Energija in okolje Prof. dr. Sašo Medved, saso.medved@fs.uni-lj.si, DS N5 Okolje in okoljevarstvo Vsebina Osnovni pojmi, slovar izrazov Energijski in snovni tokovi v okolju Okolje sfere in njihove značilnosti atmosfera hidrosfera Stanje okolja v SLO in trendi
2 Slovar izrazov Okolje (environment) prostor z različnimi sestavami, ki omogoča življenje na Zemlji del narave, ki jo je človek delno prilagodil svojemu bivanju in delovanju (človekovo okolje); naša obveza - skrb za ohranjanje naravne kakovosti zraka, vode, tal, žive narave, naravnih virov ter narodovo in svetovno kulturno dediščino, varovati zdravje ljudi,.
3 Slovar izrazov Okolje (environment) prostor z različnimi sestavami, ki omogoča življenje na Zemlji del narave, ki jo je človek delno prilagodil svojemu bivanju in delovanju (človekovo okolje); naša obveza - skrb za ohranjanje naravne kakovosti zraka, vode, tal, žive narave, naravnih virov ter narodovo in svetovno kulturno dediščino, varovati zdravje ljudi,. Okoljska blaginja (environmental welfare) blaginja, ki označuje okoljsko ravnovesje med zadovoljevanjem naših potreb in kakovostjo življenja
4 Slovar izrazov Okolje (environment) prostor z različnimi sestavami, ki omogoča življenje na Zemlji del narave, ki jo je človek delno prilagodil svojemu bivanju in delovanju (človekovo okolje); naša obveza - skrb za ohranjanje naravne kakovosti zraka, vode, tal, žive narave, naravnih virov ter narodovo in svetovno kulturno dediščino, varovati zdravje ljudi,. Okoljska blaginja (environmental welfare) blaginja, ki označuje okoljsko ravnovesje med zadovoljevanjem naših potreb in kakovostjo življenja. Obremenitev okolja (environmental impact) učinek vseh vplivov na okolje, ki nastajajo s človekovimi dejavnostmi (dejavnosti, objekti, ); merimo z okoljskimi kazalniki (indikatorji) kažejo okoljske pritiske in njihove vzroke, okoljske razmere in odzive nanje.
5 Slovar izrazov Ekologija (ecology) veja biologije, ki preučuje odnose med organizmi ter odnose med njimi in neživim okoljem; ekologija človeka preučuje razmere za življenje človeka v naravi; termin ekologija je uvedel nemški znanstvenik Haeckel 1866
6 Slovar izrazov Ekologija (ecology) veja biologije, ki preučuje odnose med organizmi ter odnose med njimi in neživim okoljem; ekologija človeka preučuje razmere za življenje človeka v naravi; termin ekologija je uvedel nemški znanstvenik Haeckel 1866 Ekološko ravnovesje (ecobalance) stanje v okolju, pri katerem so nežive (biotopi) in žive sestavine ekosistemov (združbe rastlinskih in živalskih vrst, bakterij, gliv,) usklajene in ustaljene.
hudo uničenje narave, ki prizadene kakovost življenja in biotsko raznovrstnost do te mere, da se ne more naravno obnoviti ali pa je to zelo dolgotrajen proces in posegi ljudi. 7 Slovar izrazov Ekologija (ecology) veja biologije, ki preučuje odnose med organizmi ter odnose med njimi in neživim okoljem; ekologija človeka preučuje razmere za življenje človeka v naravi; termin ekologija je uvedel nemški znanstvenik Haeckel 1866. Ekološko ravnovesje (ecobalance) stanje v okolju, pri katerem so nežive (biotopi) in žive sestavine ekosistemov (združbe rastlinskih in živalskih vrst, bakterij, gliv,) usklajene in ustaljene. Ekološka nesreča, ekološka katastrofa (ecological accident, natural disaster) nenaden izredni dogodek v okolju, ki ogroža človeška življenja ter povzroča škodo v okolju;
8 Slovar izrazov Varstvo okolja aktivnosti z namenom trajnega ohranjanje narave, njene raznovrstnosti in avtohtonosti vrst in habitatov -življenjskih okolij; ukrepi zaščite naravnih znamenitosti, spodbujanje in urejanje razmerij med človekom in naravo; krepitev samo-regulacijskih procesov v okoljskih sferah; uresničevanje sonaravno trajnostnega razvoja; ključno za uspešno varovanje okolja - znanost in izobraževanje. Sonaravno trajnostni razvoj (sustainable development) Način ravnanja in razvoja družb, lokalnih skupnosti, posameznika, ki ne vpliva na kakovost okolja in količino naravnih virov in tako ustvarja naslednjim generacijam enake pogoje za razvoj, kot jih imamo mi.
9 Slovar izrazov Onesnaženje (pollution) (nepravilno) izpuščanje, odlaganje različnih škodljivih snovi v okolje, ki poslabšajo biološke, fizikalne in/ali kemične lastnosti okolja. Presoja vplivov na okolje (environmetal impact assessment) ugotavljanje učinkov dejavnosti v okolju osnovana na spremljanju stanja okolja monitoringu. Okoljsko inženirstvo (environmental engineering) celota dejavnosti, ki urejajo ali izboljšujejo okolje od ravnanja z odpadki in čiščenja okolja do urejanja hudournikov, urejanja prostora in prometa... Okoljevarstveni standardi (environmental standards) standardi, ki določajo najvišje dopustne obremenitve okolja; spreminjajo se z novimi spoznanji o vplivih na okolje in učinkih; vplivajo na razvoj tehnologij in postopkov, ki omogočajo boljšo zaščito okolja; s standardi ISO 14001 in 14050 so opredeljene norme in postopki za zmanjšanje pritiskov na okolje.
10 Slovar izrazov Onesnaževala (tudi onesnažila, polutanti) so snovi, ki poslabšajo kakovost okolja, vplivajo na počutje in zdravje ljudi in živih bitij, vrednost premoženja. Izvirajo iz onesnaževalcev povzročiteljev onesnaževanja. Nastajajo z naravnimi procesi kot na primer trdni delci rastlinskega prahu ali vulkanskih izbruhov, ogljikovodiki iz smol dreves, metan, ki nastaja pri biološkem razkroju organskih snovi, Iz vulkana Kilauea se je leta 1986 v tri tedne trajajočem delovanju sprostilo v atmosfero 2,000 ton SO 2 vsak dan. Velike količine onesnaževal pa so antropogenega izvora torej posledica dejavnosti ljudi. V nadaljevanju se bomo omejili na preučevanje posledic antropogenih onesnaževal, saj obstajajo dokazi, da naraščanje izpustov od začetka industrijske revolucije sredi 19 st. in intenzivne urbanizacije, ki je značilna za 20 st., že vpliva na kakovost sestavin okolja. Emisije : imisije? Onesnaževanje : onesnaženost!
11 Slovar izrazov Pri preučevanju učinka onesnaževal pa je pomembno: kakšen je nivo (threshold) pri katerem so snovi nevarne nekatere so v manjših vsebnostih ljudem neškodljive (A) na primer CO 2, druge nevarne že v najmanjših količinah (C) na CO, tretje v manjših količinah nujno potrebne za razvoj živih bitij (B) a pri povečani vsebnosti nevarne, na primer cink,.. kolikšna je celotna sprejeta količina onesnaževala; nekatere snovi preidejo v naše telo na različne načine; svinec iz zraka in vode, zato moramo pri omejitvah emisij upoštevati tudi druge vire mogočega onesnaževanja. da upoštevamo trajanje izpostavljenosti in količino onesnaževala; to je razlog, da so dovoljene imisije onesnaževal v zraku omejene glede na urna, dnevna, letna povprečja. da upoštevamo skupne učinke vseh onesnaževal - obolenja z asbestozo so bolj pogosta pri kadilcih Učinek trajanja izpostavljenosti različnik koncentracijam CO v zraku merjen s % karboksihemoglobina v krvi
12 Kazalniki kakovosti okolja Povzeti iz temeljnega programskega dokumenta varstva okolja, to je Resolucije o Nacionalnem programu varstva okolja 2005-2012 (Uradni list RS, št. 2/2006) in iz drugih sektorskih dokumentov oz. programov. Uporabljamo 206 okoljskih kazalnikov, izbranih iz nabora najpomembnejših kazalnikov, ki jih predpisuje Evropska agencija za okolje. (arso.gov.si) Razvrščeni so v 17 skupin, ki se nanašajo na: okoljske sestavine (npr. vodo, zrak); na okoljsko problematiko (npr. podnebne spremembe, varstvo narave, izguba biotske raznovrstnosti, nastajanje in ravnanje z odpadki); integrirane kazalnike, ki jih uporabljamo kot podporo okoljevarstvenim politikam (npr. kmetijstvo, turizem, energetika, instrumenti okoljske politike).
13 Kazalniki kakovosti okolja kazalniki skupine
14 Kazalniki kakovosti okolja skupine kazalniki
15 Kazalniki kakovosti okolja kazalniki skupine
16 Kazalniki kakovosti okolja
17 Kazalniki kakovosti okolja
18 Kazalniki kakovosti okolja
18 Slovar izrazov Sistem ravnanja z okoljem (environmental management) Je skupek aktivnosti, ki vključuje dejavnosti in postopke za strokovno premišljeno in gospodarno ravnanje z okoljem, načrtovanje razvoja, opredelitev in sledenje ciljem. V fazi načrtovanja moramo prepoznati ključne okoljske probleme. ukrepaj načrtuj V fazi ukrepanja se vzpostavi učinkovit sistem zbiranja in obdelave podatkov, ki zagotavlja spremljanje pojava (pritiskov) v daljšem časovnem obdobju. Faza vrednotenja je namenjena spremljanju učinkovitosti okoljevarstevne politike. Uveljavljena sta dve metodologiji ISO 14001 in EMAS preveri izvedi Demingov krog ponavljajočih aktivnosti, model za iskanje nikoli dokončnih možnosti
19 Sistem ravnanja z okoljem ISO 14001 ISO 14001 je mednarodno uveljavljen standard, ki opredeljuje kako vzpostaviti učinkovit sistem ravnanja z okoljem (EMS environmental management system). Podaja smernice s katerimi ohranimo dobičkonosnost podjetja ob zmanjšanju škodljivih vplivov na okolje. Podjetje mora ugotoviti kakšne pritiske na okolje povzroča in jih preveriti z ustrezno okoljevarstveno zakonodajo. Določiti cilje za zmanjšanje pritiskov in metode kako jih uresničiti. Cilje je potrebno posodabljati in sprotno preverjati. Poleg standardov Upravljanja z okoljem, sodijo v družino standardov ISO 14000 še standardi za preverjanje pritiskov na okolje, okoljsko označevanje (labeling) in metode presoje vplivov na okolje v dobi trajanja izdelkov (life cycle assessment)
20 Sistem ravnanja z okoljem EMAS shema Revision of the Eco-Management and Audit Scheme (EMAS) (1995, 2011 EU) SLO: Shema za okoljsko vodenje in presojo organizacij Spodbujanje primernejšega ravnanja z okoljem Obveščanje javnosti o vplivih dejavnosti organizacije na okolje Nadgradnja ISO 14001 v smislu periodičnega objavljanja okoljskih informacij Okoljska izjava je glavni način seznanjanja javnosti z rezultati stalnega izboljševanja učinkov ravnanja z okoljem organizacij, ki presegajo veljavno zakonodajo in vključujejo zaposlene. Zakaj? -> učinki. izboljšanje ugleda podjetja v javnosti in med dobavitelji; ekonomski učinki zaradi znižanja stroškov surovin, rabe vode, rabe energije, ; povečanje konkurenčnosti zaradi zmanjšanega tveganja; + + +
22 Sistem ravnanja z okoljem EMAS shema Vključevanje v sistem EMAS omogoča ARSO na osnovi izjave organizacije o izpolnjevanju pogojev Uredbe Evropskega parlamenta št. 1221/2009 Pogoj za pridobitev EMAS znaka je: opravljen pregled okoljskih pritiskov in primerjava z trenutno veljavno zakonodajo; vzpostavitev sistema upravljanja z okoljem, ki vključuje opredelitev ciljev in načinov za njihovo uresničitev (npr. porabo vode bomo zmanjšali za 45% s čiščenjem odpadne vode in njeno ponovno uporabo); vzpostavitev notranjega nadzora in določitev odgovornih, izdelava javnega poročila Okoljske izjave o okoljevarstvenih ciljih in ukrepih, ki bodo v bodoče sprejeti, da se ti cilji uresničijo; to poročilo mora biti dostopno javnosti in verificirano s strani neodvisne organizacije; Izpolnjevanje pogojev preveri preveritelj, ki ima akreditacijo, vključitev v sistem EMAS odobri ARSO. Za obdobje treh let Dostopnost za javnost in periodično objavljanje preverjenih okoljskih informacij predstavljajo najpomembnejšo razliko med shemo EMAS in ISO 14001.
23 Sistem upravljanja z okoljem EMAS shema http://kazalci.arso.gov.si/kazalci/
25 IPPC: Celovito preprečevanje in nadzor onesnaževanja (Integrates Pollution Prevention and Control) Večji onesnaževalci okolja morajo pridobiti IPPC dovoljenje za obratovanje v skladu z Uredbo o vrsti dejavnosti in naprav, ki lahko povzročajo onesnaževanje okolja večjega obsega. Osnova za omejitve izpustov so referenčni dokumenti na primer Rererenčni dokument o najboljših razpoložljivih tehnologijah za velike kurilne naprave: navedene tehnologije za zmanjšanja posameznega pritiska (npr. emisije PM) učinkovitosti tehnologij energijskih pretvorb (npr. plinska turbina, kotel na plin) dovoljeni izpusti (npr. glede na velikost naprave in vrsto goriva) Preko IPPC registra (vključenih več kot 170 gospodarskih družb) je mogoč vpogled javnosti, vodilo upravljavcem naprav
26 Sestavine okolja Okolje je razdeljeno na različne elementarne dele. Za naše opazovanje je najpomembnejša biosfera, to je del okolja kjer se je razvilo življenje. To je vmesno področje med atmosfero, hidrosfero in litosfero. Organizmi v biosferi izmenjujejo z omenjenimi sistemi snovi in energijo. Vse naštete sisteme imenujemo s skupnim izrazom ekosfera. Atmosfera Atmosfera Biosfera Ekosfera Biosfera Hidrosfera Litosfera Litosfera Hidrosfera
27 Planetarna energijska bilanca Energijska bilanca planeta je ravnotežje med prenosom kratkovalovnega sončnega sevanja in dolgovalovnega toplotnega toka, ki ga planet oddaja v hladno (1,5K) vesolje. V obeh primerih se energija prenaša z elektromagnetnim valovanjem. Odbito kratkovalovno sončno sevanje, proporcionalno odbojnosti ali albedu (0,3 3 mm) Vesolje ~ 1,5 K površina R 2 površina 4 R 2 G=1372 W / m R albedo kopnih površin R Zemlja kot optièno èrno telo Kratkovalovno sončno sevanje (0,3 3 mm) Dolgovalovno sevanje Zemlje v Vesolje (3 100+ mm proporc. T 4
28 Planetarna energijska bilanca V biosferi krožijo energije in snovi. Tokovi energije potekajo v smeri, ki jo določajo tropični nivoji. Najpomembnejše oblike energij na Zemlji izvirajo iz sončnega sevanja. Sončno obsevanje se v naravi pretvarja v različne oblike energij. Večina od njih je v obliki prehodnih energij. Le v obliki biomase, ki nastaja s procesom fotosinteze in kot toplota, ki je uskladiščena v oceanih je sončna energija v naravi shranjena poljubno dolgo. Sončno obsevanje je najpomembnejši vir energije za naš planet in ljudi.
29 Soodvisnost organizmov v biosferi V biosferi so organizmi razvrščeni glede na njihovo mesto v prehranjevalni verigi (glede na vir energije). Te nivoje imenujemo tropični nivoji. Ekosfera Heterotropični nivo II Mesojedci (c) Heterotropični nivo I Rastlinojedci (b) Autropični nivo Rastline (a) Okolje Odmrle organske snovi Biosfera Saptroptični nivo Razkrajalci (d) V biosferi se različne vrste organizmov razvijajo kot člani skupnosti. Skupnost pa se mora prilagoditi okolju v katerem obstaja. To okolje imenujemo ekosistem. Z združevanjem ekosistemov dobimo biome. Glavni biomi na zemlji so npr. tundra, tropski gozd, puščava,...
Energijski in snovni tokovi v biosferi V biosferi krožijo energije in snovi. Tokovi energije potekajo v smeri, ki jo določajo tropični nivoji. Rastline pretvarjajo in skladiščijo sončno sevanje s procesom fotosinteze. Pri fotosintezi hranilne snovi (nutrients) in ogljikov dioksid CO 2 ustvarjajo kemično energijo v snoveh, ki jih imenujemo gradiva - sladkor, proteini, maščobe,.. hranilne snovi + CO 2 + svetloba -> O 2 + gradiva vsi ostali organizmi (v več stopnjah) porabljajo energijo za svoj razvoj s procesom, ki ga imenujemo dihanje (respiracija): gradiva + O 2 -> CO 2 + ostali odpadki Energija Proizvajalci (rastline) Dihanje Porabniki (živali) Razgradnja razgradnja odpadkov poteka z naravnimi krogi organskih snovi; tako iz odpadkov nove hranilne snovi Hranilne snovi v pedosferi, za nas neuporabno 0 Čas
30 Energijski in snovni tokovi v biosferi Tokovi snovi v ekosferi so krožni. To je potrebno, saj meje ekosfere (Zemlja Vesolje) prehaja le energija ne pa tudi snovi. Te se morajo zato obnavljati v biosferi. Kroženje snovi kot so ogljik, kisik, fosfor, dušik in žveplo se prične z razgradnjo ostankov odmrlih rastlin in živali, ki jo opravljajo mikroorganizmi ob pomoči geoloških in kemičnih procesov. Zato jih imenujemo tudi biogeokemično kroženje snovi. Sposobnost okolja, da uravnava biogeokemično kroženje snovi v okolju povezujemo s samočistilno sposobnostjo okolja. Večina teh procesov se dogaja v zelo tanki, nekaj 10 cm debeli, toda izredno dragoceni plasti kopnega, ki ga imenujemo pedosfera. Pedosfera nastaja zelo dolgotrajno: površje magme po izbruhu leta 1978 (levo), zanki obnavljanja pedosfere po izbruhu 1794 leta (desno).
31 Energijski in snovni tokovi v biosferi Proces biogeokemičnega kroženja snovi začnejo razkrojevalci, ki razgradijo: odpadke (NH 3, CO 2, žveplov sulfid H 2 S) v prehodne snovi, ki so nestabilne in škodljive ( nitriti NO 2 ) ter dokončno v stabilne, hranilne snovi ( nitrate NO 3 ), ki so na voljo rastlinam. Rastlinojedci ne morejo črpati hranilnih snovi neposredno iz okolja!
32 Antropogeni vplivi na biogeokemično kroženje snovi Ogljikov krog: Dušikov krov: Krog fosforja: požari, geološki procesi in delovanje vulkanov razgradnja organskih snovi sežiganje fosilnih goriv zakislevanje padavin sproščanje dušikovih oksidov v ozračje pri razkroju organskih odpadkov (neurejena odlagališča odpadkov) dušik odstranjujemo s tal pri rudarjenju za proizvodnjo gnojil črpanje dušika iz tal pri pretirani pridelavi z dušikom bogatih rastlin izpuščanje komunalnih odplak sežig fosilnih goriv dejavnosti ljudi povzročijo 3 krat izpuste dušikovih oksidov kot narava poraba kamnin, ki vsebujejo fosfate za proizvodnjo gnojil in detergentov golosek tropskega gozda za kmetijske namene zmanjšuje, razpoložljiv fosfor, saj ga pretežno nahaja v vegetaciji v tropskem področju in manj v zemlji; izločanje z živalskimi odplakami, gnojili, izpuščanjem komunalnih odplak.
31 Sestavine okolja - atmosfera Atmosfero sestavljajo plini in aerosoli (v zraku lebdeči trdni delci in kapljevine). Nastala je kot produkt biokemičnih reakcij. Meje atmosfere ne moremo točno omejiti saj se na površju z difuzijo molekule plinov prenašajo tudi v litosfero, na zunanjem robu pa govorimo o prehodni coni kjer se spajata Zemljina atmosfera in Vesolje. Atmosfero delimo na: troposfero, stratosfero, mezosfero, termosfero; ločnice pa imenujemo: tropopauza, stratopauza, mesopauza. Spodnja sloja troposfera in stratosfera imata 99% mase vse atmosfere.
32 Sestavine okolja - atmosfera Različna absorbcija kratkovalonega in dolgovalovnega sevanja vpliva na temperature v atmosferi: prvi lokalni ekstrem je na površju (povprečna temperatura ~ 18 C); temperatura se v troposferi, ki je debela okoli 16 km nad ekvatorjem in okoli 10 km nad poloma, z višino znižuje (glej nadaljevanje); v stratosferi je temperaturni gradient obraten, temperatura z višino narašča in doseže najvišjo vrednost na stratopauzi; razlog je absorbcijia UV sončnega sevanja v molekulah ozona, ki jih je največ na višini med 40 in 50 km. v mezosferi se temperatura zopet znižuje in doseže lokalni minimum na mezopauzi, v termosferi pa se zaradi ionizacije sicer redkih molekul plinov temperatura močno zviša.
33 Značilnosti ozračja Za opazovanje učinka onesnaževal, ki se sproščajo pri pretvarjanju energije na stanje atmosfere bosta posebno zanimivi dva sloja atmosfere : troposfera in stratosfera. Troposfera je zelo turbulenten sloj v katerem živimo in v katerem se dogaja vreme. Sloj, ki sledi, stratosfera, pa je zaradi obratnega temperaturnega gradienta zelo stabilen in učinek snovi, ki prestopijo v ta sloj je bolj dolgotrajen. Lastnosti troposfere in stratosfere opredeljujejo absorbcijo različnih valovnih dolžin sončnega sevanja in toplotnega sevanja, ki ga oddaja Zemlja v Vesolje. se absorbira ne preide skozi ozračje nevarno UV sevanje potrebno pri fotosintezi atmosfersko okno preide valovne dolžine (mm) Zemlja sprejema sončno sevanje (kratkovalovno) Zemlja oddaja (dolgovalovno sevanje)
34 Značilnosti troposfere Redčenje onesnažil in vplivno področje onesnaževanja sta odvisna od stabilnosti atmosfere. Osnova za opredelitev stabilnosti atmosfere je temperaturni gradient dt/dz - s spreminjanjem temperature T po višini atmosfere z. Opazujmo majhen volumen zraka, ki se premika navpično v atmosferi. Pri tem se mu spreminjajo temperatura, tlak in volumen, s svojim okoljem pa izmenjuje toploto. Spremembe naštetih veličin popišemo za idealen plin s I. zakonom termodinamike: delo, ki ga naš sistem opravi je razlika med spremembo notranje energije (toplote) in opravljenim volumetričnim delom: dq cp dt V dp kjer je: dq opravljeno delo opazovanega volumna zraka (J/kg) cp specifična toplota zraka pri konstantnem tlaku (J/KgK) dt sprememba temperature (K) V specifični volumen zraka (m 3 /kg) dp sprememba tlaka (Pa) Za adiabaten sistem (sistem preko meja katerega toplota ne prehaja) dobi zapis obliko: dt dp V c p
35 Značilnosti troposfere Ker pa nas zanima kako se z višino atmosfere (z) spreminja temperatura atmosfere (T), oziroma kakšen je temperaturni gradient v atmosferi dt/dz opredelimo še razliko tlakov, ki deluje zaradi teže zračnega stolpca gostote (g) na opazovan volumen zraka (V): p(z+dz) p(z) g A dz p(z) p(z dz) dp p z dz p z A dz z dp dp g dz g dz dt dt dp V g dz dp dz c p Negativni izraz na desni strani enačaja pomeni, da se temperatura z višino ozračja znižuje (dt/dz < 0). Ker je V specifični volumen, torej volumen na enoto mase, gostota pa masa na enoto volumna je produkt V. = 1. Če v izraz vstavimo konstanti g=9,81m/s 2 in c p =1005J/kg/K dobimo : dt dz 0,00976 C /m 9,76 C /km Pojasnilo: ker se tlak v atmosferi z višino zmanjšuje, se volumen zraka povečuje in tako opravi volumetrično delo; posledica je zniževanje temperature.
36 Značilnosti troposfere - T(z) z Ta izraz je pomemben saj opredeljuje pri katerem temperaturnem gradientu bo zrak še stabilen. Imenujemo ga adiabatski temperaturni gradient suhega zraka. nestabilno ozračje stabilno ozračje Če je dejanski gradient dt/dz večji od adiabatskega bo atmosfera nestabilna; če je dejanski temperaturni gradient manjši do navedenega adiabatnega bo atmosfera stabilna vplivno območje je večje Ker je zrak v naravi vedno vlažen (to vpliva na latentno toploto in spec. toploto c p ) je dejanski temperaturni gradient do katerega je zrak še stabilen ~ 6 C/km.
37 Značilnosti troposfere - T(z) z Ta izraz je pomemben saj opredeljuje pri katerem temperaturnem gradientu bo zrak še stabilen. Imenujemo ga adiabatski temperaturni gradient suhega zraka. nestabilno ozračje stabilno ozračje Če je dejanski gradient dt/dz večji od adiabatskega bo atmosfera nestabilna; če je dejanski temperaturni gradient manjši do navedenega adiabatnega bo atmosfera stabilna vplivno območje je večje dt/dz> zelo nestabilno Ker je zrak v naravi vedno vlažen (to vpliva na latentno toploto in spec. toploto c p ) je dejanski temperaturni gradient do katerega je zrak še stabilen ~ 6 C/km. Imisije SO 2 dt/dz= zelo stabilno dt/dz< Razdalja od točkovnega vira onesnaževanja dimnika termoelektrarne na premog brez razžveljevalne naprave
38 Snovi s katerimi onesnažujemo zrak Ogljikov dioksid - antropogenega izvora nastaja predvsem pri sežigu fosilnih goriv. V ozračju so koncentracije okoli 0.035%, v onesnaženih mesti do 0,08%, v prostorih dobro prezračevanih prostorih do 0,15%; (glavni vir: zgorevanje fosilnih goriv, naravni procesi v okolju; vpliv v oolju toplogredni plin). Ogljikov monoksid - nastaja pri nepopolnem zgorevanju ogljika v gorivih, pri vdihovanju nastaja v krvi karboksihemoglobin (COHb), ki zmanjšuje količino kisika v krvi ( glavni vir: zgorevanje fosilnih goriv; vpliv na počutje in zdravje ljudi). Dušikovi oksidi (krajše NO X ) še posebej nevarna NO in NO 2 ; nastajajo pri zgorevanju goriv kot toplotni NO x (iz zraka, ki ga dovajamo pri gorenju) in kot gorivni NO X (pri oksidaciji N iz goriva) (glavni vir zgorevanje fosilnih goriv; vpliva na zdravje ljudi, rastline, so sekundarni onesnaževalec sodelujejo pri škodljivih procesih v okolju). Žveplovi dioksidi - več kot 80% emisij je posledica oksidacije S iz fosilnih goriv pri gorenju, v okolju reagira s kapljicami vode in povzroča zakisljevanje padavin.
39 Snovi s katerimi onesnažujemo zrak Lebdeči trdni idelci (PM 2,5, PM10 particular matter, velikosti do 10 mm) - razpršene snovi v trdnem ali tekočem stanju, imajo velikosti med velikostjo molekule (premera 0,0002mm) in 500mm; v ozračju kot trdni delci ali aerosoli, vplivajo na zdravje ljudi, transmitivnost ozračja, so kondenzacijska jedra, povzroča mehansko obrabo (abrazijo), vizualno onesnažujejo naravno in urbano okolje. (glavni vir: promet, gradbeništvo). Lahko hlapni ogljikovodiki (VOC volatile organic compounds) kot so benzen, formaldehid, vinilklorid, tetraklorid dražijo sluznico, vplivajo na živčni sistem, škodujejo rastlinam, so karciogeni; glavni antropološki izvor je promet (70-80%), naravni rastline. Metan nastaja pri naravni razgradnji organskih snovi, tudi na odlagališčih komunalnih odpadkov; ker je močan toplogredni plin ga na odlagališčih zbiramo in sežigamo (ponekod pretvarjamo v toploto in električno energijo). Cevovodno omrežje za odplinjanje metana iz odlagališča komunalnih odpadkov.
40 Kakovost zraka v Slovenji - trendi Vir: ARSO Kazalci okolja v Sloveniji, 2014
43 Zmanjšanje onesnaževanja atmosfere Uporaba goriv, ki pri sežiganju povzročajo manjše emisije onesnaževal (kurilno olje -> zemeljski plin) Izločanje onesnaževal na mestu nastanka z čistilnimi napravami Varčna raba energije pri transportu, v industriji in stavbah Uporaba obnovljivih virov energije. Našteti ukrepi bodo predstavljeni v samostojnih predavanjih.
44 Hidrosfera Hidrosfera je sestavina okolja med litosfero (kopnim) in atmosfero in v vseh agregatnih stanjih z različnimi mehanizmi prehaja med obema tema sferama. Ta pojav imenujemo hidrološki krog. Glavni gonilni sili sta sončno obsevanje in gravitacija. Ocenjujemo, da se ¼ sončne energije porabi v vodnem krogu. Naravni procesi v hidrološkem krogu; pomemeben proces je evapotranspiracija; to je prenos vode iz tal preko koreninskega sistema in listov v atmosfero. Hidrosfera pokriva okoli 70% površine Zemlje. Najmanj celotne količine vode je v atmosferi (okoli 0,001% od celotne količine na Zemlji), največ v oceanih (97,6%). Okoli 3% vode je sladke, od tega ocenjujemo, da jo je pitne le okoli 0,05%. Zaradi antropogenega onesnaževanja nadaljnji razvoj človeštva močno odvisen stalne oskrbe s pitno vodo.
45 Hidrosfera Znanstveno vedo, ki preučuje kroženje vode na Zemlji imenujemo hidrologija. Procese gibanja vode v litosferi obravnava hidrogeologija, procese kroženja vode in vodne pare v atmosferi hidrometeorologija. Količino vode, ki sodeluje v hidrološkem krogu lahko le ocenimo. Kopno je razdeljeno na dve področji - aridno ali suho in humidno ali vlažno. Iz suhih področij voda ne odteka, ker padavine izhlapijo prej, preden oblikujejo površinske vodotoke. Pomemben podatek o lastnostih hidrosfere odtok, delež vseh padavin, ki odtečejo v površinskih vodotokih: Kontinent padavine (mm/m 2 odtok (mm/ m 2 leto) razmerje odtoka (%) leto) na površini podzemno skupaj Afrika 686 91 48 139 20 Azija 726 217 76 293 40 Avstralija 736 172 84 226 30 Evropa 734 210 109 319 43 S. Amerika 670 203 84 287 43 J. Amerika 1684 373 210 583 35 Za Slovenijo sta značilna tako visoka količina padavin (~ 1200 mm na leto) in tudi visoko razmerje odtoka - okoli 48%. Zato v Sloveniji predstavlja vodna energija pomemben energetski potencial.
45 Hidrosfera Slovenija ima 9200 km 2 hudourniškega območja s 7700 km hudournikov, na ostalih 11056 km 2 so nižinski in kraški vodotoki s skupno dolžino 18200 km. Povprečna gostota 25900 km dolge hidrografske mreže v Sloveniji je 1,28 km/km 2. Po ozemlju Slovenije se v vodotokih letno pretoči okoli 34 milijard m³ vode, kar predstavlja 0,4 % svetovnih zalog sladke vode (0,4% kopnega, 0,1% prebivalcev, 0,2% emisij toplogrednih plinov). Po skupni količini rečne vode na prebivalca se uvršča Slovenija med najbogatejše evropske države, saj skoraj štirikrat presega evropsko povprečje. Problematična sta: neenakomerna porazdelitev vodotokov in velik razpon med nizkimi in visokimi pretoki.
Viri pitne vode v SLO 46 Sestavine hidrosfere Glavne sestavine hidrosfere v litosferi so: površinski vodotoki so bili včasih in so še vedno glavni naravni sistem v katerega odvajamo tekoče odpadke (predvsem komunalne in industrijske); razlika je v tem, da večino onesnaževal danes iz odpadnih vod odstranimo v čistilnih napravah pred izpustom v vodotoke; jezera so pomembna oblika površinskih vod, zaradi sedimentov in nizkih pretočnih hitrosti je za jezera značilna velika naravna in antropogena evtrofikacija podtalnica ima velik pomen pri oskrbi s pitno vodo; 90% pitne vode v Sloveniji črpamo iz podtalnice ali izvirov, ki prihajajo iz podtalnice.
47 Poraba vode v Sloveniji Poraba vode v Sloveniji narašča Veliki energetski obrati JE Krško, TE-TO Ljubljana Namakalnih sistemov praktično ne uporabljamo (ali smo pripravljeni na podnebne spremembe?) Slo EU Zaradi ekološkega varovanja vodotokov je omejeno največje povišanje temperature v vodotokih (Sava 3K, Ljubljanica 4K). V letu 2008 so v JE Krško dogradili hladilne stolpe za dodatno hlajenje hladilne vode z zrakom. Primarno hlajenje ostaja z reko Savo, toda znižan vodostaj poleti je zahteval zmanjšamo moč delovanja.
48 Snovi s katerimi onesnažujemo vode Organski odpadki - eden od najpomembnejših parametrov kakovosti vode v naravnem okolju je količina raztopljenega kisika DO. Pri nasičenju je količina raztopljenega kisika med 8 in 15 mg/l (minimalno 5-8 mg/l (za postrvi) do 3 mg/l (za krape). Organske odpadke v vodah razgradijo mikroorganizmi (uporabljajo jih kot hrano). Pri tem porabljajo v vodi raztopljen kisik. Kisik se v vodotoku obnavlja s procesom reareacije, ki je večja pri nižjih temperaturah in toku v brzicah. (glavni vzrok: komunalne in kmetijske odpadne vode). Patogeni organizmi; šele v drugi polovici 19 stoletja so zaradi pogostih epidemij nalezljivih boleznih, ugotovili povezanost med človeškimi odplakami in vodnimi viri; patogeni organizmi se razmnožujejo v gostitelju. V vodi se pojavljajo v obliki bakterij, virusov, s kloriranjem, ki so ga v ZDA uvedli že leta 1908 so zmanjšali izbruhe epidemij; po podatkih svetovne zdravstvene organizacije je 80% vseh bolezni v nerazvitih državah posledica neprimerne vodne in sanitarne ureditve, zaradi tega pa vsako leto umre 10 20 milijonov otrok (vzrok: neurejena oskrba s pitno vodo in odvod odplak). Hranilne snovi - proces bogatenja vode in vodotokov s hranilnimi snovmi, predvsem spojinami dušika in fosforja imenujemo evtrofikacija; te snovi povzročijo bujno rast alg, kar povečuje porabo raztopljenega kisika. Alge in druge organske snovi vplivajo na barvo, motnost, vonj in okus vode. (glavni vzrok: uporaba pralnih sredstev v gospodinjstvih in umetnih gnojil v kmetijstvu).
49 Snovi s katerimi onesnažujemo vode Soli v vodah raztopljene soli so običajno kationi (+) natrija, kalcija, magnezija ali kalija ter anioni (-) kot so klorid, sulfid in bikarbonat. Pri monitoringu jih navajamo kot vsebnost skupnih raztopljenih trdnih snovi (TDS - total dissolved solids). Koncentracija raztopljenih snovi v pitni vodi, ki jo uporabljajo ljudje ne sme presegati 500 mg/l TDS. (glavni vzrok: industrijske odpadne vode, izpiranje soli s cestišč) Težke kovine so v nizkih vsebnostih pomembne hranilne snovi, vendar pri večjih vsebnostih zelo strupene. Kovine lahko preidejo v človeški organizem z dihanjem (na primer svinec) ali z zaužito hrano in vodo. Povzročajo tudi mutacije celic. (glavni vzrok: emisije pri sežiganju) Pesticidi so snovi, ki jih uporabljamo za odstranjevanje nezaželenih in škodljivih organizmov v naravi; uporabljamo jih v zaščitnih sredstvih. (glavni vzrok: kmetijstvo, obnova in vzdrževanje objektov) Hlapne organske snovi (volatile organic compound - VOC) najpogostejša onesnaževala podtalnice; uporabljajo se kot topila v industriji; pri industrijskih procesih. Mnogim pa pripisujejo kancerogenost in mutagenost - vinilklorid (kancerogena snov), tetrakloretilen (povzroča tumorje, verjetno kancerogen),.. (Toplotno onesnaževanje) je posledica emisij toplote v velikih energetskih objektih (JE, TE). S povečevanjem temperature vode se povečuje tudi delovanje metabolizma vodnih živali ter zato potreba po kisiku ob tem pa se z naraščanjem temperature znižuje topnosti kisika v vodi.
50 Sestavine hidrosfere in njihova kakovost v Sloveniji Površinski vodotoki Kakovost vode v vodotokih določajo naravni pogoji, naše aktivnost in način, kako z njo gospodarimo. Ekološko stanje opredeljujemo s saprobnim indeksom (opredeljuje onesnaženost z razgradljivimi organskimi snovmi). Po stopnji onesnaženosti delimo vode v vodotokih v 4 razrede (I IV): v prvi (I.) razred uvrščamo pitno vodo in vodo po dezinfekciji. Takšni so npr. alpski vodotoki, vodovodna voda in druge čiste vode; v drugi (II.) razred prištevamo vode primerne za kuhanje, šport in zahtevne industrijske postopke; v glavnem vse naše večje reke; v tretji (III.) razred voda iz teh vodotokov je še uporabna za manj zahtevne industrijske postopke, vendar se po številu organizmov že znatno razlikuje od prejšnjih dveh; življenje v vodah, ki jih uvrščamo v četrti (IV.) razred, je revno; voda je umazana in ima neprijeten vonj, po njej plavajo različne odpadne snovi.
51 Sestavine hidrosfere in njihova kakovost v Sloveniji Med najčistejše reke pri nas sodijo Soča in Idrijca (II. razred), manj čiste Sava, Mura, Drava in Krka (III. razred), med najbolj onesnažene pa Ljubljanica in Kamniška Bistrica (IV. razred).
52 Sestavine hidrosfere in njihova kakovost v Sloveniji Površinske vode nadzoruje ARSO na več kot 100 merilnih točkah vzdolž glavnih rek. Monitoring onesnaževal je podrobnejši na mestih, kjer vode iz vodotokov odtekajo v podtalnico in na izvirih, ki se uporabljajo za preskrbo s pitno vodo na večjih območij in v njihovem zaledju. Kakovost vodotokov v Sloveniji se izboljšuje predvsem zaradi čistilnih naprav komunalnih odpadnih vod (mesta) in odpadnih vod na živinorejskih farmah. Čistilna naprava komunalnih odpadnih vod v Škofji Loki
53 Zmanjšanje onesnaževanja hidrosfere Najpomembnejše za zmanjšanje izpustov in izločanje onesnaževal so čistilne naprave odpadnih vod. Zasnovano je na mehanskih, kemijskih in bioloških postopkih. Stopnje čiščenja delimo na: predčiščenje (A) je mehansko, z grabljami, siti in peskolovom iz vode odstranimo večje delce in plavine; primarno čiščenje (B) je tudi mehansko, uporabljamo bazene v katerih se hitrost toka vode zmanjša; težji delci se posedejo na dno, maščobe plavajo na površju; oboje odstranimo mehansko in stabiliziramo (C) pred odlaganjem na urejena odlagališča; ker se v bazenu vzpostavijo tudi biološki procesi odstranimo tudi do 30% organskih snovi in do 20% spojin s fosforjem. A B C Areacijski bazen CŠN v Škofji Loki
54 Zmanjšanje onesnaževanja hidrosfere sekundarno čiščenje je biološko čiščenje pri katerem odstranimo organske snovi in delno tudi spojine z dušikom in fosforjem (hranilne snovi); čiščenje opravljajo aerobni mikroorganizmi, ki jih naselimo v prezračevalne bazene (D) kot aktivno blato; v bazene vpihujemo zrak; iz aerobnega bazena teče voda s kosmi organskih snovi v usedalnike (E), kje se kosmi odložijo na dno. Blato z dna stabiliziramo (C) v okolju brez kisika (torej anaerobno) in osušimo, odlagamo ali sežigamo. Tu lahko pridobivamo bioplin, ki ga porabimo za segrevanje procesov, proizvodnjo toplote ali električne energije (Škofja Loka, Jesenice, Ljubljana, Maribor); ta način čiščenja uporablajmo v komunalnih, industrijskih in za čiščenje izcednih vod na odlagališčih odpadkov. terciarno čiščenje uporabljamo za odstranjevanje hranilnih snovi v izmenično prezračevanih oksidacijskih bazenih; tako odstranimo spojine z dušikom in fosforjem. C D E
globina 55 Sestavine hidrosfere in njihova kakovost v Sloveniji Jezera Za vsa jezera je značilna evtrofikacija ali preveliko bogatenje s hranilnimi snovmi, predvsem spojinami, ki vsebujejo dušik in fosfor. Evtrofikacija je sicer lahko naravna (hranilne snovi prehajajo v jezersko vodo iz sedimentov), vendar je najpogosteje posledica pritokov komunalnih in tehnoloških odpadnih vod. Sončno sevanje (potrebno za fotosintezo) in zmerna evtrofikacija omogočata intenzivnejšo rast planktona in alg. Dokler je proizvodnja kisika večja od porabe pri dihanju alg se količina raztopljenega kisika ohranja. To je značilno za t.i. oligotrofna jezera ( z malo hranilnih snovi ). V oligotrofnih jezerih je svetlobe za fotosintezo dovolj tudi v globinah 100 in več m. Bohinsko jezero, ki je eno od treh jezer, ki je vključeno v montoring kakovosti voda, uvrščamo med oligotrofna jezera. Rast alg zavira tudi hladno vreme, manjša osončenost in hladni pritoki. Oligotrofno jezero DO
globina 56 Sestavine hidrosfere in njihova kakovost v Sloveniji Pri preveliki evtrofikaciji se poraba raztopljenega kisika se poveča. Ko kisika v vodi ni zadosti se začne odvijati anaerobni proces pri katerem nastajajo škodljiv vodikov sulfid H 2 S, amonijak NH 3, metan CH 4. To je značilno za t.i. evtrofna jezera ( z veliko hranilnih snovi ). Problem se povečuje zaradi temperaturnega gradienta, ki ga povzroči večja absorbcija sončnega sevanja alg v zgornji plasti in, ki zmanjšuje naravno mešanje vode. Blejsko jezero se uvršča med mesotrofna oziroma zmerno onesnažena jezera. Poledenitev preprečuje mešanje vode, zato se je DO do marca znižuje, spomladi pa poveča. Do ponovnega zmanjševanja DO pride septembra, ko je zaradi izrazitega temperaturnega gradienta mešanje jezerske vode manjše. Pred leti so problem evtrofikacije zmanjšali s preusmeritvijo toka reke skozi jezero, kar je povečalo redčenje onesnaževal v samem jezeru. Evtrofno jezero DO
57 Sestavine hidrosfere in njihova kakovost v Sloveniji Kakovost voda v Sloveniji; ARSO
58 Sestavine hidrosfere in njihova kakovost v Sloveniji Podtalnica Kakovost podtalnice preverjamo na 15 poljih s podtalnico, ki jih imenujemo vodonosniki, na več kot 84 monitornih mestih. Vzrok za onesnaženje podtalnice v Sloveniji so predvsem kemikalije, ki jih uporabljamo v kmetijstvu (nitrati, fosfati, pesticidi) in industriji (topila). V podtalnici v Sloveniji je največji problem prevelika količina nitratov in pesticidov: nitrati so spojine z NO 3, ki jih uporabljamo za intenziviranje kmetijske proizvodnje. Povzročajo evtrofikacijo, nekatere bakterije ga lahko pretvorijo v zelo strupen nitritni dušik NO 2. pesticidi so snovi, s katerimi uničujemo nezaželene in škodljive organizme. Delimo jih na insekticidi, herbicidi, rodenticide in fungicide. Pesticidi so težko razgradljivi, tako da je njihova prisotnosti v okolju zelo dolgotrajna. Vir:MOL
59 Sestavine hidrosfere in njihova kakovost v Sloveniji V polovici vodonosnikov iz katerih črpamo pitno vodo so vsaj občasno presežene dovoljene vsebnosti nitratov v pitni vodi (50 mg/liter). S pesticidi (0,5 mg/liter) je onesnaženje manjše, največji problem je pesticid atrazin (0,5 mg/liter). V večini podtalnic so te vrednosti presežene. Atrazin je organski herbicid, ki so ga uporabljali za zatiranje plevelov in trav v kmetijstvu, pri pogozdovanju in nekaterih nekmetijski dejavnosti. V Sloveniji je v celoti prepovedan od leta 2003. Najvišje izmerjene vsebnosti nitratov in vsote pesticidov v podtalnicah v SLO 1996 Polje Nitrati (mg/liter) Atrazin (mg/liter) Pesticidi (mg/liter) Prekmursko 131 0,85 1.55 Ptujsko 86 0,82 2.17 Vodiško 23 0.08 0.22 Kranjsko 25 0.13 0.31 Sorško 75 0.21 0.30 Čateško 21 0.05 0.10 Ljubljansko 28 0.32 0.45 Ljubljansko Barje 11 0.05 0.10 dovoljene vsebnosti 50 0.5 0.5
60 Sestavine hidrosfere in njihova kakovost v Sloveniji V polovici vodonosnikov iz katerih črpamo pitno vodo so vsaj občasno presežene dovoljene vsebnosti nitratov v pitni vodi (50 mg/liter). S pesticidi (0,5 mg/liter) je onesnaženje manjše, največji problem je pesticid atrazin (0,5 mg/liter). V večini podtalnic so te vrednosti presežene. Atrazin je organski herbicid, ki so ga uporabljali za zatiranje plevelov in trav v kmetijstvu, pri pogozdovanju in nekaterih nekmetijski dejavnosti. V Sloveniji je v celoti prepovedan od leta 2003.
Možna izpitna vprašanja Pojasnite razliko med pojmoma ekologija in okoljevarstvo! Opišite značilnosti onesnaževal? Kaj so sistemi za ravnanje z okoljem? Opišite energijske in snovne tokove v biosferi? Opišite sestavine atmosfere in lastnosti njenih delov! Kaj razumemo pod pojmom stabilnost atmosfere in zakaj je pomembna? Opišite najpomembnejša onesnaževala atmosfere in kako se je njihova vsebnost v atmosferi spreminjala v zadnjem desetletju! Zakaj? Kaj veste o sestavinah hidrosfere in kakovosti teh sestavin v SLO? Opišite stopnje čiščenja odpadnih komunalnih vod!