1. UVOD U GEOLOGIJU OKOLIŠA

Obrazovni ciljevi:

• Definirati pojam okoliša.

• Objasniti ulogu geologije u rješavanju problema u okolišu.

• Definirati temeljne pristupe u znanosti o okolišu.

• Razumjeti ulogu rasta ljudske populacije na Zemlji kao najznačajnijega problema u okolišu.

• Objasniti značaj održivoga razvoja kao cilja za buduće generacije.

• Definirati sustave u okolišu i razumjeti značaj promjena u sustavima na ljude i okoliš.

• Razumjeti značaj prirodnih procesa kao prijetnje čovjeku i okolišu.

• Razumjeti ideju: “sadašnjost je ključ za prošlost”.

• Objasniti primjenu znanstvenih metoda i sustava vrijednosti za rješavanje problema u okolišu.

• Prikazati razvoj zakonodavstva o zaštiti okoliša u svijetu i u Hrvatskoj.

1.1. Definicija okoliša

Prema Websterovom rječniku pojmova, okoliš je sve ono što okružuje; uvjeti koji okružuju, utjecaji ili sile koji utječu na rast i razvoj živih bića.

U Zakonu o zaštiti okoliša (N.N. br. 110/07), okoliš je prirodno okruženje organizama i njihovih zajednica uključivo i čovjeka, koje omogućuje njihovo postojanje i njihov daljnji razvoj: zrak, vode, tlo, zemljina kamena kora, energija te materijalna dobra i kulturna baština kao dio okruženja kojeg je stvorio čovjek; svi u svojoj raznolikosti i ukupnosti uzajamnog djelovanja.

Agencija za zaštitu okoliša SAD-a (engl. U. S. Environmental Protection Agency) okoliš

definira kao sumu svih vanjskih uvjeta koji utječu na život, razvoj i preživljavanje organizma. Razlikuju se fizički aspekti okoliša od društvenih aspekata okoliša. U fizičke aspekte okoliša ubrajaju se: voda, zrak, tlo, geomorfološki oblici na Zemlji (planine, ravnice, doline). U društvene i kulturne aspekte okoliša ubrajaju se: etika, ekonomija, estetika, politika i religija. Termin okoliš ne smije se poistovjetiti s terminom ekologija. Ekologija je znanost o suživotu svih živih organizama u prirodi, o njihovom djelovanju na okoliš u kojem žive i o djelovanju okoliša na njih.

1.2. Uloga geologije u rješavanju problema u okolišu

Načine korištenja geoloških informacija za rješavanje specifičnih problema u okolišu izučava primijenjena geologija, koja se u anglosaksonskoj literaturi naziva Geologija okoliša (Environmental Geology). Geologija okoliša bavi se fizičkim aspektima okoliša. Geologija pomaže u rješavanju nekih značajnih problema u okolišu kao što su: 1. Gospodarenje prirodnim resursima u skladu s konceptom održivoga razvoja -

geološke informacije osiguravaju procjenu količina i dostupnosti obnovljivih prirodnih resursa i omogućuju njihovu eksploataciju na ekonomski isplativ način, koji ne šteti okolišu.

2. Onečišćenje okoliša (tla, vode, zraka) - geološke informacije omogućuju odreńivanje

veličine antropogenih utjecaja na pojedine fizičke aspekte okoliša te mjere za umanjivanje ili ublažavanje štetnih posljedica nastalih onečišćenjem.

3. Geološki hazardi (poplave, klizišta, potresi, vulkanska aktivnost) - geološke

informacije omogućuju proučavanje prirodnih hazarda u cilju preventivnoga djelovanja i smanjivanja njihovih štetnih posljedica za ljude.

4. Upravljanje otpadom - geološke informacije koriste se u odabiru prikladnih lokacija

za odlaganje otpada.

5. Planiranje korištenja zemljišta, analize utjecaja na okoliš i procjena rizika - geološke

informacije koriste prostornim planerima u planiranju korištenja zemljišta i stručnjacima koji se bave zaštitom okoliša za ocjenu prihvatljivosti nekog zahvata, koji se planira izgraditi ili dograditi na okoliš te za procjenu rizika, koji ovisi o vjerojatnosti pojave štetnoga dogańaja i posljedica koje se javljaju u slučaju nastanka štetnoga dogańaja.

1.3. Temeljni pristupi u znanosti o okolišu

Za razumijevanje značaja i uloge geologije u proučavanju meńudjelovanja izmeńu fizičkoga okoliša i ljudi, neophodno je navesti šest temeljnih načela Znanosti o okolišu (engl.

Environmental Science):

1. Rast ljudske populacije na Zemlji je najznačajniji problem u okolišu - povećanjem

broja ljudi na Zemlji, povećavaju se i potrebe za prirodnim resursima. Prenapućenost je već danas ozbiljan problem u pojedinim zemljama, naročito u zemljama u razvoju, i sve više postaje globalni problem.

2. Održivi razvoj ili održivost je dugoročan cilj u zaštiti okoliša koji osigurava život

budućim generacijama ljudi i drugih živih bića koji nastanjuju Zemlju. Prirodni resursi na Zemlji su ograničeni i njihova raspoloživost za buduće generacije je upitna, bez obzira radi li se o neobnovljivim resursima, u koje pripadaju fosilna goriva: nafta, plin i ugljen te mineralne sirovine, ili obnovljivim resursima, u koje pripadaju voda i šume. Koncept održivoga razvoja temelji se na pažljivom upravljanju i gospodarenju prirodnim resursima, masovnom recikliranju i razvoju novih tehnologija za korištenje resursa i odlaganje otpada.

3. Sustavi i promjene u sustavima - većina sustava (npr. planeta Zemlja) sastoji se od

nekoliko komponenata ili podsustava koji su u zajedničkoj interakciji i funkcioniraju kao cjelina, pri čemu promjene u jednoj komponenti uzrokuju promjene u drugim komponentama.

4. Prirodni procesi kao prijetnja čovjeku i okolišu nazivaju se još i prirodni hazardi i

obuhvaćaju procese i dogańaje kao što su: poplave, klizišta, potresi, vulkanska aktivnost - potrebno je prepoznati opasnost od prirodnih hazarda za ljude i okoliš, procijeniti rizik te planirati i spriječiti ili umanjiti štetne posljedice koje mogu nastati njihovim djelovanjem.

5. Sadašnjost je ključ za prošlost- pristup koji promiče ideju da su procesi koje uočavamo u recentno vrijeme djelovali i u prošlosti na formiranje geomorfoloških struktura.

6. Primjena znanstvenih metoda i sustava vrijednosti za rješavanje problema u okolišu -

znanstvenim metodama testira se funkcioniranje odreńenih procesa na Zemlji, a odabir rješenja za neki problem u okolišu ovisi o tome kako su postavljeni kriteriji za vrednovanje utjecaja na ljude i okoliš.

1.3.1. Rast ljudske populacije na Zemlji kao najznačajniji problem u okolišu

Kroz povijest ljudske civilizacije, broj ljudi na Zemlji se neprestano povećavao. Razvojem i tehnološkim dostignućima u medicini, poljoprivredi te naročito zbog iskorištavanja prirodnih resursa i energije, povećavao se i broj ukupne populacije na planeti, što je u nekim krajevima svijeta dovelo do prenapučenosti stanovništva. Poznati ekolog i mikrobiolog Garrett Hardin, koji je godinama djelovao kao profesor humane ekologije na Sveučilištu u Kaliforniji, SAD-u, začetnik je ideje o uzročno-posljedičnoj vezi izmeńu broja stanovništva na Zemlji i utjecaja na okoliš. Naime, prema Hardinu, ukupni utjecaj ljudske populacije na okoliš jednak je umnošku utjecaja pojedinca na okoliš i ukupnoga broja stanovništva na Zemlji.

Neki znanstvenici vjeruju da je broj ljudi na Zemlji blizu ili je već premašio kapacitet (pod)nošenja (engl. carrying capacity), koji se može definirati kao maksimalan broj ljudi koji može živjeti u svijetu, a da pri tom ne uzrokuje pogoršanje uvjeta života na Zemlji. Problem prenapučenosti stanovništva u nekim dijelovima svijeta poznat je stotinama godina, meńutim u današnje vrijeme postaje očigledno da se radi o globalnom problemu. Od tridesetih godina 19. stoljeća do tridesetih godina 20. stoljeća, dakle u razdoblju od stotinu godina, broj stanovnika na Zemlji se udvostručio i iznosio je dvije milijarde stanovnika u to vrijeme. Do sedamdesetih godina 20. stoljeća, broj stanovnika na Zemlji se ponovno udvostručio, a do 2000. godine iznosio je preko šest milijardi stanovnika (slika 1.1). Očekuje se da će taj broj, do sredine 21. stoljeća, iznositi izmeńu deset i petnaest milijardi. U novije vrijeme ovaj problem je nazvan populacijska bomba, jer eksponencijalan rast broja ljudi na Zemlji pokazuje prenagli porast stanovništva u novije doba. Broj ljudi koji se povećava svake godine nije konstantan, meńutim, konstantan je postotak godišnjega povećanja broja ljudi, tj. stupanj rasta stanovništva.

Razlikuju se dva osnovna aspekta eksponencijalnog rasta:

• stupanj rasta izražen u %;

• vrijeme (t) koje je potrebno da se mjerena vrijednost udvostruči.

Procjena broja stanovnika na Zemlji može se značajno mijenjati u budućnosti, ukoliko se promjeni prosječni stupanj rasta. Naime, u jednadžbi rasta uvrštena je prosječna vrijednost stupnja rasta za svjetsku populaciju, meńutim razlike u pojedinim dijelovima svijeta su vrlo značajne. Na primjer, najbrže rastući segment ljudske populacije na Zemlji nalazi se u Africi, s prosječnim stupnjem rasta od čak 2,4 %, dok je europska populacija dosegla stupanj rasta od 0%, s daljnjom tendencijom sniženja. Pod pretpostavkom da će se omjeri rasta na pojedinim kontinentima i dalje mijenjati u budućnosti, postoji velika vjerojatnost da se i svjetski prosjek stupnja rasta promijeni, što će značajno utjecati na ukupan broj svjetske populacije.

1.3.2. Održivi razvoj

Sve do nedavno ljudi su koristili prirodne resurse, a nisu vodili previše računa o njihovim količinama i mogućnosti njihova obnavljanja i recikliranja. Rezultat takvoga neodgovornog ponašanja je već sada akutni problem drastičnog smanjenja nekih neobnovljivih prirodnih resursa, poput nafte ili ugljena, ili pogoršanja kakvoće obnovljivih prirodnih resursa, kao što su vode.

Naglim rastom ljudske populacije na Zemlji u zadnjih nekoliko desetljeća te prekomjernim iskorištavanjem prirodnih resursa, uz istovremeno nagomilavanje sve većih količina raznovrsnoga otpada, nastaje kriza okoliša (slika 1.2).

Uspješno rješavanje nagomilanih problema u okolišu zahtijeva temeljitu promjenu u načinu života ljudi i razvoj svijesti o nužnosti zaštite okoliša, odnosno prihvaćanje etičkih principa prema okolišu. Začetak znanosti pod nazivom Etika okoliša (engl. Environmental ethics) započinje ranih sedamdesetih godina prošloga stoljeća, kada su objavljeni prvi radovi iz toga područja:

- Lynn White (1967): Povijesni korijeni ekološke krize (engl. Historical roots of ecological crisis),

- Garett Hardin (1968): Tragedija zajednica (engl. Tragedy of commons).

Najveći utjecaj na razvoj “Etike okoliša” imao je američki znanstvenik Aldo Leopold sa Sveučilišta u Wisconsinu, SAD-u, koji je inicirao prihvaćanje koncepta “Etike o zemlji” (engl. Land ethic), koji stavlja naglasak na brigu o cijelom fizičkom okolišu. Do pedesetih godina prošloga stoljeća, etika kao znanost usmjerena je isključivo na položaj pojedinca u suvremenom društvu i njegova moralna načela koja mu osiguravaju ulogu u društvu. Prihvaćanjem koncepcije “Etike o zemlji”, koja se kasnije razvila u “Etiku okoliša” pomiču se granice zajedničke brige o okolišu i uključeni su: tlo, voda, zrak, biljke, životinje, pod zajedničkim nazivom “zemlja”.

Od devedesetih godina prošlog stoljeća, u globalnim razmjerima sve više prevladava koncept održivog razvoja ili održivosti (eng.: sustainability), koji mnogi definiraju na dva načina:

1. održivi razvoj osigurava budućim generacijama jednaku dostupnost prirodnim resursima.

2. održivi razvoj je tip razvoja koji je ekonomski isplativ, ne šteti okolišu i socijalno je opravdan.

Kao rezultat promjene filozofije razmišljanja o kakvoći okoliša i naročito očuvanja prirodnih resursa na Zemlji, u današnje vrijeme sve više prevladava pristup pod nazivom: “Održiva globalna ekonomija”. Pod time pojmom se podrazumijeva pažljivo korištenje i mudro upravljanje planetom i njegovim resursima, analogno načinu na koji ekonomisti tradicionalno upravljaju novcem i robom.

Da bi globalna ekonomija bila i održiva, mora zadovoljiti sljedeće kriterije:

a) budućim generacijama treba osigurati dobru kakvoću temeljnih prirodnih resursa, neophodnih za život ljudi: zraka, vode i tla, a potrebno je očuvati i održati stabilnost prirodnih ekosustava,

b) izvori energije moraju se razumno koristiti, a nužno je kontrolirati ispuštanje otpadnih tvari u atmosferu te spriječiti daljnje pogoršanje klimatskih uvjeta na Zemlji, primjerice od globalnoga zatopljivanja,

c) potrebno je donijeti odgovarajuće planove korištenja prirodnih resursa, koji će spriječiti daljnje pogoršanje kakvoće obnovljivih resursa, a istovremeno omogućiti da se dio neobnovljivih resursa osigura za buduće generacije,

d) socijalni, pravni i politički sustavi moraju se razvijati na načelima demokratskih tradicija, usmjereni k postizanju ciljeva održive globalne ekonomije.

Očuvanje prirodnih resursa moguće je postići odgovarajućom strategijom kontrole rasta stanovništva na Zemlji, a preduvjet je poraditi na edukaciji ljudi, naročito u zemljama u razvoju, jer je dokazano da su stupanj rasta i pismenost stanovništva u obrnuto proporcionalnoj vezi.

Postojeća globalna ekonomija većim dijelom je bazirana na korištenju fosilnih goriva. U budućnosti, planovi korištenja energije morat će uzeti u obzir veće korištenje obnovljivih, alternativnih izvora energije kao što su vjetar i solarna energija.

Planovi korištenja i očuvanja prirodnih resursa mogu biti efektivni samo razvojem odgovarajućih mjera koje će kontrolirati rast stanovništva na Zemlji i korištenje resursa. U tom cilju, potrebno je razvijati postojeće sustave davanja poticaja i poreznih olakšica, kao i znatnije financijske pomoći zemljama u razvoju. U razvijenim zemljama potrebno je potaknuti odgovarajuće političke promjene, koje će potaknuti vlade pojedinih zemalja na potpisivanje važnih protokola o kontroli emisija onečišćujućih tvari u okoliš.

Republika Hrvatska, koja je teritorijalno i demografski mala zemlja i pred višestrukim izazovima globalizacije i integracije u Europsku Uniju, mora prilagoditi svoj razvojni put konceptu održivoga razvoja. To znači da Hrvatska mora maksimalno zaštititi svoje prirodne

resurse za buduće naraštaje, ali istovremeno mora jačati ekonomsku vitalnost i biti socijalno osjetljiva (slika 1.3). Na taj način su ekološka, ekonomska i socio-kulturna održivost uzajamno umrežene i meńuovisne, a definiraju integralni održivi razvoj Hrvatske, koji promiče kvalitetu životastanovništva Hrvatske, ali istovremeno čuva prirodna bogatstva kao temelj kvalitete života.

1.3.3. Sustavi i promjene u sustavima

Sustav je skup objekata koji se promatra s obzirom na meńusobno djelovanje njegovih sastavnih dijelova i vanjske utjecaje. Primjeri nekih sustava su: planet, vulkan, oceanski bazen vodonosni sustav. Većina sustava sastoji se od nekoliko komponenata ili podsustava koji su u zajedničkoj interakciji i funkcioniraju kao cjelina, pri čemu promjene u jednom podsustavu uzrokuju promjene u drugim podsustavima.

Planeta Zemlja je globalni sustav koji se sastoji od nekoliko podsustava: atmosfere (zrak), hidrosfere (voda), biosfere (život) i litosfere (tlo, stijene). Njihovom meńusobnom

interakcijom mijenjaju se površinski oblici na Zemlji. Promjena u veličini ili učestalosti procesa u jednom od Zemljinih podsustava, uzrokuje promjenu u ostalim podsustavima. Ovo svojstvo koordinirane promjene u različitim dijelovima okoliša poznato je kao Princip jedinstvenosti okoliša (engl. environmental unity).

Značajne promjene reljefa na Zemlji, kao npr. nastanak planina, dogańaju se najvećim dijelom uslijed tektonskog izdizanja i zbog vulkanskih procesa. Procesi koji uzrokuju izdizanje planina utječu na promjene u atmosferi, stvarajući regionalne promjene u raspodjeli i režimu oborina. Ove pak promjene utječu na promjene u hidrosferi, budući da se mijenja hidrološki režim i količina voda koja protječe riječnim koritima i utječe u mora i oceane. Javlja se promjena i u biosferi, mijenjaju se i prilagońavaju biljni i životinjski organizmi u novonastalim uvjetima. Javljaju se promjene i u litosferi, uslijed stvaranja pojačane erozije na strmim obroncima planina, a erozijski procesi utječu na stvaranje sve većih količina ishodišnih materijala za sedimentne stijene.

Poznato je da Zemlja, kao sustav, nije statična; ona je u stvari dinamički sustav, koji se stalno mijenja. Ovakav dinamički sustav je u stvari otvoreni sustav, u kojem dolazi do izmjene tvari ili energije s okolišem. Zemlja kao otvoreni sustav prima energiju od Sunca, a dio energije vraća u svemir. Osim toga, velika količine meteorita svake godine pada na površinu Zemlje, a male količine zemaljskog materijala oslobańaju se s površine i odlaze u svemir u plinovitoj fazi. Za razliku od Zemlje, kao globalnoga otvorenog sustava, sustavi u zemaljskom okolišu, u kojima se tvari u potpunosti recikliraju i kontinuirano mijenjaju kroz prirodne cikluse, nazivaju se zatvoreni sustavi. U zatvorenim sustavima ne dolazi do interakcije s okolišem izvan granica sustava. Primjer za zatvorene sustave su: ciklus stijena u prirodi i hidrološki Za uspješno rješavanje problema u okolišu, od izuzetne je važnosti sposobnost predvińanja promjena u sustavu. Potrebno je prije svega razumjeti kako izmjena tvari i energije u otvorenim sustavima, odnosno ulaz i izlaz iz sustava, utječe na ukupnu bilancu u sustavu. U tom smislu, značajna je analiza ulaza i izlaza (slika 1.5). U suštini, moguće je razlikovati tri tipa promjene tvari ili energije u sustavu:

a) ako je ulaz u sustav jednak izlazu iz sustava, tada nema promjene u sustavu; količina energije i tvari ostaje nepromijenjena - sustav je u stacionarnom stanju;

b) ulaz u sustav je manji od izlaza iz sustava; količina tvari ili energije je smanjena;

c) ulaz u sustav je veći od izlaza iz sustava; količina tvari ili energije je povećana.

Poznavanje stupnja promjene u nekom sustavu od velikog je značaja prilikom odreńivanja srednjeg vremena zadržavanja odreńene tvari ili energije u sustavu. Vrijeme zadržavanja je vrijeme koje je potrebno da se odreńena tvar ili energija u potpunosti reciklira unutar sustava. Izračunava se kao omjer ukupne mase tvari ili energije i stupnja promjene u sustavu.

1.3.4. Prirodni procesi kao prijetnja čovjeku i okolišu

Procesi na Zemlji, koji uzrokuju gubitak ljudskih života i velike materijalne štete, nazivaju se opasni prirodni procesi ili prirodni hazardi. Najčešći prirodni hazardi su: oluje, poplave, potresi, klizišta i vulkanske erupcije. Veličina i učestalost ovih procesa ovisi o faktorima kao što su: klimatska obilježja, geološke značajke i vegetacija. Na primjer, pojava poplave na nekom području ovisit će o: intenzitetu i jakosti oborina, infiltracijskom kapacitetu tla, stupnju evapotranspiracije, vrsti i obilju vegetacije i topografiji.

Povećanje broja ljudi na Zemlji i koncentriranje stanovništva i resursa u većim sredinama (npr. gradovima) povećava opasnost od opasnih prirodnih procesa. Ovaj trend je danas sve više naglašen, tako da mnogi ljudi danas žive u područjima u kojima vrlo često dolazi do pojava prirodnih hazarda.

Utjecaj prirodnih hazarda na ljude i okoliš može se predvidjeti razmatranjem klimatoloških, geoloških i bioloških uvjeta na nekom području i na taj način moguće je barem umanjiti njihove štetne posljedice. Znanstvenici bi trebali, nakon što identificiraju potencijalno opasne prirodne hazarde, svoje informacije i znanja prenijeti prostornim planerima i političarima, koji odlučuju o konkretnim mjerama za suzbijanje ili ublažavanje prirodnih hazarda.

1.3.5. Sadašnjost je ključ za prošlost

Razumijevanje prirodnih procesa koji u recentno doba oblikuju i mijenjaju okoliš značajno je za razumijevanje procesa koji su djelovali u geološkoj prošlosti.

Koncept sadašnjost je ključ za prošlost promiče ideju da su procesi koje danas uočavamo djelovali i u prošlosti (primjerice tok rijeka u riječnim koritima, formiranje i kretanje glečera, pojave klizišta, potresa itd). Ovaj koncept razvijen je krajem 18. stoljeća, a njegov idejni začetnik je škotski geolog James Hutton, koji je zagovarao ideju postanka i razvoja Zemlje djelovanjem sporih i dugotrajnih geoloških procesa. Naime, do tog vremena, vjerovalo se da je Zemlja nastala kroz niz katastrofičnih dogańaja, kao što je npr. Biblijski potop.

Hutton je svoju ideju o postanku i razvoju Zemlje prvi puta izložio na sjednici Kraljevskoga društva (engl. Royal Society) u Edinburgh-u. On je tada branio ideju da Zemlja ima dugu povijest i da povijest nastanka Zemlje može biti objašnjena na temelju spoznaja o procesima koji su prisutni na Zemlji u recentno doba. Iznio je tezu po kojoj je planet Zemlja super organizam. Usporedio je cirkulaciju vode na Zemlji, koja je sadržana u sedimentima i živim organizmima, s cirkulacijom krvi u životinja. Metaforički je prikazao oceane kao srce, a šume kao pluća Zemlje.

Meńutim, Hutton-ova ideja nije naišla na veliko razumijevanje u znanstvenim krugovima toga vremena sve do tridesetih godina 19. stoljeća, kada je znanstvenoj javnosti predstavio svoj rad Sir Charles Lyell, koji u svojim publikacijama Principi geologije (engl. Principles of

Geology), u razdoblju od 1830. do 1833. godine dokazuje ispravnost Huttonovih tvrdnji i odbacuje ideju katastrofičnih dogańaja kao pogrešnu.

Koncept sadašnjost je ključ za prošlost imao je veliki utjecaj na razvoj ideja u drugim znanstvenim disciplinama. Rad Charlesa Darwin-a i Alfreda Wallace-a o porijeklu vrsta na Zemlji, proširio je ovaj koncept i u biologiju. Naime, teorija evolucije je temeljena na principu da se različitost biljnih i životinjskih vrsta na Zemlji može objasniti dugotrajnim i sporim promjenama genetskih zapisa.

Dvije stotine godina nakon Hutton-ove ideje da je Zemlja super organizam, James Lovelock, britanski znanstvenik i profesor, obnavlja ideju o Zemlji kao živućem organizmu. On je začetnik tzv. “Geja hipoteze” (engl. Gaia hypothesis), koja dobiva ime prema grčkoj božici “Majci Zemlji”.

Geja hipoteza sastoji se od niza hipoteza:

1. Život na Zemlji značajno utječe na planetarni okoliš.

2. Život na Zemlji utječe na okoliš u cilju poboljšanja uvjeta života - ova hipoteza je potvrńena u studijama koje pokazuju da život na Zemlji ima značajnu ulogu u reguliranju globalne klime, tako da na Zemlji nije niti previše toplo niti previše hladno za opstanak života. Na primjer, danas se smatra da čak i jednostanična biljka koja pluta na oceanskoj površini djelomično kontrolira sadržaj CO2 u atmosferi, pa prema tome i globalnu klimu.

3. Život na Zemlji svjesno ili namjerno kontrolira globalni okoliš - danas sve više znanstvenika podržava ovu hipotezu, jer ljudi svojom aktivnošću sve više utječu na globalni okoliš.

Fizički i kemijski uvjeti na Zemljinoj površini, u atmosferi i u oceanima u potpunosti su prilagońeni pojavi života na Zemlji. Ova činjenica je vrlo važna jer pokazuje interakciju života te fizičkih i kemijskih procesa na Zemlji, odnosno njihovu zajedničku evoluciju kroz geološku povijest.

Najveća vrijednost Geja hipoteze je tome što je potaknula interdisciplinarna istraživanja koja bi trebala doprinijeti boljem razumijevanju o tome kako funkcionira naš planet.

1.3.6. Znanstvene metode i sustavi vrijednosti

Znanstvenici vrlo često u svojim istraživanjima koriste znanstvene metode kako bi odredili na koji način funkcioniraju odreńeni procesi na Zemlji. Znanstvene metode zasnivaju se na sljedećim principima ili radnjama:

1. Identifikacija i konceptualizacija; ako se zna vrlo malo o predmetu istraživanja, tada prvi korak u istraživanju mora biti kvalitativan opis problema, odnosno razumijevanje problema koji se istražuje na temelju zapažanja na terenu ili u laboratoriju.

2. Kreiranje hipoteze; na osnovi zapažanja na terenu ili u laboratoriju, postavlja se

pitanje (ili niz pitanja) o odreńenom problemu, na koje je potrebno odgovoriti

kreiranjem hipoteze (ili više hipoteza).

3. Testiranje hipoteze; provodi se eksperimentom, koji uključuje: prikupljanje,

organizaciju i analizu podataka.

4. Interpretacija rezultata; na osnovi prikupljenih i analiziranih podataka, stvaraju se

zaključci o problemu koji se istražuje, koji se usporeńuju s postavljenom hipotezom/hipotezama.

5. Prihvaćanje ili odbacivanje hipoteze; ako je hipoteza (ili više hipoteza) odbačena kao

neistinita, tada je potrebno vratiti se na početak istraživanja, pa čak i u fazu konceptualizacije, i razviti novu hipotezu (ili više hipoteza).

6. Prihvaćanje znanstvene teorije; ako rezultati ponovljenih eksperimenata potvrńuju

hipotezu, ona može biti prihvaćena kao znanstvena teorija. Teorija je potvrńena hipoteza, odnosno, promišljeno ili uopćeno znanje o nekoj prirodnoj pojavi ili više pojava, zasnovano na njihovim bitnim zakonitostima. Novi dokazi često opovrgavaju postojeću hipotezu ili znanstvenu teoriju.

Geolozi često započinju svoje istraživanje na terenu ili u laboratoriju, bilježeći rezultate svojih istraživanja. Važna varijabla, koja razlikuje geologiju od većine drugih znanosti je vrijeme, koje ima važnu ulogu u razmatranju geoloških procesa na Zemlji. Kao primjer može poslužiti testiranje hipoteze o utjecaju izgaranja fosilnih goriva na globalno zagrijavanje. Da bi istražili ovaj utjecaj, geolozi moraju ispitati tvari ili materijale, čija je starost u rasponu od nekoliko

stotina do nekoliko desetaka tisuća godina, a koji mogu biti indikatori globalnoga zatopljivanja tijekom geološke prošlosti. Primjer su istraživanja leda u ledenjacima ili sedimenata s dna oceana ili jezera, kako bi se ustanovila razina CO2 u nekadašnjoj atmosferi. Odabir rješenja za neki problem u okolišu često ovisi o tome kako su postavljeni kriteriji za vrednovanje utjecaja na ljude i okoliš.

Kao primjer mogu poslužiti dvije različite metode obrane od poplava u urbanim područjima. Klasični pristup obrane od poplave je zaštita rijeke nasipima i betonskim ogradama. Moderni pristup sastoji se od ureńenja poplavnih ravnica kao zelenih pojaseva, koje će značajno umanjiti poplavljivanje, a ujedno i osigurati stanište brojnih životinja i biljaka. Ekološki i estetski to je mnogo prihvatljivije rješenje, koje u pogledu sigurnosti za ljude i imovinu nimalo ne zaostaje za klasičnim pristupom.

Drugi primjer je odabir rješenja za sprečavanje erozije obala. Klasični pristup je štićenje obale branama i nasipima, pri čemu se u potpunosti degradira prirodni okoliš i razvoj pješčanih plaža. U modernom pristupu, rješenje zaštite obale od erozije traži se u kreiranju tampon zone koja će se nalaziti izmeńu prirodnoga okruženja pješčanih plaža i grańevina koje služe ljudima.

1.4. Zakonodavstvo o zaštiti okoliša

1.4.1. Meńunarodni sporazumi i ugovori o zaštiti okoliša

Početkom devedesetih godina 20. stoljeća, intenzivirane su aktivnosti na meńunarodnom planu po pitanju donošenja različitih ugovora i konvencija o zaštiti okoliša. Neke od njih odnose se na rješavanje lokalnih problema diljem svijeta, kao npr. Konvencija UN-a o borbi za sprečavanje širenja pustinjskih područja, dok se druge odnose na svjetske probleme, primjerice smanjenje emisije stakleničkih plinova u atmosferu, koji doprinose globalnom zatopljivanju.

Svjetski samit u Rio de Janeir-u, koji je održan 1992. godine, i potpisivanje Montrealskoga protokola 1987. i 1990. godine bili su važne prekretnice za razumijevanje značaja utjecaja štetnih plinova na razaranje ozonskoga omotača te utjecaja stakleničkih plinova na globalno zatopljivanje, kao i druge moguće klimatske posljedice.

Montrealski protokol o zabrani tvari koje razaraju ozonski omotač potpisalo je 175 zemalja svijeta, a njime je propisana zabrana ispuštanja klorofluorokarbona (CFC, freona) i drugih plinova, koji štetno utječu na ozonski omotač u atmosferu, do 2000. godine. Svjetskim samitom u Rio de Janeir-u usvojena je tzv. Agenda 21, koja predstavlja opsežan plan djelovanja na globalnom, regionalnom i lokalnom planu u svezi upravljanja i zaštite okoliša. Značajan dokument, koji je proizašao iz ovog samita je Okvirna Konvencija UN-a o klimatskim promjenama (engl. United Nations Framework Conventions on Climate Changes). Ova Konvencija je stupila na snagu 1994. godine, a preko 50 zemalja je do danas ratificiralo ovaj dokument. Dodatna važnost ovog samita je i činjenica da u svjetskom zakonodavstvu i praksi od tada sve više dominira princip usvajanja mjera opreza (engl. precautionary

principles), što znači da se odreńene aktivnosti ili radnje ograničavaju ili potpuno zabranjuju, ukoliko postoji odreńena vjerojatnost da one mogu štetno djelovati na okoliš. Ovaj princip je naročito značajan za umanjivanje štetnih posljedica od tvari koje su perzistentne i imaju dugotrajne posljedice za okoliš.

Nakon samita u Rio de Janeir-u, važan dogańaj za očuvanje okoliša u svjetskim okvirima bio je potpisivanje protokola u Kyotu 1997. godine. Osnovni sadržaj Kyoto protokola je obaveza zemalja, a naročito industrijski najrazvijenijih zemalja, da smanje emisije stakleničkih plinova za 5,2 % u odnosu na količine emisija iz 1990. godine, u razdoblju od 2008 do 2012. godine. Naime, globalna emisija CO2 od samita u Riu rasla je za nekoliko postotaka godišnje, tako da bi ukupno smanjenje trebalo biti daleko više od 5%. Neke zemlje, kao SAD, trebale bi tako smanjiti emisiju svojih stakleničkih plinova i preko 20%.

U Montrealskom sporazumu i Kyoto protokolu ugrańen je još jedan bitan princip tzv. zajedničke, ali različite odgovornosti zemalja za stanje u globalnom okolišu. Naime, ideja je da sve zemlje dijele globalni okoliš i imaju zajedničku odgovornost prema njegovom očuvanju, meńutim, neke zemlje doprinose više onečišćenju i drugim negativnim utjecajima na okoliš, a neke imaju značajno više financijskih sredstava za razvoj alternativnih rješenja, koja bi bila manje štetna za okoliš. Na taj način, najveći onečišćivači bi trebali platiti više i brže, meńutim oni to često nisu spremni učiniti, prvenstveno braneći svoje ekonomske interese.

Krajem 2000. godine, potpisnici Kyoto protokola pokušali su donijeti sporazum o njegovoj implementaciji koji je trebao biti obvezujući. Problem vezan za implementaciju ovoga protokola nastao je većim dijelom od pokušaja nekih industrijski najrazvijenijih zemalja da smanjenje stakleničkih plinova u atmosferu riješe tako što će veći dio svojih plinova ispustiti u druge prirodne resurse, koji imaju sposobnost vezanja i neutralizacije štetnih posljedica plinova, kao što su oceani i šume. Nakon tjedana diskusija i ovi pregovori su propali i dogovor nije postignut. Tek 2004. godine, nakon što je Ruska Federacija prihvatila Kyoto protokol, dosegnuta je kritična masa da bi Kyoto protokol mogao stupiti na snagu.

2. UVOD U PRIRODNE PROCESE I HAZARDE

Obrazovni ciljevi:

• Definirati glavne procese koji oblikuju Zemlju i utječu na ljude i okoliš.

• Definirati hazard i prirodni hazard.

• Objasniti značaj prirodnih hazarda za ljude i okoliš.

• Razumjeti nužnost potrebe predvińanja i ranoga upozorenja na prirodne hazarde.

• Definirati elemente koji su značajni za procjenu rizika od prirodnih hazarda.

• Prikazati na koji način ljudi reagiraju na prirodne hazarde.

• Objasniti utjecaj globalnih klimatskih promjena na prirodne hazarde.

• Objasniti reakciju prirodnih hazarda na antropogeno djelovanje i posljedice za ljude i okoliš.

2.1. Procesi koji oblikuju Zemlju i utječu na ljude i okoliš

Planet Zemlja je dinamičan sustav, koji je u stalnom razvoju. Procesi koji oblikuju Zemlju mogu se podijeliti na:

1. Unutarnje ili endogene procese,

2. Vanjske, površinske ili egzogene procese.

Unutarnji procesi uzrokovani su konvekcijskim gibanjima u unutrašnjosti Zemlje, koja su posljedica toplinske energije Zemlje, i odgovorni su za kretanje oceanskih i kontinentalnih ploča. Oni utječu na kretanje masa u zemljinoj unutrašnjosti i na formiranje tektonskih pokreta kojima se postupno izdiže magma prema zemljinoj površini i u koncentriranoj formi izlazi na površinu kao lava iz vulkana. Na kontaktima ploča oslobańa se golema količina energije, koja uzrokuje deformacije stijena i nastanak potresa.

Vanjski procesi uzrokovani su interakcijama atmosfere, hidrosfere i litosfere, čime se mijenjaju površinski oblici na Zemlji. Oni su u stvari geološki procesi koji se dogańaju na površini ili vrlo blizu površine Zemlje, a posljedica su djelovanja vode, leda, vjetra i gravitacije. Pojava poplava ili

klizišta posljedica su djelovanja vanjskih procesa, ali i unutarnjih procesa, koji djeluju kao okidač za njihov nastanak.

2.2. Prirodni procesi i hazardi

Pod pojmom hazard, podrazumijeva se izvor opasnosti. Riječ hazard ili takońer hasard, azard, azart arapskog je porijekla i izvedena je od riječi az-zahr što na arapskom jeziku označuje igru kockom. Hazard je nedovoljno utvrńen rizik, odnosno potencijalni rizik, kojem dimenzije nisu poznate ili su tek djelomično poznate.

Rizici su pak kvantificirani, objektivizirani, usporeńeni ili utvrńeni hazardi. Naime, rizik predstavlja opasnost koja se do stanovite mjere može predvidjeti i odrediti joj se veličina. Prema tome, svaki rizik u sebi nosi visok stupanj hazardnosti, a svaki hazard uključuje jedan stupanj rizika, ali nije poznato koliki. Riječ rizik potječe od grčke riječi rhiza, koja označava opasnost plovidbe brodom oko zloglasne morske hridi.

Prirodni hazardi su prirodni procesi koji mogu biti opasni za ljude i njihovu imovinu. U prirodne hazarde pripadaju: potresi, uragani, poplave, vulkanske erupcije, velika klizišta itd. Svake godine prirodni hazardi uzrokuju velike gubitke u ljudskim životima i materijalnim dobrima. Značaj svih prirodnih hazarda je njihov potencijal za stvaranje katastrofa, u kojima su štete za ljude i društvo u cjelini takve da je proces obnove dugotrajan proces koji zahtijeva velika materijalna ulaganja.

Primjer. Posljedice od potresa i tsunamija u jugoistočnoj Aziji.

U nedjelju, 26. prosinca 2004. godine, potres magnitude devet stupnjeva Richterove ljestvice pogodio je zapadnu obalu sjeverne Sumatre. Hipocentar potresa bio je oko trideset kilometara ispod površine mora, a epicentar oko dvije stotine i pedeset kilometara jugozapadno od obale Sumatre. Nakon prvoga potresa slijedilo je još nekoliko manjih, magnitude od 6,0 do 7,3 stupnjeva Richterove ljestvice. Ovi razorni potresi izazvali su golemi plimni val (tsunami) visok preko 10 metara, koji se širio na sve strane Indijskoga oceana, da bi na kraju dosegnuo obale: Indije, Indonezije, Sri Lanke, Tajlanda, Maldiva, Sejšela i Somalije. Plimni val koji je pogodio obale Indijskoga oceana prouzročio je goleme materijalne štete, a ukupan broj poginulih iznosio je oko stotinu trideset i devet tisuća ljudi, dok se osamnaest tisuća ljudi smatra nestalim. Osim direktnih posljedica po ljude i imovinu, indirektne štete jednako su bile pogubne; oko pet milijuna ljudi trpilo je još dugo vremena posljedice plimnoga vala, kroz gubitak osnovnih životnih uvjeta i radnih mjesta.

Ovaj razorni potres koji je pogodio jugoistočnu Aziju, prouzročio je posljedice za cijeli svijet. Naime, potres je bio tako snažan da je zaljuljao Zemlju oko njene osi i pritom je pomaknuo zemljinu os za 2,5 centimetara. Zbog velike količine oslobońene energije pri sudaru dviju tektonskih ploča, rotacija Zemlje oko njene osi je ubrzana, zbog čega je, prema NASA-inim procjenama, dan na Zemlji kraći za oko tri mikrosekunde.

Prirodni procesi, bez obzira na jakost pojave, ne moraju uvijek biti prirodni hazardi. Prirodni procesi postaju prirodni hazardi:

a) kada se javljaju s velikim intenzitetom u područjima gdje žive i rade ljudi ili

b) kada zbog promjene korištenja zemljišta dolazi do povećanja negativnih utjecaja za ljude i njihovu imovinu (npr. krčenje šuma ili procesi urbanizacije mogu dovesti do pojave klizišta, poplava itd.).

Utjecaj prirodnih hazarda na ljude i okoliš dijelom je posljedica intenziteta, odnosno količine oslobońene energije i učestalosti pojavljivanja prirodnoga hazarda, meńutim ovisi i o drugim faktorima, uključujući: klimatske uvjete, geologiju, vegetaciju, broj stanovnika na utjecajnom području te korištenje zemljišta. Veličina ili jakost prirodnoga hazarda obrnuto je proporcionalna učestalosti njegove pojave. Primjer su veliki potresi, kao na primjer onaj koji je pogodio jugoistočnu Aziju; dogańaju se vrlo rijetko u odnosu na svakodnevne pojave potresa manjih intenziteta.

U nekim slučajevima prirodni hazardi mogu biti korisni za ljude, što je dokazano na mnogim primjerima:

• plavljenjem rijeka na poplavnim ravnicama dolazi do taloženja sedimenata bogatih hranjivim tvarima;

• nastanak klizišta u nekim slučajevima uzrokuje formiranje prirodnih brana i nastanak jezerskih akumulacija, naročito u planinskim područjima;

• nastanak vulkana dovodi do formiranja novih kopnenih površina, a vulkanskim erupcijama dolazi do taloženja vulkanskoga pepela, koji je bogat hranjivim tvarima;

• za vrijeme potresa, stijene se drobe u prah, a uzduž novonastalih rasjeda može doći do formiranja nepropusnih glinovitih zona, koje predstavljaju barijere tečenja podzemne vode i uzrokuju akumuliranje podzemne vode ili formiranje arteških izvora uz rasjede.

2.3. Model predvińanja i ranog upozorenja

Prirodni hazardi su uobičajeni dogańaji, koji se stalno ponavljaju u vremenu. Zbog učestalosti njihove pojave na Zemlji i njihove potencijalne opasnosti za ljude i okoliš, potrebno ih je na vrijeme predvidjeti i spriječiti ili barem umanjiti njihove razorne posljedice. Za pojedine prirodne hazarde postoji dovoljan niz podataka o: registriranim pojavama, lokacijama i efektima prošlih dogańaja prirodnih hazarda, koji su zabilježeni u okviru recentnih geoloških pojava i mjerenja (postoje vremenski nizovi podataka o promatranim pojavama), kako bi se predvidjeli njihovi budući dogańaji.

Primjer. Za predvińanje poplave na nekom području, potrebno je proučiti postojeće podatke o prošlim poplavama i njihovim pratećim posljedicama kroz:

-aero snimke i karte prošlih dogańaja,

-identifikaciju taložnih sustava na poplavnim ravnicama i mjerenja sadržaja organske

materije u cilju odreńivanja starosti naslaga,

-analizu vremenskih nizova razina i otjecanja u koritima rijeka,

Sigurno predvińanje prirodnih hazarda i umanjivanje njihovih štetnih posljedica moguće je postići primjenom modela predvińanja i ranoga upozoravanja, koji obuhvaća: 1. Identifikaciju lokacije gdje se očekuje pojava prirodnoga hazarda. Na globalnoj i regionalnoj razini poznate su lokacije na kojima najčešće dolazi do pojave prirodnih hazarda, a postoje i globalni sustavi za praćenje koji predvińaju značaj i veličinu utjecaja prirodnih hazarda širom svijeta - primjer Globalni program vulkanske aktivnosti (Global Volcanism Program).

Na lokalnoj razini, koriste se detaljni podaci o pojedinim prirodnim hazardima, na primjer detaljni podaci o stijeni, diskontinuitetima u stijenskoj masi i zasićenosti stijene vodom omogućavaju predvińanje položaja i nagiba klizne plohe.

2. Odreńivanje vjerojatnosti pojave prirodnoga hazarda na odreńenoj lokaciji u odreńenom vremenskom periodu.

Kvantificiranje vjerojatnosti dogańaja moguće je na temelju dovoljno dugačkoga vremenskog niza podataka. Modeli vjerojatnosti se uobičajeno rade za predvińanje poplava ili suša.

3. Identifikaciju pojava koje prethode dogańaju prirodnoga hazarda.

Mnogim prirodnim hazardima prethode odreńene pojave, koje omogućavaju predvińanje mjesta i vremena pojavljivanja hazardnoga dogańaja. Na primjer, pojavi klizišta prethode pojave laganoga puzanja mase niz padinu, što može trajati i dulje vrijeme prije pojave klizanja. Prije erupcije vulkana vrlo često se zapaža “znojenje” vulkana ili pojava emisije vulkanskih plinova.

4. Prognoziranje pojave prirodnoga hazarda u realnom vremenu.

Neki prirodni procesi omogućavaju točno predvińanje vremena pojave prirodnoga hazarda. Pojava velikih voda na rijekama može se predvidjeti na temelju postojećih mjerenja koje ukazuju

na sezonske pojave (npr. pojave velikih voda uslijed topljenja snijega). Pojava velikih plimnih valova (tsunamiji) može se predvidjeti na temelju ranih upozorenja o seizmičkoj aktivnosti na potencijalno opasnom području.

5. Rano upozoravanje javnosti na nadolazeći prirodni hazard.

Nakon što je predvińeno pojavljivanje prirodnoga hazarda, javnost mora biti na vrijeme upozorena, kako bi se poduzele maksimalne mjere za spašavanje života ljudi i imovine. Primjer za sustav ranog upozorenja javnosti je Pacifički sustav za upozoravanje od tsunamija (Pacific Tsunami Warning System) koji djeluje na područjima dvadeset i šest zemalja na Pacifiku. Cilj ovoga sustava je detektirati, locirati i odrediti veličinu potencijalnoga razornog potresa u Pacifičkom bazenu u cilju ranoga uzbunjivanja javnosti. Upozorenje uključuje i predvińanje točnoga vremena nadolaska plimnoga vala na pojedine obalne dijelove Pacifičkoga bazena.

Iako ovaj model predstavlja dobru osnovu za predvińanje i rano upozoravanje javnosti, ponekad se ne ostvaruju predvińanja o nadolasku prirodnoga hazarda. U takvim slučajevima, posljedice pogrešnoga upozorenja javnosti mogu biti vrlo bolne po ekonomiju i turizam na utjecajnom području, na što javnost često reagira vrlo burno.

Zbog ovakvih dogańaja, dio javnosti smatra da su predvińanja znanstvenika o nadolazećim prirodnim hazardima bezvrijedna i da u budućnosti više ne bi trebalo provoditi sustav ranoga upozoravanja. Veći dio problema leži u činjenici da postoji loša komunikacija izmeńu znanstvenika i medija koji prate ove dogańaje. Mediji vrlo često prenose predvińanja znanstvenika kao sigurne dogańaje i ne uzimaju u obzir činjenicu da točno vrijeme, mjesto i veličinu pojave prirodnoga hazarda nije moguće predvidjeti sa sto postotnom sigurnošću.

2.4. Procjena rizika od prirodnih hazarda

Rizik nastanka odreńenoga dogańaja (pa tako i prirodnoga hazarda) može se definirati kao produkt vjerojatnosti dogańaja i posljedica koje se javljaju u slučaju nastanka dogańaja. Vjerojatnost dogańaja ovisi o jakosti prirodnoga hazarda; što je jakost prirodnoga hazarda veća, to je vjerojatnost njegova pojavljivanja manja. Posljedice koje se javljaju u slučaju nastanka dogańaja predstavljaju štete koje se javljaju za ljude i njihovu imovinu; na primjer posljedice od plavljenja rijeka ili posljedice razornoga potresa na lokaciji nuklearne elektrane. Vrlo često rizik od prirodnoga hazarda nije moguće izraziti jednoznačno; potrebno je uzeti u obzir činjenicu da različita veličina nekoga dogańaja može imati različitu vjerojatnost i različite posljedice. Na primjer, vjerojatnost pojave razornih potresa magnitude oko 9

stupnjeva Richterove ljestvice je znatno manja nego vjerojatnost pojave potresa magnitude 3 ili 4 stupnja Richterove ljestvice, meńutim posljedice razornoga potresa na ljude i imovinu su znatno veće. Pritom, treba uzeti u obzir da odreńivanje posljedica nekog prirodnoga hazarda ovisi, osim od samog prirodnoga procesa koji ga uzrokuje, i o: meteorološkim, hidrološkim, biološkim i geološkim uvjetima na lokaciji na kojoj se procjenjuje rizik. Glavni problem u procjeni rizika je nedostatak mjerenja kojima bi se kvantificirala vjerojatnost pojave prirodnoga hazarda.

Prihvatljivi rizik od prirodnoga hazarda ovisi o prirodi hazarda i teško ga je odrediti, jer često ovisi o subjektivnoj procjeni pojedinca ili cijeloga društva u sasvim odreńenoj situaciji (npr. prihvatljivi rizik od havarije na nuklearnoj elektrani je vrlo nizak, za razliku od rizika pojave manjega klizišta u nekom nenaseljenom području).

2.5. Reakcija ljudi na prirodne hazarde

Na prirodne hazarde ljudi djeluju instinktivno i nastoje pomoći u suzbijanju direktnih posljedica za život i imovinu: sudjeluju u spasilačkim misijama, gase požare, angažiraju se na dostavi namirnica i lijekova za najugroženije itd. Ove aktivnosti u svakom slučaju su pozitivne, meńutim, vrlo često se zanemaruje mogućnost preventivnoga djelovanja u cilju smanjenja opasnosti od prirodnih hazarda.

Utjecaj prirodnih hazarda na ljude može biti direktan ili indirektan. Direktan utjecaj obuhvaća: poginule, ranjene ili nestale osobe. Indirektan utjecaj obuhvaća: posljedice nastale od stresnih situacija, u koje ulazi i razvoj kroničnih i malignih bolesti te donacije novca i plaćanje poreza u cilju osiguranja pomoći direktno ugroženima, što osjeća šira društvena zajednica.

Nakon razornih posljedica prirodnih hazarda slijedi obnova, koja se može prikazati modelom obnove, koji se sastoji od nekoliko faza (slika 2.1).

Neposredno nakon pojave prirodnog hazarda nastupa faza uzbune u kojoj su sve normalne aktivnosti stanovništva na pogońenom području prekinute ili promijenjene. Cjelokupna imovina ljudi je oštećena ili uništena. U fazi uzbune, koja traje do dva tjedna od početka prirodnoga hazarda, dovršavaju se spasilačke misije i započinje se s čišćenjem prometnica i drugih objekata od nanosa, krhotina i drugih otpadaka.

U fazi obnove, koja traje izmeńu prvoga i dvadesetoga tjedna od početka prirodnoga hazarda, sve aktivnosti na pogońenom području usmjerene su na obavljanje najnužnijih popravaka i zahvata na imovini ljudi, kako bi se barem djelomično nastavio normalan život. U ovoj fazi, obnavljaju se glavni infrastrukturni objekti, izbjeglice se vraćaju na pogońeno područje, a prometnice su potpuno očišćene od nanosa, krhotina i drugih otpadaka. Prva faza rekonstrukcije započinje oko dva mjeseca od početka prirodnoga hazarda, a traje nekoliko godina. U ovoj fazi sve aktivnosti stanovništva na pogońenom području vraćaju se na razinu koja je bila prije početka prirodnoga hazarda, a svi objekti na pogońenom području u potpunosti su obnovljeni.

Druga faza rekonstrukcije započinje oko godinu i pol dana nakon početka prirodnoga hazarda, a traje i do deset godina. U ovoj fazi, sigurnost većine objekata je značajno poboljšana u odnosu na sigurnost objekata prije početka prirodnoga hazarda, a aktivnost stanovništva usmjerena je na preventivno djelovanje u cilju smanjenja opasnosti od prirodnih hazarda.

Pod preventivnim djelovanjem podrazumijeva se:

1. Edukacija stanovništva na potencijalno opasnim područjima o uzrocima nastanka prirodnih hazarda, kako bi se izbjegle njihove teže posljedice - u globalnim razmjerima je stanovništvo danas svjesnije ove opasnosti nego prije dvadeset, trideset godina, činjenica je da razumijevanje opasnosti od prirodnih hazarda postoji samo na institucionalnoj razini, što se mora promijeniti i obuhvatiti cijelu populaciju. Stanovništvo je potrebno educirati i pripremiti na mogućnost dogańaja prirodnoga hazarda u realnom vremenu.

2. Prikazivanje zona rizika od prirodnih hazarda u prostornim planovima - prostorni planovi trebali bi sadržati sve relevantne podloge u kojima bi bile izdvojene zone po opasnosti od hazarda (na primjer zone po opasnosti od klizanja ili zone s različitim povratnim razdobljima velikih voda).

3. Plaćanje premija osiguranja za slučaj štetnih posljedica od prirodnih hazarda - umanjuju se štetne posljedice za imovinu ljudi.

4. Uspostava ranih sustava za upozoravanje i pravodobna evakuacija stanovništva - sigurni su način za spašavanje života ljudi.

2.6. Utjecaj globalnih klimatskih promjena na prirodne hazarde

Globalne i regionalne klimatske promjene, koje su povezane s globalnim zatopljivanjem na Zemlji, mogu značajno utjecati na porast pojava prirodnih hazarda, kao što su: poplave, klizišta, suše i požari.

S globalnim zagrijavanjem, ledenjaci na polovima se otapaju i razina mora i oceana polagano, ali sigurno raste, što utječe i na povećanje obalne erozije. Zbog zagrijavanja oceana i mora, povećava se evaporacija s njihovih površina, što utječe na promjenu količina i raspodjela oborina, odnosno na promjenu u raspodjeli glavnih klimatskih zona na Zemlji. Posljedice ovih

promjena bit će u skoroj budućnosti i te kako vidljive na prinosima u poljoprivrednoj proizvodnji. Pojedine regije u kojima će se smanjiti količina oborina, oskudijevat će u hrani, što će vjerojatno utjecati na migracije stanovništva, a mogu se očekivati socijalni i politički nemiri, naročito u manje razvijenim zemljama, što na kraju može dovesti i do ratova.

Globalno zagrijavanje i zagrijavanje oceana uzrokuje promjene u cirkulaciji tople oceanske struje, a posljedica promjene strujanja je naglo povišenje temperature zraka u zahvaćenim područjima zbog velikoga isparavanja vode iz oceana u atmosferu, što uzrokuje pojavu uragana, poplava i suša na globalnoj razini. U 1998. godini, koja je bila jedna od najtoplijih u posljednjih nekoliko desetljeća s čestim pojavama prirodnih hazarda, značajno su se povećali ekonomski gubici u svijetu. Procjenjuje se da su direktni, mjerljivi gubici iznosili gotovo devedeset milijardi američkih dolara, što je značilo povećanje od čak pedeset posto u odnosu na prethodnu godinu. U toj godini, približno trideset i dvije tisuće ljudi je poginulo od posljedica prirodnih hazarda, a tri stotine milijuna ljudi je raseljeno diljem svijeta.

Od početka devedesetih godina prošloga stoljeća, broj velikih katastrofa u svijetu, kao direktna posljedica djelovanja prirodnih hazarda, znatno se povećao u odnosu na ranija razdoblja (slika 2.2). Od 1950. do 2000. godine, intenzitet i učestalost velikih katastrofa te prateći ekonomski gubici rastu eksponencijalno. Globalne klimatske promjene na Zemlji u znatnoj mjeri su utjecale na ovaj rast.

2.7. Rast ljudske populacije na Zemlji, promjene u korištenju zemljišta i prirodni hazardi

S rastom ljudske populacije na Zemlji, sve su veće potrebe za planiranjem korištenja prostora na kojima žive ljudi, kako bi se umanjili gubici izazvani prirodnim hazardima. Gustoća stanovništva u pojedinim regijama, naročito nerazvijenih zemalja (Meksiko, Indija) sve je veća, a loši uvjeti života tjeraju ljude da se nastanjuju u područjima koja su potencijalno opasna zbog učestale pojave prirodnih hazarda.

5. PRIRODNE ZALIHE VODA

Obrazovni ciljevi:

• Prikazati raspodjelu i ukupnu količinu vode na Zemlji.

• Objasniti faktore koji utječu na količinu i raspodjelu slatke vode u hidrosferi.

• Razjasniti što se podrazumijeva pod korištenjem voda i objasniti vidove korištenja voda za ljudsku upotrebu.

• Objasniti potrebe suvremenoga društva za pitkom vodom.

• Objasniti efekte urbanizacije na vodne zalihe.

5.1. Raspodjela i ukupna količina vode na Zemlji

Prema nekim procjenama, na Zemlji se nalazi ukupno oko 1 386 milijuna km3 vode. Ova voda se nalazi u različitim oblicima i agregatnim stanjima, a rasporeńena je u: atmosferi, hidrosferi, litosferi i biosferi.

Od ukupne količine vode na Zemlji, 97,47% vode na Zemlji je slano, a 2,53% čini slatka voda (slika 5.1). Najveći dio vode nalazi se u hidrosferi, čak 98,31%, a preostali dio od 1,69% vode otpada na litosferu (1,6889%), atmosferu (0,0010%) te biosferu (0,0001%).

Ukupna količina slatke vode na Zemlji je 35 milijuna km3, a od te količine čak 69,9% je zarobljeno u obliku vječitoga snijega i leda. Oko 30% od ukupne količine slatke vode na Zemlji javlja se kao podzemna voda, a ostatak od 0,1% javlja se kao: površinska slatka voda, “vezana” slatka voda u tlu i organizmima i voda u atmosferi.

Ukupna količina vode na Zemlji je nepromjenjiva, meńutim, raspodjela vode u Zemljinim podsustavima mijenjala se kroz geološku prošlost. Bilo je razdoblja kad je mnogo više vode bilo u morima ili kad je znatno veća količina vode bila u obliku leda i snijega. Za raspodjelu

vode na Zemlji, od velike važnosti je činjenica da dio vode na Zemlji neprestano prelazi iz jednoga podsustava u drugi u okviru hidrološkoga ciklusa, koji opisuje kruženje vode kroz atmosferu i na Zemljinoj površini. U svojem najjednostavnijem obliku, hidrološki ciklus može se prikazati kao slijed prelaženja vode iz atmosfere na kopno i njezino vraćanje u atmosferu. Kretanje vode u globalnom hidrološkom ciklusu može se prikazati i brojčanim pokazateljima (slika 5.2).

Godišnji volumen vode, koji se evaporacijom gubi iz oceana i mora iznosi oko 505 000 km3. U oblacima dolazi do kondenzacije, stvaraju se oborine koje padaju natrag u oceane i mora te na kopno. Ukupna količina oborina koja padne nazad u mora i oceane iznosi oko 458 000 km3, a preostali dio od 47 000 km3 padne na kopno.

Godišnji volumen vode, koji se evapotranspiracijom gubi s kopna u atmosferu, iznosi 72 000 km3, a ako se ovom volumenu pribroji i 47 000 km3 vode, koja kao vodena para putuje oblacima iz smjera mora i oceana prema kopnu, tada ukupni volumen vode koji padne na kopno iznosi 119 000 km3.

Od 119 000 km3 vode koja padne na kopno, oko 60% ili 72 000 km3 ispari, a 40% ili 47 000 km3 vraća se u more ili oceane kao površinska ili podzemna voda.

Na globalnom planu, količine vode nisu problem, problem je dostupnost vode u pravo vrijeme i u pravom obliku u pojedinim područjima. Voda je resurs koji se nalazi u čvrstoj, tekućoj ili plinovitoj fazi na ili ispod površine Zemlje. Zavisno od lokacije, vrijeme zadržavanja vode može biti od nekoliko dana u atmosferi do nekoliko tisuća godina u dubokim vodonosnim slojevima ispod površine Zemlje. Značajno je navesti da je više od 99% vode na Zemlji neupotrebljivo za ljude, npr. voda u morima i oceanima, ili zbog načina vezanja vode u okolišu, npr. voda vezana u snijegu i ledu, voda u tlu ili voda u organizmima.

Brzim rastom svjetske populacije na Zemlji, kao i zbog sve bržega industrijskog razvoja, rastu i sve veće potrebe za vodom. Danas je prosječna potrošnja vode po stanovniku u svijetu oko 700 m3/god, a ukupna potrošnja vode u svijetu u 2000. godini iznosila je 6000 km3. Iako je prosječna količina obnovljivih resursa površinskih i podzemnih voda procijenjena na oko 47 000 km3/god, raspodjela ovih resursa je izrazito neujednačena na Zemlji. Kao primjer navodi se činjenica da količina obnovljivih vodnih resursa u južnoj Americi iznosi oko 12 200 km3/god, odnosno 25% od ukupne količine obnovljivih vodnih resursa na Zemlji, a u Africi su te količine oko 4 600 km3/god, što čini manje od 10% od ukupnih količina.

5.2. Površine pod vječitim snijegom i ledom

Površine pod vječitim snijegom i ledom općenito se mogu podijeliti u dvije velike skupine: a) led na kopnu i b) led u moru.

Led na kopnu nalazi se u obliku ledenih pokrova ili planinskih ledenjaka, a nastaje od snježnog pokrivača koji pod tlakom novih naslaga snijega najprije prelazi u zrnati led, tzv. firn, a potom u kompaktni, ledenjački led. Cijeli proces transformacije obično traje od 10 do

20 godina.

Najveći ledeni pokrivač prekriva praktički cijelu Antarktiku. Led na Antarktici čini oko 87% od ukupne količine leda na Zemlji, što iznosi 21,141,000 km3. Debljina ledenoga pokrova na Antarktici mjestimice prelazi i 4200 m.

Drugi po veličini ledeni pokrov nalazi se na otoku Grenlandu, s ukupnim volumenom od 2,500,000 km3 leda. Srednja debljina ledenoga pokrova na Grenlandu iznosi 2135 metara, a procjenjuje se da je maksimalna debljina ledenoga pokrova izmeńu 3200 i 3400 m.

Do toga vremena klima na Grenlandu je bila suha i vruća. Početkom zadnjega ledenog doba u pleistocenu, prije 2 milijuna godina, područja koja su u vrijeme zime bila pokrivena snijegom, ostaju zaleńena tijekom cijele godine i javljaju se prvi tragovi planinskih ledenjaka. Od tada, ledenjaci zauzimaju sve veću površinu i uskoro pokrivaju cijelu površinu otoka. Kopnena područja ispod

ledenjaka postupno tonu zbog sve veće težine ledenjaka. Nakon završetka ledenoga doba, ledeni pokrivač se postupno topi u rubnim područjima, tako da danas ledenjaci više ne zauzimaju obalna područja na Grenlandu.

Ostatak leda, u obliku ledenih kapa, pokriva manje dijelove krajnjih sjevernih predjela Sjeverne Amerike, Europe i Azije.

Kad akumulirana masa leda postane debela, ledenjak se počinje kretati prema nižim dijelovima terena. Kretanje ledenjaka odvija se kao: plastično tečenje i kao bazno klizanje. Plastično tečenje ledenjaka odvija se zbog velikih tlakova u masi leda, uslijed čega dolazi do klizanja po kliznim plohama u pojedinim kristalima leda. Ovaj tip klizanja je kratkotrajan i odvija se u djeliću sekunde, a ima red veličine od nekoliko milijuntih dijelova milimetra. Meńutim, budući da se odvija istodobno u velikom broju kristala, cijela masa leda se plastično deformira poput tijesta.

Bazno klizanje ledenjaka odvija se duž čvrste stijenske podloge. Zbog velike težine ledenjaka, na kontaktu leda i čvrste podloge dolazi do otapanja leda, a formirani sloj vode značajno smanjuje trenje i omogućava klizanje leda po stijenskoj podlozi. Bazno klizanje ledenjaka može biti vrlo brzo, pa tako brzina klizanja pojedinih ledenjaka na Grenlandu iznosi i do 40 m/dan. Kretanje ledenjaka omogućava da značajan dio leda dolazi u niže i toplije predjele, gdje se led u toplijem dijelu godine topi i stvara potoke i rijeke, a jedan dio vode se u obalnim predjelima infiltrira u podzemlje.

Led u moru može biti povezan s dijelom ledenoga pokrova na kopnu i tada se taj led naziva ledeni sprud. U rubnim dijelovima Antarktike, debljina ledenih sprudova iznosi i do 1000 m. Jedan dio leda u moru otkida se od ledenih sprudova ili kopnenih ledenjaka i ulazi u more kao ledena gromada. Drugi dio leda u moru nastaje smrzavanjem morske vode pri niskim temperaturama. Kompaktni led u moru saliniteta 24,7o/oo nastaje u moru pri temperaturama koje su niže od +1,33 0C, a pri tom se iz morske vode izdvaja sol te nastaje slatkovodni led. Zbog efekta staklenika, globalno zagrijavanje sve više utječe na smanjivanje ledenoga pokrova. Istraživanja grenlandskoga ledenog pokrova, koja provodi američka agencija za istraživanje svemira, NASA, pokazala su da se debljina pokrova smanjuje za oko jedan metar na godinu, odnosno da se količina leda svake godine smanji za 51 km3.

Zanimljivost. U prvoj fazi procesa otapanja ledenjaka, količina leda se u stvari povećava, a ne smanjuje. Naime, rastom temperature dolazi do sve jačega isparavanja morske vode i sve intenzivnijih oborina koje padaju i na površinu koja je prekrivena ledenjacima. Oborine koje padaju na površinu ledenjaka dijelom se pretvaraju u led, tako da je količina leda koja se gubi topljenjem iz ledenjaka manja nego količina koja se stvara zbog jakih oborina. U kasnijoj fazi, proces otapanja leda ipak postaje dominantan i količina leda se sve više smanjuje.

Istraživanja koja su provedena na Ohio State University, u SAD-u, pokazala su da se količina leda na planini Kilimanńaro u Africi smanjila za oko 82% u usporedbi s količinom koja je bila registrirana 1912. godine, a trećina leda otopila se u zadnjih 10 godina. Zbog globalnoga zatopljenja, predvińa se da za 15 godina neće biti ledenjaka u Africi i tropskom i suptropskom dijelu Južne Amerike i Azije.

Od ukupne količine leda na Zemlji, oko 0,83% nalazi se u zamrznutom tlu i permafrostu. Pod pojmom permafrost podrazumijeva se svaka stijena ili tlo, koja je više od 2 godine izložena temperaturi nižoj od 00 C. Debljina permafrosta može se kretati od 1 do 1000 m. Permafrost pokriva 24 % kopnene površine na sjevernoj Zemljinoj polutki (slika 5.4). Odreńivanje točne lokacije i veličine permafrosta je složeno. U tradicionalnom pristupu odreńivanja lokacija pokrivenih permafrostom polazilo se od pretpostavke da je temperatura tla približno jednaka temperaturi zraka, meńutim, kasnije se pokazalo da se ove dvije temperature razlikuju. Utvrńeno je da u nekim područjima nije utvrńena pojava permafrosta, iako je srednja temperatura zraka iznosila ispod 00 C. Primjerice, pokazalo se da se permafrost ne javlja na područjima koja su prekrivena ledenjacima ili površinskim vodotocima. Za razliku od permafrosta, zamrznuto tlo javlja se u trajanju do 15 dana u godini. U zimskom razdoblju, čak 55% kopnenih površina na sjevernoj polutki je prekriveno zamrznutim tlom. Zalihe vode u permafrostu su malene i praktički neiskoristive, no trajno otapanje permafrosta, koje se dogańa kao posljedica globalnoga zatopljivanja, može posredno dugoročno utjecati na bilancu vode na Zemlji. Naime, procijenjeno je da je oko jedna trećina od ukupne količine

ugljika koje se nalazi u tlu na Zemlji, “zarobljeno” u permafrostu arktičkoga i priarktičkog područja. Otapanjem permafrosta dolazi do raspadanja organskih tvari koje on sadrži, pri čemu nastaju: ugljik dioksid, metan i drugi staklenički plinovi, koji se oslobańaju u amosferu i pospješuju efekt staklenika, odnosno globalno zatopljivanje, što ima značajne posljedice za otapanje ledenjaka, ali i za globalnu raspodjelu vode na Zemlji.

5.3. Podzemna voda

Podzemne vode u globalnoj raspodjeli vode čine najveći dio slatke vode u tekućem stanju. Da bi se podzemna voda mogla koristiti na ekonomski isplativ način, ona se mora nalaziti u vodonosniku, odnosno u propusnim stijenama kroz koje u prirodnim uvjetima može protjecati znatna količina vode.

Vodonosnici u magmatskim i metamorfnim stijenama su za R. Hrvatsku praktički bez značaja, a važnu ulogu imaju u dijelovima Brazila, Argentine, Meksika, SAD-a, Skandinavije i u nekim dijelovima Afrike. U magmatskim intruzivnim i metamorfnim stijenama podzemna voda se javlja u pukotinskim sustavima i zoni trošenja, dok se u magmatskim efuzivnim stijenama i u piroklastičnim materijalima podzemna voda nalazi u porama s primarnom poroznosti.

Vodonosnici u čvrstim sedimentnim stijenama mogu se nalaziti u klastičnim sedimentnim stijenama: pješčenjacima, konglomeratima i brečama, ili u okršenim karbonatnim stijenama, kao što su vapnenci i dolomiti. Nubijski pješčenjaci, koji se prostiru na teritoriju četiri afričke države: Čada, Egipta, Libije i Sudana, pripadaju u najveće vodonosne sustave na svijetu. Radi se o starim mezozojskim vodonosnicima koji su nastali u geološkoj prošlosti taloženjem u vodenim sredinama: rijekama, jezerima i močvarama. Podzemna voda je pod tlakom i vjerojatno konatna, ali postoje indikacije i za recentno prihranjivanje plićih dijelova vodonosnoga sustava. Trenutne količine vode koje se crpe iz ovoga vodonosnog sustava iznose oko dvije milijarde i tri stotine milijuna m3/god.

Krški vodonosnici su od izuzetnoga značaja za R. Hrvatsku, budući da je 50% naše zemlje prekriveno kršem (slika 5.5). U krškim vodonosnicima nalaze se strateške rezerve Hrvatske, koje po količini i kakvoći mogu zadovoljiti potrebe vodoopskrbe cijelih regija. Vodonosnici u nevezanim sedimentnim stijenama, u šljuncima, pijescima i siltovima, nalaze se uz velike riječne tokove kao što su: Amazona, Nil, Rajna ili Dunav te uz još tisuće drugih rijeka i potoka i sigurno čine najvažnije rezervoare podzemnih voda na Zemlji. Ovi vodonosnici se nalaze na području sjeverne Hrvatske, u dolinama rijeka Save i Drave te u brežuljkasto-brdovitom području u meńurječju ovih rijeka. Za njih je karakteristična slojevitost naslaga te postupan porast temperature i saliniteta s dubinom te je moguće razlikovati dvije hidrogeološke zone u vertikalnom profilu:

• Prvu hidrogeološku zonu čine stijene do oko 200 m dubine, a prirodna kakvoća podzemne vode zadovoljava standarde za pitku vodu nakon adekvatne obrade,

• Drugu hidrogeološku zonu čine stijene na dubinama većim od 200 m, koje su zasićene brakičnom ili slanom vodom i povišene su mineralizacije i temperature.

Na velikim otocima kao što su: Novi Zeland, Britansko otočje, Borneo, Sicilija ili Korzika podzemne vode se nakupljaju i kreću isto kao u priobalnim dijelovima kontinenata. Njihova količina i dinamika ovisi o klimatskim uvjetima te o hidrološkim i hidrogeološkim značajkama.

Na malim i vrlo malim otocima, količina slatke podzemne vode uvjetovana je: klimatskim, topografskim, geološkim, hidrogeološkim, pedološkim i vegetacijskim značajkama na otoku. Prema definiciji UNESCO-a iz 1991. godine, površina na malim otocima ne prelazi 2000 km2, a površina na vrlo malim otocima ne prelazi 100 km2. Svi hrvatski otoci prema ovoj definiciji pripadaju u male i vrlo male otoke. Otok Krk, naš najveći otok, ima površinu od svega 410 km2.

Na malim otocima problem je pojava miješanja slatke i slane vode. Morska voda zbog veće gustoće potiskuje slatku vodu koja se tijekom kišnoga razdoblja akumulira u podzemlju.

Primjer. Odnos položaja slatke i slane vode u pješčanom otoku. U idealnim uvjetima, kada je otok izgrańen od jednoličnoga homogenog i izotropnog pijeska, odnos slatke i slane vode može se prikazati Ghyben-Herzbergovom relacijom:

udaljenosti kroz pukotine različitih dimenzija i nagiba. Granica izmeńu slatke i slane vode je u stvari zona bočate vode, u kojoj se salinitet smanjuje prema unutrašnjosti otočkoga podzemlja, a promjena razine morske vode utječe na promjenu odnosa slatke i slane vode (slika 5.6).

Na odnos slatke i slane vode može značajno utjecati i crpljenje podzemne vode. Uslijed pretjeranoga crpljenja može doći do konusnoga podizanja slane vode i zaslanjenja otočkoga vodonosnika.

5.4. Rijeke

Rijeke čine tek 0,006 % od ukupne količine tekuće slatke vode na Zemlji. Količina vode koja protječe rijekama prvenstveno ovisi o: geološkim, topografskim i klimatskim faktorima, a značajan utjecaj imaju i tip i zastupljenost vegetacije te korištenje zemljišta u slivnom području, uključujući i izgradnju akumulacija i rezervoara.

Geološki faktori, koji utječu na količinu otjecanja riječnim koritom, uključuju: tip tla ili stijena u slivu, mineraloški sastav, erozijske procese u slivu i strukturne značajke tla ili stijene.

U pijescima, šljuncima i stijenama s dobro izraženom pukotinskom ili pukotinsko-kavernoznom poroznosti, poput okršenih vapnenaca i dolomita, infiltracija oborinske vode je velika, a površinsko otjecanje vode u slivu je praktički zanemarivo. Primjerice, u krškim terenima u pravilu nema znatnijih površinskih vodotoka, jer se najveći dio oborinskih voda vrlo brzo infiltrira u podzemlje kroz raspucalu i okršenu površinu terena. Postoje meńutim i slučajevi kada se javljaju površinski vodotoci u kršu (slika 5.7), a to se dogańa ako:

a) unutar krša postoje dijelovi terena izgrańeni od slabije propusnih naslaga, kao što su fliške naslage; rijeke teku do dijela terena koji je okršen, zatim poniru u podzemlje i nakon odreńenoga puta kroz pukotinske sustave i špilje ponovno se javljaju na površini kao krški izvori.

b) erozija djeluje na riječno korito, koje je spušteno do baze okršavanja, tj. na razinu ispod koje u podzemlju više nema praznih prostora koji bi mogli primiti riječnu vodu; riječni tok se javlja na maloj nadmorskoj visini i blizu utoka u more.

O značajkama topografije u slivu ovisi: brzina vode u rijekama, stupanj infiltracije oborinske vode u tlo ili stijenu i količina vode u rijeci. Strmiji reljef utječe na veći pad rijeke i povećanje specifičnoga dotoka vode.

Od klimatskih faktora, koji utječu na količinu vode u rijekama, vrlo važan je tip oborine koji pada u sliv. Razlikuju se:

-Ciklonske oborine - nastaju kao posljedica snažnih vrtložnih strujanja u atmosferi,

olujna su karaktera i velikoga intenziteta;

-Konvektivne oborine - nastaju podizanjem toploga zraka koji je bogat vlagom iznad

Zemlje, pri čemu dolazi do kondenzacije i brzoga stvaranja oborina, a mogu biti i većega intenziteta od ciklonskih;

-Orografske oborine - nastaju podizanjem toploga zraka uz planine, a redovito su jače na uzlaznoj nego na silaznoj strani planine.

U klimatske faktore, osim tipa oborine koji pada u sliv, pripadaju: intenzitet oborine, odnosno količina oborine u odreńenom vremenu, trajanje oborine, raspodjela oborine po slivnom području,

učestalost oborine i faktori koji utječu na evapotranspiraciju, kao: temperatura zraka, vjetar i relativna vlažnost zraka.

5.5. Jezera

Jezera čine 0,26% od ukupne količine tekuće slatke vode na Zemlji. Sva jezera na Zemlji prekrivaju oko 2,100,000 km2 površine, te sadrže oko 180,000 km3 vode. Prema postanku jezera mogu biti: tektonska, vulkanska, ledenjačka, krška, riječna, meteoritska i umjetna. Velika jezera redovito su tektonska, gdje je do nastanka jezerskoga bazena došlo tektonskim lomovima i spuštanjem odvojenih dijelova terena.

Jezera vodu dobivaju oborinama, utokom rijeke, površinskim otjecanjem u slivu, izviranjem izvora koji se nalaze na obali ili unutar jezerskoga bazena, a gube je evaporacijom te površinskim i podzemnim otjecanjem. Tamo gdje je isparavanje veće od dotoka svježe vode, dolazi do postupnoga porasta koncentracije otopljenih minerala u vodi, pa jezera postaju brakična ili slana. Brakičnim se smatra jezero u kojem voda u jednoj litri sadrži izmeńu 1 i 10 grama otopljenih minerala, a ako je koncentracija otopljenih tvari veća od 10 grama, jezero je slano.

5.6. Korištenje voda i vidovi korištenja voda za ljudsku uporabu

Ljudi su od davnine rabili vodu uglavnom za piće i eventualno za navodnjavanje. S napretkom čovječanstva i povećanjem broja stanovništva na Zemlji, povećavala se potreba za vodom. Voda postaje temeljem razvoja moderne ljudske civilizacije, a gospodarski interesi za vodom postaju sve veći. Postupno se razvija korištenje voda, odnosno zahvaćanje, crpljenje i uporaba površinskih i podzemnih voda za različite namjene, pri čemu je vodoopskrba javni interes. Pod pojmom vodoopskrbe podrazumijeva se pridobivanje, transport i distribucija vode koja se rabi za piće, pripremu hrane, higijenske potrebe, industrijsku proizvodnju i komunalne potrebe. Prosječna opskrbljenost stanovništva vodom iz javnih vodoopskrbnih sustava u R, Hrvatskoj iznosila je 76% u 2002. godini, što znači da se iz javne vodoopskrbe opskrbljuje oko 3,35 milijuna stanovnika. Stupanj prosječne opskrbljenosti vodom znatno je povećan u odnosu na 1990. godinu kada je iznosio 63%. Ostali vidovi korištenja vode:

• proizvodnja električne energije,

• navodnjavanje,

• uzgoj riba,

• plovidba i plovni putovi,

• korištenje mineralnih i geotermalnih voda,

• korištenje vode za sport i rekreaciju i

• korištenje vode u pogonske svrhe,

podložni su utjecajima tržišta. Što se tiče korištenja vode za pogon mlinova i pilana ono je danas zanemarivo, ali dio objekata ima etnološki značaj.

5.7. Potrebe suvremenoga društva za pitkom vodom

Razvoj vodoopskrbe prati i sve veća potreba suvremenoga društva za kvalitetnom pitkom vodom. Suvremeni način života i sve veći rast životnoga standarda stanovništva, naročito u urbanim sredinama, značajno utječe na povećanje srednje potrošnje vode po stanovniku. Naime, minimalna količina vode koju odrasla osoba mora konzumirati tijekom dana iznosi od dvije do pet litara, ovisno o klimatskim uvjetima i fizičkim aktivnostima, meńutim stvarna potrošnja vode je stotinjak puta veća. Potrebe za vodom u prosječnom domaćinstvu, u razvijenim zemljama svijeta, kreću se od 20 do 40 litara dnevno po stanovniku. Podaci iz novije literature pokazuju potpuno drugačiju situaciju u pojedinim zemljama u Europi. Naime,

podaci pokazuju da prosječna potrošnja vode u domaćinstvima varira od 108 l/stanovniku/dan u Belgiji do čak 264 l/stanovniku/dan u Švicarskoj. Ako se uzme u obzir i potrošnja vode za potrebe industrije, komunalnih djelatnosti (pranje ulica, zalijevanje zelenih površina i dr.), tada je potrošnja još veća i kreće se od 166 l/stanovniku/dan u Belgiji do čak 402

l/stanovniku/dan u Švicarskoj.

5.8. Efekti urbanizacije na vodne zalihe

Kombinirani efekti urbanizacije, industrijalizacije i rasta stanovništva mijenjaju prirodni okoliš i uzrokuju promjene u hidrološkom režimu te dovode do narušavanja ekološke ravnoteže na utjecajnom području. Tipične promjene koje su uzrokovane procesima urbanizacije uključuju:

-klimatske promjene;

-promjene u površinskom otjecanju;

-promjene u kakvoći voda;

-promjene u okolišu i ekosustavima, uključujući smanjenje bioraznolikosti.

Utjecaji velikih urbanih sredina na lokalnu mikroklimu odavno su poznati i nastaju kao posljedica povećane emisije stakleničkih plinova i toplinske energije u atmosferu, zagańenja zraka te promjena u strujanju zraka zbog velikih grańevina i transformacije površina u urbanim sredinama. Ovi utjecaji očituju se u povećanju količine oborina u urbanim sredinama za oko 10 do 30% te u povećanju temperature u gradskim sredinama za oko 4 do 7 0C, što utječe na povećanje evapotranspiracije za oko 5 do 20%.

Betonizacijom površina i zbog povećane količine oborina u urbanim sredinama, dolazi do povećanja površinskog otjecanja, naročito u vrijeme jakih kiša. U takvim uvjetima, sustavi odvodnje oborinskih voda, naročito ako se radi o sustavu mješovite odvodnje voda koji uključuju oborinske vode i otpadne vode industrije, postaju preopterećeni i dolazi do onečišćenja površinskih i podzemnih voda.

6. ENERGETSKI RESURSI I ALTERNATIVNI IZVORI ENERGIJE

Obrazovni ciljevi:

• Prikazati razliku izmeńu potreba i dostupnosti energetskih resursa na Zemlji.

• Prikazati neobnovljive izvore energije.

• Objasniti razloge korištenja nuklearne energije i njen utjecaj na okoliš.

• Prikazati geološke uvjete za iskorištavanje geotermalne energije, načine korištenja geotermalne energije i moguće utjecaje na okoliš.

• Prikazati i objasniti obnovljive (alternativne) izvore energije.

6.1. Potrebe za energijom u suvremenom društvu

Rast potreba za energijom i energetskim resursima u svijetu slijedi eksponencijalni trend od druge polovine 20. stoljeća. Prema nekim predvińanjima, ukupna potrošnja svjetske energije u 2010. godini bit će oko 490 bilijardi (1015) Btu jedinica. Ako se ovaj podatak usporedi s podatkom o svjetskoj energetskoj potrošnji u 1970. godini od “samo” 207 bilijardi Btu jedinica, tada je vidljivo da današnje energetske potrebe značajno nadmašuju energetske potrebe od prije samo nekoliko desetljeća.

Neobnovljivi izvori energije dostupni su u ograničenim količinama, a osim toga onečišćuju okoliš. Sagorijevanjem fosilnih goriva oslobańa se velika količina CO2 koji je staklenički plin i utječe na globalno zagrijavanje Zemlje. Nuklearna energija u normalnim uvjetima korištenja nije štetna za atmosferu, meńutim, tvari nastale kod nuklearnih reakcija ostaju radioaktivne godinama, pa čak i stoljećima, i trebaju biti uskladištene i čuvane uz maksimalne mjere zaštite okoliša. Potrebe za svim oblicima energije, pa tako i za fosilnim gorivima, bit će u budućnosti još više izražene. Prirodne zalihe fosilnih goriva sve su manje i teže dostupne za eksploataciju. Prema nekim procjenama, do danas je iscrpljena polovica svjetskih zaliha nafte, a vjeruje se da će znatno pomanjkanje nafte na svjetskom tržištu uslijediti oko 2020. godine.

6.2. Nuklearna energija dobivena u procesima fisije

U zadnja tri desetljeća nuklearna energija ima značajnu ulogu u proizvodnji električne energije. Trenutno se pomoću nuklearne energije stvara oko 16% od ukupno proizvedene električne energije u svijetu.

Nuklearna fisija je cijepanje ili raspad teške atomske jezgre uslijed bombardiranja atoma neutronima, pri čemu se jezgra atoma cijepa na dvije manje jezgre. Za razliku od fisije, fuzija je spajanje jezgre lakših atoma, koji formiraju teži atom, uz oslobańanje energije. Za sada je jedino proces fisije komercijalno isplativ i dostupan za širu primjenu.

Od 250 izotopa koji se prirodno javljaju, svega 20 se spontano raspada, a kod ostalih se može inducirati raspad. Kod nekih izotopa, raspad atomske jezgre može se značajno ubrzati i na taj način povećati količina energije koja se oslobańa u reakciji. U modernim nuklearnim reaktorima danas se najviše koristi 235U, s 92 protona i 143 neutrona.

Jezgra izotopa 235U, nakon početnoga induciranja raspada jezgre bombardiranjem s

neutronima, raspada se u dvije lakše jezgre i oslobańa dodatne neutrone te energiju. Neki od novonastalih neutrona mogu inducirati proces fisije u drugim jezgrama 235U, što uzrokuje oslobańanje dodatnih neutrona i energije, tako da se cijeli proces nastavlja u lančanoj reakciji Kontrolirana lančana reakcija, koja je u stvari kontinuirano, umjereno oslobańanje energije, predstavlja osnovu za nuklearne reaktore koji su bazirani na procesu fisije. Energija koja se oslobańa prilikom reakcije zagrijava vodu koja cirkulira kroz jezgru reaktora, a toplina koja se oslobańa iz jezgre prenosi se kroz izmjenjivač topline, pri čemu nastaje para koja pokreće turbine koje proizvode električnu energiju.

Lančanom reakcijom nekih izotopa koji nisu radioaktivni, mogu nastati radioaktivni izotopi. Na primjer, raspadom izotopa 238U, kojega u prirodi ima čak 99,3% od svih izotopa urana, nastaje radioaktivni plutonij; raspadom 332Th nastaje radioaktivni 333Th itd. Od ukupnoga prirodnog urana, samo 0,7% otpada na izotop 235U. Prirodna ruda urana mora biti podvrgnuta procesima kojima se obogaćuje koncentracija ovoga izotopa na nekoliko postotaka, da bi se mogao koristiti u nuklearnim reaktorima.

6.3. Geologija uranskih ležišta

Širom svijeta, oko 95% poznatih rezervi urana nalazi se u sedimentnim ili meta-sedimentnim stijenama (djelomično metamorfoziranim taložnim naslagama). U zadnjih nekoliko godina uran se najčešće eksploatira iz tri osnovna tipa naslaga: a) pješčenjaka impregniranih s mineralima urana; b) žila uranskih minerala u pukotinama sedimentnih stijena; c) riječnih taložina ili taložina u deltama, starim više od dvije milijarde i dvije stotine milijuna godina. Manje količine urana nalaze se u magmatskim stijenama. Graniti i karbonati mogu biti naročito bogati s uranom, u koncentracijama od nekoliko ppm do nekoliko desetaka ppm. U granitima, uran se javlja u kasnijem stadiju kristalizacije magme, jer se njegovi veliki atomi ne mogu ugrańivati u kristalnu rešetku silikatnih minerala koji nastaju u ranoj fazi kristalizacije. Uobičajena koncentracija urana u granitima je oko 4 ppm. Za vrijeme trošenja stijena bogatih uranom, uran se otapa u vodenoj otopini i vrlo često se javlja kao UO2+

ukoliko je otopina bogata kisikom. Takva otopina bogata uranom često se procijeńuje kroz

krovinske stijene do podzemne vode. U slučaju da podzemna voda obogaćena uranom teče kroz reduktivnu vodonosnu sredinu, u kojoj su prisutne organske tvari ili sulfidni minerali, tada se otopljeni uran taloži i koncentrira u takvim reduktivnim zonama. Ruda urana, da bi bila ekonomski isplativa, mora sadržavati 400 do 2500 puta veće koncentracije urana od prosječnih prirodnih koncentracija.

Svjetske procjene rezervi uranskih ruda se drastično razlikuju ovisno o izvoru podataka, jer uran ima stratešku važnost za pojedine zemlje, koje se brinu za tajnost podataka. Meńutim, procjene OECD-a iz 2002. godine su da svjetske rezerve urana iznose oko dva milijuna i pet stotina tisuća tona.

6.4. Potencijalni rizik za okoliš zbog korištenja nuklearne energije

U normalnim uvjetima, proizvodnja i korištenje nuklearne energije u reaktorima bi trebala biti sigurna i bez značajnijih posljedica za okoliš. Meńutim, rizik od šteta na nuklearnom reaktoru zbog akcidentnih situacija ili terorističkih napada, nije zanemariv. Jedan od najozbiljnijih problema povezanih s havarijama na nuklearnom reaktoru je gubitak rashladne vode, koja cirkulira kroz reaktor, uslijed čega može doći do pregrijavanja i topljenja jezgre reaktora. Topljenjem jezgre obično dolazi do proboja otopljene mase jezgre i goriva kroz zaštitne objekte i do oslobańanja visokog stupnja radijacije u okoliš. Čak i u takvim uvjetima, dakle potpunog gubitka rashladne vode i topljenja jezgre, reaktor ne bi eksplodirao poput atomske bombe. Osnovni razlog je činjenica da u nuklearnim elektranama dolazi do kontrolirane lančane reakcije, za razliku od atomske bombe, kod koje se dogańa nekontrolirana reakcija i naglo raspadanje obogaćenog urana u trajanju od nekoliko sekundi.

Primjer. Do danas su poznate dvije velike katastrofe povezane s havarijama na nuklearnom reaktoru: Černobilj i Otok Tri Milje. Havarija u Černobilju dogodila se 26.04.1986. godine u tadašnjem SSSR-u, a današnjoj Ukrajini. Eksplodirao je reaktor broj četiri, koji je formirao radioaktivni oblak koji se proširio na veliki dio Europe. Prilikom eksplozije razrušena je aktivna zona reaktora i tijekom 10 dana trajao je aktivni stupanj havarije, praćen intenzivnim oslobańanjem radijacije. Oslobańanje radijacije konačno je zaustavljeno tek nakon što je u studenom 1986. godine reaktor stavljen u betonski “sarkofag”. U akciji sanacije nuklearne elektrane u Černobilju sudjelovalo je oko 200 000 ljudi, od kojih je 27% zadobilo trajne posljedice zbog utjecaja radijacije.

Manje štetna za ljude i okolicu bila je havarija na Otoku Tri Milje, koja se dogodila

28.03.1979. godine u Pensilvaniji, u SAD-u. Tamo se zbog niza pogrešaka i sigurnosnih propusta pregrijao i djelomično rastopio jedan od nuklearnih reaktora, što je rezultiralo manjim ispuštanjem radijacije u atmosferu. Za sada još nije dokazana nikakva štetna posljedica te radijacije za ljude, ali je taj dogańaj znatno utjecao na predodžbu o sigurnosti nuklearne energije.

Naročito veliki problem kod izgradnje nuklearne elektrane predstavlja pronalaženje odgovarajuće lokacije buduće elektrane. Naime, ako je lokacija elektrane u blizini naseljenih mjesta, tada je u slučaju incidentnih situacija rizik za ljude zbog radijacije izuzetno velik. S druge pak strane, ako je nuklearna elektrana smještena predaleko od naseljenih mjesta, tada je gubitak energije zbog prijenosa energije na udaljena područja vrlo velik i može prelaziti do 10% od ukupne količine proizvedene energije.

Potencijalni rizik za zdravlje i život ljudi javlja se i tijekom rudarenja i procesa konverzije i obogaćenja urana. Radnici koji rade na poslovima u kojima su u direktnom kontaktu s uranom, vrlo često obolijevaju od različitih oblika malignih bolesti, zbog stalne izloženosti vrlo visokom stupnju radijacije. Ako je jalovina uranske rude izložena utjecajima atmosferilija i procjeńivanju oborinske vode prema površinskim recipijentima ili do podzemne vode, tada se štetni utjecaji urana proširuju i izvan kruga rudnika ili tvornice u kojoj se obogaćuje uran.

U novije vrijeme sve je više prisutna opasnost od krańe radioaktivnoga i otrovnog plutonija, koji se takońer koristi kao nuklearno gorivo, a može poslužiti za izradu nuklearnog oružja. Kao i svi procesi proizvodnje energije iz neobnovljivih izvora i nuklearne elektrane proizvode otpad. Kod njih je to radioaktivni otpad i vruća voda. Budući da nuklearne elektrane ne proizvode ugljični dioksid, njihovom upotrebom se ne povećava efekt staklenika. Radioaktivni otpad dijeli se na dvije osnovne kategorije: nisko-radioaktivni i visoko-radioaktivni otpad. Većina nuklearnoga otpada je nisko radioaktivni otpad. To su: obično smeće, alati, zaštitna odjela i ostalo. Taj se otpad kontaminira s malom razinom radioaktivnoga praha ili čestica, a mora se čuvati na način da ne dońe u kontakt sa predmetima izvana.

Pravi problem kod nuklearnih elektrana je ostatak iskorištenog goriva koji je visoko-radioaktivni otpad i mora se skladištiti u specijalnim bazenima (gdje voda hladi nuklearno gorivo i djeluje kao štit od radijacije) ili u suhim kontejnerima. Starije i manje radioaktivno gorivo skladišti se u suhim skladištima. Tamo se zatvara u specijalne betonske armirane kontejnere.

Odlaganje radioaktivnoga otpada je problem koji do danas nije u potpunosti rješiv. Naime, radioaktivni materijal ne može biti tretiran u kemijskim reakcijama, zagrijavanjem, tako da postane neradioaktivan. S obzirom na ovu činjenicu, on se razlikuje od većine drugih kemijskih toksičnih otpadnih tvari, koje se različitim procesima mogu razgraditi do stupnja kada postaju neškodljive za ljude i okoliš. Drugi bitan problem s radioaktivnim otpadom je činjenica da do danas nije postignut konsenzus oko najbolje lokacije i načina odlaganja otpada. Trenutno, radioaktivni otpad se odlaže na privremena odlagališta i pokušavaju se primijeniti različite metode sigurnoga pohranjivanja takvog otpada, meńutim kapaciteti ovih odlagališta su gotovo do kraja popunjeni i neophodno je hitno pronaći nova i sigurnija rješenja.

6.5. Geološki uvjeti nastanka geotermalne energije

Korištenje geotermalne energije, odnosno prirodne topline iz Zemljine unutrašnjosti, započelo je 1904. godine u Italiji, iskorištavanjem vruće pare za zagrijavanje objekata. Iako se od tada geotermalna energija koristi u razne svrhe, njeni potencijali su golemi i još nedovoljno iskorišteni. Prema nekim procjenama, samo 1% ukupne geotermalne energije uskladištene u Zemljinoj kori prelazi za 500 puta količinu energije koja bi se dobila od ukupnih zaliha prirodnoga plina i nafte u svijetu.

Proizvodnja prirodne topline u unutrašnjosti Zemlje je proces koji je do danas samo djelomično objašnjen. Područja na Zemlji, gdje se javljaju tzv. geotermalne zone vezane su uz vulkanizam ili granice tektonskih ploča, a radi se o područjima gdje je prirodni dotok topline prema površini iznimno velik.

Postupni rast temperature s povećanjem dubine ispod Zemljine površine mjeri se u stupnjevima po metru i naziva se geotermalni gradijent. Veliki geotermalni gradijent pokazuje da je izvor topline u unutrašnjosti Zemlje vrlo blizu površine.

Primjer. U Republici Hrvatskoj, geotermalni gradijent u Panonskom bazenu iznosi G=0,049 °C/m, a u Dinaridima oko 0,018 °C/m, što je manje od europskoga prosjeka, koji iznosi oko 0,030 °C/m. U Dinaridima se ne mogu očekivati otkrića značajnijih geotermalnih ležišta. Moguća su otkrića voda sa temperaturama na površini prikladnim za rekreativne i balneološke namjene. Vode takvih karakteristika su otkrivene u Istarskim Toplicama, Splitu, Omišu, Sinju i Dubrovniku. Geotermalni gradijent na panonskom području je znatno veći od europskoga prosjeka, pa se na ovom području može očekivati, pored već otkrivenih geotermalnih ležišta, pronalaženje novih geotermalnih ležišta. Općenito, geotermalni potencijali u Hrvatskoj dijele se u tri skupine:

1. srednje temperaturni rezervoari s temperaturama od 100 do 200 °C;

2. niskotemperaturni rezervoari s temperaturama od 65 do 100°C i

3. geotermalni izvori s temperaturom vode ispod 65 °C.

Najpoznatija ležišta s geotermalnom vodom toplijom od 100 °C u panonskom dijelu Hrvatske su: Velika Ciglena, Lunjkovec, Ferdinandovac, Rečica i Babina Greda (slika 6.3). Na temelju uvjeta nastanka i načina pojavljivanja, razlikuje se nekoliko tipova geotermalnih ležišta: hidrotermalna konvekcijska ležišta; vruća magmatska ležišta, ležišta pod geostatskim tlakom i normalna (hladna) ležišta podzemne vode.

Hidrotermalna konvekcijska ležišta su karakterizirana s propusnim slojem u kojem cirkulira promjenjiva količina tople vode. Postoje dva osnovna tipa hidrotermalnih ležišta: ležišta u kojima prevladava para i ležišta u kojima prevladava vruća voda.

Ležišta u kojima prevladava para su ležišta u kojima se nalaze vruća para i voda

Blizu površine, gdje je tlak niži voda u potpunosti prelazi u paru, koja se može direktno zahvaćati u turbinama za proizvodnju električne energije. Ova ležišta imaju polagano prihranjivanje podzemne vode, tako da vruća stijena u potpunosti pretvara podzemnu vodu u paru. Ova ležišta su relativno rijetka.

U ležištima u kojima prevladava vruća voda, površinska temperatura vode je veća od 150°C, a voda cirkulira bez pare (slika 6.5). U trenutku kada se vruća voda zahvaća bušotinom, pod tlakom izlazi prema površini i u zoni smanjenoga tlaka samo djelomično se pretvara u paru te na površinu izlazi mješavina vruće vode i pare. Prije primjene pare u turbinama za proizvodnju električne energije, vruća voda se mora u potpunosti odijeliti od pare, a zatim se vraća nazad u ležište.

Vruća magmatska ležišta sastoje se od vruće stijene koja nije u termalnom kontaktu s podzemnom vodom. Takva ležišta mogu sadržavati rastopljenu magmu na temperaturama od 650 do 1200°C ili značajne količine vruće, suhe stijene. Vruća magmatska ležišta sadrže više uskladištene topline od bilo kojega drugog tipa geotermalnih ležišta, meńutim, zbog toga što im nedostaje medij koji će toplinu prenijeti na površinu, primjerice cirkulirajuća podzemna voda, najčešće je potrebno vodu injektirati kroz bušotine direktno u ležišta i nakon toga zagrijanu vodu crpiti na površinu.

Ležišta pod geostatskim tlakom nastaju u uvjetima kada nepropusni slojevi zaustave ili većim dijelom onemoguće prirodnu toplinsku cirkulaciju prema površini. Pogodni geološki uvjeti za nastanak ovoga tipa ležišta javljaju se vrlo brzim taloženjem i naknadnim tonjenjem labilnoga sedimentacijskog prostora, u kojem dolazi do taloženja sedimenata znatnih debljina. U takvim uvjetima, duboka podzemna voda nalazi se pod visokim tlakom, a zbog geotermalnoga gradijenta je i znatno zagrijana. Ova ležišta imaju veliki potencijal za proizvodnju električne energije zbog nekoliko razloga:

-sadrže termalnu energiju vruće vode koja se može crpiti na površinu;

-voda pod tlakom ima znatnu mehaničku energiju koja može biti iskorištena za pokretanje hidrauličkih turbina;

-ova voda sadrži znatne količine otopljenoga metana koji se može eksploatirati zajedno s vrućom vodom.

Normalna (hladna) ležišta podzemne vode koriste se u hladnim krajevima u kojima je razlika izmeńu prosječne srednje temperature zraka i temperature podzemne vode relativno velika. Razvijeni su ureńaji koji omogućavaju razmjenu topline izmeńu podzemne vode i zraka, zbog razlike u njihovim temperaturama, što omogućuje zagrijavanje objekata u hladnijim razdobljima u tijeku godine.

6.6. Načini korištenja geotermalne energije i mogući utjecaji na okoliš

Najčešće korištenje geotermalne energije ostvaruje se konvektivnim prenošenjem topline pomoću fluida, koji je obično topla voda ili smjesa vrele vode i pare, uz nazočnost raznih primjesa, kao što su: plinovi, soli i minerali. Toplinska energija geotermalnoga ležišta sadržana u geotermalnom fluidu kod nekoga tlaka i temperature, koristi se izravno za zagrijavanje ili za pretvorbu u električnu energiju.

Geotermalni fluid u obliku vruće vode ili pare, temperature iznad 120°C, svoju latentnu toplinu pretvara u mehanički rad, odnosno električnu energiju. Prednosti korištenja geotermalne energije u proizvodnji električne energije su:

-geotermalne elektrane, isto kao elektrane na vjetar i solarne elektrane, nemaju izgaranje

goriva za proizvodnju pare koja pokreće turbine;

-geotermalne elektrane zauzimaju puno manje prostora po proizvedenom megawattu, nego

što ga zauzimaju ostali tipovi elektrana. Kod geotermalnih instalacija nisu potrebni riječni nasipi niti sječa šuma, a isto tako nema rudnih tunela, otvorenih okna, otpadnih hrpa ili razlijevanja nafte.

Geotermalna energija se još uvijek većim dijelom koristi direktno, što znači bez pretvorbe u neki drugi oblik energije, a manje za proizvodnju električne energije. Izravna upotreba toplinske energije zamjenjuje energente koji onečišćuju zrak i okolinu. Izravno korištenje geotermalne energije može se primijeniti u razne svrhe, a najčešće za grijanje prostora, gdje se energija geotermalnoga izvora direktno ili preko izmjenjivača topline dovodi do potrošača topline. Najviše je zastupljeno grijanje zgrada, stanova ili cijelih naselja. Termalna voda niže temperature i mineralizacije može se vrlo uspješno primijeniti za navodnjavanje i/ili zagrijavanje obradivih površina pri uzgoju agrikultura. Upotrebom termalne energije u staklenicima smanjuju se troškovi proizvodnje koji iznose i do 35% udjela u troškovima ukupne proizvodnje.

Štetni utjecaji korištenja geotermalne energije relativno su zanemarivi i većinom se odnose na emisije plinova koji se crpe zajedno s toplinskom energijom iz unutrašnjosti Zemlje. Srećom, korištenje geotermalne energije ne zahtijeva značajne probleme s transportom i rafiniranjem sirovina, kao što je to slučaj s fosilnim gorivima. U usporedbi s klasičnim termoelektranama, emisije stakleničkih plinova u atmosferu iz geotermalnih elektrana su zanemarive; za istu količinu proizvedene električne energije, geotermalne elektrane emitiraju samo oko 1%

dušičnih spojeva i oko 5% ugljik dioksida emitiranih iz termoelektrana na ugljen.

Problemi za okoliš vezani za korištenje geotermalne energije mogu se javiti s otpadnim vrućim vodama iz geotermalnih ležišta, koje su izrazito korozivne.

6.7. Obnovljivi (alternativni) izvori energije

Za razliku od neobnovljivih izvora energije, kojih ima u ograničenim količinama i koji onečišćuju okoliš, obnovljivi ili alternativni izvori energije mogu se praktički neograničeno koristiti i ne zagańuju okoliš u tolikoj mjeri kao neobnovljivi izvori.

Osim geotermalne energije, najznačajniji obnovljivi izvori energije su:

• energija vode,

• bioenergija,

• energija vjetra i

• energija Sunca.

Energija plime i oseke te energija valova manje su značajni obnovljivi izvori energije.

Osim energije vode, glavni problemi kod obnovljivih izvora energije su cijena i mala količina dobivene energije. Potencijali obnovljivih izvora energije su golemi, ali trenutna tehnološka razvijenost nije na razini koja bi omogućavala isključivo njihovo korištenje. U budućnosti se očekuje njihov snažan razvoj, zbog nekoliko razloga:

• obnovljivi izvori energije imaju vrlo važnu ulogu u smanjenju emisije ugljičnoga dioksida u atmosferu;

• povećanje udjela obnovljivih izvora energije povećava održivost energetskih sustava, a pomaže i u poboljšavanju sigurnosti dostave energije na način da smanjuje ovisnost o uvozu energetskih sirovina i električne energije;

• očekuje se da će obnovljivi izvori energije u bliskoj budućnosti postati ekonomski konkurentni konvencionalnim izvorima energije.

Energija vode (hidroenergija) je najznačajniji obnovljivi izvor energije, a ujedno i jedini koji je ekonomski konkurentan fosilnim gorivima i nuklearnoj energiji. U posljednjih tridesetak godina proizvodnja električne energije u hidroelektranama je utrostručena, ali je time udio hidroenergije u ukupnoj proizvodnji električne energije povećan za samo 50% (sa 2,2% na 3,3%). Procjenjuje se da je danas iskorišteno oko 25 % svjetskoga hidroenergetskog

potencijala.

Energija vjetra je transformirani oblik sunčeve energije. Sunce neravnomjerno zagrijava različite dijelove Zemlje i to rezultira različitim tlakovima zraka, a vjetar nastaje zbog težnje za izjednačavanjem tlakova zraka. Postoje dijelovi Zemlje na kojima pušu takozvani stalni, odnosno planetarni vjetrovi i na tim područjima je iskorištavanje energije vjetra najisplativije. Dobre pozicije su obale oceana i pučina mora. Pučina se ističe kao najbolja pozicija zbog stalnosti vjetrova, ali cijene instalacije i transporta energije sprečavaju takvu eksploataciju. Kao dobre strane iskorištavanja energije vjetra ističu se visoka pouzdanost rada postrojenja, nema troškova za gorivo i nema zagańivanja okoliša. Loše strane su visoki troškovi izgradnje i promjenjivost brzine vjetra.

Korištenje direktne energije Sunca ili solarne energije je poznato već 2 500 godina. Stari Grci su posebno dizajnirali svoje domove da bi mogli koristiti Sunčevu energiju, baš kao i indijanci u SAD-u koji su svoje nastambe gradili na mjestima na kojima je izloženost Suncu bila najveća, čime su koristili energiju Sunca za zagrijavanje svojih domova tijekom zimskih razdoblja.

Ukupna količina solarne energije koja dolazi do Zemlje je izuzetno velika. U globalnom mjerilu, količina solarne energije koja u samo dva tjedna dolazi do Zemlje ekvivalentna je ukupnim zalihama fosilnih goriva na Zemlji. Pod optimalnim uvjetima, na površini Zemlje može se dobiti 1 kW/m2, a stvarna vrijednost ovisi o lokaciji, godišnjem dobu, dobu dana, vremenskim uvjetima itd.

Postoji nekoliko osnovnih principa iskorištavanja Sunčeve energije. Solarni kolektori pretvaraju sunčevu energiju u toplinsku energiju vode, fotonaponskim ćelijama energija Sunčeva zračenja direktno se pretvara u električnu energiju, a u velikim energetskim postrojenjima često se koristi fokusiranje sunčeve energije.

7. UVOD U ONEČIŠĆENJE I ZAGAđENJE, TOKSIČNOST I PROCJENA RIZIKA

Obrazovni ciljevi:

• Prikazati promjene u kakvoći okoliša koje su nastale ljudskim djelovanjem.

• Objasniti što je zagańenje i zašto je važno razumjeti mehanizme i uzroke koji dovode do zagańenja u okolišu.

• Razumjeti zašto se javlja zagańenje i kada postaje štetno za ljude i okoliš.

• Prikazati tvari koje zagańuju okoliš i glavne izvore zagańenja.

• Prikazati transformaciju zagańivala u okolišu.

• Objasniti na koji način se procjenjuje rizik od izloženosti nekoj kemijskoj tvari.

• Razumjeti ulogu zakonodavstva i preventivnih mjera u smanjenja zagańenja u okolišu.

• Objasniti toksičnost kemijskih tvari i faktore koji utječu na toksičnost.

• Utvrditi značaj epidemioloških studija prilikom utvrńivanja rizika za zdravlje ljudi.

7.1. Ljudi i prirodni sustavi u interakciji

Ljudi mijenjaju Zemlju. To je činjenica koja je danas neosporiva i temeljena na brojnim dokazima. Današnji stupanj i veličina različitih antropogenih utjecaja koji djeluju na promjene u ekosustavima na Zemlji, bitno se razlikuju od onih kakvi su se javljali tijekom geološke prošlosti. Promjene koje su u recentno vrijeme zabilježene na Zemlji takve su da ih moderna znanost ne može u potpunosti razumjeti niti dokučiti njihove posljedice na okoliš. Primjeri za ove tvrdnje su svuda zamjetni:

-od 30 do 50% površine na Zemlji je promijenjeno ljudskom aktivnošću;

-koncentracija ugljičnoga dioksida u atmosferi je narasla za više od 30% od početka

industrijske revolucije;

-više od polovice svih svjetskih resursa slatke vode ljudi koriste za svoje potrebe;

-više od Ľ svih vrsta ptica na Zemlji je izumrlo zbog utjecaja čovjeka itd.

Bez očuvanja prirodnih sustava nema niti života na Zemlji. To je paradigma koja je prihvaćena u modernom društvu i koja je temelj održivoga razvitka. Značajan doprinos u očuvanju života na Zemlji daje fantastično mnoštvo životinja, biljaka i mikroorganizama, koje održava ekološku ravnotežu i opstanak ljudi na Zemlji. Sveukupnost živih organizama, koja obuhvaća raznolikost unutar vrsta, meńu vrstama i ekosustavima na odreńenom području, naziva se biološka raznolikost (eng.: biodiversity). Neki od organizama, koji djeluju kao saprofitni organizmi, primjerice gljivice i bakterije, razgrańuju prirodni i ljudski otpad i neophodni su za život na Zemlji. Čak i krupniji organizmi, kao što su strvinari, mogu biti značajni za razgradnju i uklanjanje mrtvih organizama na nekim područjima, pa prema tome i za očuvanje ekološke ravnoteže. Pojedine vrste, koje su značajne čak i za život ljudi, danas kroz istrebljenja i zagańenja izumiru brzinom i do stotinu puta većom nego što je prirodni stupanj izumiranja pojedinih vrsta, a glavni uzrok je čovjek.

Ujedinjeni narodi su u 2000. godini, kroz Program za okoliš (eng.: United Nations

Environment Programme, UNEP), pokrenuli milenijsku procjenu održivosti pojedinih ekosustava (eng. millenium ecosystem assessment): šuma, kontinentalnih voda, obala, pustinja, poljoprivrednih tala, u cilju procjene održivosti pojedinih ekosustava i utjecaja čovjeka na njih. Na projektu, koji je službeno započeo 2001. godine, a trajao je do 2005. godine, radilo je preko tisuću i pet stotina znanstvenika iz cijeloga svijeta. U završnom izvještaju, koji je publiciran 2005. godine pod nazivom: “Ekosustavi i ljudski boljitak” (eng.: Ecosystems and human well-being), ocijenjeno je da je utjecaj čovjeka presudan za održivost prirodnih ekosustava, a ekosustavi u velikoj mjeri utječu na zdravlje i kvalitetu života ljudi.

7.2. Zagańenje u okolišu

Zagańenje (eng.: pollution) u okolišu je promjena stanja okoliša koju izaziva bilo koja tvar ili energija koja je unesena, ispuštena ili odložena u tlo, vodu ili zrak u količinama koje onemogućavaju daljnje korištenje prirodnih resursa i koje štetno djeluju na okoliš. Pojam zagańenje treba razlikovati u odnosu na pojam onečišćenje (eng.: contamination). Onečišćenje u okolišu je prisutnost neke tvari ili energije u okolišu, u količinama kojima se mijenjaju korisna svojstva i kakvoća prirodnoga resursa, meńutim bez dokazanoga štetnog utjecaja na okoliš, a daljnje korištenje prirodnoga resursa je neograničeno ili uvjetno ograničeno. Dakle, zagańivalo (eng.: pollutant) je tvar ili energija koja uvjetuje nastanak zagańenja u okolišu, dok je onečišćivalo (eng.: contaminant) tvar ili energija koja mijenja korisna svojstva i kakvoću prirodnoga resursa, ali bez dokazanoga štetnog djelovanja na okoliš. Pritom ipak ne treba zanemariti mogućnost nastanka kroničnih efekata od dugotrajnoga izlaganja nekoj štetnoj tvari, makar u malim količinama.

Moderne analitičke metode omogućavaju detektiranje industrijskih kemikalija bilo gdje u okolišu: tlu, vodi, zraku, hrani, pa čak i u tijelima ljudi, životinja i biljaka. Kumulativni utjecaji zagańivala, koja se pojedinačno nalaze u malim koncentracijama u okolišu, mogu ponekad izazvati neželjene štetne efekte za pojedine sastavnice okoliša. U slučaju da se radi o istovrsnim kemijskim tvarima, sa sličnim mehanizmima reakcije i djelovanjima na okoliš, tada zbroj njihovih koncentracija može ukazivati na postojanje potencijalne opasnosti. Ako se radi o kemikalijama koje nemaju slične mehanizme reakcije, u odreńenim uvjetima one mogu iskazati sinergistički efekt, gdje jedna kemikalija može značajno povećati štetno djelovanje neke druge kemikalije, iako pojedinačno nemaju štetne posljedice za okoliš.

Da bi neka tvar ili energija postala zagańivalo ili onečišćivalo, ona mora u značajnim količinama, na umjetan način, dospjeti u okoliš. Na primjer, nafta u tankeru neće se smatrati zagańivalo sve dok se ne dogodi havarija na tankeru i nafta se izlije u okoliš; sintetički lijek koji se primjenjuje svakodnevno u zdravstvu postat će zagańivalo tek ako se preko otpadnih voda ispusti u rijeke i uzrokuje genetske ili kancerogene promjene na vodenim organizmima. Bilo koja tvar, prirodna ili sintetička, može postati zagańivalo u okolišu, meńutim, sintetičke i industrijske kemikalije su one koje najviše utječu na kakvoću okoliša i zdravlje ljudi.

Ponekad su zagańenja u okolišu toliko intenzivna da se direktne posljedice očituju kroz katastrofalne štetne utjecaje na fizički okoliš, koji se manifestiraju kroz akutne i kronične efekte na ljude te biljni i životinjski svijet. Indirektne posljedice kod ljudi očituju se u promjeni percepcije prema značaju dogańaja zagańenja za ljude i okoliš.

Primjer:

Jedna od najtežih ekoloških nesreća dogodila se 1984. godine u indijskom gradu Bophalu, zbog katastrofalne eksplozije, koju je uzrokovao izrazito toksičan, lako isparljivi pesticid (metil-izocijanat) koji reagira vrlo burno s vodom. Nesreća se dogodila 2. prosinca u tvornici pesticida, koja je bila u vlasništvu američke tvrtke Union Carbide, i to nakon što je voda došla u kontakt s oko 189 000 litara pesticida. Eksplozija je rezultirala oslobańanjem 40 tona pesticida u zrak, uslijed čega je trenutno poginulo oko 2 500 ljudi, a u sljedeća tri dana još oko 8 000. Dugotrajne posljedice ove nesreće bile su još strašnije. Do 2003. godine umrlo je gotovo 20 000 tisuća ljudi, a 150 000 ljudi kronično je obolilo od neuroloških bolesti i bolesti respiratornih organa. Ispitivanja kakvoće podzemne vode, koja su provedena u obližnjim zdencima u 1999. godini, otkrila su da je podzemna voda zagańena živom, u koncentracijama koje su 20 000 do 6 000 000 puta veće od maksimalno dozvoljene. Podzemna voda je jedini izvor pitke vode za lokalno stanovništvo, a posljedice dugotrajnoga konzumiranja zagańene vode kod ljudi očituju se učestalim pojavama karcinoma, oštećenjima moždanih stanica, malformacijama na tek rońenoj djeci itd.

Izuzetno je značajno razlikovati zagańivalo od otpada. Pod otpadom se misli na tvari koje su izgubile svoja korisna svojstva po prvobitnoj namjeni, odnosno materijal kojem je prošao vijek trajanja. Otpad može postati zagańivalo, ako dospije u okoliš u štetnim količinama, ali otpad se može i reciklirati i tada mu se vraćaju korisna svojstva i prvobitna namjena. Ako se izuzmu dogańaji namjernoga ispuštanja ili odlaganja štetnih tvari u okoliš, zagańenje nastaje zato što nijedan proces nije 100% efikasan. Na primjer, ljudsko tijelo ne može

iskoristiti 100% hrane koju čovjek pojede svaki dan, niti može iskoristiti svu potencijalnu energiju u hrani u korisnu energiju, već dio postaje otpadna energija. Vlakna u hrani neće se u potpunosti razgraditi u probavnom traktu, već kao otpadne fekalne tvari izlaze iz ljudskoga organizma. Enzimi u organizmu razgrańuju hranu u molekule, koje se dalje prenose krvlju u druge organe, ali dio molekula se izbacuje urinom iz tijela kao kemijski otpad. Prilikom sagorijevanja motornih goriva, npr. benzina, ugljikovodici reagiraju s kisikom iz zraka i dolazi do nastanka ugljik dioksida i vode kao krajnjih produkata sagorijevanja. Pri tom se javljaju i nusprodukti reakcije, kao što su policiklički aromatski ugljikovodici i čańa , koji nastaju zbog nedovoljnoga sagorijevanja goriva. Ukoliko motorno gorivo sadrži nečistoće poput metala ili sumpora, tada u reakciji s kisikom nastaju metalni oksidi i sumpor dioksid.

7.3. Tvari koje zagańuju okoliš

Gotovo bilo koja kemijska ili biološka tvar ili čak energija (u obliku povišene temperature), bez obzira javlja li se prirodno u okolišu ili ne, može postati zagańivalo, pod uvjetom da dospije u okoliš u količinama koje su štetne za ljude i životinjske i biljne organizme. Primjeri za tvari koje se često nalaze u okolišu kao zagańivala su:

a. organske kemijske tvari: nafta, pesticidi, organska otapala;

b. anorganske kemijske tvari: nitrati, kloridi, teški metali (Hg, Pb, Cd);

c. organometalni kompleksi (nastaju vezivanjem ugljikovog atoma za metalni atom): metil-živa, tetraetil-olovo;

d. radioaktivne tvari: radioaktivni izotopi: 235U, 226Ra;

e. biološke tvari: mikroorganizmi (bakterije, virusi), poleni biljaka.

Dio kemijskih tvari, kao što su sintetičke organske i anorganske tvari, proizveo je čovjek i zbog toga ih je relativno lagano detektirati kao zagańivala, ako se pojave u okolišu. Meńutim, u okolišu se javljaju i organske i anorganske tvari koje su prirodnoga porijekla, a one zagańuju okoliš najčešće u promijenjenim uvjetima zbog različitih antropogenih utjecaja.

Zagańivala rijetko ostaju fiksirana na mjestu nastanka, ona se transportiraju vodom, tlom ili zrakom. Najveći utjecaj zagańivala na okoliš nastaje na mjestu nastanka zagańivala, meńutim negativni efekti mogu se evidentirati tisućama kilometara daleko. Zagańivala koja se transportiraju vodom ili zrakom čak prelaze administrativne granice susjednih država, pa čak i kontinente. U takvim uvjetima teško je kontrolirati pojavu zagańenja iz nepoznatih izvora zagańenja.

7.4. Izvori zagańenja u okolišu

Paradigma: “Ja sam, stoga zagańujem”, najbolje opisuje brojnost različitih izvora zagańenja u okolišu. Izvori zagańenja se mogu podijeliti u:

a) aktivne i potencijalne (ukoliko se razmatra zagańenje voda);

b) stacionarne i mobilne (ukoliko se razmatra zagańenje zraka), a postoje i različite druge podjele i tipovi izvora zagańenja.

7.5. Transformacije zagańivala u okolišu

U vrlo hladnim područjima, kao što su Artik ili Antartik, organska zagańivala su postojana i ne razgrańuju se. U umjerenim i toplim područjima organska zagańivala prolaze kroz procese razgradnje.

U razgradnji i uklanjanju organskoga otpada naročito pomažu saprofitni organizmi, bakterije i gljivice, koje se hrane organskim ostacima. Proces razgradnje organske tvari u aerobnim uvjetima naziva se mineralizacija, a krajnji produkti razgradnje organskih zagańivala u okolišu su voda i ugljik dioksid. U anaerobnim uvjetima, ne dolazi do mineralizacije organskoga zagańivala, a krajnji produkt razgradnje je plin metan.

U procesu razgradnje organskih tvari, fizikalni faktori mogu utjecati na povećanje brzine razgradnje organskih zagańivala. Najznačajniji fizikalni faktori su:

a) ambijentalna temperatura;

b) Sunčevo ultraljubičasto zračenje;

c) kretanje valova - dinamika valova utječe na podizanje istaložene organske tvari na

površinu.

Anorganska zagańivala se ne razgrańuju u procesu mineralizacije, već prolaze kroz kemijske promjene. Primjer je željezo, koje u dodiru s kisikom korodira, a proces korozije pripada u reverzibilne kemijske reakcije. Zagrijavanjem korodiranog željeza na visokim temperaturama dolazi do oslobańanja kisika iz korodiranoga željeza.

7.6. Procjena rizika od utjecaja zagańivala na okoliš

U današnje vrijeme, zagańivanje okoliša postaje jedan od temeljnih problema s kojima se suočava ljudska civilizacija. Jedini način da se čovječanstvo uspješno bori s tim gorućim problemom je reduciranje sve veće emisije različitih zagańivala u okoliš. Procjena rizika je moderna tehnika, koja se intenzivno primjenjuje u zadnjih nekoliko desetljeća, a obuhvaća: procjenu rizika od utjecaja pojedinačnih zagańivala na okoliš (eng.: individual chemical risk assessment) te komparativnu procjenu rizika na okoliš (eng.: comparative risk assessment).

Kod procjene rizika od utjecaja pojedinačnih zagańivala na okoliš, pažnju treba obratiti na faktore koji utječu na povećani rizik od pojedinih kemijskih tvari:

a) perzistentnost (otpornost) kemijske tvari u okolišu - vrlo otporne kemijske tvari su metali, ali i neki organski spojevi koji se vrlo sporo razgrańuju. Teško razgradivi organski spojevi su na primjer DDT i dioksini kao grupa kemijskih spojeva koji su vrlo otporni i vrlo toksični. 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioksin ili TCDD nastaje spaljivanjem kemijskih spojeva na bazi klora s ugljikovodicima);

b) bioakumulacija (eng.: bioaccumulation) - sposobnost akumuliranja zagańivala, kao što su DDT i teški metali, u pojedinim organima u biljkama ili životinjama;

c) toksičnost ili otrovnost

Ako kemijska tvar ima sve navedene karakteristike, onda se radi o potencijalno vrlo rizičnom zagańivalu.

Komparativna procjena rizika na okoliš sastoji se u usporeńivanju rizika od utjecaja zagańenja uzrokovanoga različitim kemijskim tvarima (primjerice rizik od zagańenja s

aromatskim ugljikovodikom benzenom u odnosu na rizik od zagańenja olovnim spojevima) te u usporeńivanju različitih manifestacija nastanka zagańenja u okolišu, s ciljem klasifikacije rizika prema opasnosti za okoliš.

Komparativna procjena rizika često se koristi kako bi se dogańaji zagańenja usporeńivali i s pojavama koje su vezane za druge antropogene utjecaje (primjerice izumiranje biljnih i životinjskih vrsta).

U primjeni ove metode, procjena rizika nije temeljena isključivo na znanstvenim principima i metodama. U obzir se uzimaju i drugi kriteriji kao što su: sustavi vrijednosti šire društvene zajednice, stupanj potencijalne opasnosti po kvalitetu i standard života na nekom području ili ekonomski kriterij.

Rezultati komparativne procjene rizika iz UNEP-ove studije za 2000. godinu, pokazali su da su najveći problemi u okolišu povezani sa zagańenjem voda i zraka, globalnim zatopljivanjem te rastom svjetske populacije i prekomjernim iskorištavanjem prirodnih resursa.

7.7. Uloga zakonodavstva i preventivnih mjera u smanjenju zagańenja u okolišu

Zakonskim propisima ureńuje se način gospodarenja i upravljanja pojedinim tvarima koje su potencijalna zagańivala okoliša. U Hrvatskoj postoji jedinstven Zakon o zaštiti okoliša (NN br. 110/07)

kojim se, izmeńu ostaloga, ureńuju: “načela zaštite okoliša i održivog razvitka, zaštita sastavnica okoliša i zaštita okoliša od utjecaja opterećenja”.

U Europskoj Uniji postoji cijeli niz Direktiva koji reguliraju sprečavanje i kontrolu zagańenja na izvoru zagańenja, prije upuštanja u okoliš, npr. IPPC Direktiva - Direktiva o cjelovitoj prevenciji i kontroli zagańenja (eng.: Integrated Pollution Prevention and Control). Prevencija zagańenja (eng.: pollution prevention) je moderan koncept u zaštiti okoliša, tzv. koncept druge generacije (eng.: second generation concept), koji se temelji na smanjenju količine otpada kao potencijalnoga zagańivala u okolišu.

Prevencija zagańenja je na vrhu hijerarhijske ljestvice upravljanja otpadom i postupno zamjenjuje koncept prve generacije (eng.: first generation concept), koji je nastao u drugoj polovici dvadesetoga stoljeća, a temeljio se na gradnji sustava koji će kontrolirati zagańenje na mjestu nastanka, prije emisije u okoliš (eng.: end-of-pipe control).

Prva faza u prevenciji zagańenja je sprečavanje emisije potencijalnoga zagańivala u okoliš (primjerice premazivanjem sa zaštitnim sredstvima rezervoarskoga prostora s kemikalijama, redovitom kontrolom materijala; izgradnjom betonskoga zaštitnog okna oko rezervoarskog prostora itd.).

U drugoj fazi, opasne kemijske tvari u proizvodnom procesu zamjenjuju se s tvarima koje su neškodljive za okoliš (primjerice vrši se zamjena opasnih organskih otapala za čišćenje metala s neopasnim otapalima na bazi vode).

Razvoj novih kemikalija koje će biti neopasne za okoliš u skladu je s konceptom dizajn za okoliš (eng.: design for the environment). Cilj je razviti proizvod koji će biti:

-što dužeg vijeka trajanja;

-neopasan za okoliš;

-lako razgradiv s mogućnošću recikliranja.

Prevencija zagańenja je značajna, meńutim, ponekad nije moguće u potpunosti izbjeći stvaranje otpada kao potencijalnoga zagańivala. Kao novi koncept u zaštiti okoliša uvodi se pojam industrijske ekologije (eng.: industrial ecology), koja u potpunosti redefinira pojam i značenje otpada. Koncepcija je bazirana na ideji da materijal koji je otpad u jednom proizvodnom procesu može biti svrsishodno upotrijebljen u drugom proizvodnom procesu. Kao primjer može poslužiti grad Kalundborg u Danskoj, koji razrańuje model tretiranja otpada kao korisnog nusprodukta u procesu koji je nazvan industrijska simbioza, gdje se otpadni materijal, energija, pa čak i otpadna voda prodaje i koristi kao sirovina.

7.8. Toksičnost tvari

Toksičnost je sinonim za otrovnost neke tvari. Toksične tvari uzrokuju štetne posljedice za ljude, biljke ili životinje, na način da mijenjaju njihove vitalne metaboličke funkcije, odnosno utječu na promjene u procesima izmjene tvari u organizmima.

Opasne tvari mogu biti otrovne, ali se ne smiju poistovjetiti s toksičnim tvarima. Opasne tvari mogu biti i korozivne, reaktivne, zapaljive, radioaktivne ili infektivne.

Pod pojmom toksin podrazumijeva se otrovni proizvod metabolizma patogenih mikroorganizama, ali i biljaka i životinja (primjerice zmijski ugriz ili paukov ugriz). Toksičnost neke kemijske tvari ovisi o raznim faktorima:

-količini toksične tvari koja je dospjela u organizam (ili dozi toksične tvari);

-načinu unosa toksične tvari u organizam (kroz dulje vrijeme ili trenutno);

-zdravlju organizma;

-starosti organizma;

-spolu organizma.

U vrlo malim količinama, neke toksične tvari mogu se koristiti kao lijekovi.

Neki nutrijenti u visokim koncentracijama mogu biti toksični, a primjer je natrijev klorid (NaCl) kuhinjska sol, koji u velikim količinama može djelovati smrtonosno na malu djecu, može utjecati na povišenje krvnoga tlaka, jer zadržava tekućinu u tijelu, a može i uzrokovati rak želuca, što je kronični efekt u slučaju dugotrajnoga uzimanja soli u velikim količinama.

Gotovo sve kemijske tvari u odreńenim količinama mogu biti toksične. Čak i prekomjerno uzimanje vode za piće može djelovati smrtonosno zbog narušavanja osmotske ravnoteže u ljudskim stanicama.

Akutna toksičnost javlja se kao štetan efekt u organizmu nakon jednostrukoga uzimanja ili izloženosti nekoj kemijskoj tvari. Posljedice akutnoga trovanja javljaju se trenutno, a očituju se povraćanjem, nesvjesticom, srčanom aritmijom itd.

Kronična toksičnost nastaje uslijed dugotrajne izloženosti organizma nekoj toksičnoj tvari u malim količinama, a posljedice kroničnoga trovanja mogu se javiti nakon što je organizam bio izložen kroz dulje vrijeme štetnom djelovanju neke toksične tvari.

Najpoznatiji kronični efekt vezan je uz nastanak karcinoma, koji se javlja čak 15 do 25 godina nakon što je organizam bio izložen toksičnom djelovanju neke tvari. Na primjer, leukemija, rak bijelih krvnih zrnaca, nastaje uslijed dugotrajne izloženosti organizma aromatskom ugljikovodiku benzenu (C6H6); rak na plućima nastaje uslijed izlaganja organizma

radioaktivnom elementu radonu itd.

Tvar koja ne uzrokuje akutnu toksičnost može u nekim slučajevima uzrokovati kroničnu toksičnost. Jednostruko izlaganje živinim parama nakon što se razbije živin termometar neće ostaviti štetne posljedice, meńutim dugotrajno izlaganje živinim parama može ozbiljno naštetiti središnjem živčanom sustavu.

Izloženost organizma djelovanju toksičnih tvari može se očitovati, osim kroz sumarni i sinergistički efekt, takońer i kroz stimulirajući te antagonistički ili suprotan efekt. Stimulirajući efekt djelovanja toksičnih tvari nastaje kada kemijska tvar (1), koja nema štetan utjecaj na specifični organ, pojačava djelovanje kemijske tvari (2) koja je već toksična za taj organ.

Antagonistički ili suprotan efekt nastaje kada kemijska tvar (1) interferira s kemijskom tvari

(2) i pobija njeno toksično djelovanje, odnosno djeluje kao protuotrov. Drugi tip antagonističkog efekta javlja se kada dvije kemijske tvari reagiraju meńusobno i nastaje produkt koji je manje toksičan (trovanje nekim teškim metalima može se ublažiti dodavanjem specijalne uljne tekućine kemijskog sastava C3H8OS2, koja veže na sebe metalne ione i umanjuje njihovo toksično djelovanje).

Sistemski efekti djelovanja toksičnih tvari očituju se kroz absorpciju tvari u organizam:

-inhalacijom u pluća - najbrži način ulaska toksične tvari u organizam;

-unašanjem u probavni trakt kroz hranu - iz probavnoga trakta toksične tvari ulaze u

krvotok do jetre koja prima najveću dozu tvari;

-absorpcijom kroz kožu - koža pruža dobru zaštitu, ali neke toksične tvari kao pesticid

paration se vrlo dobro absorbiraju u organizam.

Nakon absorpcije, toksične tvari se distribuiraju krvotokom do organa, a pojedini organi su

različito osjetljivi na različite toksične tvari:

-živčani sustav je osjetljiv na toksično djelovanje žive i olova;

-centralni živčani sustav osjetljiv je na visoke koncentracije benzena, koji izaziva stanje

narkoze.

Da bi se organizam oslobodio toksičnih tvari, u njemu se odvijaju metabolički procesi, odnosno biotransformacija tvari koja omogućava njihovo izbacivanje iz organizma. Jetra i bubrezi su naročito aktivni u procesima biotransformacije, meńutim u jetri mogu nastati čak i toksičnije tvari od onih što su prvobitno ušle u organizam. Primjer je reakcija benzena s kisikom, uslijed čega nastaje benzen oksid, koji razara koštanu srž.

Izlučivanje toksičnih tvari iz organizma ovisi o načinu na koji su toksične tvari ušle u organizam:

-topive kemikalije u vodi se izlučuju urinom;

-netopive tvari u vodi organizam nastoji transformirati u topive, a ostatak netopivih tvari se

iz jetrene žući transportira u probavni trakt i napušta tijelo kao fekalije.

Lokalni efekti djelovanja toksičnih tvari se javljaju isključivo na kontaktu toksične tvari s kožom, očima, plućima ili probavnim traktom.

Neke organske tvari, kao primjerice perzistentni pesticid DDT, mogu se dugo vrijeme zadržavati u masnom tkivu bez štetnih posljedica, a oslobańanje se dogańa za vrijeme topljenja masnoće kada se oslobańa i DDT, koji tada uzrokuje trovanje organizma.

Kada se zagańivalo akumulira u organizmu u koncentraciji koja je viša nego u susjednom okolišu, tada se za to zagańivalo kaže da je bioakumulirano u organizmu.

Primjer. Poliklorirani bifenili (PCB) i dioksini bioakumuliraju se u masnom tkivu. Stroncij, fluorid i olovo se bioakumuliraju u kostima. Kadmij se veže za proteine i bioakumulira u jetri, bubrezima i drugim mekanim tkivima.

7.9. Značaj epidemioloških studija

Epidemiologija je znanost koja istražuje uzroke bolesti, njihovu raspodjelu u ljudskoj populaciji i faktore koji utječu na raspodjelu bolesti. Epidemiološke studije su vrlo bitne jer direktno utvrńuju rizik po zdravlje ljudi od neke kemijske tvari.

Provońenjem epidemioloških studija na relativno malom uzorku, nije moguće čvrsto dokazati da je neka toksična tvar uzrok pojave bolesti, ali je moguće naznačiti strogu zavisnost ili korelaciju izmeńu potencijalnoga uzroka (toksične tvari) i posljedice (bolesti). Epidemiološke studije je teško provoditi, jer postoje brojni faktori koji umanjuju njihovu točnost:

-kumulativni efekti različitih toksičnih tvari (nije moguće odrediti rizik od jedne tvari);

-stvarna izloženost ljudi nekoj tvari (kako je kvantificirati?);

-studije koje provode lokalne zajednice (radi se o pojedinačnim istraživanjima na malom

broju ljudi u ograničenom području).

Procjena rizika od neke kemijske tvari je proces koji sistematski ispituje prirodu i veličinu rizika. Rizik od neke toksične tvari ovisi o stupnju izloženosti i toksičnosti, odnosno otrovnosti tvari koja se procjenjuje.

U procjeni rizika od kemijskih tvari, zdravstveni efekti tvari na ljude mogu se podijeliti u dvije kategorije:

-zdravstveni efekti koji ne uzrokuju rak;

-zdravstveni efekti koji uzrokuju rak.

Primjer. Procjena rizika za tvari koje uzrokuju rak.

Procjena rizika za pojedine karcinogene spojeve traje oko 4 do 6 godina i košta nekoliko

milijuna dolara. Procjena rizika odvija se u 4 faze:

1. Identifikacija opasnosti od mogućih karcinogenih tvari - potrebno je koristiti se

postojećim informacijama:

a. dostupnom literaturom o kemijskoj tvari koja se istražuje;

b. rezultatima laboratorijskih ispitivanja na životinjama;

c. epidemiološkim studijama;

d. podacima o proizvedenim količinama ispitivane tvari;

e. podacima o broju ljudi koji su mogli biti izloženi štetnom djelovanju tvari. 2. Procjena izloženosti karcinogenoj tvari - potrebno je odrediti:

a. izvor kemikalije (zrak, voda, tlo);

b. na koji način se javlja izloženost (kroz hranu, pitku vodu ili zrak);

c. najugroženiju populaciju;

d. stupanj ugroženosti djece.

3. Procjena doze koja je toksična za laboratorijske životinje; laboratorijske životinje se

podvrgavaju intenzivnim ispitivanjima, u kojima se utvrńuje faktor učinka nastanka karcinoma (eng.: cancer potency factor). Za tvari koje nisu karcinogene, odreńuje se nekoliko referentnih koncentracija:

a. najveća doza koju životinje toleriraju bez negativnih efekata (eng.: No

Observed Adverse Effect Level - NOAEL);

b. faktor sigurnosti (od 100 do 1000);

c. Referentna doza za ljude (NOAEL/faktor sigurnosti) ili maksimalna

dozvoljena koncentracija (MDK).

4. Karakterizacija rizika od kemijskih tvari: na temelju rezultata identifikacije opasnosti

od kemijskih tvari, procjene izloženosti i procjene doze radi se procjena rizika, izražena kao vjerojatnost da će izloženost nekoj tvari kroz ljudski vijek (70 godina) prouzročiti karcinom.

8. ONEČIŠĆENJE I ZAGAđENJE VODA

Obrazovni ciljevi:

• Razumjeti uzroke koji dovode do zagańenja voda.

• Objasniti što su standardi kakvoće voda i zašto su važni.

• Objasniti utjecaj urbanizacije na kakvoću voda i pojavu zagańenja voda.

• Prikazati ponašanje nekih organskih zagańivala u podzemnim vodama i metode njihove sanacije.

• Prikazati zakonske okvire za prevenciju zagańenja voda u Hrvatskoj i Europi.

• Objasniti integrirani monitoring kakvoće voda u okviru nove koncepcije zaštite voda u Europskoj Uniji.

8.1. Uzroci koji dovode do zagańenja voda

Zagańenje voda, u najširem smislu, predstavlja smanjivanje kakvoće vode uslijed naknadno primljenih primjesa. Prema intenzitetu promjene kakvoće vode, razlikuju se onečišćenje vode i zagańenje vode. Općenito se pod pojmom onečišćenje vode smatra svaka promjena kakvoće vode koja nastaje unašanjem, ispuštanjem ili odlaganjem u vode hranjivih i drugih tvari, utjecajem energije ili drugih uzročnika, u količini kojom se mijenjaju korisna svojstva vode, pogoršava stanje vodenih ekosustava, i ograničuje namjenska uporaba vode. Pod pojmom zagańenje vode smatra se degradacija kakvoće vode fizičkim, kemijskim, biološkim ili radiološkim onečišćenjem do stupnja pri kojem je nemoguće korištenje vode za piće, odnosno pri kojem voda postaje štetna po ljudsko zdravlje.

Uzroci zagańenja i onečišćenja podzemnih voda uvijek su vezani uz različite oblike ljudske

aktivnosti (slika 8.1), a izvori zagańenja voda generalno se mogu podijeliti u aktivne i

potencijalne.

Aktivni izvori zagańenja su oni za koje je sigurno da emitiraju zagańenje u vode, a mogu biti stalni i povremeni. Stalni ili kontinuirani izvori zagańenja emitiraju zagańenje cijelo vrijeme promatranja i na njih većinom ne utječu prevladavajući hidrološki uvjeti. U ove izvore zagańenja pripadaju:

a) točkasti izvori - industrijski efluenti, ureńaji za pročišćavanje otpadnih voda, drenažne rudničke vode, riblje farme, septičke jame;

b) raspršeni ili difuzni izvori - poljoprivredna aktivnost na navodnjavanim površinama.

U stalne izvore zagańenja često pripadaju i oni izvori zagańenja koji bi, u idealnim uvjetima, trebali pripadati grupi potencijalnih izvora zagańenja, primjerice propusna kanalizacijska mreža. Takońer, ovdje mogu pripadati i odlagališta komunalnoga i industrijskog otpada te divlja odlagališta otpada i napuštene šljunčare ispunjene raznovrsnim otpadom. Površinske vode, ukoliko su opterećene industrijskim i komunalnim otpadnim vodama, takońer pripadaju u kategoriju stalnih izvora zagańenja.

Neke vrste zagańivala, kao što su klorna otapala, imaju veliku gustoću i relativno malu viskoznost, što im omogućava vrlo brzo vertikalno procjeńivanje kroz vadoznu zonu, ali i kroz saturiranu zonu vodonosnika, do neke nepropusne podine. Dio zagańivala, koji ostaje zarobljen na krutom matriksu stijene ili tla i postupno se otapa u podzemnoj vodi, čini stalni izvor zagańenja podzemne vode.

Povremeni izvori zagańenja emitiraju zagańivalo samo u jednom dijelu promatranja, ovisno o prevladavajućim hidrološkim uvjetima, a naročito u vrijeme intenzivnih i jakih oborina. Ovi izvori zagańenja se takońer dijele na točkaste i difuzne izvore:

a) točkasti izvori - lokacije istjecanja oborinskih otpadnih voda, odlagališta jalovine u

otvorenim površinskim kopovima, odlagališta stajskoga gnojiva i ostalog otpadnog materijala s farmi;

b) difuzni izvori - poljoprivredna aktivnost, sustavi odvodnje oborinskih otpadnih voda,

pošumljavanje.

Potencijalni izvori zagańenja u normalnim prilikama uopće ne emitiraju zagańivala, već do njihove emisije može doći zbog havarija, kvarova, nepažnje ili drugih iznimnih okolnosti.

Primjer. Na zagrebačkom području, u potencijalne izvore zagańenja mogu se ubrojiti i obrtničke radionice te aktivne i napuštene šljunčare. Na lokacijama obrtničkih radionica, često se odlažu bačve s otpadnim motornim uljima i opasnim kemikalijama te stare automobilske karoserije i motorni dijelovi. U slučaju havarije ili nepažnje, postoji opasnost od izlijevanja opasnih efluenata na površinu tla te njihovog procjeńivanja u podzemlje. Na lokacijama aktivnih i napuštenih šljunčara, često je odstranjen zaštitni pokrovni materijal vodonosnih naslaga i vrlo često podzemna voda na tim lokacijama izvire na površinu. U slučajevima havarija ili naknadnoga odlaganja otpada u napuštenim šljunčarama, dolazi do intenzivnoga i kontinuiranog zagańenja podzemne vode.

8.2. Standardi kakvoće voda

Čista i pitka voda vrijedan je i nezamjenjiv prirodni resurs, čiji je značaj za život i zdravlje ljudi neprocjenjiv.

U zadnjih nekoliko godina, razvojem suvremenih analitičkih tehnika moguće je detektirati prisutnost različitih organskih i anorganskih spojeva i elemenata u vodi u koncentracijama od nekoliko dijelova mase na milijardu (ppb) ili čak bilijun dijelova mase (ppt). Pitanje koje se može postaviti glasi: “Koliko opasni mogu biti tako niski sadržaji kemijskih ili bioloških tvari u vodi za zdravlje ljudi”? Suvremena znanost još uvijek ne može odgovoriti na ovo pitanje sa 100% sigurnošću. Moguće je provesti procjenu rizika da neka tvar u odreńenoj koncentraciji neće prouzročiti štetne pojave za ljude. Takva procjena rizika obično se provodi u okviru ekotoksikoloških ispitivanja na biljkama i životinjama, na temelju kojih se nastoji utvrditi referentna doza za ljude koja neće biti štetna za ljudsko zdravlje. Jednom utvrńena referentna doza predstavlja maksimalno dopuštenu koncentraciju (MDK) tvari u vodi i u stvari odreńuje standard kakvoće vode za analiziranu tvar. Standardi kakvoće voda često se razlikuju u zakonskim propisima pojedinih zemalja ili organizacija. Kao primjer navodi se standard pitke vode za olovo, koji prema hrvatskom Pravilniku o zdravstvenoj ispravnosti vode za piće (N.N. br. 47/08) i europskoj Direktivi za pitke vode (eng.: Drinking Water Directive,

98/83/EC) te propisima Svjetske zdravstvene organizacije (eng.: World Health Organization, WHO) iznosi 10 µg/l, a u propisima američke Agencije za zaštitu okoliša (eng: United States Environmental Protection Agency, USEPA) iznosi 15 µg/l. Kao primjer za organske kemijske tvari, navodi se standard za pesticid atrazin, koji prema propisima USEPA iznosi 3µg/l, a prema europskoj Direktivi za pitke vode iznosi samo 0,1µg/l.

Standardi kakvoće voda, koji su odreńeni s obzirom na rizik za ljudsko zdravlje, nisu realni pokazatelji stvarnoga antropogenog utjecaja, koji uzrokuje onečišćenje ili zagańenje voda. Naime, kriteriji koji su primjenjivani prilikom odreńivanja standarda kakvoće za pitke vode ne odražavaju stvarnu osjetljivost pojedinih prirodnih ekosustava na promjene kakvoće voda uzrokovane ljudskom aktivnošću. Stoga je potrebno odrediti i tzv. geokemijske ili prirodne bazne vrijednosti pojedinih tvari. Geokemijska ili prirodna bazna vrijednost (eng.:

background concentration) je relativna mjera za razlikovanje izmeńu koncentracije prirodnoga elementa ili spoja i koncentracija koje su posljedica antropogenoga utjecaja u realnom skupu uzoraka (slika 8.2). U nekim slučajevima loša kakvoća podzemne vode ne znači ujedno da je podzemna voda onečišćena ili zagańena. Naime, loša kakvoća može biti posljedica prirodno povišenih koncentracija, a ne antropogenoga utjecaja. Stoga je, prije donošenja zaključaka o onečišćenju ili zagańenju podzemnih voda, potrebno definirati prirodne bazne vrijednosti tvari u podzemnoj vodi, kako bi se utvrdilo porijeklo povišenih koncentracija.

Geokemijska bazna vrijednost predstavlja prirodnu varijabilnost nekoga kemijskog sastojka u odreńenim prostornim uvjetima koje karakterizira homogenost, poglavito klimatoloških, litoloških i pedoloških karakteristika. Odreńivanje geokemijske bazne vrijednosti je korisno radi odreńivanja povišenoga sadržaja nekog kemijskog sastojka u istraživanom mediju, koji može predstavljati opasnost po ljudsko zdravlje ili prirodne ekosustave.

Generalno, mogu se razlikovati geokemijske i statističke metode za odreńivanje geokemijskih baznih vrijednosti. Geokemijske metode se baziraju na interpretaciji bazne vrijednosti nekoga elementa ili spoja iz pojedinačnih uzoraka ili profila uzoraka. Pri tom je bitno poznavati i dodatne parametre kao što su: pH vrijednost, sadržaj ugljika i sumpora te sadržaj pojedinih izotopa. Ovaj pristup zahtjeva ekspertno poznavanje geokemijskoga ponašanja istraživanoga elementa u sasvim odreńenim prirodnim uvjetima koji uključuju i paleookolišne uvjete. Geokemijska bazna vrijednost se odreńuje kao fiksna vrijednost (srednja vrijednost ili

medijan), a prirodna varijabilnost koncentracija razmatranoga elementa ili spoja se u pravilu ne odreńuje.

Statistička metoda se bazira na odreńivanju funkcije razdiobe vjerojatnosti promatranoga elementa ili spoja, a time i njegove varijabilnosti (slika 8.3).

U prirodnim uvjetima, bez antropogenoga utjecaja, razdioba učestalosti podataka odgovarat će normalnoj razdiobi. U stvarnosti, na razdiobu podataka utječe više procesa, od kojih neki, kao posljedica antropogenoga utjecaja, mogu dovesti do pozitivnih anomalija koje se na funkciji razdiobe prikazuju kao pozitivna asimetrija normalne krivulje. Korištenjem statističkih metoda mogu se otkloniti ove anomalije te dobiti reducirani niz podataka koji se označava kao antropogeno neporemećen.

Geokemijske bazne vrijednosti se obično odreńuju za neko ograničeno i homogeno područje, kao koncentracijski rasponi koji pokazuju prirodnu varijabilnost podataka, a unutar kojih treba tražiti pravu baznu vrijednost. Prema tome, odreńivanje bazne vrijednosti neke kemijske tvari provodi se na način da se odreńuje prirodni niz vrijednosti u okviru kojega postoji 95% vjerojatnost da se nalazi prava bazna vrijednost. Gornja ili donja granica na funkciji razdiobe vjerojatnosti pojavljivanja baznih vrijednosti naziva se granična vrijednost (eng.: threshold value) i predstavlja standard kakvoće neke tvari za prirodne ekosustave na promatranom području (slika 8.3). Okvirnom Direktivom o vodama Europske Unije i novom Direktivom za podzemne vode propisana je obveza odreńivanja baznih i graničnih vrijednosti za kemijske tvari, na temelju kojih će se procjenjivati stanje kakvoće voda u vodnim cjelinama.

8.3. Utjecaj urbanizacije na kakvoću voda i pojavu zagańenja voda

U urbanim sredinama, kakvoća površinskih i podzemnih voda najviše je ugrožena od industrijskih, komunalnih i oborinskih otpadnih voda. Akutni utjecaji pokazuju se naglo i intenzivno na mjestu ispuštanja otpadnih voda u prirodne recipijente, a naročito su izraženi u sušnim razdobljima, kada su procesi razrjeńenja u recipijentima površinskih voda minimalni. Visoke koncentracije razgradive organske tvari, amonijaka i teških metala, kao i patogenih mikroorganizama uzrokuju zagańenje površinskih voda, a time i podzemnih voda koje su u direktnoj hidrauličkoj vezi sa zagańenim recipijentom.

Kumulativni utjecaji ispuštanja otpadnih voda u površinske recipijente očituju se postupnim pogoršanjem kakvoće vode, koje postaje očigledno tek nakon što neki od parametara kakvoće dosegnu kritičnu graničnu vrijednost ili maksimalnu dozvoljenu koncentraciju (MDK).

Primjerice, postupno povećanje razgradive organske tvari u površinskom recipijentu može biti

posljedica procesa koji se dogańaju u reduktivnim uvjetima, na graničnoj površini sedimenta i vode, na dnu rijeke, a količina razgradive organske tvari je izražena kao sedimentna potreba za kisikom (eng.: sediment oxygen demand). Ovi procesi su naročito izraženi u prisutnosti sedimenata koji se talože iz suspenzije, nakon ispuštanja otpadnih voda. Oni mogu rezultirati oslobańanjem hranjivih i toksičnih tvari iz sedimenta, uslijed čega može doći do drastičnoga smanjenja količine kisika u vodi, što dodatno ugrožava prirodnu ekološku ravnotežu u rijeci. Primjerice, prirodni sadržaj otopljenoga kisika u rijekama kreće se izmeńu 6 i 10 mg O2/l, a u rijeci Savi sadržaj kisika može pasti i ispod 2 mg O2/l, prije svega zbog organskoga

onečišćenja koje nastaje zbog ispuštanja otpadnih voda u Savu (slika 8.4).

O prisutnosti onečišćenja ili zagańenja od otpadnih voda svjedoče brojni pokazatelji ili indikatori zagańenja.

Jedan od najznačajnijih indikatora zagańenja je sadržaj otopljenoga kisika, koji se drastično smanjuje ako je u vodi prisutno organsko zagańenje. Na prisutnost organskoga zagańenja ukazuje biokemijska potreba za kisikom, BPK (biochemical oxygen demand, BOD), koja ukazuje na količinu kisika potrebnu da se biološki razgradi organska tvar uz pomoć mikroorganizama. Iako BPK nije najpouzdaniji pokazatelj količine organskih tvari u vodi, naročito kad voda sadrži nerazgradive organske tvari ili tvari koje ometaju rast mikroorganizama, on još uvijek služi za dimenzioniranje ureńaja za pročišćavanje otpadnih voda. Pokazatelj količine organske nerazgradive tvari u vodi je kemijska potrošnja kisika, KPK, koja se izračunava iz potrošnje oksidacijskoga sredstva nužnoga za potpunu razgradnju organske nerazgradive tvari.

Indikatori zagańenja od otpadnih voda su i nutrijenti, dušik i fosfor, koji mogu uzrokovati eutrofikaciju površinskih voda, zbog povećanja količine hranjivih tvari u njima. Osim različitih toksičnih tvari, kao što su ugljikovodici i teški metali, u otpadnim vodama je sve više modernih sintetičkih organskih kemikalija, poput lijekova i hormona. Ove tvari ometaju rad sustava za unutarnje izlučivanje, a naročito su štetne za reproduktivne sposobnosti kod riba.

8.4. Gusta organska zagańivala koja se ne miješaju s podzemnom vodom (DNAPL)

Utjecaj urbanizacije vidljiv je i u porastu koncentracija različitih zagańivala, a naročito organskih tvari, u podzemnim vodama. Vrlo opasne i kancerogene tvari su gusti organski spojevi koji se ne miješaju s vodom (eng.: Dense Non Aqueous Phase Liquid, DNAPL), u koje pripadaju: industrijska otapala, katrani, industrijske otpadne tvari, poliklorirani bifenili PCB, ulja i neki pesticidi u nerazrijeńenom stanju.

Klorna industrijska otapala su naročito opasne tvari u podzemnoj vodi, jer imaju veliku gustoću, malu viskoznost i srednju topivost. U najpoznatija klorna otapala pripadaju trikloretilen i tetrakloreten. Gustoća klornih otapala kreće se u prosjeku od 1,33 do 1,47 g/cm3, što ih čini gušćim od vode (gustoća vode je 1 g/cm3), a viskoznost se kreće u rasponu od 0,44 do 0,9 cp (centipoise; 1centipoise = 10-3 Pa·s (pascal sekunda)). Veća gustoća, a manji viskoznost od vode, čini ih naročito pokretljivim u zasićenom vodonosnom sloju. Naime, kada klorno otapalo dońe u kontakt s podzemnom vodom, ono će se širiti vrlo brzo u dublje dijelove vodonosnika, do nepropusne podine. Budući da je topivost klornih otapala relativno mala, prilikom vertikalnoga procjeńivanja dio otapala će se zadržati u uljnoj fazi na dijelu krutoga stijenskog matriksa. Meńutim, klorna otapala su ipak djelomično topiva u podzemnoj vodi, tako da će se uljna faza, koja se zadržala na krutom matriksu, postupno otapati. Ukupna topivost klornih otapala veća je za 104 do 105 puta u odnosu na maksimalno dozvoljene koncentracije u pitkoj vodi, koja prema hrvatskom Pravilniku o zdravstvenoj ispravnosti vode za piće (N.N, br. 47/08) iznosi 10 µg/l za trikloretilen i tetrakloreten. Na taj način, uljna faza,

koja se većim dijelom zadržala po cijelom profilu vodonosnika, postaje novi izvor zagańenja, koji stvara kontinuirani oblak zagańenja kroz dulje vrijeme (slika 8.5).

Iako se danas smatra da klorna otapala predstavljaju najznačajniji i najveći problem s obzirom na zagańenje podzemnih voda, ona su relativno kasno detektirana u podzemnim vodama. Naime, prvi dokazi za postojanje otopljenih organskih spojeva u podzemnoj vodi, kao metabolita klornih otapala, pronańeni su tek kasnih 70-tih godina prošlog stoljeća u SAD-u i Njemačkoj, a tek krajem 80-tih godina uvidjelo se da uljna faza, adsorbirana na čestice krutoga matriksa, predstavlja izvor zagańenja podzemnih voda. Prvi rad o postojanju gustih organskih spojeva, koji se ne miješaju s vodom (DNAPL), u vodonosnicima objavio je njemački znanstvenik Friedrich Schwille. On je u razdoblju od 1977. do 1984. godine proveo brojna istraživanja, koja su 1984. godine rezultirala prvom objavljenom knjigom, pod

nazivom: “Gusta klorna otapala u poroznom i pukotinskom mediju; modelski eksperimenti” (eng.: Dense chlorinated solvents in porous and fractured media; model experiments). Sanacija zagańenja podzemnih voda od klornih otapala je vrlo skup i dugotrajan proces. Pritom se razlikuje:

a) remedijacija (eng.: remediation), koja označava bilo koji stupanj poboljšanja kakvoće zagańene podzemne vode;

b) obnova (eng.: renovation), kojom se kakvoća podzemne vode poboljšava do stupnja koji zadovoljava standarde za pitku vodu;

c) rekonstrukcija (eng.: restoration), kojom se otopljena organska otapala u potpunosti odstranjuju iz podzemne vode.

Danas postoje različite metode sanacije podzemne vode od klornih otapala. Možda najčešće primjenjivana metoda je metoda crpljenja i tretiranja (eng.: pump and treat), kojom se zagańena voda crpi na zdencima koji se nalaze nizvodno od izvora zagańenja, a zatim se crpljena voda kemijski tretira do stupnja koji zadovoljava odreńene kriterije ili standarde, najčešće standarde za pitku vodu.

Ova metoda, koja je poznata i kao aktivna metoda sanacije, uspješna je za kontrolu izvora zagańenja te za čišćenje oblaka zagańenja, koji se širi nizvodno od izvora zagańenja, meńutim s ovom metodom nije moguće u potpunosti odstraniti uljnu fazu, koja je adsorbirana na stijenskom matriksu. Prema tome, opasnost od ponovnoga zagańivanja podzemnih voda postoji od trenutka prestanka crpljenja i pročišćavanja zagańene podzemne vode. Druga metoda sanacije je zadržavanje izvora zagańenja s nekom nepropusnom barijerom, primjerice bentonitno-cementnom barijerom, kojom se dio vodonosnika u kojem se nalazi adsorbirana uljna faza fizički odjeljuje od preostaloga dijela vodonosnika. Ovaj tip sanacije pripada u pasivne metode sanacije. Zadržavanjem izvora zagańenja na opisani način, omogućava se odvajanje oblaka zagańenja od izvora zagańenja. Potpuno odstranjivanje otopljene faze iz vodonosnika ovisi o lokalnim geološkim i hidrogeološkim značajkama te o fizikalno-kemijskim značajkama otapala, tako da vrijeme sanacije, koje ovisi o prirodnim uvjetima u vodonosniku, može varirati u rasponu od jedne do stotinu godina. U novije vrijeme sve više se primjenjuje propusna reaktivna barijera (eng.: Permeable Reactive Barrier, PRB), koja je temeljena na zadržavanju klornih otapala na propusnoj barijeri, koja se sastoji od materijala koji je ispunjen sitnozrnatim željeznim granulama. Ovu metodu patentirao je 1989. godine Robert W. Gillham sa Sveučilišta Waterloo, a uspješnost metode je potvrńena na preko stotinu lokacija širom SAD-a, Kanade, Europe, Japana i Australije.

8.5. Zakonski propisi o zaštiti voda od onečišćenja i zagańenja u Europi

U Europskoj Uniji, temeljna direktiva koja štiti vode od onečišćenja i zagańenja je Okvirna Direktiva o vodama (eng.: Water Framework Directive, WFD 2000/60/EC). Donošenjem Okvirne Direktive o vodama u prosincu 2000. godine, promijenila se koncepcija upravljanja vodnim resursima u Europi. Ovom Direktivom postavljen je zahtjev da se vodnim resursima upravlja na integralni način, na razini pojedinih riječnih bazena. Okvirna Direktiva o vodama postavila je veliki izazov pred države članice Europske unije, jer zahtijeva da se do 2015. godine moraju poduzeti maksimalne moguće mjere kako bi vodni resursi u zemljama Europske unije zadovoljili standarde koji su propisani ovom direktivom.

Novom Direktivom za podzemne vode (eng.: Groundwater Daughter Directive 2006/118/EC) utvrńuju se specifične mjere za ispunjenje ciljeva zaštite okoliša u dijelu koji se tiče sprečavanja i kontrole zagańenja podzemnih voda. Ona propisuje donošenje zajedničkih kriterija i procedure za odreńivanje dobroga kemijskog stanja za cjeline podzemne vode, na temelju postojećih standarda kakvoće iz drugih europskih direktiva, poput nitrata i aktivnih sastojaka u pesticidima, kao i na temelju graničnih vrijednosti koncentracija tvari za koje ne postoje propisani standardi kakvoće u okviru postojećega zakonodavstva Europske unije. Nova Direktiva propisuje donošenje zajedničkih kriterija za odreńivanje značajnih uzlaznih trendova tvari, koje su odreńene kao zagańivala, i početne točke za promjenu trendova, a propisuje i donošenje mjera za sprečavanje ili ograničavanje unosa zagańivala u podzemne vode

8.6. Integrirani monitoring kakvoće voda

Monitoring kakvoće voda je sustavno praćenje i prikupljanje podataka o kakvoći površinskih ili podzemnih voda na nekom području. Da bi monitoring voda bio učinkovit on prije svega mora biti reprezentativan. To znači da odabir lokacija i parametara za praćenje kakvoće voda mora biti temeljen na konceptualnom modelu tj. konceptualnom razumijevanju sustava u kojem se provodi monitoring. Tek na osnovi detaljno razrańenoga konceptualnog modela moguće je utvrditi lokacije na kojima će se provoditi monitoring te učestalost uzimanja uzoraka. Dakle, broj lokacija i učestalost monitoringa ne mogu biti proizvoljno i paušalno odreńeni, već ovise o pouzdanosti prihvaćenoga konceptualnog modela, o zabilježenim trendovima kakvoće voda te o posljedicama koje mogu nastati u slučaju da prihvaćeni konceptualni model, a time i monitoring voda, nije u stanju realno prikazati kakvoću voda. Pri odabiru lokacija i parametara za praćenje kakvoće podzemnih voda nužno je uzeti u obzir činjenicu da su vodonosni sustavi u najvećem broju slučajeva heterogeni, te da postoji znatna varijabilnost raspodjele hidrogeoloških parametara, ali i kakvoće podzemnih voda u takvim sustavima. Prema tome, za realno prikazivanje kakvoće podzemnih voda, nužno je dizajnirati monitoring koji će na odgovarajući način opisivati trodimenzionalnu prirodu vodonosnih sustava.

Okvirna Direktiva o vodama i smjernice za njeno provońenje razlikuju dva tipa konceptualnoga modela. Prvi je regionalni, a drugi lokalni. Regionalnim konceptualnim modelom utvrńuje se broj lokacija na kojima se provodi monitoring, gustoća monitoring mreže i učestalost uzimanja uzoraka. Lokalni konceptualni model mora pokazati prihvatljivost svake pojedinačne lokacije, prvenstveno s obzirom na lokalne uvjete dinamike i kakvoće podzemnih voda, koji ovise o: lokalnim hidrogeološkim značajkama, utjecaju crpljenja na varijabilnost razina ili kakvoće podzemnih voda te o korištenju zemljišta, tj. općenito o pritiscima u priljevnom području.

Prilikom odreńivanja monitoringa kakvoće podzemnih voda, nužno je uzeti u razmatranje postizanje ekoloških ciljeva za pridružene površinske vode ili kopnene ekosustave. To znači da monitoring za površinske vode i kopnene ekosustave te monitoring za podzemne vode moraju biti integrirani na onim područjima na kojima je dokazana njihova povezanost i meńuzavisnost. Budući da dotjecanje vode u rijeke i jezera najčešće ovisi o baznom dotoku, odnosno dotoku podzemne vode, moguće je da se pravilnim odabirom lokacija za praćenje kakvoće površinskih voda, ujedno prati i kakvoća podzemnih voda.

Praćenje utjecaja zagańivala na kakvoću podzemne vode provodi se kroz monitoring onečišćenja ili zagańenja u zoni tla, nezasićenoj i zasićenoj zoni, tj. kroz obrambeni monitoring (eng. defensive monitoring), koji je karakterističan za lokalne uvjete, odnosno primjenjuje se u uvjetima kada je potrebno motriti točkaste ili difuzne izvore zagańenja u lokalnom mjerilu. Ovaj tip monitoringa temelji se na konceptualnom modelu vodonosnoga sustava te na razumijevanju interakcije zagańivala s podzemnom vodom. Monitoring utjecaja lokalnih izvora zagańenja potrebno je provoditi uzimajući u obzir: katastar izvora zagańenja, lokalne hidrogeološke značajke, geokemijske značajke tla i nezasićene zone, vrstu zagańivala i značajke unosa zagańivala u podzemnu vodu, prostornu raspodjelu zdenaca na crpilištima i topografiju terena. Pritom je potrebno napomenuti da unos zagańivala u podzemne vode može biti direktan ili indirektan. Direktan unos zagańivala u podzemne vode nastaje kada se izvor zagańenja nalazi u zasićenoj zoni, a indirektan unos zagańivala u podzemne vode nastaje kada je izvor zagańenja na površini terena, u zoni tla ili nezasićenoj zoni. Izbor lokacija za provońenje monitoringa mora obuhvatiti: industrijska postrojenja, obrtničke radionice, odlagališta komunalnoga i industrijskog otpada, divlja odlagališta i šljunčare ispunjene otpadom.

9. ONEČIŠĆENJE I ZAGAđENJE ZRAKA

Obrazovni ciljevi:

• Objasniti uzroke onečišćenja zraka i posljedice za okoliš i ljudsko zdravlje.

• Prikazati izvore onečišćenja zraka.

• Prikazati klasifikaciju zagańivala u atmosferi s obzirom na njihovo porijeklo.

• Objasniti značajke najvažnijih zagańivala u atmosferi.

• Objasniti uzroke koji dovode do nastanka kiselih kiša i prikazati njihove utjecaje na okoliš.

• Razumjeti utjecaj klimatskih faktora i topografije na pojavu onečišćenja zraka u urbanim sredinama.

• Objasniti uzroke nastanka smoga.

• Prikazati na koji način se provodi monitoring kakvoće zraka.

9.1. Uzroci pojave onečišćenja zraka i posljedice za okoliš i ljudsko zdravlje

Zrak je naziv za mješavinu plinova koji tvore zemljinu atmosferu, a sadrži oko četiri petine dušika i jednu petinu kisika, dok su količine ostalih plinova neznatne ili u tragovima. Budući da je Zemljina atmosfera dinamički medij, u kojem se promjene dogańaju vrlo brzo, ljudi su od davnine odlagali svoje otpadne tvari u atmosferu, najčešće kroz spaljivanje otpada. S naglim razvojem urbanizacije i industrijalizacije, velike količine otpadnih tvari svakodnevno se otpuštaju u atmosferu. Do onečišćenja zraka dolazi u trenutku kada se procesi razgradnje štetnih tvari u atmosferi ne odvijaju dovoljno brzo, što uzrokuje njihovo akumuliranje, a zagańenje zraka nastaje kada koncentracije odreńenih zagańivala u zraku dosegnu razine koje uzrokuju njegovu toksičnost. Zagańivala mogu ući u atmosferu kroz prirodne ili umjetne (antropogene) emisije, a razgrańuju se prirodnim procesima i u hidrološkom ciklusu.

Ljudi su odavno uočili postojanje onečišćenja ili zagańenja zraka, naročito u urbanim sredinama. Kisele kiše se prvi puta spominju u 17. stoljeću, a do 18. stoljeća ljudi su znali da su za uništavanje biljaka u Londonu odgovorni smog i kisele kiše. Početkom industrijske revolucije u 18. stoljeću zagańenje zraka postaje naročito izraženo. Još 1868. godine, britanski liječnik Henry Hyde Salter je u svojoj knjizi “O astmi; njena patologija i liječenje”, po prvi puta povezao zagańenje zraka i pojavu respiratornih alergija. Na konferenciji o javnom zdravstvu, koja je održana 1905. godine, liječnici po prvi puta uvode riječ smog, kojom označavaju mješavinu dima i magle.

Procjenjuje se da godišnje u svijetu umire tri milijuna ljudi od posljedica zagańenja zraka, što predstavlja oko 5% od ukupne smrtnosti. Mnoge epidemiološke studije pokazuju direktnu povezanost stope mortaliteta s povećanom koncentracijom lebdećih čestica koje nastaju izgaranjem goriva, čiji je promjer manji od 10 µm. Izlaganje takvim česticama povećava rizik od akutnih respiratornih infekcija, posebice u djece koja su posebno ugrožena skupina, jer im je respiratorni sustav još uvijek u razvoju te je osjetljiviji na štetne utjecaje iz okoliša.

9.2. Izvori onečišćenja zraka

Mnoga zagańivala u atmosferi imaju prirodno porijeklo. Prirodne emisije zagańivala mogu nastati oslobańanjem plinova SO2 i H2S iz vulkana ili uslijed biološkoga raspadanja organske tvari u močvarištima, pri čemu se oslobańa H2S. Povišena koncentracija ozona u donjim dijelovima atmosfere može nastati kao posljedica nestabilnih meteoroloških uvjeta u atmosferi. Do emisije različitih čestica može doći uslijed požara i oluja. Iako su brojni prirodni izvori onečišćenja i zagańenja zraka, njihov utjecaj na kakvoću zraka je uglavnom manji od utjecaja antropogenih izvora, naročito u urbanim sredinama.

Izvori onečišćenja zraka dijele se na dva osnovna tipa:

1. nepomične ili stacionarne;

2. pokretne ili mobilne.

Nepomični ili stacionarni izvori imaju stalne lokacije emisije onečišćenja, a dijele se u: točkaste, povremene i površinske izvore onečišćenja.

Točkasti izvori emitiraju onečišćenje s točno odreńene lokacije, kao što su dimnjaci ili termoelektrane.

Povremeni izvori emitiraju onečišćenje s otvorenih površina koje su izložene procesima djelovanja vjetra, poput prljavih ulica, farmi, deponija ili površinskih kopova. Površinski izvori emitiraju onečišćenje iz nekoliko različitih izvora unutar točno definiranoga područja, primjerice s industrijskoga područja.

Pokretni ili mobilni izvori emitiraju onečišćenje u pokretu, odnosno u kretanju. Primjer za ovaj tip izvora onečišćenja su prijevozna sredstva koja su pokretana fosilnim gorivima, primjerice automobili, brodovi, vlakovi, avioni itd.

9.3. Klasifikacija zagańivala

Glavna zagańivala zraka javljaju se u plinovitom stanju ili u obliku čestica. Najvažnija zagańivala u plinovitom stanju su: sumpor dioksid (SO2), dušični oksidi (NOx), ugljik

monoksid (CO), ozon (O3), plinoviti organski spojevi (eng.: volatile organic compounds, VOC), sumporovodik (H2S) i fluorovodik (HF). Zagańivala u obliku čestica su organske ili anorganske tvari, koje mogu biti u čvrstom ili tekućem stanju, a promjera su manjeg od 10 µm (PM-10; eng.: Particulate Matter) ili 2,5 µm (PM-2,5).

Zagańivala zraka su klasificirana u primarna i sekundarna zagańivala, s obzirom na njihovo porijeklo.

Primarna zagańivala su sve one tvari koje različiti izvori zagańenja direktno emitiraju u atmosferu, a obuhvaćaju: zagańivala u obliku čestica, sumpor dioksid, dušične okside, ugljik monoksid i ugljikovodike.

Sekundarna zagańivala nastaju kada primarna zagańivala reagiraju sa spojevima koji se nalaze u prirodnim uvjetima u atmosferi. Primjer za sekundarna zagańivala je ozon (O3), koji nastaje u urbanim područjima u reakcijama izmeńu primarnih zagańivala, sunčeve svjetlosti i prirodnih atmosferskih plinova.

9.4. Značajke najvažnijih zagańivala u atmosferi

Sumpor dioksid (SO2) je bezbojni plin, bez mirisa i lako topiv u vodi. U nizu kompleksnih reakcija može prijeći u sulfate (SO4), u formi finih čestica koje se naknadno talože i na taj način uklanjaju iz atmosfere. Procjenjuje se da se oko 30% SO2 uklanja iz atmosfere na taj način. Drugi vrlo važan proces transformacije sumpor dioksida u zraku je proces oksidacije, u kojem SO2 prelazi u sumpornu kiselinu (H2SO4), koja sudjeluje u nastanku kiselih kiša. Glavni izvor emisije SO2 u atmosferu je izgaranje fosilnih goriva, prvenstveno ugljena. Smatra se da na taj način nastaje oko 2/3 sumpor dioksida. Industrija, a naročito: rafinerije, tvornice papira, aluminija i cementa, drugi su vrlo važan izvor SO2 u atmosferi.

Emisije sumpor dioksida u atmosferu uzrokuju štetne posljedice za ljude, životinjske i biljne organizme i materijale. Visoke koncentracije SO2 u zraku izazivaju kod ljudi pojavu kroničnih respiratornih bolesti, a kod biljaka se često javljaju oštećenja tkiva, naročito u mladih biljaka.

Sumporna kiselina oštećuje pročelja zgrada, korodira metale te oštećuje boju na zidovima i fasadama zgrada.

Ugljik monoksid (CO) je bezbojni plin, bez mirisa, koji je izrazito toksičan za ljude i životinje u vrlo malim koncentracijama. Od ukupne količine CO, gotovo 90% u atmosferu dolazi iz prirodnih izvora, a ostalih 10% nastaje za vrijeme požara, izgaranjem fosilnih goriva u

strojevima te u procesima u kojima se ne dogańa potpuno sagorijevanje organske tvari.

Toksičnost CO je posljedica fizioloških efekata u organizmu. Hemoglobin veže CO čak 250 puta brže nego kisik, pa već vrlo male koncentracije CO usporavaju vezanje kisika za hemoglobin. Efekti toksičnosti kod ljudi su: vrtoglavica i glavobolja, a često dolazi i do smrti, naročito u ljudi koji imaju srčane bolesti, anemiju ili respiratorne bolesti. Toksični efekt se pojačava na većoj nadmorskoj visini, gdje je sadržaj kisika u zraku prirodno niži.

Ozon (O3) i druga fotokemijska oksidacijska sredstva nastaju iz atmosferske reakcije sunčeve svjetlosti sa zagańivalima kao što su dušik dioksid. Ozon je bezbojni, nestabilni plin, slatkastoga mirisa i najčešće je fotokemijsko oksidacijsko sredstvo. Glavni izvori fotokemijskih oksidacijskih sredstava, a naročito ozona su izgaranje fosilnih goriva i industrijski procesi koji proizvode NO2. Poznato je da ozon u stratosferi, kao ozonski omotač, štiti Zemlju od ultraljubičastoga sunčevog zračenja, meńutim, u blizini površine Zemlje ozon je zagańivalo.

Ozon, kao jako iritacijsko sredstvo, pogoršava respiratorne funkcije kod ljudi koji boluju od astme, smanjuje elastičnost plućnih tkiva, izaziva osjećaj neugode u prsima itd. Slični efekti djelovanja ozona javljaju se i kod životinja. Kod biljaka ozon stvara mrlje na listovima (starije biljke su osjetljivije nego mlańe), utječe da vrhovi iglica kod crnogoričnoga drveća postaju smeńe boje i odumiru, smanjuje urod grožńa i kukuruza itd.

9.5. Uzroci i posljedice nastanka kiselih kiša

Kisele kiše su globalni problem na Zemlji i nastaju uglavnom kao posljedica izgaranja fosilnih goriva, ugljena i nafte, u kojima dolazi do emisije velikih količina sumpor dioksida i dušičnih oksida. Ukoliko SO2 i NOx reagiraju s vodenom parom u zraku, nastaju sumporne i dušične kiseline koje padaju s kišom na površinu Zemlje kao vlažne kiseline (eng.: wet acid

Ukoliko SO2 i NOx ne reagiraju s vodenom parom u zraku, tada suhe čestice SO2 i NOx padaju na površinu Zemlje i naknadno reagiraju s vodom u tlu te stvaraju suhe kiseline (eng.: dry acid). Kisele kiše imaju pH vrijednost ispod 5,6, zbog utjecaja jakih kiselina na pH oborinske vode. Potencijalni utjecaj kiselih kiša na okoliš zavisi od: geoloških značajki, tipa vegetacije i sastava tla.

Naročito osjetljiva područja su ona u kojima tlo, stijena ili voda, na koje padaju kisele kiše, nemaju mogućnost neutralizacije kiselina. Graniti imaju slabu sposobnost neutralizacije i vrlo lako se troše uslijed djelovanja kiselih kiša. Za razliku od granita, karbonati koji sadrže mineral kalcit, imaju vrlo veliku sposobnost neutralizacije. Kalcij karbonat, CaCO3, reagira s vodikovim ionima u kiseloj vodenoj otopini pri čemu nastaju hidrogenkarbonatni ioni, a sadržaj vodikovih iona postupno se smanjuje.

Kisele kiše uzrokuju brojne štetne posljedice na vegetaciji. Ovi utjecaji očituju se u reduciranoj plodnosti tla, jer se izlučuju nutrijenti zbog djelovanja kiselina, a kiseline oslobańaju toksične sastojke u tlo. Kisele kiše uzrokuju štetne posljedice i na jezerskim ekosustavima, jer nastaju poremećaji u životnim ciklusima riba, žaba i rakova, te na grańevinama, jer dolazi do trošenja grańevinskoga kamena.

9.6. Faktori koji utječu na zagańenje zraka u urbanim sredinama

Zagańenje zraka u urbanim sredinama ovisi o: stupnju emisija štetnih tvari u atmosferu, topografiji te klimatskim uvjetima, koji odreńuju stupanj koncentracije i transporta pojedinih zagańivala te stupanj njihove transformacije u manje štetne spojeve.

Klimatski uvjeti u velikoj mjeri utječu na veličinu i učestalost pojave štetnih učinaka zagańivala u zraku. Do zagańenja zraka dolazi naročito u uvjetima kada je prisutna ograničena cirkulacija zraka u donjim dijelovima atmosfere, zbog nastanka temperaturne inverzije. Inverzija nastaje kada hladni sloj zraka stagnira ispod sloja toploga zraka. Općenito se razlikuju dva tipa temperaturne inverzije, koji mogu dovesti do zagańenja zraka. Prvi tip inverzije nastaje kada se topli zrak iz kontinentalnih suhih područja spušta niz obronke planina prema moru, čime uvjetuje stvaranje privremene temperaturne inverzije.

Planine djeluju kao barijere za cirkulaciju zraka i sprečavaju prodiranje zagańenoga zraka, koji se nalazi iznad urbanih područja, dalje prema unutrašnjosti (slika 9.2).

U odreńenim slučajevima, u blizini barijera, dolazi do nastanka efekta dimnjaka, koji omogućuje da se dio zagańivala u zraku kreće preko vrhova planina i prodre prema unutrašnjosti kontinenta. To se naročito dogańa u slučajevima kada su prisutne velike debljine onečišćenoga zraka koji postupno prodire na više nadmorske visine zbog jakih vjetrova koji pušu s mora prema kopnu

Drugi tip inverzije nastaje kada se iznad mase stagnirajućega hladnog zraka u zatvorenoj kotlini nalazi oblačni sustav, koji sprečava prodiranje sunčeve energije i postupno se sve više zagrijava zbog djelomične absorpcije sunčeve energije. Nastaje sloj toploga zraka, koji djeluje kao barijera za hladni zrak. Istovremeno, pri površini tla zrak se sve više hladi, a ako je vlažnost zraka relativno velika, hlańenjem zraka može nastati debeli sloj magle. Zbog hlańenja zraka ljudi sve više koriste fosilna goriva za zagrijavanje domova i u industriji te se na taj način emitira značajna količina zagańivala u zrak. Zagańenje zraka će rasti sve dok iznad kotline postoji temperaturna inverzija (slika 9.4).

Smog nastaje u uvjetima kada na relativno ograničenom području postoji više izvora zagańenja zraka koji kumulativno doprinose razvoju smoga. Razlikuju se dva tipa smoga: Sumporni smog (londonski smog ili sivi zrak) nastaje izgaranjem ugljena u velikim

termoelektranama, pri čemu se oslobańa sumpor dioksid iz ugljena, koji reagira sa sitnim česticama čańe koje nastaju izgaranjem ugljena (slika 9.5a).

Fotokemijski smog (Los Angeles (LA) smog ili smeńi zrak) nastaje reakcijom dušičnih oksida, lakoisparljivih ugljikovodika (VOC) i sunčeve energije u urbanim sredinama, u kojima je prisutna temperaturna inverzija i postoji intenzivan promet. Ovaj tip smoga je karakterističan za velike urbane sredine, kao što su gradovi Los Angeles u SAD-u ili Mexico City u Meksiku (slika 9.5b).

9.7. Monitoring kakvoće zraka

Monitoring kakvoće zraka provodi se u gradovima i naseljenim mjestima u cilju zaštite ljudskoga zdravlja. Na područjima kulturnoga i prirodnog naslijeńa mjere se koncentracije onečišćujućih tvari koje mogu štetno utjecati na osjetljive okolišne sustave, autohtone biljne i životinjske vrste te bioraznolikost. Mjerenja kakvoće zraka u urbanim sredinama i industrijskim područjima provode se kako bi se procijenilo povećanje razina koncentracija onečišćujućih tvari u jače onečišćenim područjima, ali i s ciljem ispunjavanja meńunarodnih obveza R. Hrvatske, prema Pravilniku o praćenju kakvoće zraka (N.N. br. 155/05). Razina onečišćenosti zraka prati se mjerenjem koncentracija onečišćujućih tvari u zraku s instrumentima za automatsko mjerenje i uzorkovanjem. Instrumenti za automatsko mjerenje omogućavaju kontinuirano mjerenje koncentracija onečišćujućih tvari u zraku. Diskretna mjerenja kakvoće zraka provode se uzimanjem uzoraka iz:

a) komora, za mjerenje fluksa plinovitih onečišćujućih tvari iz tla prema atmosferi;

b) teflonskih posuda, za utvrńivanje prisutnosti azbesta u zgradama;

c) sondi, za mjerenje sadržaja plinova iz industrijskih dimnjaka.

Rezultati mjerenja i uzorkovanja vrednuju se prema propisanim graničnim, tolerantnim i ciljnim vrijednostima razina onečišćivala u zraku.

Stalno mjerno mjesto opremljeno je prikladnom opremom za sakupljanje, pohranjivanje, obradu i prijenos podataka u informacijski sustav kakvoće zraka. Informacijski sustav kakvoće zraka u R. Hrvatskoj vodi Agencija za zaštitu okoliša, a nadzire ga Ministarstvo zaštite okoliša, prostornog ureńenja i graditeljstva. Stalna mjerna mjesta u naseljenim područjima, gdje dolazi do onečišćenja zraka zbog emisije sumpor dioksida iz većih izvora onečišćenja, opremljena su mjernim

instrumentima za mjerenje satne i deset minutne prosječne vrijednosti koncentracija onečišćujućih tvari.

Pri ocjenjivanju razine onečišćenosti zraka, mjerenje koncentracija onečišćujućih tvari u zraku može se nadopuniti rezultatima modeliranja kakvoće zraka.

10. GLOBALNE KLIMATSKE PROMJENE

Obrazovni ciljevi:

• Objasniti ulogu znanosti u proučavanju globalnih promjena na Zemlji.

• Prikazati alate i metode koje se koriste za proučavanje globalnih klimatskih promjena na Zemlji.

• Razumjeti bilancu energije Zemlje.

• Objasniti efekt staklenika.

• Prikazati globalne promjene temperature na Zemlji tijekom geološke prošlosti.

• Prikazati potencijalne efekte globalnoga zatopljivanja.

• Razumjeti značaj ozonskoga omotača za opstanak života na Zemlji.

10.1. Globalne promjene i “Znanost o Zemljinom sustavu”

Sve do nedavno smatralo se da ljudske aktivnosti uzrokuju promjene samo u lokalnom i regionalnom mjerilu. Današnje znanje o Zemljinom sustavu i njenim podsustavima pokazuju da je cijela planeta zahvaćena globalnim promjenama, prvenstveno klimatskim promjenama. U novije vrijeme pojavila se nova znanstvena disciplina pod nazivom: “Znanost o Zemljinom sustavu” (eng. Earth system science), koja proučava meńudjelovanje Zemljinih podsustava: atmosfere, hidrosfere, litosfere i biosfere, i njihovu ulogu u razvoju i opstanku života na Zemlji. Područja istraživanja ove znanstvene discipline obuhvaćaju: tlo i stijene kao Zemljine materijale, atmosfersku kemiju, ciklus ugljika, hidrološki ciklus, transport topline i Sunčevo zračenje, radi proučavanja globalnih procesa na Zemlji. Drugi važan cilj ove znanstvene discipline je predvińanje globalnih promjena na Zemlji, naročito onih koji se dogańaju u rasponu od nekoliko desetljeća do jednoga stoljeća, te razlikovanje promjena koje su uzrokovane prirodnim i antropogenim utjecajima.

Promjene u globalnom sustavu, koje se mogu uočiti za života pojedinca, u trajanju do stotinu godina, nazivaju se promjene prvog reda. Promjene drugog reda javljaju se u razdoblju u kojem postoje mjerenja nekog prirodnog procesa, najčešće u trajanju do nekoliko tisuća godina. Promjene trećeg reda javljaju se u razdoblju od nekoliko desetaka tisuća godina, što odgovara pojedinim fazama ledenih doba u geološkoj prošlosti. Duža razdoblja, u kojima se dogańaju promjene četvrtoga i petog reda, trajanja su do nekoliko milijuna godina, a koreliraju s razvojem većih ledenih doba u geološkoj prošlosti.

10.2. Alati i metode za proučavanje globalnih klimatskih promjena na Zemlji

Sedimentne naslage, koje su taložene na poplavnim ravnicama, u jezerima, močvarama i morima, često sadrže organske tvari koje omogućavaju odreńivanje starosti naslaga i upućuju na vrstu i obilje organizama u pojedinim razdobljima geološke prošlosti. Slojevi sedimentnih stijena pokazuju promjene u taložnim okolišima, vrsti materijala i organizama i sadrže pokazatelje klimatskih promjena na Zemlji. Ove pokazatelje koristi paleoklimatologija, znanost koja se bavi proučavanjem klimatskih promjena na Zemlji tijekom geološke prošlosti. Marinski sedimenti imaju veliku ulogu u

razumijevanju temperaturnih promjena oceanske vode tijekom geološke prošlosti, kao i bioloških i kemijskih promjena koje se dogańaju u oceanskim bazenima tijekom proteklih milijuna godina.

Riječni sedimenti imaju značajnu ulogu u razumijevanju velikih voda i poplava i na taj način pomažu u odreńivanju njihovih povratnih razdoblja.

Sedimenti poplavnih ravnica i jezerski sedimenti ukazuju na promjene u vegetaciji. U takvim sedimentima vrlo često se mogu pronaći ostaci polena, koji upućuju na tip i obilje vegetacije. Ostaci polena mogu se pronaći i u zasebnim slojevima leda, a proučavanjem razvoja ledenjaka, debljine i sastava leda, moguće je zaključivanje o intenzitetu oborina u nekom prošlom vremenu. Mjehurići zraka, koji su ostali zarobljeni u ledenjacima, pružaju informacije o koncentraciji ugljik dioksida u vrijeme formiranja leda, a time omogućuju i odreńivanje starosti leda. U ledenjacima je moguće pronaći i neke teške metale, poput olova koje je istaloženo iz zraka, ali i neke druge kemijske spojeve koji mogu biti korisni za razumijevanje procesa koji su se odvijali u atmosferi tijekom geološke prošlosti.

Dendrokronologija je znanost koja proučava godove na ostacima drva i na taj način pomaže u rekonstrukciji prošlih dogańaja. Širina pojedinačnih godova i druge informacije mogu ukazivati na hidrološka i klimatska obilježja lokacije. Primjerice, pažljivom analizom koncentričnih prstena moguće je utvrditi učestalost pojavljivanja sušnih i vlažnih razdoblja. Ova metoda je pomogla u odreńivanju klimatskih promjena tijekom zadnjih 12 000 godina u mnogim dijelovima svijeta.

Proučavanje dinamike i kemijskoga sastava voda u oceanima, morima, jezerima ili podzemnim vodama ima veliki potencijal za odreńivanje vremena zadržavanja, odnosno starosti vode, ali i paleoklimatskih uvjeta na Zemlji tijekom geološke prošlosti. U suvremenim istraživanjima ovih značajki često se koriste prirodni traseri ili traseri u okolišu (eng.:

environmental tracers). Neki radioaktivni izotopi ili boje mogu se koristiti za odreńivanje dinamike i starosti vode. Antropogeni kemijski spojevi, kao što su klorofluorougljici ili freoni, spojevi sastavljeni od klora, fluora i ugljika koji se koriste kao rashladna sredstva i sirovina za proizvodnju polistirena (plastičnih masa), koriste se za odreńivanje starosti mladih podzemnih voda. Otopljeni plinovi u podzemnoj vodi mogu poslužiti za odreńivanje paleo temperatura u umjerenim i tropskim klimatskim područjima.

Sustavno praćenje i redovito prikupljanje podataka za specifičnu svrhu, u konkretnom slučaju podataka koji služe za odreńivanje obilježja i učestalosti pojave klimatskih promjena tijekom geološke prošlosti, naziva se monitoring. Monitoring u realnom vremenu (eng.: real-time monitoring) je prikupljanje podataka o nekom procesu koji je aktivan, odnosno koji traje u vrijeme monitoringa. Monitoring kemijskog sastava atmosferskih plinova i monitoring temperature i kemijskog sastava mora i oceana u realnom vremenu služe za utvrńivanje trendova i promjena te za kalibraciju i testiranje podataka iz geološke prošlosti.

U novije vrijeme sve više je izražena primjena globalnih matematičkih modela, naročito Globalnih modela cirkulacije (eng.: Global Circulation Models) u atmosferi. Ovi modeli koriste se kao prva aproksimacija za rješavanje kompleksnih problema, a predvińaju koja će područja na Zemlji biti vlažnija ili suša u bliskoj budućnosti, na temelju specifičnih, recentnih promjena u atmosferi. Za njihovu izradu potrebno je koristiti superračunala velike brzine i memorije, meńutim krajnji rezultati su vrlo nesigurni i dvojbeni. Osnovni problem u korištenju ovih modela je činjenica da su ulazni podaci o temperaturi, relativnoj vlažnosti i strujanju vjetrova usrednjeni na relativno velikom području, odnosno prostorna diskretizacija modela je vrlo gruba. Prosječna veličina ćelija u numeričkom modelu je veličine dvije ili tri Hrvatske, prema tome točnost rezultata modela je vrlo problematična. No unatoč ovoj činjenici, ovi modeli osiguravaju informacije koje su neophodne kako bi se procijenila Zemlja kao sustav i utvrdili podaci koji su potrebni za poboljšanje modela.

10.3. Bilanca energije Zemlje

U planetarnom mjerilu, Zemlja se može smatrati dijelom velikoga Sunčevog energetskog sustava. Bilanca energije Zemlje (eng.: Earth’s energy balance) predstavlja ravnotežu izmeńu Sunčeve energije koja dolazi na Zemlju i energije koja odlazi sa Zemlje natrag u svemir

Iako Zemlja presreće samo mali dio ukupne energije koju Sunce emitira u svemir, ta količina energije dovoljna je za održanje života na Zemlji, a pokreće i mnoge procese na ili u blizini Zemljine površine, uključujući hidrološki ciklus, oceanske valove i cirkulaciju zraka u atmosferi u globalnom mjerilu. Razlika izmeńu količine energije koja sa Sunca dolazi na Zemlju i količine energije koju Zemlja stvara u svojoj unutrašnjosti najbolje se može prikazati na primjeru geotermalne energije. Naime, ukupna količina geotermalne energije koja nastaje u unutrašnjosti Zemlje čini svega 1% od ukupne količine energije koja dolazi sa Sunca.

Energija Sunca dolazi na Zemlju u obliku elektromagnetskoga zračenja, brzinom svjetlosti od oko 300 000 km/s. Različiti oblici elektromagnetskoga zračenja razlikuju se u njihovim valnim duljinama. Zbroj svih mogućih oblika različitih valnih duljina naziva se elektromagnetski spektar. Oblici s valnim duljinama preko jednog metra uključuju radio zrake, a oblici s valnim duljinama manjim od vidljivoga dijela spektra uključuju rendgenske zrake i gama zrake. Oblici u vidljivom dijelu spektra imaju valne duljine od 0,4 do 0,7 µm.

Što je tijelo toplije, ono emitira više elektromagnetske energije. U stvari, količina energije koju neko tijelo emitira mijenja se na četvrtu potenciju u zavisnosti od promjene površinske temperature tijela. Primjerice, ako se površinska temperatura tijela povisi za dva puta, količina energije koju tijelo emitira povisit će se za šesnaest puta. Površinska temperatura tijela takońer utječe i na tip zračenja koju ono emitira. Toplija tijela emitiraju zračenja s manjim valnim duljinama, za razliku od hladnijih tijela koja emitiraju zračenja većih valnih duljina. Sunce većinom emitira zračenja u vidljivom dijelu spektra, dok Zemlja emitira zračenje u infracrvenom dijelu spektra.

10.4. Efekt staklenika

Temperatura na Zemlji najvećim dijelom ovisi o tri faktora:

-količini sunčeve energije koja stiže na Zemlju;

-količini sunčeve energije koja se reflektira od Zemlje i stoga je Zemlja ne absorbira;

-atmosferskoga zadržavanja topline koja se reflektira od Zemlje.

Absorbirana Sunčeva energija zagrijava Zemljinu atmosferu i površinu, a nakon absorpcije i refleksije sa Zemlje odlazi u svemir u obliku infracrvenoga zračenja duge valne duljine. Vodena para i nekoliko drugih atmosferskih plinova poput ugljik dioksida, metana i klorofluorougljika zadržavaju dio energije koja se reflektira od Zemlje i stoga zagrijavaju atmosferu (slika 10.2).

Iz toga razloga, Zemlja je znatno toplija nego što bi bila da je sva energija koja je reflektirana od njezine površine “pobjegla” u svemir. Zadržavanje topline u atmosferi uz pomoć

atmosferskih plinova naziva se efekt staklenika (eng.: greenhouse effect). Važno je

napomenuti da je efekt staklenika prirodan proces koji se javljao tijekom milijuna godina na Zemlji, ali i drugim planetima Sunčevoga sustava. Da nema zadržavanja topline u atmosferi, temperatura na Zemlji bila bi za oko 33 0C manja u odnosu na današnju temperaturu i sva površinska voda bila bi u zamrznutom stanju.

Pojavu prirodnoga efekta staklenika uzrokuju vodena para i male čestice vode u atmosferi. Meńutim, potencijalno globalno zatopljivanje zbog ljudske aktivnosti povezano je s ugljik dioksidom, metanom, dušičnim oksidima i klorofluorougljikom. U zadnjih nekoliko desetljeća, atmosferska koncentracija ovih plinova značajno je porasla. Ovi plinovi nazivaju se još i staklenički plinovi.

Godišnji rast ugljik dioksida u atmosferi je 0,5 %, a udio ugljik dioksida u globalnom zatopljivanju zbog ljudske aktivnosti je oko 60 %. Glavni uzrok rasta CO2 je izgaranje fosilnih

goriva, a prosječne koncentracije u atmosferi kreću se oko 350 ppm. U 18. stoljeću, na početku industrijske revolucije, koncentracija CO2 u atmosferi bila je “samo” 280 ppm-a. Udio metana u globalnom zatopljivanju je oko 15%, a njegov godišnji porast u atmosferi je manji od 1%. Smatra se da je glavni antropogeni uzročnik pojave metana u atmosferi raspadanje biomase, primjerice u odlagalištima otpada, proizvodnja ugljena i prirodnoga plina te poljoprivredna proizvodnja, kao što je uzgoj riže i stoke.

Preostali udio, od 25%, u globalnom zatopljivanju čine: klorofluorougljici (12%), ozon (8%) i dušični oksidi (5%). Zanimljivo je napomenuti da je godišnji porast klorofluorougljika u atmosferi čak 4%. Većina antropogenih dušičnih oksida nastaje primjenom umjetnih gnojiva na poljoprivredna tla, a značajan udio ima i izgaranje fosilnih goriva. Klorofluorougljici se još uvijek koriste u hladnjacima i u bočicama sprejeva.

10.5 Globalne promjene temperature na Zemlji: dokazi za trend zagrijavanja

Pleistocensko ledeno doba započelo je približno prije 1,65 milijuna godina i od tada se često mijenjala srednja godišnja temperatura na Zemlji, a s time i klima. Važno je razlikovati klimu od vremena. Klima je prosječno stanje vremena nad nekim mjestom ili manjim ili većim područjem Zemlje u nekom dužem vremenskom razdoblju. Vrijeme je dnevna promjena faktora kao što su temperatura, oborine ili vjetar.

Klima na odreńenoj lokaciji nije samo neka prosječna temperatura ili količina oborina. Klimu često karakteriziraju i sezonski ili povremeni ekstremni vremenski dogańaji, kao što su monsunske kiše u Indiji ili uraganski vjetrovi u jugoistočnom dijelu SAD-a. Globalne promjene u temperaturi imat će značajne posljedice na raspodjelu glavnih klimatskih zona na Zemlji. Pravi uzroci globalnih klimatskih promjena su kompleksni i do danas nisu u potpunosti objašnjeni. Danas je poznato da se značajne promjene mogu dogoditi vrlo brzo, čak i u razdoblju od svega nekoliko desetaka godina.

Promjena klime na Zemlji dogańala se redovito tijekom geološke prošlosti. U zadnjih milijun godina redovito se javljaju klimatski ciklusi, koji se ponavljaju svakih 100.000 godina, a u okviru njih ponavljaju se i ciklusi kraćega trajanja od 40.000 i 20.000 godina. Ove cikluse je 1920. godine po prvi puta identificirao Milutin Milanković (slika 10.3.). Ciklusi koji se ponavljaju svakih 100.000 godina nastaju kao posljedica promjena u Zemljinoj orbiti oko Sunca. Ovi ciklusi koreliraju s razdobljima glacijala i interglacijala. Ciklusi koji se ponavljaju svakih 40.000 i 20.000 godina posljedica su promjena u nagibu i kolebanju Zemljine osi.

Milankovićevi ciklusi objašnjavaju dugotrajne klimatske cikluse, meńutim, njihov efekt na količinu sunčeve energije koja dolazi na Zemlju nije dovoljan da bi mogao u potpunosti objasniti velike klimatske promjene koje su se dogańale tijekom geološke prošlosti. Milankovićeve cikluse treba promatrati kao prirodne mehanizme koji zajedno s drugim procesima mogu stvarati klimatske promjene. Kraći ciklusi su takońer zabilježeni i postoje odreńene indikacije o pojavi ciklusa koji se ponavljaju svakih 1.500 godina, kroz zadnjih nekoliko tisuća godina. Ako su pretpostavke o prirodnim ciklusima ispravne, tada je potrebno razlikovati globalno zagrijavanje uzrokovano prirodnim mehanizmima od zagrijavanja koje je posljedica ljudske aktivnosti.

Trend zagrijavanja na Zemlji traje od 1750 godine do 40-tih godina dvadesetoga stoljeća, kada je zagrijavanje na kratko prekinuto. Od 70-tih godina dvadesetoga stoljeća trend zagrijavanja je ponovno prisutan. U zadnjih 140 godina, globalna srednja temperatura je porasla za oko 0,5 0C.

Dodatni dokaz za globalno zagrijavanje dolazi od proučavanja ledenjaka na Zemlji. Rast i otapanje ledenjaka u korelaciji je s trajanjima ledenih doba tijekom geološke prošlosti. Za vrijeme ledenoga doba u pleistocenu, ledenjaci su pokrivali gotovo 30% površine Zemlje. Danas, u vrijeme interglacijala, svega oko 10% površine Zemlje je pokriveno ledenjacima.

Zabilježeno je da se velika većina ledenjaka nalazi u fazi topljenja, a tek vrlo mali broj ledenjaka raste.

Zbog nesigurnosti u predvińanju veličine utjecaja stakleničkih plinova na pojavu efekta staklenika, budući trendovi globalnoga zagrijavanja su prilično nesigurni. Pouzdano se može reći da se trend zagrijavanja nastavlja, meńutim pouzdanost predvińanja buduće temperature značajno se smanjuje ekstrapolacijom krivulje trenda u budućnosti.

10.6. Potencijalni efekti globalnoga zatopljivanja

Procijenjeno je da ukoliko se emisija stakleničkih plinova udvostruči u budućnosti, prosječna globalna temperatura zraka će porasti za 1,2 0C. Specifične posljedice ovoga rasta temperature je teško predvidjeti, meńutim izvjesna je promjena u raspodjeli globalnih klimatskih zona i povišenje razine mora i oceana.

Globalni rast temperature zraka može značajno promijeniti raspodjelu oborina, vlažnost tla i druge klimatske faktore koji su značajni za poljoprivredu. Predvińa se da će neka sjeverna područja, poput Kanade i istočne Europe postati još produktivnija, dok će područja na jugu postati još suša. Meńutim, produktivnost poljoprivrednoga tla ne ovisi samo o raspodjeli klimatskih zona, već i o plodnosti tla, što znači da su posljedice klimatskih promjena nepredvidive.

Globalne klimatske promjene mogu promijeniti i učestalost i intenzitet ekstremnih prirodnih dogańaja, poput uragana ili jakih oluja. Zagrijavanjem oceana stvara se dodatna količina energije koja “hrani” ove opasne prirodne procese, i oni postaju velika prijetnja za život i imovinu ljudi.

Globalne klimatske promjene mogu utjecati i na promjene u biosferi, a ovaj utjecaj je u potpunosti nepredvidiv. Već sada su zabilježene ove promjene, a primjeri su mnogobrojni: pojave komaraca koji prenose malariju i "denga" groznicu u Africi, Južnoj Americi, Centralnoj Americi i Meksiku; leptiri i ptice koji migriraju sve više u sjevernije predjele; crnogorične šume javljaju se na sve većim nadmorskim visinama itd.

Rast razine mora i oceana, zbog globalnoga zagrijavanja, je potencijalno ozbiljan problem. Prema nekim procjenama, tijekom 21. stoljeća očekuje se njihov rast od 40 do 200 cm. Rast razina mora i oceana od “samo” 40 cm može imati ozbiljne posljedice za okoliš. Takav rast će uzrokovati pojačanu obalnu eroziju na plažama, a progresivno napredovanje erozije prema unutrašnjosti ojačat će ranjivost prirodnih i antropogenih struktura od ekstremnih prirodnih procesa.

Procesi erozije obala su ozbiljan problem u mnogim dijelovima svijeta, a značajnim rastom razina mora i oceana, sadašnji stupanj erozije mogao bi se udvostručiti. Čini se neizbježnim da takav rast mora pratiti i povećano ulaganje u zaštitu i prevenciju od erozije u naseljima i gradovima u obalnim područjima.

10.7. Smanjivanje ozonskoga omotača oko Zemlje

Ozon (O3) je elementarni oblik kisika, kod kojega se kisik pojavljuje u molekulama koje se sastoje od tri atoma. Nastaje u atmosferi prilikom električnih pražnjenja i djelovanjem ultraljubičastih zraka (UV zrake).

Ozon se u znatnijim količinama nalazi u višoj atmosferi i to u visinama od oko 10 do 50 km. Taj sloj više atmosfere naziva se ozonosfera. Ozon u višoj atmosferi nastaje kroz dvije faze. U prvoj fazi, molekula kisika, koja se sastoji od dva atoma, absorbira ultraljubičasto Sunčevo zračenje, te stoga fotodisocira na pojedinačne atome kisika.

Najviše ozona nastaje u ekvatorijalnom pojasu, na visinama iznad 25 km. To je područje u kojem je postignuta ravnoteža izmeńu raspoloživoga kisika, čija koncentracija opada s visinom, i Sunčevoga UV zračenja, koje raste s visinom. Ozon se atmosferskim gibanjima

prenosi prema polovima. Stoga se najviše ozona (oko 6x1012 molekula/cm3) nalazi u tropskim područjima na visini od 25 km, dok je nad polovima maksimum ozona zabilježen na 18 km visine.

Premda je količina ozona u atmosferi relativno mala (maksimalne koncentracije ozona u zraku ne prelaze 10 ppm-a), njegova važnost za život na Zemlji je ogromna. Osim ozona niti jedna druga tvar u atmosferi ne absorbira UV zračenje u rasponu od 240 do 290 nm. Kad ozon ne bi bio prisutan u atmosferi, Sunčevo ultraljubičasto zračenje bi oštetilo genetski materijal na površini Zemlje, a fotosinteza u biljkama bi bila onemogućena. Zbog svojih absorpcijskih svojstava ozon ima važnu ulogu u bilanci energije Zemlje, te utječe na termalnu strukturu atmosfere.

Posljednjih desetljeća puno pažnje pridaje se problemu ozonskih rupa, odnosno smanjenju ozonskoga omotača oko Zemlje. Sredinom sedamdesetih godina dvadesetoga stoljeća, nad Antarktikom je u ozonosferi uočeno veliko smanjenje koncentracije ozona, u odnosu na ranija razdoblja. Kemičari atmosfere pripisuju to smanjenje antropogenoj emisiji klorofluorougljika (CFC, freoni). Hipoteza iz 1974. godine objašnjava fotodisocijaciju freona u atmosferi i nastanak klora, koji potiče lančanu reakciju koja dovodi do smanjenja ozona.

Atomi klora reagiraju s molekulom ozona i nastaje klor oksid (ClO) i molekula kisika. U ovoj kemijskoj reakciji se uništava ozon. U drugoj reakciji, klor oksid reagira s atomom kisika i nastaje klor i molekula kisika. Klor se ponovno oslobańa i reagira s novom molekulom ozona. Procjenjuje se da tijekom jedne do dvije godine, koliko je srednje vrijeme zadržavanja atoma klora u atmosferi, jedan atom klora može uništiti do 100 000 molekula ozona. Važno je naglasiti da klor nije i jedina kemijska tvar koja može uništiti ozon. Druge tvari, kao što su brom i dušični oksidi takońer prolaze kroz slične kemijske reakcije kao i atom klora.

Važnost hipoteze iz 1974. godine dramatično je naglašena u 1985. godini, s otkrićem

Antarktičke ozonske rupe. Najveće smanjenje koncentracije ozona (ponegdje čak do 99%) uočeno je na visinama od 14 do 19 km iznad Zemljine površine.