterynaryjnych Zakładów Sanitarnych w Krakowie. Spalarnie odpadów są kontrowersyjną metodą ich pozbywania się ponieważ z jednej strony zmniejsza się ilość składowisk odpadów i dochodzi do całkowitej dezynfekcji odpadów i zredukowanie ich objętości, a energia powstała w czasie spalania może zostać wykorzystana, pozostające materiały (np. żużel) znajdują zastosowanie w branży budowlanej, jednakże duże są koszty budowy i utrzymania spalarni, dochodzi do emisja szkodliwych gazów do atmosfery, a stosowane/uzyskiwane materiały mogą same być szkodliwe dla otoczenia.

8.4. Odpady ciekłe – ścieki Ścieki to różnorodna, złożona mieszanina wody z zawiesiną, substancjami rozpuszczonymi, gazami lub wody podgrzane: - 104 -

– ścieki przemysłowe – dodawanie substancji neutralizujących pH, bądź strącających osad; bardzo groźne są resztki ropy i jej pochodnych, – ścieki komunalne – odpadowa materia organiczna, rozkładając się pochłania tlen, – ścieki spływające z pól uprawnych, nieodpowiednio składowanych nawozów.

W 2005 roku w Polsce produkuje się 2,1 km3 ścieków, z czego 0,2 km3 nie były oczyszczane, 1,9 km3, oczyszczano: 0,6 km3 mechanicznie; 0,7 km3 z podwyższonym usuwaniem biogenów; 0,5 km3 biologicznie; 0,1 km3 chemicznie.

Zanieczyszczenie wód morskich pochodzi ze ścieków spływających rzekami, ścieków z miast nadmorskich i portów, floty morskiej (spuszczanie ścieków mimo iż jest to zabronione), z wyciekających smarów, ropy i mazutu, z zatapiania odpadów toksycznych, katastrof tankowców. Dużym problemem (m.in. w Bałtyku) są zanieczyszczenia ołowiem i kadmem.

8.4.1. Ochrona wód Wyróżniamy 3 etapy realizacji ochrony wód: – technologiczny – ograniczenie produkcji ścieków, ich toksyczności, – oczyszczalnie, – samooczyszczanie wód – w szczególności takie miejsca jak przegrody, kamienie, drzewa, wodospady, drzewa nad brzegiem, szuwary, kręte koryto Stopień czystości wody oceniamy stosując wskaźniki: – tlenowe – ilość tlenu, BZT5, ChZT (chemiczne zapotrzebowanie tlenu), węgiel organiczny, – fizykochemiczne – barwa, zapach, odczyn, zawiesiny, temperatura, zawartość chloru, siarczanów, azotynów, detergentów, fenoli, – biologiczne – występowanie lub brak organizmów wrażliwych na zmianę jakości wód (pierwotniaki, glony, bakterie fekalne, kręgowce takie jak ryby).

Na podstawie powyższych wskaźników wyznaczono klasyfikację wód powierzchniowych (obowiązująca w Polsce, kiedyś wyróżniano tylko 3 klasy): I klasa – bardzo dobra jakość, zdatna do zaopatrzenia ludności, II klasa – dobra jakość, o niewielkim wpływie oddziaływań antropogenicznych, III klasa – jakość zadowalająca, - 105 -

IV klasa – jakość niezadowalająca, zmiany ilościowe i jakościowe, V klasa – jakość zła, nie spełniająca wymagań.

8.4.2. Oczyszczalnie ścieków Wzrasta ilość ludzi korzystających z oczyszczalni ścieków, od 2005 rośnie też liczba oczyszczanej wody z podwyższonym usuwaniem biogenów.

Oczyszczalnie (etapy oczyszczania) dzielimy na: – mechaniczne – zatrzymują duże przedmioty, koagulacja, wytrącanie osadów, odzysk tłuszczów, redukcja BZT5 do 30%, zmiana pH przed etapem biologicznym, – biologiczne – tworzy się warunki korzystne dla rozwoju sporofitycznych organizmów (bakterie, grzyby, pierwotniaki), warunkiem jest ciągłe dostarczanie tlenu, ścieki nie mogą być toksyczne, dochodzi tu do ok. 85% redukcji BZT5.

Działanie oczyszczalni na przykładzie Oczyszczalnie Ścieków Płaszów w Krakowie: Przed modernizacją: 132 tys. m3/dzień oczyszczanych było mechanicznie, a biologicznie tylko 1000 m3. Obecnie: 165 tys. m3/dzień oczyszczanych jest na obydwa sposoby. W części mechanicznej znajdują się kraty rzadkie i gęste, następnie ścieki płyną na piaskowniki, stamtąd na osadniki wstępne, do bioreaktorów i na osadniki wtórne. Fermentujące frakcje są zagęszczane i transportowane do komór fermentacyjnych, w których powstaje biogaz zasilający oczyszczalnię. Pozostałe osady po zagęszczeniu są wywożone (używane m.in. jako nawóz), a odcieki wracają do reaktorów. W bioreaktorach ścieki poddawane są usuwaniu związków azotowych i fosforanowych, część z nich podlega recyrkulacji. Na skutek tych manipulacji stężenia zanieczyszczeń w ściekach spadają znacząco.

Bibliografia: Pajdak A., Łuszczek B. Modernizacja i rozbudowa Oczyszczalni ścieków Płaszów w Krakowie. Forum Eksploatatora. 5/28, 2008.

Strony internetowe: www.odpady.bialystok.pl (10.11.2015) www.odpady.czystabydgoszcz.pl (02.10.2015) www.torun.pl/pl/srodowisko (05.10.2015) - 106 -

Rozdział 9. Organizmy modyfikowane genetycznie. Żywność transgeniczna – wady i zalety.

GMO (z angielskiego Genetically modified organisms) to wszystkie organizmy (zarówno mikroorganizmy aż po ssaki) inne niż organizm człowieka, w których przy pomocy inżynierii genetycznej materiał genetyczny zmieniono w sposób, jaki nie zachodzi w naturalnych warunkach (na drodze naturalnego krzyżowania się lub naturalnej rekombinacji).

GMO to organizmy, w których człowiek celowo zmienił ich geny.

Organizmy genetycznie modyfikowane tworzone są dla uzyskania lepiej plonujących roślin, aby zwiększyć produkcję żywności i zaspokoić spożycie ciągle rosnącej liczby ludzi, aby poprawić skład chemiczny roślin i uzyskać produkty o lepszych cechach w trakcie ich przerobu i przechowywania (np. trwałość owoców), dla uzyskania odmian roślin odpornych na chemiczne środki ochrony roślin i środki chwastobójcze (herbicydy) tolerujących powszechnie stosowane środki ochrony roślin, dla uzyskania odporności na choroby (powodowane przez grzyby, wirusy i bakterie) przez wprowadzenie transgenu kodującego enzymy niszczące ścianę komórkową bakterii i/lub grzyba, Odporność na szkodniki uzyskuje się wprowadzając gen odporności (tzw. gen Bt) uzyskiwany z bakterii glebowej Bacillus thuringensis. Białko Cry kodowane przez ten gen jest toksyną działającą na niektóre zwierzęta w szczególności na owady z rzędu Lepidoptera, Diptera i Coleoptera powodując uszkodzenie jelita owada.

Odporność na trudne warunki środowiska umożliwia uprawę na terenach niekorzystnych dla danej rośliny (w warunkach mrozu, dużej temperatury, suszy, zasolenia gleby), uzyskuje się również odporność na zanieczyszczenia, np. promieniowanie lub metale ciężkie w glebie.

Poprawa cech jakościowych i użytkowych roślin uzyskiwana jest przez modyfikacje powodujące opóźnienie dojrzewania, dzięki czemu warzywa i owoce pozostają dłużej świeże, a także zwiększające zawartość np. skrobi lub glutenu.

Ponadto modyfikacje polepszają smak i intensyfikują aromat oraz zmniejszają zawartość substancji alergennych. Ponadto dokonuje się modyfikacji roślin ozdobnych, dzięki którym mają one intensywniejszą barwę (nadprodukcja karotenoidów), inną barwę (nowe kolory) czy intensywniejszy zapach.

- 107 -

Technologia modyfikacji genetycznej umożliwia tez uzyskanie ras zwierząt charakteryzujących się np. wysoką produkcją mleka czy chudym mięsem, a także uzyskanie roślin i zwierząt produkujących substancje przydatne w przemyśle farmaceutycznym.

GMO mają obecnie również duże znaczenie w badaniach medycznych nad nowotworami, chorobami dziedzicznymi, chorobami zakaźnymi oraz w badaniach biologicznych nad rozwojem wielu schorzeń, dzięki tworzeniu tzw. modeli transgenicznych.

Pierwszy organizm genetycznie zmodyfikowany stworzono w 1973 roku, był to plazmid bakterii Escherichia coli, któremu wszczepiono gen produkujący enzym pochodzący z bakterii pochodzącej z innego szczepu. Pierwsze próby uprawy modyfikowanego organizmu, tytoniu, miały miejsce w 1986 roku. W 1994 roku do sprzedaży w USA weszły dłużej dojrzewające pomidory (odmiana Flavr Savr).

Modyfikacja genetyczna pomidora Flavr Savr polegała na zmniejszeniu w nim aktywność genu, który odpowiada za proces dojrzewania i mięknięcia pomidora.

9.1. Metody modyfikacji Dzięki inżynierii genetycznej tworzone jest GMO poprzez modyfikację genotypu na różne sposoby: 1. z wykorzystaniem wektora: np. bakterie z rodzaju Rhizobium, które posiadają plazmid zawierający zakodowaną informację o białkach niezbędnych do zaatakowania rośliny; plazmid wnika do komórki roślinnej, a jego fragment (odcinek T) integruje się z materiałem genetycznym komórki gospodarza. Wewnątrz odcinka T umiejscowić można dowolny inny fragment DNA, np. pochodzący z innego gatunku.

2. metody bezwektorowe polegające na bezpośrednim wprowadzeniu DNA do komórek: – elektroporacja – wykorzystanie serii impulsów elektrycznych powodujących powstanie w błonie komórkowej porów, przez które DNA może przeniknąć do wnętrza komórki, – metoda mikrowstrzeliwania – fragmenty DNA które mają zostać wprowadzone są opłaszczane na kulkach złota lub wolframu (0,5-5 mikrometra) i wstrzeliwane do komórek (roślinnych bez pozbawiania ich ściany komórkowej), - 108 -

stosowana jest do tego celu tzw. „armatka genowa” , cechuje tą metodę niska wydajność oraz możliwość uszkodzenia komórek, – z użyciem odczynników chemicznych polega na wykorzystaniu np. glikolu polietylenowego (PEG), fugene, lipofectamine, które powodują chwilowe zwiększenie przepuszczalności błony komórkowej, co pozwala na wniknięcie transgenu do komórek, wraz z DNA nośnikowym, – metoda fuzji liposomów – tworzone są liposomy, wewnątrz których są cząsteczki DNA. Liposomy łączą się z protoplastami komórek wprowadzając do środka DNA. 9.2. Istniejące rośliny GMO Stworzono wiele gatunków roślin modyfikowanych genetycznie: kukurydza zawierająca gen BT (słynna odmiana o nazwie mon810), pomidory o przedłużonej trwałości, intensywniejszej barwie lub cieńszej skórce, soja zwyczajna odporna na herbicydy (związek o nazwie glifosat), ziemniaki o słodszym smaku (ze zwiększoną ilością skrobi lub produkujące słodkie białko taumatynę), bawełna zawierająca gen Bt, odporna na herbicydy, melony odporne na wirusy, później dojrzewające, tytoń odporny na herbicydy, rzepak, buraki cukrowe (odporne na herbicydy), słodsze i odporne na mróz truskawki, „złoty ryż” zawierający gen pochodzący z żonkila, zwiększający produkcję beta-karotenu, sałata produkująca szczepionkę na zapalenie wątroby typu B, pszenica o zwiększonej zawartości glutenu, bezpestkowe winogrona, genetycznie modyfikowane drzewa osiągające wiek rębny trzy razy szybciej, również odporne na szkodniki.

W Polsce powstała modyfikowana sałata produkująca szczepionkę na zapalenie wątroby typu B – opracowana przez naukowców z Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu pod kierownictwem prof. Ligockiego.

9.3. Główne uprawy GMO Obecnie do grupy głównych upraw modyfikowanych genetycznie należy przede wszystkim soja, której 79% światowych upraw jest modyfikowanych, bawełna (70% upraw), kukurydza (32% upraw), canola (24% upraw).

Według międzynarodowej organizacji biotechnologicznej ISAAA, powierzch- 109 -

nia upraw genetycznie modyfikowanych w 2014 r. w stosunku do 2013 r. wzrosła o 3,6% (o 6,3 mln ha) do 181,5 mln ha. W 2014 roku rośliny GMO uprawiano w 20 krajach rozwijających się oraz 8 rozwiniętych, ale w sumie produkcja ich koncentruje się w 11 krajach.

Największy obszar uprawy przypadał na Stany Zjednoczone – 73,1 mln ha (wobec 70,1 mln ha rok wcześniej), Brazylię – 42,2 mln ha (wobec 40,3 mln ha), Argentynę – 24,3 (wobec 24,4 mln ha), Kanadę 11,6 mln ha (wobec 10,8 mln ha) oraz Indie 11,6 mln ha (wobec 11 mln ha).

W dalszej kolejności plasują się: Chiny 3,9 mln ha, Paragwaj 3,9 mln ha, Pakistan 2,9 mln ha, RPA 2,7 mln ha, Urugwaj 1,6 mln ha, Boliwia 1 mln ton.

9.4. GMO w Europie W Europie dopuszczone do stosowania są: bawełna, kwiaty, kukurydza, ziemniaki, rzepak, ryż, soja, buraki cukrowe. W Polsce uprawa roślin genetycznie modyfikowanych od początku 2013 r. jest zabroniona. 2 stycznia 2013 roku Rada Ministrów wydała dwa rozporządzenia wprowadzające zakaz stosowania materiału siewnego genetycznie zmodyfikowanej odmiany ziemniaka Amflora i kukurydzy MON 810, Przestrzeganie tego przepisu kontroluje Państwowa Inspekcja Ochrony Roślin i Nasiennictwa.W UE dopuszczona jest do uprawy kukurydza bt oraz ziemniaki Amflora.

Modyfikacje genetyczne u zwierząt są dużo trudniejsze do osiągnięcia ponieważ są bardziej skomplikowane, trwają dłużej i są droższe, zwierzęta modyfikowane genetycznie często chorują lub są bezpłodne, nie są dostępne w sprzedaży.

Tworzenie zwierząt GMO ma na celu uzyskanie jednostek o pożądanych cechach hodowli, np.: szybciej rosnące świnie lub ryby, zastosowanie ich w produkowaniu białek, enzymów i innych substancji wykorzystywanych w przemyśle farmaceutycznym czy uodpornienie na choroby.

Najczęstszymi modyfikacjami genetycznymi, jakim poddawane są zwierzęta to zmiany mające na celu wytwarzanie w organizmie zwierząt substancji wykorzystywanych jako farmaceutyki (zwierzęta jako tzw. bioreaktory). Modyfikowane są głównie krowy, owce i kozy, a pożądane substancje wytwarzane są w gruczołach mlecznych i wydzielane razem z mlekiem. W ten sposób produkuje - 110 -

się m.in. antytrombinę działającą przeciwzakrzepowo, antytrypsynę leczącą rozedmę płuc i erytropoetynę stosowaną w leczeniu anemii. Ponadto uzyskuje się przyspieszenie wzrostu zwierząt hodowlanych poprzez wprowadzenie genów produkujących hormon wzrostu. Modyfikacjom takim poddawano m.in. karpie, łososie, świnie, króliki i owce, Wskutek modyfikacji genetycznych tworzone są odmiany krów dających więcej mleka przystosowanego do produkcji serów. Przez wprowadzenie dodatkowych kopii genów produkujących kazeiny z mleka więcej i szybciej uzyskuje się ser.

Możliwe okazało się też tworzenie odmian owiec wytwarzających wełnę toksyczną dla moli i nie kurczącą się w praniu.

Polskim akcentem w modyfikacji zwierząt jest transgeniczny knurek TG 1154.

Został on stworzony w ramach projektu pt. „Wykorzystanie genetycznie zmodyfikowanych świń dla pozyskiwania organów do transplantacji u człowieka”.

Ma wbudowany gen, który może znieść immunologiczną barierę międzygatunkową pomiędzy świnią i człowiekiem. Urodził się we wrześniu 2003 roku, w Instytucie Zootechniki w podkrakowskich Balicach.

Oprócz tego tworzy się zwierzęta fluorescencyjne. Fluoryzujące modyfikacje polegają na wprowadzeniu do genomu rozwijającego się zarodka genu białka GFP (green fluorescent protein) – małego białka (238 aminokwasów), wykazującego naturalną fluorescencję, występującego u meduzy Aequorea victoria. Gen ten jest powszechnie stosowanym w laboratoriach genem reporterowym. Wprowadzając gen do danej komórki rozwijającego się zarodka można w łatwy sposób dowiedzieć się, jakie komórki dorosłego organizmu powstały w wyniku podziałów konkretnej komórki zarodka.

9.5. Regulacje prawne Najważniejszym dokumentem prawa międzynarodowego mającym zastosowanie do transgranicznego przemieszczania, tranzytu, przekazywania i wykorzystania wszystkich żywych zmodyfikowanych organizmów, które mogą mieć negatywny wpływ na zachowanie i zrównoważone użytkowanie różnorodności biologicznej, z uwzględnieniem także zagrożeń dla ludzkiego zdrowia jest „Protokół kartageński o bezpieczeństwie biologicznym do Konwencji o różnorodności biologicznej.” 29 stycznia 2000 r.

- 111 -

Rzeczpospolita Polska ratyfikowała powyższy dokument w dniu 26 listopada 2003 roku, a wszedł on dla Polski w życie w dniu 9 marca 2004 roku.

Prawo UE Podstawowymi aktami prawnymi w Unii Europejskiej związanymi z GMO są dwie dyrektywy: – Dyrektywa Rady nr 219 z dnia 23 kwietnia 1990 roku w sprawie zamkniętego użycia genetycznie zmodyfikowanych mikroorganizmów (zmieniona Dyrektywą Rady nr 81 z dnia 26 października 1998 roku) – reguluje ona zamknięte użycie GMO, nakłada na państwa obowiązek podjęcia wszelkich właściwych środków w celu uniknięcia zagrożeń, które mogłyby wywierać negatywny wpływ na zdrowie ludzi i na środowisko, – Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady Europy 2001/18/EC z dnia 12 marca 2001 roku uchylającej Dyrektywę Rady 90/220/EWG w sprawie zamierzonego uwalniania do środowiska organizmów genetycznie zmodyfikowanych - reguluje zamierzone uwolnienie GMO do środowiska w celach innych niż wprowadzenie do obrotu (cele eksperymentalne) oraz wprowadzanie do obrotu produktów GMO, ponadto ważne są trzy Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady z 2003 roku: – Nr 1829/2003 z dnia 15 lipca 2003 roku w sprawie genetycznie zmodyfikowanej żywności i pasz, – Nr 1830/2003 z dnia 22 września 2003 roku w sprawie identyfikacji i oznakowania organizmów genetycznie zmodyfikowanych oraz identyfikacji produktów żywnościowych i paszowych wytworzonych z organizmów genetycznie zmodyfikowanych, zmieniającym Dyrektywę 2001/18/WE, – Nr 1846/2003 z dnia 15 lipca 2003 roku w sprawie transgranicznego przemieszczania organizmów genetycznie zmodyfikowanych.

W naszym kraju podstawowym aktem prawnym jest ustawa z dnia 22 czerwca 2001 r. o organizmach genetycznie zmodyfikowanych (GMO) (Dz. U. Nr 76, poz.

811 z późn. zm.), która weszła w życie z dniem 26 października 2001 r.

Celem ustawy jest zapewnienie bezpieczeństwa biologicznego i ochrona środowiska oraz zdrowia ludzi w związku z podjęciem działań, których przedmiotem - 112 -

są organizmy genetycznie zmodyfikowane. Ustawa transponuje zagadnienia przepisów prawa europejskiego jak i zagadnienia objęte Protokołem kartegeńskim o bezpieczeństwie biologicznym.

Ustawa z dnia 15 stycznia 2015 r. o zmianie ustawy o organizmach genetycznie zmodyfikowanych oraz niektórych innych ustaw przewiduje uzyskanie zgody na zamknięte użycie GMM, zamknięte użycie GMO, zamierzone uwolnienie GMO do środowiska oraz zezwolenia na prowadzenie zakładu inżynierii genetycznej lub na wprowadzenie do obrotu nie zwalnia od obowiązku uzyskania zezwoleń lub innych decyzji związanych z podejmowaniem takich działań, wymaganych na podstawie odrębnych przepisów.

9.6. Bezpieczeństwo i skutki ekologiczne W laboratoriach biotechnologicznych dąży się do zmniejszenia ryzyka związanego z wytwarzaniem organizmów modyfikowanych genetycznie dla uzyskania pożądanych substancji, np. insuliny stosuje się szczepy bakteryjne zmodyfikowane tak, że nie są one w stanie żyć w naturalnych warunkach. Nowe odmiany np. roślin są bardzo długo i dokładnie badane zanim zostaną wyprowadzone poza laboratorium, a przepisy dotyczące budowy i warunków eksploatacji są bardzo rygorystyczne. Pewne badania są objęte ścisłym zakazem, a wiele z nich wymaga szczególnego nadzoru.

Według analiz Europejskiego Urzędu do spraw Bezpieczeństwa Żywności GMO niosą ze sobą ryzyko nie większe niż organizmy niezmodyfikowane. Badania przeprowadziło 500 grup badawczych, w ciągu 25 lat i opierają się na 130 projektach naukowych.

Inne dane donoszą, że nie ma sposobu na zabezpieczenie przed wcześniejszą czy późniejszą penetracją dzikiej przyrody przez niektóre transgeny. W tym przed penetracją obszarów ścisłej ochrony przyrody!

Konkluzja europejskiego zespołu Independent Science Panel (2002) brzmi: rozdzielne współistnienie wymienionych upraw (tradycyjnych i genetycznie zmodyfikowanych) byłoby bardzo trudne albo w ogóle niemożliwe. Zjawiska natury ekologicznej i ewolucyjnej bywają rozpoznawane z opóźnieniem o całe dziesięciolecia, jak to było ze skutkami ekologicznymi DDT, PCB, pestycydów, gazów cieplarnianych, itp.

- 113 -

Stwierdzenie przez parę lat nieobecności krzyżówek w sąsiadujących uprawach tradycyjnych czy brak hybrydów międzygatunkowych z formami dzikimi w najmniejszym stopniu nie wyklucza możności ich powstania później. Ponadto istnieje prawdopodobieństwo zaburzenia związków symbiotycznych w ekosystemach naturalnych oraz możliwość wytworzenia „superchwastów”. Według doniesień hiszpańskich naukowców brak jest negatywnego wpływu hodowli modyfikowanej Bt kukurydzy na małe ogranizmy żyjące na polach kukurydzy. Z kolei Brazylia to pierwszy kraj na świecie, który zaaprobował genetycznie modyfikowane owady (tiger mosquitoes), których potomstwo jest niezdolne do przeżycia, zastosowano je w celu zdziesiątkowania owadów przenoszących potencjalnie śmiertelną gorączkę krwotoczną.

W 2014 roku USDA (US Department of Agricalture) ostatecznie zaaprobował na skalę przemysłową uprawy modyfikowanej (Enlist) kukurydzy i soi. Również Unia Europejska w 2014 roku zaprezentowała wyniki projektu GRACE, mającego na celu oszacowanie zagrożeń wynikających ze stosowania GMA, w których donosi, że kukurydza mon 810 nie ma negatywnych efektów w żywieniu gryzoni.

9.7. Wady i zalety GMO Rośliny GMO nie rozwiążą tak łatwo problemu głodu na Świecie, ponieważ zmieniony musi zostać przede wszystkim sposób dystrybucji żywności. Uprawa roślin zmodyfikowanych wiąże się z uzależnieniem od dostaw ziaren oraz konkretnych nawozów i środków ochrony roślin (co może rodzić nieuczciwe mechanizmy rynku). Wśród korzyści GMO wymienia się zlikwidowanie problemu szkodników, a w rezultacie zaniechanie stosowania środków chemicznych – istnieją jednak doniesienia (np. raport WWF z 1999 roku), wg których przy takiej uprawie stosuje się co najmniej tyle samo herbicydów. Substancje ochrony roślin stosowane przy uprawie GMO mogą być szkodliwe dla zwierząt i ludzi (np. herbicyd Glyphosate). Organizmy zaprojektowane przez inżynierów lekceważą miliony lat ewolucji i nigdy nie pojawiłyby się w naturze. Wprowadzone sztuczne odmiany roślin, jako odporniejsze na niekorzystne warunki mogą rozprzestrzeniać się w sposób niekontrolowany, wypierając ze środowiska rośliny rodzime. Teoretycznie geny sztucznie wprowadzone do uprawianych roślin mogą się (w sposób podobny do tego, w jaki to osiągnięto) rozprzestrzeniać na inne gatunki (np. odnotowano pojawienie się chwastów odpornych na glifosat). Szybszy - 114 -

i większy przyrost zmodyfikowanych roślin powoduje szybsze niszczenie gleby.

Z drugiej strony podobne zmiany w organizmach jak te, które wprowadza się sztucznie, zachodzą już od tysięcy lat, z tą różnicą, że wolniej. Drób i bydło hodowane w Polsce karmione są obecnie głównie zmodyfikowaną soją, która jest tańsza (bez tego najprawdopodobniej nie opłacałoby się ich hodować). GMO, aby zostać dopuszczone do obrotu, zostaje poddane rygorystycznym badaniom.

Poza tym mieszanie się roślin zmodyfikowanych z niezmodyfikowanymi można znacznie ograniczyć stosując tradycyjne, znane od wieków rolnikom sposoby.

Dotychczasowe pola uprawne zawsze były monokulturami obniżającymi bioróżnorodność i jakość gleb na swoim terenie. Uprawy GMO są wydajniejsze niż roślin tradycyjnych. Substancje produkowane przez GMO są pewną nadzieją dla ludzi cierpiących na różne choroby i schorzenia.

Bibliografia Dizon F, Costa S, Rock C, Harris A, Husk C, Mei J. Genetically Modified (GM) Foods and Ethical Eating. J Food Sci. 2015.

Yang YY, Mei F, Zhang W, Shen Z, Fang J. Creation of Bt rice expressing a fusion protein of Cry1Ac and Cry1I-like using a green tissue-specific promoter. J Econ Entomol. 107(4),1674-9, 2014.

Guo QY, He LX, Zhu H, Shang JL, Zhu LY, Wang JB, Li Y.Effects of 90-Day Feeding of Transgenic Maize BT799 on the Reproductive System in Male Wistar Rats. Int J Environ Res Public Health. 12(12),15309-20, 2015.

Strony internetowe: www.gmo-compass.org/eng/gmo/db/ (06.10.2015) www.biotechnolog.pl/gmo (07.10.2015) www.greenpeace.org/poland/pl/co-robimy/stop-gmo (03.12.2015)

Rozdział 10. Ochrona środowiska i przyrody Zagrożenia otoczenia powodowane przez człowieka (tzw. antropopresję) można podzielić na te, w których wyraźnie można określić przyczynę, np. problemy ośrodków miejskich, regionalne, oraz przyczyny i skutki są rozdzielone w czasie – problemy globalne, którymi są zmiany klimatyczne (głównie pustynnienie), - 115 -

wycinanie lasów tropikalnych, niszczenie bioróżnorodności, zanieczyszczenia.

Bezpośrednimi skutkami działalności człowieka są zmiany jakości powietrza, zmiany ilościowe i jakościowe zasobów wodnych, ograniczenia areałów i zmiany jakości gleb, zmniejszenie produktywności ekosystemów, zmiany wartości estetycznych krajobrazu. Wśród skutków pośrednich możemy wymienić straty w produkcji rolnej, leśnej i przemysłowej, straty w gospodarce rybackiej, łowieckiej, komunalnej i mieszkaniowej, pogorszenie warunków pracy, rekreacji i wypoczynku, pogorszenie komfortu życia i stanu zdrowia ludności.

Wskutek działalności człowieka obecnie mamy do czynienia ze spadkiem bioróżnorodności (na skutek fragmentacja i zanik siedlisk, zmian klimatu introdukcję obcych gatunków np. króliki w Australii, zanieczyszczenia gleby, wody i atmosfery – uprzemysłowienie rolnictwa i leśnictwa, masowe masakry zwierząt, np. bizony w USA). Obserwuje się też zwiększone wymieranie gatunków, tzw. wymieranie holoceńskie, które trwa ono od ok. 10 tys. lat. Obecnie wymiera od 5-500 tys. gatunków rocznie, dotychczas działo się to w tempie 1-10 mln (głównie w okresach wielkich wymierań) rocznie.

Międzynarodowa Unia Ochrony Przyrody i jej Zasobów (IUCN) publikuje listę zagrożonych wyginięciem gatunków. Jest to tzw. Czerwona Księga Gatunków Zagrożonych. Po raz pierwszy ukazała się w 1963 roku, a ostatnia edycja ukazała się w 2011 roku i zawierała spis prawie 60 tys. gatunków (głównie zwierząt), z czego 1/3 zagrożona jest wyginięciem.

Ochrona środowiska jest całokształtem działań związanych z właściwym dla środowiska naturalnego wykorzystaniem i odbudowywaniem jego zasobów.

Ochrona przyrody to działania zmierzające do zachowania w niezmienionym lub optymalnym stanie przyrody ożywionej i nieożywionej (w tym krajobrazu).

Głównym celem ochrony przyrody jest utrzymanie stabilności ekosystemów oraz zachowanie bioróżnorodności.

Od najdawniejszych czasów ludzie szanowali środowisko. Powstawały „święte gaje” ze świętymi drzewami, co do których wierzono, że zamieszkałe są przez duchy; za przekroczenie tych miejsc groziła surowa kara, a wiele plemion czciło zwierzęta jako bóstwa, lub zamieszkiwane przez duchy (np. zmarłych), niektóre za swój symbol obierało sobie jakieś zwierzę, które od tej pory było przez nich chronione. W czasach wczesnohistorycznych wraz z powstaniem prawa uregulowano - 116 -

kwestie ochrony tych zasobów, które były w niedostatku, np.: w Mezopotamii, Rzymie powstało prawo gospodarowania wodą, a w Indiach (Aśoka, III w p.n.e.) powstało prawo ochrony zwierząt oparte na zasadach etycznych. W 1820 rok utworzono pierwszy rezerwat „Smocze doły” na brzegu Renu, a w 1872 roku powstał pierwszy na Świecie park narodowy – Yellowstone. W okresie 1880-1914 powstała pierwsza ustawa o ochronie przyrody. W XX wieku w 1928 roku powstaje Międzynarodowe Biuro Ochrony Przyrody w Brukseli, a w 1948 utworzono Międzynarodową Unię Ochrony Przyrody i jej Zasobów (od 1988 Światowa Unia O.P. – IUCN, z siedzibą w Szwajcarii). W 1968 miała miejsce konferencja UNESCO „Użytkowanie i ochrona biosfery”.

Obecnie ochrona przyrody ma wiele form i jest realizowana w naturalnym otoczeniu, w niezmienionych warunkach środowiskowych. Służą temu głównie Rezerwaty i Parki Narodowe. Ochrona ex situ (czyli poza naturalnym otoczeniem) obejmuje banki genów, nasion, jaj, nasienia oraz żywe kolekcje, hodowle in vitro (tkanek roślin, kultur mikroorganizmów), rozmnażanie dzikich gatunków przez chów zwierząt i uprawę roślin w celu reintrodukcji ich do naturalnych siedlisk, kolekcje roślin i zwierząt w ogrodach botanicznych i zoologicznych, w akwariach i arboretach w celach badawczych, edukacyjnych i popularyzacyjnych.

W zagadnieniach związanych z ochroną środowiska często pojawia się pojęcie zrównoważonego rozwoju. Zrównoważony rozwój (wg Światowej Komisji ds. Środowiska i Rozwoju) to rozwój, w którym potrzeby obecnego pokolenia mogą być zaspokajane bez umniejszania szans przyszłych pokoleń na ich zaspokojenie. Pojęcie to wymyślił Hans Carl von Carlowitz, niemiecki księgowy i administrator górnictwa.

Swoje korzenie ma w leśnictwie, oznaczało wycinkę tylu drzew, ile będzie w stanie odrosnąć tak, aby las nie zniknął. Zrównoważony rozwój jest kompromisem pomiędzy potrzebami społeczeństwa, ograniczeniami środowiska i ekonomią.

10.1. Obszary chronione Według Światowej Unii Ochrony Przyrody IUCN obszary chronione sklasyfikowane są w następujący sposób (w nawiasie nr kategorii):

(I) Rezerwat ścisły (ochrona twarda i bierna)

(II) Park narodowy - 117 -

(III) Rezerwat krajobrazowy

(IV) Rezerwat częściowy

(V) Park krajobrazowy

(VI) Obszar ochrony zasobów przyrody

Oprócz tego istnieją obszary chronione statusem prawnym państwa i ochroną międzynarodową: - obszary dziedzictwa światowego – na podstawie Konwencji Paryskiej z 1972 roku (np. Białowieski PN), - rezerwaty biosfery – na podstawie decyzji Rady Koordynacyjnej Programu „Człowiek i Biosfera” przy UNESCO w Paryżu, 1976 (np. Rezerwat Jeziora Łuknajno), - obszary wodno-błotne o światowym znaczeniu – na podstawie Konwencji Ramsarskiej z 1971 roku (np. Jezioro Siedmiu Wysp, Świedwie).

Parki Narodowe Park Narodowy wg IUCN jest to obszar stosunkowo rozległy (o powierzchni ponad 1000 ha). Obejmuje 1 lub kilka ekosystemów, mało lub w ogóle nie zmienionych, w których cała przyroda ma szczególne znaczenie dla nauki, edukacji lub turystyki. Na tym obszarze władze państwa podjęły stosowne kroki (prawne i materialne), aby wyeliminować lub ograniczyć osadnictwo i gospodarcze użytkowanie przyrody i zapewniły należytą ochronę i opiekę naukową. Jest on udostępniony (pod pewnymi warunkami) do zwiedzania oraz ma zorganizowaną służbę ochronną i utrzymywany jest z budżetu państwa.

Rezerwat przyrody Według ustawy o ochronie przyrody rezerwat to obszar obejmujący zachowanie w stanie naturalnym lub mało zmienionym ekosystemy, określone gatunki, elementy przyrody nieożywionej mające istotną wartość (ze względów naukowych, przyrodniczych, kulturowych lub krajobrazowych). Dookoła rezerwatu nieraz tworzy się tzw. otulinę, czyli strefę, która ochrania rezerwat przed czynnikami zewnętrznymi. W rezerwacie chronione są wszystkie elementy, ale z reguły tylko ze względu na jeden obiekt, stąd wyróżniamy rezerwaty: faunistyczne, krajobrazowe, leśne, torfowiskowe, florystyczne, wodne, stepowe, słonoroślowe oraz przyrody nieożywionej (geologiczne).

- 118 -

Park krajobrazowy Ustawa o ochronie przyrody mówi, że park krajobrazowy to obszar chroniony ze względu na wartości przyrodnicze, historyczne i kulturowe. Ich celem jest zachowanie, popularyzacja i upowszechnienie powyższych wartości w warunkach racjonalnego gospodarowania, tzn. że grunty rolne, leśne i inne nieruchomości są pozostawione w wykorzystaniu. Wokół parku krajobrazowego również może zostać ustanowiony obszar otuliny.

Inne obszary chronione Obszary chronionego krajobrazu obejmują atrakcyjne krajobrazowo tereny o różnych typach ekosystemów, przeznaczone są dla rekreacji i wzmocnienia innych form ochrony.

Osobnym rodzajem ochrony jest ochrona indywidualna, która obejmuje pomniki przyrody czyli pojedyncze lub skupione twory przyrody, odznaczające się wyróżniającymi je cechami, np. stare i okazałe drzewa i krzewy, źródła, wodospady, skałki, jaskinie. Natomiast stanowisko dokumentacyjne rozumiane jest jako obiekty geologiczne o znaczeniu dydaktycznym, np. wyrobiska, naturalne wychodnie, odkrywki. Użytki ekologiczne to nie używane przez człowieka, zasługujące na ochronę pozostałości ekosystemów, np. naturalne zbiorniki wodne, kępy drzew, bagna, wydmy, starorzecza, a zespół przyrodniczo-krajobrazowy wyznacza się w celu ochrony wyjątkowo cennych fragmentów krajobrazu naturalnego i kulturowego dla zachowania jego wartości estetycznych.

10.2. Ochrona gatunkowa Ochrona gatunkowa ma na celu zabezpieczenie dziko występujących roślin i zwierząt w szczególności gatunków rzadkich lub zagrożonych wyginięciem, oraz zachowanie różnorodności gatunkowej i genetycznej. Gatunki podlegają ochronie na terenie całego kraju, żywe lub martwe, w całości lub w części. Gatunków objętych ochroną nie wolno sprzedawać ani kupować.

Bank genów jest kolekcją nasion roślin użytkowych wartościowych dla hodowli, badań naukowych lub gospodarki. Zasady, na jakich przechowuje się nasion ustala Organizacja Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa.

W Polsce zajmuje się tym Instytut Hodowli i Aklimatyzacji roślin w Radzikowie.

- 119 -

W polskich bankach (dane z 1998 roku) przechowuje się ponad 60 tys. nasion, głównie zboża i trawy.

10.3. Prawo Ochrony Środowiska Prawo Ochrony Środowiska to gałąź prawa obejmująca zagadnienia ochrony środowiska, oprócz regulacji krajowych w jej skład wchodzą również traktaty międzynarodowe. Jest ogółem norm prawnych obowiązujących w danym miejscu i czasie, których głównym przedmiotem jest ochrona środowiska.

W grudniu 1968 r. Podczas 23. Sesji Zgromadzenia Ogólnego ONZ stwierdzono, że środowisko jest wspólnym, bezcennym, jednolitym, zużywalnym dobrem. Zobowiązano Sekretarza Generalnego ONZ do wykonania raportu o stanie środowiska (U Thant w 1969 r. – „Człowiek i jego środowisko”) powstał bilans stworzony na podstawie informacji MSZ poszczególnych państw, stwierdzono w nim, że nikt nie przestrzega praw ochrony środowiska, ochrona środowiska nie jest działaniem skoordynowanym, ochrania się bez zrozumienia problemu.

U Thant zaproponował doraźne rozwiązania (które nic nie dały), dlatego też zorganizowano międzynarodową konferencję, na której dano państwom 3 lata na przygotowanie się i przedstawienie konkretnych propozycji o charakterze globalnym, regionalnym (kontynentalnym), krajowym, lokalnym.

W czerwcu 1972 na konferencji w Sztokholmie postawiono tezę, że ochrona środowiska jest jedną z podstawowych funkcji państwa a polityka ochrony środowiska jest integralną częścią polityki każdego państwa (i konkretną dziedziną prawa).

Program Środowiskowy Organizacji Narodów Zjednoczonych UNEP powstał w grudniu tego samego roku, z siedzibą w Nairobi, stolicy Kenii. W Sztokholmie ustanowiono też Światowy Dzień Środowiska – 5 czerwca – dla przypomnienia głównych haseł tej konferencji.

Zasady ustalone na konferencji w Sztokholmie zebrane zostały w tzw. Deklarację Konferencji Narodów Zjednoczonych w Sprawie Naturalnego Środowiska Człowieka.

1992 zwołano konferencję w Rio de Janeiro. Przyjęto na niej globalny program działań („Środowisko i rozwój”/Szczyt Ziemi z udziałem ok. 180 państw).

Wraz z nią nadeszła nowa era „zrównoważonego rozwoju” – wzrost gospodarczy owszem, ale bez obciążania środowiska.

- 120 -

Kolejna konferencja, która zaowocowała protokołem z Kioto 1997 zaowocowała w ustalenia, w których każdy kraj dostał limit możliwości emitowania gazów do środowiska, taki sam dla każdego państwa.

Europejskie Instytucje Ochrony Środowiska Nie ma wyraźnego rozgraniczenia kompetencji, każdy organ powinien i musi zajmować się ochroną środowiska. Ogólnie rzecz biorąc: - Rada UE – Rada ochrony środowiska – tworzy prawo wtórne, - Parlament – powołany jest komitet ds. środowiska i spraw konsumenta (spotyka się raz na tydzień), obrady są otwarte, - Komisja Europejska – bardzo aktywna działalność: - projekty, wprowadzanie, egzekucja, - negocjuje w imieniu Rady konwencje, - zarządza finansami ISPA, w europie LIFE, - organizuje spotkania.

Instytucje specjalne to: - Europejska Agencja Ochrony Środowiska w Kopenhadze – działa na podstawie rozporządzenia Rady z 1990 r., rozpoczęła działalność pod koniec 1993 r., monitoruje, sprawdza i negocjuje działania, - Europejska Sieć Nadzoru i Informacji o Środowisku, - Trybunał Sprawiedliwości - Sąd I Instancji.

Ochrona powietrza Najważniejszymi międzynarodowymi dokumentami regulującymi przepisy z tego zakresu są: - Konwencja Genewska (13.11.1979 r.) w sprawie transgranicznego zanieczyszczenia powietrza na dalekie odległości, - Protokół EMEP – problemom monitoringu poświęcony jest jedyny dotychczas ratyfikowany przez Polskę protokół do powyższej konwencji, - Protokół azotowy – dotyczący lotnych związków organicznych, wprowadza obowiązek ograniczenia emisji o 30% w stosunku do poziomu z 1988 roku, - II protokół siarkowy (Oslo 1994 r.), zgodnie z nim w stosunku do poziomu z 1980 roku Polska powinna ograniczyć emisję do 2000 r. o 37%, do 2005 r. o 47% i do 2010 r. o 66%, - 121 -

- Protokoły z 1998 r. z Aarhus w sprawie trwałych związków organicznych o ograniczaniu emisji węglowodorów aromatycznych, toksyn i freonów oraz sześciochlorobenzenu, i w sprawie metali ciężkich - Konwencja wiedeńska z 22.09.1985 r. w sprawie ochrony warstwy ozonowej i protokół montrealski (l stycznia 1989 r.)

- Konwencja klimatyczna z 9.05.1992 r. w sprawie zmian klimatu (Rio de Janeiro i Nowy Jork) - Protokół z Kioto (15 lipca 1998 r.) wprowadzający konkretne ograniczenia emisji gazów szklarniowych i dopuszczający tzw. handel emisjami, stwarzający zachętę dla państw rozwiniętych do finansowania projektów w krajach rozwijających się.

Ochrona wód W świetle prawa międzynarodowego opiera się na Konwencji o zapobieganiu zanieczyszczenia morza olejami (OILPOL – Londyn 1954 r.), Konwencji o zapobieganiu zanieczyszczenia morza przez statki (MARPOL – Londyn 1973 r.), - ochrona basenu Morza Bałtyckiego regulowana jest przez Konwencję o ochronie środowiska morskiego obszaru M. Bałt. przed zanieczyszczeniem (Helsinki 1974), mówi o usuwaniu zanieczyszczeń z lądu do morza, - HELCOM to Komisja Ochrony Środowiska Morskiego Bałtyku, - Konwencja o ochronie środowiska morskiego obszaru Morza (Helsinki 1992) obejmuje wody wewnętrzne (czego nie robi poprzednio wymieniona) i dotyczy ochrony przed wszelkimi zanieczyszczeniami, - w prawie wewnętrznym przepisy o ochronie wód morskich reguluje Ustawa o obszarach morskich RP i o administracji morskiej (1991) określająca położenie prawne obszarów morskich RP i pasa nadbrzeżnego, - w prawie Unii Europejskiej przepisy regulowane są przez Dyrektywę Rady Europy w sprawie polityki wodnej Unii Europejskiej (60/2000) wprowadzającą zintegrowane zarządzanie dorzeczami z uwzględnieniem potrzeb wszystkich użytkowników, - w prawie wewnętrznym Ustawa Prawo wodne z 2001 roku.

- 122 -

Ochrona przyrody W prawie międzynarodowym ochrona przyrody definiowana jest przez dokumenty: - Konwencję w sprawie ochrony światowego dziedzictwa kulturalnego i naturalnego (Paryż 16 listopad 1972 r.), - Konwencję o obszarach wodno – błotnych mających znaczenie międzynarodowe jako środowisko życiowe ptactwa wodnego (Ramsar 2 lutego 1971 r.), - Konwencję o ochronie europejskich gatunków dzikich zwierząt i ich środowiska życia (Berno 19 września 1979 r.), - Konwencję o międzynarodowym handlu dzikimi zwierzętami i roślinami gatunków, oraz Konwencję o ochronie dzikich zwierząt gatunków migrujących (Bonn 23 lipca 1979), - Konwencję w sprawie różnorodności biologicznej (Rio de Janeiro 5 czerwca 1992 r.), - Konferencję „Środowisko dla Europy” – Paneuropejską Strategię ochrony różnorodności biologicznej i krajobrazowej (Sofia 1995 r.).

W prawie międzynarodowym ochrona przyrody definiowana jest przez dokumenty: - Konwencję w sprawie ochrony światowego dziedzictwa kulturalnego i naturalnego (Paryż 16 listopad 1972 r.), - Konwencję o obszarach wodno – błotnych mających znaczenie międzynarodowe jako środowisko życiowe ptactwa wodnego (Ramsar 2 lutego 1971 r.), - Konwencję o ochronie europejskich gatunków dzikich zwierząt i ich środowiska życia (Berno 19 września 1979 r.), - Konwencję o międzynarodowym handlu dzikimi zwierzętami i roślinami gatunków, oraz Konwencję o ochronie dzikich zwierząt gatunków migrujących (Bonn 23 lipca 1979), - Konwencję w sprawie różnorodności biologicznej (Rio de Janeiro 5 czerwca 1992 r.), - Konferencję „Środowisko dla Europy” – Paneuropejską Strategię ochrony różnorodności biologicznej i krajobrazowej (Sofia 1995 r.).

- 123 -

- - - -

W prawie wewnętrznym najważniejsze są: Ustawa z 16 października 1991 r. o ochronie przyrody, Ustawa o lasach z 28 września 1991, Ustawa z 08.08.2001 o przeznaczeniu gruntów rolnych do zalesienia, Ustawa z 13.10.1995 r. – Prawo łowieckie.

Odpady

W Unii Europejskiej kwestię tą reguluje przede wszystkim dyrektywa Rady z 1975 r. O odpadach: - zawiera podstawowe definicje oraz główne zasady postępowania z odpadami, została ona znowelizowana w 1991 r.

Gospodarowanie odpadami w prawie wewnętrznym regulowana jest przez Ustawę o odpadach z 2001r. mówiącą o magazynowaniu odpadów, opracowywaniu planów gospodarki odpadami, o obowiązkach posiadaczy odpadów, ich odzysku oraz unieszkodliwianiu, prowadzeniu jakościowej i ilościowej ewidencji wytwarzanych odpadów, szczególnych zasadach gospodarowania niektórymi rodzajami odpadów (np. zawierających PCB czy komunalnych osadów ściekowych), międzynarodowym obrocie odpadami – polega on na przywozie ich z zagranicy na terytorium państwa polskiego, ich przewozie przez terytorium państwa polskiego lub wywozie odpadów za granicę z terytorium państwa polskiego.

Ustawa Prawo Ochrony Środowiska Prawodawstwo polskie w zakresie ochrony środowiska jest rozproszone pomiędzy wiele dokumentów ustawowych i rozporządzeń. Obowiązującą do 2001 roku Ustawę o kształtowaniu i ochronie środowiska z roku 1980 zastąpiła Ustawa Prawo Ochrony Środowiska (tzw. POŚ).

Formy prawne ochrony zasobów środowiska Ochrona zasobów środowiska odbywa się na podstawie odrębnych ustaw, głównie: - Ustawa Prawo ochrony środowiska z dn. 27.04. 2001 r. (Dz.U. z 2001 r. Nr 62, poz. 627) – nowelizacja i tekst jednolity z dn. 23.01.2008 r. (Dz.U. 2008 nr 25 poz. 150), - Ustawa o ochronie gruntów rolnych i leśnych z dn. 3. 02. 1995 r. (Dz.U. 1995 Nr 16 poz. 78 – Tekst ujednolicony – Dz.U. Nr 121, rok 2004, poz. 1266), - 124 -

- Ustawa Prawo geologiczne i górnicze – Dz.U. Nr 27, rok 1994, poz. 96, - Ustawa Prawo wodne z dn. 18.07. 2001 r. (Dz. U. z 2001 r. Nr 115, poz. 1229), - Ustawa o lecznictwie uzdrowiskowym, uzdrowiskach i obszarach ochrony uzdrowiskowej – Dz.U. Nr 167, rok 2005, poz. 1399, - Ustawa o obszarach morskich Rzeczpospolitej Polskiej i administracji morskiej z dn. 21. marca 1991 r. (Dz.U. 1991, Nr 32, poz. 131) wraz z Rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 29 kwietnia 2003 r. w sprawie określenia minimalnej i maksymalnej szerokości pasa technicznego i ochronnego oraz sposobu wyznaczania ich granic (Dz. U. Nr 89, poz. 820), - Ustawa o lasach z dn. 28.09. 1991 r. (Dz. U. 1991 Nr 101 poz. 444).

Bibliografia Dobrzyński G., Dobrzyńska B.M, Kiełczyński D. Ochrona środowiska przyrodniczego. Ekonomia i Środowiska, Białystok, 1997.

Górka K., Poskrobko B., Radecki W. Ochrona środowiska. Problemy społeczne, ekonomiczne i prawne. PWE, Warszawa, 1998.

Paczuski R. Prawo ochrony środowiska. OW Branta, Bydgoszcz, 1994.

Ustawa z dnia 27.04.2001 – Prawo ochrony środowiska (Dz.U. Nr 62., poz. 627) z późn. zm. (www.isap.sejm.gov.pl, 09.11.2015).

- 125 -

- 126 -

- 127 -

- 128 -