UFHZS

1

Шимон А. Ђармати, Драган С. Веселиновић, Иван А. Гржетић, Драган А. Марковић

ЖИВОТНА СРЕДИНА И ЊЕНА ЗАШТИТА

КЊИГА I

ЖИВОТНА СРЕДИНА

БЕОГРАД, 2007.

2

Наслов:


КЊИГА I ЖИВОТНА СРЕДИНА

Аутори: Проф. др Шимон А. Ђармати

Проф. др Драган С. Веселиновић Проф. др Иван А. Гржетић

Проф. др Драган А. Марковић

Рецензенти: Проф. др Милутин Љешевић Доц. др Мирјана Ристић

Уредници:

Проф. др Драган С. Веселиновић Проф. др Шимон А. Ђармати

3

ПРЕДГОВОР

Ова Књига – уџбеник је настала из уџбеника „Физичкохемијски основи заштите животне средине” штампаног пре десет година. На основу искустава о примени претходног уџбеника, сугестија и новонасталих сазнања о живот-ној средини аутори претходне књиге написали су овај уџбеник. У циљу да уџбеник буде доступан ширем кругу корисника прилагођена су и одговара-јућа разматрања проблематике која се у књизи обрађује.

Аутори књиге су се определили да проблематику коју уџбеник обухва-та поделе у две групе, посвећујући свакој по једну књигу: Књига I носи назив „Животна средина” а књига II је „Заштита животне средине”. С обзиром да се ове проблематике узаjамно прожимају то је коришћена литература наве-дена на крају друге књиге.

Свако дело носи са собом и одређене недостатке и поред настојања ау-тора да их не буде. Зато унапред изражавамо захвалност свима који на њих укажу сводим примедбама и сугестијама за побољшање и проширење текста.

Посебно се захваљујемо рецензентима на уложеном труду и доприносу квалитету текста.

Аутори

5

САДРЖАЈ

Значење скраћеница .........................................................................................................10

1. УВОД ...........................................................................................................13 1.1. ЖИВОТНА СРЕДИНА............................................................................................14 1.2. УЗРОЦИ ЗАГАЂИВАЊА .......................................................................................14 1.3. ПОСЛЕДИЦЕ ЗАГАЂИВАЊА..............................................................................18 1.4. ЗАГАЂИВАЊЕ И ЕКОНОМИЈА ..........................................................................21 1.5. ШТЕТНО И ПОВОЉНО ДЕЛОВАЊЕ .................................................................23 1.6. ПОЈАВА ЧОВЕКА И ИСТОРИЈА РАЗВОЈА ЉУДСКОГ РОДА .....................25 1.7. ЗАШТИТА ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ И ЕКОЛОГИЈА ..........................................32 1.8. ВАСИОНА И СУНЧЕВ СИСТЕМ.........................................................................33

1.8.1. Сунчев систем и Земља......................................................................... 33 1.8.2. Хемијски састав свемира, Сунчевог система и Земље....................... 34

1.8.2.1. Литосфера ........................................................................................... 35 1.8.2.2. Хидросфера .......................................................................................... 36 1.8.2.3. Атмосфера ........................................................................................... 37 1.8.2.4. Биосфера .............................................................................................. 38

1.9. УТИЦАЈ ШТЕТНИХ МАТЕРИЈА НА ПОЈЕДИНЕ СФЕРЕ НА ЗЕМЉИ ......41 1.9.1. Штетне материје у литосфери .............................................................. 41 1.9.2. Штетне материје у хидросфери............................................................ 42 1.9.3. Штетне материје у атмосфери.............................................................. 43 1.9.4. Штетне материје у биосфери................................................................ 44

2. ЛИТОСФЕРА ............................................................................................47 2.1. СТЕНЕ ........................................................................................................................47

2.1.1. Магматске стене .................................................................................... 47 2.1.2. Метаморфне стене ................................................................................. 48 2.1.3. Седиментне стене .................................................................................. 49 2.1.4. Површинско распадање ........................................................................ 50 2.1.5. Деградација стена .................................................................................. 50

2.1.5.1. Физичка деградација............................................................................ 50 2.1.5.2. Ерозија .................................................................................................. 51 2.1.5.3. Деградација и динамика процеса загађивања природе ..................... 51

2.2. ЗЕМЉИШТЕ .............................................................................................................52 2.2.1. Настанак земљишта............................................................................... 52

2.2.1.1. Састав земљишта ............................................................................... 52

6

2.2.1.2. Чиниоци који утичу на настанак земљишта .................................... 54 2.2.1.3. Глине у земљишту ................................................................................ 56 2.2.1.4. Јоноизмењивачке карактеристике земљишта ................................. 57 2.2.1.5. Киселост земљишта............................................................................ 58 2.2.1.6. Елементи у траговима у земљишту .................................................. 59 2.2.1.7. Органске материје у земљишту – хумус............................................ 60 2.2.1.8. Еколошка функција земљишта ........................................................... 62 2.2.1.9. Штетне материје у земљишту ......................................................... 64

3. ХИДРОСФЕРА ..........................................................................................65 3.1. ВОДА НА ЗЕМЉИ...................................................................................................65

3.1.1. Количина и расподела воде на Земљи ................................................. 65 3.1.2. Кружење воде у природи ...................................................................... 66 3.1.3. Површинске воде................................................................................... 68 3.1.4. Подземне воде........................................................................................ 71 3.1.5. Мора и океани........................................................................................ 73 3.1.6. Вода као еколошки чинилац, њена улога и значај ............................. 74

3.2. ВРСТЕ ВОДА И ПРОЦЕСА ...................................................................................76 3.2.1. Вода као хемијско једињење ................................................................ 76 3.2.2. Настајање и хемијски састав природних вода .................................... 78 3.2.3. Основни физичкохемијски састав и карактер природних вода......... 80 3.2.4. Хемијске компоненте природних вода ................................................ 83

3.2.4.1. Основни јони ......................................................................................... 85 3.2.4.2. Растворени гасови. Кисеоник ............................................................. 87 3.2.4.3. Угљеник(IV)-оксид – карбонатна киселина ....................................... 88 3.2.4.4. Сумпорводоник..................................................................................... 91 3.2.4.5. Биогене материје ................................................................................. 91 3.2.4.6. Органске материје .............................................................................. 92 3.2.4.7. Микроелементи.................................................................................... 93

3.2.5. Специфичности хемијског састава вода река, језера и акумулација 93 3.2.6. Састав вода океана и мора .................................................................... 96 3.2.7. Основни показатељи квалитета воде за пиће...................................... 99

3.2.7.1. Мутноћа воде ....................................................................................... 99 3.2.7.2. Боја воде ............................................................................................. 100 3.2.7.3. Мирис и укус воде............................................................................... 100 3.2.7.4. Температура воде .............................................................................. 101 3.2.7.5. Токсична хемијска једињења............................................................. 102 3.2.7.6. Бактериолошке особине.................................................................... 102

3.2.8. Промет материја у води ...................................................................... 102 3.2.8.1. Мешање у речним водама .................................................................. 102 3.2.8.2. Промет материја у широким речним ушћима у мора .................... 103 3.2.8.3. Разблаживање загађења у морима и великим језерима.................. 103 3.2.8.4. Промет загађења у подземним водама ............................................ 104

3.3. ПРОЦЕСИ У ВОДИ .............................................................................................. 104 3.3.1. Растварање ........................................................................................... 105

3.3.1.1. Растворљивост гасова у води .......................................................... 105 3.3.1.2. Растворљивост чврстих супстанција у води ................................. 105 3.3.1.3. Узајамна растворљивост (мешљивост) течности ....................... 105

3.3.2. Адсорпција ........................................................................................... 106 3.3.2.1. Утицај особина адсорбента на адсорпцију..................................... 106

7

3.3.3. Испирање.............................................................................................. 107 3.3.4. Испаравање .......................................................................................... 107 3.3.5. Фотохемијски процеси........................................................................ 108 3.3.6. Оксидо-редукциони процеси.............................................................. 109 3.3.7. Хидролиза ............................................................................................ 110 3.3.8. Метаболитички процеси и биоакумулација ...................................... 110

3.4. ЗАГАЂИВАЊЕ ВОДА ......................................................................................... 111 3.4.1. Биолошке загађујуће материје ........................................................... 117

3.5. ПОНАШАЊЕ ХЕМИЈСКИХ ЗАГАЂУЈУЋИХ МАТЕРИЈА У ВОДИ ........ 119 3.5.1. Нитрати ................................................................................................ 119

3.5.1.1. Еутрофизација ................................................................................... 120 3.5.2. Нафта и њени деривати у води........................................................... 122 3.5.3. Полициклични ароматични угљоводоници ...................................... 126 3.5.4. Полихлоровани бифенили .................................................................. 127 3.5.5. Површински-активне супстанције (ПАС) ......................................... 128

3.5.5.1. Понашање ПАС у природним водама. Образовање мицела ........... 129 3.5.5.2. Солубилизација................................................................................... 130 3.5.5.3. Образовање пене ................................................................................ 131 3.5.5.4. Биохемијска оксидација..................................................................... 132

3.5.6. Пестициди ............................................................................................ 133 3.5.6.1. Органохлорна једињења .................................................................... 137 3.5.6.2. Органофосфорна једињења .............................................................. 138

3.6. РАСПОДЕЛА И МИГРАЦИЈА МЕТАЛА У ВОДЕНИМ СИСТЕМИМА... 139 3.6.1. Физичкохемијске интеракције метала ............................................... 140

3.6.1.1. Арсен ................................................................................................... 140 3.6.1.1.1. Пренос арсена у природним водама .................................. 141

3.6.1.2. Кадмијум ............................................................................................. 142 3.6.1.3. Хром .................................................................................................... 143 3.6.1.4. Бакар ................................................................................................... 143 3.6.1.5. Олово ................................................................................................... 144 3.6.1.6. Жива .................................................................................................... 145 3.6.1.7. Никл ..................................................................................................... 146 3.6.1.8. Цинк..................................................................................................... 147

3.7. РАДИОАКТИВНЕ ЗАГАЂУЈУЋЕ МАТЕРИЈЕ............................................... 148 3.7.1. Миграција радиоактивних загађујућих материја.............................. 151

3.7.1.1. Стронцијум, цезијум и технецијум .................................................. 151 3.8. ТЕРМИЧКО ЗАГАЂИВАЊЕ ВОДА.................................................................. 152 3.9. ЗАГАЂИВАЊЕ ПОДЗЕМНИХ ВОДА .............................................................. 157 3.10. АЕРАЦИЈА И РЕАЕРАЦИЈА ВОДЕ – САМОПРЕЧИШЋАВАЊЕ .......... 161

4. АТМОСФЕРА..........................................................................................165 4.1. САСТАВ ВАЗДУХА И ТЕРМАЛНА СТРУКТУРА АТМОСФЕРЕ ............. 165

4.1.1. Сунчево зрачење и термална структура атмосфере ......................... 167 4.2. КРЕТАЊЕ (ЦИРКУЛАЦИЈА) ВАЗДУХА ........................................................ 172 4.3. АТМОСФЕРСКЕ-МЕТЕОРОЛОШКЕ ПОЈАВЕ .............................................. 176

4.3.1. Температурне инверзије ..................................................................... 176 4.3.2. Вода у атмосфери ................................................................................ 178 4.3.3. Кондензација водене паре и процеси растварања ............................ 179

4.4. ИЗВОРИ И КРУЖЕЊЕ ПРИРОДНИХ КОМПОНЕНАТА ВАЗДУХА ........ 183

8

4.5. ВЕШТАЧКЕ (АНТРОПОГЕНЕ) ПРОМЕНЕ САСТАВА АТМОСФЕРЕ И ЊИХОВ УТИЦАЈ НА ПРИРОДНЕ ПРОЦЕСЕ................................................ 192

4.6. ХОМОГЕНИ И ХЕТЕРОГЕНИ ХЕМИЈСКИ ПРОЦЕСИ У АТМОСФЕРИ199 4.6.1. Хомогени процеси у гасној фази........................................................ 199 4.6.2. Значај улоге хидроксил и нитратних радикала................................. 203 4.6.3. Реакције органских једињења ............................................................ 206 4.6.4 Реакције једињења сумпора................................................................ 209 4.6.5. Хетерогене хемијске реакције и процеси у тропосфери .................. 211 4.6.6. Хетерогене фотохемијске реакције органских једињењa ................ 212 4.6.7. Пестициди у атмосфери ...................................................................... 212 4.6.8. Понашање хлорфлуор-угљеника у тропосфери................................ 216

4.7. ФОТОХЕМИЈСКЕ РЕАКЦИЈЕ У СТРАТОСФЕРИ ........................................ 218 4.8. АЕРОСОЛИ............................................................................................................ 220

5. БИОСФЕРА .............................................................................................229 5.1. ЛАНЦИ ИСХРАНЕ............................................................................................... 236

6. УГРОЖАВАЊЕ ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ ..........................................239 6.1. ЧОВЕК И ЖИВОТНА СРЕДИНА – НАРУШАВАЊЕ ПРИРОДНЕ

РАВНОТЕЖЕ......................................................................................................... 239 6.2. ОПШТЕ ПОСЛЕДИЦЕ ЗАГАЂИВАЊА И НАРУШАВАЊА ЖИВОТНЕ

СРЕДИНЕ ............................................................................................................... 242 6.2.1. Просторно-временски карактер дејства загађујућих супстанција на

животну средину ................................................................................. 243 6.2.2. Последице загађивања атмосфере (хемијским супстанцијама) ...... 246 6.2.3. Последице загађивања хидросфере (хемијским супстанцијама) .... 247 6.2.4. Последице деградације и загађивања тла

(хемијским супстанцијама)................................................................. 248 6.2.5. Последице деловања загађујућих супстанција на човека,

животиње и биљке............................................................................... 251 6.2.5.1. Физичкохемијске и токсиколошке особине ..................................... 253 6.2.5.2. Димензија честица............................................................................. 253 6.2.5.3. Концентрација ................................................................................... 253 6.2.5.4. Дужина деловања (експозиције) ....................................................... 253 6.2.5.5. Начин продирања у организам.......................................................... 253 6.2.5.6. Надражујуће дејство ........................................................................ 254 6.2.5.7. Фиброгено дејство............................................................................. 254 6.2.5.8. Алергијско дејство ............................................................................. 254 6.2.5.9. Деловање на кожу.............................................................................. 254 6.2.5.10. Токсично дејство.............................................................................. 255 6.2.5.11. Мутагено деловање.......................................................................... 256 6.2.5.12. Канцерогено деловање ..................................................................... 256 6.2.5.13. Ембриотропно деловање ................................................................. 257

6.2.6. Токсично деловање ............................................................................. 257 6.2.7. Комбиновано дејство загађујућих супстанција ................................ 262

6.2.7.1. Загађујуће супстанције и висока температура ваздуха ................ 263 6.2.7.2. Загађујуће супстанције и повећана влажност ваздуха .................. 264 6.2.7.3. Загађујуће супстанције и снижена температура ваздуха............. 264 6.2.7.4. Загађујуће супстанције, бука и вибрације........................................ 264

9

6.2.8. Деловање загађујућих супстанција на биљке ................................... 264 6.2.8.1. Утицај климатских чинилаца ........................................................... 264

6.2.8.1.1. Светлост............................................................................... 265 6.2.8.1.2. Температура......................................................................... 266 6.2.8.1.3. Влажност.............................................................................. 266

6.2.8.2. Утицај едафских чинилаца................................................................ 267 6.2.8.2.1. Влажност земљишта ........................................................... 267 6.2.8.2.2. Исхрана ................................................................................ 267

6.3. ТРАНСПОРТ И ДИСПЕРЗИЈА ЗАГАЂУЈУЋИХ СУПСТАНЦИЈА ............ 267 7. ИЗВОРИ ЗАГАЂИВАЊА ......................................................................271

7.1. ПРИРОДНО ЗАГАЂИВАЊЕ ВАЗДУХА И ВОДЕ.......................................... 271 7.1.1. Природно загађивање ваздуха............................................................ 271 7.1.2. Природно загађивање воде ................................................................. 277 7.1.3. Природно загађивање тла и деградација ........................................... 278

8. ОСНОВИ РЕГУЛИСАЊА ЗАШТИТЕ ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ ...281 8.1. ГРАНИЧНА ВРЕДНОСТ КОНЦЕНТРАЦИЈЕ (ГВ) ........................................ 281

8.1.1. Граничне вредности концентрације загађујућих супстанција атмосфере ............................................................................................. 282

8.1.2. Граничне вредности концентрације атмосферских загађујућих супстанција за биљке .......................................................................... 283

8.1.3. Максимално дозвољене концентрације загађујућих супстанција вода.................................................................................. 283

8.1.4. Основи одређивања максимално дозвољених концентрација загађујућих супстанција у отпадним водама .................................... 284

8.1.5. Максимално дозвољене концентрација загађујућих супстанција у земљишту ............................................................................................. 284

8.1.6. Максимално дозвољене концентрације хемијских супстанција у животним намирницама...................................................................... 285

8.2. МЕЂУНАРОДНО-ПРАВНО И ДРЖАВНО-ПРАВНО РЕГУЛИСАЊЕ ЗАШТИТЕ ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ ..................................................................... 286 8.2.1. Монтреалски протокол ....................................................................... 288 8.2.2. Протокол из Кјотоа ............................................................................. 289 8.2.3. Стокхолмска конвенција..................................................................... 290

8.3. ПРОЦЕНА РИЗИКА ............................................................................................. 290 8.3.1. Концепти и дефиниције ...................................................................... 291

8.3.1.1. Ризик.................................................................................................... 293 8.3.1.2. Токсичност и нетоксичност............................................................. 293 8.3.1.3. Изложеност и доза ............................................................................ 293

8.3.2. Препознавање хазарда ........................................................................ 294 8.3.3. Однос између дозе и њених ефеката.................................................. 294

8.3.3.1. Екстраполација резултата .............................................................. 295 8.4. ПРОЦЕНА ТРОШКОВА И ДОБИТИ ................................................................ 295

8.4.1. Трошак.................................................................................................. 295 8.4.2. Добит .................................................................................................... 296

Индекс............................................................................................................................. 297

10

ЗНАЧЕЊЕ СКРАЋЕНИЦА БИОЈ – биогена испарљива органска једињења БПК – биолошка (биохемијска) потрошња кисеоника BrFC – бром-флуор једињења угљеника CFC – хлор-флуор једињења угљеника COS – карбонил-сулфид ГВ – граничне вредности ДДЕ – дихлордифенилдихлороетилен, производ разградње ДДТ-ја ДДТ – дихлордифенилтрихлоретан ДМДС – диметилдисулфид ДМС – диметилсулфид ИОЈ – испарљива органска једињења ККМ – критична концентрација образовања мицела МДК – максимално дозвољена концентрација МСК – метилсулфонска киселина ОФЈ – органофосфорна једињења ОФП – органофосфорни пестициди ПАН – пероксиацетил-нитрат ПАС – површински-активне супстанције ПАУ – полициклични ароматични угљоводоници pε – логаритам потенцијала PMx – суспендоване честице ppb – Parts Per Billion, један масени део према милијарду (109) масе-

них делова (ранија јединица изражавања концентрације) ppm – Parts Per Million, један масени део према милион (106) масених

делова (ранија јединица изражавања концентрације) ppm(v) – један запремински део према милион (106) запреминских дело-

ва (ранија јединица изражавања концентрације) ppt – Parts Per Trillion, један масени део према билион (хиљаду ми-

лијарди, 1012) масених делова (ранија јединица изражавања концентрације)

ПХБ (PCB) – полихлоровани бифенили СОА – секундарни органски аеросоли

11

Деструктивно деловање савременог начина живљења сада већ више мили-јарди људи на Земљи, доводи у питање опстанак глобалног геоекосистема, у коме могу да наступе такве промене које ће неумитно угрозити опстанак човека на Земљи.

Природни системи на Земљи ће се, иако за извесно време поремећени, доц-није без човека и даље успешно развијати. Једини губитник ће бити човек. (Никола Пантић, Копаоник, 1990)

13

1. УВОД

Чини ми се да покушај природе да на овој Земљи створи мисаоно биће није успео.

Макс Борн

Питања заштите животне средине данас су стално присутна. Ако се ма-ло детаљније и дубље заинтересујемо шта појединци, а и институције под пој-мом заштите животне средине подразумевају, наићи ћемо не само на недово-љна или површна, него и на нетачна објашњења. Она су, у ствари, последица недостатка одговарајућег образовања, као и сувише уопштене и делимичне, боље рећи аматерске, обавештености појединаца о великом броју чињеница битних за многе научне, стручне и практичне дисциплине и поступке. Међутим, за разлику од других делатности, у заштити животне средине је улог који се за то плаћа сувише велики – ЖИВОТ НА ЧИТАВОЈ ПЛАНЕТИ ЗЕМ-ЉИ и опстанак људске заједнице као скупа интелигентних бића, што је циљ заштите животне средине. При томе не смемо заборавити да на овој планети нисмо, нити можемо опстати сами. Људи су само део животног система пла-нете Земље, па је зато одржавање тога система права заштита животне среди-не, односно суштина те заштите.

Да би се у савременом свету сагледала сва тежина и озбиљност Заштите животне средине, морају се прво сагледати узрочници њеног загађивања и де-градације. Зачуђујуће је да се кључна улогу у овоме може наћи ван оних сис-тема које обухватају природне науке, односно дисциплине које се на овим на-укама заснивају. Кључ лежи у људском друштву и филозофији његовог посто-јања и одржавања, односно надређивању људског друштва природи. Последи-ца овога је закључак да природа треба да служи људима, да се са њом управ-ља. Човек је тако мало признавао права природе да је од ње безобзирно узимао шта је желео, мењао оно што му није одговарало. Ово чини један логички ап-сурд јер је човек неумитно део система кога називамо Природа, па према томе не може да присвоји за себе све остале делове овог система да би могао њој бити надређен. Једина могућност је живети тако да се склад Природе као сис-тема не наруши и на тај начин очува и Природа и људско друштво у њој. При


14

овом разматрању треба имати у виду, може се рећи суштинску, разлику у од-носу античког света и савременог света према Природи. Антички човек је хтео сазнање, код савременог човека основна тежња је корист.

1.1. ЖИВОТНА СРЕДИНА Када говоримо о проблемима заштите животне средине, срећемо се и са

другим изразима: човекова средина, околина, природна средина, радна среди-на. Сваки од њих односи се на одређени део простора на планети Земљи и не зависи од његове величине. У овим поделама кључну улогу су имали социо-лошки, урбанистички, медицински и економски прилази, који су довели до настанка низа ужих локалних „средина” које су окренуте себи и својој зашти-ти. Тиме су се ови простори, односно ове „средине”, које у основи обухватају простор свакодневног живљења и рада човека (углавном насеља), одвојиле од осталог простора на нашој планети. Поред тога, развијани су поступци и тех-нологије чишћења сопствене „средине”. Међутим, упрошћена логика оваквог начина чишћења, снажно поткрепљена економичношћу поступка, и у првом непосредном периоду времена охрабрена позитивним ефектима, доводи пос-тепено до повећања свеобухватног загађења Земље јер се загађујуће супстан-ције из једних пребацују у друге „средине”, па и оне незагађене. Са друге стране загађење у једној средини спонтано се премешта у друге, доприносећи даљем ширењу загађења. Разлог лежи у чињеници да ни једна „средина” није, и не може, да буде изолована од осталих „средина” јер је то супротно законима природе и процесима у природи, што мора да буде основа свих разматрања ве-заних за проблематику животне средине. Према томе, ПЛАНЕТА ЗЕМЉА ЈЕ НАША ЖИВОТНА СРЕДИНА – јер једино она представља јединствен систем.

1.2. УЗРОЦИ ЗАГАЂИВАЊА ПЛАНЕТА ЗЕМЉА – НАША ЖИВОТНА СРЕДИНА у суштини је је-

дан „реактор” који није никада изван погона и у коме се одвија огроман број процеса. Промена било ког параметра одражава се одмах на сложен систем међузависних процеса. Последице су разноврсне, од позитивних до катастро-фално негативних. Занемаривање ових чињеница – да је ПЛАНЕТА ЗЕМЉА НАША ЖИВОТНА СРЕДИНА и да представља јединствен систем са неогра-ниченим бројем међусобно зависних процеса који се непрекидно одвијају – чини први ОСНОВНИ УЗРОК загађивања животне средине. До овог занема-ривања је долазило, а и сада долази, или због неузимања у обзир да је Земља јединствен динамички систем или због одсуства одговарајућих научних саз-нања и начина решавања проблема.

1. УВОД

15

Други ОСНОВНИ УЗРОК загађивања животне средине је економија, тачније речено ПРОФИТ. Заштита животне средине има своју цену, што значи да мора доћи до умањења профита да би се она реализовала. Капитал занема-рује општу добит која настаје на другој страни. Зато се мање или више зашти-та животне средине занемарује у корист ПРОФИТА.

У многим случајевима оба основна узрока су присутна. Размотримо неке примере. Неспорно је да су канализациони системи допринели побољшању сани-

тарних услова у насељима и, заједно са водоводом, побољшали и олакшали животне услове. Међутим, крајњи отвор канализационе цеви је у реци, језеру или мору. И док су у почетку отпадне воде садржавале релативно мале ко-личине загађујућих супстанција, првенствено биоразградљивих, процеси са-мопречишћавања омогућавали су опстанак водотока у незагађеном или мини-мално загађеном стању. Данас, са развојем градова и свих делатности човека, a посебно индустрије, стање се потпуно изменило. Тако, на пример, само река По из северног дела Италије уноси у Јадранско море годишње 35.000 тона пе-стицида, 9.500 тона машинског уља и низ других супстанција. Из своје „сре-дине” ови отпаци су пребачени у другу јер је то јефтиније него пречишћавање огромних количина загађених канализационих вода. Последице сигурно следе.

Високи димњаци доводе до смањења концентрације штетних гасова, на пример сумпор(IV)-оксида, у ваздуху непосредно око извора загађења (топио-ница, термоелектрана и других). Међутим, ове супстанције висинска струјања ваздуха разблажују и преносе на веће даљине од извора. Резултат примене ове методе „разблаживања” је знатно смањење загађења непосредно око извора, уз истовремено распростирање загађујућих супстанција на веће просторе, али са сниженом концентрацијом. Тиме је брзо деловање загађујућих супстанција на малом простору замењено са спорим деловањем на већем простору. Примену ове методе проузрокују непознавање последица спорог деловања ниских кон-центрација загађујућих супстанција и успех у смањењу акутних последица загађења у околини извора. Последице су ипак озбиљне. На пример, у Скан-динавији долази до закисељавања језера киселим оксидима које доносе ваз-душна струјања из средње Европе и Енглеске и изумирања одређених органи-зама у њима.

Неуважавање Земље као јединственог система имаће последице и у бу-дућности. Први масовно примењивани органски пестицид, познати ДДТ (дих-лордифенилтрихлорметан), широко је коришћен низ година, али је данас у већини земаља његова употреба забрањена или веома ограничена због штет-


16

них ефеката које испољава - нагомилавање у масном ткиву људи и животиња и (споро) канцерогено деловање. Иако је на обичним температурама чврста супстанција, он поседује релативно велики напон паре. Ваздушне масе из то-плих предела, са присутним гасовитим ДДТ-јем, преласком у хладније полар-не пределе пренеле су са собом и ову супстанцију, која је на нижој температу-ри поново прешла у чврсто стање и остала заробљена у вечитом поларном ле-ду. Овим процесом је у ствари извршена дестилација ДДТ-ја (слика 1) при чему је Земља била дестилациони систем огромних димензија.

Слика 1. Процес миграције ДДТ-ја

Последица овог је акумулација огромних количина ДДТ-ја у леду поло-ва. Како се очекује, због ефекта „стаклене баште”, поступно повишење темпе-ратуре на Земљи довешће и до топљења леда на половима, а ДДТ, конзерви-ран у њему, поново ћe ce појавити на Земљи. Треба рећи да је у почетку овај инсектицид прихваћен као идеалан контактни инсектицид изванредног дејс-тва. У реклами (слика 2) која је 1947. године објављена у магазину Тајм (Time Magazine) видљиво је опште задовољство због појаве ове хемикалије, чудесног инсектицида, прашка који убија инсекте и тако свима омогућава удобност, здравље и сигурност.

1. УВОД

17

* ДДТ је добар за мене!

Слика 2. Реклама за ДДТ

Захваљујући њему, маларија је искорењена или сузбијена у многим зе-мљама света у којима је ова болест односила велики број људских живота. Међутим, занемарене су потребе заштите животне средине за које се истине ради у то време и није знало, а ни брига о њој није била ни близу данашњег нивоа. Нажалост ДДТ није једина супстанција која је своје непожељне ефекте испољила тек после више година употребе. Споменимо у том смислу и полих-лороване бифениле. Ово уједно треба да послужи као опомена при увођењу нових препарата и као позив на велики опрез и потребу свеобухватног разми-шљања о могућим негативним ефектима њихове примене. У тим размишља-њима и научним истраживањима које их следе животна средина и здравље људи морају имати истакнуто место.

Да смо се некад можда и оглушивали на упозорења о могућим последи-цама, сведочи и проблем стратосферског озона. Још при појави авиона спосо-бних да лете на висинама већим од 10 km указано је на могућност оштећења озонског слоја Земље остацима органских једињења из издувних гасова њихо-вих мотора. Овај проблем је постојао све актуелнији у научним и стручним круговима, али без практичних одраза на спречавање оштећења озоносфере. Мерења обављена први пут пре више година, која се и данас изводе, утврдила су проценат већ постигнутог оштећења и омогућила израчунавање даљег сма-


18

њивања концентрације озона, које за сада не може да се заустави. Тек су ови резултати довели до неких практичних поступака, пре свега смањења произ-водње разних распршивача, бочица пуњених стабилним органским потиски-вачима, фреонима, као погонским средством. Али, ни ова мера није у потпу-ности реализована јер би умањила профит произвођачима ових бочица и сличних уређаја.

Да су људи понекад склони да опасност не схватају довољно озбиљно, сведочи и оглас који се 4. октобра 1918. године појавио у локалним новинама Торонтал које су у то време излазиле у Великом Бечкереку (данас Зрењанин). У њима је стајало да је најбољи лек против шпанске грознице, која је тада за-куцала на врата Европе, ватрена шпанска игра која се може научити у школи плеса коју води извесни Варади Ижо. Нажалост, наредних дана ове новине почеле су доносити имена преминулих у В. Бечкереку од ове болести која је широм Европе однела више људских живота него тада управо минули Први светски рат.

У низу случајева поступци који се чине ради одређеног вида „заштите” дају и споредне ефекте који повећавају загађење, али на други начин. Тако, на пример, добро познат и широко коришћен процес хлорисања воде за пиће, ра-ди постизања њене бактериолошке исправности, даје хемијски неисправну воду уколико су у њој присутни трагови органских једињења. У овом случају хлорисање преводи органска једињења у хлороване деривате, чија је концен-трација сада изнад максимално дозвољене, чинећи тиме воду хемијски неис-правном. Једина могућност за коришћење оваквих вода је нов систем пречишћавања воде и од насталих хемијских супстанција, што повећава трош-кове за добијање исправне воде.

1.3. ПОСЛЕДИЦЕ ЗАГАЂИВАЊА Последице загађивања животне средине и неодговарајућег коришћења

природних богатстава Земље можемо сврстати у неколико основних група. Прву чине оне последице које би довеле, или већ доводе, до престанка живота на Земљи. Према садашњим сазнањима, у научним круговима се разматра проблем кисеоника. Његова потрошња се непрекидно повећава са порастом броја становника и повећањем броја других биолошких потрошача, као и пот-рошње за низ процеса сагоревања, првенствено фосилних горива у индустри-ји, саобраћају и енергетици. Истовремено се непрекидно смањују зелене по-вршине због сече шума (неколико милиона хектара годишње), повећава повр-шина земљишта под насељима, путевима, железничким пругама, индустриј-ским и другим објектима чиме се непрекидно смањују извори кисеоника на

1. УВОД

19

Земљи. С обзиром на укупне резерве кисеоника у њеној атмосфери, укупну количину биљног покривача и чињеницу да повећање садржаја угљеник(IV)-оксида у атмосфери стимулише раст биљака, односно доприноси повећању производње кисеоника, проблем недостатка кисеоника није акутан. Међутим, смањивање извора кисеоника се наставља, па се проблеми услед његовог не-достатка могу очекивати након више стотина година. Проблем је ипак уочен и већ од овог момента мора да буде озбиљно схваћен. Последице смањења са-држаја кисеоника у атмосфери биле би апсолутно погубне за аеробни систем живих организама. Међутим, јасно је уочено и израчунато да поједине облас-ти, па и шире регије, већ данас троше више кисеоника него што се у њима производи. Њујорк је изразит пример за ово, као и неки други индустријски и урбани региони САД и неких других држава. Тако, на пример, индустрија Ев-ропе троши 2,5, а САД 2 пута више кисеоника него што се у њиховим идус-тријским областима производи. За сада његов недостатак надокнађују ваздуш-на струјања која из околних области допремају кисеоник у ове, њиме дефици-тарне области. Сматра се да ћe се у наредних 150-180 година количина кисео-ника у атмосфери осетно смањити.

Повећање интензитета ултраљубичастог зрачења наредна је опасност по живи свет на Земљи. Оно је последица оштећења озоносфере због смањења количине озона у њој. Данас се, међутим, прате промене озонског омотача Зем-ље. Према проценама, досадашње оштећење и годишња предвиђања његовог повећања довешће до пораста броја оболелих од рака коже само у европском делу бившег СССР-а за седам до девет хиљада случајева годишње. Даља ош-тећења, која се процењују до 50 одсто умањења садржаја озона и не могу да се зауставе јер су одговарајући хемијски агенси већ испуштени у атмосферу, ос-тавиће траг на живим организмима, доводећи до њихових обољевања и могу-ћег изумирања појединих врста.

Још један општи учинак у загађењу је појава ефекта „стаклене баште” као последице непрекидног повећања садржаја угљеник(IV)-оксида у атмос-фери, до чега доводи пораст потрошње фосилних горива за различите намене. Овај гас заједно са неким другим делује у атмосфери као рефлектор за топлот-но, инфрацрвено, зрачење са површине тла, спречавајући тиме хлађење повр-шине Земље. Последице су климатске измене на Земљи, које ћe неминовно оставити и трагове на живи свет. Предвиђања последица су разноврсна. У овом случају посебно треба нагласити да СО2 није токсичан агенс, да је део животног циклуса и својеврсна „храна” биљака. Ова чињеница има јасну опш-ту поруку и значење: измена еколошке равнотеже увек оставља последице на живот на Земљи.


20

Следећу групу последица чине ефекти деловања хемијских агенса, уне-тих различитим начинима у организам, односно деловање радиоактивног зрачења из спољних извора или од радиоактивних изотопа унетих у органи-зам. Од свих најдалекосежнији и најопаснији су мутагени ефекти јер се јавља-ју у наредним генерацијама, када интервенције више нису могуће. Они са јед-не стране доводе до физиолошких измена, уз умањење могућности живљења, a ca друге до измене интелектуалних могућности и психичких особина нових нараштаја. To води ка променама људске или других врста, односно до наста-јања мутаната смањене или уништене интелектуалне моћи, чиме би се човечанство вратило милионе година уназад. Појаве мутагенезе опажене су не само код животињских врста него и код човека, и то у повећању броја ново-рођенчади са различитим манама.

Наредну групу чини повећање свих осталих обољења, како човека тако и осталих живих врста. На првом месту су канцерозна обољења, код којих је повећање броја оболелих у корелацији како са повећаном употребом хемиј-ских средстава тако и са општим повећањем нивоа радиоактивности. И код низа других обољења постоје корелације између броја оболелих и стања за-гађености (на пример, код различитих обољења плућа и степена загађености ваздуха).

Посебан случај чине она деловања на човека која у веома кратком вре-мену доводе до обољења, повреда или смрти великог броја људи, односно других јединки, a y већини случајева настају услед хаварија, односно других несрећних случајева. Само један њихов део долази у област заштите животне средине, а већина ту не припада. Међутим, превентива у спречавању хаварија мора да буде једнако озбиљно схваћена као и заштита животне средине – ради заштите живота, здравља и материјалних добара.

Приступ последицама загађивања животне средине или пак хаваријама, односно реакција на њих, код већине људи се разликују. Због најчешће великог броја повређених, смртних исхода, разарања и других тренутних ефеката, најве-ће емоционалне и друге реакције изазивају хаварије које у већини случајева не-мају значај за загађивање животне средине. Међутим, реакција на појаву мута-генезе и осталих глобалних ефеката (оштећења озоносфере), односно, уопште, на последице које споро настају, код већине људи или нема или се према овим појавама односе незаинтересовано. Ово је, у суштини, очигледна последица не-довољне обавештености и образовања пошто у овом случају највећи ефекат иза-зивају спектакуларни учинци, a не они најозбиљнији.

Поред изнетог, у последице деловања људи треба узети и проблем сиро-вина које се огромном брзином исцрпљују, што се види из следећих примера.

1. УВОД

21

Ако је једне сировине, при истој годишњој потрошњи, довољно за да-љих 1.000 година, онда ће она при годишњем повећању потрошње од 3 % тра-јати само 117 година, а при годишњем расту од 6%, само 71 годину: дакле са-мо један људски век уместо 14.

Било је потребно читавих 500 милиона година да би се створило 500 милијарди тона нафте. До сада је од тога искоришћено 44,5 милијарди тона: то је учинак марљивог рада природе током 44,5 милиона година. Према томе, само су године 1973. сагорели производи стварани 2,800.000 година!

Шта даље = ???

1.4. ЗАГАЂИВАЊЕ И ЕКОНОМИЈА Снажан подстицај повећању загађења дају потрошачко друштво и њему

примерена економија. Разлог за ово је веома јасан: циљ је производити што јефтиније и што више, без обзира на примењене технологије, односно штетне последице које оне имају на животну средину. Овакав приступ одмах намеће проблем заштите животне средине, чији су циљеви супротни: рационално трошење природних добара и налазишта и увођење мера заштите животне средине, што, у крајњој линији, поскупљује и ограничава производњу, однос-но доводи до умањења профита. Према томе, профит је допринео, а и сада до-приноси повећању загађења. Илустративно али и упечатљиво о томе говори и податак, дат на слици 3 у виду рекламног плаката, којим се нуди низ препара-та радијума, у облику капи, инјекција и других видова ради лечења низа обо-љења. Ако је у то време, на почетку овог века, недостатак знања о негативним последицама деловања радиоактивног зрачења био један од узрока унесрећи-вања људи који су употребљавали ове лекове, моторна снага овог процеса унесрећивања била је жеља за профитом. Уосталом, престанак рекламирања препарата за лечење је последица откривања нових налазишта руде и драс-тичан пад цене радијума, а не откривање нових чињеница о његовом штетном деловању.

Као пример штете коју трка за профитом, односно нова технологија на-носи животној средини, може се навести замена сапуна синтетичким детер-џентима, упркос могућности њихове употребе у исте сврхе. Као резултат овога годишње у језеро Ири, највеће слатководни извор Северне Америке, доспева око 120.000 тоне фосфата. Ово загађење је примарни фактор утрошка кисео-ника језера. Године 1947. када је сапун било доминантно средство за прање, профит од продаје износио је 30% . Касних шездесетих година XX века про-фит је порастао на 52%. Ово повећање уследило је због смањења цене рада, напуштања производње сапуна и преласка на продукцију детерџената.


22

Слика 3. Рекламни плакат за препарате радијума за лечење низа обољења

(са почетка двадесетог века).

Борба за профит знатно отежава и проблем ослобађања од опасних от-падних материјала. Уместо примене скупих поступака разарања, ови матери-јали се депонују у сиромашнијим деловима света, где је и ниво знања на неза-видном нивоу, често без икаквих упозорења или одговарајућег начина обеле-жавања и примене посебних мера заштите.

1. УВОД

23

Премештање прљавих технологија у ове области чини данас окосницу распростирања шкодљивих супстанција широм Земље. Одлучујући мотив ових поступака је ниска цена, а тиме и повећани профит.

Примери оваквих понашања су бројни. Довољно је да се наведу само последице хаварије у Бопалу, у Индији 1984. године, где је позната америчка фирма изградила фабрику хемијских производа недовољно обезбеђену за спречавање нежељених последица у случају хаварија. Особље које је тамо ра-дило такође није било обучено за деловање у случају хаварије. Када се она де-сила, није постојао систем који је могао да делује у циљу спречавања после-дица, због чега je y року од неколико дана умрло више хиљада људи, житеља овог места, а знатан, далеко већи број, је тешко отрован. Најкарактеристичније је да се ни на научном ни на практичном нивоу нису знале дугорочне после-дице тровања изоцијанатима . Други пример је нешто актуелнији. И поред ем-барга уведеног деведесетих година XX века против Југославије, са лажним декларацијама и уз дозволе одговарајућих иностраних форума, кроз Југослави-ју је 1993. године железницом упућен хемијски отпад у Албанију, где је оста-вљен да стоји у вагонима на колосеку граничне станице према Црној Гори. О последицама по месно становништво Албаније и околину нема података, али је отпад ћутке враћен назад у Немачку.

1.5. ШТЕТНО И ПОВОЉНО ДЕЛОВАЊЕ У разматрањима проблема заштите животне средине често се срећемо са

појмовима штетног, неповољног, токсичног и сличног негативног начина де-ловања, као и, насупрот томе, са повољним, стимулативним и сличним начи-нима деловања. У највећем броју случајева сви ови термини стављају ис-кључиво човека у центар, заборављајући при томе најчешће на остале живе организме. У суштини, сви ови појмови морају да буду примењени на све жи-ве организме, тако да ова разматрања имају општу важност. При томе концен-трација при којој ћe ce јавити штетно или повољно деловање, односно било који ефекат на организам за поједину хемијску врсту зависи и од организма, на шта мора да се обрати велика пажња. Задржимо се зато првенствено на појмовима штетног и токсичног деловања. У овом другом случају ради се ис-кључиво о разним хемијским једињењима, док штетно деловање обухвата и друге начине постизања неповољних учинака.

Токсично деловање преузето је из токсикологије и у заштити животне средине углавном се погрешно користи. Оно обухвата углавном веома брза деловања ниских концентрација различитих супстанција, са леталним исходом или веома тешким оштећењима организма. У суштини, чини само крајње не-


24

повољну тачку у скали штетних деловања хемијских супстанција. Ову скалу чини концентрација одговарајуће хемијске врсте и ефекат који она изазива у одговарајућем организму. Када се ради о супстанцијама које постоје у приро-ди, тај ефекат може да буде позитиван и крајње негативан, а код синтетских супстанција неутралан и негативан, као што је приказано на слици 4.

Слика 4. Деловање супстанцијe на живи организам

1) настале у природи, 2) синтетске.

Недостатак поједине, одговарајуће, хемијске компоненте има мање или више негативан ефекат који се са повишењем концентрације смањује, пролази кроз максимум позитивног ефекта, a потом се опет смањује и поново прелази у мање или више негативан ефекат. Ово може да се види на неколико обичних примера. Свима је добро познато да човек и све аеробне живе врсте опстају и развијају се повољно у ваздуху у коме има 21 одсто кисеоника. Међутим, у чистом кисеонику ови организми умиру – човек за око 10 минута, из чега се лако закључује да је он изразити отров – токсикант. При смањеном садржају кисеоника, а поготово ако недостаје, ефекти су исти – све више се повећава неповољно деловање, до крајњег, леталног исхода.

1. УВОД

25

Недостатак гвожђа у исхрани доводи до обољења због његове смањене концентрације у организму. Међутим, уношење веће концентрације гвожђа у организам довело би и до токсичних ефеката. Или, LD50 (доза која изазива 50 процената смртних случајева) износи за кухињску со, NaCl, 3.320 mg/kg док је за хербицид симазин 5.000 mg/kg. Из овог следи да је кухињска со, неопходна у исхрани, скоро дупло јачи отров од хербицида намењеног за уништавање других живих организама. Зато када се ради о хемијским једињењима или елементима, не можемо да вршимо поделу на токсичне, односно штетне и не-токсичне, то јест оне који нису штетни. О овоме искључиво одлучује концен-трација једињења (елемента), односно доза. Ово је још пре пет векова дефини-сао Парацелсус (1493-1541): Шта значи то отров? Свака ствар је отров (и нема ничега без отрова). Једино доза чини да једна ствар није отров. Неш-то другачија ситуација је са синтетским једињењима, која не постоје у приро-ди. У принципу, она немају повољно деловање. Могу да у најповољнијем случају, при нижим концентрацијама, буду неутрална али при вишим ћe ce одразити њихово штетно деловање. Разлог за ово је веома једноставан. У току еволуције живих организама нису постојала па им према томе нису потребна, што значи да немају позитивно деловање, али неповољно могу да имају.

1.6. ПОЈАВА ЧОВЕКА И ИСТОРИЈА РАЗВОЈА ЉУДСКОГ РОДА Пре мање од десет милиона година, како то пише Сеган К., настала су

прва створења која су веома наликовала човеку, а упоредо са тим дошло је и до спектакуларног повећања мозга. А онда пре свега неколико милиона годи-на, појавила су се прва истинска људска бића.

Појавом човека планета Земља је уједно добила и свог доминантног становника.

Човек је релативно млад житељ планете Земље – с обзиром да се у њен биолошки систем укључио пре нешто више од 3 милиона година. Појавивши се на Земљи, човек је затекао недирнуту природну средину. Његов утицај на постојећу еколошку равнотежу је у почетку био безначајан, пошто је број хо-миноида био занемарљив у односу на број животиња и биљака.

У процесу претварања хоминоида у човека, њихов број се, иако полако, увећавао. У то време је животни век био око 20 година, због чега је и било по-требно милион и по година да би број хоминоида достигао око 5 милиона. Да би се у овом периоду број становника удвостручио било је потребно око 200 година, што је веома дуг период у поређењу са, како се процењује, данашњих 35 година.


26

Људска популација расте током последњих 10.000 година. До њеног драматичног смањивања долазило је периодично и било је узроковано зараз-ним болестима. Бубонска куга узроковала је смрт половине Европљана између 1346. и 1350, док су епидемије до 1700 изазвале смрт једне четвртине станов-ника Европе. Мале богиње и друге болести десетковале су урођенике у Север-ној и Јужној Америци.

Пре 2.000 година број људи процењује се на око 300 милиона. Ова циф-ра је расла полако до времена индустријске револуције када је вероватно била испод 800 милиона.

Наталитет није нарочито растао за време индустријске револуције али су побољшана исхрана, услови становања, одевање и санитарни услови, дове-ли до смањења морталитета, створивши услове за уздизање популације. Из-међу времена Христа и 1760. године, број становника на свету се удвостручио. Број се удвостручио и у 150 година које су следиле, а данас се у многим зем-љама удвостручава сваких 35 година.

На слици 5 илустрован је пораст становништва последњих 350 година.

Слика 5. Пораст становништва

На почетку XX века број становника на свету износио је 1,6 милијарди, а средином истог века, на Земљи је већ живело 2,5 милијарди људи.

При крају Другог светског рата, који је завршио са 55 милиона мртвих, живело је на Земљи 200 милиона људи више него на почетку рата.

Године 1987. број становника износио је 5 милијарди, а 2000. године 6 милијарди. Пораст становништва последњих 50 година је једнак укупном по-расту од прве појаве људске врсте до 1950. Према проценама Уједињених на-

1. УВОД

27

ција 2030. године доћи ће до пораста за још 5 милијарди становника. Од овог додатог броја 95% или 4,75 милијарди родиће се у сиромашним земљама.

Један је демограф израчунао пре око 20 година, да ако би се становниш-тво даље намножавало садашњим темпом у свету за неких 500 година не би људи имали више места да се крећу, ни да легну, само би било места за стаја-ње на целом копну кугле земаљске. Значи, људи би могли само стајати једни уз друге, као сардине, не би било другог простора. Но друга једна прогноза, реалнија с обзиром на смањени наталитет, предвиђа да се до 2050. наталитет доведе до 0, тако да ће се отприлике рађати људи колико и умире. А у Европи већ има 15-ак земаља где је наталитет у минусу, испод нуле, што значи да ви-ше људи умире него што се рађа.

Човек је најпре боравио у шумама (отуда природна наклоњеност према њима), а затим је кренуо даље, откривајући нове средине живљења.

Уздигавши се над животињским светом, човек је започео нарушавање средине која га је окруживала, и која је у недирнутом облику представљала богат извор хране и енергије и тиме обезбеђивала све услове за живот човека. Међутим, појава човека у природној, још ненарушеној, средини пре 3 милиона година није довела до битнијих промена у првим хиљадама година. У облас-тима насељеним хоминоидима количина отпадака била је мала и није предста-вљала озбиљно оптерећење за природну средину, а када би неко племе осети-ло да је преко мере нарушило животну средину, долазило је до сеобе на ново место живљења. Може се према томе рећи да су номади били нека врста првих уништитеља природе. Они су додуше привремено боравиште сматрали својим али су га напуштали када је природа била исцрпљена или ако им подручје из неких других разлога није одговарало.

Мењање средине употребом каменог оруђа и ватре људи су започели пре више од милион година. Постоји теорија да је лов убрзао изумирање неких врста чак и у каменом добу.

Са развојем сточарства, дејство на природу поприма значајнији карак-тер. Испаша већих стада на пашњацима допринела је промени у биљном свету и истискивању биљоједих животиња са њихових станишта. Примитивне пас-тирске заједнице наносиле су чак и већа оштећења. Не поседујући ни један начин транспорта, плашећи се крда дивљих животиња која су заштиту налази-ла у шумама, примитивни пастири су настојали да домаће животиње држе што је могуће ближе сопственом насељу. Уз то ове патријархалне заједнице мери-ле су свој статус величином стада. Као последица ова два фактора, пастири су претеривали са величином стада, што је узроковало сечу шума због потребе


28

проширивања пашњака и обезбеђења дрва за ложење. Деградација, па чак и десертификација великог простора у Централној Азији и Средњем Истоку, сматра се резултатом активности сточара током хиљада година.

Припитомљавање животиња и узгајање биљака пре неких 10.000 година у Азији, на Средњем Истоку и Централној Америци обележило је почетак ду-боког померања од лова и окретања ка пољопривреди. То је дало вишак хране који је дозволио развој градова и цивилизације и пораст броја људи. Не посто-ји начин да би се установило колико је људи живело тада, али постоје процене које говоре о броју између 4 и 5 милиона на почетку развоја пољопривреде.

Почетак бављења земљорадњом означавао је уједно и насељавање одаб-раних подручја која су пружала најповољније животне услове. Становници сталних насеља сами су бринули о уништавању отпадака које су обично одла-гали у јаме ископане у околини насеља. Овакав поступак са отпацима је, с би-олошке тачке гледишта, у потпуности омогућавао одржавање постојеће при-родне равнотеже. У то време, у самој близини насеља најопаснији отпаци били су фекалије људи и животиња које су услед непажње, често доводиле до за-гађивања водотокова и површинских слојева тла. У овој етапи развоја људског друштва, долази до крчења и спаљивања шума како би се дошло до површина неопходних за узгајање биљака, као и до стварања иригационих система што је променило крајолике на местима боравка људи. Ту ваља приметити да је човек тек са ватром, коју је почео користити на средњем степену дивљаштва, добио разорну моћ која се показала веома снажном при крчењу шума. У почетку је човек користио природну ватру, а касније је открио да ватру може добити трењем два штапића или помоћу кремена. То је било оригинално рево-луционарно откриће, по значају равно проналаску точка. Ослобађање од ис-конског страха од ватре, који постоји код свих врста животиња и који влада њима, омогућило је човеку да сиђе са дрвета и почне да живи у пећинама, да се размножава и проширује по Земљиној кугли. Наиме, ватра је људски живот учинила значајно удобнијим па је између осталог и храна припремљена на ва-три била укуснија и безопаснија и знатно је допринела смањивању броја епи-демија. Међутим, примена ватре и њено савладавање сматра Николсон М., мора се самим тим сматрати првим напретком људске технике којa је омо-гућила груби напад на средину у којој је човек живео. Нема никакве сумње да би прогрес човечанства био немогућ без открића ватре које многи сматрају највећим проналаском свих времена.

Развој пољопривреде унео је још драстичније промене у природну жи-вотну средину. Она је захтевала нове земљишне површине што је убрзало спаљивање шума. Примитивне ратарске методе су брзо исцрпљивале земљиш-

1. УВОД

29

те што је приморавало ране пољопривреднике да напусте обешумљене прос-торе и да спаљују нове шуме. У древном Египту оваква пракса претворила је плодно земљиште у пустињу и на крају ограничила пољопривреду на обале реке Нила.

У Северној Африци је рашчишћавање подручја под шумама и примена интензивних метода култивације од стране Римљана, довело до погоршања плодности земљишта које се због тога није могло опоравити. Крчење шума смањило је могућност задржавања воде што је створило услове за ерозију и замену земљишта стенама и песком. После пада Римског Царства долазак цен-трално афричких племена са козама и овцама довршио је деструкцију земљи-шта које је некада било плодно и богато.

Пре почетка развоја пољопривреде и сточарства 65% површине Грчке су покривале шуме. Крчење шума великих размера и интензивна пољопривре-да деградирали су већи део земљишта до те мере да је онo посталo погоднo само за испашу стада коза, које су будући способне да извлаче траву заједно са кореном, учинили земљиште подложно ерозији. Много пре стизања индус-тријских година, Грчка је постала опустошено, девастирано земљиште са свега 2% обрадивих површина од оних које су постојалe у древним временима. Од око 45 милиона квадратних километара пустиња у свету, људска активност у пре-индустријској ери допринела је настанку 9 милиона квадратних километа-ра, што је равно површини Европе.

Пољопривредне активности имале су за последицу смањење дотока во-де и повећање ерозије земљишта што је имало снажан утицај на биљни и жи-вотињски свет. Северна Африка је некада, у доба Римљана, била права житни-ца и у њој су Картагињaни налазили довољно дрвета за изградњу бродова.

Код једних животиња које су остале без традиционалних места преби-вања дошло је до знатног смањења броја па и до ишчезавања, док је код дру-гих дошло до размножавања у броју у којем су оне постале штеточине.

Први забрињавајући знаци загађивања јавили су се почетком процеса урбанизације, а испољавали су се у нарушавању самоочишћења земљишта и погоршању биолошке вредности подземних вода. Разни отпаци и фекалије, услед непостојања водоводне мреже и одговарајућег система канализације, нису само погоршали филтрационе особине тла, већ су узроковали и угинуће микроорганизама учесника у минерализацији. Исто тако, допринели су и за-гађивању подземних вода, о чијем квалитету није тешко закључити ако се има у виду да су се становници средњовековних градова углавном снабдевали во-дом из релативно плитких бунара.


30

У историји људских насеља могу се довољно јасно разликовати четири значајна периода:

У првом периоду названом период Адама, човек је саставни део природе. Он се бави ловом, риболовом и скупљањем хранљивих биљака. У овом перио-ду нема ремећења природних циклуса. Густина настањености је 0,2 човека по квадратном километру.

Други период је познат као неолитска еволуција. Структура људских на-сеља у њему састојала се у малим ратарским заједницама. Земља, као зајед-ничка својина, обрађивана је и одржавана у складу са природним законима што је допринело одржавању еколошке равнотеже. Једини поремећај у приро-ди огледао се у одабирању и селекцији неких биљака и припитомљавању жи-вотиња. Густина настањености кретала се од 5 до 50 становника по квадрат-ном километру.

Деградација природних извора је један од два велика проблема везана за животну средину коју узрокују људи. Интензивна култивација, понекад ком-бинована са крчењем шума и наводњавањем из оближње реке води до дегра-дације земљишта, што је повезано са нестанком великих цивилизација као што су Кинеска, Месопотамска, Египатска, Северно Афричка, Грчка и она у Цен-тралној Америци. Други проблем је загађивање. Отпаци људи и њихових до-маћих животиња угрожавали су воду за пиће хиљадама година. Нагомилавање отпадака у било којој области превазилазило је могућност природе у погледу безбедне детоксификације. Индустријски отпаци гомилају се стотинама годи-на. Радници у рудницима и топионицама живе и олова још од римског доба патили су од озбиљних здравствених ефеката с обзиром на то да су оба метала неуротоксини. Олово ослобођено из топионица се раширило и исталожило широм света па је нађенo и у леденим наслагама на Гренланду 2.000 година касније. Римљани су заслађивали своје вино олово-ацетатом не знајући да тако оштећују своје здравље.

Трећи период јесте феудални. У њему ратари напуштају своја села или због трагања за плоднијом земљом или под инвазијом страних номадских племена. У феудалном периоду се јасно издвајају две врсте насеља: село и град. Град којег настањују племићи и занатлије у погледу прехране станов-ништва је зависан од села. Са друге стране село је везано за град као за тржи-ште својих производа, а подређено је и у административном и економском смислу јер плаћа порез. Све то води појачаној експлоатацији пољопривредног земљишта, па је човек да би дошао до нових плодних површина приморан да крчи шуме. Природна промена времена довела је Европу и област Северног Атлантика у топлији период око година 600 и 1400. То је омогућило Нордиј-

1. УВОД

31

цима да населе Исланд, Гренланд и Њуфаундленд. Мали климатски оптимум или средњовековни топли период је праћен малим леденим добом од средине четрнаестог до средине XVIII века када су сурове зиме отерале нордијске на-сељенике. У средњовековној Европи потражња за дрветом тако је порасла да су законом морале да буду заштићене неке шуме од Венеције до Енглеске.

Загађивање ваздуха услед сагоревања дрвета и угља било је довољно ја-ко да допринесе регулативи контроле загађивања ваздуха. Постоје записи о премештању краљевских породица из једног замка у други да би се избегли густи димови настали сагоревањем дрвета. Едвард I је забранио сагоревање угља у Лондону када је парламент заседао. Године 1661, индустријске емисије су се прошириле Енглеским каналом између Енглеске и Француске, оштећују-ћи биљке и људе што се може сматрати најранијим записом о загађивању ваз-духа на даљину.

Четврти, капиталистички период карактеришу велика културна и научна достигнућа. Повећава се бројност људских насеља због досељавања сеоског становништва услед повећане индустријализације.

Значајну прекретницу којом је убрзан темпо загађивања животне среди-не, означила је индустријска револуција започета у XIX веку. Уместо локал-ног, индустријски развој је довео до глобалног загађивања токсичним матери-јама и разним финалним производима, представљајући први корак ка неповра-тној измени животне средине. Индустријска револуција је термин који се упо-требљава за описивање технолошких и економских промена које су најпре захватиле Велику Британију а касније и Западну Европу и САД у XVIII и XIX веку. Она је укључила померање економије засноване у великој мери на зем-љорадницима, трговцима и занатлијама на ону засновану на индустрији. То је довело до повећане употребе фосилних горива, веће потрошње природних из-вора, и дало као резултат загађивање животне средине и осиромашење сиро-вина.

Свако објашњење кризе животне средине садржи у себи упућивање на технологију. То је разумљиво с обзиром на то да човечанство интерагује са природом посредством продукције засноване на технологији. Али, погрешно је технолошки развој прогласити главним непријатељем животне средине. Ис-тина јесте да многи технолошки процеси и нове врсте производа доприносе интензивном загађивању у индустријским земљама. Међутим, с друге стране, исти технолошки прогрес креира и многе могућности за спречавање загађења животне средине кроз обраду отпадака и економичнију употребу сировина.


32

Утопијски звучи апел за забрану модерне технологије како би се сачувала и поново успоставила природна равнотежа у биосфери. Свака људска активност неизбежно нарушава ову равнотежу. У ствари активност сваког об-лика живота доводи до промене природне животне средине. Садашње стање наше планете (кисеонична атмосфера, седиментне стене, итд.) настало је услед постојања живота на њoj.

Овај кратки преглед, цртице из историје развоја људског рода, несум-њиво указује на доминантну улогу човека у промени животне средине и о по-требама његовог учешћа у заштити исте.

1.7. ЗАШТИТА ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ И ЕКОЛОГИЈА Под животном средином се подразумева одређен простор са свеукупним

утицајима који на жива бића (биљке, животиње, људе) делују на оном месту на коме они живе и без којих би њихов опстанак био немогућ. Управо полазе-ћи од значаја средине која пружа услове за живот, људи су уочивши опасност која се над њом надвила, предузели кораке са циљем њене заштите.

Термин заштита животне средине почетке налази у термину заштита природе који је уведен међународном конференцијом о заштити природне средине одржаној у Берну (Швајцарска) 1913. године.

Крајем XIX и почетком XX века када је дејство човека на природу носи-ло још увек локални карактер, под заштитом природе подразумевало се очу-вање појединачних природних објеката њиховим изузећем из привредне упот-ребе. У сагласности са овим, облик заштите природе сводио се на стварање забрана, на забрану лова ретких животиња, заштиту природних лепота, итд.

У каснијем периоду, ширењем размера и дубине деловања човека на природу, наведене мере заштите показале су се недовољним. Под заштитом природе почело се подразумевати не само очување неких објеката већ и заш-тита и рационално коришћење свих природних извора и могућности окружу-јуће природне средине, једном речју биосфере.

За разумевање места човека као дела животне средине, потребно је са-гледавање основних интеракција неког организма са животном средином. Ово се проучава у дисциплини познатој као екологија. Екологија је наука која се бави проучавањем интеракција између живих система и њихове животне сре-дине. Први принцип екологије је да сви живи организми имају текући и кон-тинуални однос са сваким другим елементом који изграђује њихову средину. Један екосистем може се дефинисати као било која ситуација у којој постоји интеракција између организама и њихове средине. Живи организми и нежива

1. УВОД

33

материја са којом међусобно реагују изграђују екосистем. Екосистем се састо-ји из два ентитета, укупности живота (званог биоценоза) и средине у којој жи-вот постоји (биотоп).

Екологија је самостална наука која проучава односе живих бића и спо-љашње средине, као и односе који постоје између самих бића. Она представља теоретску, природно-научну основу заштите природне односно животне сре-дине. Животном средином једноставно говорећи може се сматрати насељени део Земљиног простора у коме је могућ опстанак одговарајућих живих бића.

1.8. ВАСИОНА И СУНЧЕВ СИСТЕМ Изучавање процеса загађивања природе у основи је врло сложен поду-

хват. Заснива се на проучавању утицаја низа елемената и хемијских једињења органског или неорганског порекла на природу и човека. To обухвата проуча-вање процеса преображавања и распадања (деградације) свих природних про-извода, биогених или абиогених, и захтева познавање извора загађивања, са-мог процеса загађивања и последица које настају током загађивања, односно познавање процеса деградације околине у оквиру које се процес загађивања одвија.

Савремена наука указује да су многе материје већ и у изузетно ниским концентрацијама веома штетне. Међу тим штетним материјама истиче се низ елемената периодног система, међу којима и тешки и токсични метали. Често су и ниске концентрације ових метала довољне да угрозе природу и човека. Обично су сразмерне нивоу распрострањености тих елемената у природи, а тај ниво дефинисан је законитостима и давно минулим процесима, које треба об-јаснити како би се створила општа слика међусобне зависности особина еле-мената, њихове концентрације у Универзуму и на Земљи, процесима настанка наше планете, распрострањености елемената на њој и живог света који се раз-вио као последица услова које је обезбедила нежива материја.

1.8.1. Сунчев систем и Земља

У експлозији, заправо муњевитој експанзији, познатој као Велики пра-сак или биг банг пре око 15 милијарди година (можда и 20) настала је васиона практично из големе усијане лопте енергије и материје која је имала неслућено велику густину. Неки чак сматрају можда и бесконачну.

Наш Сунчев систем вероватно је, пре више од 6 милијарди година, нас-тао од огромног облака космичких гасова и прашине који су били последица тог праска. Највећи део тог облака постало је Сунце, које се углавном састоји од водоника, најпростијег и најлакшег елемента.


34

Око Сунца се окретао вишеструки прстен од прашине и гасова. Он се делимично састојао од елемената много тежих него што су водоник и хелијум; то су били крајњи продукти спајања атома у звездама на температури од преко 3 милијарде степени.

У почетку је тај прстен личио на прстенове око Сатурна. Касније се раз-био у мање спирале, које су се скупиле, услед узајамног привлачења материје, у лопте, а најзад су од њих постале чврсте планете и њихови сателити. Сасвим је вероватно (мада није сигурно) да су те планете, када су се коначно образо-вале, биле сасвим охлађене.

Земља је кондензацијом и агломерацијом материје настала пре око 4,5 милијарде година.

Међутим, ако је Земља и била хладна када се из облака космичке мате-рије згуснула у чврсту лопту, вероватно није дуго остала таква, него се загре-вала услед компресије и радиоактивности, те је дошло до стапања средишта Земље. Тако је дошло до постепене диференцијације на језгро, омотач и кору Земље.

Новим хлађењем (хлађење је трајало стотинама милиона година) се пос-тепено појављује атмосфера и веома значајна хидросфера, тако да се појавило и прво копно.

1.8.2. Хемијски састав свемира, Сунчевог система и Земље

Састав и распрострањеност елемената у небули сунца утврђени су на основу испитивања метеорита, емисионих и апсорпционих спектара тела која се крећу у нашем сунчаном систему, на основу испитивања космичке прашине и коначно, на основу састава узорака донетих са Месеца.

Водоника и хелијума има највише, затим угљеника и кисеоника, потом магнезијума и силицијума, a од средње заступљених елемената истичу се гвожђе и никл. Зашто гвожђа има тако много у односу на друге средње тешке елементе, сада је сасвим јасно. Повећана концентрација олова такође се може једноставно објаснити. Олово се налази на крају готово сваког радиоактивног низа па се оно нагомилавало распадањем нестабилних (радиоактивних) елеме-ната, тежих од њега.

Расподела елемената у свемиру указује сасвим јасно зашто неких елеме-ната на Земљи има више, а неких мање и зашто се неки називају макроелемен-тима, а неки само елементима у траговима. Такође указује и на чињеницу да су и многе истине и законитости у природи условљене процесима који су се одиграли пре много милијарди година.

1. УВОД

35

Из упоредне релативне заступљености елемената у свемиру (универзу-му) и на Земљи – у литосфери, Земљиној кори, атмосфери, хидросфери и био-сфери (слика 6) виде се разлике у заступљености елемената. Тако, на пример, литосфера и Земљина кора обилују средње тешким и тешким елементима, док хидросфера, атмосфера и биосфера садрже лаке елементе. Суштина ових раз-лика објашњава се диференцијацијом елемената, односно процесима који по-већавају или смањују садржај елемената у овим сферама, односно њиховим деловима.

Слика 6. Релативна распрострањеност појединих елемената у свемиру

и на Земљи изражена у %

1.8.2.1. Литосфера Материјал од кога је настала Земља, односно литосфера, је највероват-

није био у чврстом стању још пре 4,5 до 5 милијарди година, дакле и пре нас-танка Земље.

Старост литосфере задире у време архаика. Постанак литосфере је тесно везан са настанком Земље и тешко је реконструисати до детаља њен развој. Настала је од коре протоземље, која је оформљена пре око 4,5 милијарди го-дина. Температура која је владала на протоземљи вероватно је у почетку била око 2.000 °С на површини и виша у средишту. Извори енергије били су проце-си кондензовања материје услед гравитационих сила и нуклеарних процеса који су омогућили да се средиште Земље стопи. Тако стопљена материја пос-тепено се раздвајала на језгро, омoтач и кору Земље. Накнадне и снажне вул-канске активности и превирања омогућили су да се оконча раздвајање Земљи-


36

не коре од омотача. Тек после тог процеса започела је права еволуција литос-фере. У прво време, док су вулканске активности биле изузетно учестале и док се није оформила стабилна Земљина кора, састав литосфере био је сличан лави од које је настајала кора. Хлађењем се постепено појављују атмосфера и веома значајна хидросфера, тако да се појавило и прво копно. У интеракцији између хидросфере и литосфере почиње да се одвија раздвајање материје на површи-ни Земље. Вода реагује са вулканским базалтним стенама, хемијски их мења и самим тим мења састав Земљине коре. Динамика процеса, руковођена фи-зичкохемијским законима, изазива стварање првих седимената, неорганске материје која се исталожила из воде. Магматске стене на које је деловала вода знатно су измењене и деградиране. Од првобитних високотемпературних вул-канских стена које нису садржале воду постепено настају секундарни минера-ли и стене који у свој матрикс уграђују воду, стабилније су на нижим темпера-турама, и постепено замењују примарне стене. Овај процес још траје.

1.8.2.2. Хидросфера Еволуција хидросфере је дуго трајала. Сматра се да је процес настанка

мора и океана започео тек онда када се површина Земље довољно охладила да је на њој вода могла да се задржи. Млади океани су садржали само око 1/10 количине воде коју океани данас садрже. Вулканском активношћу, пореклом из врелих извора и фумарола, постепено се на пoвршини Земље појављивала јувенилна вода која је постепено допуњавала океане и мора. Све то је у ствари било део једног великог процеса диференцијације материје на Земљи. Обим ових процеса још је недовољно разјашњен. Претпоставља се да су океани и мора посебно надошли током прекамбријума, а да су данашње размере дости-гли током камбријума. Такође се, на основу палеонтолошких података, прет-поставља да је садржај соли, посебно хлорида, у морима и океанима био и ос-тао готово исти до данашњих дана.

Још једна важна констатација се односи на парцијални притисак воде у време настанка океана. Све док је температура Земљине коре била изнад 374 °С, није се могло очекивати да је на Земљи падала киша, с обзиром да је поменута температура била изнад критичне тачке воде. Са постепеним падом температуре испод критичне тачке и ниже, долази до првих кондензација воде и падавина, али без задржавања воде на површини Земље. To je ипак било до-вољно да вода одигра важну улогу у процесима растварања и поновног тало-жења појединих растворних соли које су се налазиле на површини Земље. У то време је циркулација материје између литосфере, тек створене хидросфере и атмосфере била најснажнија. Обим и снага ових процеса не може да се упоре-

1. УВОД

37

ди ни са једним данас познатим процесом, сем оних који се одвијају током интеракције усијане лаве и морске воде.

Данас постоје контраверзна мишљења у односу на киселост праокеана. Једни су мишљења да су на pH праокеана превасходно утицали кисели оксиди и друге супстанције (СО2, H2S, SO2, HCl и други), па је зато, по њима, праоке-ан био кисео. С временом, услед интеракције киселих киша и стена на копну, океан се неутралисао јер су се са копна постепено испирале алкалне компо-ненте. Оне су градиле соли које су се таложиле у облику седимената на дну океана. Други верују да је океан био алкалан (pH 8-9). Настао је интеракцијом киселих оксида растворених у води и алкалних раствора који су се сливали са копна. Оно је претежно било изграђено од базалтних стена, које су биле извор алкалних и земноалкалних метала растворених у води.

Данас само 28 одсто од укупне Земљине коре није стално прекривено водом или ледом. To значи да ови делови Земље нису изложени активном деј-ству воде која утиче да се њена кора стално мења. Услед интеракције воде и Земљине коре долази до растварања материје и до њеног поновног таложења. Новонастале формације зову се седименти. Седименти су мање базни него ба-залтне стене, што значи да су сви системи на Земљи тежили да се приближе неутралној вредности. Пошто је pH мора данас између pH вредности 7 и 8, сматра се да је киселост мора и океана дуго остала непромењена. Разлог је ус-постављена киселинско-базна равнотежа између електролита литосфере и хи-дросфере, односно гасова у атмосфери, при чему су седименти били основни „пуфер” који је одржавао и још одржава успостављену равнотежу.

1.8.2.3. Атмосфера Атмосфера је на Земљи постојала пре хидросфере, мада се сматра да је

примарна атмосфера протоземље нестала у свемиру. Секундарна атмосфера се значајно разликовала од данашње и настала је као последица развијања гасова из Земље. Потврда претпоставке о губитку примарне атмосфере и настанку секундарне атмосфере нађена je y садржају племенитих гасова на Земљи и у свемиру. Концентрација ових гасова је неколико редова величине нижа на Зе-мљи у односу на свемир. Губитак племенитих гасова са примарном атмосфе-ром био је ненадокнадив за Земљу, тако да се он одразио и на састав атмосфе-ре која је настала после примарне.

С обзиром да је секундарна атмосфера настала од гасова пореклом из Земље, током вулканских активности и сличних појава, претпоставља се да је била редукциона. Примера ради, и данас из солфатара избијају гасови из ду-бине земље, али никад не садрже чист слободан кисеоник, већ СО2, Н2S, Н2,


38

СН4 и друге компоненте које недвосмислено дефинишу редукционе услове. Основни састојци секундарне атмосфере били су водоник, метан, амонијак, водена пара и племенити гасови.

Површинска температура Земљине коре током њеног стварања вероват-но се кретала у интервалу од 200° до 1.000 °С, што говори да је била довољно висока да потпомогне бројне хемијске реакције. Снажно дејство ултраљу-бичастих зрака стварало је ОН-радикале из воде, који су постепено реаговали са метаном и амонијаком, тако да се секундарна атмосфера постепено мењала. Од амонијака се стварао азот, а од метана угљеник(II)-оксид, а касније и угље-ник(IV)-оксид. Угљеник(IV)-оксид је реаговао са водом и металима у води па се постепено таложио као карбонат у седиментима мора и океана. Уз ове про-цесе стварали су се у мањим количинама и молекули прекурсори неопходни за стварање живота за Земљи.

У секундарној атмосфери концентрација кисеоника била је у почетку изузетно мала. На основу података добијених из седимената, а и уз помоћ ис-питивања фосилних остатака, претпоставља се да су се први услови за ствара-ње живота на Земљи стекли пре око 3,5 милијарди година. Зато се може рећи да је у раном прекамбријуму атмосфера била још редукциона.

Геолошка и палеонтолошка испитивања не налазе поуздане податке о постојању слободног кисеоника у атмосфери у периоду пре милијарду година. Несумњиво је да су се први услови за стварање кисеоника оформили још пре две милијарде година, али то се услед спорости еволуције Земље и живота ис-пољило тек пре милијарду година, зашта данас већ има доказа. Концентрација кисеоника, која је и данас присутна у атмосфери, достигнута је од пре мили-јарду до 600 милиона година, односно почетком камбријума. Ова данашња, оксидациона атмосфера на Земљи је у ствари, гледано кроз развој атмосфере, терцијарна атмосфера Земље. За настанак терцијарне атмосфере одговорни су живи организми који су трошили СО2, а ослобађали О2.

Од секундарне атмосфере из прекамбријума, која је садржала водоник, метан, амонијак и воду, до данашње, терцијарне, атмосфере која садржи кисе-оник и азот, требало је да протекне нешто мање од две милијарде година.

1.8.2.4. Биосфера Настанак и порекло биосфере заправо подразумевају питање настанка

живота. Еволуцијом Земље, пре око 3,5 милијарди година, секундарна атмос-фера полако почиње да се трансформише под дејством воде и ултраљу-бичастог зрачења. Метан и амонијак, под дејством воде и ОН-радикала, граде разна једињења, међу којима се могу препознати први претходници живота

1. УВОД

39

као што су НСООН, NH2-радикал, HCN, СО2, С2Н6, СН4, NH3 и други. У међусобним реакцијама ових прекурсоpa y чврстој, течној или гасној фази на-стају аминокиселине и масне киселине, незасићени и засићени угљоводоници и хетероциклични угљоводоници. Међусобне реакције поменутих прекурсора потпомогнуте су топлотом, електричним пражњењима, UV зрацима, β и γ зра-цима и Сунчевом светлошћу. Од настанка ових једноставних органских моле-кула значајнијих за живот у време прекамбријума требало је да протекне око две милијарде година, током којих су се ови молекули комбиновали и услож-њавали са мање или више успеха, док се није створила протоплазма која је била способна да се саморепродукује. Tor момента започиње живот на Земљи.

Налазећи се пред проблемима како разјаснити настанак и развој живота на Земљи, може се закључити да је први проблем настанка данас још тежи од другог проблема интерпретације развића живота, који је успешно разјаснила теорија еволуције употпуњена дарвинистичким схватањима. Савремена наука још не може да објасни нити експериментално да докаже, чему иначе тежи, процес настанка протоплазме.

Од експериментално сачињених простих органских молекула значајних за живот до самог живота данас постоје само теорије и хипотезе. Све оне по-лазе од претпоставке да је живот са термодинамичке тачке гледишта неентро-пијски процес – процес који од неуређених малих молекула, уз помоћ фото-синтезе, изграђује сложене и уређене биопроизводе, угљене хидрате, a посре-дним путем и масти. Поред ових, ћелија од простих аминокиселина изграђује сложене беланчевине, од једноставних нуклеида рибонуклеинску и дезоксири-бонуклеинску киселину, као највреднији материјал који ћелија може да садржи.

Могло би се рећи да са моментом настанка живота на Земљи отпочиње и проблем загађивања и негативног утицаја штетних елемената и зрачења на живу материју. Која је била концентрација тих елемената и како су они утица-ли на живи свет, тешко се може рећи. Врло је вероватно да се жива материја добрим делом прилагодила условима средине и да је многе елементе који су у почетку за њу били штетни употребила за свој даљи развој.

Тиме је живот на Земљи највећим делом, услед своје велике прилагод-љивости, знатно смањио број потенцијалних штетних агенса или развио меха-низме да се од појединих успешно брани.

У новије време општа теорија еволуције живота обухвата врло много распрострањену теорију самоорганизовања биомолекула. Сви еволуциони процеси су последица великог низа догађаја који имају већу или мању статис-тичку вероватноћу. To значи да је већина путева одвијања неког догађаја


40

значајног за унапређење живота на Земљи могућа, али не и успешна. Сваки успешно одигран догађај током еволуције, као квалитативан, стиче и кванти-тет у спрези са низом мање успешних догађаја. To значи да се стварањем квантитета за успешни догађај штити „информација” о њему, а уједно се изво-ди и одабирање у корист тог догађаја у односу на оне мање успешне. Селекци-ја је дарвинистички појам који се односи само на живи свет и на њега врло значајно утиче. Наиме, уколико се током низа догађаја један истакне као посе-бно успешан и прикладан у еволуционом смислу, информација о том догађају записује се у живој јединки на највишем нивоу, тј. у генетском коду. To значи да ће се жива материја убудуће репродуковати са новим ентитетом. Самоорга-низација система потиче са молекулског нивоа и забележена је на молекул-ском нивоу.

Постојање биомолекула у природи дефинише сасвим одређену групу елемената који граде биомолекуле и без којих биљни и животињски свет не може да опстане. Ти елементи називају се есенцијалним, а међу њих спадају С, Н, О, Na, К, Mg, Cl, Са, N, Р и S, као макро елементи. Поред њих, за живот су потребни есенцијални микроелементи: Co, Cr, Cu, I, Mn, Mo, Se, V, Zn, B, Fe, F, Ni, Si и Sn. Овим елементима супротстављени су неесенцијални и штетни елементи: Cd, Hg, Pb, Tl, Be, Ba, Al, As, Sb, Bi, U, Th и други који угрожавају живи свет. Диференцијација елемената на есенцијалне и штетне последица је дугог еволуционог одабирања и раслојавања на неуспешне и успешне – от-порне животне врсте, тј. оне које преживљавају.

Глобални процес који се одвија током веома дугог периода времена, а који се назива еволуцијом живота на Земљи, посредно је приказан у табели 1 која обједињава време из апсолутне временске скале о старости Земље, рела-тивну старост дефинисану геохронолошким ерама и епохама и, коначно, редо-след развоја одређених животних облика на Земљи.

Из свега се може закључити да је еволуција Земље дуготрајан и конти-нуалан процес који се састоји од низа малих промена које се и данас одвијају. Све те промене заснивају се на физичкохемијским законитостима које се могу применити генерално на све природне процесе који се одвијају на Земљи.

1. УВОД

41

Табела 1. Еволуција живота и ере и периоди у развоју Земље

EPA ПЕРИОД ТРАЈАЊЕ У 106 ГОД. РАЗВОЈ ЖИВОТА

KBAPTAP

Развој човека

KEHOЗОИК

ТЕРЦИЈАР Развој и ширење сисара Последњи диносауруси Први примати KPEДA

Прве скривеносеменице ЈУРА Прве птице

Први сисари Први диносауруси M

EЗОЗО

ИK

ТРИЈАС

Доминација осталих рептила

ПЕРМ Масовно одумирање

Маринских организама КАРБОН Први рептили

ДEBOH

Прве амфибије Први зглавкари Предходнице голосеменица

СИЛУР Прве копнене биљке ОРДОВИЦИЈУМ Прве рибе

П A

Л E

О 3

О И

K

КАМБРИЈУМ Прве хордате ПРОТЕРО3ОИК

ПРЕ КАМБРИ-ЈУМ АРХАИК

0 1,5-2

65 136

195 225

280

345 395

430 500

570 2500 3500 4000

Прве метазое Протозое Први живот у мору Прекурсори живота

1.9. УТИЦАЈ ШТЕТНИХ МАТЕРИЈА НА ПОЈЕДИНЕ СФЕРЕ НА ЗЕМЉИ

1.9.1. Штетне материје у литосфери

Врсте и особине материја у литосфери битно се разликују од оних које се појављују у хидросфери и атмосфери. To cy, пре свега, материје које су пос-тојане у литосфери и воде порекло из ње. Када је реч о штетним материјама, то y основи могу бити средње тешки и тешки елементи периодног система, од


42

којих неки могу да имају изражено токсично, односно радиоактивно дејство. Циклуси кретања тешких и штетних елемената кроз литосферу, па и кроз хид-росферу тесно су повезани са неорганским материјама, њиховом стабилношћу или нестабилношћу, могућношћу да се уграђују у кристалне решетке или да се ослобађају током деградације неорганског матрикса. To значи да се проуча-вање понашања загађујућих супстанција природе пореклом из литосфере зас-нива на физичкохемијским процесима у хетерогеним системима, које чине пре свега чврста фаза, стопљена чврста фаза (течна фаза) и ретко гасна фаза. Под таквим условима органским материјама нема опстанка. Оне су присутне само на површини Земље и зато у процесима и циклусима у литосфери пре свега доминирају неорганска једињења.

Важност литосфере у проучавању процеса значајних за заштиту живот-не средине огледа се у томе што се у њој морају препознати извори загађивања и понашање штетних материја, односно елемената. На тај начин се стварају услови да се образују модели на основу којих се касније може успешно разви-ти заштита животне средине.

Загађујуће материје пореклом из литосфере – неоргански агенси – у ос-нови су неуништиве, па им се зато мора посветити посебна пажња. Људска активност у смислу експлоатације појединих неорганских рудних богатстава управо на то указује. Разне депоније флотацијског отпада, шљака пореклом из пирометалуршких процеса или термоелектрана и депоније радиоактивног от-пада стални су проблем јер су углавном главни извори континуалног за-гађивања природе.

Посебно место у литосфери заузимају каустобиолити (угаљ, нафта и зе-мни гас). Ове материје нису опасне по природу све док се не изнесу на повр-шину земље и не употребе као гориво, али зато продукти њихове индустријске прераде и сагоревања могу бити штетни.

Необично је важно нагласити да су сви процеси који се одвијају током загађивања материјама из литосфере у основи физичкохемијски. Суштина за-гађивања, било из непосредних природних извора, или из депонија неорган-ског отпада, највећим делом је идентична за обе врсте загађивања. Ако се поз-нају физичкохемијске законитости процеса загађивања неорганским матери-јама у земљи, онда се познају и оне на земљи.

1.9.2. Штетне материје у хидросфери

Хидросфера директно комуницира са литосфером, атмосфером и биос-фером. По саставу је веома једноставна: њен основни чинилац је вода.

1. УВОД

43

Међутим, особине воде су такве да она може да раствара низ неорганских и органских материја, које уз помоћ воде круже кроз природу. Вода је агенс који потпомаже процесе деградације литосфере и омогућава мобилизацију и депо-зицију неорганских материја из ње, односно раствара поједине гасове из атмо-сфере који утичу на равнотеже унутар хомогене течне фазе или хетерогену равнотежу литосфера-хидросфера. Посебно важна улога воде је што може да раствара органске материје биогеног или вештачког порекла (оне које је ство-рио човек). Кинетика процеса у води (па и у ваздуху) је знатно бржа од било које кинетике у литосфери (чврстој фази). Мада се може рећи да је процес рас-тварања појединих материја из литосфере веома брз, ти процеси се не могу поистоветити са онима у литосфери.

Посебно важна особина воде јесте да раствара низ материја до одређе-них концентрација, које су неретко изузетно високе у односу на прихватљиве концентрације појединих штетних агенса у течној фази. Међу штетне материје које се могу наћи у води убрајају се растворни облици тешких и штетних еле-мената, хетероциклични и полихлоровани угљоводоници, пестициди, индус-тријске отпадне органске и неорганске материје... Многе од ових материја ди-спергују се у води као колоиди, па је изучавање колоида у воденој средини додатни задатак и проблем за онога ко се бави њеном заштитом.

Коначно, вода је извор живота на Земљи, па је присуство појединих жи-вотних облика, посебно нижих облика живота – вируса, бактерија, алги и про-тозоа (бичари и амебе), често врло опасно по човека, животиње и биљке.

Деградација органских материја биогеног порекла, потпомогнута водом и кисеоником из ваздуха, додатно оптерећују хидросферу, али је важна особи-на ових производа да су и сами деградабилни и с временом нестају, омогућа-вајући процес самопречишћавања хидросфере. За разлику од њих, постоје и такви агенси који су неуништиви, као што су неки растворни облици тешких и штетних елемената и скоро неуништиве органске материје, као, на пример, пес-тициди или неке врсте органског индустријског отпада (боје, лакови и друго).

1.9.3. Штетне материје у атмосфери

Колико је атмосфера сложенији или једноставнији систем од хидросфе-ре, тешко је проценити. Иако се понекад сматра да је хомогена, она је у основи веома хетерогена јер у себи, поред гасова, носи и честице прашине, воде и других материја.

Штетне материје могу да се у атмосферу емитују непосредно из приро-дних извора, на пример, из вулкана и фумарола, еманацијом из Земљине коре


44

(Hg или Rn), током пожара у шумама, деградацијом низа органских материја у води или земљиштима итд. Све те материје заједно нису толико опасне колико су у последње време постале опасне материје које ствара човек, почев од вре-мена индустријске револуције до данас.

Суштина процеса загађивања атмосфере састоји се у промени хемијског састава у одређеним слојевима атмосфере, промени њених апсорпционих ка-рактеристика у односу на неке врсте зрачења које доспевају из свемира и про-мени циркулације ваздуха на Земљи и садржаја воде у атмосфери уопште.

Последице промена у атмосфери се највише огледају у промени климе, тј. температуре, што директно утиче на промену температуре вода и режима падавина и даље, на промене у литосфери. Ове се огледају у промени хемиј-ског састава и равнотеже у хидросфери и промени pH и електрохемијског по-тенцијала (Eh) вода, односно у убрзаној деградацији литосфере, хемијској и физичкој, као што је појава ерозије, убрзано распадање стена и хемијска изме-на земљишта.

Штетне материје, било да су природног или вештачког порекла учеству-ју у процесима чија је последица измена (деградација) атмосфере, нестајање озонског стратосферског омотача, повећање садржаја угљеник(IV)-оксида и озона у тропосфери.

У процесима измене атмосфере подједнаку улогу имају неорганске (SO2, NOX и друге) и органске материје (метан, полихлоровани угљоводоници и други).

За процесе деградације у природи посебно је важна хетерогена равноте-жа киселог оксида СО2 у атмосфери, НСО3

– јона у хидросфери и СО32– у обли-

ку карбоната у литосфери. Ова равнотежа најбоље описује сву комплексност и повезаност литосфере, хидросфере и атмосфере на Земљи.

1.9.4. Штетне материје у биосфери

На ток еволуционих процеса у природи утицао је низ фактора и матери-ја, међу којима су несумњиво били и они који су ометали или чак угрожавали настанак и развој живота, тако да се могу с пуним правом назвати загађујућим супстанцијама животне средине тадашњег живог света. Неке супстанције које ми данас препознајемо као загађујуће супстанције биле су присутне у природи и у моменту настанка живог света, али су еволуциони процеси омогућили да се живи свет прилагоди природном нивоу загађујућих супстанција, тако да се он развијао под таквим условима и уклопио у опште услове равнотежа и тока материје. Такође је чињеница да су неки елементи без којих се данас не може

1. УВОД

45

замислити живот (кисеоник на пример) у почетку њихове појаве представљали загађујуће супстанције за тадашње организме и страну материју у редукционој атмосфери. Тек са појавом човека и развојем технологије и индустрије нару-шавају се успостављени природни односи. Данас се суочавамо са опасношћу од пробијања капацитета природе, односно, животне околине у односу на производњу по природу штетних и непожељних материја. Овакве диспропор-ције отварају низ питања на која човек мора да одговори: какви су то техно-лошки процеси и која је то урбана организација која је одржива у природи; на који начин се убудуће мора управљати тековинама човечанства, а да оне прес-тану да угрожавају природу и самог човека?

Појам штетних материја у биосфери је доста проблематичан. Биосфера сама по себи емитује материје које могу да буду штетне за једну врсту биљака и животиња, а корисне за друге. Могло би се рећи да врло сложени ланци ис-хране у одређеним екосистемима ове сукобљене чиниоце у природи врло ус-пешно помирују. Утицај штетних материја на биосферу подразумева у најве-ћем броју случајева утицај абиогених материја на биосферу, што има за после-дицу тровање живих организама, тератогена, мутагена и канцерогена дејства.

Последице дејства токсичних материја на биосферу и човека су евиден-тне, али се не смеју изједначити промене у живим организмима изазване дејст-вом штетних материја изван биосфере и патогене појаве и обољења која се развијају услед интеракције између живих организама у биосфери (утицај ви-руса и бактерија на више организме и друго), што спада у домен биомедицин-ских наука у класичном смислу.


46

47

2. ЛИТОСФЕРА

2.1. СТЕНЕ

2.1.1. Магматске стене

Кристализацијом магме настале су магматске стене (табела 2) као и ми-нерали. Њих има више врста, зависно од услова при којима су настали. Састав појединих стена зависи од порекла и температуре њиховог настанка. Постанак стена и минерала је сложен процес и у посредној или непосредној вези је са процесом диференцијације магме. Стене чине одређене асоцијације минерала. У магматски тип стена спадају вулканске стене које такође настају хлађењем истопљене магме изливене на површински слој литосфере.

Табела 2. Врсте магматских стена

нефелин, сијенит, гранит, гранодиорит кварцдиорит, диорит, габро

оливин, габро, перидотит, дунит

Хемијски састав магматских стена чини одређен број елемената заступ-љених у значајном проценту, што може да се види из табеле 3 за поједине врс-те дубинских магматских стена.

Сем тога, свака магма носи са собом низ микроелемената у облику ок-сида и сулфида. У граниту, гранодиориту, кварцдиориту и диориту концен-тришу се следећи елементи: Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ge, Sn, O, Pb, As, Sb, Bi, Nb, Ta, S, Se, Te, Mo, W, U, Fe, Co i Ni. У габроима и пироксенитима концен-трују се: S, Fe, Co, Ni, Cu, Ti, V, Cr и платински метали. У алкалним стенама (стене које имају повишен садржај K и Na) концентрују се Na, Ca, Sr, Ba, Cs, ретке земље Ti, Zr, Hf, P, Nb, Ta, F, Cl, Fe, Mn i C (угљеник у облику карбона-та).

Више је него јасно да су магматске стене основни носиоци елемената са штетним дејством у природи. Ове елементе магма доноси из утробе Земље. Процесима деградације магматских стена они се постепено ослобађају и шире у природи.


48

Табела 3. Хемијски састав појединих врста дубинских магматских стена у тежинским % оксида [10]

Оксид Перидотит Габро Диорит Монцонит Гранодиорит Гранит SiO2 43,54 48,36 51,86 55,36 66,88 72,08 TiO2 0,81 1,32 1,50 1,12 0,57 0,37 Al2O3 3,99 16,84 16,40 16,58 15,66 13,84 Fe2O3 2,51 2,55 2,73 2,57 1,33 0,86 FeO 9,84 7,92 6,97 4,58 2,59 1,67 MnO 0,21 0,18 0,18 0,13 0,07 0,06 MgO 34,02 8,06 6,12 3,67 1,57 0,52 CaO 3,46 11,07 8,40 6,76 3,56 1,33 Na2O 0,56 2,26 3,36 3,51 3,84 3,08 K2O 0,25 0,56 1,33 4,68 3,07 5,46 P2O5 0,05 0,24 0,35 0,44 0,21 0,18 H2O+ 0,76 0,64 0,80 0,60 0,65 0,35 Укуп. 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

Поред ових природних процеса који омогућавају ослобађање штетних

елемената, постоји и антропогени утицај. Човек ствара руднике на оним мес-тима на којима је концентрација поменутих метала повећана, убрзавајући тиме деградацију стена и загађење површине Земље. Као добар пример могу да по-служе борски рудници. Из отвореног копа се вади сулфидна бакарна руда која садржи низ елемената штетних по природу, као што су Cu, As, Pb, Sb и други. Услед оксидације сулфида под дејством атмосферске воде и кисеоника, нерас-творни сулфиди прелазе у растворне сулфате који загађују све површинске воде.

2.1.2. Метаморфне стене

Једном оформљене стене током времена трпе низ промена услед тектон-ских поремећаја, промене температуре и притиска, прилива нових количина материје, топлим или хладним воденим растворима или уклањањем материје под дејством тих истих раствора. Све те промене обухваћене су једним пој-мом, a то је метаморфизам. Уколико је примарна магматска стена претрпела било коју од наведених промена, она је измењена – метаморфисана и зато се назива метаморфном стеном. Посебан вид метаморфизма је метасоматоза, која подразумева промену хемијског састава примарних стена услед дејства воде-них раствора који могу да донесу или исперу одређене елементе.


49

Ова појава је на површини Земље врло честа и од посебног је значаја за пренос штетних материја неорганског порекла растворљивих у води.

Процесу метаморфизма могу да подлегну и седиментне стене. На при-мер, метаморфозом кречњака настаје мермер.

2.1.3. Седиментне стене

Настајање седиментних стена на Земљи је врло сложен процес у коме учествују бројни агенси из атмосфере, хидросфере, биосфере и литосфере. У међусобној интеракцији ових сфера долази до постепене деградације примар-них творевина литосфере, мобилизације деградационих продуката и до њихо-вог поновног таложења. Талог који том приликом настаје зове се седимент. По својој природи настанак седимената је процес који се одвија на површини Зе-мље, па се зато он сврстава у групу „егзогених” процеса.

За разлику од стенских комплекса насталих у ендогеним условима или метаморфним процесима, који се одвијају на високим температурама, а поне-кад и на високим притисцима, и у безводним срединама, на површини Земље влада просечна температура од око 15 °C и притисак који је константан (око 1 бар), уз обавезно присуство воде и кисеоника. Поменути фактори, међу ко-јима вода заузима најзначајније место, представљају егзогене факторе и са променом pH и Eh средине значајно утичу на промену минерала ендогеног порекла. Под дејством воде и ваздуха долази до мобилизације, транспорта и поновног таложења преображеног материјала. То значи да су седименти пос-ледица јер настају као крајњи продукат деградације Земљине коре која је ос-новни узрочник овог сложеног процеса.

Процес мобилизације и транспорта седиментних материјала двојаке је природе. Постоји физичка мобилизација седиментних материјала воденим то-ковима и матицама и хемијска, која се односи на растварање компонената које се током седиментације издвајају из раствора као на пример евапорити, или посебно, карбонати, који често служе као цементациони материјал у стенама седиментног порекла.

Микроелементи који се налазе у седиментима веома су бројни. Међу њима се истичу Cr, Cd, Cu, Mo, Ni, Co, Mn и Pb. Ови елементи се првенствено везују за карбонате или су адсорбовани на оксиде Fe и Mn или глине.

Проучавање седимената је посебно значајно за заштиту животне среди-не. Седименти у ствари означавају крај процеса деградације примарних стена, носилаца штетних елемената, њиховог преноса и таложења. Средина у оквиру које се штетни елементи таложе на површини Земље првенствено је седимен-


50

тног порекла. Проучавање седимената открива штетне елементе и материје неорганског или органског, природног или вештачког порекла, посредно ука-зујући на ниво њихове концентрације у воденој средини, локације на којима се налазе и услове под којима су ти елементи или материје наталожени.

2.1.4. Површинско распадање

Процес површинског распадања захвата оне стене и минерале који су нестабилни под егзогеним условима, тј, нису стабилни у присуству Н2О, СО2 и О2. У првом реду то су алуминосиликати магматског порекла, а затим и друге стене и минерали, али у мањој мери. Ови процеси се одвијају у литосфери и од суштинског су значаја за процесе мобилизације и преноса штетних материја неорганског порекла. Њихова улога се огледа у процесу ослобађања штетних материја током деградирања и ерозије матрикса минерала домаћина који носе у себи веће или мање концентрације поменутих материја.

2.1.5. Деградација стена

Према својим физичкохемијским карактеристикама, процеси деградаци-је се могу разумети као врло једноставни хемијски процеси који обухватају процесе растварања, хидролизе, хидратације, дехидратације, уградње или ис-пирања алкалних и земноалкалних метала, декарбонације, силификације или силикације, оксидоредукције, сулфидације и друге. Сложеност ових процеса се огледа у хемијском саставу стена и кристалним структурама које имају по-једини петрогени минерали.

Процес деградације описује се са неколико појмова, мада сви имају исто значење, а то су: деградација, алтерација или преображавање стена. Последице деградације су увек актуелне јер ти процеси могу да увећају глобално за-гађење животне средине ако се у деградационим минералима налазе штетни елементи или једињења.

2.1.5.1. Физичка деградација Физичка деградација се може поделити у две групе. Прва се односи на

физичку деградацију услед дејства атмосферских фактора као што су темпера-турне промене и разорно дејство леда, што је препознатљиво у уским разме-рама малих димензија. Друга се односи на физичкомеханичку деградацију по-вршине Земље широких размера која мења облик читавих региона, а назива се ерозијом.

Хемијска разградња је спор процес, па је добар део оштећења стена из-ложених сталном дејству атмосферских утицаја и климатским променама пос-


51

ледица физичких деградационих процеса. Порозност стена знатно доприноси процесу физичког разарања. Овом приликом ће се истаћи само једна важна ствар која се тиче порозности, вода и мржњења.

Ако је у порама стена присутна вода, и то у прслинама и микропукотина-ма величине од 0,1 µm до 1 µm, кристали леда се могу образовати, и то испод уобичајене тачке мржњења воде, што доводи до поступног разарања стена.

2.1.5.2. Ерозија Ерозија у основи представља деградацију површине Земље, и то таласа-

стог терена, услед дејства воде и ваздуха на оне стене или земљишта чија су физичкомеханичка својства таква да се они могу физички деградирати: услед слабе компактности тих материјала, ослабљености везива у њима услед хемиј-ске деградације и промене специфичне тежине порозних материјала, када се натопе водом и потом одроњавају.

Физичко-механичка својства стена, односно густина паковања зрна сте-не, и степен дисперзности чврстих фаза које чине сложени стенски систем, заједно са структурно-тектонским карактеристикама терена који еродира, гла-вни су геолошки чиниоци који утичу на процес ерозије. Последица ерозије је изравнавање површине терена, које је очигледно, али се зато о брзини процеса ерозије не може рећи ништа егзактно. На пример, може се израчунати да услед ерозије гранитног комплекса у ширим размерама може да дође до смањења висинских разлика и до 500 m у временском интервалу од око 20.000.000 го-дина (регион Букуље у Србији), или до промене висинских разлика од 50 до 1.000 m за 200.000.000 година у кречњачко-доломитским комплексима (Ко-жуф планина у Македонији). Ниво и брзина ерозије, дакле, зависе од литос-тратиграфских и структурнотектонских каракеристика стена. Тек када су так-ви подаци познати, може се поузданије говорити о овом процесу који се кон-тинуално одвија на површини Земље.

Поред природних ерозионих процеса, у данашње време све више су присутни и ерозиони процеси које је изазвао човек својом несмотреношћу или слабим познавањем основних карактеристика терена који употребљава или мења. Последице незнања или несмотрености увек су видне и штетне, како по природу, тако и по човека и његове интересе у ерозијом захваћеном региону.

2.1.5.3. Деградација и динамика процеса загађивања природе Процеси деградације природних материјала, стена и минерала у основи

су такви да омогућавају ослобађање штетних материја (средње тешких и теш-ких метала) и потпомажу да оне пређу из литосфере у хидросферу. Ово је до-


52

минантан процес у природи. Једини који му се супротставља јесте процес се-диментације и стварања седиментних стена у воденим срединама на граници између литосфере и хидросфере. Овом процесу се придружује и фиксација штетних материја адсорпцијом и оклудовањем на диспреговану чврсту фазу. Поред тога, фиксација јона штетних материја се може постићи уз помоћ глина са високим јоноизмењивачким способностима. Физичкохемијски параметри који дефинишу услове хетерогене равнотеже која се при том успоставља ујед-но утичу и на то да ли ће се штетни агенс налазити и даље у води и уз помоћ ње ширити кроз природу или ћe се исталожити као нерастворна со (седимент), фиксирати глинама, односно оклудовати у диспергованој чврстој фази, чиме ћe ce трајно или само привремено обуставити процес ширења контаминацио-ног агенса. Процеси настанка чврсте фазе, а затим хемијске и физичке дегра-дације, се у ствари могу циклично смењивати, што значи да процес ширења загађења постаје дисконтинуалан, али не и коначно обустављен.

2.2. ЗЕМЉИШТЕ

2.2.1. Настанак земљишта

Земљишта представљају смешу органског и неорганског материјала. Честице које је чине крећу се од колоидних, које су јако важне за квалитет и особине земљишта, до размера грубих дисперзија. У састав земљишта улазе органска и неорганска материја, вода и гасови. Све ове компоненте су у стању динамичке равнотеже.

Земљиште је средина која непосредно учествује у развоју живог света на Земљи јер пружа низ хранљивих материја биљкама, а оне кроз ланце исхране, и животињама. Могло би се рећи да су земљиште и вода оне кључне карике која повезује живу и неживу природу. Зато је земљиште један од основних чинилаца животне средине.

Земљиште је настало од стенског материјала процесима разлагања. У за-висности од степена деградације и хемијског састава дели се на више типова.

2.2.1.1. Састав земљишта Основни састојци земљшта су песак, прашина и глине. Песак има ди-

мензије од 0,05 mm до 2,0 mm, а дели се по димензијама на фине (0,05 до 1 mm) и грубе (1,0 до 2,0 mm). По саставу песак најчешће садржи кварц па је из тих разлога врло порозан, а земљишта са високим садржајем песка тешко могу да задрже у себи воду и растворне соли. Прашину чине честице земљиш-та које имају димензије од 0,002 до 0,05 mm, a пo саставу могу бити кварц или


53

алуминосиликатни минерали. Честице чије су димензије мање од 0,002 mm чине глине. Текстура земљишта се одређује на основу садржаја глине, песка и прашине, тако да постоји више врста земљишта, a то су: глиновита земљишта, песковита земљишта, прашинаста земљишта и комбинације ових основних врста земљишта.

Органске компоненте у земљишту заступљене су са највише 2 до 5%, али су и поред тога врло значајне за његов квалитет. Од неживог органског материјала заступљене су разне фулвокиселине, хуминске киселине и хумин, а од живих облика корење, бактерије, гљиве, алге, црви, глисте и многи други организми. Међусобна заступљеност органских компонената и њихов укупни садржај знатно зависе од климатског подручја у коме се земљиште налази. Све органске супстанције у земљишту зову се хумус.

Хумус настаје деградацијом изумрлих организама, пре свега биљака, ређе животиња, при чему целулоза углавном нестаје, присутни лигнини се мо-дификују, док се поједини протеини могу и очувати. Улога хумуса у земљиш-тима је врло значајна јер он задржава воду и соли и повећава јоноизмењивачки капацитет земљишта. При испитивању органских компонената земљишта увек је интересантан однос угљеника и азота. Хемијска анализа указује да је опти-мални садржај угљеника и азота у земљиштима у односу 10:1, мада он знатно варира код различитих врста земљишта.

Неоргански – минерални део земљишта чине секундарни минерали, нас-тали деградацијом примарних минерала стена од којих је земљиште настало и аморфних неорганских материја. У секундарне минерале кристалне грађе спа-дају глиновити минерали (монтморилонит, халоизит, каолинит и други), крис-тални сесквиоксиди (гетит, жипсит и други), алуминосиликати и карбонати. Аморфна неорганска фаза се састоји од хидроксида гвожђа, алуминијума и силицијума. Однос неорганске кристалне и аморфне фазе у земљиштима јако је променљив, али се може рећи да је кристална фаза заступљена са 80% и ви-ше.

Вода и ваздух испуњавају простор између честица земљишта. Узајамни однос садржаја песка, глине и прашине одређује количину задржане воде у земљишту. Повећани садржај песка смањује количину задржане воде, али је зато вода увек, када је има, на располагању биљкама. Уколико је садржај гли-не висок, вода се задржава у глинама, али је тада готово недоступна биљкама. Са друге стране, ваздух у земљишту је посебно значајан, пре свега за ниже биљке, алге и бактерије, с обзиром да утиче на то да ли ће се у земљишту од-вијати оксидациона (аеробна – у присуству кисеоника) или редукциона (анае-робна – без присуства кисеоника) деградација. По свом саставу ваздух из зем-


54

љишта је врло сличан атмосферском, с тим што је садржај СО2 у земљишту далеко виши због продукције овога гаса услед низа деградационих процеса органске материје.

Посебно се мора истаћи да у састав земљишта улазе и микроелементи који су врло значајни за одржање живих организама у земљиштима, а који се проучавају у посебном поглављу.

Земљишта, према хемијском саставу и физичкохемијским процесима ко-ји се у њима одвијају, представљају најсложеније хетерогене системе у литос-фери. Деградација неорганске и органске материје, присуство водене и гасне фазе, присуство коренових система биљака, бактерија, инсеката и неких живо-тиња чине земљиште до те мере комплексним да је готово немогуће свеобу-хватно проучити све интеракције које се у њему одвијају. У том мноштву про-цеса, појава штетних материја представља посебан проблем који је, на сву срећу, далеко једноставнији него што се то може претпоставити. Испитивање промета штетних материја кроз земљиште у основи се заснива на идентифи-кацији и изучавању концентрација тих материја у земљишту, проучавању процеса и хетерогених равнотежа између чврсте, течне и гасовите фазе и, ко-начно, у предвиђању до које мере су те материје штетне по животну средину. Овако проучено земљиште, као један комплексан систем, отвара могућност да се не само одреде последице загађења, већ и да се открију његови извори и загађење спречи, што је суштина заштите животне средине.

2.2.1.2. Чиниоци који утичу на настанак земљишта Основни чиниоци који одређују састав земљишта су стене од којих је

земљиште настало, тј. њихов хемијски и минералошки састав. Разлагањем ра-зличитих стена (табела 4) настају различите количине песка, глине и прашине праћене колоидним честицама и растворним једињењима која не морају, али могу, да имају врло неповољан утицај на живе организме.

Следећи фактор је клима, тј. падавине, температура и ветар. После кли-ме долазе живи организми као значајан чинилац који утиче на деградацију примарних стена или младих земљишта и, коначно, време као важан фактор у процесу стварања земљишта. У последње време међу факторе који утичу на стварање и особине земљишта спада и човекова активност.


55

Табела 4. Врста земљишта у функцији од деградационог степена примарних стенских минерала

Деградацио-ни степен Минерал

Ослобођени јони или једињења

Производ алтерације Врста земљишта

Биотит K+, Mg2+ Глине, лимонит хематит

Калцит калцит Гипс Ca2+, SO4

2– гипс

Оливин Mg2+, Fe2+ Глине, лимонит хематит

Фелдспати Na+, Ca2+ глине

Рани степен

Пироксени Ca2+, Mg2+, Fe2+ Глине, лимонит хематит

Млада земљишта обогаћена овим ми-нералима каракте-ристична за аридне климатске регионе

Глине SiO2 боксити Интермеди-јерни степен Мусковит K+, SiO2

мусковит монтморилонит

Плодна земљишта умерених климат-ских услова

Глине SiO2 боксити, оксиди гвожђа

Гипсит гипсит Узнапредо-ван степен

Хематит хематит

Неплодна земљиш-та влажних троп-ских клима

Коначни резултати настанка земљишта могу се видети из његовог про-фила. Профили се деле на хоризонте, који садрже различите врсте компонена-та земљишта. Горњи хумусни хоризонт („О” хоризонт) садржи највише орган-ских материја. Други хоризонт („А” хоризонт), испод горњег, садржи највише минералних материја. Током испирања овог хоризонта водом он осиромашује у односу на Fe, Al и ситнозрни глиновити материјал (елувијална зона), а у ње-му се задржавају материје отпорне на испирање. У трећем хоризонту („Б” хо-ризонт) налазе се компоненте од којих је земљиште настало, али не само стен-ски прекурсори од којих настаје одређено земљиште већ добрим делом и де-градациони прозводи ових прекурсора. Б слој концентрује материје испране из А слоја као што су Fe, Al и глина (илувијална зона).

У процесу загађивања земљишта други хоризонт је посебно важан, и то баш због повишеног садржаја глина које јоноизмењивачки везују многе мате-рије. У њему се највише концентрују познати тешки и штетни метали као што су Pb, Cd, Hg, Co, Ni, радиоактивни Cs и други. To cy обично они елементи који под датим физичкохемијским условима (оксидациона и благо кисела сре-


56

дина) у земљишту остају у растворном (мобилном) облику, а које вода испира са саме површине и преноси у дубље слојеве земљишта где се везују за глине (фиксирају се глинама).

У подручјима изложеним падавинама разазнају се три основна процеса настанка земљишта: подсолизација (у влажним климатским подручјима), ла-тосолизација (у тропским крајевима) и калцификација (у аридним пределима). Подсолизација је процес деградације прекурсора земљишта и самог земљишта под дејством киселих водених раствора (pH<4) који настају као последица де-градације органске материје на површини земљишног слоја. Растворне соли и оксиди метала, посебно гвожђа и алуминијума, ношени cy y дубље делове зе-мљишта. Глина се услед дејства киселих раствора знатно уситњава и постепе-но транспортује наниже. Оваква земљишта имају знатно изражене А и Б хори-зонте. Латосолизација је процес утицаја слабих киселих раствора на земљиш-не слојеве (pH=5-7). Под оваквим условима растворљивост SiO2 је довољно велика, тако да настају земљишта са ниским садржајем силицијума, која од глина имају углавном само каолин. Калцификација је карактеристична за ари-дне услове, тако да се у највишим слојевима земљишта концентрују СаСО3, MgCO3 и CaSO4. Полазећи од ових сазнања, начињена је класификација зем-љишта. Ова класификација је извршена према интернационалним стандарди-ма, а заснива се на степену деградације основних чинилаца земљишта.

2.2.1.3. Глине у земљишту Глине настају деградацијом стена и минерала. To cy сложени силикати

умрежени у равни (незосиликати) који се деле на три основна типа: 1:1, 2:1 и 2:2 у зависности од структуре глина. (слика 7)

У групу 1:1 глина спадају оне код којих је једна раван изграђена од SiO4-група, а друга од АlО6-група. Водонична веза повезује ове равни и довољно је јака да не допусти да се између њих усели било какав катјон. Типичан пример за ову врсту глина је каолин. Јоноизмењивачка способност каолина је мала јер он у свом кристалном матриксу не садржи катјоне већ само ОН-групе, што значи да ова врста глине неће везивати знатне количине катјона штетних еле-мената у киселој средини, али се зато у алкалним срединама њихов јоноизме-њивачки капацитет повећава.

У групу 2:1 глина спадају илити или монтморилонит, код којих је раван од АlО6-група смештена између две равни од SiO4-група.

Ови типови глина су уврштени у групу познатих „концентратора” штет-них материја јер су врло ефикасни јоноизмењивачи.


57

Слика 7. Шематски приказ структуре глина

Глине типа 2:2, као хлорит, имају сличну структуру као глине 2:1. Пре-ма структури и начину настанка, хлорити спадају у групу нестабилних алуми-носиликата који и сами подлежу распадању до глина типа 1:1, па се не могу уврстити у оне материјале у земљишту који могу да везују штетне материје, али зато могу да буду њихови извори ако су током сопствене генезе уградили у матрикс неке од елемената штетних за животну средину.

2.2.1.4. Јоноизмењивачке карактеристике земљишта Јоноизмењивачка способност земљишта се заснива на глинама и орган-

ским компонентама. Улога глина у јоноизмењивачкој способности земљишта је ипак доминантна јер оне поседују велике површине на којима се одвијају реакције са јонима из течне фазе која продире у земљиште.

Глине у којима су Si јони делом замењени Al јонима имају анјонски ка-рактер тако да при високим pH вредностима ОН-групе губе Н+ јон, односно Н+ јони могу да се замене катјонима. На исти начин реагују и ОН-групе орган-ских супстанција у земљишту.


58

Равнотеже које се успостављају у земљишту између катјона, јоноизме-њивача и биљака стално се мењају. Тако, на пример, биљке троше К+ па се за-то овај јон континуално ослобађа из глина (Глина-К), а на место калијума до-лазе неки други катјони. Набој катјона утиче на њихову сорпцију према низу: М3+ > М2+ > М+. To значи да се сорпција појединих, за глине значајнијих, кат-јона може приказати следећим низом: Al3+ > Са2+ > Mg2+ > К+ > Na+.

Анјонска измењивачка моћ глина је мала, али ипак постоји и може да се прикаже реакцијом:

Глина-ОН + А– ↔ Глина-А + ОН– (1)

Тако нитрати могу да буду слабо везани у матриксу глина, док су фос-фати и арсенати везани јаче од нитрата, и то нарочито од стране везаног Al или Fe y глинама. Показало се да је сорпција фосфата на глине иреверзибилан процес.

Глине се по њиховим јоноизмењивачким способностима да везују кат-јоне (у еквивалентима по килограму глине) могу сврстати у следећи низ: вер-микулит (1-1,5) > монтморилонит (0,7-1,2) > хлорит (0,1-0,4) > халиозит (0,05-0,5) > каолинит (0,03-0,15). To значи да су најбољи јоноизмењивачи глине 2:1 типа, затим следе 2:2, а најслабије су глине 1:1 типа.

2.2.1.5. Киселост земљишта У зависности од катјона који доминира у земљишту успостављају се ње-

гове различите pH вредности. У и овом процесу учествују глине јер највећим делом из њих могу да се ослободе или да се за њих вежу катјони. Сви остали физичкохемијски процеси, као, на пример, растворљивост тешко растворних соли, не утичу битно на pH земљишта.

Установљено је да на пораст pH знатно утичу катјони Na+, К+, Са2+ и Mg2+, и то према реакцији:

Глина-Na + H2O ↔ Глина-Н + Na+ + OH– (2)

Сасвим обрнут утицај имају Al3+ и Fe3+, односно Н+ јони. Ови јони дају киселост средини:

Глина-Al + 4Н2О ↔ Глина-Н3 + Аl(OН)4– + Н+ (3)

У принципу, кисела земљишта настају у влажним (хумидним) климат-ским областима, док базна земљишта настају у сушним (аридним) климатским областима.


59

Мобилизација и транспорт појединих катјона у земљишту зависе од Eh-pH услова, тј, од растворљивости или нерастворљивости чврсте фазе која нас-таје од појединих катјона. Тако, на пример, Са и Mg y алкалним срединама граде нерастворне карбонате, а Fe, Mn и Al изнад pH 6 граде нерастворне хид-роксиде. На овај начин се не везују само катјони већ и анјони који се иначе налазе у знатним количинама у земљишту, а који су важни за растварање, транспорт и депозицију разних катјона међу које спадају и тешки и штетни метали. Фосфати из Н3РО4 су најрастворљивији од pH = 2 до pH = 7, али се зато испод pH = 6 таложе Fe и Al фосфат, а изнад pH = 7 настаје апатит (Са-фосфат).

Генерално говорећи, pH земљишта је резултат врло комплексних реак-ција и стања система.

2.2.1.6. Елементи у траговима у земљишту Природна распрострањеност појединих ретких и расејаних елемената у

Земљиној кори, стенама и земљишту приказана је у табели 5. У зависности од стена прекурсора од којих је земљиште настало, оно може да има веће или мање концентрације појединих микроелемената. Ултрабазичне и базичне сте-не (стене са малим садржајем SiO2) обично су богатије са Co, Cr, Cu, Ni, V и Zn, али зато сиромашније у односу на алкалне и земноалкалне метале. Код киселих стена (стена са високим садржајем SiO2) ситуација је управо обрнута.

Неки елементи као В, Pb и Мо се концентрују у земљишту тако да је оно увек богатије овим металима у односу на стене прекурсоре. Микроелементи се углавном концентрују у слоју богатом органским материјама, градећи органо-металне комплексе, или у слоју богатијем глином услед везивања за глине као јоноизмењиваче. Песак, прашина и минерали нису компоненте земљишта које могу да везују знатније количине микроелемената.

На садржај микроелемената утиче садржај Mn и Fe у земљишту јер њи-хови оксиди и хидроксиди оклудују или везују на друге начине низ елемената. Fe-оксиди или хидроксид везује V, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Se, Mo, P, S i Si, док Мn-оксиди концентрују Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ba и Pb.

У табели 6 дати су подаци о загађености муљева у појединим развије-ним земљама на западу са циљем да се покаже до које се мере прекорачују средњи садржаји микроелемената (табела 5). Све су то последице људских активности!


60

Табела 5. Елементи у траговима у земљиштима (распон појављивања и средњи садржај) упоређени са садржајем у Земљиној кори, базичним, киселим и седи-

ментним стенама

Распрострањеност (у ppm) Земљишта Елеменат Земљина

кора Базичне стене

Киселе стене

Седиментне стене распон средња

As 2 1,5 1,5 12 1-100 1 В 10 1-2 3 100 0-300 20-50 Co 25 50 8 20 0,05-300 10-15 Cr 100 2000 2 100-500 0-4000 100-300 Cu 55 150 10 10-100 0-300 15-40 Fe 50000 100000 25000 35000 0,2-50 % 30000 Mn 1000 2000 1000 1000 0-10000 500-1000 Mo 1,5 2 2,5 2 0-24 1-2 Ni 80 200-1000 10 52 0-5000 20-30 Pb 16 3 24 19 0-1200 15-25 Se 0,05 0,1 0,1 0,4 0-12 0,01 Ti 5600 9000 2300 3800 0-25000 4000-5000 V 135 200 50 100 0-400 100 Zn 70 100 60 95 0-900 50-100

Табела 6. Интервали концентрација појединих токсичних материја у отпадном муљу неких земаља на западу (у ppm).

Ел. САД Енглеска Шведска Средња интервал Средња интервал Средња интервал Cd 12 1-10 - - 6,7 1-10 Cr 380 10-100 250 100-1000 86 10-100 Cu 700 100-1000 800 110-1000 560 100-1000 Ni 52 10-100 80 10-100 51 10-100 Pb 480 100-1000 700 100-1000 180 100-1000 Zn 2200 1000-10000 3000 1000-10000 1570 1000-10000

2.2.1.7. Органске материје у земљишту – хумус Иако се у земљишту налази свега 2 до 5% органских материја оне имају

веома велику улогу у квалитету и особинама земљишта. Присуство органских


61

материја чини земљиште корисним и плодним у односу на јалове деградацио-не производе матичних стена.

Првобитна акумулација органских компонената у земљишту последица је активности нижих организама (лишаја и маховина) који насељавају повр-шине стена. Ови организми убрзавају процес деградације стена и стварања земљишта. Услед ерозије диспергован примарни материјал се нагомилава у удолинама и на тим местима се стварају услови да такав материјал населе не само ниже већ и више биљке и животиње. Животни циклуси у новонасталим екосистемима омогућавају да се убрза процес разлагања биомасе и секундарне синтезе органских материјa у земљишту (слика 8). Процењује се да је за нас-танак хумуса потребно у просеку од 200 до 1.000 година.

Слика 8. Шематски приказ процеса хумификације

Од свеукупне органске материје у земљишту на хуминске састојке отпа-да 85 до 90%. Те материје чине хумини, фулвокиселине и хуминске киселине. Хуминске киселине се састоје од изо- или хетероцикличних шесточланих или петочланих прстенова или кондензованих прстенова као што су бензен, наф-


62

тален, фуран, пирол, индол, пиридин, хинолин и други, који су међусобно ве-зани мостовима које чине један елеменат (–О–, –N=) или група атома (–NH–, –СН2–). При том настају аминофеноли, аминохинони или феноксазини и мно-ги други. За овако сложене органске молекуле везане су функционалне групе, као што су карбоксилне, хидроксилне, метоксилне и карбонилне групе.

Хумин представља нерастворни део хуминских материја у земљишту, док су хуминске и фулвокиселине растворне само у лабораторијским условима.

Присуство карбоксилних група служи као основа да се неке хуминске материје убрајају у органске киселине, које понекад у воденом раствору дају pH и око 3. Поред тога, –СООН групе омогућавају да се хуминске киселине понашају као јоноизмењивачи који могу да вежу многе једновалентне и дво-валентне катјоне, међу којима и бројне штетне и тешке метале.

Посебну групу хуминских киселина чине оне које имају жуту до црвен-касте боје – фулвокиселине (латински: fulvus = жут). По хемијском саставу фулвокиселине имају нешто мањи садржај С и N у односу на хуминске кисе-лине, уз нешто већи садржај О и Н.

Још једна важна особина хуминских материја је да могу да оклудују и везују разне органске материје вештачког порекла које човек додаје земљиш-ту, као што су разни хербициди, инсектициди или органски отпадни материјал из постројења хемијске или нафтне индустрије, који доспевају у земљиште разним путевима, али углавном из депонија и отпадних вода. To су оне исте материје за које се прописује максимално дозвољена концентрација (МДК) у води, али се мало зна како и до којих концентрација се везују у земљишту и муљу, превасходно за хуминске материје и глине.

2.2.1.8. Еколошка функција земљишта Еколошка функција земљишта у биосфери заснива се на следећем. Као

прво, земљиште служи као средина за живот и физички је ослонац за огроман број организама, а као друго, земљиште се јавља као неопходна, незаменљива карика и регулатор свих биогеохемијских циклуса, тј. кроз земљиште пролазе и земљиште регулише кружење свих елемената у биосфери.

Главна функција земљишта јесте обезбеђивање живота на Земљи. Ова функција заснива се на чињеници да се у земљишту концентришу биофилни елементи неопходни организмима и то у облику њима доступних хемијских супстанција. Поред тога, земљиште поседује способност акумулације воде не-опходне за одвијање живота продуцената копнених екосистема, такође у дос-тупном облику, и на тај начин равномерно их обезбеђује водом током периода


63

вегетације. На крају, земљиште служи као оптимална средина за укорењивање копнених биљака, живљења многобројних кичмењака, бескичмењака и раз-личитих микроорганизама.

Друга функција земљишта огледа се у регулацији кружења свих матери-ја у биосфери. Сви биогеохемијски циклуси елемената, укључујући циклусе тако важних биофила као што су угљеник, азот, кисеоник, а такође и циклуси воде, остварују се преко земљишта које има регулаторно учешће заснивано на својству геомембране с једне и својству акумулације биофилних елемената с друге стране. Земљиште је, дакле, везујућа карика и регулаторни механизам у системима биолошког и геолошког кружења елемената.

Трећа глобална функција јесте регулисање састава атмосфере и хидро-сфере. Атмосферна функција остварује се захваљујући високој порозности (40-60% запремине) и густини насељености организмима благодарећи чему се одвија размена гасова између земљишта и атмосфере. Земљиште постојано снабдева атмосферу различитим гасовима међу којима су и гасови стаклене баште – угљеник(IV)-оксид, метан, а такође и микрогасовима. Истовремено, земљиште апсорбује кисеоник из атмосфере. На тај начин се у систему зем-љиште-атмосфера, земљиште јавља као генератор једних гасова и складиште других. У копненој грани глобалног кружења воде, земљиште одабрано преда-је у површинске и подземне токове у води растворне хемијске супстанције, опредељујући на тај начин хидрохемијску ситуацију у копненим водама и приобалним деловима океана.

Четврту важну глобалну функцију земљишта представља нагомилавање у површинском делу коре подложној ерозији, у земљишним органогеним хо-ризонтима, специфичне органске супстанције – хумуса и хемијске енергије везане с њом.

Пета глобална функција земљишта састоји се у заштитној улози. У од-носу на литосферу, земљиште штити литосферу од дејства егзогених фактора, регулишући интензитет геолошке денудације копна.

На крају, још једна, шеста глобална функција, јесте генерисање и очување биолошке разноврсности. Земљиште се јавља као средина боравка (живљења) огромног броја организама, ограничавајући животне активности једних и стимулишући активности других. Изванредно различите особине зе-мљишта, различите комбинације (киселост и базност, засољеност или одсус-тво соли, оксидативност или редуктивност) чине огромну разноврсност услова животних активности организама.


64

У односу на човека, земљиште има још једну специфичну функцију – јавља се као основа пољопривреде и место где се људи насељавају.

2.2.1.9. Штетне материје у земљишту Земљиште, услед присуства хумина и глина, може да везује врло високе

концентрације штетних материја односно елемената. Њихова расподела, иако нехомогена, пре свега је одређена јоноизмењивачким особинама земљишта, затим адсорпционим особинама и, коначно, присуством самосталних једиње-ња појединих штетних материја. Медијум којим се траспортују штетне мате-рије кроз земљиште је пре свега вода, а затим и ваздушна кретања као ветрови који носе прашину или аеросоле обогаћене штетним материјама.

У табели 5 је дата распрострањеност појединих неорганских елемената у земљиштима. Распон појављивања елемената обухвата и оне високе концен-трационе вредности које су неуобичајене и у исто време опасне. Ослобађање, пренос и депоновање ових материја делом су већ објашњени, али се на њих указује и кроз циклусе неких елемената на Земљи.

65

3. ХИДРОСФЕРА

3.1. ВОДА НА ЗЕМЉИ

3.1.1. Количина и расподела воде на Земљи

Према тренутним сазнањима, свеукупне залихе воде на Земљи износе 26,6 трилиона тона. Од ове огромне количине, у литосфери се налази око 94,7% претежно везано за минерале, односно у њиховој структури као везана вода (кристална вода, структурна вода), која може да се ослободи само на ви-соким температурама. Преосталих 5,3% налази се у хидросфери, воденом омо-тачу који чине океани, мора, језера, потоци, реке, акумулације, мочваре, леде-не масе глечера (ледници), земљишна влага, подземне и атмосферске воде. Расподела водних ресурса на Земљи дата је у табели 7.

Табела 7. Укупна расподела воде на Земљи*:

Укупна количина (у 000 km3)

Проценат укупне запремине

Океани и мора 1,321.890 97,2 Поларни лед и ледници 29.190 2,15 Подземне воде – до 800 м дубине 4.170 0,31 – преко 800 м дубине 4.170 0,31 – влага земљишта 67 0,005 Површинске воде – језера 229 0,17 – реке и потоци 1 0,0001 Атмосфера 13 0,001 Укупно 1,360.000 100,00

* United Nations, Natural resources/Water Series, New York, 1976

На површини Земље највећа количина међусобно повезане воде налази се у морима и океанима, који од 510 милиона km2 планетарне површине зау-зимају 70,84%, а дубина им на више места значајно премашује највише пла-


66

нинске врхове на континенту. На копну се вода налази у разуђеном стању и заузима површину од око 2,5 милиона km2, од чега се на 2 милиона km2 налазе слатке воде. У односу на мора и океане, количина слатке воде је мала и налази се на свега 0,4% површине планете, односно 1% површине копна.

У унутрашњости земље подземна вода се налази у различитим промен-љивим облицима. У земљиштима је везана капиларним силама (земљишна влага), али се јављају и подземне реке.

Количина биолошки везане воде у организмима биљака и животиња је у односу на споменуте воде безначајна. He може се, међутим, занемарити тзв. транспирациона вода, коју одају биљке у току одвијања животних процеса.

Вода се, фино распоређена, налази и у атмосфери, као невидљива пара или кондензациона вода у облацима.

3.1.2. Кружење воде у природи

Вода мора и океана, копна и атмосфере се, под утицајем топлотне енер-гије Сунца и Земљине теже, налази у сталном кружењу. Појавом живота на Земљи кружење воде постало је сложеније с обзиром да се обичној појави фи-зичког испаравања прикључио процес биолошког испаравања (евапотранспи-рација) који је везан за животне активности биљака и животиња. Појавом човека кружење се додатно усложњавало. Може се наиме запазити, да се човек од памтивека интересовао за воду па се због тога углавном настањивао поред морске обале, обала река и језера. Када би се сва насељена места дана-шњих земаља нанела на карту, приближно би се могла добити њихова хидро-графска мрежа.

Испаравањем воде са површине Земље у запремини од око 525.000 km3 годишње образују се атмосферске воде у облику водене паре. Пошто се охла-ди у горњим слојевима атмосфере, водена пара се кондензује уз формирање ситних капљица воде или кристала леда, који се под дејством силе земљине теже враћају на Земљу у облику атмосферских падавина. Испаравајући са по-вршина мора и океана и враћајући се у виду падавина на њихову површину, вода се укључује у мало кружење. У случају да атмосферске падавине падну на површину копна, један део доспева непосредно у реке и језера, а већи део се, процесом филтрације кроз земљу, обогаћује минералним и органским суп-станцијама и образује подземне воде. Заједно са отицањем површинских вода, оне доспевају у реке а одатле се враћају у океан. Вода која испарава са повр-шине копна, образујући атмосферске воде, у виду падавина такође може да


67

доспе у океан. Тако се затвара њено велико кружење. При том укупна ко-личина воде на Земљи остаје стална. Водни баланс Земље дат је у табели 8.

Табела 8. Водни баланс Земље

Процес Запремина воде (000 km3)

Укупна површина (у мил. km2)

Испаравање са површина мора и океана 447,9 361

Испаравање са површина копна која имају слив у мора и океане 63,0 117

Атмосферске падавине на површину мора и океана 411,6 461

Атмосферске падавине на површине континената које имају слив 99,3 117

Испаравање са површина копна која немају сливове у мора и океане (безсливне области)

7,7 32

Атмосферске падавине безсливних области 7,7 32

Наука која изучава водени омотач Земље (хидросферу) и кружење воде у природи (хидролошки циклус) назива се хидрологија. Хидролошки циклус је приказан на слици 9. У погледу предмета проучавања хидрологија изучава: 1) океанографију (изучавање океана и мора); 2) лимнологију (изучавање језера); 3) потамологију (изучавање река и речица); 4) хидрогеологију (изучавање под-земних вода); 5) хидрометеорологију (изучавање атмосферских вода) и 6) гла-циологију (изучавање ледника). Захваљујући кружењу, општа количина воде на Земљи као што је истакнуто не смањује се па се вода чини практично неис-црпном. Управо се у овоме вода битно разликује од других минерала. Проце-њено је да се паре атмосфере обнављају у просеку сваких 10 дана, речне воде у речним коритима у просеку сваких 11 дана, док се земљишна влага обнавља годишње. Најспорије се вода обнавља у подземним водама, језерима, мочвара-ма и ледницима. У великим језерима процес обнављања траје и до 200 година.

Општа једначина светског воденог баланса има облик:

Io + Ik = Ро + Pk (4)

где су Io и Ik количине воде која испарава са површине океана и површине ко-пна, а Ро и Pk количине падавина које доспевају на површине океана и копна.


68

Слика 9. Кружење воде у природи

У општем кружењу воде на Земљи водећа улога припада малом (океан-ском) кружењу с обзиром да на копно доспева 113.500 km3 укупних падавина а у океане осталих 411.600 km3.

Падавине на површини копна стварају ресурсе површинских вода и јав-љају се као основни извор настајања слатких вода, које се већином налазе у лед-ницима (99,2%), језерима (0,73%), мочварама (0,05%) и естуаријумима река.

3.1.3. Површинске воде

У процесу обнављања слатких вода основна улога припада атмосфер-ским падавинама. Познато је да на површину наше планете у просеку годиш-ње доспевају падавине у слоју дебљине око једног метра. Међутим, падавине се на Земљиној површини неравномерно распоређују. Постоје рејони са веома


69

високим нивоом падавина. Највећа количина припада тропским зонама еква-тора (у пределу од 10° северне до 10° јужне ширине). На територији неких об-ласти Индије количина падавина у години премашује 12 метара.

Истовремено, у неким рејонима екваторијалне зоне падавине су недо-вољне, па чак ни земљу не могу да поквасе. Пример за то је Синајска пустиња, где годишње падавине износе свега 10 до 15 mm, односно Перуанска и Либиј-ска пустиња, где уопште нема падавина. Пустиње заузимају четвртину Зем-љине површине, a падавине у тим областима не прелазе 200 mm годишње.

Неравномерност падавина запажа се и у току године. Тако су у еквато-ријалним зонама највеће количине падавина у периоду после јесење и пролећ-не равнодневице, у тропима и монсунским областима углавном лети, у суп-тропима – зими, у рејонима са континенталном климом – опет лети. У наведе-ним периодима падавине достижу две трећине укупних годишњих количина.

На количину падавина које доспевају на површину Земље значајан ути-цај имају температура и близина већих водених пространстава. У топлим ек-ваторијалним рејонима, као резултат интензивног испаравања, повећава се влажност ваздуха a сразмерно с тим и количина падавина. На јужној хемисфе-ри, где су већа пространства мора и океана, падавина има више него на север-ним ширинама Земље.

Значајно место у животу човека припада речним и језерским водама. Данас је у свету познато 145 већих језера, у којима се налази 95% језерске во-де. Највећа количина слатке воде је у Бајкалском језеру (2.300 km3) и Великим америчким језерима (2.400 km3).

Разматрајући снабдевеност речном водом, долази се до податка да сва-ком становнику планете припада 11.000 m3 ове воде годишње. Највећа количи-на речне воде по једном становнику припада становницима Јужне и Северне Америке, затим Африке и Аустралије (табела 9).

Подаци из ове табеле указују и на значајно снижавање количине воде по једном становнику у двадесетогодишњем периоду. To се објашњава чињени-цом да је дошло до пораста броја становника а да је при томе укупан речни ток остао исти.

Низ земаља као што су Бразил, Русија, Кина, Канада, САД и Индија по-седује велики број река и њима припада око 50% укупног светског речног то-ка.

Већа количина речне воде улива се у океане – Атлантски, Северни леде-ни, Тихи и Индијски, а само део остаје у областима из којих не стиже до океа-на. Преглед највећих река које снабдевају наведене океане дат је у табели 10.


70

Табела 9. Расподела речних вода по континентима

Становништво (у милионима)

Вода по становнику (у 000 m3 / год.) Континент Сумарни речни

ток (km3) 1971 1991 1971 1991

Европа 3140 606 754 5,18 4,16 Азија 13400 1688 3104 7,94 4,30 Африка 4020 294 640 13,67 6,27 Северна Америка 6522 253 276 26,17 23,52 Јужна Америка 11500 154 445 74,68 25,81 Аустралија 189 15,5 26 12,91 7,15 Земљина кугла 41500 3256 5247 11,00 7,90

Табела 10. Преглед највећих снабдевача океана водом

Океан Река Доток воде (km3 / год)

Амазон 6930 Конго 1350 Парана 599 Мисисипи 599

Атлантски

Ориноко 441 Ганг 1200

Индијски Брамапутра 630 Јангце 693 Меконг 378 Тихи Амур 350 Јенисеј 624 Лена 536 Северни ледени Об 400

Реке и језера се осим директним атмосферским падавинама, напајају и подземним водама, као и топљењем снега и ледника. Наиме, један део атмос-ферских падавина доспева директно на површине река и језера. После јаких киша или наглог топљења снега, значајан део воде, после њеног краткотрајног контакта са површинским слојевима земље, у реке и језера доспева у виду тзв. елементарног тока. Део воде испарава са површине земље, а остала количина продире у дубину, стварајући подземне воде.


71

Могу се запазити маловодне и многоводне године, уз присутно годишње колебање водности. У периоду пролећних поплава и бујица које настају услед наглог топљења снега водност многих равничарских река се повећава. И обр-нуто – нагло пада лети и зими.

Већи део басена реке Амазон налази се у пределу екваторијалног појаса Јужне Америке. У овој области континента у току године падавине прелазе 2.000 mm. Висока водност карактеристична је и за реке екваторијалне зоне Африке (југозападни и југоисточни део), где падавине премашују 1.000 mm. У рејонима дејства монсуна из правца Индијског и Тихог океана такође су кара-ктеристичне обилне летње падавине (500 mm и више) које доприносе наглом повећању водности река. И обрнуто, у сезонама када ветрови дувају са копна према мору ужарено сунце изазива у овим областима јаке суше, претварајући земљу у прашину и песак.

Велики утицај на водност река испољава и локални рељеф. Високи пла-нински ланци Кордиљера и Анда преграђују пут влажним источним ветрови-ма са простора Атлантског океана и басена Амазона. Као резултат тога у пус-тињи Атакама неколико година заредом не падају кише. Водом ванредно бо-гате реке које извиру у подножју Хималаја у периоду отапања снега узрокују катастрофалне поплаве у Индији, Пакистану и Бангладешу.

Према проценама, мочваре на нашој планети заузимају површину већу од 3,5 милиона km2. Оне представљају огромне резервоаре слатке воде и је-динствене природне филтре за пречишћавање загађених вода.

3.1.4. Подземне воде

Подземне воде (издани) које су један од учесника кружења воде у приро-ди имају посебно значајну улогу као извори водоснабдевања насеља (табела 11).

Резерве подземне воде у недрима Земље су огромне. Подземна мора на-лазе се на свим континентима, чак и под пустињама. У највећој беживотној пустињи Сахари подземне воде су нађене на дубини од 150 до 200 метара. Горња граница подземних мора на територији пустиње Каракум налази се на дубини од 30 m. Подземне воде појавиле су се заједно са образовањем литос-фере, атмосфере и површинске хидросфере. Атмосферске воде доспеле на по-вршину Земље постепено су проницале кроз слој земље и минерала и стизале до водоотпорног слоја глине, чија се структура може поредити са крљуштима риба. Подземни слојеви засићени водом названи су водоносним. Као што је познато међу водоотпорним глинама вода се налази под притиском, због чега подземне воде могу да избију на површину земље попут фонтане.


72

Табела 11. Употреба подземних вода у неким европским земљама

Употреба подземних вода Земља За све потребе

(km3/ год) За пиће

(km3/ год )

Удео подземних вода у води за пиће

(%)

СР Немачка 6,24 2,08 67 Белгија 0,57 0,39 76 Данска 0,70 0,32 98 Француска 5.00 2,00 50 Ирска 0,13 0,01 47 Италија 9,95 2,51 36 Луксембург 0,03 0,02 64 Холандија 1,13 0,43 63 В. Британија 2,50 1,31 32 Укупно 26,60 9,07

Повећана експлоатација подземних вода спушта њихов ниво на све веће дубине па је, рецимо, у околини Милана (Италија) за двадесет година ниво опао за 25 метара. О све већем недостатку ових вода говоре и резултати ис-траживања водоснабдевања сто највећих америчких градова. Свега 20 градова снабдева се само подземном водом, 14 подземним и површинским, а осталих 66 градова само површинским водама.

Подземне воде деле се на горње или плитке воде (оне испод саме повр-шине), на воде над водонепропустљивим слојевима (фреатски извори) и ар-терске воде.

У горње воде спадају оне воде које се налазе у слоју најближем површи-ни, у зони аерације. Њихов састав се нагло мења и најподложније су загађивању.

Воде се при дубљем понирању скупљају над водонепропустљивим сло-јевима. При филтрацији кроз слој земље снижавају се садржаји који дају боју и смањује садржај микроорганизама, док садржај растворених соли расте. Ове воде користе се за водоснабдевање сеоских средина (бунари).

Артерске воде су воде које се налазе под притиском између два водоне-пропустљива слоја. Будући да се образују у различитим условима, по саставу су веома различите, али се вода из исте бушотине одликује релативно кон-стантним саставом. У санитарном смислу ове воде су најповољнији извори воде за пиће јер не захтевају пречишћавање.


73

3.1.5. Мора и океани

Мора и океани имају одлучујућу улогу у очувању животне средине ис-пољавањем утицаја на климу и обезбеђивањем баланса светског хидролошког система. Она богата фитопланктонима главни су снабдевачи атмосфере кисе-оником. Управо се стога и називају плућима Земље јер производе више од по-ловине кисеоника и доприносе стабилности баланса кисеоник-угљеник(IV)-оксид у атмосфери, што је неопходни предуслов за опстанак живота на нашој планети. Када вода не би поседовала способност акумулације топлоте, већи део Земље био би без основних услова за живот. Океани хладе тропске преде-ле, уносе топлоту у хладније области и регулишу температуру на планети.

Данас се реч океан све чешће повезује и са експлоатацијом прехрамбе-них, минерално-хемијских и енергетских извора сировина. На дну мора и оке-ана налазе се бакар и природни гас, камени угаљ, злато и дијаманти. Нафтна богатства океана процењују се на 60 до 150 милијарди тона. Beћ данас океан даје природни гас, нафту, олово, сумпор, угаљ и руду гвожђа. У океанској во-ди нађено је више од 70 различитих хемијских елемената. У водама мора и океана растворено је 6,5 милијарди тона натријума, 80 милијарди тона никла, 800 милиона тона молибдена, 4 милијарде тона урана, 200 милијарди тона ли-тијума и око 10 милијарди тона злата. Од укупне светске продукције 80% бро-ма и више од две трећине мангана добија се из морске средине. Када би се сва количина соли која се налази у морској води расподелила по површини копна, добио би се слој дебљине 153 метра.

Мора и океани су неисцрпни резервоари слатке воде. До 1960. године било је подигнуто свега неколико постројења за десалинизацију, максималног капацитета око 3.000 m3 дневно, док је само 1975. године у погон уведено 26 постројења за прераду морске воде средњег капацитета од око 9.304 m3 воде дневно. Капацитети савремених постројења за десалинизацију превазилазе 100 хиљада m3 воде на дан.

У водама мора и океана живе хиљаде јестивих алги, шкољки, ракова и корисних сисара. У морским биљкама налазе се веома значајне биолошки ак-тивне супстанције које представљају важну сировину за фармацеутску индус-трију. Од укупно око 160 хиљада врста биљака и животиња које живе у мори-ма и океанима човек употребљава свега око 1.500, уз напомену да се у после-дње време овај број повећава те да се у марикултуру, односно узгајање мор-ских организама, полаже велика нада у решавању проблема прехрањивања све већег броја становника.


74

3.1.6. Вода као еколошки чинилац, њена улога и значај

Вода се на Земљи појавила у палеозоику, када су падом температуре створени услови за кондензацију водене паре. Тада између литосфере и атмос-фере долази до формирања хидросфере, за коју се може рећи и да је констант-на маса воде сакупљена у удубљењима Земљине коре.

Следећа важна етапа започела је снижењем температуре воде на око 80 °С, када су и створени услови за развијање живота. Настанак живота везан је за воду и може се претпоставити да су неке форме бактерија биле први ње-гови представници. Као доказ да су средине топлих мора и океана постале ко-левке живота обично се износе две чињеница. Прва је да се концентрација супстанција у морској води отприлике слаже са њиховом концентрацијом у телесним течностима морских организама, а друга да је живи свет мора и оке-ана далеко богатији врстама од слатководног. Вода за жива бића значи живот-ну средину, а уједно и околину. Вода као животна средина се од атмосфере као животне средине разликује по многим карактеристикама, од којих je течно агрегатно стање најзначајније, с обзиром да има велики утицај на размножа-вање водених организама, њихово кретање и исхрану, једном речју – на укуп-не животне активности.

Најзначајнији представници водених организама – планктони – цео жи-вот проводе лебдећи у води, независни од било какве чврсте основе. Пандан ове специфичне животне форме на копну не постоји. Иако се спомињу вазду-шни планктони, овај термин односи се на нешто сасвим друго – ситне муве, пауке, лисне ваши које се помоћу ваздушних струјања краће или дуже време преносе ваздухом, али не постоје такви организми чије се укупне животне ак-тивности одвијају у ваздуху. Лебдење планктона у води није лебдење у фи-зичком смислу, с обзиром да је специфична тежина протоплазме нешто већа од јединице, па планктони полако тону. Ради одржавања равнотеже, на површини тела долази до формирања разних система који обезбеђују њихово лебдење.

Према томе, вода је животна средина јединствених организама који за-хваљујући фотосинтези воду и угљеник(IV)-оксид у присуству Сунчеве свет-лости претварају у угљене хидрате и кисеоник. Више од четири милијарде го-дина по појави живота, пише Сеган К. (Sagan, С.) преовлађујући организми биле су микроскопске плавозелене алге, које су прекривале и испуњавале оке-ане, у чијим су дубинама, заштићени од смртоносног ултраљубичастог зрачења, процесом фотосинтезе стварале услове за раскид са монополом алги и за бујање мноштва нових облика живота. Фитопланктони састављени од огромног броја микроскопских алги и данас су један од битних носилаца жи-


75

вота не само због продукције кисеоника већ и због производње органске мате-рије, што представља полазну карику у ланцу исхране. Водена средина је, према томе, важан извор хране. Са друге стране, важна компонента животних намирница јесте – вода. Вода као нека врста пренете праматерије је основни састојак сваког живог организма на Земљи. У организмима биљака и животи-ња има просечно нешто више од 56% воде. И у човековом организму налази се у знатном проценту (65%). У току живота проценат воде се постепено смањује и у зрелом добу постаје релативно константан. Организам мушкарца садржи у периоду од 18. до 50. године просечно 61% воде у односу на тежину, а органи-зам жене у истом добу 54%. Ова разлика објашњава се већим садржајем масти у организму жене, па се тако тежина тела повећава, а удео воде смањује. Нај-већи део воде у организму (око 70%) налази се у саставу ћелијске протоплаз-ме. Остала вода је ван ћелије, од чега 7% унутар крвних судова чини крвну плазму, а остатак од 23% је такозвана међућелијска течност.

Дневна потреба за водом одраслих износи око 2,5 l, јер се дневно управо толико и ослобађа из организма (400 ml ce издише у облику водене паре, 600 ml испарава преко коже, 800 до 1300 ml издваја се урином, а око 200 ml фецесом). To, међутим, не значи да се ова запремина воде мора и попити јер се вода налази и у намирницама које се уносе, а део воде се ствара и метаболиз-мом беланчевина, масти и угљених хидрата. To je такозвана ендогена вода.

Ни један животни процес у организму човека и животиња не може да се одвија без воде, која је исто толико важна као и ваздух. Уз учешће воде одви-јају се практично све функције организма. Тако, на пример, испаравањем са површине коже и респираторних органа вода учествује и у процесима термо-регулације.

Процес варења хране такође се одвија само у воденој средини. У овом процесу вода има улогу одличног растварача готово свих животних намирница.

Да би се коначни продукти метаболизма удаљили из организма потреб-но је да кроз бубреге дневно прође између 150 и 170 литара течности.

Приликом губитка количине воде која чини 6 до 8% тежине тела долази до повећања температуре, црвенила коже, успореног рада срца и убрзаног ди-сања, слабљења мишића, несвестице и главобоље. Губитком 15 до 20% воде при температури ваздуха вишој од 30 °С долази до смрти. Губитак 25% воде и на нижим температурама такође има смртоносни исход.

За разлику од водених биљака, које немају никакве тешкоће у снабдева-њу водом, сувоземне биљке не долазе лако до воде која се налази у земљишту и неопходна им је за уношење минералних материја. Целокупан процес про-


76

мета у биљци, означен као водни режим биљке, условљен је: а) примањем во-де из подлоге, б) спровођењем воде по ткивима корена, стабла и листова, в) одавањем воде преко надземних органа, и то углавном преко листова (тран-спирација). Одавање воде од посебног је значаја у хлађењу биљака, посебно у условима високих температура. Биљке су велики потрошачи воде. Тако је за једну тону пшенице у периоду вегетације потребно утрошити 1.500 тона воде, за исту количину пиринча 7.000, а памука 10.000 тона. Највреднија за биљке је свакако одмрзнута вода због њене изузетне чистоће. Наиме, давно је примеће-но да у близини ледника бујно цветају ливаде и да су иза поларног појаса би-љке необично медоносне.

У данашње време се без воде не може замислити развој и функцио-нисање ни једне индустријске гране. Тако се може навести податак да је на пример за производњу једне тоне ацетатне свиле потребно утрошити 2.600 а за исту количину капронског влакна 5.600 m3 воде. У индустријској области САД потребе за водом по становнику (наравно, заједно са индустријском водом) износи чак и до 2.000 литара дневно.

У другој половини XX века је изузетно порастао интерес за водом као енергетским извором. Некада су снагу водених токова користиле воденице, док се данас, захваљујући белом угљу, производе милијарде kWh електричне енергије.

3.2. ВРСТЕ ВОДА И ПРОЦЕСА

3.2.1. Вода као хемијско једињење

Природне воде представљају сложене системе чију основу чини хемиј-ско једињење просте формуле Н2О.

Молекул воде састоји се из два атома водоника и једног атома кисеони-ка. Иако су могуће 42 различите комбинације ових атома у молекулу воде, са-мо је оних 9 стабилних који настају комбинацијом стабилних изотопа водони-ка и кисеоника. У природи се срећу и други изотопи водоника (деутеријум и трицијум) и кисеоника (17О, 18О). Тако се на 2.500 атома 16O јављају један атом 17О и пет атома 18О. Комбинацијом протона и деутеријума (трицијум се у при-роди среће крајње ретко) са кисеоником могу се добити следећи облици моле-кула воде: Н2

16О, HD16О, D216O, Н2

17О, HD17O, D217O, H2

18O, HD18O, D218O. To

значи да се наша обична вода састоји из смеше девет облика воде. За састав воде карактеристичан је следећи тежински садржај елемената:

водоника 11,19 % и кисеоника 88,81%. Језгра атома молекула воде распоре-ђена су по угловима равнокраког троугла на чијем се врху налази језгро атома


77

кисеоника. У непобуђеним молекулима воде угао НОН, образован правцима везе кисеоник-водоник, износи 104°27' за парно стање и 104°31' за течно (сли-ка 10).

Слика 10. Структура молекула воде

Интернуклеарно растојање О–Н у молекулима воде износи 0,09568 nm (у гасној фази), 0,09572 nm (у течној) и 0,099 nm (у фази леда).

Водена пара се углавном састоји од појединачних молекула воде, али се у њој налазе и асоцирани молекули (ди- и тримери). Јединствена теорија о структури течне воде још не постоји.

На 0 °С (273,15 К) течна вода претвара се у лед чија густина на тој тем-ператури износи 0,9168 g/cm3. За воде је карактеристично постојање неколико полиморфних облика леда. У зависности од температуре и притиска при који-ма долази до формирања кристалне фазе, разликује се 13 облика леда. При обичним условима стабилан је лед који има хексагоналну структуру.

Аномалија густине састоји се у томе да је густина леда мања него густи-на течне воде, а максимум густине на +4 °С објашњава се унутрашњом струк-туром воде.

Чињеница да је лед лакши од воде има огромну улогу у природи. Са на-ступањем мразева површински слој воде хлади се до +4 ° С и као тежи спушта на дно истискујући топлије слојеве што доводи до смрзавања воде почев од површине а не од дна. Овоме доприноси и мала топлотна проводљивост леда. Добру заштиту вода обезбеђује и снег који прекрива лед. Топлотна проводљи-вост снега при густини од 0,1 g/cm3 одговара топлотној проводљивости вуне а при густини од 0,2 g/cm3 топлотној проводљивости хартије.

На обичној температури вода, једина од свих течности, осим живе, има максималан површински напон. Ова особина опредељује површинске појаве и има важну улогу у одвијању биохемијских процеса.

Још једна аномалија воде састоји се у чињеници да је она јединствени ми-нерал на Земљи који се може истовремено налазити у сва три агрегатна стања.


78

Важна особина воде је способност растварања многих супстанција (чврстих, течних, гасовитих) и она је имала значајну улогу у формирању сас-тава природних вода. По својим хемијским особинама вода је веома реак-тивна. Она реагује са халогенима, алкалним металима, атомским кисеоником и са многим другим хемијским елементима и једињењима.

3.2.2. Настајање и хемијски састав природних вода

Прву етапу у образовању састава природних вода представља интер-акција са атмосфером. Међу супстанцијама које доспевају у воде из атмосфере налазе се органске и минералне материје, а такође и честице прашине и чађи које се налазе у загађеном ваздуху. На тај начин у воде доспевају и радиоакти-вне загађујуће материје. Израчунато је да једна кап кише од 50 mg падајући са висине од 1 km, испира 16,3 dm3 ваздуха, a 1dm3 кишнице испира 3,26·105 dm3 ваздуха.

Ha већој удаљености од извора загађивања ваздуха, састав атмос-ферских падавина и садржај суспендованих материја опредељени су природ-ним условима, али и у том случају они зависе од количине примеса у ваздуху који се испира атмосферским падавинама. Средњи садржај соли у атмосфер-ским падавинама износи око 35 mg/dm3.

Другом етапом формирања састава природних вода сматра се интерак-ција атмосферских падавина са земљишним покривачем, при чему важна уло-га припада присуству биљног покривача и његовом карактеру. Да би дошло до сливања воде са земљишта потребно је да интензитет кише буде једнак или већи од 0,5 mm/min, a укупна количина падавина (за попуњавање пора у по-вршинском слоју земље) не мања од 15 mm.

При интеракцији вода које се сливају низ падину са земљом запажа се испирање уз стварање суспензија, а такође и прелаз електролита у воду.

Између запремине воде и количине електролита који прелазе у раствор из земљишта постоји функционална зависност, изражена једначином:

x y v b= ⋅ + (5)

где је х количина растворених електролита у mg-ekv на 1 kg апсолутно суве земље, у константни коефицијент за дато земљиште, v тежински однос воде и земље, b количина лако растворних електролита.

При интеракцији воде са земљиштем поред растварања соли, запажају се и адсорпција и јонска измена. Земљишни комплекс који се састоји из орган-ских и минералних једињења је важан извор прехране биљака с обзиром да у


79

земљишни раствор доставља катјоне неопходне биљкама и то јонском изме-ном са водоничним јонима из киселог сока који се лучи кореновим системом.

Многа земљишта, а нарочито чернозeм и тресет, поседују значајну јо-ноизмењивачку способност, која је везана за присуство хуминских киселина у њима. Са појавом јонске измене везан је и низак садржај соли у водама неких тресетних мочвара (сума јона 4-6 mg/dm3, при садржају калцијума 1-2 mg/dm3 и магнезијума 0,1-0,5 mg/dm3).

Растварање соли, адсорпција и јонска измена имају своје место и при продирању воде у дубину земљишта. Дужина интеракције воде са земљиштем и контакт са минералима приликом инфилтрације условљавају специфичност састава подземних вода.

Процеси интеракција између воде и минерала литосфере имали су важ-ну улогу у образовању хемијског састава не само природних вода већ и спо-љашњих слојева литосфере. Кроз историјски развој Земље минерали доспели на њену површину ерупцијом, били су изложени физичкој ерозији под дејс-твом воде и других природних чинилаца (колебање температуре, испаравање, дробљење при замрзавању воде у пукотинама), a такође и хемијској ерозији као резултат измене јона који улазе у састав кристалне решетке минерала – водоничним јонима.

Ерозији се подвргавају и сулфиди метала, при чему се у овом случају процес убрзава на рачун оксидационог дејства кисеоника, услед чега настаје сулфатна киселина која појачава даљу ерозију:

2FeS2 + 7О2 + 2Н2О → 2FeSO4 + 2Н2SO4 (6)

Као резултат хемијске ерозије образују се нерастворни продукти као што су глине, хидролискуни, различити оксиди силицијума (кварц, опал). Тако је у току многих милиона година дошло до образовања моћних дебелих седи-мената – глина и песка. Судбина испраних соли била је различита: доспевши у унутрашњост мора, оне су се таложиле на дно у виду огромних наслага, део им је однет у океан, а део се расејао и адсорбовао на различитим седиментима и земљишту.

У образовању анјонског састава природних вода, важну улогу имали су гасовити продукти вулканских ерупција (H2S, NH3, HCl и други). Развој живо-та на Земљи такође је оставио трага на настајање природних вода. Разлагање биљних остатака у земљи, уз настајање СО2 и органских киселина, убрзало je наиме растварање минерала у земљишту. Минерализацији природних вода допринос даје и делатност земљишних микроорганизама који прерађују ор-ганске материје.


80

Тесна веза између хемијског састава воде и минерала са којима je y кон-такту омогућава да се подаци хемијске анализе састава воде примењују у про-цесу проналажења руда. Тако, на пример, при средњем садржају злата од 0,01 mg/m3 његова концентрација у водама у непосредној близини налазишта злата повећана је до 0,06-0,1 mg/m3. Слично томе, садржај нафтенских кисе-лина (смеша карбонских киселина), јода и неких других елемената и једињења карактеристичан је знак присуства нафте.

На образовање хемијског састава вода битно утиче и карбонатна кисе-лина, под чијим се дејством карбонатни минерали разарају уз превођење теш-ко растворних карбоната у лакше растворне хидрокарбонате.

3.2.3. Основни физичкохемијски састав и карактер природних вода

Природне воде су сложени системи који садрже материје у облику јона и молекула, минерална и органска једињења у облику колоида, суспензија и емулзија. У води су растворени гасови који улазе у састав атмосфере, а такође и материје које настају као резултат животних активности водених организама и процеса хемијске интеракције у самој воденој средини. Састав природних вода настаје као резултат интеракције воде са средином – минералима, зем-љиштем и атмосфером. При томе се одвијају следећи процеси: а) растварање једињења; б) хемијска интеракција материја са водом и воденим растворима; в) биохемијске реакције и г) колоидно-хемијске интеракције. Деловање сваког наведеног процеса опредељује се таквим условима интеракција материје са водом као што су температура, притисак и геолошке специфичности. На сас-тав површинских подземних и атмосферских вода знатно утиче и разноврсна људска делатност.

Промена састава воде може се запазити при разблаживању, мешању во-да различитог састава, промени температуре. Растварању минерала и седиме-ната доприносе хемијске реакције које воде образовању растворних једињења. To cy реакције хидролизе, оксидације, редукције, карбонизације, јонске измене и друго.

Материје растворене у води могу да се налазе у виду молекула (гасови, нека органска једињења) простих и комплексних јона (на пример [UO2(CO2)]4–. Јони cy y воденој средини хидратисани, они могу образовати аквакомплексе типа [Cu(H2О)3ОН]+. Могућа су и образовања комплексних једињења анјона и катјона. У морској води, на пример, трећина Са2+ и Mg2+ налази се у облику недисосованих сулфатних комплексних јона, а такође се образују комплекси (NaSO4)–, а само 8% укупног садржаја сулфата налази се у облику SO4

2–.


81

Катјони могу да улазе у састав комплекса са органским једињењима. На пример, широко распрострањени облик гвожђа у води јесте његов комплекс са фулвокиселинама. Растворљивост тешко растворних једињења у природним водама је већа него у дестилованој води. Тако је производ растворљивости калцијум-карбоната у морској води (при концентрацији хлорида од 19 g/kg и 20 °С ) готово 500 пута већи него у дестилованој. У процесу оксидације мине-рала основна улога припада кисеонику. Тако се гвожђе(II)-дисулфид (пирит) оксидује на влажном ваздуху по реакцији:

2 FeS2 + 7 О2 + 2 Н2О = 2 FeSO4 + 2 H2SO4 (7) и даље 4 FeSO4 + 2 Н2SO4 + О2 = 2 Fe2(SO4)3 + 2 Н2О (8)

Узевши у обзир и хидролизу настале соли тровалентног гвожђа, лако је могуће објаснити високу киселост рудничких вода чија pH вредност може би-ти мања од 3. (Преглед карактеристич-них вредности pH различитих природ-них вода дат је на слици 11).

У оваквим водама могу се раства-рати такви минерали као што су апатит, карбонати, сулфиди, алумосиликати, боксити, чак и магнетит. При раствара-њу апатита у сулфатној киселини обра-зују се фосфатна киселина и флуоридна киселина. Настајањем ове последње ки-селине објашњава се појава флуорида у природним водама.

Агресивно дејство на минерале испољавају и алкални раствори који на-стају на пример разлагањем нефелина NaAlSiO4 под дејством воде и угље-ник(IV)-оксида:

2 NaAlSiO4 + n Н2О + СО2 = Na2СО3 + Al2О3 2 SiO2 nH2О (9)

Алкални раствори изазивају рас-тварање амфотерних оксида (А12О3, ВеО) и силиката. Вода, учествујући у реакцијама хидролизе узрокује пре-

Слика 11. Карактеристичне вред-ности pH за различите природне

воде.


82

вођење у растворне облике таквих минерала као што су алумосиликати. У формирању састава природних вода важна улога припада јоноизме-

њивачким процесима, који се одвијају међу јонима који се налазе у води и јо-нима који улазе у састав алумосиликата земљишта. Као резултат такве измене долази до расподеле калијума и натријума. Калијум се сорбује земљиштем, а натријум се на њему не задржава и због тога увек значајно преовлађује у при-родним водама. На формирање састава површинских вода велик утицај испо-љавају биохемијски процеси који се одвијају у живим воденим организмима и њиховим остацима. Они утичу на основни хемијски састав, расподелу гасова, садржај микроелемената и биогених материја.

Према класификацији Вернадског, В.И. (Вернадский, В.И.), природне воде могу да се поделе у 485 различитих класа на основу садржаја соли, прео-владавајућег јона или групе јона, односа међу одређеним групама јона и при-суства специфичних компонената. По садржају соли (g/kg) природне воде се деле на: 1) слатке воде (до 1), 2) прилично слане (1-25), 3) воде са морским салинитетом (25-50) и 4) слане воде (>50).

Прилично детаљна класификација природних вода по хемијском саставу предложена је од стране Алекина, А.О. (Алекин, А.О), (слика 12).

Слика 12. Класификација природних вода

Овом класификацијом природне воде се према доминантном анјону де-ле на три класе : карбонатне или хидрокарбонатне (С), сулфатне (S) и хлорид-не (Cl). По доминантном катјону деле се на групе: калцијумову (Са), магнези-јумову (Mg) и натријумову (Na). Групе се даље деле на типове који указују на однос међу јонима (mg-ekv). Први тип (I) карактерише се следећим односом:


83

CНСО3– > CСа2+ + CMg2+. Овом типу припадају меке воде са малим садржајем со-ли и са доминацијом јона Na+ и К+. За други тип (II) важи однос CНСО3– > CСа2+ + CMg2+ < CНСО3– + CSO42– Састав ових вода образује се при њиховом контакту са минералима седимената и продуктима ерозије. To cy воде већине река, језе-ра и подземне воде са малим и средњим садржајем соли. У водама које припа-дају трећем типу (III) запажа се следећи однос међу јонима: CНСО3– + CSO42– < CСа2+ + CMg2+ или CCl– > CNa+. Овом типу припадају воде мора и океана и јако минерализованих подземних извора. Четвртом типу (IV) припадају киселе воде (CНСО3– = 0). Оне могу бити само у сулфатној и хлоридној класи, у група-ма Са и Mg. Ha основу ове класификације може се скраћено окарактерисати састав воде следећом формулом: класна припадност воде означава се симбо-лом елемента који улази у састав доминантног анјона. У десном горњем углу ставља се преовладавајући катјон, тј. означава се група. Десно у индексу сим-бола римским бројем означава се тип. На пример, СII

Cа (вода хидрокарбонатне класе, група калцијума, тип II). Када се садржај другог јона од преовладавају-ћег разликује за мање од 5 mg-ekv, y формули се исписују симболи два еле-мента.

Концентрација основних јона у природним водама зависи од садржаја соли. Садржај јона ограничен је образовањем тешко растворних једињења. Промена садржаја појединих јона у води у зависности од садржаја соли дата је у табели 12.

Табела 12. Промена садржаја одређених јона у зависности од садржаја соли у води

Садржај соли g/dm3 Доминантни јони

< 0,06 Са2+, SO42–, CO3

–, Na+, Cl–, Mg2+

> 2,0 SO42–, HCO3

–, Na+, Cl–, Mg2+

>168,3 HCO3–, Na+, Cl–, Mg2+

>193,9 Na+, Cl–, Mg2+

>328,6 Cl–, Mg2+

3.2.4. Хемијске компоненте природних вода

Природне воде су сложени вишекомпонентни системи који садрже при-месе различитог фазно-дисперзног састава. Растворне неорганске и органске супстанције образују једнофазне растворе ca димензијама честица од 0,1 до 1 nm. Високомолекуларна органска једињења при растварању у води могу да


84

образују колоидне растворе. У колоидном стању могу да се налазе и нека теш-ко растворна једињења као што су алумосиликати, хидроксиди тешких метала, силицијумова киселина и друга. Димензија честица у колоидним системима креће се од 1 до 100 nm. Основни део тешко растворних неорганских и орган-ских једињења налази се у облику грубодисперзних примеса, образујући сус-пензије или емулзије са честицама већим од 100 nm.

Све примесе воде се по односу према дисперзионој средини деле на четири групе (две од њих образују хетерогене системе, а остале – хомогене)..

Првој групи припадају нерастворне примесе (суспензије, емулзије, зоо- и фитопланктони), са пречником честица већим од 10 µm. Ове примесе, са изу-зетком микроорганизама, образују у води кинетички нестабилне системе, тј. подложне су седиментацији.

Колоидне примесе, вируси, мале бактерије и високомолекуларна једи-њења чине другу групу.

Трећа група примеса представљена је једињењима која у води образују молекулске растворе (гасови, органске супстанције, производи животних ак-тивности водених организама). Ове примесе образују хомогене системе.

Четврта група примеса представљена је супстанцијама које у води дисо-сују на јоне.

Количина суспендованих честица RM коју река преноси у јединици вре-мена назива се расходом суспендованих наноса и изражава се у kg/s. Садржај суспендованих супстанција у води СM, изражен у g/m3 (mg/dm3) назива се мут-ноћом и са расходом суспендованих наноса везан је односом:

СM = 1000 RM/Q (10)

Зависност масе честица m, које се преносе водотоком, од брзине проти-цања v потчињава се закону Ирија (Erie):

m = A v6 (11)

где је А коефицијент пропорционалности. Укупан садржај суспендованих честица у речној води такође се налази у директној зависности од брзине про-тицања и протока воде у реци. Основни узрок налажења суспендованих честица у речним водама јесте ерозија корита и стрмих обала. Величина ерози-је зависи од отпора површине на подлокавање и од енергије водотока Е, која на делу L може да се рачуна по формули:

E = 1000 Q × H (12)

где је Q проток воде, m3/s, a H – пад висине за дати део изражен у метрима.


85

У сагласности са овим, ерозија је више изражена у планинским облас-тима, а мање у равницама. Бујице које располажу огромном рушилачком енер-гијом, карактеристичне су управо за планинске области, и не преносе само песак и шљунак већ и крупне облутке.

Хемијске компоненте природних вода условно се деле на пет група: 1) основне јоне, 2) растворене гасове, 3) биогене материје, 4) органске суп-станције, 5) микроелементе.

3.2.4.1. Основни јони У природним водама утврђено је присуство више од 70 хемијских еле-

мената међу којима су најзаступљенији хлор, натријум, кисеоник, магнезијум, калцијум, калијум и сумпор који учествују у формирању анјона и катјона. Нај-више су распрострањени анјони: НСО3

–, SO42–, Cl–, СО3

– , HSiO3– и катјони:

Na+, Са2+, Mg2+, К+, Fe2+. Садржај основних јона у слатким водама чини 90-95% од укупног садржаја соли.

У природним водама стално су присутни јони Са2+ и Mg2+ који условља-вају општу тврдоћу воде. Њихова основна количина у воду доспева раствара-њем минерала који их садрже (кречњак, доломит, гипс, полиалумосиликати). Јони Са2+ карактеристични су за мало и средње минерализоване воде. При по-већању садржаја соли до 1 g/kg концентрација јона Mg2+ се повећава. У мине-рализованим водама они постају преовлађујући, што је везано за бољу рас-творљивост соли магнезијума у води. Са санитарно-хигијенског аспекта јони Са2+ и Mg2+ не представљају нарочиту опасност. Међутим, значајнија тврдоћа чини воду неподесном за комуналне потребе и индустрију.

Са гледишта садржаја калцијумових и магнезијумових соли у води, пос-тоји класификација по тврдоћи, дата у табели 13.

Табела 13. Подела вода по тврдоћи

mg/dm3 као СаСО3 Врста воде

0-75 мека вода

75-150 умерено тврда

150-300 тврда вода

изнад 300 врло тврда вода

Јони Na+ и К+ срећу се готово у свим природним водама. Соли натрију-ма, које се налазе у воденој пари, условљавају пенушање те су непожељне у водама за пуњење парних котлова. Садржај калијума у природним водама


86

обично није велики с обзиром на то да га као биолошки активни елемент из воде извлаче биљни и животињски организми.

Хидрокарбонатни јони често преовладавају у слатким водама. Њихова присутност у природним водама везана је за растварање карбонатних минера-ла под дејством угљеник(IV)-оксида. Јон НСО3

– је постојан у природним во-дама у интервалу pH од 4,2 до 12. Заједно са јонима Са2+ и Mg2+ он условљава привремену (карбонатну) тврдоћу воде. За већину природних вода садржај хидрокарбонат-јона карактерише њихов општи алкалитет.

Јони SO42– доспевају у природне воде процесом растварања гипсаних

минерала, мирабалита, оксидације сулфида, сумпора и органских једињења сумпора. Садржај сулфатних јона може бити значајан у атмосферским падави-нама услед загађења ваздуха индустријским емисијама. Тврдоћа која потиче од супстанција као што је калцијум-сулфат и која се не може одстранити при кључању позната је као стална тврдоћа.

Хлориди по укупном садржају у природним водама заузимају прво мес-то међу анјонима. Њихов садржај варира од десетих делова до хиљаду и више mg/dm3. У слатким водама је њихова концентрација обично мала. Они се у природним водама појављују при растварању минерала који садрже хлориде и избацују се у великој количини при активности вулкана. Хлориди су сталне компоненте отпадних комуналних као и неких индустријских вода. При кон-центрацији хлоридних јона вишој од 300 mg/dm3, вода поприма сланкаст укус. Поред тога, хлориди појачавају корозију гвожђа у води. Повишене концентра-ције хлорида у води могу да буду индиректни показатељи загађивања вода отпадним водама.

У табели 14 дата је просечна концентрација најважнијих јона у рекама у свету.

Табела 14. Просечна концентрација најважнијих јона у рекама у свету*

Катјони mg/dm3 Анјони mg/dm3 Са(II) 15,0 НСО3

– 58,4 Mg(II) 4,1 SO4

2– 11,2 Na(I) 6,3 Cl– 7,8 K(I) 2,3 SiO3

2– 13,1

* United Nations, Natural Resources/Water Series, New York, 1976.


87

3.2.4.2. Растворени гасови. Кисеоник Промена растворљивости кисеоника у дестилованој води у температур-

ном интервалу од 0 до 29 °С при атмосферском притиску и садржају од 20,9% кисеоника у ваздуху дата је у табели 15. Табела 15. Растворљивости кисеоника у температурном интервалу 0 до 29 °С

Температура °С

Раст. О2 mg/dm3

Температура °С

Раст. О2 mg/dm3

0 14,66 15 10,15 1 14,23 16 9,95 2 13,84 17 9,74 3 13,34 18 9,54 4 13,13 19 9,35 5 12,80 20 9,17 6 12,48 21 8,99 7 12,17 22 8,83 8 11,87 23 8,68 9 11,59 24 8,53

10 11,33 25 8,38 11 11,08 26 8,22 12 10,83 27 8,04 13 10,60 28 7,92 14 10,37 29 7,63

Садржај кисеоника у површинским водама одређен је његовим доспе-вањем из ваздуха. Он, такође, зависи од годишњег доба, дубине вода, услова реаерације, животних активности водених макро- и микроорганизама. На кон-центрацију кисеоника раствореног у води утиче и садржај соли растворених у води, при чему концентрација кисеоника опада са порастом њиховог садржаја. Снижење концентрације раствореног кисеоника може да укаже на загађеност вода органским једињењима.

Садржај кисеоника у водама се смањује са дубином. Ова појава – верти-кална расподела раствореног кисеоника приказана је на слици 13.

Са повећањем дубине интензитет фотосинтезе се смањује. Потрошња кисеоника при дисању биљака и образовање кисеоника при фотосинтези ме-њају се у зависности од прозрачности воде. Раст водених биљака могућ је само изнад нивоа названог ниво компензације односно, при позитивном балансу,


88

фотосинтеза-дисање. Јасно је да се ниво компензације мења у зависности од доба дана, прозрачности воде и годишњег доба.

Слика 13. Вертикална расподела раствореног кисеоника (1) и промена

температуре (2) у језерској води

Максимум садржаја раствореног кисеоника запажа се лети, у периоду интензивне фотосинтетичке активности биљних организама. У зимском пери-оду садржај кисеоника у води се нагло смањује због отежане реаерације и са доспевањем само подземних вода које готово да и не садрже растворени кисе-оник. О степену кисеоничног дефицита може очигледно да се суди по ве-личини релативног садржаја [О2] која може да се израчуна по формули:

[ ]2100 760O aN P

⋅ ⋅=⋅

(13)

где је a – количина О2 нађена анализом, у mg/dm3, N – равнотежна количина кисеоника на датој температури и притиску од 760 mm Hg стуба (налази се из одговарајуће табеле), Р – атмосферски притисак (mm Hg стуба). У слојевима при дну кисеоника има мање, с обзиром да он учествује у процесима оксида-ције седимената. Кисеоник растворен у води даје јој освежавајући укус. За-хваљујући високој хемијској активности, кисеоник појачава корозију метала.

3.2.4.3. Угљеник(IV)-оксид – карбонатна киселина Овај гас раствара се у води ступајући делимично у реакцију са њом, уз

образовање карбонатне киселине. Укупни садржај СО2 + Н2СО3, који се од-ређује при анализама воде, означава се термином слободна карбонатна кисе-


89

лина. Основни извори угљеник(IV)-оксида у површинским водама јесу биохе-мијски процеси разлагања органских материја. Поред тога, он у површинске воде доспева и подземним водама, а такође се сорбује и из ваздуха. Велика количина угљеник(IV)-оксида налази се у морима и океанима и 60 пута прева-зилази његову количину у атмосфери. Угљеник(IV)-оксид је неопходан за жи-вотну активност биљних организама у води. Режим промене садржаја угље-ник(IV)-оксида у води супротан је аналогном процесу за кисеоник. У повр-шинским водама садржај слободне карбонатне киселине обично износи 0,5 до 2, а максимум 20 до 30 mg/dm3. У подземним водама њена концентрација је виша (50 mg/dm3 и више). Садржај слободне карбонатне киселине у водама зависи од садржаја соли, pH, температуре и концентрације јона Са2+ и карак-терише се карбонатном равнотежом. Карбонатна киселина у воденим раство-рима дисосује по једначини:

H2CO3 ↔ H+ + HCO3– (14)

HCO3– ↔ H+ + CO3

2– (15)

При температури од 20 °С вредност прве константе дисоцијације карбо-натне киселине износи K1 = 3,8·10–7, a вредност друге износи K2 = 5,61·10–11 mol/l.

У природним водама успоставља се динамичка равнотежа између раз-личитих облика карбонатне киселине:

Н2О + СО2 ↔ Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3– ↔ 2Н+ + СО3

2– (16)

Сви облици карбонатне киселине не могу истовремено да буду присут-ни. Као стабилни системи јављају се: 1) СО2 + Н2О; 2) СО2 + НСО3

–; 3) НСО3–;

4) НСО3– + СО3

2– , 5) СО32– + OH–. Остали системи су нестабилни и прелазе у

неки стабилан. Основни карбонатни систем природних вода представља систем који се

састоји из слободне карбонатне киселине и хидрокарбонат-јона:

Н2О + СО2 ↔ Н2СО3 ↔ Н+ +НСО3– (17)

Овај систем поседује пуферске особине и обезбеђује стабилност pH природних вода. На основу једначина за константе дисоцијација следи да је концентрација слободне карбонатне киселине у непосредној зависности од концентрације Н+ јона, а садржај карбонатног јона – у обрнутој. На тај начин у природним водама pH зависи од односа различитих облика карбонатне кисе-лине. При ниским вредностима pH (pH < 4,2) у води је практично присутна само слободна карбонатна киселина. При вишим вредностима pH (у интервалу


90

од 4,2 до 8,3) у води се у равнотежи налазе слободна карбонатна киселина и хидрокарбонати. Садржај хидрокарбонатног јона расте са повећањем pH, а концентрација слободне карбонатне киселине се смањује. При pH 8,3 до 8,4 у води се практично налазе само хидрокарбонати (око 98 % ). При pH > 8,4 у води се појављују карбонатни јони који су у равнотежи са хидрокарбонатима. У случају када је pH > 12, карбонатни јони постају преовлађујући.

Користећи криве приказане на слици 14 могуће је израчунати односе са-држаја различитих облика карбонатне киселине при одређеној pH вредности (за температуру од 25 °С). При повећању општег садржаја соли криве се поме-рају улево. Повећање притиска изазива померање равнотеже удесно. Повећа-ње температуре доводи до повећања константе дисоцијације карбонатне кисе-лине и то доводи до померања кривих удесно.

Слика 14. Однос различитих облика карбонатне киселине у зависности

од pH воде

Постојећа динамичка равнотежа између различитих облика карбонатне киселине у њеним воденим растворима може да се прикаже једначином:

2 HCO3– ↔ CO3

2– + CO2 + H2O (18)

У присуству калцијум-хидрокарбоната ова једначина опредељује услове равнотеже међу растворним једињењима и слаборастворним калцијум-карбо-натом:

Са(НСО3)2 ↔ СаСО3 + СО2 + Н2О (19)

За одржавање одређене концентрације хидрокарбонатних јона потребно је присуство одређене количине слободне карбонатне киселине у води, назва-не равнотежном карбонатном киселином.

При недостатку СО2 (Са2+ + 2 НСО3– > СО2 + СаСО3 + Н2О) запажа се

тенденција таложења калцијум-карбоната (разлагање хидрокарбонатног јона,


91

уз стварање слободне карбонатне киселине и карбонатног јона) услед вези-вања вишка карбонатне киселине јонима Са2+ из воде, а сагласно Лешателије-овом (Le Chatelier) принципу.

У случају вишка СО2 (Са2+ + 2 НСО3– < СО2 + СаСО3 + Н2О) запажа се

агресивност воде која се манифестује растварањем калцијум-карбоната и ње-говим превођењем у хидрокарбонат.

Агресивност воде у односу на метале зависи не само од садржаја слобо-дне карбонатне киселине и других једињења која јој мењају pH већ и од садр-жаја раствореног кисеоника. Као критеријум агресивности воде или раствора у односу на дати метал јавља се величина редокс потенцијала разматраних систе-ма.

Повезаност између редокс потенцијала Е и односа концентрација окси-дационог (окс) и редукционог (ред) облика датог елемента изражава се добро познатом електрохемијском једначином Нернста.

3.2.4.4. Сумпорводоник У водама које не садрже растворен кисеоник настају услови за појаву

сумпорводоника. Он настаје растварањем сулфидних минерала под дејством угљене киселине, при биохемијском разлагању органских једињења која са-држе сумпор у одсуству кисеоника, на пример у седиментима. С обзиром да је сумпорводоник токсично једињење које води даје непријатан мирис, који се јавља већ при концентрацијама већим од 0,3 mg/dm3, присутност сумпорводо-ника у води је непожељно. Поред тога, сумпорводоник изазива корозију гвожђа и доприноси развоју бактерија. Поред раствореног сумпорводоника, у води се могу налазити сулфидни S2– и хидро-сулфидни HS– јони, с обзиром да раствор сумпорводоника испољава особине слабе киселине. При pH 5 до 9 у води се налази сумпорводоник у равнотежи са хидросулфидним јоном. При pH < 5 у води се налази само сумпорводоник, док се сулфидни јони појављују у базној средини (pH > 9).

3.2.4.5. Биогене материје У овој групи налазе се једињења неопходна за одвијање животних акти-

вности водених биљака, као и производи њиховог метаболизма. To cy, y првом реду, минерална и органска једињења азота. Органски облици азота представ-љени су беланчевинама и продуктима њиховог распадања. Неорганска једи-њења азота (NH4+, NO2–, NO3–) могу настати при разлагању органских једињења која садрже азот или доспети у површинске воде атмосферским падавинама које спирају ђубрива из земљишта (амонијачни азот, нитрати).


92

Садржај и знатна заступљеност различитих једињења азота зависе од услова доспевања азотних једињења у воду, односно режима вода. У време поплава запажа се повећање концентрације органских једињења азота услед спирања органских остатака са површине земљишта. Лети растворна једиње-ња азота користе водени организми па се њихов садржај у води снижава. Нит-рити су прелазни облици оксидације амонијачног азота у нитратни. Њихов садржај у природним водама је обично мали. Концентрација нитрата у чистим водама такође се изражава стотим или десетим деловима mg/dm3. Међутим, понекад, на пример при спирању ђубрива, може да се достигне вредност 10 mg/dm3, па и већа. Амонијачна једињења обично се у водама налазе у ма-лим количинама (стоти, десети делови mg/dm3).

Поред азота, и фосфор спада у ред важних биогених елемената. Концен-трација једињења фосфора у чистим водама је безначајна (хиљадити, стоти де-лови mg/dm3). To cy минерални облици фосфора (ди- и хидрофосфати Н2РО4

– и НРО4

2– и органска једињења). Једињења двовалентног гвожђа налазе се само у подземним водама. Она

доспевају у воду при растварању минерала који садрже гвожђе под дејством киселина (карбонатне, хуминских и др.).

У површинским водама концентрација једињења тровалентног гвожђа је неважна услед потпуне хидролизе соли. Органски облик гвожђа у води пред-ставља сложене комплексе са хуминским киселинама који имају браонкасто-мрку боју. При концентрацијама јона гвожђа вишим од 0,3 mg/dm3, вода поп-рима укус гвожђа, a y цевоводима је могућ развој гвожђевитих бактерија. Јони гвожђа, заједно са јонима Са2+ и Mg2+, дају води тврдоћу.

Једињења силицијума срећу се у природним водама у облику различи-тих минералних и органских једињења. To cy силицијумова киселина, њене соли (хидросиликати и силикати), а такође и честице различитих алумосили-ката у колоидном и суспендованом стању и органска једињења силицијума. Концентрација силицијума у природним водама не превазилази неколико ми-лиграма у dm3. Међутим, у водама северних река она је виша и може достићи десетак mg/dm3. Једињења силицијума образују на зидовима измењивача то-плоте талог који се тешко уклања и који има малу проводљивост топлоте.

3.2.4.6. Органске материје Основни део органске материје у природним водама чине хумусна је-

дињења, која се образују претежно при разлагању биљних, a y мањој мери, и животињских остатака. Водени хумус садржи у основи лигнино-протеинска једињења. У његов састав улазе и угљоводоници, масти, восак као и елементи


93

пореклом из органских материја: угљеник, водоник, кисеоник, азот, сумпор, фосфор итд. Земљишни хумус у себи садржи нерастворне хумине, хумусне киселине и друге производе распадања сложених органских материја. Ху-мусне киселине деле се на хуматоленске, хуминске и фулвокиселине. Хумин-ске киселине су високомолекуларна једињења, продукти кондензације арома-тичних једињења типа фенола са аминокиселинама и протеинима. У зависнос-ти од величине молекула, могу да образују у води праве, колоидне растворе и суспензије. Хуминске киселине су способне да услед међумолекулских инте-ракција образују агрегате молекула – мицеле. Фулвокиселине су високомоле-куларна једињења типа оксикарбонских киселина, са садржајем азота, са ма-њом количином угљеникових атома од хуминских и јако израженим киселим особинама. Концентрација органских материја (воденог хумуса) у води може достићи 50 mg/dm3 и више. Хуминске киселине чине безначајан део воденог хумуса, чији је основни део представљен фулвокиселинама. Боја воде услов-љена је управо фулватима гвожђа.

3.2.4.7. Микроелементи Елементи чији је садржај у води мањи од 1 mg/dm3 припадају групи ми-

кроелемената. Микроелементи у природним водама могу да се налазе у обли-ку јона, молекула, колоидних честица и суспензија и да улазе у састав мине-ралних и органских комплекса. Микроелементи се могу поделити у следеће групе: 1) типични катјони (Li+, Rb+, Cs+, Ва2+, Sr2+ и други); 2) јони тешких ме-тала (Cu2+, Ag+, Ni2+, Cd2+ и други); 3) амфотерни, способни да образују ком-плексе (Cr, Mo, V и други.); 4) типични анјони (I–, F–, Br– и други); посебну групу чине радиоактивни елементи.

3.2.5. Специфичности хемијског састава вода река, језера и акумулација

Специфичности хемијског састава вода река, језера и акумулација тесно су повезане са карактеристикама њиховог хидролошког режима.

За реке је карактеристична непрекидна промена воде, услед чега речне воде релативно мало испаравају и прилично слабо делују на раније испрано земљиште речног корита, али интензивно интерагују са атмосферским вазду-хом. Ови услови опредељују следеће специфичности хемијског састава речних вода: 1) малу минерализацију у поређењу са другим водама; 2) брзу промен-љивост под утицајем хидрометеоролошких услова; 3) слабо дејство на јонски и гасовити састав биолошких процеса и често значајан садржај органских ма-


94

терија; 4) стално присуство у води растворних гасова који се налазе у атмос-фери и незнатно малу количину гасова који се у њој не налазе.

Материје нерастворене у рекама највећим делом се трансформишу у сус-пензији. Око 90% суспендованог материјала у рекама има величину честица мању од 0,1 mm. Најчешће су минералног порекла и оне могу да буду покриве-не органским материјалом. Ове честице се таложе у мирним речним зонама или на речним деоницама где је брзина тока испод 0,1 m/s. Ha таквим се местима нагомилава талог речног дна. Минерални део ових талога потиче од речног ко-рита јер се стално врши ерозија дна и бочних косина при протицању, уз осло-бађање финих честица које образују суспензију. При највећим протицајима (тзв. период поводња) сталожени материјал (седимент) се поново враћа у суспензију, транспортује низводно и таложи у новим, низводним мирним зонама.

Садржај суспендованих материја у рекама мења се од неколико mg/dm3 до неколико g/dm3, што зависи од више чинилаца. Мале реке и речице показују врло велике варијације у транспорту седимената. У великим рекама су те вари-јације мање, као што је случај са Рајном, у којој се креће од 10 до 150 mg/dm3.

У поређењу са рекама, језера се карактеришу успореном заменом воде, тј. дужим пребивањем воде у њима. Очигледно је да ова околност при одгова-рајућим климатским условима доприноси већем испаравању воде и њиховој повишеној минерализацији. У условима сушне климе ови пpоцеси доводе до образовања високоминерализованих сланих језера (Мртво море). Повећање опште минерализације повлачи за собом и промене њеног хемијског састава услед отежане размене јона воде са земљиштем и муљем, а такође и услед та-ложења соли на седименте. Друга слика запажа се у влажним зонама. Ту је доток воде у језеро већи од количине воде која из њега испарава те се јавља отицање из језера и непрестано изношење растворених супстанција. Као ре-зултат тога у језеру се успоставља минерализација блиска средњој минерали-зацији притока, за дату зону обично невелика. Прелазни положај заузимају језера са отицањем у одређеним сезонама у години, првенствено за време по-плава. Равнотежна минерализација која се успоставља у овим језерима прева-зилази средњу минерализацију притока и у основи зависи од интензивности испаравања и од односа запремине дотицања и отицања према основној маси воде у језеру. Битан утицај на хидрохемијски режим језера испољавају биоло-шки процеси који се нарочито интензивно одвијају у плитким добро загреја-ним језерима.

Језера прихватају разнородне суспендоване материје из река и потока, при ерозији обала, уношењем загађења и преко биолошких активности. Ови материјали, који се уопштено називају седиментима од великог су значаја за


95

живот језера. Седименти, у зависности од поднебља и физичких карак-теристика сливног подручја, показују тенденцију да временом испуне језера и самим тим ограниче њихову намену.

Седименти у језерима се мењају у зависности од њиховог порекла. Гла-цијална (глечерска) језера се пуне различитим материјалима (крупни облуци, делови стена, крупнозрни и ситнозрни песак, глина) преко река и потока који у њих утичу и ерозијом њихових обала. Сем тога, органски отпаци, који по-тичу и из човекових активности (на пример, од градских и индустријских за-гађивања), повећавају садржај хранљивих материја у језеру, што проузрокује вишак биолошке производње у језеру и опадање квалитета језерске воде. To старење језера (еутрофизација) има за резултат стварање органских седиме-ната по језерском дну који се мешају са минералним седиментима.

Језера вулканског порекла имају обично мање стеновитог материјала од глацијалних језера и садрже само ограничене количине финог муља. Вулкан-ски пепео је главни састојак седимената дна вулканских језера и може да пос-лужи за одређивање њихове старости.

Процес формирања хемијског састава акумулационих језера посебно се интензивно одвија у првобитном периоду њиховог настајања. Као резултат потапања нових површина копна, са шумама, пашњацима и мочварама, долази до спирања у акумулације веће количине растворних органских и минералних материја, изумирања и разлагања биљака и образовања новог тла при интен-зивној интеракцији јона растворених у води и гасова са земљиштем. Овај пе-риод примарног формирања хемијског састава воде за различите акумулације траје различито (ред величине неколико година), а затим се у њима успостав-ља одговарајући режим, близак језерском. Прелаз од речног режима ка језер-ском спроводи се изменом хидролошких и биолошких услова, и карактерише се повећањем температура вода, појачаним испаравањем, повећаном проз-рачношћу, интензивнијим развијањем планктона и водених биљака. Све то може довести до суштинских измена хидрохемијског режима.

Начин кретања седимената и њихово таложење у језерима у великој ме-ри зависе од дејства таласа. У језерима, где су таласи дужи и мање учестани, ситнозрни седименти се таложе даље од обале, док у зони обале заостаје кру-пнозрни материјал (шљунак, крупнији песак). У мањим језерима, која карак-теришу кратки, учестани таласи, финији материјал се обично таложи у прио-балној зони која је, самим тим, муљевита или ситнопесковита.


96

У току процеса испуњавања језера седиментима дејство таласа има тен-денцију да се смањује, док вегетација тежи да се снажније развија, чиме се убрзава испуњавање језера.

3.2.6. Састав вода океана и мора

Средњи састав океанске воде мало варира, као и састав тропосфере са којом је вода океана у непрекидној вези. Значајне области океана никада нису биле континенти, већ су увек биле запоседнуте водом. Међутим, воде мора запоседају области које су некада давно или недавно биле континенти те из тог разлога постоји тесна веза између њих у погледу хемијског састава.

У мора и океане се не сливају само огромне количине слатке воде у об-лику атмосферских падавина, већ се непрекидно уливају и многобројне реке и потоци, с једне и подземни извори, с друге стране.

У исто време потребно је указати и на огромну количину воде везану за подводне вулканске активности на целокупном морском и океанском дну. Ово мора изазвати хемијске измене океанске и морске воде, при чему треба нагла-сити да се овај процес са удаљавањем од копна одвија далеко јаче.

Треба нагласити да постоји сличност воде океана са саставом фумарола. Ову појаву су уочили већ и први хемичари – истраживачи вулкана и морске воде настојећи да ову везу објасне радном хипотезом по којој се вулкани обра-зују захваљујући продирању морске воде у растопљену магму. Овоме у прилог ишла је и чињеница да се давно активни и донедавно активни вулкани управо налазе у близини морских и океанских обала.

Као што из података датих у табели 16 може да се закључи у водама мо-ра и океана налазе се готово сви елементи који се могу наћи у природи. Нала-жење различитих хемијских елемената зависи углавном од процеса раствара-ња, уз напомену да је присутан цео систем равнотежа између седимената, рас-твора соли, суспензија, живих организама и гасова.

Океанска вода представља раствор неорганских супстанција с концен-трацијом од око 3,5% (поред органских компоненти и гасова). Једанаест осно-вних (Na+, Mg2+, Са2+, К+, Sr2+, Cl–, SO4

2–, НСО3–, СО3

2– Br– и F–) хемијски мало-активних јона морске воде и Н3ВО3 чине 99% масе свих растворених једињења у океану. Сума катјона је нешто већа од садржаја јаких анјона у морској води и представља такозвану алкалну резерву која опредељује базни карактер воде (pH 7,6 до 8,6).


97

Табела 16. Елементарни хемијски састав (%) океанске и морске воде*

Океан Mope Океан Mope Елем. Садржај Елем. Садржај Елем. Садржај Елем. Садржај Чврсти остатак

3,8-3,2 Чврсти остатак



4,3-5,1 Cl 2,1-1,7 Cl 2,2-1,5–1 Cu l,45-3,0–7 Cu 2,05-9,0–6

Na 1,7-9,1–1 Na 1,8-1,5–1 Pb 10-5 Ba 1,9-5

О 2,0–1-1,1–1 O 3,1–1-2,1–2 As 8,0–6-2,6–6 Li 1,0–5 Mg 1,5–1-9,1–2 Mg 2,2–1-1,6–2 I 5,2–6-5,0–6 As 2,5–6-3,8–8

S 1,0–1-6,8–2 S 1,5–1-1,2–2 Ba 5,0–6 Mn 2,3–6

K 1,0–1-2,8–2 K 8,6–2-5,9–3 Mn 4,0–7 Mo 2,0–7

Ca 6,4–2-3,8–2 Ca 6,6–2-3,3–3 Se 4,0–7 Au 1,0–7

Br 7,1–3-4,2–3 Br 5,3–2-2,2–4 U 2,0–7 Ni 1,0–7

C 4,8–3-2,6–4 C 6,6–3-1,6–4 Cs 2,0–7 Ra n–12-n–14

N 2,3–3-1,0–5 N 2,3–3-1,0–3 Ag n–7-n–9

Rb 1,4–3-2,0–5 Rb 1,6–3-2,9–4 V 10–7

Sr 1,4–3-1,3–4 Si 9,4–4-1,3–6 Ni 10–7

Si 8,0–2-2,2–6 P 5,8–4-1,3–7 Mo 10–7

P 5,3–4-5,0–6 H 3,9–4-8,5–5 Au 4,5–8-4,0–10

Fe 5,5–4-5,0–6 I 2,4–4-2,0–6 Ce 4,0–8

Al 5,2–4-2,0–5 Zn 3,8–4-2,0–7 La 3,0–8

B 4,6–4-4,0–4 Fe 3,0–4-4,0–7 Y 3,0–8

Zn 3,1–4-1,0–7 F 3,0–5 Se 4,0–6

H 2,8–4-3,0–6

F 1,0–4-2,4–5 Hg 3,0–9

Li 1,75-7,0–6 Ra l,0–12-l,6–13

* Нађени су још Bi, Ge, Ti, W, Su, Ga, Zr, Ms, Th и гасови He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn.

Суспендоване честице у морској и океанској води су литогеног, биоге-ног и хидрогеног порекла. Са површина континената се свим рекама у океан-ску средину годишње уноси око 12.000 милиона тона суспендованих честица. Део њих се прерађује планктонима, део се таложи на дно, а део раствара. Под утицајем водених организама значајна маса суспендованих честица вишекратно


98

се репродукује у активном воденом слоју. На овом стадијуму суспендованом материјалу терестричног порекла придодају се и остаци угинулих планктона.

Најзначајнија улога у образовању биогених суспензија припада форами-ниферским и дијатомејским планктонима.

Поред суспензија, у морској води се налазе и праве колоидне честице. У принципу свака тешко растворна материја (BaSO4, SrCO3, ВаСО3, СаСО3, Са3(РО4)2 и други) може да се налази у облику колоида, али су за морску воду најкарактеристичнији SiO2, Fe(OH)3 односно Fe(OH)2, Mn(OH)2 и колоиди ор-ганског порекла.

Специфична површина морске суспензије је изузетно велика и износи приближно 10 до 40 m2/g (узимајући у обзир средњу концентрацију од 1 g/m3). Неживи део суспензија – честице литогеног порекла, различити колоиди, хид-роксиди и детритус, представљају основне сорпционе компоненте.

Апсолутна количина абиогене суспензије која доспева у горње слојеве износи око 1,3 g/m3. Она доспева у океан из атмосфере, у коју пак доспева де-флацијом, као и речним током. Са порастом дубине запажа се промена у струк-тури суспензије, што се огледа у смањењу садржаја крупних честица и раства-рању карбоната на већим дубинама. Истовременом са смањењем димензија честица по вертикали смањује се и садржај детритуса (глава 3.10), иако се укуп-на количина органске компоненте мало мења.

Као важна компонента суспензије може се навести и гвожђе, чији садр-жај варира од 0,5 до 19,5%. По многим ауторима суспендовано, укључујући и колоидно, гвожђе се у морској води налази у облику Fe(OH)3. Основни део гвожђа употребљавају фитопланктони, чиме улази у ланац исхране трансфор-мишући се у сложена органска једињења гвожђа, док се извесна количина Fe(OH)3 може таложити.

У морској води се налази и значајна количина органског материјала која се образује пре свега угинућем бактерија и планктонских организама. Настали органски детритус полако се транспортује до дна океана а на дубини између 500 и 1.000 метара се интензивно разлаже као резултат животних активности различитих бактерија, па се у течној фази појављују појединачна органска је-дињења.

Маса, у морској води, растворене органске материје неколико пута је већа од масе живе материје тј. свих живих организама који насељавају океан. У 1 dm3 океанске воде налази се 1,5 до 3,3 mg органске супстанције, од чега се мањи део налази у облику сићушних колоидних честица (око 108 честица пречника приближно 0,5·10–6 µm у 1 dm3), а основни део (око 95%) у облику


99

правог раствора. Жива материја мора и океана је основни инструмент помоћу кога природа прерађује хемијска једињења и елементе, укључујући их у био-хемијско кружење материје. Основну улогу у томе имају сићушни организми, фитопланктони, бактерије и зоопланктони, који обично чине основну биомасу.

Услед многобројних процеса у којима учествују живи организми, многи параметри морске средине (pH, Eh, садржај кисеоника, карбонатне киселине, сумпорводоника и концентрација различитих елемената) у тесној су вези са биомасом морских организама и њиховом миграцијом у океану. Управо ове карактеристике морској води као биохемијском систему дају ону спе-цифичност која је чини различитом од простог раствора соли. У том смислу океан представља јединствен физичкохемијски и хидробиолошки систем са читавим комплексом међусобно повезаних и условљених процеса, те се с пуно права назива и живом водом.

У океану може да се разликује неколико слојева, различитих каракте-ристика. Површински, обично до 150-200 m, карактерише се активним проце-сима фотосинтезе. У њему је практично сав планктон. Овај слој се интензивно меша, загрева сунчевим зрачењем и садржи много гасова, посебно кисеоника, који се сорбује непосредно из атмосфере. Ниже од активног слоја, до дубине од 1.000 до 1.500 m, налази се област са минималним садржајем раствореног кисеоника и ниском температуром (прелазни слој). И на крају, још дубље, уз океанско дно налази се слој са ниским вредностима pH, ниском температуром и високом густином. Иначе, највећи део површине дна океана покривен је кречним муљем који се састоји углавном од остатака планктонских форами-нифера. Њихов скелет се у основи састоји од СаСО3 са малим садржајем MgCO3.

3.2.7. Основни показатељи квалитета воде за пиће

Квалитет воде условљен је у њој раствореним минералним и органским материјама, гасовима, колоидима и суспендованим честицама и присутношћу микроорганизама. Показатељи квалитета воде за пиће сврстани су у три групе: 1) органолептичку; 2) токсиколошко-хемијску и 3) бактериолошку. Оцена ква-литета воде започиње одређивањем физичких показатеља (мутноће, проз-рачности, боје, мириса, укуса, температуре).

3.2.7.1. Мутноћа воде Грубодисперзне примесе (честице пречника већег од 100 µm) узрокују

мутноћу воде. Она може да буде изазвана таквим неорганским честицама као што су песак и глина, и органским компонентама, на пример продуктима рас-


100

пада биљних и животињских организама. Мутноћа је својствена површинским водама са великом брзином протицања. Величина мутноће зависи од начина снабдевања резервоара вода, особина минерала обала, климатских и времен-ских услова. Максимална мутноћа воде запажа се у периоду који претходи поплавама и за време поплава, када мутноћа достиже вредност хиљада mg/dm3. Мутноћи воде значајан допринос дају и микрочестице бакра и цинка. При концентрацији цинка од 30 mg/dm3, вода има млечни изглед, док је при концентрацији од 10 mg/dm3 мутна.

Воде које садрже безначајну количину суспендованих честица проз-рачне су. Њихов квалитет се карактерише величином супротној мутноћи – прозрачношћу.

Вода за пиће не сме да има мутноћу већу од оне коју би проузроковало 10 mg силикатне глине у 1 dm3 дестиловане воде.

3.2.7.2. Боја воде Ова органолептичка карактеристика вода потиче од растворних соли

гвожђа хуминских и фулвокиселина као и алги. Нијансе жућкасте до жуто-мрке боје потичу од органских материја, црвенкасто-мрки тонови указују на обиље хумусне материје, жућкасто-црвена боја потиче од хидроксида гвожђа, а тамни тонови од једињења мангана.

Боја воде одређује се према платино-кобалтној скали и изражава у сте-пенима. Један степен ове скале одговара садржају 2,49 mg калијумхлорпла-тината К2[PtCl6] и 2,018 mg кобалтхлорида СоСl2·6Н2О. Боја се одређује коло-риметријском методом. Вода намењена за пиће, по овом параметру не сме да има више од 20 јединица платино-кобалтне скале.

3.2.7.3. Мирис и укус воде Мирис и укус природне воде потичу од растворених соли, гасова и ор-

ганских једињења насталих процесом животних активности водених орга-низама. У зависности од порекла мириси се деле на природне и вештачке. Природни мириси (рибе, мочваре, плесни, трулежи) настају резултатом живот-них активности водених организама, а такође и при разлагању органских ма-терија. Вештачки мириси (фенолни, хлорфенолни и други) јављају се при за-гађивању отпадним водама. Мириси се квантитативно оцењују органолеп-тички, коришћењем петостепене скале мириса, у балима, дате у табели 17.


101

Табела 17. Скала за одређивање мириса воде (у балима)

Бал Јачина мириса Опис одређивања 0 Нема Одсуство мириса. He може да се опази. 1 Врло слаба Мирис може да утврди посебно оспособљено лице. 2 Слаба Мирис не скреће пажњу корисника воде, али може да

се примети ако се на њега укаже. 3 Приметна Мирис се лако установи и изазива колебање према

коришћењу воде. 4 Знатна Мирис који се одмах осети и изазива пажњу, а воду

чини непогодном за пиће. 5 Врло јака Мирис је толико јак да чини воду непогодном за пиће.

Поред основног укуса према табели 18, вода може да поседује и под-укус, на пример: метални, хлорни и други, који се при опису укуса воде додаје ако је то потребно (на пример, горко-метални укус).

Табела 18. Упоредни приказ граничних концентрација соли које изазивају oceћaj укуса

Концентрација, mg/dm3 Co

Укус неодређен једва осетан Укус лош, одбијајући NaCl 150 500 – слан MgCl2 100 400 – горак MgSO4 200 500 – горак CaSO4 70 150 – на гипс KC1 350 700 – горак FeSO4 1,5 5,0 – гвожђевит MnCl2 2,0 4,0 – на блато FeCl2 0,3 0,5 – на блато

3.2.7.4. Температура воде Температура воде се значајно колеба. Већина извора водоснабдевања

има одређени дијапазон колебања температуре условљен климатским услови-ма. Најпријатнија температура воде за пиће креће се од 7 до 12 °С. Температу-ра, осим органолептичких особина, указује и на порекло воде. Температура површинских вода зависи од сезонских и дневних колебања температуре, као и од квантитативног односа атмосферских и подземних вода које стварају по-вршински ток. Температура подземних вода је стабилнија и зависи од климат-


102

ских прилика одређене области. У случају да она варира, то је поуздан знак да се налази на релативно малој дубини.

3.2.7.5. Токсична хемијска једињења Међу токсичним једињењима чија се количина мора ограничавати у во-

дама за пиће налазе се једињења бора, берилијума, молибдена, кадмијума, жи-ве, стронцијума, урана, мангана, олова, арсена и сребра.

3.2.7.6. Бактериолошке особине Вода за пиће мора да буде бактериолошки и биолошки исправна. To

значи да природна вода не сме да садржи више од 10 колиформних бактерија у 100 cm3 воде, а пречишћена не сме да садржи: Escherichia coli, фекалне коли-форме, протеус, Streptococcus faecalis и сулфиторедукујуће клостридије. У по-гледу биолошких особина вода за пиће не сме да садржи паразите, алге и дру-ге организме који могу да јој измене изглед, мирис и укус.

3.2.8. Промет материја у води

3.2.8.1. Мешање у речним водама Једна од основних појава које објашњавају промет материја у природној

воденој средини јесте мешање. Постоје три врсте мешања које утичу на раз-блаживање материја у рекама: бочно, усправно и подужно.

Бочно (латерално) мешање одређује брзину којом се нека, у воду уне-та материја (на пример, загађујућа супстанција), распростире (дифундује) са једне обале на другу.

Усправно (вертикално) мешање одређује домет раслојавања (страти-фикације) унете материје по слојевима водене масе.

Подужно (лонгитудинално) мешање контролише брзину којом се део водене масе креће низводно, на челу просечне подужне брзине.

Свака од ових трију врста мешања је зависна од вртложења (турбулен-ције) речне воде, које опет зависи од низа чинилаца:

1. протока (запреминске количине воде у јединици времена), 2. нагиба речног корита, 3. речне дубине, 4. рапавости речног дна, 5. облика (конфигурације) речног корита (обала и дна), 6. дејства ветра и ваздушних струјања,


103

7. струјања због различитих густина водене масе (струјања у раслојеној воденој маси) и

8. температуре.

Бочно, усправно или подужно мешање загађења у рекама, као и у језе-рима и морима, је у великој мери зависно од турбуленције, која се мери врт-ложном дифузијом, a y много мањој мери молекуларном дифузијом. Однос прве према другој је 103-106 : 1.

3.2.8.2. Промет материја у широким речним ушћима у мора Разблаживања загађења у зонама где се речна вода меша са морском во-

дом (естуаријум) у знатној су мери сложенија због деловања плиме и осеке, које носе део загађења тамо-амо већи број пута кроз ову сланкасту (бочасту) зону. На сложеност појаве утичу:

1. разлике у густини слатке воде, отпадне воде и морске воде; 2. дејства ветра и струја по густини које се супротстављају вертикалном

мешању, а убрзавају подужно мешање; 3. ефекти коагулације и флокулације које узрокује слана вода богата елек-

тролитима и 4. утицај облика обала и дна естуаријума.

Треба рећи да је проблем разблаживања, чије је познавање неопходно за решавање испуштања отпадних вода у речно ушће у море, необично сложен и да се не може тачно теоријски проценити. Сваки случај мора да се пажљиво проучи, при чему је поступак са радиоактивним обележивачима (радиоак-тивним трасерима) погодан за таква испитивања.

3.2.8.3. Разблаживање загађења у морима и великим језерима Физичке појаве разблаживања, дисперзије и транспорта загађења у мо-

рима и великим језерима обично се разматрају у две одвојене групе: 1) почетно разблажење проузроковано млазним дејством и разликама у густи-ни воде; 2) каснија дисперзија и промет разблаженог загађења морским стру-јама. Прву фазу убрзавају значајне разлике у густини воде, велика брзина мла-за и величина односа дубине испод површине мора, на којима се загађење ис-пушта у виду млаза кроз низ отвора на цевима (дифузерима), и пречника ис-пусног млаза. Тамо где постоји раслојавање водене масе, разблажено загађење може да остане испод постојаног средњег слоја водене масе и распростире се испод њега.


104

3.2.8.4. Промет загађења у подземним водама При разматрању овог питања мора се најпре имати у виду да при про-

ласку загађења кроз тло оно игра улогу природног филтра. Отпадне воде градова и извесних индустрија могу да се у делимично

пречишћеном стању нанесу по површини тла или да се убаце (инјектирају) испод површине Земље, водећи рачуна да се претходно из њих уклоне матери-је које могу да зачепе (колмирају) поре тла и тиме знатно ослабе његову фил-трациону моћ. При продирању (перколирању) кроз тло, загађење се разблажу-је водом из земљишта или падавинама које за време кишног периода такође продиру у тло. Пре но што вода која продире кроз тло доспе до водоносног слоја загађење у њој претрпи процес самопречишћавања, којим се део заоста-лог загађења уклони.

Бочно и подужно мешање воде која продире кроз тло и доспе до водо-носног слоја друге је врсте у поређењу са површинским водама. Разлог је у томе што се подземна вода креће тзв. слојевитим (ламинарним) струјањем, и то брзином која може да износи 3 m годишње, а само у крупнозрном матери-јалу или у мањим пукотинама у земљишту брзина воде може да премаши 1,5 km годишње. У подземној води нема турбулентног кретања које је својс-твено површинским токовима. Због тога, када загађење досегне до водоносног слоја, нема бочних или усправних дифузија и разблаживања. Укупна запреми-на воде у неком подземном водоносном слоју може се зато сматрати ефикас-ном за смањење концентрације унетог загађења у тло. Последице су двојаке: а) загађење унето у земљиште на једном месту може да не утиче на квалитет подземне воде на другом сразмерно блиском месту, чак и у току више децени-ја, па према томе нема ни забележених притужби потрошача воде на погорша-ни квалитет подземне воде; б) када се загађење коначно установи помоћу по-горшаног квалитета подземне воде, штета се не може поправити и последице су дуготрајне; то је, на пример, случај са саобраћајним удесима камиона-цистерне са товаром нафтних деривата ако се преврне и излије товар на тло које је сразмерно близу низу водоводских бунара из којих се насеље снабдева подземном водом као водом за пиће.

3.3. ПРОЦЕСИ У ВОДИ У природним водама као изузетно сложеним срединама, различите ма-

терије, без обзира да ли се ради о природним састојцима вода или о супстан-цијама које у њих доспевају човековом активношћу, подлежу једном или ве-ћем броју различитих процеса. Од ових физичкохемијских, односно биохемиј-ских процеса, који битно опредељују облике налажења, понашање и судбину


105

супстанција у воденој средини, посебно су значајни: растварање, адсорпција, испаравање, фотолиза, хидролиза, оксидо-редукције, метаболитички процеси и биоакумулација.

3.3.1. Растварање

Вода је одличан растварач. У њој се растварају чврсте, течне и гасовите супстанције. У природи, апсолутно нерастворних супстанција у води нема. У безначајним количинама процесу растварања подлежу и злато, сребро, гранит, базалт и друге материје које се обично сматрају нерастворним.

3.3.1.1. Растворљивост гасова у води Гасови који се састоје из поларних молекула (амонијак, хлороводоник)

растварају се у води боље од гасовитих неполарних једињења и елемената (метан, водоник, азот). Тако се у 1 dm3 воде на 0 °С и притиску од 101,325 kPa раствара 505 dm3 хлороводоника, али свега 0,002 dm3 водоника.

Растворљивост кисеоника у води је готово два пута већа од растворљи-вости азота, због чега ваздух растворен у води има другачији састав од атмос-ферског. У сувом ваздуху на 18 °С запремински садржај кисеоника износи 21,2%, a y ваздуху, раствореном у води 34,1%.У дестилованој води раствор-љивост гасова је боља него у воденим растворима електролита.

3.3.1.2. Растворљивост чврстих супстанција у води Границе растворљивости чврстих супстанција у води су веома широке:

од 3·10–19 g, за на пример, HgS до 2.570 g за AgNO3 у 1 dm3 воде. Растворљи-вост зависи од особине супстанције и температуре. Промена притиска без-начајно утиче на растворљивост чврстих супстанција будући да се течности практично не сабијају. Растворљивост чврстих супстанција различито се мења са повећањем температуре. Тако се, на пример, растворљивост KNO3 при про-мени температуре од 0 до 100 °С повећава 18,5 пута, а растворљивост NaCl свега за 10%. Растворљивост смеше CаSO4·2Н2О и Са(ОН)2 се са повећањем температуре нешто смањује.

3.3.1.3. Узајамна растворљивост (мешљивост) течности Способност једне течности да се раствара у другој опредељена је карак-

тером хемијске везе у молекулима ових једињења. Поларне течности добро се растварају у поларним, неполарне – у неполарним течностима. Узајамна рас-творљивост течности мења се у широким областима: од неограничене рас-творљивости једне у другој до практично потпуне нерастворљивости.


106

При повећању температуре растворљивост течности које се једна у дру-гој ограничено растварају повећава се.

3.3.2. Адсорпција

Под сорпцијом (адсорпција, апсорпција) се подразумева везивање суп-станције из гасовите или течне фазе на површину чврстог тела или течности, при чему је концентрација ове супстанције на њиховој површини повећана. Термин апсорпција употребљава се када се везивање врши уз успостављање одређеног типа хемијске везе, а адсорпција када су у питању физичке силе ве-зивања. Супстанција која се адсорбује назива се адсорбатом, а тело на коме долази до адсорпције – адсорбентом. Овај процес је веома значајан будући да се њиме врши удаљавање одређених супстанција из воде (али не и из водене средине) њиховим везивањем за суспендоване честице и седименте.

Растварач (вода) се такође адсорбује на површини адсорбента, мењајући му површинске особине. Међутим, при разматрању адсорпционих процеса површина адсорбента се обично сматра засићеном растварачем и непромен-љивом, па се из тог разлога адсорпција растварача занемарује.

Могу се разликовати физичка и хемијска адсорпција (хемисорпција). При хемисорпцији између адсорбата и честица адсорбента на површини се одвија хемијска реакција уз образовање хемијског једињења. При физичкој адсорпцији адсорбат не мењајући своју хемијску природу спонтано заузима површину адсорбента везујући се физичким силама.

Специфичност хемисорпције је у чињеници да се она одвија и при веома ниским концентрацијама адсорбата, као и високим температурама неповољ-ним за одвијање физичке адсорпције.

3.3.2.1. Утицај особина адсорбента на адсорпцију Адсорпција у воденој средини одвија се на површини суспендованих

честица, односно седиментима, чије су две основне фракције минерална и ор-ганска.

Минерална фракција је у основи представљена слојевитим силикатима и хидроксидима метала.

Органска фракција, која је чврсто везана за површину различитих глина, састоји се од три основне врсте. Материје које се не екстрахују алкалним реа-генсима називају се хуминима. Фракција која се екстрахује базама и таложи приликом закисељавања назива се хуминском киселином, а фракција која ос-таје у раствору после екстракције јесте фулвокиселина. Ове материје имају


107

веома сложене молекулске структуре, а ни једна се не може представити тач-ном хемијском формулом.

3.3.3. Испирање

Испирање је физичкохемијски процес под којим се подразумева таква интеракција течности (у природним условима је то вода) са једнородном и (или) разнородном чврстом фазом (средином) која за резултат има обогаћива-ње течности у њој растворним, слабо растворним или нерастворним компонен-тама те средине. Испирање, према томе, није процес који се, стриктно говоре-ћи, одвија у води, али је изузетно важан како при формирању састава природ-них вода тако и при њиховом загађивању. Овим процесом у воде доспевају различите супстанције и обично се сматра да се оне које се боље растварају у води лакше и испирају из земљишта. Међутим, при изучавању различитих класа једињења директна веза између растворљивости и брзине испирања није увек потврђена. За оцену способности испирања супстанције из земљишта као подобнији критеријум узима се коефицијент адсорпције на датом земљишту.

За време падања кише и каснијег кретања воде по дубини, материје се испирају по профилу земљишта. Када се површина земљишта исуши и влага под дејством капиларних сила подиже ка површини, запажа се обрнути ефе-кат. Процес испирања је, према томе реверзан и материја се премешта према површини. Овај процес се мора имати у виду при објашњавању испаравања материје из земљишта. Задржавање растворљиве супстанције у површинским слојевима може се објаснити и њеним продирањем у поре до којих вода тешко или уопште не доспева. Анализа општег процеса испирања усложњава се и разградњом материје у земљишту, која се најчешће одиграва у површинским слојевима, као и метаболитичким процесима.

3.3.4. Испаравање

Поред процеса адсорпције или испирања, увек је присутна и вероват-ноћа испаравања материје и њеног доспевања у атмосферу. Брзина испаравања са површине течности или чврстог тела опредељена је са више фактора:

1. Способношћу материје да прелази из једне у другу фазу, што се карак-терише равнотежним напоном њене паре при датој температури;

2. Дифузијом материје са површине испаравања (пошто се молекул суп-станције удаљује са површине, испаравање зависи од брзине дифузије; брзина овог процеса зависи од коефицијента дифузије у ваздуху, дебљи-


108

не непокретног слоја ваздуха уз површину испаравања и турбулентних струјања ваздуха који доводе до расејавања материје);

3. Расејањем испарене материје која се од места испаравања односи стру-јањем ваздуха;

4. Топлотним факторима као што су топлотна проводљивост и топлота образовања пара.

3.3.5. Фотохемијски процеси

Са становишта процеса који се одвијају у воденој средини најважнија су електромагнетна зрачења у блиској ултраљубичастој и видљивој области спектра (240 до 700 nm), која интерагују са електронима молекула. Неки моле-кули добро апсорбују Сунчево зрачење, a y многим случајевима апсорбована енергија је способна да произведе промене у молекулу, познате као фотохе-мијске промене. За разлику од овога, јонизујуће зрачење (γ и рентгенски зра-ци), које је у природи такође присутно, није довољно концентрисано да би изазвало приметније ефекте. Исто тако, ни енергија у природи широко распро-страњеног инфрацрвеног (IR) зрачења није довољна за потпуну трансформа-цију молекула већ изазива само њихове минималне измене (слика 15).

Слика 15. Поређење енергије електромагнетног зрачења са енергијом неких веза

Извесно је да до фотохемијске трансформације долази или директном апсорпцијом светлости супстанцијама које реагују или индиректном апсорп-


109

цијом светлости другим супстанцијама које се налазе у истом систему са њи-ма. У овом другом случају, молекули који апсорбују светлост често остају не-промењени, те дејствују слично катализаторима. Ова појава назива се сензи-билизација. И у једном и у другом случају потребно је да апсорбована енергија електромагнетног зрачења буде довољна за кидање везе.

Да би дошло до фотохемијске трансформације, супстанција мора да се налази на Сунцем осветљеној површини или у гасној фази. Побуђени молекул егзистира обично веома кратко и затим се или враћа на претходни енергетски ниво или претрпи хемијске промене. У првом случају енергија се губи при су-дарима и издваја у облику топлоте. Енергија се може ослобађати и у виду електромагнетног зрачења (флуоресценција или фосфоресценција), при повра-тку електрона на првобитан енергетски ниво. Хемијске промене одигравају се услед јонизације, фрагментације и прегруписавања.

На брзину и производе фотолизе дате супстанције у природним водама утичу многе друге супстанције које се такође налазе у њима – путем слабљења Сунчеве светлости, индуковања индиректних фотопроцеса и физичких или хемијских интеракција које доводе до измене особина посматране супстанције или њене микросредине. Међу најзначајнијим факторима који могу да утичу на фотореакцију у природним водама потребно је истаћи утицај хумусних ма-терија, суспендованих честица и микроорганизама.

3.3.6. Оксидо-редукциони процеси

Многе неорганске и органске материје могу да примају електроне и тако се редукују или да отпуштају електроне и оксидују се. Ови процеси имају ва-жан значај при разматрању понашања супстанција у води, углавном из два разлога: 1) оксидовани или редуковани облици могу битно да се разликују по биолошким и еколошким особинама; 2) постоје довољно значајне варијације оксидационих и редукционих услова у воденој средини, што утиче на тран-сформацију супстанције. На пример, жива може да се налази у облику двова-лентно позитивног катјона, који може да образује талоге са низом анјона или се трансформише дејством микроорганизама у метилживу. У елементарном (редукованом) облику жива поседује сасвим другачије реакционе особине, а поред тога поседује и довољно изражену испарљивост. Да би се сазнало како ће се жива понашати у природним условима, веома је значајно определити у каквим ћe ce условима Hg претварати у елементарну живу, и обрнуто.


110

3.3.7. Хидролиза

При растварању неких соли у води нарушава се постојећа равнотежа ди-социјације и раствор може постати кисео или базан. Ово се објашњава интерак-цијом јона насталих дисоцијацијом соли са јонима Н+ и ОН– односно, интерак-цијом растворене супстанције са водом. Реакција интеракције јона растворене соли са молекулима воде назива се хидролиза. Хидролизују само растворене соли и то не све. Соли образоване јаким базама и јаким киселинама (NaCl, KNO3, Na2SO4 и друге) не подлежу хидролизи и њихови раствори су неутрални.

3.3.8. Метаболитички процеси и биоакумулација

При доспевању супстанције у воду она, као што је наглашено, подлеже фотолизи, оксидо-редукцији или хидролизи. Међутим, најразноврснији и нај-активнији процеси одвијају ce y биолошким системима. Ово је условљено чи-њеницом да биолошки системи могу произвести енергију посредством својих нормалних метаболитичких процеса, као и чињеницом да реакције у њима го-тово увек катализују ензими. У небиолошким системима све зависи од Сунче-вог зрачења или топлотне енергије и у већини случајева реакције се одвијају без катализатора.

У природним срединама, у којима се налазе сви организми, налазе се и многа једињења токсична за већину њих. Преживљавање организама зависи од њихове способности да савладају деловања токсичних супстанција. Због тога је током времена дошло да развоја таквих система који су омогућили ор-ганизмима модификацију ових једињења у безопасне.

Резултати многих анализа указују да је концентрација неких суп-станција у воденим организмима чак и неколико десетина хиљада пута већа од оне у води. Ова појава позната је као акумулација (биоакумулација) и представ-ља важан процес елиминације супстанције из воде (али не и из водене сре-дине) и први корак њеног укључивања у ланац исхране. Проучавањем брзине акумулације и расподеле супстанције у организму бави се фармакокинетика. С обзиром да акумулација подразумева интеракцију супстанције са организмом, степен акумулације неке супстанције зависи, како од њених карактеристика, тако и од особина организма.

Коефицијенти акумулације различитих супстанција налазе се у широким границама. Највеће вредности достижу се за биолошки активне супстанције.

Тако се, на пример, при садржају 0,0014 mg/kg ДДТ-ија у морској води, он се у морским рачићима акумулира у количини од 0,44 mg/kg, у рибама које се њима хране од 3 до 5 mg/kg, док се конзумирањем ове рибе у људском телу


111

акумулира 99,8 mg/kg овог инсектицида тј. око 70.000 пута више DDT-ија него у води. Тако се, према подацима из шездесетих година, у масном ткиву стано-вника Аустралије налазило 1,8 mg/kg DDT-ија, Енглеске 2,85 mg/kg, Израела 9,94 mg/kg, Аргентине 13,7 mg/kg, Шпаније 14,8 mg/kg, претходне Југославије 12,3 mg/kg за мушкарце и 10,3 mg/kg за жене, а Индије чак 31 mg/kg.

3.4. ЗАГАЂИВАЊЕ ВОДА Загађивање воде може бити случајно, са каткад озбиљним последицама,

мада је најчешће резултат неконтролисаних испуштања загађујућих материја различитог порекла као што су: отпадне воде домаћинстава, индустријске от-падне воде, отпадне воде сточних фарми, воде са пољопривредних површина и воде које отичу и спирају градске површинe. Такође треба нагласити да и приметна промена температуре воде проузрокована испуштањем топлих вода у природне водене масе (реципијенте) представља посебан вид загађивања тзв. термичко загађивање.

Укупна запремине отпадних вода услед пораста становништва у свету, расте из године у годину и по једном становнику износи око 0,3 m3 отпадних вода на дан. У данашње време се у свету за индустријске, привредне и кому-налне потребе троши 150 km3 воде годишње, што представља мање од 0,5% укупне речне воде на планети. Међутим, да би се располагало са 150 km3 воде, потребно је из извора узети четири пута већу запремину. Тако је за 150 km3 практично потребно узети 600 km3 воде, док се разлика опет усмерава ка ре-кама и осталим резервоарима, углавном слатке воде. Осим тога, у свету се за пречишћавање отпадних вода годишње троши 5.500 km3 чисте воде, што представља већ 30% сталне речне воде на Земљи.

Иако загађујуће супстанције у воде могу доспети и непосредно, таложе-њем загађујућих супстанција из атмосфере на водене површине или авиотре-тирањем пољопривредних површина пестицидима или при прихрањивању култура минералним ђубривима, основна количина загађујућих супстанција испушта се отпадним водама различитог састава из разних извора.

Градске (комуналне) отпадне воде садрже органске материје подложне разградњи, приликом чега се троши један део раствореног кисеоника из воде у коју се испуштају. Ова биохемијска потрошња кисеоника (БПК) служи да се измери тежина (по јединичној запремини отпадне воде) раствореног кисео-ника који се троши у току биолошког процеса разградње органских материја, уз активно учешће микроорганизама садржаних у води. Органске материје при том служе микроорганизмима као храна и извор енергије за њихове животне


112

активности. У случају сирових градских отпадних вода петодневна вредност БПК5 износи 300-500 mg O2/dm3.

Органска једињења која се налазе у отпадним водама састоје се од ами-нокиселина, масних киселина, сапуна, естара, анјонских детерџената, амина, амида и многих других једињења. Основни део градских отпадних вода пред-стављају материје које се таложењем слежу на дну површинских вода (река, језера) у које се оне испуштају. Ови талози временом стварају дебеле слојеве муља. Главни минерални састојци градских отпадних вода јесу растворене соли у облику јона: Na+, К+, Са2+, Mn2+, NH4

+, Cl–, NO3–, SO4

2– i PO43–. Градске

отпадне воде увек садрже и разне микроорганизме, од којих извесни могу да буду и патогени. Мада већина патогених клица које проузрокују цревне поре-мећаје и обољења код човека не преживи дуго ван организма „домаћина”, не-ки подаци из праксе показују да ти микроорганизми могу бити довољно инфе-ктивни у разним воденим срединама и да могу заразити човека. Присуство у води микроорганизама-индикатора (који су стално настањени у човековом дебелом цреву у знатним количинама), као што је фекална Escherichia coli, представља поуздан знак загађења те водене средине отпадним градским во-дама и указује, на бактериолошку опасност по здравље људи.

Још је теже установити тачне особине загађујућих материја у индуст-ријским отпадним водама. На националном плану не постоји ни једна детаљна листа индустријских отпадних материја. Обично индустријске отпадне воде садрже, било у траговима или у већој количини, сировине, индустријске полу-производе, финалне индустријске продукте, копроизводе (који настају поред главних продуката) и споредне производе, као и разне хемијске супстанције које заузимају мање-више значајно место у индустријском процесу производ-ње. Састав и количина загађујућих материја које испусти одређена индустрија могу се по правилу знати само помоћу детаљне анализе отпадних вода. Данас је познато више хиљада загађујућих материја у индустријским отпадним вода-ма, међу којима су најчешће присутни детерџенти, растварачи, цијаниди, тешки метали, неорганске и органске киселине, NH3 и друга једињења азота, масти, соли, средства за бељење, боје и пигменти, фенолна једињења, средства за шта-вљење, сулфиди, и многа друга једињења. Велики број поменутих једињења је биоцидан (уништава одређене врсте живих бића) и токсичан.

И поред њихове велике разноврсности, бројне индустријске отпадне ма-терије мерљиве су помоћу истих параметара који се примењују и на градске отпадне материје. Ти заједнички параметри су: БПК, хемијска потрошња ки-сеоника из неког јаког оксидационог средства (ХПК), мутноћа, суспендоване материје, pH и други.


113

Загађење пољопривредног порекла потиче од животињских отпадака, производа ерозије тла, ђубрива, минералних соли које потичу од наводњавања, пестицида, и од разних заразних организама присутних у отпадним водама. Укупне количине ових отпадних материја имају знатну запремину. Тако, на пример, у САД количина животињских отпадака премашује количину отпада-ка од људских активности у односу 5:1 на основу вредности БПК, у односу 7:1 на основу вредности укупног азота и у односу 10:1 на основу вредности укуп-них чврстих материја.

Значајна количина загађујућих супстанција у воде доспева и спирањем са градских површина. Тако, на пример, са површине једног америчког града средње величине кроз канализациони систем у воде се уноси до 125 тона оло-ва и до 15 тона живе годишње. Осим ових продуката сагоревања, атмосфер-ским падавинама спирају се и бензпирени, као и огромне количине соли које се у зимском периоду користе за посипање саобраћајница.

Извори загађења вода штетним материјама јесу и бродови, чије се от-падне воде могу поделити на: фекалне, воду која потиче из бродске кухиње, купатила и перионица, а нарочито су значајне хаварије танкера, после којих се, поготову у морској средини, могу наћи огромне количине нафте и њених де-ривата.

Важан фактор загађења вода јесте и атмосфера загађена гасовитим, течним и чврстим материјама. Загађујуће супстанције се из ваздуха таложе под утицајем силе Земљине теже или се испирају атмосферским падавинама. Посебно су са овог становишта значајне киселе кише, које настају раствара-њем оксида сумпора и азота у атмосфери кишним капима и које данас имају регионални карактер (видети стр.196). Таложење загађујућих супстанција из атмосфере у функцији је растојања од њиховог извора. Тако се, на пример, густина таложења бенз[а]пирена, важног канцерогена који се налази у издув-ним гасовима саобраћајних средстава, мења од 18 kg/km2 y пречнику од 1 km од извора, преко 0,01 до 5 kg/km2 на растојању до 10 km, до око 0,003 kg/km2 на растојању до 30 km.

Иако се природне и отпадне воде карактеришу широким варијететом ра-створених или суспендованих материја, њихова укупна концентрација је сраз-мерно мала. Тако количина воде у морској средини износи 96,5%, садржај во-де у градским отпадним водама достиже 99,9%, a y површинским токовима 99,95%. Концентрације загађујућих материја обухваћене су опсегом од око 1 g/dm3 (укупан садржај растворених и суспендованих материја у отпадним водама) до реда величине микрограма на dm3 воде.


114

Отпадне воде се према садржају загађујућих материја и дејству на реке и друге воде деле на четири групе:

Прва група – отпадне воде које садрже неорганске примесе са специфи-чним токсичним особинама. У њима се налазе неорганске материје: соли, базе, арсен, бакар, олово и други тешки метали, метални оксиди и хидроксиди, сум-порводоник и друга једињења сумпора. Многе од њих поседују токсичне осо-бине и могу да се налазе у растворном и нерастворном облику. Доспевши у природне воде, ова група отпадних вода доводи до промене боје, прозрач-ности и појаве непријатног мириса и укуса, доприносећи таложењу нераствор-них супстанција које на тај начин погубно делују на бентос. У низу случајева долази до промене физичкохемијских особина вода (pH, тврдоћа) и тровања водених организама сумпорводоником, арсеном и другим токсичним супстан-цијама.

Друга група – отпадне воде које садрже минералне примесе без специ-фичног токсичног дејства. Основне загађујуће материје у њима су суспен-доване минералне материје и ситне честице минерала. Њихово дејство је слич-но деловању прве групе, само је мање изражено.

Tpeћa група – отпадне воде са органским примесама, без специфичног токсичног дејства. Оне садрже претежно отпадни материјал прехрамбене ин-дустрије и мада не садрже токсичне материје, негативно утичу на воде с обзи-ром да трошећи кисеоник стварају неповољан гасни режим. Органске материје се као резултат сложених биохемијских реакција оксидују под дејством аероб-них микроорганизама, а делимично се подвргавају и анаеробном разлагању, уз настајање отровних гасова: сумпорводоника, метана и амонијака. Овај процес спроводи се уз велику потрошњу кисеоника, што за резултат има изражени дефицит кисеоника, нарочито приметан при залеђивању водених површина. Истовремено се мењају pH, прозрачност, боја и биохемијска потрошња кисео-ника (БПК), тј. нарушава се нормалан хидрохемијски режим вода.

Четврта група – отпадне воде које садрже органске примесе са специ-фичним токсичним особинама. У њима се налазе феноли, смоле, боје, алкохо-ли, алдехиди, деривати нафте, једињења сумпора (меркаптани, сумпорво-доник), киселине, базе, органске и неорганске соли, једињења арсена и олова и друго. Деловање ове групе је аналогно отпадним водама прве групе али је јаче изражено с обзиром да се многе супстанције које улазе у састав ове групе спо-ро минерализују и да се њихово штетно деловање протеже на десетак, па чак и стотинак километара од извора загађења, посебно у рекама са брзим током. Под дејством супстанција као што су бензен, уља, смоле, феноли и пиридини


115

вода добија боју, непријатан фенолни мирис и укус, постаје мутна и покрива се флуоресцирајућим танким слојем који спречава контакт са кисеоником.

Садржај загађујућих материја у отпадним водама је мањи уколико су воде пречишћене пре њиховог испуштања у природне токове. Даља збивања са загађујућим материјама унетим у једну природну водену средину зависе, уопштено говорећи, од њихове природе (растворљивости, биоразградљиво-сти), као и особина природне водене средине. Загађујуће материје, као што је било речено, изложене су физичком процесу дисперзије и разблаживања, а могу бити подвргнуте и хемијским и биолошким реакцијама. На слици 16 приказани су расподела и низ процеса којима подлежу загађујуће материје у морској средини.

Често је лакше одредити на који начин ће концентрација загађујућих материја варирати у току времена и у зависности од растојања од места њихо-вог испуштања уколико утичу само физички процеси, посебно ако су у питању загађујуће материје које се не разграђују биохемијским путем.

Слика 16. Расподела акватичних загађујућих материја

и низ процеса у које могу бити укључене


116

Чак и под таквим околностима, поступци прогнозирања су усавршенији за случај растворених материја које се померају заједно са воденом масом него у случају суспендованих материја које показују тежњу да пливају или да лебде у воденој маси или пак да се таложе под утицајем силе Земљине теже. Ситуа-ција је још сложенија када су у питању хемијски или биолошки механизми, мада је данас остварен задовољавајући напредак у поступцима прогнозирања. Посебно је тешко одредити унапред какве ћe утицаје имати супстанције које подлежу биохемијској оксидацији и самим тим троше растворени кисеоник из воде јер бројни чиниоци утичу на брзине оваквих реакција, а посебно темпе-ратура, концентрација раствореног кисеоника и присуство или одсуство суп-станција које ометају или убрзавају ове реакције.

Процес загађивања површинских вода градским отпадним водама дово-ди до низа промена. Органске материје које се лако разлажу, доспевши у воду под дејством аеробних микроорганизама (бактерија, гљива, итд.) и оксида-цијом кисеоником, разграђују се до нитрата, сулфата и фосфата, односно трансформишу се у карбонате. Међутим, са повећањем садржаја органске ма-терије и дефицита кисеоника у води, аеробни микроорганизми замењују се анаеробним, а оксидациони процеси редукционим. Тако долази до образовања метана, амина и продуката који садрже сумпор и фосфор, а вода поприма неп-ријатан мирис. Отпадне воде, посебно комуналне, опасне су и са санитарно-хигијенске тачке гледишта, с обзиром да могу да садрже патогене микроорга-низме и јаја хелмината.

Многе загађујуће супстанције које се налазе у индустријским отпадним водама поред токсичних особина поседују и способност нагомилавања у во-деним организмима, што чини први корак њиховог укључивања у ланац ис-хране.

Здравље човека може бити доведено у питање било уношењем воде која није здрава (пијењем такве загађене воде, једењем загађених животних намир-ница или коришћењем воде за потребе телесне хигијене), било преко пољоп-ривредне или индустријске употребе односно коришћењем воде у рекреативне сврхе или самом чињеницом да човек живи у непосредној близини загађене воде. Треба на овом месту навести две велике категорије опасности: а) оне ко-је проистичу од присуства биолошки шкодљивих чинилаца који долазе у до-дир са човековим телом непосредно или посредно, укључујући и инсекте пре-носиоце (векторе) болести и б) опасности које проистичу од хемијских или радиоактивних загађујућих материја, које су обично последица испуштања индустријских отпадних материја у природну водену средину.


117

3.4.1. Биолошке загађујуће материје

Главни биолошки чиниоци загађења који се могу, на описани начин, преносити водом (хидрична обољења) могу да се класификују у следеће кате-горије:

1. патогене бактерије, 2. вируси, 3. паразити, 4. други микроорганизми.

Загађење воде патогеним бактеријама, вирусима и паразитима може да проистиче од загађења природних водених маса или од загађивања у току тран-спорта воде од места захвата (каптаже) до потрошача. Загађујући биолошки чиниоци се налазе у измету и мокраћи (екскрементима) животињског или људ-ског порекла, у отпадним водама или водама које отичу. Заразе се шире преко оболелих особа или клицоноша који сеју по околини патогене клице при врше-њу нужде (тамо где не постоје нужници). Клицоноше могу бити и прездравеле особе, у којима се још налазе заразне клице, или особа без видних симптома бо-лести. Најефикаснији начин сузбијања хидричних обољења јесу превентивне мере против загађивања вода, као и пречишћавање и дезинфекција вода.

Патогене бактерије пренете водом представљају један од главних узрока болести и смрти у великом броју земаља, посебно оних које су још у основном развоју. У табели 19 дат је преглед главних хидричних обољења. Табела 19. Бактеријске болести које се преносе загађеном водом или намирни-

цама припремљеним таквом водом.*

Болест Узрочник Колера Vibrio cholerae, урачунавајући и биотип El Tor Бацилна дизентерија Shigella Тифус Salmonela typhi Паратифус Salmonella paratyphi A, B и C Гастро-ентерит Други сојеви Salmonella, Shigella Дечији пролив Ентеропатогени сојеви, Escherichia coli Лептоспироза Leptospira Туларемија Pasteurella tularensis

*Organisation mondiale de la Sante: Risques pour la sante lies aux nouveaux pollutants de 1 environment (1976), Serie de Rapports Techniques no. 586, Geneve).


118

Извесни вируси који се размножавају у човечијим органима за варење (урачунавајући и ждрело) и који се могу избацити из организма у знатним ко-личинама путем фецеса могу да се нађу у отпадним и другим загађеним вода-ма, али њихово присуство не представља обавезно озбиљну опасност по човека. Вируси који се најчешће налазе у поменутим водама јесу ентеро-вируси (полио-вирус), аденовируси, реовируси и вирус заразне жутице. Енте-ровируси се најчешће преносе фекалним путем до уста, док се аденовируси и реовируси обично преносе респираторним путем од човека до човека.

Вирус заразне жутице преноси се загађеним водама и најбољи пример за то је епидемија заразне жутице у Делхију (Индија) 1955. и 1956. године, када је оболело 97.600 особа. Ову болест преносе мекушци и љускари.

Од паразита који могу да буду унети водом у човечије тело треба поме-нути Entamoeba histolytica, који је одговоран за хидрично обољење – цревну амебијазу (амебна дизентерија и њене компликације и тзв. амебни апсцес јет-ре). Ова болест је јако раширена у земљама топлог поднебља и свуда где вла-дају лоши хигијенски услови. Амебне цисте (чауре) су отпорне на количине хлора које се обично додају води при дезинфекцији.

Постоје и непожељни водени организми и микроорганизми који пред-стављају за човеково здравље само посредну опасност, али кваре квалитет во-де за пиће или ометају рад постројења за пречишћавање (кондиционирање) и развођење воде (табела 20). Табела 20. Непожељни организми који се најчешће налазе у инсталацијама за

пречишћавање и развођење воде.*

Организми Ефекти Биолошки талози Загушивање постројења за пречишћавање и мреже

за дистрибуцију воде. Средина повољна за развој бактерија које троше метан. Њихово присуство може да учини воду не-питком.

Мекушци (Dreissena) Заптивање цевовода Алге (Plumatella) Ометају филтрацију Љускари (Asellus) Њихово присуство може да учини воду непитком Црви влашњаци (Nematode) Могу да поспешују концетровање патогених клица

* Organisation mondiale de la Sante: Risques pour la sante lies aux nouveaux pollu-tants de 1 environnernent (1976), Serie de Rapports Techniques no. 586, Geneve.

У тим случајевима треба приступити чишћењу цеви и резервоара и при-мењивати неке за људе безопасне пестициде према чијем дејству су љускари


119

посебно осетљиви. У сваком случају, треба предузети испитивања да би се разјаснило како органске материје у води која је прошла кроз фазу пречишћавања утичу на развој бактерија које могу да произведу непријатан укус или мирис.

Интересантно је приметити да при присуству загађујућих супстанција (детерџената, деривата нафте) на нивоу њихове МДК није примећен никакав утицај на време преживљавања бактерија. Истовремено, повећање садржаја детерџента до 5 mg/dm3 у присуству фенола и деривата нафте продужавало је живот бактерија и доприносило њиховом размножавању.

3.5. ПОНАШАЊЕ ХЕМИЈСКИХ ЗАГАЂУЈУЋИХ МАТЕРИЈА У ВОДИ С правом се може рећи да су хемијске загађујуће материје један од нај-

важнијих проблема већине земаља. Оне су стални непожељни пратиоци тех-ничко-технолошког развоја и јављају се у свим оним срединама где се према рекама и осталим водама односе као према природним одводним каналима.

Иако постоје бројне могућности класификације хемијских загађујућих материја, оне се најосновнијом поделом могу сврстати на неорганске (нитрати, фосфати), органске (нафта и њени деривати, пестициди, детерџенти, итд.), те-шке метале (кадмијум, жива, олово, итд.) и радиоактивне.

3.5.1. Нитрати

Нитратна загађења првенствено су везана са пољопривредном делат-ношћу, мада значајну улогу имају и индустријски и комунални отпаци. Најчешће се срећу у областима интензивне пољопривреде, где се примењују минерална ђубрива, као и у близини великих сточних фарми, које постају све значајнији извори азотних једињења. Ова једињења се у водама налазе углав-ном у три облика: амонијачном, нитратном и нитритном. Нитратни азот се јавља као коначни производ ланца оксидативне трансформације азота: амони-јачни азот – нитритни азот – нитратни азот. Процес нитрификације, који за резултат има прелаз нитритног азота у нитратни, траје релативно кратко, 1 до 1,5 месеци, али може да се успорава или убрзава у зависности од температуре и хидрохемијских фактора. При миграцији азотних једињења одвијају се и суп-ротни процеси – денитрификације, у којима се нитратни азот редукује до нитри-тног, односно амонијачног. У редукционој средини процес нитрификације се успорава или зауставља, па амонијачни азот може да се у овом облику дуго за-држи или да се уопште не трансформише у нитратни. Међутим, и нитритни и амонијачни азот су прелазне, нестабилне форме које се коначно трансформишу


120

у најстабилнију – нитратни азот. Нитрати се одликују добром растворљивошћу у води и релативно слабом сорпцијом, те могу мигрирати на велика растојања.

Различите вредности pε својствене природним водама омогућавају и присуство азота у различитим оксидационим стањима.

Нитрати који садрже азот у највишем оксидационом стању образују се при високим вредностима pε које су карактеристичне за оксидационе услове (средине). При ниским вредностима pε, што је одлика редукционих средина, азот се налази у облику амонијака, док се у прелазној области вредности pε јавља у облику нитрита. При pH/pε вредностима које стварају редукциону сре-дину довољну за образовање нитрита парцијални притисак кисеоника је 101,35·10–29 kPa, што одговара изразитим анаеробним условима у животној средини. Управо ова разматрања објашњавају зашто су нитрати нарочито ток-сични за преживаре. Наиме, ферментативни процеси у бурагу ових животиња одвијају се у редукционим условима у којима се нитрати трансформишу у ни-трите, који су опасни због специфичног афинитета према хемоглобину, а још више због њихове способности да образују нитрозамине, који су познати ак-тивни канцерогени. Нитрати су опасни и по здравље људи, доводе до обољења познатог као метхемоглобинемија.

3.5.1.1. Еутрофизација Минералним облицима азота, фосфора и сумпора припада главна улога

у вештачкој еутрофизацији језера и других стајаћих вода, под којом се подра-зумева процес, у оквиру кога се повећава продукција живог света (био-маса) у водама, услед повећаног прилива хранљивих (биогених) и других материја у њих. Доспевање већих количина, нарочито фосфора и азота, важних биогених елемената, доприноси повећаној продукцији органске материје, чија оксидаци-ја с једне стране снижава резерве кисеоника у води, a c друге ствара допунске количине фосфора и азота. У слојевима при дну често се стварају анаеробни услови, у којима се сулфати микробиолошким трансформацијама претварају у сумпорводоник.

Еутрофизација карактеристична за плитке воде, чији се горњи слојеви загревају Сунчевим зрацима, доводи до интензивног развоја најпре аутотроф-них бактерија (нитрификатори и сулфиторедукујуће), а затим зелених и плаво-зелених алги.

Појава већих количина алги, од којих су неке и токсичне, позната је и као цветање воде и у великој мери отежава захватање вода у циљу водоснабде-вања. Плавозелене алге су способне да се развијају и тамо где је биоценоза нарушена привредним делатностима или због неких других разлога, односно


121

под условима под којима већина организама страда. Зарастањем плићака ма-крофитама и плавозеленим алгама долази до изумирања планктона карактери-стичних за реке и потискивања других представника алгофлоре, захваљујући могућности аутотрофне и хетеротрофне исхране плавозелених алги.

Цветању воде језера, односно акумулацији растворених и суспендова-них биогених и органских материја поред уобичајених путева загађивања, значајно доприносе плављења, температурни услови, ерозија, локална струја-ња и таласања којима се испирају обале. Успорена замена воде и пораст муље-витости за последицу имају нагло смањење садржаја кисеоника у води, а посе-бно у слојевима при самом дну, услед чега се интензивирају редукциони про-цеси који доприносе акумулацији амонијачног азота, и редукованог сумпора, који се лако користе у процесу биосинтезе.

Анаеробни тип размене у дубоким језерским областима се осим на кру-жење азота и сумпора, одражава и на кружење гвожђа, фосфора и других еле-мената. Посебно је при том важно враћање из седимената гвожђа и с њим ве-заног фосфора, који опет ступа у биотички циклус. На овај начин се стално подржава повећање нивоа еутрофије воде (сл. 17).

Слика 17. Еутрофизација и њене последице

Вишегодишња истраживања доспевања загађујућих супстанција у Бо-денско језеро указала су на систематичну акумулацију фосфора са средњим порастом од 1,5 mg/m3 на годишњем нивоу. Од укупне количине фосфора 50% је растворено у води док се остатак акумулира у седиментима. У 1935. години у језерској води фосфор је откривен само у неким узорцима, a y слојевима при дну његова концентрација није прелазила 2 mg/m3. Двадесетак година касније садржај фосфата у води износио је 7 до 8 mg/m3 (1958. године), односно


122

9 mg/m3 (1959. године). О томе колико је велика улога фосфора у животу језе-ра може се закључити и на основу следећих података.

Ако се на оксидацију органске материје која се у језеро уноси отпадним водама троши 4.800 тона кисеоника годишње, за оксидацију новонастале ор-ганске материје у чијем формирању фосфор има водећу улогу неопходно је већ 100 хиљада тона кисеоника годишње, тј. 20 пута више. Између 20 и 40% укупног фосфора у води порекло води од синтетичких површински-активних супстанција. У кружењу материје 1 mg фосфора обезбеђује прираст око 100 mg алги у сувој тежини. За њихову минерализацију потребно је око 140 mg кисео-ника.

Плавозелене алге погоршавају квалитет воде, дајући јој боју, непријатан мирис и укус. Као продукти њиховог распада јављају се штетне токсичне суп-станције које подлежу ферментативним процесима, образујући испарљива је-дињења која, штетно делујући на друге организме, обезбеђују апсолутну до-минацију плавозелених алги у периоду масовне вегетације.

3.5.2. Нафта и њени деривати у води

Нафта се обично може поделити на сирову и трговачку (примарно об-рађену). Са друге стране, у деривате нафте убрајају се бензини, керозини, го-риво за ваздушно-реактивне моторе, дизел горива, мазути, уља, мазива итд. Загађивање површинских и подземних вода најчешће узрокују нафта, бензини и керозини, док се другим дериватима нафте, због њихових физичких особина (велики вискозитет, лепљивост), подземне воде ретко загађују.

Нафта и њени деривати састоје се углавном од угљоводоника (90 до 95%) који се деле на: парафине, циклопарафине и ароматичне угљоводонике. Остатак од 5 до 10% чине једињења сумпора, азота и неких метала.

Нафта се, у целини узев, у води слабо раствара. Може се сматрати да нафта и вода образују узајамно нерастворне и немешљиве течности. Међутим, међу угљоводоницима нафте се налази група ароматичних (бензен, толуен, ксилен, етилбензен), који се релативно добро растварају у води. Тако је раст-ворљивост бензена 1.500 до 1.700 mg/dm3, а толуена 450 до 500 mg/dm3. Треба такође приметити да је растворљивост чак и најслабије растворних угљово-доника значајно већа од максимално дозвољених концентрација (МДК) у води.

Приликом загађивања у воду прелазе првенствено ароматични угљово-доници, образујући с њом праве растворе (на молекуларном нивоу), док други угљоводоници стварају емулзије. Нафта и њени деривати се у води излажу биогеном разлагању и оксидативној хемијској деградацији. При томе настају


123

нафтенске киселине, феноли, карбонилна једињења која се, будући да су по-ларна, веома добро растварају у води. Управо се због тога састав у води рас-творних деривата нафте мења с временом.

Тачка кључања деривата нафте карактерише њихову способност испа-равања. Угљоводоници са ниском температуром кључања испаравају са по-вршина загађених вода формирајући у зони аерације гасне облаке, што може имати практичну примену при проналажењу области загађења, нарочито под-земних вода.

Једна од најприсутнијих облика налажења нафте као загађујуће суп-станције океана јесте нафтна мрља. Карактеристична особина нафтних мрља је да се оне никада не разливају до мономолекулског слоја. Експериментално је утврђено да је минимална дебљина ове специфичне нафтне опне 0,15 µm. Распростирање нафтне мрље по површини океана одвија се помоћу два процеса. Први је пренос мрље као целине дејством ветра, струјама и површинским тала-сима, једном речју дрифтом, а други њено разливање по мирној површини, што доводи до повећања површине мрље сразмерно протеклом времену. У почетку се разливање нафте по површини мора одвија под дејством силе земљине теже, слично као када се на глаткој хоризонталној површини разливају локве воде. Даље разливање нафтне мрље одвија се под дејством сила површинског напона. Бериџ (Berridge, S.A.) и сарадници су измерили површински напон различитих врста сирове нафте и међуповршински напон између ње и воде.

Показано је да се сирова нафта теоријски може разлити до образовања мономолекулског слоја. Међутим, као што је већ напоменуто, разливањем се не постиже мономолекулски слој, мада често уочаван типичан одблесак гово-ри о веома танком слоју, јер се са променама физичкохемијских карактерис-тика смањује сила површинског напона. Експериментална мерења показују да се при разливању 1 m3 сирове нафте на мирној води за 10 минута образује мр-ља пречника 48 метара, а после 40 до 100 сати дебљина слоја износи 10–4 cm. Карактеристике нафтне мрље, односно образованог филма или скраме на води дате су у табели 21.

Под дејством ветра долази до померања површинског слоја воде са бр-зином која одговара 3 до 4% средње брзине ветра. Таквом истом брзином по-мера се и нафтна мрља. Међутим, дрифт мрље може настати и услед плиме и осеке, када је брзина кретања мрље сагласна брзинама ових појава. Нафтна мрља може да се премешта и услед такозваног таласног дрифта. Његова при-рода састоји се у томе да се на површини узбурканог мора на рачун лепљивос-ти образује танак вртложни слој, који доводи до настанка допунско индукова-ног струјања у правцу распростирања таласа. Уколико је површина воде по-


124

кривена мрљом, то доводи до смиривања таласа, при чему се њихова количина кретања предаје морским струјама, па се брзина дрифта повећава. Комбинова-ни дрифт нафтне мрље изазван ветром и таласањем био је и предмет лабора-торијских експеримената. Доказано је да не постоји просто аритметичко збра-јање дрифта под дејством ветра и под дејством таласања. Штавише, утврђено је да се дрифт изазван ветром, таласањем нешто успорава. Претпоставља се да до овога долази због прекидања тока на врху таласа, услед чега иза врха мора постојати део смањене предаје количине кретања од ветра ка води.

Табела 21. Карактеристике нафтне мрље на води

Карактеристике мрље Дебљина (µm) Количина нафте (dm3 / km2) Једва приметна 0,0038 44 Сребрнасти одблесак 0,076 88 Трагови боје 0,152 176 Светло обојене шаре 0,305 352 Мат боје 1,016 1170 Тамне боје 2,032 2340

Експерименти су показали да се и после престанка дејства силе повр-шинског напона продужава ширење мрље на рачун турбулентних кретања. Успостављена је и емпиријска зависност – површина мрље расте пропорцио-нално са трећим степеном протеклог времена.

Даље понашање нафте је различито и зависи од физичкохемијских осо-бина појединих врста нафте и хидрометеоролошких услова: ветра, таласања, температуре воде и ваздуха, Сунчевог зрачења итд.

Праћењем судбине нафте разливене у заливу Чедабакто (Нова Шкотска, Канада) утврђено је да дејством турбулентних кретања долази до уситњавања честица нафте. Када ове честице постигну пречник од неколико микрометара, растварају се или ишчезавају услед биолошких процеса. Процес расподеле и разлагања нафте у морској води приказан је на слици 18.

Парафини и ароматични угљоводоници са одговарајућим бочним низом подвргавају се оксидацији ваздушним кисеоником или фотооксидацији под дејством Сунчеве светлости. У природним условима оксидација је и у најпо-вољнијем дијапазону озрачивања (300 до 350 nm) прилично спора па се због тога у површинском слоју, захваљујући дејству Сунца, може оксидовати свега две тоне нафте дневно на површини од 1 km2. Многи производи оксидације су растворни у води. Процеси оксидације убрзавају се катализом са неким теш-ким металима присутним у сировој нафти, као што је, на пример, ванадијум,


125

али се успоравају једињењима сумпора. Либијска сирова нафта, богата пара-финима и са ниским садржајем сумпора, под дејством Сунчеве светлости или у тропским областима оксидоваће се брже од кувајтске, која садржи веће ко-личине ароматичних једињења и сумпор, и брже него у тмурном дану или при умереним температурама.

Слика 18. Шема процеса расподеле и разлагања нафте у морској средини

Емулговање је важан фактор у физичком понашању у води разливене нафте. Као што је познато, емулзија се лако образује при механичком мешању две међусобно нерастворне течности као што су нафта и вода, што за резултат има појаву ситних капљица нафте (дисперговане фазе) у дисперзној средини (води). Средњи пречник капљица у емулзији нафте у води износи око 0,5 µm, запремине 6·10–14 cm3 и површине 8·10–9 cm3. Тако 1 cm3 нафте може да обра-зује 15·1012 капљица укупне површине 12 m2.

Услед измена физичкохемијских особина нафте, као и услед биолошких процеса или промена особина морске воде, нафтни деривати могу испливати на површину или се наталожити на дно. Интересантно је запазити да нафта


126

која доспе на дно, под условом да није покривена плаштом талога, може изне-нада поново да се појави на површини. Разлог треба тражити у променама фи-зичкохемијских особина нафте или оксидативним променама насталим дејс-твом бактерија услед чега нафтне грудвице постају лакше. Исто тако, ова по-јава може настати и услед промена карактеристика средине, на пример, темпе-ратуре воде. Наиме, њено повећање доводи до боље растворљивости нафте и тиме до олакшавања нафтних грудвица.

Правац дрифта, према резултатима многих истраживања, подударан је са правцем ветра, мада постоје подаци о томе да се нафтна мрља може уда-љавати у правцу кретања казаљке на сату (северна полулопта). Такво кретање везано је са деловањем Кориолисове силе. (Видети опширније на стр. 173.)

Особеност хоризонталне океанске циркулације утиче на неравномерну расподелу нафте и нафтних деривата у облику емулзије, плутајућих мрља и смоластих грудвица. У циклонским зонама (на северној полулопти – циркула-ција воде супротно од правца кретања казаљке на часовнику) максимално на-гомилавање нафте и нафтних деривата дешава се на периферији зоне, а мини-мално у њеном центру. У антициклонским зонама ситуација је обрнута: мак-симална концентрација достиже се у центру, а минимална на периферији. Ин-тересантна је расподела нафте и њених деривата у великим океанским струја-њима као што је голфска струја, која годишње пренесе око 1 до 1,5 милион тона техногених и антропогених угљоводоника. Код ње се садржај нафте повећава на периферији.

3.5.3. Полициклични ароматични угљоводоници

Ова група органских загађујућих материја спада у канцерогене супстан-ције и може да се нађе у слатководној средини, у следећим концентрацијама: подземне воде 0,001 до 0,010 µg/dm3; пречишћене речне и језерске воде 0,010 до 0,023 µg/dm3; непречишћене површинске воде 0,025 до 0,100 µg/dm3 и јако загађене површинске воде – више од 100 µg/dm3.

Међу полицикличним ароматичним угљоводоницима (ПАУ) најпозна-тији је бенз[а]пирен, који се јавља при непотпуном сагоревању дрвета и фо-силних горива и преко загађеног ваздуха може да доспе у површинске токове.

Полициклични ароматични угљоводоници се споро растварају у чистој води, али им је растворљивост повећана присуством значајних количина анјонских детерџената, што значи – у загађеним водама. Њихово адсорбовање на разним материјама у води је значајно.


127

Полициклични ароматични угљоводоници се налазе и у морској среди-ни. Бенз[а]пирен је нађен у морским седиментима у близини северозападних обала Француске у количинама до 1,7 µg/g, у напуљском заливу до 3,0 µg/g, a y седиментима Јадранског мора до 3,4 µg/g,. Високе концентрације запажају се тамо где долази до значајног загађивања сливањем воде са копна, а будући да се ради о лоше растворним једињењима, она се углавном везују за површину суспендованих честица. Фитопланктон загађених вода садржи највеће ко-личине бенз[а]пирена, на пример до 0,4 µg/g, у напуљском заливу, a y приоба-љу Гренланда свега 0,005 µg/g.

У почетку се сматрало да значајне количине ПАУ у копненим биљкама потичу од загађивања атмосфере. Међутим, касније је доказано да ПАУ синте-тишу бактерије, алге и више биљке. Према истраживању Ниоса (Niaussat, P.), синтеза бенз[а]пирена остварује се анаеробним бактеријама и у морској води и седиментима. Напротив, аеробне морске бактерије деградирају угљоводонике, укључујући и ПАУ. Истраживања потврђују да се бенз[а]пирена деградира оксидацијом са кисеоником у добро осветљеној води, а да се овај процес у се-диментима одвија прилично споро.

3.5.4. Полихлоровани бифенили

Под полихлорованим бифенилима (ПХБ) подразумева се класа хлорова-них угљоводоника који се у различитим земљама срећу под различитим трго-вачким називима: арохлор (САД), фенохлор (Француска), хлофен (Немачка), канехлор (Јапан), фенхлор (Италија) и совол (Русија).

Полихлоровани бифенили синтетишу се директним хлоровањем бифе-нила, при чему настаје смеша компонената са садржајем хлора у широким гра-ницама. Њихова производња започета је 1930. године а досад je y свету произ-ведено више од милион тона ових супстанција. Највећа годишња производња (33.000 тона) забележена je y САД 1970. године, да би већ наредне опала на приближно 18.000 тона.

Ова једињења се широко примењују у индустрији боја – као пласти-фикатори, компоненте пестицида којима смањују испарљивост, додаци ма-теријалима за изградњу силоса, складишта намирница и сточне хране, компо-ненте материјала за амбалажу намирница и при производњи кондензатора.

Полихлоровани бифенили имају низак напон паре, слабо се растварају у води, а добро у органским растварачима. Термички су стабилни и хемијски от-порни према дејству киселина и база, хидролизи и оксидацији. Та инертност


128

им омогућава дугогодишње присуство у животној средини у непромењеном облику.

Присуство ових персистентних супстанција у биосфери утврђено је 1966. године. Оне у животну средину доспевају са течним индустријским от-пацима који се испуштају у реке или морску средину и сагоревањем различи-тог материјала на сметлиштима, при чему је могућа и њихова трансформација у још токсичније оксидационе производе. Њихови главни резервоари су муље-вита дна река и приобаља мора. Холден (Holden, A.V.) је у течном муљу у при-обаљу Глазгова нашао 3 mg полихлорованих бифенила по килограму. Полих-лоровани бифенили се у води углавном налазе на површини суспендованих честица, a y крајњем случају доспевају у седименте брзином која је у функцији величине честице. Познат је и обрнут процес – испирања полихлорованих би-фенила и њиховог поновног доспевања у воду. У јако загађеним водама кон-центрација полихлорованих бифенила је већа од њихове растворљивости, што се управо објашњава њиховом адсорпцијом на суспендованим честицама. Во-да једне од шведских река садржавала је 0,5 ng/dm3, док се у другим рекама концентрација ових једињења кретала од 0,1 до 0,3 ng/dm3. Максималан садр-жај у шведским језерима износио је 2 ng/dm3 и зависио је од таложења полих-лорованих бифенила из ваздуха. Концентрација од 10 до 100 ng/dm3 нађена је у води за пиће у Кјотоу (Јапан). У загађеном приобаљу језера Мичиген 1970. године нађене су концентрације од 100-450 ng/dm3, да би наредних година она била значајно мања, што се тумачи ограничавањем промета полихлорованих бифенила.

3.5.5. Површински-активне супстанције (ПАС)

Површински-активне супстанције – синтетичка средства за прање (де-терџенти), која се примењују у индустрији, пољопривреди и домаћинству, као загађујуће супстанције завређују посебну пажњу. Ове супстанције као емулга-тори, пенушавци и кваситељи мењају површински напон и образују обилну пену која се скупља на површини воде нарочито тамо где се протицање успо-рава. Детерџенти смањују засићавање воде кисеоником и паралишу активност микроорганизама који разграђују органску материју, а сами се лоше разграђују бактеријама. Синтетичке ПАС појачавају токсичне особине загађујућих суп-станција у води као што су анилин, цинк, гвожђе, бутилакрилат, канцерогене супстанције и пестициди, доприносећи њиховом бољем растварању и ефикас-нијем продирању у организме. Осим тога, и њихова се токсичност повећава са порастом минерализације природних вода. Поред тога, ветар пену разноси на велике површине, а са њом и јаја хелмината.


129

Специфичност структуре синтетичких ПАС је у њиховој дифилности, тј. у томе да се оне састоје из два дела: хидрофилног и хидрофобног. Хидрофилни део представљају карбоксилна (СОО–), сулфатна (OSO3

2–) и сулфонатна група (SO3

–), а такође и спој хидрофилних остатака са групама –СН2–СН2–О–СН2–СН2– или групе које садрже азот или фосфор. Хидрофобни део састоји се из па-рафинског ланца, правог или рачвастог, из бензеновог или нафталенског прсте-на са алкилрадикалима. У зависности од природе и структуре хидрофилног дела молекула све синтетичке површински-активне супстанције деле се на четири групе: анјон-активне, нејоногене, катјон-активне и амфотерне (амфолитне).

Анјонактивне супстанције су највише распрострањене и јављају се као основни састав појединих синтетичких средстава за прање. Њима припадају алкилсулфати, алкиларилсулфонати (сулфоноли) и алкилсулфонати.

Нејоногене супстанције по обиму производње представљају око 10% свих осталих ПАС. У мањој мери од анјонактивних ПАС користе се у средст-вима за прање, нарочито у индустрији. Овој групи припадају синтаноли, син-тамид, проксаноли, проксамини и други.

Катјонактивне супстанције представљају веома мали део свих произ-ведених ПАС (делови процента). У средствима за прање употребљавају се као дезинфекциони агенси.

У водену средину ПАС могу доспети са градским отпадним водама ус-лед њихове употребе у синтетичким средствима за прање, и индустријским отпадним водама и спирањем са поља, будући да се неке ПАС користе при формулацији пестицидних препарата као емулгатори.

Средња потрошња ПАС по глави становника износи око 2,5 g дневно. При норми потрошње воде од 125 до 350 l/дан по човеку средња дневна кон-центрација ПАС у градским отпадним водама износи 7,1 до 20 mg/dm3.

Највећа концентрација синтетичких ПАС нађена је у отпадним водама фабрика у којима се примарно обрађује вуна (од 0,3 до 2,1 g/dm3), као и у от-падним водама постројења текстилне индустрије, које садрже од 20 до 250 mg/dm3 ових супстанција.

3.5.5.1. Понашање ПАС у природним водама. Образовање мицела За све синтетичке и већи део природних површински-активних супстан-

ција карактеристична је асоцијација молекула или јона у мицеле, који достижу колоидне димензије ако концентрација раствора превазиђе критичну концен-трацију образовања мицела (ККМ). Величина ККМ у значајној мери зависи од


130

природе ПАС и услова средине. Установљено је да се вредност ККМ са порас-том броја угљоводоникових атома N смањује по једначини:

log ККМ = A – BN (20)

где су А и В константе карактеристичне за разне хомологне низове и темпе-ратуре.

У растворима ПАС са концентрацијом блиском ККМ појављују се ми-целе сферног облика, а при концентрацијама сто пута већим од ККМ у раство-ру се јављају слојевите мицеле (слика 19).

Слика 19. Шема сферне (а) и слојевите (б) мицеле у 15% раствору калијум-

лаурата (d1 = 2 nm; d2 = 3,24 nm; d3 = 0,5 nm)

Унутрашњост сферних мицела образују уплетени угљоводонични ради-кали. Поларне групе оријентисане су ка воденој фази. Пречник мицеле чија је унутрашња структура слична одговарајућем течном угљоводонику око два пута је већи од дужине молекула ПАС.

У концентрованим растворима сферне мицеле се трансформишу у тер-модинамички стабилније слојевите мицеле. Ови бимолекуларни слојеви моле-кула (јона) састоје се од паралелних угљоводоничних низова оријентисаних један ка другом у унутрашњости слоја и са поларним групама оријентисаним ка води.

3.5.5.2. Солубилизација. Способност раствора ПАС да растварају органска једињења нерастворна

или слабо растворна у води позната је као солубилизација. Као резултат солу-билизације образују се готово прозрачни раствори. Солубилизација органских супстанција условљена је њиховим растварањем у унутрашњости мицела, уз напомену да ПАС са кратким угљоводоничним низом не поседују способност


131

солубилизације с обзиром да се такви молекули слободно уводе међу молеку-ле воде и да код њих практично не долази до стварања мицела.

Механизми солубилизације су различити. Неполарни угљоводоници ра-стварају се у једру мицела поларне органске супстанције (алкохоли, амини) постављају се у мицелама тако да им је угљоводонични низ усмерен ка унут-рашњости мицеле, а поларне групе – ка воденој фази.

За нејоногене ПАС, који садрже полиоксиетиленске групе, познат је још један начин солубилизације. Молекули солубилизата (на пример, фенол) не продиру унутар мицеле већ се постављају на њиховим периферним деловима, међу повијеним оксиетиленским ланцима, образујући водоничну везу са ес-тарским кисеониковим атомом. Солубилизација настаје и у случајевима када услед повећане концентрације долази до образовања слојевитих мицела. У овом случају молекули неполарних органских једињења продиру у унутрашња пространства мицела међу хидрофобне површине, ширећи на тај начин саму мицелу до величине која одговара дебљини слоја солубилизата. Поларни мо-лекули органских супстанција, за разлику од неполарних, не мењају растојање међу слојевима, вероватно због тога што се молекули солубилизата у овом случају постављају дуж низа ПАС.

Солубилизација се одвија лакше и брже ако је дужина алкил радикала органских једињења мања а низ рачвастији. Циклична једињења се боље и бр-же солубилизују у поређењу са ацикличним.

3.5.5.3. Образовање пене Практично сви раствори ПАС поседују способност да под одређеним

условима стварају пену. Образовање пене у свим случајевима настаје само када се у запремини раствора ПАС појављују мехурићи гасова.

Са повећањем концентрације натријум-алкилсулфата расте и способност образовања пене, уз напомену да постоји одређени минимум концентрације ис-под кога до ове појаве не долази. Са повећањем молекулске масе алкилсулфата везан је и пораст површинских активности и колоидних особина. Из тих разлога је за више хомологе ради образовања пене неопходна мања концентрација ал-килсулфата у раствору него за ниже хомологе. Ова минимална концентрација везана је са дужином угљоводоничног низа (N) емпиријским односом:

logC = 5,23 – 0,25 N (21)

Веза између минималне концентрације ПАС при којој започиње образо-вање пене и ККМ дата је једначином:

С = ККМ /(2,48 – 0,69 N) (22)


132

Максимална способност образовања пене код водених раствора натри-јум-алкилсулфата запажа се при ККМ. При концентрацијама натријум-алкил-сулфата већим од ККМ способност образовања пене се погоршава. Изузетак у овом смислу представљају водени раствори узорака са 18 угљеникових атома у низу, код којих висина стуба пене достиже максимум и остаје непромењена и при даљем повећању концентрације ПАС.

3.5.5.4. Биохемијска оксидација Према степену стабилности на биохемијску оксидацију у води, све син-

тетичке ПАС деле се на меке (алкилсулфати и алкилсулфонати) и тврде (ал-килбензенсулфонати, нејоногене и катјонактивне супстанције).

Време за које се меке материје разлажу на 50% од полазне концентра-ције износи неколико дана (1 до 3), а за биохемијски тврде супстанције то време износи два и више месеци.

Биохемијска оксидација синтетичких ПАС представља низ ферментних реакција, а инхибиција једне од њих доводи до инхибиције коначне оксида-ције супстанције. У случају да се једна од реакција не одвија, биохемијска ок-сидација супстанције се не одвија до краја те долази до акумулације интер-медијарних продуката деградације.

На степен и брзину биохемијске оксидације знатно утиче величина мо-лекула синтетичких ПАС. Наиме, велики молекули не успевају да продру у бактеријску ћелију, па се оксидација до крајњих производа одвија ферментима који се луче ван ћелије.

На брзину биохемијске оксидације, осим структуре ПАС, утичу и тем-пература воде, њена pH вредност, почетна концентрација синтетичких ПАС, концентрација у води раствореног кисеоника, хидродинамички услови и усло-ви контакта водене масе са седиментима.

Повећање дужине алкил низа повећава брзину оксидације алкилсулфо-ната, како са правим тако и са рачвастим низом. Повећањем дужине низа пре-ко С14 ова закономерност се нарушава.

Интензитет биохемијских процеса као уосталом и хемијских, зависи од температуре средине. При повећању температуре за 10 °С брзина биохемијских процеса повећава се 2 до 3 пута. Према подацима из литературе, разлагање син-тетичких ПАС у температурном интервалу од 0 до 5 °С се готово и не одвија.

Велики утицај на разлагање једне те исте синтетичке ПАС има и њена почетна концентрација. Тако се са повећањем почетне концентрације разлага-ње знатно успорава, нарочито у току првог дана. На пример, ако се при


133

почетној концентрацији 1 mg/dm3 50% супстанције разлаже за 9 до 10 сати, при концентрацији од 10 mg/dm3 разлагање 50 % ПАС одвија се за 3 до 4 дана.

У анаеробним условима брзина разлагања биохемијски лако разградљи-вих синтетичких ПАС смањује се 4,5 до 8 пута, биохемијски тешко разград-љивих за 1,2 до 2 пута, а интермедијарних 3 до 7 пута. Доказано је да процес биохемијске оксидације алкилсулфата може да изазове значајно снижење кон-центрације раствореног кисеоника у води. To се објашњава чињеницом да се разлагање алкилсулфата одвија брзо, а уз учешће великог броја различитих микроорганизама који при оксидацији троше значајне количине кисеоника. После разлагања већег дела синтетичких ПАС, долази до значајног повећања садржаја раствореног кисеоника.

У водотоцима где постоји контакт воде са седиментима најбоље се ок-сидују алкилсулфати, спорије алкилсулфонати, a лоше алкилбензенсулфонати.

Поред ПАС, у градским отпадним водама налазе се и друге компоненте синтетичких средстава за прање, као што су натријум-триполифосфат, натри-јум-силикат, натријум-карбонат, карбоксиметил-целулоза, белила, разни ми-риси, алкил-амиди, перборати, натријум-сулфат и друге супстанције.

3.5.6. Пестициди

Пестициди су хемијске супстанције које су широку примену нашле у пољопривреди, воћарству, шумарству као и у комуналној хигијени. Загађи-вање површинских вода пестицидима одвија се на више начина. Ова једињења у воду доспевају спирањем са површине земљишта и биљака, непосредно приликом аеротретмана, при неправилној технологији прскања и запрашива-ња, итд. Мањи део пестицида у воде доспева и прањем апаратуре и заштитне одеће после примене препарата.

Пестициди се нагомилавају на непроточним или слабо проточним мес-тима – на нерегулисаним деловима река, плитким и мочварним местима, у мањим вештачким и природним језерима. Они се на овим местима у највећим количинама налазе у пролеће и лето, што се повезује са њиховом интензивном применом у пољопривреди у тим годишњим добима.

Стабилност пестицида доспелих у воду опредељују физичкохемијске особине препарата, доза и технологија њихове примене, тип земљишта, метео-ролошки услови, брзина протицања, присуство површински-активних суп-станција у води и друго. Према постојаности у воденој средини, пестициди се деле на четири класе: I) – постојани мање од 5 дана, II) – постојани од 5 до 10 дана, III) – постојани од 11 до 30 дана, IV) више од 30 дана. Проучавања ста-


134

билности неких препарата показала су да се хексахлоран проналази у води у току 360 дана, амонијумова со 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксисирћетне киселине) у току 140 до 250 дана, а пестициди хлорофос и метафос 55 до 65 дана.

Заједничко присуство површински-активних супстанција и пестицида у води може негативно да делује на брзину разлагања ових других. Изучавање стабилности смеше хексахлорциклохексана, хлорофоса и амонијумове соли 2,4-Д потврдило је стабилизујуће дејство сулфонола на ове препарате, уз значајно повећање при концентрацијама од 0,5 до 5 mg/dm3. Истовремено су истраживања указала на снижење стабилности пестицида у модел-растворима у поређењу са дестилованом водом, што је по свему судећи везано са утицајем биолошких фактора.

Доспевши у воду, пестициди неко време остају углавном непромењени, али испољавају приметно дејство на органолептичке карактеристике вода, као и хидрохемијски и хидробиолошки режим природних вода. Пестициди се временом трансформишу физичким, хемијским и биолошким процесима при-казаним на слици 20.

Слика 20. Процеси преноса и трансформације пестицида у реци,

к – коефицијенат преноса

Миграција пестицида у води зависи од испуштене количине и брзине њихове трансформације (слика 21).


135

Слика 21. Шема миграције пестицида у водама: К1, К2 ... – коефицијенти који карактеришу интензитет процеса доспевања и трансформације пестицида

Пестициди као што је напоменуто доспевају у воде спирањем са повр-шина, подземним водама, атмосферским падавинама што представља при-марно загађивање, као и десорпцијом из водених организама и седимената што се сматра секундарним загађивањем. Истовремено се одвијају и сорпција седиментима, воденом флором и ихтиофауном, испаравање, хидролиза, тер-мичко и фотохемијско разлагање.

Последњу карику у овој миграцији представља човек, у чији организам пестициди могу доспети животним намирницама, пијаћом водом и ваздухом.

Количина пестицида у води зависи од више фактора. У општој форми ова зависност се може написати као:

Y = (A,B,C) (23)

где А – представља групу фактора везаних за сам пестицид (растворљивост у води, испарљивост, молекуларна маса и друго); В – представља свеукупне особине средине у којој се проучава динамика пестицида; С – представља гру-пу фактора везаних за услове примене препарата (утрошак пестицида, дужина третирања, облик примене и друго).

На динамику пестицида у непроточним водама утиче до 30 фактора који се могу сврстати у четири групе. Прву групу чине услови примене препарата, као што су облик препарата са % садржаја активне супстанције, садржај акти-вне супстанције у радном раствору, утрошак препарата (по производном об-лику и активној супстанцији) по једном третирању, начин третирања, врста


136

третиране површине (приобална зона итд.), количина атмосферских падавина, температура ваздуха и Сунчево зрачење.

Другој групи припадају карактеристике воденог резервоара, као што су: површина, средња дубина и запремина воде, карактеристика растиња на оба-ли, извор снабдевања водом, количина ихтиофауне и седимената.

Физичкохемијске и биолошке особине воде, као што су pH, температура, растворени кисеоник, БПК, укупна тврдоћа, минерализација, количина сапро-фитних бактерија, количина зоо- и фитопланктона, представљају трећу групу фактора, док четврту чине физичкохемијске особине пестицида (растворљивост у води, испарљивост, температура топљења, температура кључања).

На пример, захваљујући сорпцији пестицида воденим организмима и се-диментима, концентрација органохлорних једињења снижава се веома брзо. Ово, међутим, ствара лажну представу о самопречишћавању воде јер се ста-билни пестициди, акумулирани воденим организмима и седиментима, могу десорбовати, нарочито при одумирању водених организама. Ови процеси, као што је већ наведено, доводе до секундарног загађивања вода. При већој ста-билности пестицида у воденим организмима и седиментима повећава се опас-ност њихове миграције у ланцу исхране воденог екосистема. Према стабилно-сти пестицида у воденим организмима и седиментима, они се деле на четири класе. Првој класи припадају нестабилни пестициди са периодом разлагања до 10 дана после једнократног испуштања у воде и са коефицијентом акумулаци-је Ка=50. Пестициди који су стабилни 11 до 30 дана а имају Ка између 51 и 200 припадају другој класи. Трећу класу представљају високостабилни пестициди који се у воденим организмима могу сачувати 30 дана и имају Ка 201 до 1.000, због чега се не смеју директно уносити у воде, док се у четвртој налазе изузет-но стабилни пестициди са Ка већим од 1.000 и очувањем преко 30 дана. Пес-тициди се не само акумулирају, већ и активно трансформишу при метаболиз-му што доводи до појаве њихових метаболита у води.

Повећање температуре воде по правилу убрзава разлагање пестицида. Исто се може рећи и за повећање pH вредности. Тако на пример разлагање линдана на трихлорфеноле започиње при pH > 7 а на pH 11,5 је сав линдан разложен.

Пестициди се из водене средине удаљавају и кодестилацијом са парама воде. На испаравање пестицида утичу pH, температура и концентрација соли, а значајно утиче и количина кисеоника раствореног у води.

У процесу разлагања пестицида позитивна је и улога микроорганизама.


137

Последња група фактора која утиче на динамику пестицида у води обух-вата физичкохемијске особине пестицида и најбоље се може сагледати кроз основне класе пестицидних једињења, а пре свих органохлорних и органо-фосфорних.

3.5.6.1. Органохлорна једињења Органохлорна једињења су дуги низ година заузимала прво место међу

пестицидним препаратима, како по производњи тако и по примени. Међутим, њихова висока персистентност и способност акумулације у воденим организ-мима и стални пораст концентрације у свакој наредној карици ланца исхране допринели су знатном смањењу њихове производње и примене почетком се-дамдесетих година. По хемијској природи пестициде ове класе представљају хлорни деривати ароматичних угљоводоника (хексахлорбензен, ДДТ и његови аналози, метоксихлор и други), циклопарафина (хексахлорциклохексан и ње-гови аналози), терпена (полихлоркамфен и полихлорпинен). Широку примену нашли су и полициклични инсектициди – деривати ди-, три- и тетрацикличних угљоводоника (хлордан, хептахлор, алдрин, диелдрин и други). Већина ових органохлорних једињења се слабо раствара у води, а њихова постојаност је везана за хемијску стабилност и отпорност према микробиолошкој разградњи.

ДДТ и диелдрин се карактеришу значајном хемијском постојаношћу. Производи разградње алдрина и хептахлора су врло постојани, као и извесни производи разградње ДДТ-ја, као на пример ДДЕ. Као опште правило важи да хлорни дериват угљоводоника испољава већу отпорност на хемијску и биохе-мијску разградњу у поређењу са самим угљоводоником. Временски интервал за биохемијску разградњу ових деривата у знатној мери зависи од тога да ли се они налазе у биотичној или у абиотичној средини. У овом другом случају пот-ребно је дуже време за разградњу, с обзиром на значај биохемијске разградње, у којој учествују специфични ензими живих ћелија.

Метаболизам хлорних деривата ароматичних угљоводоника у животној средини и различитим биолошким срединама одвија се механизмима редукци-је и дехидрохлоровања.

Органохлорна једињења се одлично растварају у мастима, због чега до-лази до њиховог нагомилавања у масном ткиву птица, риба и човека, у кон-центрацијама које зависе од унете дозе и метаболитичких специфичности жи-вих организама. Извесни акватични организми могу да садрже органохлорна једињења у концентрацијама 10.000 пута већим од концентрација у води. На слици 22 приказан је смер миграције ДДТ-ја у језеру и реци.


138

Слика 22. Смер миграције ДДТ-ја у језеру (а) и реци (б)

(бројкама су приказане вредности коефицијената акумулације)

Због слабе растворљивости у води, органохлорни пестициди испољавају тежњу везивања за суспендоване честице и седименте и, с обзиром на могућ-ност њихове десорпције из седимената, могу дуготрајно да загађују воде.

У сорпцији пестицида учествују глиновити материјали и органске ма-терије седимената. На сорпцију утичу температура и pH воде и она се одвија:

1. Физичком сорпцијом 2. Јонском изменом катјонских облика пестицида 3. Образовањем комплексних једињења на површини мицела седимената.

3.5.6.2. Органофосфорна једињења Органофосфорна једињења се широко примењују у пољопривреди као

активне компоненте инсектицида, акарацида, дефолијаната, хербицида и др. Њихова масовна примена заснована је на широком спектру пестицидног дело-вања, као и релативно малој стабилности у животној средини. Основне реак-ције трансформације практично свих органофосфорних пестицида (ОФП) су хидролиза и оксидација. Ови процеси одвијају се у атмосфери, води и земљи-шту, у многим биолошким системима, најчешће уз образовање за људе мало-токсичних или нетоксичних продуката. Међутим, у извесним случајевима у


139

првим стадијумима метаболизма не искључује се стварање веома опасних супстанција. Механизам токсичног деловања ОФП заснован је на инхибицији активности холинестеразе, ензима одговорног за пренос нервних импулса. У овој класи једињења налазе се препарати различите токсичности, од високото-ксичних до малотоксичних. Способност кумулације ОФП је слабо изражена. Међутим, при дуготрајној експозицији малим дозама могу се уочити акумула-ције и развој интоксикације.

Општа структура органофосфорних једињења која поседују биолошку активност и којa се најчешће примењују као пестициди може се представити следећом формулом:

R,R’ – алкил, алкокси, амино, арил, арилокси групе

X – F, CN, фенолни или енолни остатак, (S) – сумпор

Максимална стабилност ОФП утврђена je y киселој средини. Са по-већањем pH вредности долази до пораста брзине хидролизе. Изузетак у овом погледу су диазинон и диазоксон, који су стабилни у неутралној средини.

Иако су ОФЈ знатно мање стабилна од органохлорних једињења, конста-тација да су органофосфорна једињења нестабилна у животној средини не од-носи се подједнако на сва ова једињења. Наиме, резултати истраживања пока-зују да полувреме хидролитичког разлагања ОФЈ при 20 °С и pH 7,4 износи 7,1 сати за фосмет до 130 дана за паратион.

3.6. РАСПОДЕЛА И МИГРАЦИЈА МЕТАЛА У ВОДЕНИМ СИСТЕМИМА Доспевање отпадних вода које садрже тешке метале у водене системе

може да узрокује многобројне физичке, хемијске и биолошке промене у њима. Ове промене могу се сврстати у две категорије: 1) промене, везане за утицај услова животне средине на понашање метала и 2) промене везане за утицај метала на стања животне средине.

У првом случају највећи значај имају фактори који могу да утичу на из-мену облика налажења и токсичност метала. Биолошке реакције које се јавља-ју услед утицаја тешких метала на животну средину веома су различите. На пример, у зависности од услова животне средине, може доћи до измене густи-не, разноврсности, групне структуре и састава популације (према врстама).


140

Карактер и степен ових измена зависе углавном од нивоа садржаја и облика налажења метала у води и седиментима. Према томе, физичкохемијски проце-си у отпадним водама унетим у природне испољавају велики, мада и посредан утицај на карактер биолошких промена.

3.6.1. Физичкохемијске интеракције метала

Водена средина карактерише се варијацијама садржаја суспендованих материја, колоидних честица, природних и синтетичких лиганада, оксидо-редукционих услова, степена мешања вода, густине расељења живих органи-зама у вертикалном профилу.

Расподела и миграција метала у природним водама у значајној мери за-висе од комбинације ових промена. На пример, трансформисани облици нала-жења хемијских елемената, као што су метиловани или до метала редуковани, умногоме су опредељени утицајем животне средине. Акумулација метала у седиментима водених система јавља се услед њиховог везивања са суспендо-ваном супстанцијом и потоњим таложењем. Природни и синтетички органски лиганди и хлоридни комплекси метала слабе сорпцију и повећавају време њи-ховог налажења у воденом слоју. У суштини, облици налажења метала опре-дељени су животном средином, а њихове промене су уједно и одговор на из-мене њеног састава.

Расподела и миграција метала у воденим системима контролишу се пр-венствено карактером седимената и водене масе. Интензитет доспевања мета-ла из седимената зависи од физичке структуре и хемијске природе седимената јер управо оне опредељују силу везивања хемијских елемената. Физичко-хемијски услови водене масе опредељују облике миграције метала: суспендо-вани, колоидни, растворени јонски и у виду комплексних једињења. Будући да природни и антропогени фактори утичу на формирање специфичности актив-них делова седимената и водене масе у којој се преносе тешки метали, водени системи карактеришу се великом разноликошћу и специфичношћу расподеле и миграције метала.

3.6.1.1. Арсен У воденим срединама налази се у валентним стањима +5, +3, 0 и –3. Ме-

тално стање је крајње ретко, a As3– се образује само при крајње ниским вред-ностима pε. У слабо редукционим условима преовлађују арсенити. Оксидација арсенита у арсенат, при вредностима pH карактеристичним за природне воде, одвија се споро, али се убрзава у јако базним или киселим растворима. Соли бакра и угљеник такође убрзавају ову реакцију.


141

Арсен се у органским супстанцијама чврсто везује за сумпор и угљеник. Много је хиљада једињења As3+ и As5+ са везама As–C било синтетизовано и проверавано на ефикасност примене против различитих штеточина.

3.6.1.1.1. Пренос арсена у природним водама У природним водама налазе се растворна једињења As5+ и As3+ и мети-

ловани арсен. Арсен образује комплексна једињења са нискомолекуларним растворе-

ним органским супстанцијама. Конзервативно (неинтерактивно) понашање арсена у површинским водама нарушава се стварањем комплекса, при чему слабе интеракције арсена са површином чврстих честица у води.

Општи садржај арсена у седиментима 10 слатководних језера у Канади креће се од 2,7 до 13,2 mg/kg.

Описано је и метиловање арсена гљивицама, плеснима, земљишним ми-кроорганизмима и бактеријама, уз образовање диметил- и триметиларсина. У природним седиментима може доћи до метиловања једињења и образовања неиспарљивих и (или) испарљивих метилованих једињења арсена. Фактори који контролишу метиловање арсена нису потпуно познати.

Метиловани облици арсена присутни су у природним водама, љускама птичијих јаја, морским раковима и у људском урину. Истраживања аеробних и анаеробних организама указала су да први производе триметиларсин, а други – диметиларсин. Анаеробни микроорганизми редукују ово једињење до метил-арсина, a aepобни га редукују и метилују, претварајући га у триметиларсин. Микрофлора је очигледно способна да трансформише арсен и његова једиње-ња у гасовите арсине, који се по хемијским и биолошким особинама разликују од полазних једињења.

У околини рудника у којима се експлоатишу руде које садрже арсен концентрација раствореног арсена је често повишена. Релативно висок ниво садржаја (10 до 33 µg/dm3) утврђен је у потоцима који се снабдевају водом која је у додиру са пољопривредним земљиштем третираним хербицидима на бази арсена. Реке које протичу кроз различите индустријске области садрже 1 до 20 µg арсена по 1 dm3, док је садржај у већини незагађених слатких вода мањи од 1 µg/dm3. Воде отворених океана имају виши садржај арсена (2 до 3 µg/dm3) у односу на слатководне, што указује на десорпцију арсена са суспендованих честица.

Атмосферске падавине се битно не загађују арсеном, изузев на специ-фичним тачкама емисије.


142

Рудници су главни извори чврстих отпадака који садрже арсен и доспе-вају како у слатку тако и у морску воду. У одређеним областима концентраци-је су веће од 3.000 µg/kg. Други битан извор загађења седимената је натријум-арсенит. Када се ово једињење употребљава као хербицид, у седиментима се акумулира више од 500 mg арсена по килограму. Поређења ради, у неза-гађеним седиментима његов садржај креће се између 5 и 15 mg/kg.

3.6.1.2. Кадмијум Кадмијум је литофилни и халкофилни елеменат. При pH вредностима

које се налазе у природи подвргава се хидролизи. У одсуству анјона-таложника, Cd2+ се може сорбовати на суспендова-

ним честицама, дати комплексна једињења са органском супстанцијом и пре-носити се у овим облицима. Хлоридни комплекси тешких метала су веома мо-билни и постојани.

Кадмијум образује умерено постојане комплексе са различитим орган-ским једињењима. Јављајући се као слаба киселина у координационим реакци-јама, он првенствено реагује са слабим донорним атомима: сумпором, селеном и азотом. Кадмијум активно интерагује са SH-групама, на пример, у цистеину. Органске супстанције присутне у природним водама, укључујући аминокисе-лине, аминосахариде, полисахариде, хидроксо- и карбоксикиселине алифа-тичне и ароматичне природе, такође садрже одговарајуће донорне атоме за образовање једињења са кадмијумом.

Кадмијум интерагује са хуминским материјама из морске, речне и језер-ске воде дајући хуматне комплексе.

Слатке подземне воде садрже велике количине слободних јона Cd2+ (до 90% од укупног садржаја), док се у отпадним водама налази 67 до 71% јона, при чему комплекси са хуминским киселинама не премашују 37 до 39% опш-тег садржаја кадмијума. Ниво садржаја кадмијума раствореног у слатким во-дама варира од 10 до 500 ng/dm3. У случајевима високих загађења он може износити 17.000 ng/dm3. Воде океана су значајно обогаћене кадмијумом, па се на средњим дубинама налази до 125 ng/dm3. Претпоставља се да водени орга-низми акумулирају кадмијум у свом ткиву те га уносе у дубље слојеве при угинућу и таложењу њихових остатака.

Атмосферске падавине ефикасно удаљавају кадмијум из атмосфере. Из тих разлога концентрација кадмијума у кишници може да буде већа од 50 µg/dm3.

Садржај кадмијума у слатководним седиментима креће се од мање од 0,1 mg на 1 kg суве масе до преко 3.000 mg/dm3. У близини фабрика за произ-


143

водњу Ni-Cd акумулатора садржај може достићи и 50 g/kg. Најзагађенији мор-ски седименти садрже свега 0,01 mg/kg кадмијума, а истовремено у индустриј-ским областима ниво може да премаши 50 mg/kg. Биоакумулација у неким шкољкама износи 1 : 2·106 у односу на воду.

3.6.1.3. Хром Cr3+ је најстабилније и најважније валентно стање хрома. Он образује

велики број, у кинетичком смислу релативно инертних, комплексних једи-њења која могу да буду издвојена у виду чврстих честица.

Два главна оксидациона стања хрома у природним водама су Сr3+ и Cr6+, при чему у водама богатим кисеоником доминира термодинамички стабилан и штетан Cr6+. Међутим, Cr3+, захваљујући кинетичкој стабилности, може да се налази везан за чврсте честице. Услови узајамног прелаза Cr3+ и Cr6+ блиски су условима који владају у природним водама.

Концентрација раствореног хрома у незагађеним језерима и рекама обично варира у опсегу 1 до 2 µg/dm3, a y океану 0,05 до 0,5 µg/dm3. Beћe вре-дности (5 до 50 µg/dm3) нађене су у неким великим рекама које протичу кроз индустријске области. Ово је обично везано са испуштањем отпадних вода из великих индустријских постројења. Концентрација виша од 100 µg/dm3 налази се ретко и није повезана са индустријом.

Услед присуства антропогених извора загађивања, утврђено је повећање нивоа садржаја хрома у седиментима. Обогаћивање седимената у корелацији је са доспевањем пепела из различитих извора – сагоревања нафте, угља и др-вета, уз напомену да су уређаји за пречишћавање на димњацима значајно доп-ринели снижавању садржаја хрома у седиментима.

3.6.1.4. Бакар У воденој средини бакар се налази у три основна облика: суспендова-

ном, колоидном и растворном. Овај последњи облик подразумева слободне јоне бакра и комплексе с органским и неорганским лигандима. Облици нала-жења бакра у многоме зависе од физичкохемијских, хидродинамичких и био-лошких параметара водене средине.

Количина бакра везана са чврстим честицама може да износи 12 до 97% укупног садржаја у речним водама. Од око 6,3·106 тона бакра који годишње уносе реке у океане 1% се налази у растворном облику, 85% са чврстим крис-талним честицама, око 6% је везано за хидроксилне групе, 4,5% са органском материјом, док је 3,5% адсорбовано на суспендованим честицама.


144

Садржај растворних облика бакра, који у незагађеним слатким водама обично варира од 0,5 до 1,0 µg/dm3, у близини градских области обично дости-гне 2 µg/dm3. Знатно виши садржаји карактеристични су за рударске области и време поплава. У морским акваторијима примећено је постепено смањивање садржаја бакра од приобалних вода према отвореном мору.

Повећан садржај бакра (више од 1.000 mg/kg суве масе) у седиментима често је везан са утицајем отпадних вода рудника. Без обзира што у областима утицаја других индустријских извора загађивања садржај бакра може да дос-тигне 500 mg/kg и више, он по правилу не прелази 250 mg/kg. Незагађени мор-ски и слатководни седименти обично не садрже више од 20 mg/kg.

3.6.1.5. Олово Специфичност расподеле и миграције олова у природним водама усло-

вљена је интензивним таложењем и комплексирањем са органским и неорган-ским лигандима.

Олово образује довољно стабилне хелате са органским лигандима који садрже донорне атоме S, N и О. Онo, исто тако, учествује и у различитим ми-кробиолошким процесима, при чему доступност слободних јона бактеријама опада по следећем низу:

Cd2+ >> Cu2+ >> Pb2+ > Hg2+

Физичкохемијски облици олова у води за пиће карактеришу се прак-тично потпуним одсуством слободних јона. Главни део олова везан је са коло-идима (са хидроксидима гвожђа и органским макромолекулима), што је умно-гоме условљено саставом воде.

Интензитет сорпције олова речним седиментима зависи од карактерис-тика њиховог гранулометријског састава и садржаја органске материје. У од-суству растворних комплексообразујућих облика, олово се готово у потпунос-ти сорбује и таложи при pH > 6,0. У киселој средини хуминске киселине сор-бују олово интензивније него глиновите честице. Обрнути процес запажа се при pH > 6,5, када се образују растворни хумински комплекси олова. У овом случају глиновите честице могу да конкуришу са растворним олово-хуминс-ким комплексима и везују олово са чврстом фазом.

Услед релативно слабе везе Pb–C, органска једињења олова су мање стабилна него аналогна једињења лакших припадника IV групе периодног си-стема елемената.

Биометиловање Pb2+ (на пример, у облику оловоацетата) анаеробним културама бактерија доводи до образовања тетраметил-олова (Me4Pb).


145

3.6.1.6. Жива Жива у природним водама може да се налази у три стања: елементарном

(0), једновалентном (+1) и двовалентном (+2). При доброј аерацији вода прео-владава двовалентна жива, a y редукционим условима елементарна жива. При-суство довољних количина сулфид-јона, чак и при веома ниским вредностима редокс-потенцијала, стабилизује двовалентну живу у облику хидросулфида или сулфидних комплекса.

Од неорганских анјона, Hg2+ најстабилнија ковалентна једињења образу-је са хлоридним јонима.

Жива образује стабилне комплексе са различитим органским лигандима. Нарочито јаки ковалентни комплекси образују се са лигандима који садрже сумпор, као што су цистеин, аминокиселине и оксикарбонска киселина. Пове-ћање салинитета вода спречава образовање органоживиних комплекса.

Жива се у природним водама интензивно везује са чврстим суспендова-ним честицама. Степен везивања зависи од pH, салинитета и присуства орган-ских лиганада у воденој средини и креће се од нивоа ван дер Валсових сила до јаких ковалентних веза.

Хемијски облик растворене живе опредељује карактер њеног везивања са суспендованим честицама и време боравка у воденој маси. Процеси сорпци-је-десорпције живе суспендованим честицама битно опредељују судбину ме-тала у воденим системима. Тако сорпција суспендованим честицама и накнад-на седиментација играју важну улогу у процесу удаљавања живе из воде.

Темпо сорпције живе углавном зависи од физичкохемијских карактерис-тика седимената.

Жива у животној средини образује групу специфичних органометалних једињења, која се дели на две категорије: 1) једињења у којима се жива јавља као амфифил, тј. везује се са једним органским радикалом, посредством кова-лентне везе, и са неорганским анјоном, посредством електровалентне везе (R – Hgd+ – Xd–); 2) једињења у којима је жива липофилна, тј. везује се са два орган-ска радикала, посредством ковалентне везе (R – Hg – R ). Прва група каракте-рише се растворљивошћу у води и липидима и стабилношћу у воденом систе-му – на пример, јон метилживе (СН3–Hg+). Друга група укључује неполарна једињења, готово нерастворна у води и веома испарљива.

Постоје убедљиви докази о образовању метилживе биолошким (слика 23) и абиолошким путем. За метиловање живе неопходно је присуство слобо-дних неорганских јона живе Hg2+, као и донорних метилмолекула. Многи био-


146

гени производи који се налазе у воденим системима јављају се као потенцијални агенси мети-ловања.

Биолошко метиловање мо-же да се одвија како уз учешће фермената тако и без њих. Мети-ловање уз учешће фермената захтева присуство организама, активних учесника у метаболи-тичким процесима.

Концентрација растворе-не живе у незагађеним слатким водама варира од 0,02 до 0,1 µg/dm3, a y морској води од <0,01 до 0,03 µg/dm3. Значајан део живе у природним водама је везан и мигрира са суспендова-ном чврстом супстанцијом. Ма-да је садржај метилживе у неза-гађеним воденим системима низак (0,2 до 1 ng/dm3), у живим организмима се запажају релативно високи садржаји.

3.6.1.7. Никл Двовалентни никл образује стабилне комплексе са неорганским и орган-

ским лигандима. Неоргански комплекси укључују халоиде, сулфате, фосфате, карбонате и карбониле. Органски лиганди са кисеоником и азотом, а нарочито са донорним атомима сумпора образују високостабилне комплексе са никлом, а хуминске и фулвокиселине – умерено стабилне. У случају када је однос са-држаја фулвокиселина/никл већи од 2, образују се растворна једињења никла са овим киселинама. Уколико је овај однос мањи од 2, никл при вредностима pH од 8 до 9 има тенденцију образовања нерастворних једињења. Ово може довести до његове акумулације у суспендованој чврстој супстанцији и, у ко-начном случају, у седиментима.

Концентрација и облици налажења никла у воденим системима зависе од односа следећих процеса: коагулације, таложења, сорпције, образовања комплекса и хелатизације са органским и неорганским лигандима. Мада су

Слика 23. Биолошко кружење живе


147

многа истраживања расветлила физичкохемијске механизме наведених проце-са, њихова екстраполација на природне воде је веома тешка и проблематична услед различитих особина, састава, садржаја сорбената и лиганада (органских и неорганских). Лабораторијска истраживања са употребом природних вода показала су следеће: 1) растворљивост већине микроелемената, у том смислу и никла, не одговара предвиђеној растворљивости неорганских једињења; 2) комплексирање никла са органским супстанцијама јавља се као важан процес; 3) никл се може налазити у облику колоидних честица; из морске воде се одс-трањује свега 15% његове количине при интеракцији са калцијумом.

Проучавања облика налажења никла у седиментима естуаријума и зали-ва показала су да се 12 до 23% метала налази у биолошки доступном облику.

Садржај раствореног никла у незагађеним континенталним водама обично варира од 1 до 3 µg/dm3.

Атмосферске падавине у појединим областима карактеришу ниски ни-вои садржаја никла (0,02 до 5 µg/dm3), о чему сведочи низак степен загађења снега и леда.

Никл није важан или широко распрострањен загађујући елемент седи-мената.

3.6.1.8. Цинк По карактеру везе са лигандима цинк се сврстава у прелазне елементе. У

воденом раствору Znvod2+ се понаша као јако кисели метал, везујући јоне хало-

генида по следећем низу F– > Cl– > Br– > I–. In vivo, цинк карбоанхидраза по-наша се као слабо кисели метал, па је редослед везивања јона халогенида I– > Br– > Сl– > F–. Гранични карактер цинка одражава његова способност образо-вања везе са донорским атомима као што су кисеоник, азот и сумпор.

Цинк хидролизује при pH 7 до 7,5 уз образовање релативно стабилног Zn(OH)2 при pH > 8,0. При pH 6,7 цинк се налази у води у двовалентном обли-ку, доступном за сорпцију суспендованим минералним колоидима и за ства-рање комплекса са органским супстанцијама.

Стабилност органских комплекса цинка појачава се присуством донор-ских атома азота и сумпора у лигандима. Хуминске киселине морског порекла везују микроелементе јаче него хуминске киселине копна. Међутим, образова-ње комплекса цинка и других метала са хуминским супстанцијама при кон-центрацијама присутним у водама отвореног мора је безначајно. У естуарију-мима је улога хуминских киселина важнија због ниских концентрација калци-јума и магнезијума.


148

Већи део цинка у речним седиментима налази се у растворном облику, везан за оксиде гвожђа и мангана, карбонат и органске супстанције, док је око 30% у нерастворном облику.

Степен обогаћивања хуминских и фулвокиселина цинком је мањи него за бакар, олово, никл и хром.

Садржај раствореног цинка у незагађеним слатководним системима ва-рира од 0,5 до 15 µg/dm3.

3.7. РАДИОАКТИВНЕ ЗАГАЂУЈУЋЕ МАТЕРИЈЕ Вештачке радиоактивне материје, углавном продукти фисије урана и

плутонијума, почеле су да у већим количинама доспевају у океане од 1945. године, са почетком развоја нуклеарног оружја као и развоја индустријске производње фисионих материјала и радиоактивних нуклида.

Данас су главне загађујуће материје мора и океана радиоактивни изото-пи (радионуклиди) из нуклеарних електрана, које на сваки мегават електро-енергије образују 3 до 4 g фисионих продуката, као и других нуклеарних пос-тројења која своје отпаде одлажу у морску средину. Значајне количине фисио-них продуката у мора и океане пристижу речним токовима, а при разматрању могућих извора загађивања мора се указати и на хаварије пловних објеката на атомски погон.

Хемијски састав отпадака нуклеарних постројења, као главног радио-активног загађивача морске средине, у многоме зависи од технологије прераде нуклеарног горива. Они могу бити у облику концентрованих или базних рас-твора соли. Будући да се у екстракцијама користе органске супстанције, ради-онуклиди могу да се налазе и у облику комплекса са органским и неорганским лигандима. Тако, на пример, цирконијум образује стабилне комплексе са флу-оридним и оксалатним јонима. Поред тога, јон Zr4+ у микроконцентрацијама при ниској киселости образује колоиде чије се понашање не може предвидети.

Ниобијум лако хидролизује уз образовање колоида. У растворима после прераде нуклеарног горива готово искључиво се налази у петовалентном стању.

Технецијум има неколико валентних стања и лако се оксидује до +7 °С, образујући анјон ТсО4

– (пертехнетат), који се јавља карактеристичним обли-ком технецијума у воденим растворима.

Рутенијум је, по правилу, присутан у облику веома стабилних комп-лекса. У киселим растворима има валентност +3 или +4. У базним растворима може да се налази у облику анјона, имајући валентност +5, +6 или +7. Комп-лекси прелазних елемената, којима припада и рутенијум, образују се и разла-


149

жу веома споро. Претпоставља се да у нитратним растворима отпадака нукле-арних постројења рутенијум образује нитрозокомплексе.

Стронцијум и цезијум су у течним отпацима углавном заступљени прос-тим катјонима Sr2+, Cs+.

Јод образује низ растворних и гасовитих продуката. У отпацима се нала-зи у облику једињења, са валентношћу до +7. Ефикасно интерагује са остаци-ма органских растварача, образујући веома стабилна једињења.

Лантаниди се обично у течним отпацима налазе у облику хидроксида (базна средина) или катјона простих и комплексних соли (кисела средина), а није искључено ни образовање органских комплекса.

Различити полазни облици радионуклида у многоме опредељују њихову судбину у океану. Растворни облици фисионих продуката у морској води углавном су везани за 90Sr и 137Cs, док се други фисиони продукти (140Lа, 143Pr, 144Се, 147Pm, 95Zr, 95Nb, 106Ru, 132Tc), као и радионуклиди из групе индуковане активности (60,58Co, 54,52Mn, 59Fe) већ у моменту образовања њиховог језгра при експлозији захватају кондензацијом материјала бомбе (најчешће Fe3O4), који чврсто фиксира ове нуклиде. У табели 22 дат је садржај радионуклида у мор-ској води на основу резултата непосредних анализа у Тихом океану. На основу тих резултата може се уочити значајна разлика физичкохемијског стања поје-диних нуклида насталих после пробних експлозија.

Велики значај у процесима фракционисања фисионих продуката у океа-ну имају фактори: време, индивидуалне хемијске особине елемената, фи-зичкохемијске особине честица чврсте материје са инкорпорираним нукли-дима и специфичне особине океанске воде. Закључак да се значајан део фиси-оних продуката налази у нерастворном облику у седиментима и да самим тим не представља значајнији проблем нема ваљану основу. Наиме, радионуклид који полако дифундује из нерастворне честице ефикасно се акумулира планк-тонским организмима, тј. равнотежа међу чврстом и течном фазом се никада не постиже. Овај процес се наставља све док се цео нуклид не исцрпи.

У одсуству биохемијских фактора, тј. разматрајући океан као хетеро-гени физичкохемијски систем, може се констатовати да је понашање радиоак-тивних продуката нуклеарних експлозија подређено општим законитостима понашања одговарајућих елемената у растворима соли. Наиме, изотопи еле-мената који у датој средини образују лако растворна једињења, а не сложене комплексне јоне и колоиде, и који се налазе у облику простих јона, и у морској води су првенствено у облику правих раствора, као, на пример, 90Sr и 137Cs. Ово се вероватно односи и на 131I. При томе се унификација физичкохемијских


150

облика радиоактивних и стабилних изотопа датог елемента одвија задовоља-вајуће брзо. Остали радионуклиди у одређеном интервалу времена остају у морској води у облику различитих суспендованих честица. Табела 22. Садржај радиоактивних продуката у различитим фракцијама морске

воде на основу резултата непосредних анализа узорака површинских вода у Тихом океану

Средњи удео у фракцији (%) Нуклид Тип

експлозије Време узимања пробе после експлозије Р К С

Л 2 сата 99 1 0 89,90Sr П 31 дан 87 3 10

91Y П 31 дан 0,3 4,3 95 Л 2 сата 3 16 38 П 31 дан 2 5 92 95Zr

Д 10-20 сати 42 - - Л 2 сата 0 39 45 95Nb П 31 дан 0,2 0,3 99 Л 2 сата 60 6 28 П 31 дан 30 10 60 99Mo Д 1-116 сати 65 - - Л 2 сата 0 25 60 103,106Ru П 31 дан 1 5 95

131I П 31 дан 90 8 2 Л 2 сата - 18 60 П 31 дан 45 43 12 132Те Д 1-116 сати 0 - -

l37Cs П 31 дан 70 7 22 Л 2 сата 99 1 0 140Ba Д 1 сат 35 - - Л 2 сата 3 14 83 П - <3 - 67 Лантани-

ди Д 1-116 сати 34 - - Л 2 сата 4 11 2 П - - - 46 237U Д 1-116 сати 71 - - Л 2 сата 2 46 47 П - - - 50-93 239Pu Д 7-19 сати 50 - -

Л – експлозија на дну лагуне, П – експлозија на површини или малој дубини, Д – дубинска експлозија, Р – раствор, К – колоид, С – суспензија


151

Велика количина стронцијума и других фисионих продуката у морску средину доспева атмосферским падавинама (сува и влажна таложења), а могућ је и механички пренос и спирање радиоактивног материјала из земљишта.

3.7.1. Миграција радиоактивних загађујућих материја

Процена могућих путева преношења вештачких радионуклида у морској води у тесној је вези са физичкохемијским облицима фисионих продуката у датој средини, уз напомену да се они са ретким изузетком сврставају у групу микроелемената океана. Вештачки нуклиди, будући да им се особине знатно разликују, условно се могу сврстати у три групе:

1) нуклиди који се лако мешају са водом, практично имају један физичко-хемијски облик у морској води; у овој групи налазе се трицијум, техне-цијум, радиоактивни стронцијум, делимично 137Cs и други;

2) радиоактивни нуклиди који се ефикасно сорбују суспензијама и седи-ментима; овде припада група фисионих продуката коју чине лантаниди (144,141Се, 147Се, 147Pm), 90Sr, а делимично и 91Y, 95Zr, 95Nb, 106Ru (у неком смислу и Pu); са аспекта сорпционог захвата у ову групу могу се уброји-ти и неки нуклиди индуковани у животној средини неутронима нукле-арне експлозије;

3) биолошки активни радиоактивни нуклиди; ту пре свега припадају инду-ковани изотопи микроелемената групе гвожђа (54Mn, 60Co, 55Fe, 63Ni), 65Zn, 51Cr и плутонијум.

Миграција наведених група остварује се различитим механизмима: ме-шањем водених маса, седиментационим преносом и биоциркулацијом.

3.7.1.1. Стронцијум, цезијум и технецијум Доспевши у површински слој океанских вода, 90Sr, 137Cs i 99Тс, брзо се

распоређују у областима активног мешања у горњем слоју. Прва два нуклида разређују се у том слоју за неколико дана како водом тако и својим одговарају-ћим природним представницима. Овом процесу доприноси идентичност фи-зичкохемијског стања радиоактивних и стабилних изотопа стронцијума и це-зијума (практично у трену настаје равнотежа облика радиоактивних супстан-ција доспелих у морску воду и стабилних облика који се ту налазе).

По својим геохемијским особинама алкални и земноалкални елементи поседују високу покретљивост у воденој средини. Они припадају групи еле-мената који лако образују праве растворе, и не дају полимерне облике и тешко растворне хидроксиде у широком дијапазону pH вредности. Тако се понашају и радиоактивни 90Sr и 137Cs.


152

Укупна концентрација цезијума у морској води је релативно ниска (3 до 5·10–4 mg/dm3), што се објашњава његовом сорпцијом копненим глиновитим минералима пре његовог доспевања у морски раствор. Налажење цезијума у јонском облику опредељује његову миграцију у морској средини, као уос-талом и сваког другог у води растворног елемента – натријума, литијума, ка-лијума и других.

Технецијум у морској води је у потпуности техногеног порекла с обзи-ром да стабилни изотопи нису присутни. Технецијум, 99Тс, је веома конзерва-тиван елеменат у односу на сорпцију суспензијама и седиментима и акумула-цију планктонима. Само додатком гвожђа које у морској води образује Fe(OH)3 који сорбује 99Тс може доћи до повећаног захвата зоо- и фитопланк-тонима. Овакве особине технецијума указују да је миграција у мору опреде-љена кретањем водених маса, односно дифузијом у течној фази.

За разлику од цезијума, стронцијума и технецијума, мешање и цирку-лација водених маса је за лантаниде (144, 141Се, 147Pm и друге), као и изотопе итријума, ниобијума, цирконијума и рутенијума од другоразредног значаја. Сви наведени нуклиди су типични микроелементи који се у морској води лако хидролизују дајући сопствене колоидне честице које нису подложне седимен-тацији али се добро сорбују на суспензијама и добро захватају воденим орга-низмима.

Индуковани радионуклиди који су представљени изотопима 55Fe, 54Mn, 63Ni, 60Со, 51Cr, 65Zn и 239Pu, заједно ca 131I представљају групу биолошки акти-вних нуклида. Једном захваћени планктоном, они се не удаљавају у потпу-ности из сфере животне активности организама и вишеструко се укључују у ланац исхране, налазећи се дуже времена у областима горњих слојева у којима се одвија фотосинтеза.

3.8. ТЕРМИЧКО ЗАГАЂИВАЊЕ ВОДА Један од облика загађивања вода је и термичко. Подразумева повећање

њихове температуре изнад уобичајене природне. Са променом температуре долази и до промене хемијског састава воде, садржаја гасова, а нарочито кисе-оника, промене биолошких особина и органолептичких карактеристика, пре свега укуса.

Уношење топлотне енергије у природне водене масе, било да се ради о испуштању загрејаних отпадних вода индустрије или воде за хлађење у реку или језеро, или да је реч о утицају соларне радијације на стајаће водене масе у акумулацијама, узрок је настајању низа појава. Данас је непобитно научно до-казано да врло мале разлике у густини воде могу да изазову велике промене у


153

корисности воде, како за употребу по насељима тако и за употребу у индус-трији, као и самопречишћавању природних површинских вода.

Промена температурског профила са дубином унутар система стајаће воде као што је и велико акумулационо језеро, назива се термална стра-тификација (раслојавање). Овај профил се мења од једног годишњег доба до другог и креира циклус који се понавља из године у годину. Почнимо од про-лећа.

Пошто се лед истопи, вода језера имаће исту температуру од дна до по-вршине. Ветар омогућава циркулацију и меша језерску воду. Површинска во-да се потискује на дно, а она са дна се подиже на површину. Ова циркулација је веома важна и омогућава да релативно велика количина кисеоника стигне до дна језера. Иначе би кисеоник до дна стигао релативно спорим процесом дифузије. Ово мешање језерске воде назива се пролећно мешање.

Порастом температуре у касно пролеће, Сунчево зрачење почиње да за-грева језеро. Како количина апсорбованог Сунчевог зрачења опада са дуби-ном, језеро се загрева од површине ка дну. Топла вода је мање густине од хлад-не, што резултује да топлија вода плива над хладном водом. Слој топле воде на површини језера назива се епилимнион. Слој хладне воде испод епилим-ниона назива се хиполимнион. Ова два слоја су одвојена слојем који брзо ме-ња температуру са дубином (тзв. температурни скок). Овај слој се назива тер-моклина (металимнион). Термоклина се обично задржава од априла до новем-бра. Ова три одвојена слоја воде, сваки са различитом температуром или опсе-гом температуре је одличан пример термалне стратификације унутар језерског система (слика 24).

У току лета епилимнион достиже максималну дубину и стратификација ће се сачувати до краја лета. Топла вода, обиље сунчеве светлости, и нутријен-ти подигнути са дна језера за време пролећног мешања пружају идеалну живо-тну средину за размножавање алги у епилимниону. Цветање алги даје епили-мниону зеленкасту боју. Стратификација током лета спречава комплетно ме-шање језерске воде. Ветар утиче на циркулацију површинске воде, али топла вода у епилимниону не може проћи кроз хладну, густу воду у хиполимниону. Као резултат тога вода се меша само у епилимниону.


154

Слика 24. Температурне зоне језера. Мале стрелице приказују циркулацију воде

узроковану дувањем ветра преко језера

Без мешања које обезбеђује растворени кисеоник, дно језера, са недово-љном количином светлости за фотосинтезу, располаже веома ограниченом количином кисеоника за време лета. Дисање животиња и бактерија може сма-њити растворени кисеоник у води на дну језера. За овако стратификовано језе-ро се каже да се налази у летњој стагнацији. Мртве алге падају на дно језера и разлажу се бактеријама. Ово доводи до убрзаног трошења раствореног кисео-ника у хиполимниону пошто аеробне бактерије користе кисеоник за разлагање обиља органског материјала који пада из епилимниона. За време летње ста-гнације дно језера постаје аноксично (тј. без кисеоника) и анаеробне бактерије почињу да разлажу органску материју без помоћи раствореног кисеоника. Ако се мртве алге акумулирају већом брзином него што бактерије разлажу орган-ску материју, седименти који се одлажу на дно језера постаће богати орган-ском материјом.


155

Ово стање без мешања које снабдева површинску воду са нутријентима са дна, оставља алге са ограниченом количином нутријената у епилимниону. Недостатак нутријената доводи до умирања алги и доспевања органске мате-рије на дно језера. С обзиром на то да анаеробне бактерије производе сумпор-водоник, ти органском материјом богати седименти имају мирис на покварена јаја.

Како приближавањем јесени, када маса вештачког језера почиње брже да губи топлоту но што је упија, температура опада, епилимнион почиње да опада по дубини. Епилимнион постаје тако танак да више не може да постоји као одвојени слој и језеро губи стратификацију. Као у пролеће, језерска вода у јесен има исту температуру (око + 4 °C касне јесени), и ветар може опет да меша језерску воду. Уз то, површинска вода која је у директном контакту са хладним ваздухом, хлади се брже од воде испод ње.Ова хладна, густа вода се спушта и тако додатно помаже мешање воде језера. Овај процес назива се је-сење мешање.

Како се зима приближава, површинска вода се хлади испод + 4 °C. На овој тачки, она се даље не спушта. Молекули воде почињу да се престројавају и да се формирајући више водоничних веза удружују. Када температура воде достигне 0 °C лед почиње да покрива језеро. За време зиме ледени покривач спречава ветар да меша језерску воду. Тако опет долази до појаве стратифи-кације. Слој воде мање густине хладнији од + 4 °C а топлији од 0 °C формира се одмах испод леда. Испод ове воде, у осталом делу језера температура воде је обично близу + 4 °C. Тако долази до зимске стагнације. Доласком пролећа започиње нови циклус.

Акумулације које испољавају ове појаве означене су као топла мономи-ктична језера. Ако су акумулације у поднебљима у којима температура воде може да се спусти испод +4 °С (температуре максималне густине воде), тада површински слојеви водене масе могу постати гушћи од дубљих водених сло-јева, што има за последицу непостојаност и додатно мешање водене масе. Так-ва језера која испољавају у два маха појаве мешања називају се димиктичним језерима.

Раслојавање водене масе може бити резултат људских активности (тзв. индукована стратификација). To ce, на пример, дешава када ce y неку акумула-цију упусти вода приметно топлија од воде вештачког језера.

Термичко загађење може настати на више начина, али се најчешће јавља у области великих индустријских постројења, a нарочито енергетских (термо и нуклеарне електране), као и испуштањем у водотоке топлих комуналних и ин-


156

дустријских отпадних вода. Главни термички загађивач јесте систем про-точног хлађења, који се примењује пре свега у термоелектранама, a y мањој мери и код термичких процеса рафинерија нафте, хемијске индустрије и црне металургије. Отпадна топлота, коју треба одстранити помоћу расхладне воде, код савремених конвенционалних термоелектрана износи 110 до 130 %, а код нуклеарних термоелектрана 170 до 180 % топлотног еквивалента произведене електричне енергије. Потребна количина воде, уз претпоставку да се расхлад-на вода загрева за 8 до 10 °С, износи 115 до 150 dm3/kWh за конвенционалне термоелектране, а око 180 dm3/kWh за нуклеарне термоелектране.

У природном стању сваки водоток, у зависности од типа реке, вре-менских циклуса и метеоролошких услова, има одређене карактеристике тем-пературе воде. После увођења отпадне топлоте у водоток, температура воде се нагло диже изнад нивоа постојеће природне равнотеже, а затим долази до про-цеса одавања топлоте путем топлотног зрачења, конвекције и испаравања во-де, све до постизања равнотежне температуре водотока. Временски посматра-но, овај процес хлађења одвија се према експоненцијалној функцији.

Прелаз топлоте је утолико интензивнији уколико је већа разлика између стварне и равнотежне температуре воде. Насупрот томе код малих темпе-ратурних разлика процес хлађења тече веома споро, па се мање количине от-падне топлоте још дуго задржавају у водотоку. Уколико се низводно јављају нови термички загађивачи, циклус загревања и хлађења воде се понавља ана-логно.

Неко језеро се сматра стратификованим ако у њему постоји слој термо-клине (металимниона) чији температурни скок износи око 1 °С по метру ду-бине. Водни токови који се уливају, на пример, у неку акумулацију обично садрже нешто органских материја, чије присуство у води узрокује опадање садржаја раствореног кисеоника, пошто биоразградљиви органски материјал има потребу за кисеоником у току своје минерализације. У епилимниону вла-дају услови погодни за стабилизацију органских материја путем њиховог пре-тварања у минералне материје. Ваздушна кретања стварају струјања водене масе у епилимниону која обезбеђују добро мешање воде и на тај начин и кисе-оника у њој. Осим тога, у епилимниону је јасно изражена и појава фотосинтезе у току које се непрекидно ствара кисеоник који обогаћује фонд расположивог кисеоника за минерализацију органских материја. Међутим, у хиполимниону (најдубљем слоју раслојене водене масе) владају сасвим други услови. Нема фотосинтезе тако да се и кисеоник у хиполимниону не обнавља биолошком активношћу и долази до његовог дефицита. Ако се на дубини хиполимниона постави водозахватни објекат који служи снабдевању насеља водом за пиће,


157

јасно је да таква вода, која је сиромашна кисеоником и у којој су се нагомила-ле непожељне супстанције, од којих неке под таквим условима могу да осло-бађају и непријатне мирисе, неће по квалитету одговарати намени. Треба та-кође имати у виду да се на дну вештачког језера сакупља слој муља и да се на граничном слоју између муља и воде успостављају редукциони услови који погодују превођењу нерастворних једињења Fe и Mn у растворне облике. Ако се захвата вода са те дубине за потребе водоснабдевања, јасно је да ће раство-рено Fe и Mn, присутни у приметним количинама, ослабити квалитет воде, дајући јој метални укус. Ако се таква гвожђевита и мангановита вода употреби као процесна вода у неким индустријским гранама (на пример, индустрији хартије, текстилној и прехрамбеној индустрији), присуство Fe и Mn y води може узроковати мрка обојења на финалним индустријским производима, од-носно непријатан укус прехрамбених производа и тиме смањити квалитете и вредност тих индустријских продуката.

Разлике у густини разних слојева водене масе узрокују карактеристично кретање воде, при чему флуид у доњем слоју испољава својства течења воде кроз цеви, док се течност у горњем слоју водене масе понаша по типу течења по слободној површини. To тзв. стратификовано течење има знатан утицај на моћ самопречишћавања природне воде, односно на брзину којом ћe загађујуће органске материје, испуштене заједно са отпадним водама у неки водоток, да се у њему биохемијским путем разграде и минерализују, смањујући тако ор-ганско оптерећење површинске воде. Та брзина је услед раслојавања смањена.

Промена температуре утиче и на токсичност загађујућих супстанција које се налазе у води. Тако се, на пример, приликом повећања температуре воде од 15 до 25 °С токсичност цинка утростручује. Повећањем температуре повећава се и токсичност цијанида који се обично налазе у отпадним водама рудника и металуршких постројења, као и појединих пестицида.

3.9. ЗАГАЂИВАЊЕ ПОДЗЕМНИХ ВОДА Подземне слатке воде представљају значајан извор воде за пиће, пре

свега због њиховог бољег квалитета и веће заштићености од загађивања у од-носу на површинске воде. Међутим, и подземне воде су при интензивном ан-тропогеном дејству подложне загађивању.

Широко присутном хемизацијом, пре свега употребом пестицида и ми-нералних ђубрива, као и подизањем великих живинарских фарми знатно је порастао и утицај пољопривреде на подземне воде. Основни утицај раз-личитих привредних делатности на подземне воде одражава се променама хи-дродинамичких и хидрохемијских услова водоносних слојева. Практично је са


158

овим променама везано и исцрпљивање резерви подземних вода, са једне, и њихово загађивање, са друге стране.

Као резултат привредне делатности, на површину земљишта пристижу и ту се гомилају огромне количине различитих материја, углавном антропогеног порекла. Загађујуће материје инфилтрирају се заједно са отпадним водама, атмосферским падавинама и делом површинског тока у подземне воде, мења-јући им квалитет – физичкохемијски састав и органолептичке особине.

Специфичност загађивања подземних вода je y томе што овај процес ни-је изолован и локалан већ je y значајном степену условљен загађењем других елемената животне средине – атмосфере, површинских вода и земљишта, који се јављају као секундарни извори загађивања.

Опште узев, загађивање подземних вода зависи, са једне стране, од оп-терећења животне средине загађујућим материјама антропогеног порекла, а са друге – од природних геолошко-хидролошких услова који опредељују зашти-ћеност подземних вода. Оптерећење животне средине може да се окарактери-ше количином загађујућих материја које се избацују у одређеном периоду у областима дате територије на површину земље, површинске воде и атмосферу. За ове потребе прикладно је користити модул техногеног оптерећења, који представља однос количине (за годину дана) избачених и загађујућих материја и површине територије чија се оптерећеност одређује. Што је већи модул тех-ногеног оптерећења, то је већа вероватноћа загађивања подземних вода. Међутим, у исто време загађивање зависи и од геолошко-хидрогеолошких ус-лова заштићености подземних вода. Што је заштићеност подземних вода већа, то је мања могућност загађивања. Заштићеност подземних вода зависи од мно-гих фактора, који се могу сврстати у три групе: природне, техногене и фи-зичкохемијске. У основне природне факторе спадају присуство слабопропуст-љивих минерала, дубина слоја подземних вода, капацитет, литологија и фил-трационе особине минерала изнад водоносног хоризонта, као и сорпционе особине минерала. У техногене факторе убрајају се услови налажења за-гађујућих супстанција на површини земље, a y физичкохемијске – њихове специфичне особине, миграциона способност, време распада или хемијска стабилност у подземним водама.

Према томе, подложност подземних вода загађивању (могућност или степен њиховог оптерећења) директно је пропорционално техногеном оптере-ћењу животне средине (територије), а обрнуто пропорционално заштићености подземних вода.


159

Узајамна веза загађивања подземних вода са загађеном животном сре-дином успоставља се показатељем подложности подземних вода загађивању (Р), следећим односом:

Р = МT / е (24)

где је МT – модул техногеног оптерећења територије загађујућим супстанци-јама, а е – показатељ заштићености подземних вода, изражен у степенима. Што је веће МT и мање е, то је већа подложност воде загађивању.

У табели 23 дат је показатељ Р и степен подложности подземних вода загађивању.

Табела 23. Показатељ Р и степен подложности подземних вода загађивању

Степен 1 2 3 4 5 6 Р <0,01 0,01-0,1 0,1-1 1-10 10-100 >100

Степен подложности

Веома ниска ниска умерена средња висока веома

висока

Основни значај у процесу загађивања подземних вода припада течним материјама које путем филтрације доспевају у водоносне хоризонте. Чврсти отпаци и материје делују на подземне воде, растварајући се и делимично пре-лазећи у течну фазу атмосферским падавинама и под утицајем површинских токова. Важан значај у загађивању подземног дела хидросфере припада гасо-витим материјама, које се, за разлику од течних, a посебно чврстих, распрос-тиру по великој запремини и делују на подземне воде на регионалном нивоу, мада са знатно мањим степеном интензитета. Гасовите загађујуће супстанције атмосфере, доспевају у подземне воде из прашине која се таложи на површи-ни, са загађеним течним падавинама и из снежног покривача.

Погоршање квалитета подземних вода може да се разматра кроз два ос-новна стадијума: I – почетно загађење или знаци загађења (садржај загађу-јућих супстанција је изнад природног фона, али мањи од максимално доз-вољене концентрације, МДК), II – прекомерно загађење (садржај загађујућих супстанција је већи од МДК). За стадијум I карактеристичан је пораст садржа-ја загађујућих супстанција са временом, мада он и даље остаје нижи од МДК. У стадијуму II разликују се три степена: IIа); IIб) и IIв). Најопаснији је IIв сте-пен загађења.

Beћ и уочавање почетног стадијума је од посебног значаја јер се на ос-нову њега може закључивати о сталној тенденцији погоршања квалитета под-земних вода мада загађујуће супстанције не превазилазе МДК. Уочавање овог стадијума неопходно је ради предузимања профилактичких заштитних мера


160

ради спречавања загађивања подземних вода и даљег развоја већ започетих загађивања. Локализацију области загађивања и смањење његовог интензитета лакше је спровести у почетном стадијуму него када загађење достигне висок степен. Управо због тога термин „загађење подземних вода” укључује оба ста-дијума.

Загађења подземних вода која одговарају стадијумима I и II могу се за-пазити у пределима активног деловања техногених извора. Степен IIа каракте-ристичан је за близину по интензитету релативно малих извора загађивања. Загађења подземних вода IIб и IIв степена карактеристика су области изложе-них дуготрајном и интензивном утицају великих извора загађивања.

Генерички гледано загађујуће материје подземних вода деле се на: 1) индустријске отпаде, укључујући и емисију саобраћаја; 2) комуналне отпа-де; 3) загађујуће материје у пољопривреди; 4) нафту и деривате нафте; 5) при-родне некондициониране воде; 6) отпаде рудника.

По агрегатном стању, загађујуће материје деле се на чврсте, течне и га-совите. Као што је већ напоменуто, основни значај припада течним загађују-ћим супстанцијама које путем филтрације доспевају у водоносне слојеве. От-падне воде се по степену загађења и садржају токсичних материја према пот-ребном разблажењу до МДК за најтоксичнију компоненту деле на високоток-сичне (разблажење више од 1010 пута), средњетоксичне (од 105 до 1010 пута) и слаботоксичне (од 102 до 103 пута).

Чврсти отпаци делују на подземне воде растварајући се атмосферским падавинама или површинским токовима.

Према хемијским карактеристикама загађујуће материје, углавном течне, деле се на: 1) претежно неорганске; 2) претежно органске; 3) органске и неорганске; 4) тешке метале и 5) радиоактивне.

Према стабилности, загађујуће супстанције подземних вода деле се на неразградљиве (на пример, хлориди), веома стабилне – време разлагања више од 10 година, стабилне – од 1 до 10 година, нестабилне – од 1 месеца до 1 го-дине и веома нестабилне које се разлажу за мање од једног месеца.

Загађујуће супстанције подземних вода такoђе се деле на супстанције које не ступају у интеракцију са минералима и оне које ступају у интеракцију са минералима.


161

3.10. АЕРАЦИЈА И РЕАЕРАЦИЈА ВОДЕ – САМОПРЕЧИШЋАВАЊЕ Једно можда од најважнијих разматрања природних водотока јесте њи-

хова моћ самопречишћавања. Тај процес чини мноштво физичких, хемијских, микробиолошких и хидробиолошких појава и интеракција.

Када извесна количина мртве органске материје (детритуса) доспе у природну водену средину, долази до читавог низа биолошких активности ко-јима се претвора органска материја у постојане, коначне минералне производе, као што су, на пример, нитрати, као последња фаза минерализације азотне ор-ганске материје. У тим претварањима биохемијске природе, учествују бројне бактерије и гљивице које припадају групи редуцената – зато што за свој рад троше растворени кисеоник, смањујући тиме његов садржај. Смањење распо-ложиве количине раствореног О2 у води није неповратна појава, напротив, тај дефицит О2 у односу на стање пре уношења органског загађења у воду почиње ускоро да се компензује преласком О2 из ваздуха у воду. Та се појава назива реаерација и она је утолико израженија уколико је дефицит О2 већи и уколико је снажније турбулентно кретање водене средине. Beћ је речено да турбулен-ција доприноси природном аерисању водене средине, тј. преласку О2 у воду кроз додирну, граничну површину.

Ако се посматра један одређени део речног тока (речни потез), на њему ће бити више чинилаца који ће допринети уношењу и изношењу О2 из водене средине, као што је приказано на слици 25.

Одређивање просторне и временске расподеле раствореног О2 назива се биланс кисеоника. Иако би прецизно одређивања биланса кисеоника изискива-ло праћење свих ових чинилаца, у пракси се обично усваја да су главне реак-ције које се дешавају у току процеса самопречишћавања: БПК и реаерација.

Опште је усвојено да је брзина апсорпције гаса у течности пропорцио-нална дефициту гаса раствореног у течности. Математички то се може написа-ти:

dD/dt = –k2D (25)

где су: D – дефицит кисеоника у mg/m3, тј. разлика између концентрације рас-твореног О2 у стању засићења и концентрације раствореног О2 у тренутку t; k2 – коефицијент реаерације.


162

Слика 25. Графички приказ речног потеза воде

A – кисеоник који улази у посматрани речни потез путем конвекције, Б – кисеоник који излази из посматраног речног потеза путем конвекције, В – органско оптерећење са одређеном биохемијском потребом за кисеоником

који улази у речни потез путем конвекције, Г – органско оптерећење са одређеном БПК које излази из речног потеза путем

конвекције, Д – кисеоник који улази из ваздуха у речни потез путем реаерације, Ђ – кисеоник створен у току фотосинтезе, Е – органско оптерећење са одређеном БПК које напушта водену средину путем

седиментације, Ж – кисеоник који троши сталожени материјал на речном дну са одређеном

БПК.

Брзина којом се органска загађујућа материја унета у воду биохемијским путем оксидује (минерализује) уз трошење раствореног О2 у води може се ма-тематички приказати на следећи начин:

dL/dt = –k1 L (26)

где су: L – концентрација органске загађујуће материје која се може биохемиј-ским путем оксидовати, у mg/m3, на почетку временског интервала t; k1 – кое-фицијент деоксигенације тј. уклањања (смањења) О2.

Оба процеса, реаерација и деоксигенација, се једновремено одвијају у природној воденој средини у току самопречишћавања. Док процес реаерације обезбеђује повећање садржаја О2 раствореног у води, дотле процес деоксиге-нације има управо супротну тежњу. Резултанта ових двеју супротних тенден-ција јесте реални садржај раствореног О2 дуж целог посматраног речног поте-за, како је то приказано на слици 26.

Одређивање коефицијента реаерације теоријским путем и на бази неке формуле веома је тежак задатак. Најпоузданије је одредити га на лицу места. Апсорпција О2 у води је веома сложен процес, па је очигледно да се не може водити само рачуна о брзини течења реке. Као најпрецизнија експериментална метода за одређивање вредности k2 на лицу места показао се поступак засно-ван на употреби радиоактивних обележивача (трицијума или криптона).


163

Слика 26. Крива раствореног кисеоника у природној води.

Dp – почетни дефицит раствореног кисеоника у води; Ok – минимална, критична концентрација кисеоника раствореног у води; Dk – критични дефицит раствореног кисеоника у води. Кохлеарна крива – крива која има облик унутрашњег дела органа слуха

(тзв. пужа).

Што се тиче микроорганизама, њихов укупан број у речном потезу је највећи када и органске материје има највише. Међутим, са минерализацијом органске материје постепено нестаје хранљива подлога за микроорганизме и њихов даљи развој престаје. Са друге стране, бактерије служе као храна точка-рима (Rotiferi) и љускарима (Crustacea) y ланцу исхране, они су дакле потро-шачи (конзументи) микроорганизама. Овим потрошачима се хране рибе (се-кундарни потрошачи), али и оне бивају плен већих риба и, најзад, човека. Тако се једна река, кроз низ преображаја, постепено враћа у првобитно стање чистоће уколико наравно у току самопречишћавања не буде унета нова ко-личина органског оптерећења.


164

165

4. АТМОСФЕРА

Ваздух је од најстаријих времена био предмет значајног интересовања човека, не само као основна животна потреба, већ и као елемент филозофских разматрања и материја од основног научног интереса. За филозофе старе Грчке ваздух је био општа праоснова свега постојећег, основни елемент (Ана-ксимен из Милета), а за хемичаре новијег доба, од Бојла (Boyle) до Кевендиша (Cavendish) и Ремзија (Ramsay), предмет значајних испитивања у циљу ут-врђивања његове природе и састава.

Данас ваздух треба посматрати на начин на који човек није навикао да га посматра, онако како већ посматра земљиште и питку воду, као животно неопходан део природе ограничених могућности. Човек није размишљао о ва-здуху као о нечему што се може потрошити или бар толико променити да пос-тане неупотребљиво или мање погодно за нормално обављање животних про-цеса. Али, то никако не значи да о ваздуху нема шта да се размишља. Ако се из неког резервоара све више узима а све мање му се додаје, само је питање времена (које, истина, може бити веома дуго) када ћe ce његов садржај смањи-ти, односно неповратно изменити.

Оно што се данас дешава природи личи на пражњење резервоара. Ама-зонске шуме, често називане плућима планете, све више се крче. Пустињски песак Сахаре напредује и осваја зелени појас Африке. Све више пожара, који нису настали дејством природних чинилаца, смањују биљни покривач планете и преводе кисеоник у угљеник(IV)-оксид и азотове оксиде. Исти процес се дешава претварањем фосилних горива у енергију за грејање, покретање инду-стрије и аутомобила. Неке од ових процеса природа није предвидела у свом билансу и још нико не може тачно да израчуна хоће ли се садашња равнотежа и биланси одржати или ће бити неповратно нарушени.

4.1. САСТАВ ВАЗДУХА И ТЕРМАЛНА СТРУКТУРА АТМОСФЕРЕ Атмосфера је гасовити омотач планете Земље. Део атмосфере у призем-

ном слоју ce y најопштијем смислу назива ваздух. To је сложен систем, како по саставу тако и по процесима који ce y њој догађају. Основни састојци атмо-сфере су азот и кисеоник, чији је однос сталан (веома мало варира од места до


166

места), а укупна процентна заступљеност износи 99,030 %. Смеша поменутих гасова, уз ≈1% аргона и знатно мањи удео осталих компонената (табела 24), углавном сталног састава, назива се ваздух. У ужем значењу под ваздухом се подразумева приземни слој атмосфере у коме је могуће несметано функцио-нисање основних животних процеса.

Међу сталним састојцима ваздуха налазе се оне супстанције чија је зас-тупљеност константна, као што су О2, N2, Н2 и племенити гасови, као и оне чији је садржај променљив, зависно од географске ширине или климатских услова, као што је то случај са СО2, СН4, N2О или воденом паром.

Поред елемената и једињења наведених у табели 24, у ваздуху постоји и низ супстанција које садрже сумпор, халогене елементе и метале, а налазе се у траговима. У атмосфери се такође налазе и наелектрисане честице: електрони, јони и радикали, као и негасовите супстанције у различитим кондензованим фазама – течни и чврсти аеросоли (честице). Време боравка ових честица у атмосфери веома је различито и креће се од неколико секунди или делова се-кунде до неколико година, у зависности од висине на којој се налазе и фи-зичкохемијских реакција у којима учествују.

Табела 24. Састав сувог незагађеног ваздуха на нивоу тла

Супстанција Запремински удео % Напомена N2 78,084 O2 20,946 Ar 0,934 СО2 0,0330 променљив Ne 0,00182 He 0,00052 СН4 0,00014 променљив Kr 0,00011 Н 0,00005

N2O 0,000028 променљив Хе 9 × 10–6 O3 4 × 10–6

NO2 2 × 10–6 NH3 6 × 10–7 SO2 2 × 10–7


167

Насупрот азоту, кисеонику и племенитим гасовима, чије се време бора-вка у атмосфери мери хиљадама и милионима година, неке супстанције које су стално присутне у ваздуху имају знатно краћи период задржавања. На пример, време боравка молекула озона на висинама испод 5 km није дуже од 10 дана; сумпор(IV)-оксид се у тропосфери просечно задржава 4 дана, a азот(IV)-оксид и краће, само 1 до 2 дана. Ипак, њихова концентрација у чистом, незагађеном ваздуху је приближно константна. To значи да ове супстанције стално изнова настају и уносе се у атмосферу. Но, с обзиром да им се садржај у ваздуху не мења, то истовремено значи да се оне и троше, нестају у истој количини и ис-том брзином којом се и уносе. Другим речима, у атмосфери је успостављена динамичка равнотежа између настајања и нестајања ових супстанција, што одржава природни састав атмосфере константним.

4.1.1. Сунчево зрачење и термална структура атмосфере

Вертикална структура атмосфере може да се прикаже на више начина: као промена притиска, средње молекулске масе или броја и врсте присутних јона, али, најчешће, подела атмосфере се изводи на основу вертикалног про-фила температуре. Начин на који се температура мења са висином узет је за основу поделе атмосфере на тропосферу, стратосферу и тако даље. Границе између појединих области атмосфере назване су тропопаузом, стратопаузом и мезопаузом. Тачан начин на који се температура и притисак у атмосфери ме-њају са висином зависи од географске ширине и годишњег доба. Изузимајући разлике које се услед тога јављају, може се рећи да притисак опада контину-ално са порастом висине, а да се температура мења на врло необичан начин. Полазећи од нивоа мора, температура најпре опада до висине од око 12 до 15 km, затим остаје приближно константна до 20 km, значајно расте од 20 до 50 km, опада поново од 50 до 80 km, остаје константна до око 90 km и потом расте асимптотски до преко 1500 К на висинама од неколико стотина киломе-тара изнад Земље (слика 27). Ове промене температуре настају као резултат интеракције Сунчевог зрачења и различитих компонената (гасова) у атмосфе-ри и одговорне су за њену сложену термалну структуру.

За температуру на површини Земље узима се средња дневна температу-ра на средњим географским ширинама и она износи 288 К (15 °C). Ова темпе-ратура опада са висином и достиже најнижу вредност, 210 К, на висини од око 15 km. Област атмосфере у којој температура опада са висином назива се тро-посфером, а њен горњи део, где је температура најнижа, тропопаузом. Изнад тропопаузе почиње пораст температуре са висином и достиже максималну вредност 273 К на око 50 km од површине Земље. Ова област у којој темпера-


168

тура расте назива се стратосфером, а завршава се стратопаузом, која је дели од следеће области, мезосфере. У мезосфери температура поново опада са виси-ном све до око 80 km где има минималну вредност од 170 до 210 К. Мезосфера се завршава мезопаузом, од које температура поново pacте са висином и брзо достиже вредност од преко 1.000 К. Област високих температура изнад мезо-паузе назива се термосфером. Због великог садржаја наелектрисаних честица на већим висинама, област атмосфере између 50 и 4.000 km назива се још и јоносфером.

Слика 27. Промена атмосферске температуре и притиска са висином.

Начин на који се температура мења са висином искоришћен је за поделу атмосфере на тропосферу, мезосферу итд.

Оваква термална структура атмосфере није случајна. Максимум Сунче-вог зрачења, које досеже до горњих ивица атмосфере, налази се у области та-ласних дужина од око 400 до 700 nm (видљива светлост), тј. у области у којој,


169

осим (незнатно) водене паре, други гасови не апсорбују зрачење ових талас-них дужина. Захваљујући том „прозору” у апсорпционом спектру атмосфер-ских гасова, зрачење са Сунца доспева на Земљину површину и загрева је. Као и свако друго загрејано тело, и Земља зрачи (реемитује енергију). Равнотежна температура Земље, рачуната из баланса примљене и емитоване енергије, према једначини:

( )

141

4eI A

T⎡ ⎤−

= ⎢ ⎥σ⎣ ⎦ (27)

где су: I – интензитет Сунчевог зрачења (соларна константа) (1,4·103 Jm–2 s–1); A – албедо; део рефлектованог зрачења (0,33); σ – Стефан-Болцманова (Stefan-Boltzman) константа (5,67·10–8 Wm–2 К–4), треба да износи 254 К, далеко испод стварне средње температуре Земљине површи-не. Зрачење црног тела загрејаног на ту температуру је у инфрацрвеној (ИЦ) области спектра, са максимумом на око 10 до 12 µm. Када су гасови који могу да апсорбују ово зрачење присутни у атмосфери (водена пара, СО2), радијација не може да се емитује директно са Земљине површине већ се најпре загрева тропосфера, а затим се емитовање из тропосфере наставља, с тим што се један део енергије реемитује назад на Земљу.

Горња једначина не укључује апсорпциони ефекат атмосфере, због којег је средња температура Земље знатно изнад израчунате и погодна за опстанак живота. Пошто је просечна температура Земље око 290 К, реемисија је у ин-фрацрвеном делу спектра, са максимумом на 10,0 µm (слика 28), тј. у области у којој интензивно апсорбују Н2О, СО2, О3 и неки други гасови нормално при-сутни у атмосфери. Захваљујући овоме, већина „одлазеће” радијације се ап-сорбује у доњим слојевима атмосфере, због чега ти слојеви и имају већу тем-пературу од горњих. Овај ефекат додатног загревања Земљине површине поз-нат је као ефекат „стаклене баште”. Пораст концентрације гасова који апсор-бују у ИЦ области могао би да повећа овај ефекат и наруши садашњу термал-ну равнотежу. Према томе, ефективна температура Земљине површине зависи од количине оних гасова у атмосфери који апсорбују реемитованo дужеталас-но зрачење.

Највећи део N2, O2 и СO2 је униформно распоређен у атмосфери. Око 90% масе атмосфере је у појасу од 12 km од Земљине површине. Већина Н2О је на висинама испод 14 km, док је највећи део О3 на око 20-25 km од површи-


170

не. Оваква расподела гасова и њихове апсорпционе карактеристике одговорни су за термалну структуру атмосфере.

Слика 28. Спектар топлотног зрачења Земље

Насупрот пропустљивости за Сунчево зрачење у области таласних ду-жина видљиве светлости, највећи део ултраљубичастог (UV) зрачења атмос-ферски гасови апсорбују. Тамо где се ова апсорпција дешава долази до порас-та температуре. У термосфери, изнад 100 km, О2 и N2 апсорбују зрачење тала-сних дужина краћих од 180 nm. Енергија овог зрачења је довољна да изазове фотодисоцијацију молекула кисеоника и азота. Мада је у овој области прису-тан мали број молекула (Р ≈ 10–6 mbara), количина апсорбоване енергије је знатна. To молекулима обезбеђује велику транслациону енергију. Са друге стране, услед малог броја судара (средњи слободни пут молекула је око 25 m), реемисија енергије (хлађење) у тој области је незнатна и енергија се може из-губити једино мање ефикасним дифузионим процесима. Све ово заједно прои-зводи високе температуре у области изнад мезопаузе. Пошто се ово високое-


171

нергетско зрачење (<180 nm) готово потпуно апсорбује у описаним процеси-ма, са приближавањем Земљиној површини интензитет му нагло опада, па су у непосредној близини мезопаузе веома мале количине апсорбоване енергије. Зато у области мезопаузе температура има најнижу вредност.

Испод мезопаузе долази до апсорпције зрачења у области од 180 до 290 nm, за коју су одговорни кисеоник и озон. На преласку у стратосферу почиње стварање озона и завршава се на око 35 km jep испод те висине нема зрачења таласних дужина краћих од 240 nm, које је потребно за фотодисо-цијацију кисеоника и стварање озона. Максимум апсорпције озона налази се на око 255 nm и пошто је концентрација озона највећа у стратосфери, расте и количина апсорбоване енергије, па температура достиже максимум у области стратопаузе. Мада концентрација озона расте са даљим смањивањем висине (максимална је на око 25 km од тла), највећи део зрачења је већ апсорбован и количина апсорбоване енергије је мала. To доводи до опадања температуре од стратопаузе ка површини Земље и у области тропопаузе поново се јавља ми-нимум. Пораст температуре у тропосфери, са смањивањем висине, последица је делимичне апсорпције видљивог и инфрацрвеног зрачења (Н2О, СО2) и рее-мисије енергије са површине Земље.

Друга подела атмосфере могућа је на основу начина кретања молекула. До висине од око 90 km дифузија тече турбулентним (вртложним) мешањем, односно конвекцијом (струјањем) гасова. Турбуленција је, иначе, основни начин кретања ваздуха у тропосфери са становишта формирања времена (ме-теоролошког). Међутим, чињеница да највећа концентрација озона није у об-ласти где тај гас настаје говори о томе да и у стратосфери мора постојати вер-тикални транспорт топлоте и масе. Ово кретање доводи до уједначавања сас-тава атмосфере у односу на главне компоненте и зато се ова област назива хо-мосфером. На висинама већим од 100 km гасови се углавном крећу путем мо-лекулске дифузије (према кинетичкој теорији гасова), која није тако ефикасна у уједначавању састава и зато се ова област назива хетеросфером.

Значај описаних процеса није само у пружању објашњења за сложени температурни профил Земљине атмосфере. Далеко је важнија чињеница да они спречавају краткоталасно Сунчево зрачење да досегне Земљину површи-ну, где би процеси изазвани тим зрачењем били погубни за живу материју. Друга њихова важна улога је у томе што они значајно ублажавају ефекат ве-ликих периодичних варијација у Сунчевом зрачењу јер се сво високоенергет-ско Сунчево зрачење уклања на великим висинама. Тако зрачење краће од 280 nm уопште не досеже до површине Земље.


172

4.2. КРЕТАЊЕ (ЦИРКУЛАЦИЈА) ВАЗДУХА Посебна одлика атмосфере је њена велика покретљивост. Сматра се да

је време вертикалног мешања атмосфере до 80 дана, а хоризонталним струја-њима у стратосфери ваздух се измеша за далеко краће време (брзина струјања ваздуха на 25 до 30 km висине је око 50 m/s). Померање ваздуха у атмосфери је узроковано пријемом Сунчеве енергије и модификовано ротацијом Земље. Beћa загрејаност ваздуха на екватору него на половима покреће ваздушне масе од екваторијалних области ка већим географским ширинама, а већа загреја-ност Земљине површине него ваздуха изнад ње главни је узрочник вертикал-них кретања.

Зрачење Сунца доноси енергију од око 1,4· 103 Ј m–2 s–1 до горњих слоје-ва атмосфере. Количина енергије коју прими јединица Земљине површине у јединици времена зове се инсолација и она није једнака на половима и у еква-торијалној области. Топлији ваздух, уз загрејану површину, има мању густину него ваздух у горњим слојевима и због тога се пење увис. Део запремине ваз-духа који се пење носи са собом топлоту и та вертикална струјања (конвекци-ја) су један од главних узрочника снижавања температуре површине. Пошто се притисак у атмосфери смањује са висином, ваздух који се пење мора да се шири, али за то ширење не може да користи топлоту околине јер је она хлад-нија већ се тај процес обавља адијабатски, на рачун сопствене енергије. На овај начин тај део ваздуха губи топлоту и хлади се. Рад који се обавља при ширењу ваздуха једнак је изгубљеној количини топлоте.

Израчунавањем се добија да се сув ваздух хлади за 9,8 К на сваки кило-метар висине. Стварно измерене вредности су ниже због тога што ваздух увек садржи извесну количину водене паре. При подизању и хлађењу ваздуха ова пара се кондензује. Латентна топлота која се услед тога ослобађа смањује бр-зину хлађења и реалне вредности су у просеку око –6,5 K km–1. Због мањег температурног градијента, температура влажног ваздуха, који се подиже, тек се на већим висинама изједначава са температуром околине. Влажан ваздух ће, према томе, да се подиже више него суви ваздух исте почетне температуре и вероватно ће образовати облаке када доспе до довољне висине

Ако температура атмосфере опада са висином мање него што је вред-ност адијабатског температурног градијента, тада ћe горњи слојеви ваздуха бити топлији од доњих и такав ваздух ће бити стабилан у односу на вертикал-на (конвективна) струјања. У том случају долази до појаве температурних ин-верзија, са којима су повезана повећана загађивања ваздуха. Са друге стране, ако температура атмосфере опада брже него вредност температурног гради-јента, ваздух ће бити нестабилан и настаће активно конвективно мешање. По-


173

што се температурни градијенти за сув и влажан ваздух разликују, стабилност атмосфере у одређеној области зависи и од релативне влажности ваздуха.

Вертикална струјања у атмосфери су основна кретања ваздушних маса и зачетник су свих осталих кретања ваздуха. Пошто области око екватора доби-јају највише енергије, ваздух је на тим деловима Земље топлији, што узрокује његово кретање навише (слика 29). Топао ваздух се пење остављајући зону ниског притиска у који почиње, у приземном слоју, да струји хладнији ваздух са већих географских ширина. Пењући се навише, екваторијални ваздух се хлади и згушњава, чиме почињу његова струјања надоле. На тај начин се до-бија зона кружног кретања у којој се ваздух креће од екватора ка половима на већим висинама и у супротном смеру, ка топлијим зонама, у слоју ближем по-вршини. Слична зона циркулације јавља се и од средњих географских ширина ка половима, изнад којих се јављају силазна струјања ваздушних маса. Између ових двеју области, у зони од 30° до 60° географске ширине, струјања у слоје-вима ближим Земљи су претежно у смеру полова, а висинска кретања ваздуха су ка екватору. У екваторијалној области срећу се узлазне струје северне и ју-жне хемисфере, стварајући „интертропску зону конвергенције” која онемогу-ћава знатнија мешања ваздуха између две хемисфере. Са гледишта простира-ња загађујућих материја, ово има знатан утицај на онемогућавање транспорта загађеног ваздуха са северне на јужну полулопту.

Мада у суштини тачно објашњава узроке кретања ваздуха и појаву вет-рова, ово је веома упрошћена слика стварног стања. Овде се, рецимо, не узи-мају у обзир неједнако загревање копна и мора, промене у интензитету инсо-лације током године или разлике у степену рефлексије зрачења (албеду) које показују различити делови Земљине површине (табела 25). Нису обухваћени ни значајни утицаји који настају због разлике у рељефу (орографија терена), а није узета у обзир ни сила трења ваздуха у покрету са површином Земље.

Чак и када се све ово занемари, утицај Земљине ротације на кретање ва-здуха мора да се узме у обзир јер ротација значајно модификује правац вазду-шних струјања.

Тачке Земљине површине у близини полова ротирају веома малом брзи-ном (на самим половима мирују), насупрот тачкама на екватору, чија брзина ротације је близу 1.700 km на час. Пошто атмосфера ротира на исти начин као и Земља, ваздух изнад полова и ваздух изнад екватора ротирају различитим брзи-нама. Између полова и екватора тачке Земљине површине и атмосфера над њи-ма ротирају брзинама између нуле и максималне. Ова ротација на већ постојећу компоненту кретања север-југ додаје нову компоненту убрзања услед дејства Кориолисове (Coriolis) силе, која делује нормално на постојеће кретање.


174

Слика 29. Поједностављен приказ глобалног вертикалног кружења ваздуха. На екватору се јавља интертропска зона конвергенције (ИТЗК) која онемогућава

мешање ваздушних маса између две хемисфере.

Табела 25. Рефлексија зрачења (албедо) са различитих делова Земље

% рефлексије порекло рефлексија 30 Укупно: Земља и атмосфера

50-80 Облаци 50-80 Снег и лед

28 Пустиња 15-30 Трава 20-25 Сува, обрађена поља 18-24 Тропске шуме

18 Листопадне шуме, лети 14-18 Саване и полупустиње 7-23 Океани 7-20 Голо земљиште 3-15 Зелена поља

Када део хладног ваздуха крене из поларних предела, он тежи да задржи малу брзину ротације (одржање момента количине кретања) у односу на тачке Зем-


175

љине површине, које испод њега све брже ротирају како тај део напредује ка екватору. За посматрача који ротира са Земљом тај део ваздуха заостаје у сме-ру супротном од смера ротације, ка западу. На северној хемисфери, где део хладног ваздуха близу Земљине површине треба да има смер кретања од севе-ра ка југу, резултантно кретање ваздуха, у односу на посматрача на тлу, је у правцу од североистока ка југозападу. Из истих разлога на јужној хемисфери треба очекивати ветрове претежно у правцу југоисток-северозапад. To и јесте случај у екваторијалном појасу и поларним областима. Међутим, преов-лађујући смер ветрова на средњим географским ширинама (30° до 60°) управо је супротан на обе хемисфере. На слици 29 се види да на тим географским ши-ринама приземни ваздух иде од екватора ка половима, тј. од зоне брже ка зо-нама спорије ротације. С обзиром да се тај ваздух опире промени брзине рота-ције, у овом случају тачке на Земљиној површини заостају у смеру запада и резултат су претежно западна ваздушна струјања. Објашњење за ово лежи у нужности да атмосфера као целина мора да прати ротацију Земље и да ис-точни и западни ветрови морају да буду у равнотежи. Модел кретања ваздуха само са источним струјањима је немогућ, јер би то значило да Земља и њена атмосфера ротирају у супротним смеровима.

Други облици кретања у атмосфери укључују сразмерно мања покрета-ња ваздуха. To cy, пре свега, турбуленција и дифузија. Турбуленција је сложе-но кретање које проузрокује дифузију. Два су основна облика турбулентних кретања: термална турбуленција, која настаје услед различитих локалних за-гревања појединих делова ваздуха, и механичка турбуленција, коју проузроку-је кретање ваздуха преко неравног терена. Дифузијом се уједначавају особине супстанција присутних у атмосфери. Ова кретања су увек у правцу смањивања градијента посматране особине и укључују како природне компоненте атмос-фере тако и оне антропогеног порекла.

Као последица турбуленције јавља се дифузија самог ваздуха, што до-води до уједначавања свих карактеристика својствених ваздуху, као што су: боја, хемијски састав, мириси, садржај водене паре итд. Делићи ваздуха такође поседују различиту топлоту, густину итд. Сва ова својства преносе се и ујед-начавају кроз ваздух дифузијом. Хаотично кретање молекула на већим виси-нама, које је резултат кинетичке енергије гасова, представља молекулску ди-фузију.

Најбрже уједначавање поменутих особина обавља се помоћу вртложних кретања великих размера. Величина ових вртлога иде од дела сантиметра до више десетина километара. Ефекат вртложног кретања је веома важан за раз-блаживање примеса у ваздуху. Елеменат запремине ваздуха померен са једног


176

нивоа на други преноси са собом моменат количине кретања и топлотну енер-гију, а такође и све што је испуштено у ваздух из извора загађења. На тај начин се, услед ефеката турбуленције, врши разблаживање гасова и дима и у вертикалном и у хоризонталном правцу.

4.3. АТМОСФЕРСКЕ-МЕТЕОРОЛОШКЕ ПОЈАВЕ

4.3.1. Температурне инверзије

Под нормалним условима покретљивост атмосфере је довољна да раз-реди загађујуће супстанције и спречи њихово нагомилавање. Температурна структура атмосфере одређује вертикална струјања ваздуха, а ако је он за-гађен, контролише и вертикална кретања загађујућих материја. Температурне инверзије знатно утичу на дисперзију загађујућих супстанција јер ометају вер-тикални транспорт ваздушних маса.

Температурне инверзије могу настати из више разлога. Хладан ваздух који иде испред наступајућег фронта може „клизнути” (пошто је гушћи и те-жи) испод топлог ваздуха и образовати фронталну инверзију. Са друге стране, ако топао ваздух који се креће хоризонтално наиђе на хладан фронт или другу природну препреку (планински масив), покренуће се навише. Хладан планин-ски ваздух може да се спусти током ноћи у топлију долину, производећи адве-ктивну инверзију. Општа циркулација ваздуха у атмосфери може да изазове температурне инверзије знатних размера. На географским ширинама где ох-лађени ваздух креће наниже (слика 29) ове инверзије могу да по дубини захва-тају хиљаду и више метара и простиру се у континенталним размерама.

До инверзија најчешће долази из два разлога. У току ведрих ноћи, када је температура тла нижа од температуре околног ваздуха, приземни слој се хлади брже од виших слојева и, ако нема ветра, стварају се услови за темпера-турну инверзију. На други начин инверзија настаје када се ваздух са већих ви-сина креће ка површини тла. Пошто je y нижим слојевима атмосферски прити-сак већи, ваздух који се спушта мора да се сабија адијабатски (обрнут процес од оног при подизању ваздуха), услед чега се додатно загрева. За адијабатску компресију важи P1/P2 = (T1/T2)Cp/R и пошто је Р2>Р1 мора и Т2 да буде веће од T1 (Р2 и Т2 су притисак и температура ваздуха пошто се спустио у ниже слоје-ве). Температурне инверзије, нарочито ако се јављају изнад великих градова, имају кључни значај за повећане концентрације загађујућих супстанција јер спречавањем вертикалне циркулације ваздуха спречавају и њихову дисперзију.

На слици 30 приказано је настајање температурне инверзије. Када су у тропосфери нормални услови, температура са висином константно опада. Ако


177

је температура тла, на пример, 26,5 °С, онда ће на 1.000 m висине температура околног ваздуха бити 20 °С (адијабатски градијент је 0,65°/100 m). За такав случај промена температуре са висином дата је пуном линијом на слици 30. Тло које се загрева у току дана додатно ћe загрејати приземни ваздух реемиси-јом топлоте. Две испрекидане линије показују промену температуре са виси-ном за два елемента запремине сувог ваздуха, додатно загрејаног, првог на 28° a другог на 29,5 °С.

Слика 30. Настајање температурне инверзије. Пуна линија даје нормално опада-ње температуре са висином уз влагу у ваздуху. Испрекидане линије представљају промене температуре са висином за сув ваздух са различитим почетним темпера-турама. Тачкастом линијом је приказана температурна инверзија на око 600 m.

Адијабатски градијент за сув ваздух је 0,95°/100 m. Први елемент запремине, достиже температуру околине када се подигне на око 500 m. Тада ћe његов притисак и густина бити исти као и за околни ваздух. Са другим елементом ваздуха то ће се догодити на 1.000 m јер се топлији ваздух подиже на веће ви-сине. Ако температура у тропосфери не опада у целом току са висином већ у неком њеном делу инверзно расте, као на слици 30 од 600 до 800 m (тачкаста линија), ваздух који се подиже може бити заустављен на свом путу ка висина-ма јер ће на мањој висини доспети у зону једнаке температуре. Ваздух загрејан на 28 °С достиже до исте висине као раније јер је инверзија изнад 600 m и мо-же да утиче само на ваздух који би се подигао изнад те висине. To се управо дешава са ваздухом чија је почетна температура била 29,5 °С, а који, због пос-тојеће инверзије температуре, достиже температуру околног ваздуха знатно


178

испод 1.000 m. Такав ваздух бива заустављен у даљем пењању, заједно са свим загађујућим материјама које евентуално садржи.

На пораст концентрације загађујућих супстанција, нарочито у великим приморским градовима, утичу и друге метеоролошке појаве.

Дуж морске обале лагани ветрови море-копно (и обратно) су позната и редовна појава. Током топлијег доба године копно се загрева брже од морске површине и топао ваздух изнад копна се подиже увис (ако нема температурне инверзије). На његово место струји ваздух из правца мора. У току ноћи смер струјања се мења јер се копно брже хлади. Гасовите загађујуће супстанције, унете током дана у атмосферу, одлазе током ноћи са градским ваздухом ка мору да би се поново вратили наредног дана. Овај феномен је добро познат у већини градова на Медитерану и другим приморским градовима (Солун, Мар-сеј, Лос Анђелес) и одговоран је за акумулацију загађујућих супстанција у њима (сл. 31).

Слика 31. Феномен у приморским градовима

4.3.2. Вода у атмосфери

Вода је једна од најважнијих компонената атмосфере јер има кључну улогу у многим процесима који се одвијају у њој. Она је основни и једини рас-тварач за гасове и друге супстанције, веома моћан апсорбер топлотног зрачења и учесник и промотор многих хемијских реакција у атмосфери. Неш-то мање од 2·1013 m3 воде стално је присутно у атмосфери (1,5·1016 kg), што чини око 2% укупне запремине атмосфере, али само 0,001 део укупне запре-мине воде на Земљи. Чињеница да двоструко већа количина воде падне годи-шње на Земљу у облику воденог талога говори о брзом кружењу воде у гло-балним размерама. Рачуна се да је средњи живот молекула воде у атмосфери око десетак дана.

Највећи део воде у атмосферу долази испаравањем са површине океана, са којих годишње испари око 450.000 km3 Н2О, а највећи део нестаје из атмос-


179

фере падавинама (опширније о овоме видети у глави о хидросфери). Тропос-фера садржи највише атмосферске воде и само мали део се налази у стратос-фери. Доња стратосфера је релативно сува, са само 3 до 4 ppm водене пape, y односу на тропосферу где, близу површине, садржај воде достиже неколико промила. У стратосфери садржај воде расте са висином и достиже око 6 ppm y горњим деловима. Овај пораст се приписује оксидацији метана, при којој се на сваки оксидован молекул СН4 произведу два молекула Н2О.

Утицај који вода има на понашање и процесе у атмосфери далеко прева-зилази њен релативно мали удео. Готово четвртина Сунчеве енергије која дос-пева на Земљу троши се на испаравање воде. Та енергија се делом касније вра-ћа у атмосферу, при кондензацији водене пape, y виду латентне топлоте. Са друге стране облаци, односно ситне водене капи у њима, имају највећи удео у рефлектовању долазеће Сунчевог зрачења и враћају готово 15% те енергије у свемир. Вода и водена пара апсорбују највећи део топлотног зрачења са Зем-ље, па су тиме и најважнији чинилац у одређивању термалне структуре тропо-сфере и додатног загревања Земље.

4.3.3. Кондензација водене паре и процеси растварања

Када се ваздух хлади испод температуре на којој је засићен, сувишна количина водене паре ће се кондензовати (на присутним језгрима) у капљице воде или, под одређеним условима, у ледене кристале. Ако се овај процес де-шава близу површине тла настају магла, слана или друге сличне појаве. Један од узрока који овоме води је смањивање температуре површине Земље зрачењем, најчешће током ведрих ноћи без ветра. Ако је при томе ваздух до-вољно влажан, његово хлађење при додиру са Земљом доводи до засићења, што ствара радијациону маглу. Овакве магле обично нестају неколико часова по изласку Сунца.

Такође се јављају и адвекционе магле, које настају када топао и сув ваз-дух струји преко хладније површине (адвекција представља хоризонтално струјање). На пример, магле на мору су адвекционе магле узроковане крета-њем ваздуха са топлијег дела океана (или копна) на суседни хладнији део. Трећи тип магле може да настане када влажан ваздух струји изнад тла које се постепено диже у висину (планински гребен или сличан терен). У том случају ваздух се адијабатски хлади и као резултат може да настане магла.

Адијабатски температурни коефицијенти за сув и влажан ваздух разли-кују се због латентне топлоте која се ослобађа кондензацијом дела водене паре при подизању и хлађењу влажног ваздуха. Међутим, у чистом ваздуху водена пара неће увек прећи у течно стање, чак и када је напон паре знатно нижи него


180

што захтевају услови за прелазак у течност. To стање пресићености настаје, делом, због тога што је равнотежни напон паре на малој сферној површини већи него на равној.

Према Лапласовој (Laplace) једначини Р = 2/rγ (где је γ површински на-пон течности, a r полупречник сфере), напон паре на површини малих капи течности обрнуто је сразмеран полупречнику. Овај ефекат је приметан само ако је r < 10–6 m, што управо одговара величини водених капи у облацима. Та-кве капи се теже кондензују а лакше испаравају. Присуство соли (нечистоћа) у води знатно снижава напон паре и тиме олакшава кондензацију. To значи да ће облаци брже настати у загађеном него у незагађеном ваздуху, али и да нас-тајање облака и касније падавине доприносе бржем уклањању загађујућих супстанција из ваздуха. Напредовањем кондензације парцијални притисак во-дене паре би требало да опада (јер се смањује релативни удео паре) и брзо би пао испод тачке засићености. Међутим, услови за даљу кондензацију одржава-ју се настављањем хлађења ваздуха који се пење. Топао ваздух може да доспе веома високо, у области у којима је температура испод тачке мржњења воде, што може да доведе до стварања леда, снега и града у облацима.

Процењује се да је просечно 30% Земљине површине покривено облаци-ма. Ипак и мале промене у оптичким особинама облака могу значајано да утичу на климу. Већ је речено да се од укупне Сунчеве енергије око 30% рефлектује (албедо) и да највећи удео у овој рефлексији имају облаци, односно ситне кап-љице воде у њима. На основу тога се процењује да само повећање албеда од 0,005 може да смањи средњу температуру површине у просеку за 1,3 К.

Број капи у облаку зависи од броја центара кондензације. Најчешће су то честице аеросола. Ако број тих честица расте, то може да утиче на величи-ну капи у облаку и нај тај начин на албедо. Извори ових честица су различити изнад океана и изнад копна. Природни извори аеросола изнад копненог дела су шумски пожари, вулканске ерупције, тропосферске хемијске реакције у ко-јима настају аеросоли, честице тла и прашине захваћене са површине, полен и испарљиви угљоводоници биљног порекла (терпени и слично). Антропогени извори углавном укључују емисију SO2 и његово превођење у сулфате, гасове органског порекла и HNO3, насталу оксидацијом NOX. Изнад мора и океана извори аеросола су неорганске соли пореклом из морске воде и океанска еми-сија диметилсулфида (ДМС). Диметилсулфид лако образује честице аеросола, које делују као кондензациони центри. Конверзија ДМС (првенствено у сул-фате и метил-сулфонску киселину) иде хомогеним и хетерогеним реакцијама, које најчешће почињу оксидацијом са ОН-радикалима. Сматра се да је ДМС доминирајућа компонента у стварању кондензационих центара у облацима


181

изнад океана зато што су честице неорганских соли сувише тешке и таложе се пре него што достигну висину базе облака. Број кондензационих центара је различит, па се зато разликују и број и величина капи у облацима насталим изнад океана и изнад копна. Облаци са океана, опште узев, имају веће капи (r ≈ 20 µm), а тиме их је и мање у јединици запремине (≈50 cm–3) у односу на број капи насталих у облацима изнад копна, који у просеку имају од неколико стотина до 1.000 капи/cm3. Албедо облака је функција њихове оптичке густи-не, која зависи од укупне количине воде и рефлективности појединачних капи у облацима. Како укупна количина воде у облаку расте, расте и оптичка гус-тина облака, па рефлективност појединачних капљица има све мањи релативан удео у укупном албеду (слика 32). Рефлексија са појединачних капи зависи од њихове величине. Уколико су мање (тада је већи број капи за дату количину воде), рефлектују већи део зрачења. Однос између оптичке густине, дебљине облака h, садржаја воде W и броја капи у облаку N дат је релацијом τ ≈ hW2/3N1/3. Одатле проистиче да ако N расте, при сталној вредности h и W, оптичка густина и албедо ће такође да расту.

Слика 32. Рефлексија зрачења у зависности од оптичке густине (дебљине) облака. Албедо облака који имају средњу оптичку густину је најосетљивији

на промену броја капи у облаку

У атмосферској води не растварају се само соли и друге чврсте супстан-ције већ и различити гасови. Растварање гасова у течностима следи Хенријев (Henry) закон m(aq) = kH р, где је kH Хенријева константа, по коме је количина гаса раствореног у течности (maq) сразмерна његовом парцијалном притиску. Пошто је Хенријев закон само посебан случај закона расподеле супстанција


182

између две фазе, он може да се пише и у другом облику kH = maq/р, из чега произлази да ће се, при једнаким парцијалним притисцима, више растварати они гасови за које је вредност kH већа.

Хенријев закон строго важи за супстанције које хемијски не реагују или не дисосују/асосују у раствору. To није увек случај, јер, на пример хлороводо-ник дисосује дајући раствор хлоридне-киселине, а амонијак или сумпор(VI)-оксид хемијски реагују дајући хидроксид, односно киселину. Овакве реакције знатно повећавају растворљивост тих гасова, далеко изнад вредности које би се добиле по Хенријевом закону.

Од посебне је важности растварање оних гасова који утичу на промену pH атмосферске воде, а који у приметним концентрацијама могу да буду при-сутни у ваздуху: СО2, NO2, SO2, SO3, NH3. Растварање CO2 врши ce према јед-начини 16 датој на страни 89.

Прва дисоцијациона константа угљене киселине (која је једина од знача-ја са гледишта утицаја на концентрацију Н+ јона) дата је са:

K1 = [H+][HCO3–]/[H2CO3] (28)

Хенријев закон за растварање СО2 даје:

kH = [H2CO3]/pCO2 (29)

Вредност за K1 може се наћи у физичкохемијским таблицама и износи 3,8·10–7 mol l–1, што са вредношћу за kH (0,045) и р CO2 (101,35 kP) даје концен-трацију Н+ јона 2,3·10–6 mol l–1 или pH = 5,6. Пошто је ова вредност pH добије-на узимајући у обзир само садржај СО2 у чистој незагађеној атмосфери, треба да одговара природној вредности за чисту атмосферску воду (падавине). По-вршинске воде су обично алкалније; на пример, морска вода има pH око 8,1, што је резултат киселинско-базне равнотеже са алкалним материјама из стена и седимената. У загађеној атмосфери pH вредности падавина могу да буду значајно измењене. На сличан начин као за СО2 може се добити за растварање SO2:

[HSO3–] = [H+] = (kHK1 pSO2)

1/2 (30)

Узимајући табличне вредности за K1(SO2) = 2,2·10–2 mol l–1 и kH=5,4 mol l–1atm–1, при концентрацији SO2 у ваздуху од само 5 ppb, добија се pH = 4,6. Види се да и мале концентрације SO2 у атмосфери имају знатан утицај на pH јер га висока растворљивост (kH) и висока вредност константе дисоцијације сулфитне-киселине чине ефикасним у снижавању pH вредности.


183

У присуству метала као што су Fe или Mn растворени сумпор(IV)-оксид може даље каталитички да се оксидује:

(Fe, Mn) 23 2 4HSO 1/ 2O SO H− − ++ ⎯⎯⎯⎯→ + (31)

чиме се ствара сулфатна киселина, што још више снижава вредност pH јер се добија још један слободан протон. Сумпор(IV)-оксид може да се оксидује, са истим резултатом, још и озоном , ОН-радикалима или пероксидима, уколико су они наравно присутни у атмосфери. Ове оксидационе реакције могу да буду хомогене, у гасној фази, или хетерогене, ако се гас најпре раствори у капима а затим оксидује. Ако, накнадно, овакве капи из било ког разлога испаре, доби-јају се аеросоли богати сулфатима. У присуству озона може да настане и нит-ратна киселина, према реакцијама:

NO + О3 = NO2 + О2 (32)

NO2 + О3 = NO3 + О2 (33)

NO2 +NO3 =N2O5 (34)

N2О5 + Н2О = 2 HNO3 (35)

Ово је један од важнијих начина на који се повећава киселост у атмос-фери и један од значајних механизама за потрошњу тропосферског озона.

Док повећавање киселости атмосферске воде може да настане раствара-њем различитих гасова киселог карактера, пораст pH се углавном може при-писати растварању NH3. Амонијак је једини гас базног карактера који, ако је присутан, може да утиче на киселост падавина. Међутим, како су у атмосфери увек присутни и оксиди сумпора, NH3 se обично неутралишe уз настајање (NH4)2SO4, најчешће у облику аеросола.

4.4. ИЗВОРИ И КРУЖЕЊЕ ПРИРОДНИХ КОМПОНЕНАТА ВАЗДУХА Табела 24 укључује природне састојке атмосфере, односно оне гасове

који своје порекло и изворе имају у природним процесима. To не значи да многи од тих гасова не могу да настану и антропогеним путем. Релативни удео природних и антропогених извора се разликује од гаса до гаса. Тако, на при-мер, укупном садржају озона у тропосфери антропогени извори доприносе са више од 50%, док је њихов удео у количини присутног диметил-сулфида за-немарљив. Количина појединих елемената и њихових једињења у свакој од сфера одређена је и регулисана прометом материја између њих (глобалним циклусима).


184

У кружењу елемената између биосфере и атмосфере кључну улогу имају гасовите супстанције. Далеко највећа количина елемената и једињења доспева у атмосферу у облику гасова, а из ње се, најчешће после хемијских и фи-зичкохемијских промена, уклањају сувом и мокром депозицијом или директ-ним контактом гасовитих супстанција са површином (депозиција озона на би-љном покривачу, растварање СО2 у океанима).

За већину гасова присутних у атмосфери примарни извори су на копну или у океанима. Тако је највећи део азотових једињења, која се налазе у атмо-сфери, резултат биолошких активности на површини Земље. Од 1018 kg кисео-ника, колико се процењује да се налази у атмосфери, највећи део настао је у процесу фотосинтезе. Целокупна количина метана, најзаступљенијег угљово-доника у ваздуху, произведена је микробиолошком деградацијом органске ма-терије. Доминантни извори редукованих облика сумпора су такође биолошки, а сматра се да највеће количине потичу из океана, одакле се сумпор издваја у облику диметилсулфида (ДМС). Атмосфера, такође, може да буде место при-марног настајања појединих гасова. Тако извесне количине азотових оксида настају при електричним пражњењима у атмосфери. Порекло стратосферског озона је у фотодисоцијацији молекулског кисеоника. Међутим, укупно узев, атмосферски извори су несразмерно мањи у односу на биолошке и геохемијске.

Без обзира на место и путеве настајања, највећи број гасовитих супстан-ција доспева у атмосферу, где се задржавају дуже или краће време, у неизме-њеном (племенити гасови) или трансформисаном облику. После хемијских и физичкохемијских промена, од гасовитих могу да настану кондензоване фазе (аеросоли, атмосферске течности), које се депонују на површину тла или океа-на. Неки гасови у контакту са површином бивају захваћени и уклоњени из ат-мосфере. На тај начин се, кружењем између атмосфере и осталог дела биосфе-ре, успостављају природни циклуси елемената и одржава стална расподела количина и различитих облика елемената у свакој од сфера.

Само мањи број елемената наведених у табели 24 није укључен у овакве циклусе. Хелијум, који настаје распадом 238U и 232Th, довољно је лак да се по-дигне на сам врх Земљине атмосфере, не претрпевши никакве промене. Аргон излази из стена, у којима се накупио током геолошких периода распадом 40К, и све до сада емитоване количине су акумулиране у неизмењеном облику. Мо-лекули Н2, ако не претрпе хемијске промене и неизмењени доспеју у егзосфе-ру, пошто су довољно лаки, могу да при високим температурама достигну „космичку брзину” од 11,3 km/s и напусте атмосферу Земље.

Изузев ових неколико елемената, већина осталих је укључена у помену-те циклусе. Циклуси угљеника, азота и сумпора су од посебног значаја за ат-


185

мосферу и процесе који се у њој дешавају. Међутим, нису ни сви делови гло-балних циклуса поменутих елемената од једнаке важности за атмосферу. Тако је, на пример, највећа количина угљеника депонована у карбонатним стенама или растворена (као СО2) у океанима, а само мањи, али биолошки најважнији, део налази се у атмосфери у облику гаса СО2. Овде ће зато бити детаљније ра-зматрани само они делови глобалних циклуса елемената који имају непосред-не везе са атмосфером и атмосферским процесима.

На слици 33 приказан је глобални циклус угљеника, са нагласаком на гасовитим компонентама циклуса. Биљке узимају угљеник(IV)-оксид (СО2) и воду и уз помоћ светлосне енергије, фотосинтезом, стварају угљене хидрате, ослобађајући истовремено кисеоник. Када се биљни материјал разложи (саго-ри, распадне, искористи као храна), дешава се обрнут процес. Уз помоћ кисео-ника ослобађа се енергија и издвајају се СО2 и Н2О. Ово је, са биохемијског становишта, основни процес у циклусу угљеника и представља извор енергије за животне процесе.

Од свих супстанција укључених у циклус угљеника за процесе у атмос-фери најважнију улогу имају угљеник(IV)-оксид и метан (СН4). Угљеник(IV)-оксид је основна супстанција која одређује киселост водених система, а зајед-но са метаном (и другим гасовима у траговима) утиче на климу. Врема борав-ка СО2 и СН4 у атмосфери различито се процењује. Тако се за атмосферски живот СО2 наводи време од 2, 4, 10 или чак 500 година, зависно од тога који се процеси узимају у обзир. У случају СН4 слагање из различитих литературних извора је боље. Процене се обично крећу око периода од 7 година.

Слика 33. Глобални циклус угљеника. Највећи извори редукованих облика уг-љеника су метан из мочвара и угљоводоници из шумских регија. Бројеви показу-

ју величину извора у Tg (С) годишње


186

Угљеник(IV)-оксид се непрекидно ствара у биосфери, као резултат био-лошких активности, пошто је тај гас почетни и крајњи производ биолошких процеса. Он настаје и у процесима сагоревања (оксидације) органских матери-ја, а значајне количине долазе у атмосферу издвајањем из океана, у којима се налази у раствореном облику. Сви ови извори обезбеђују (у данашње време) сталну концентрацију СО2 у атмосфери између 630 и 700 mg/m3 (просечно око 360 ppm), што је повећање од око 20% у односу на концентрацију од 290 ppm за коју се сматра да је била у атмосфери пре стотину година. По неким проце-нама, укупна количина СО2 емитована у атмосферу од њеног настанка износи 5·104 g/cm2 Земљине површине. Ипак, његов садржај у атмосфери је у односу на друге депое сразмерно мали. У океанима га раствореног (највише у облику НСО3

– јона) има око 60 пута више него у атмосфери, a y органским угљоводо-ницима у седиментима и у облику карбоната у стенама имобилисана је велика количина угљеника. Релативна расподела угљеника у природи приказана je y табели 26. Гледано на дужи период, океани и стене делују као огроман резер-воар за било коју количину СО2 која може бити емитована у атмосферу – у сваком случају, бар за ону количину која може да настане сагоревањем фо-силних горива. Из тих разлога, као и захваљујући фотосинтези, биогеохемиј-ски циклус СО2 је готово идеално уравнотежен.

Табела 26. Релативна расподела угљеника у природним резервоарима

СО2 у атмосфери 1 у води ( највише као НСО3

–) 60 у седиментима ( као органски С ) 11

на копну (као органски С ) 1,2 неоргански угљеник (карбонати) 28

Метан је најприсутнији угљоводоник у атмосфери (табела 24). Од укуп-не глобалне емисије угљоводоника, на метан отпада преко 80%. Он настаје микробиолошком деградацијом органских материја, углавном без присуства ваздуха. Његова приземна концентрација изнад мочварних терена може да до-стигне и 1.600 ppb. Оксидација СН4 до СО2 иде преко формирања формалде-хида (НСНО) и угљеник(II)-оксида (CO), слика 34, који су такође важни гасо-вити учесници у циклусу угљеника.


187

Слика 34. Реакциона шема за оксидацију метана у атмосфери

Овде, као и у другим случајевима, елементи улазе у атмосферу у њихо-вим најнижим оксидационим стањима, а у њој завршавају или се из ње укла-њају обично у највишем оксидационом облику. Један мањи део СН4 и CО од-лази кроз тропопаузу у стратосферу, где се трансформише у фотохемијским иницираним реакцијама са OH радикалима:

СН4 + ОН = СН3 + Н2О (36)

CO + OH = СО2 + Н (37)

Поред метана, најприсутнији облици редукованог угљеника у атмосфе-ри су изопрени и терпени, који се емитују изнад шумских региона. Процењује се да је годишња емисија угљеника у облику неметанских органских једињења око 1.200 Tg, од чега су добар део терпени. Пошто се ова једињења врло брзо (за неколико часова) оксидују, дајући производе у кондензованом облику (честице), значајно утичу на прозрачност ваздуха изнад шумских предела. При оксидацији изопрена и терпена настају метил-винил кетон (МВК), метакроле-ин, формалдехид, а из овога даље и CO. Ови природни извори угљеник(II)-оксида, заједно са изворима из океана (табела 27) и знатно мањим количинама које настају шумским пожарима, далеко премашују антропогене. Пошто је процена за емисију терпена несигурна, то је и природни ниво CO тешко про-ценити, али је извесно да је мањи од 0,1 ppm. Исто тако, процене о времену задржавања CO y атмосфери су веома различите и крећу се од десетину часова до неколико месеци. Примарна потрошња угљеник(II)-оксида одвија се преко оксидационих реакција у атмосфери и апсорпцијом у земљишту, коју обављају микроорганизми.


188

Табела 27. Емисија неких гасова ( присутних у траговима ) из океана

Гас Глобална емисија у Tg годишње CO → СО2 100

DMS* 30-50 H2S 15 СН4 10 N2O 6 C2H6 1 CH3I 1

COS** 0,8 CS2 0,3

*Диметилсулфид **Карбонилсулфид

Цео биогеохемијски циклус угљеника је уравнотежен, изузимајући СО2, који настаје сагоревањем угља и нафте у количини која се процењује на око 1010 тона годишње. Део тако насталог угљеника раствара се у океанима (рав-нотежа се успоставља за око 5 до 10 година), али други део остаје у атмосфери и може значајно да утиче на климу.

Биогеохемијски циклус азота приказан је на слици 35. Азот је релативно инертан и има веома дуго време живота у атмосфери, дуже од 106 година, тако да је 90% до сада емитованог азота још присутно у атмосфери. Поред атмос-фере, највећу количину азота садрже стене и седименти.

Слика 35. Глобални циклус азота. Бројеви дају флуксеве у Tg (N) годишње


189

Од многих једињења азота у хемијским тропосферским процесима нај-важнију улогу имају два оксида, NO и NO2. Део ових оксида природно настаје у електричним атмосферским пражњењима. Величину овог извора тешко је проценити, али се сматра значајним и процењује се на око 30 Tg(N) годишње. Други природни извори NOX су шумски пожари. Међутим, највећи део азото-вих једињења присутан у атмосфери резултат је микробиолошке редукције нитрата у земљишту помоћу бактерија. Значајне количине азота емитују се у редукованим облицима, углавном као NH3, N2O или амино-азот.

Редуковани облици азота (амонијак и амини) настају на површини Зем-ље дејством микроорганизама, који атмосферски азот преводе у N(3–) у про-цесу фиксације азота. Емитовани у атмосферу, делом се оксидују у процесу нитрификације NH2

– → NH3 → NO2– → NO3

–, a други део реагује са киселим супстанцијама (најчешће сулфатима), градећи аеросоле. Ове супстанције се потом сувом и мокром депозицијом таложе на површину океана и земљиште. Овде се део депонованог азота задржава (биљке), док се други део, после денит-рификације и декомпозиције, враћа у атмосферу као N2, N2О или NH3. Део који се враћа у облику N2O, који је релативно инертан, делимично се оксидује, а де-лом доспева у стратосферу, где се фотолитички разлаже до азота. По неким проценама, овим путем се у атмосферу убацује око 10·106 тона азота годишње.

У атмосфери нема другог извора енергије осим зрачења са Сунца, која би могла да иницира реакције за које је потребна висока енергија активације (ако се занемаре локална електрична пражњења). Зато у атмосфери теку оне реакције које имају ниску енергију активације и могу да се покрену при тем-ператури околине или фотохемијским путем. Опште узев, у атмосфери преов-лађују реакције оксидације јер она има високо оксидациону природу, пошто садржи значајну концентрацију супстанција високе оксидационе моћи. Тај низ оксидационих реакција у циклусу азота (слично је и за сумпор) може да буде сврстан у ред:

NH3, N2О → NO → NO2 → HNO3, NO3– (38)

Стања највишег степена оксидације су неиспарљиве супстанције, са ви-соким афинитетом према води, тако да се оне ефикасно уклањају из атмосфере преко падавина или сувом депозицијом на површину. На тај начин оксидаци-они процеси у атмосфери помажу уклањању многих гасова, у којима се еле-менти јављају у редукованим облицима. Део гасовитих супстанција уклања се из атмосфере и пре него што се оксидује као, на пример, амонијак, који је вео-ма растворан и најчешће гради NH4

+ јоне и, потом, одговарајуће соли. Глобал-ни циклус азота није тако добро уравнотежен као циклус угљеника. To je угла-


190

вном зато што азотна ђубрива чине значајан вештачки извор азота, који може да утиче на садржај азотових једињења у ваздуху. Индустријско везивање (фиксација) азота за потребе производње вештачких ђубрива достиже 50% од количине која се на копну везује природним процесима. Процењује се да се различитим процесима, укључујући индустријске активности, везује око 9,1·107 тона азота годишње, док се процесом денитрификације враћа у атмос-феру (само) 8,3·107 тона, и то претежно као N2O. Разлика остаје уграђена (ве-зана) у биосфери и, с обзиром да је азот један од изграђивачких елемената жи-ве материје, несумњиво има биолошке ефекте. Укупан антропогени допринос садржају азотових оксида у атмосфери могао би бити 50% или више у односу на природне изворе, па због тога свакако заслужује пажњу.

Сумпор није основни биогени елемент, али је веома значајан састојак биљног и животињског света. Међутим, са становишта загађивања ваздуха, сумпор је један од главних елемената јер његова једињења спадају у најважни-је загађујуће супстанције ваздуха. Једињења сумпора утичу на киселу депози-цију, климу, еколошке системе, здравље, деструкцију материјала и проз-рачност атмосфере. Процењује се да природни извори дају 70% атмосферског сумпора, што значи да, ако се и успостави задовољавајућа контрола антропо-гених извора, ефекти које сумпорна једињења испољавају на животну средину неће моћи у потпуности да се избегну (контролишу).

Доминантни извори редукованих облика сумпора су биолошки. Данас је прихваћено да је највећи извор биогеног сумпора емисија диметил-сулфида (ДМС) из океана (табела 27). Значајан извор је сулфат пореклом, такође, из океана. Међутим, ови сулфатни аеросоли брзо се, због своје тежине, депонују назад на морску површину. Насупрот њима, ДМС у гасовитом облику доспева у атмосферу и тек тамо, у оксидационим процесима, од њега настају сулфати, који сада, пошто су већ високо у ваздуху, захваћени ветровима, могу да буду пренети и на копно. Већина редукованих облика сумпора оксидује се до сул-фата, који се, затим, депонују мокрим или сувим таложењем.

Оксидациони процеси могу да се прикажу низом:

(СН3)2S, COS, CS2, Н2S → SO2 → SO3, H2SO4, SO42– (39)

Пошто се већина редукованих облика сумпора на крају оксидује до SO2 и сулфата, концентрација атмосферског SO2 даје општу индикацију о укупној количини сумпорних једињења. Од поменутих једињења, COS (карбонилсул-фид) и CS2 (угљендисулфид) оксидују се знатно спорије, па се сматра да су та два једињења преносници сумпора у стратосферу и тиме одговорна за ствара-ње стратосферског слоја сулфатних аеросола.


191

Биогена једињења сумпора потичу од неспецифичне бактеријске редук-ције органског сумпора, тј. распадања биљака и активности специфичних бак-терија које, у искључиво анаеробним условима, редукују органски сумпор. У муљевитим, мочварним подручјима, где постоје знатне количине влаге и ор-ганског материјала, редукцијом сулфата настаје Н2S (сумпорводоник) који бр-зо оксидује у присуству кисеоника или озона до сумпор(IV)-оксида. Количина SO2 настала на тај начин (процењује се на 2·108 тона годишње) превазилази директну емисију SO2.

Време задржавања SO2 у атмосфери није велико – процењује се на 4 до 10 дана, мада је оксидација SO2→ SO3 релативно спора. Сумпор(IV)-оксид се преводи у сулфате сасвим полако, често комбинујући се са амонијаком, при чему гради врло фине амонијумсулфатне аеросоле, који се јављају у виду фи-не измаглице ако су присутни у већим концентрацијама. Међутим, у атмосфе-ри су готово увек присутни различити оксидујући агенси или оксиди метала који мoгу да катализују и убрзају реакцију оксидације.

Мада су океански извори сумпора најзначајнији, сумпор доспева у атмо-сферу и из других извора. Тако се сматра да су вулкани највећи копнени извор сумпорних гасова, пре свега SO2.

Постоје велике неизвесности у погледу идентитета и емисионих брзина сумпорних једињења. Емисија испарљивих једињења сумпора показује велике варијације, у зависности од климатских услова и врсте површине са које се емитује. Рачуна се да биљке у просеку садрже око 0,25% сумпора (рачунато на суву материју), али су подаци о емисији сумпорних једињења из биљака ретки и недовољни. Мисли се да биљке могу да емитују Н2S, COS, ДМС, ДМДС и слична једињења. Половина количине сумпора коју биљке садрже може да буде емитована у атмосферу сагоревањем биомасе, што може дати око 7 Tg сумпора годишње. Други природни извори могу бити плитке океанске воде, подручја плиме и слично. Примарна супстанција која се емитује на копну је Н2S, а поред њега се у значајнијим количинама емитују COS, ДМС и CS2. Ди-метилсулфид из океана даје око 90% биогеног сумпора, са процењеним годи-шњим флуксом од ≈ 0,02 до 0,1 g m–2. Узимајући у обзир да је површина океа-на око 3,6·1014 m2, добија се укупна емисија од 7 до 36·1012 g сумпора годиш-ње. Процене о вредности укупних флуксева у глобалном циклусу сумпора знатно се разликују и крећу су у широком опсегу од 144 до 350 Tg сумпора годишње. Процењени биогени допринос који балансира глобални циклус сум-пора (слика 36) налази се у опсегу од 40-230 Tg сумпора. Мерења показују да се депозицијом (мокром и сувом) из тропосфере годишње уклања око 100 Tg


192

сумпора (углавном у облику SO42–), тако да су реалне вредности биогене еми-

сије негде на средини процењених величина.

Слика 36. Глобални циклус сумпора. Бројеви дају флуксеве у Tg (S) годишње.

Морска површина је велики извор сулфатних аеросола, али се њихов највећи део веома брзо депонује назад на површину

4.5. ВЕШТАЧКЕ (АНТРОПОГЕНЕ) ПРОМЕНЕ САСТАВА АТМОСФЕРЕ И ЊИХОВ УТИЦАЈ НА ПРИРОДНЕ ПРОЦЕСЕ У неодмереном задовољавању човекових енергетских и других потреба

лежи основни узрок загађивања атмосфере. Због тога интерес треба усмерити ка људским активностима за које се може очекивати да воде до значајних из-мена у глобалном атмосферском окружењу. Треба само имати у виду да од једне тоне сагорелог угља настаје око 3,5 тона СО2, да би одмах постало јасни-је какви и колики проблеми у области заштите животне околине чекају одго-варајућа решења.

Развојем индустријских активности, порастом светске популације, прои-зводњом нових хемијских и конструкционих материјала и с тим повезаном акумулацијом отпада, крчењем шума и експлоатацијом дрвета без адекватног обнављања дрвне масе, коришћењем распршивача и расхладних уређаја, ло-кални и регионални проблеми заштите животне средине добијају глобалне димензије. У данашње време највећа пажња је усмерена на могуће климатске промене, смањивање концентрације озона у стратосфери и киселост атмос-ферских падавина. Сви ови проблеми су повезани са вештачким изворима га-сова, који у укупном садржају атмосфере чине мање од 0,04 запреминска про-цента, и зато се називају гасовима у траговима, али имају пресудан значај за топлотни и радијациони биланс атмосфере и тиме битно утичу на услове жи-вота на Земљи (табела 28).


193

Табела 28. Неки од гасова у траговима чија концентрација у атмосфери расте услед антропогених активности

Гас Концентрација ppm(v)

Тренд раста за годину %

Време живота год.

∆ Т* (К)

СО2 340 0,4 4-10 1-3 СН4 1,7 1 4-10 0,3 CO 0,12 1-2 0,1-0,4 / N2O 0,31 0,3 30-150 0,3-0,4

NOX (NO+NO2) 1-20·10–5 непознат <0,02 /

CFCl3 2,0·10–5 незнатно опада 75 0,15

CF2Cl2 3,2·10–4 незнатно опада 110 0,13

CH3CCl3 1,2·10–4 незнатно опада 6-9 0,02

SO2 1-20·10–5 непознат 0,02 0,02

COS 5·10–4 <3 2-2,5 0,02

* Очекивани пораст средње глобалне температуре у случају дуплирања концен-трације наведеног гаса.

Сматра се да промене климе у глобалним размерама могу настати услед акумулације гасова који апсорбују топлотно зрачење са површине Земље. Сви гасови наведени у табели 28, осим CO и NOX, имају ту особину. Смањивање озонског стратосферског омотача приписује се утицају азотових оксида и хло-ра и брома који настају фотолизом хлор-флуор и бром-флуор једињења угље-ника (CFC, BrFC, фреони и халони), од којих су неки најважнији такође наве-дени у табели 28. Као основни узрочник киселих киша узимају се оксиди сум-пора и азота настали у процесу сагоревања фосилних горива.

Ако експоненцијални пораст светске популације, потрошње енергије и минералних резерви буде настављен, свет ће се суочити истовремено са два проблема. Први ћe настати због тога што су светске резерве фосилних горива и минерала ограничене, што значи да могу да буду потрошене (слика 37), а други се јавља као последица антропогене емисије гасова и повећавања количине от-падних материјала која прати повећавање индустријских активности.

Проблеми са којима се суочава данашње коришћење сировина могу да се илуструју примером из производње бакра. Осиромашење бакарне руде зах-тева већу количину ископаног материјала и већу потрошњу енергије по тони произведеног бакра (слика 38). To истовремено значи већу количину јаловине и већу емисију гасова (SO2, СО2,…), не само из директне производње бакра већ и из енергетских објеката.


194

Слика 37. Процењено време трајања светских минералних резерви и енергетских

горива у 1991, без нових налазишта. ПГ: природни гас

Наведени проблем постаје још сложенији, када се узме у обзир да су највеће резерве сировина у неразвијеним или земљама у развоју. Због недовољно фи-нансијских средстава у овим земљама заштита животне средине још није на потребном нивоу, па зато и тамо где су технолошки поступци за спречавање загађивања познати, у пракси не налазе примену.

Слика 38. Осиромашење руде захтева већу количину ископане руде и утрошене

енергије за производњу исте количине метала


195

Угљеник(IV)-оксид, водена пара, сумпорови и азотови оксиди су главни гасовити продукти сагоревања фосилних горива и био-масе. Од њих једино водена пара, мада настаје у огромним количинама, које се процењују на око 1012 kg водоника годишње, нема значаја за околину јер су и ове огромне ко-личине Н2О занемарљиве у односу на природне изворе. Остали гасови емитују се у таквим количинама да се њихови ефекти запажају у атмосфери и могу да буду од утицаја на билансе у глобалним циклусима одговарајућих елемената. Биолошке активности играју главну улогу у регулисању концентрације ових гасова у природним условима.

Количина емитованог СО2 која настаје сагоревањем фосилних горива и деструкцијом шума процењује се на око 6 до 20·1012 kg годишње, што је мож-да мали део у односу на количине угљеника у различитим природним депои-ма, али је значајни удео атмосферског СО2. Највећи део поменуте количине угљеник(IV)-оксида настаје на северној хемисфери. Мерења показују да је за последњих 100 година концентрација СО2 порасла за око 15% и да сада расте у просеку за 0,33% годишње. Садашњи пораст потрошње горива је око 4% годишње. Прорачуни показују да би се, ако се тај тренд настави, дуплирање садашње концентрације (340 ppb) могло очекивати између 2030. и 2040. годи-не. To би, према прорачунима на основу климатских модела, повећало глобал-ну температуру за 2 до 3 К. Последице овога би, према неким предвиђањима, биле равне катаклизми јер би укључивале отапање поларног леда и с тим по-везано подизање нивоа мора и океана. Ово би, даље, изазвало потапање прио-балних подручја, потопило многа острва, a нека већа свело на знатно мања. Пораст температуре сигурно би допринео и ширењу пустињског појаса. Мож-да овако катаклизмичан сценарио неће бити остварен, али остаје чињеница да су у последњих шест година (1999. до 2004.) укупно три лета на Северној хе-мисфери била најтоплија за последњих 1.000 година. Климатски модели ука-зују на значајно повећање глобалне температуре услед пораста концентрације угљеник(IV)-оксида. Међутим, укупни ефекат неких других гасова може да буде истог реда величине као и онај од СО2 (табела 28). Тропосферски озон је веома ефикасан апсорбер у ИЦ области. Метан, рецимо, апсорбује ИЦ зрачење 40, а неке врсте фреона и 10.000 пута ефикасније од СО2, тако да и мало пове-ћање њихових концентрација може имати приметне последице. Процењује се да глобално загревање услед присуства метана у атмосфери, може убрзо да премаши ефекат настао присуством самог СО2. Узимајући у обзир да су ан-тропогени извори метана – бушотине природног гаса, рудници угља и отворе-не депоније отпада на којима се одлаже биоразградљиви отпад – све већи, ово предвиђање није далеко од реалности. Према једном сценарију глобалног по-


196

већања температуре, разматраног од стране америчке агенције за заштиту жи-вотне средине ЕПА (Environmental Protection Agency), предвиђа се пораст од око 2 К до 2040. године, при чему други гасови, мимо СО2, учествују са око 0,66 К. Многи од атмосферских гасова у траговима, који чак и не апсорбују у ИЦ области, могу имати индиректан утицај на климу, преко хемијских реакци-ја са гасовима од интереса. На пример, присуство NOX може да утиче на кон-центрацију ОН-радикала у тропосфери који не апсорбују у ИЦ области, али имају веома важну улогу у тропосферској хемији (поглавље 4.6) и тако утичу на садржај апсорбујућих гасова. Реакција (36) показује да оксидацијом метана у стратосфери настаје водена пара. Пошто је вода веома јак апсорбер ИЦ зрачења, овако настала водена пара може додатно да повећа радијациони ефе-кат метана за око 30%.

Азот(I)-оксид (N2O) делује двојако, као гас са ефектом стаклене баште и као један од потрошача озона у стратосферском слоју. Нека испитивања пред-виђају да би дуплирање концентрације N2О могло да повећа глобалну темпе-ратуру за 0,3 до 0,4 К (табела 28) и смањи стратосферску концентрацију О3 за око 12%. Тренд пораста атмосферске концентрације N2O приписује се углав-ном антропогеним активностима, које укључују употребу фосилних горива и вештачких ђубрива.

Крајем педесетих година XX века већ је било евиденција о повећаној киселости падавина у Европи и на североистоку САД. Постоји јасна потврда о порасту киселе (сулфат и нитрат) депозиције у региону Алпа у току прошлог века. Такође је било познато да природно повећање киселости може да настане услед присуства органских киселина или оксидационих продуката природно емитованих једињења сумпора и азота. Међутим, природним закисељавањем падавина тешко су се могле објаснити pH вредности мање од 4, којих је бива-ло све више у узорцима прикупљеним на северној хемисфери. Историјски по-даци о кретању емисије киселих гасова на појединим континентима приказани су на слици 39, на којој се види нагли пораст емисије од педесетих година прошлог века. Настали проблем повезан је са порастом емисије SO2 и NOX, пре свега из термоелектрана са погоном на угаљ. Мада је угаљ сасвим неутра-лан материјал, сагоревањем даје претежно алкалан пепео и киселе гасове.

Проблем „киселих киша” није повезан само са емисијом SO2 из термое-лектрана већ и са транспортом гасова емитованих на велика растојања. Киселе кише су проблем примећен онда када је почела градња високих димњака од преко сто и више стотина метара (грађени су димњаци који су досезали и 400 m), са жељом да се спречи велика локална концентрација загађујућих суп-станција у близини електрана.


197

Слика 39. Удео континената у глобалној емисији SO2 и NOX

Просечна висина индустријских димњака пре седамдесетих година прошлог века била је испод сто метара, да би се након тог периода повећала на око 250 метара. To је довело до веће дисперзије и домета емитованих гасова. Трагови димне перјанице једног димњака топионице бакра у Онтарију (Канада), висо-ког 380 m, могли су да се примете изнад Торонта, удаљеног 400 km од топио-нице. Међутим, како је време боравка киселих компонената реда величине неколико дана, оне не доспевају на растојања већа од 1.000 до 2.000 km, што чини да су киселе кише ипак регионални, а не глобални проблем. Истини за вољу, треба рећи да се ацидификација околине не догађа само због киселих киша већ и сувом депозицијом киселих аеросола, али је и њихово порекло у емисији киселих гасова.

Мада емитовани кисели гасови показују негативне ефекте и на кратким и средњим растојањима од извора, ипак је њихово дејство на великим расто-јањима (>1.000 km) побудило највећу пажњу, вероватно и због тога што је ово питање повезано са проблемом прекограничног транспорта, па тако добија и међународне димензије. На који начин долази до закисељавања атмосферске воде, показано је раније (једначине 30, 35), али за те реакције су одговорни како антропогено тако и природно емитовани гасови. Сумпор(IV)-оксид та-кође настаје и из H2S, који улази у атмосферу емисијом из вулкана и анаероб-ном декомпозицијом органских материја. Водоник-сулфид се брзо оксидује ваздушним кисеоником или озоном. Количина сумпора емитована на тај начин превазилази количине емитоване директно као SO2.


198

Атмосферске воде које садрже растворене киселе гасова имају ниску вредност pH. Интересантна је чињеница која произлази из анализе падавина да се ниске вредности pH добијају пре зато што бројни месечни узорци имају вр-ло велику киселост (понекад мању од pH = 3) него због тога што су падавине стално умерено киселе.

Закисељавање површинских вода настаје у оним областима у којима во-де и околно земљиште имају мали пуферски капацитет и углавном су без кречњака. Та подручја нису увек и она која примају највеће количине киселих падавина, какав је управо случај са Скандинавским земљама. У тој области су језерске воде малог пуферског капацитета, тако да и умерена количина кисе-лих падавина има знатан еколошки утицај. Тако се, рецимо, услед снижавања pH, из једињења у којима је иначе везан ослобађа алуминијум, за који се пока-зало да је веома токсичан за рибе. Треба поменути и један интересантан при-родни феномен, забележен марта 1990. (и више пута касније), када је до под-ручја Алпа доспео песак из Сахаре ношен висинским струјањима. Примећен је пораст pH после депоновања песка на алпска снежна подручја (алкална реак-ција песка) . To значи да би било какве промене у учесталости транспорта са-харског песка до Алпа могле да имају приметни ефекат на укупну киселост воденог талога у Алпима.

Уколико се досадашњи тренд раста емисије SOX и NOX настави, могу да настану озбиљни регионални еколошки проблеми. Релативни удео азотових оксида у настанку киселих падавина је све значајнији. Осим проблема са по-већаном киселошћу атмосферских падавина, сагоревањем долази до директног везивања (фиксације) азота у облику NOX, реда величине око 107 t годишње (око 95% NOX се емитује као NO и оксидује до NO2 за неколико сати). Фикса-ција азота за вештачка ђубрива додаје овој вредности количину отприлике ис-тог реда величине, што заједно даје више од 10% природно везаног азота го-дишње. Употреба фосилних горива и производња вештачких ђубрива расту константном брзином и тешко је избећи закључак да ће антропогени утицај играти доминантну улогу у глобалној фиксацији азота у блиској будућности.

У последњој деценији прошлог века примећено је значајно смањивање емисије СО2 у већини индустријски развијених земаља, захваљујући новим системима за пречишћавање гасова и другим технолошким мерама. Међутим, у смањивању емисије NOX није постигнут сличан напредак.

Основне мере које могу да поправе постојеће стање јесу: ефикаснија употреба горива, избор горива са малим садржајем сумпора (гас уместо угља), предтретман горива у циљу уклањања сумпора (десулфуризација у затвореном систему) и посттретман који се састоји у десулфуризацији излазних гасова.


199

4.6. ХОМОГЕНИ И ХЕТЕРОГЕНИ ХЕМИЈСКИ ПРОЦЕСИ У АТМОСФЕРИ

4.6.1. Хомогени процеси у гасној фази

Већ је било речи о томе да је у атмосфери основни извор енергије Сунчево зрачење и да због тога фотохемијски процеси имају доминантну уло-гу у атмосферским хемијским реакцијама. У принципу, супстанције присутне у животној средини могу да претрпе фотохемијски инициране промене било директном фотолизом (или фотосинтезом), било реагујући са другим фотохе-мијски побуђеним молекулом. Хемијски процеси иницирани апсорпцијом све-тлости су важна карика у разградњи многих загађујућих супстанција у атмос-фери, али, исто тако, и у води, земљишту и вегетацији. Како су фотохемијска побуђивања обично праћена настанком великог броја слободних радикала, они су у значајној мери укључени у хемијске процесе и у многима имају кључну улогу.

Антропогеним активностима у атмосферу се уноси велики број различи-тих једињења, од којих су нека веома реактивна, па је број могућих хемијских реакција веома велики и тешко предвидив. Ово важи још више ако се узму у обзир могуће варијације температуре, влажности, притиска, присуства или од-суства катализатора и других фактора који могу да утичу на покретање и ток неке хемијске реакције. Из тих разлога биће разматране само најважније хе-мијске промене у атмосфери које су од директног утицаја на животну средину и процесе у њој. У такве пре свега спадају процеси у тропосфери, који ук-ључују азотове оксиде, озон и ОН-радикале, у којима значајну улогу имају и испарљива органска једињења (ИОЈ), затим реакције уз учешће SO2, укључују-ћи формирање аеросола, као и процеси у стратосфери који доводе до деструк-ције озонског слоја. Треба нагласити да се у тропосфери, са истим степеном важности, дешавају и хомогене и хетерогене хемијске реакције, уз учешће га-совитих, течних и чврстих супстанција.

Азот(IV)-оксид (NO2), апсорбује готово у целој видљивој и ултраљу-бичастој области, са максимумом око 400 nm и главни је гасовити апсорбер који води стварању фотохемијског смога. Фотодисоцијацијом NO2 се истов-ремено контролише присуство ОН-радикала, који су вероватно једна од нај-важнијих супстанција у хемији тропосфере. Апсорпција светлости довољне енергије доводи до дисоцијације NO2 на NO и атомски О:

NО2 + hv → NО + O (40)

и даље


200

О + NО2 → NО + О2 (41)

ако се реакција дешава у чистом азот(IV)-оксиду. Када NО2 фотолизује у ваздуху на Р = 101,35 kPa и 300 К, онда се уместо

реакције 41 дешава следећа:

О + О2 +М → О3 + М (42)

У реалним условима, реакција 42 ће да доминира, што води настајању озона. Азот(II)-оксид који настаје фотолизом NO2 може на више начина да се поново оксидује, зависно од међусобног односа концентрација реактаната:

2 NO + O2 → 2 NO2 (споро) (43)

NO + O3 → NO2 + O2 (брже) (44)

NO + RO2 → NO2 + RO (веома брзо) (45)

овде R представља неки органски радикал. Ако је атмосфера незагађена и нису присутна испарљива органска једи-

њења (ИОЈ), онда се успоставља једно псеудоравнотежно стање, у којем се озон ствара, али се не акумулира јер се једнако троши (слика 40). У том случа-ју укупна продукција и деструкција озона зависи директно од концентрације NOX. Концентрација NOX (NO + NO2) у тропосфери може одређивати да ли ће озон настајати или ћe се трошити у приземном незагађеном слоју ваздуха. У чистим пределима, где су концентрације NOX веома мале (мање од 0,05 ppb), у реакционом низу иницираном реакцијом ОН-радикала са CO долази до сма-њивања концентрације О3.

Слика 40. Фотодисоцијација NO2 и пратеће реакције у чистом незагађеном

ваздуху


201

У областима са високим концентрацијама NOX долази до продукције озона јер тада хидропероксирадикали и органски пероксирадикали имају кључну улогу у брзој оксидацији NO.

Акумулација озона у тропосфери једино је могућа ако се NO настао реа-кцијом 40 преводи до NO2 реагујући са другим супстанцијама уместо са самим озоном. Ово се и дешава у ваздуху загађеном аутомобилским издувним гасо-вима, који су богати незасићеним угљоводоницима (слике 41 и 42).

Метан, који је дуго, уз CO, сматран инертним и потпуно неважним за реакције у фотохемијском смогу у ствари је једна од кључних супстанција у циклусу стварања тропосферског озона.

Сматра се да фотолиза формалдехида и виших алдехида спада у важне реакције у иницирању настајања фотохемијског смога.

Слика 41. Фотодисоцијација NO2 и пратеће реакције у загађеном ваздуху. Долази до акумулације озона, који се не троши јер се сада NO оксидује

органским радикалима до NO2


202

Слика 42. Дневна промена средњих концентрација неких конституената

фотохемијског смога

Сам озон фотолизује уз апсорпцију у широком опсегу таласних дужина. Дисоцијациона енергија озона је ниска и одговара зрачењу таласне дужине 1.180 nm, те је примарни квантни принос 1 за све таласне дужине испод наз-начене. To значи да озон апсорбује радијацију почев од инфрацрвене, преко видљиве и све до блиске ултраљубичасте области (слика 43) због чега припада гасовима стаклене баште. Озон слабо апсорбује у видљивој области (Chappius трака, λmax = 600 nm, ε = 0,06 atm–1cm–1), што доводи до стварања атомског ки-сеоника у основном стању:

О3 + hv → О2 + О(3Р) (46)

Настали атом кисеоника ће вероватно да се рекомбинује са молекулом озона или О2 поново у О3 или 2О2. Озон апсорбује знатно интензивније у ул-траљубичастој области (λmах = 254, ε = 140 atm–1 cm–1) при чему настаје моле-кул кисеоника и атом у побуђеном стању:

O3 + hv → O2 + O(1D) (47)

Ове фотолитичке реакције практично немају значаја за концентрацију озона у фотохемијском смогу. Прво, зато што се дешавају брзином која је за ред величине мања од оне при фотолизи NO2, а друго и важније, што атомски кисеоник, реакцијом 42, прелази у озон и тако не долази до смањивања кон-центрације озона.


203

Слика 43. Апсорпциони спектар озона

Међутим, ако озон фотолизује у присуству водене паре, онда је реакција која следи основни извор хидроксил-радикала у тропосфери:

O(1D) + H2O → 2ОН (48)

Ова реакција и друге сличне у којима настаје ОН дају укупну концен-трацију овог радикала у ваздуху од око 0,2 до 8·106 радикал-молекула у cm3. Због велике реактивности, време боравка ОН-радикала у тропосфери је изузе-тно кратко и процењује се на мање од 1 секунде у загађеном ваздуху до 3-4 дана изнад океанских незагађених предела.

4.6.2. Значај улоге хидроксил и нитратних радикала

Важан, често примаран механизам трансформација органских супстан-ција у атмосфери је њихова оксидација ОН-радикалима. Хидроксил-радикал је екстремно важан чинилац у атмосферским хемијским реакцијама јер реагује са великим бројем органских и неорганских гасова и пара. Време задржавања многих гасовитих супстанција у атмосфери зависи од брзине њихових реакци-ја са ОН-радикалом, тиме и од његове концентрације, која се процењује на вредност 0,2-8·106 молекула·cm–3. Реакције уз учешће хидроксил-радикала су обично први и одлучујући корак у конверзији атмосферских гасова у бројне друге гасовите продукте или честице аеросола. Пошто контролишу време бо-равка многих гасова у тропосфери, реакције уз учешће ОН-радикала утичу и


204

на могућност транспорта појединих гасова ка доњој стратосфери. Због свега овога, познавање вредности константи реакционих брзина представља важан квантитативни параметар за процену судбине већине тропосферских гасова. Брзина реакције органских супстанција са ОН-радикалом је основни индика-тор њихове (потенцијалне) улоге у формирању фотохемијског смога.

Хемијски процеси од важности за уклањање органских загађујућих суп-станција из атмосфере укључују фотолизу и реакције уз учешће ОН и NO3 ра-дикала и озона. Фотолиза и реакције са озоном и хидроксил-радикалом су дневни процеси.

Озон може такође да реагује и ноћу, а нитратни радикал углавном ноћу због тога што веома брзо фотолизује у присуству дневне светлости. У најве-ћем броју случајева основне реакције у којима се троше органске супстанције су оне са ОН-радикалом, јер су њихове константе брзине за 2 до 4 реда ве-личине веће од константи за реакцију са NO3 и за 4 до 8 редова величине од оних са озоном.

Израчунато полувреме боравка у атмосфери за 23 органска једињења у зависности од константе брзине њихове реакције са ОН-радикалом приказано је на слици 44, узимајући за прорачун COH =106 молекула/cm3, што се може сматрати типичном концентрацијом у току дана. Види се из приказаних резул-тата да хлоропрен, диоксан, крезоли, феноли и ксилени спадају у реактивнија, нитрокрезоли у мало-реактивна (перзистентна), а нитробензен, динитрокрезол, метил-бромид и фозген у врло перзистентна једињења. Ови последњи се лага-но уклањају из тропосфере (t1/2 = 8 до 20 месеци), депозицијом на тло или ди-фузијом кроз тропопаузу у доњу стратосферу.

Због тога што ОН-радикали учествују у оксидацији бројних гасовитих супстанција, они су, мада сами не апсорбују ИЦ зрачење, од великог утицаја за климу јер реагују и утичу на концентрацију бројних гасова који апсорбују у ИЦ области. Ови радикали такође реагују и уклањају многе друге супстанције чија је хемија повезана са хемијом озона.

Полувремена реакција за нека од једињења, за њихове реакције са озо-ном и NO3-радикалом дата су у табелама 29 и 30. Из табеле 29 се види да реа-кције са озоном могу да буду важне за атмосферски живот акролеина, хлороп-рена и др., а реакције са NO3 су веома ефикасне за уклањање фенола, крезола и нитрофенола из тропосфере.

Зато што учествује у многим реакцијама и зависи од присуства раз-личитих супстанција, у неким регионима може се очекивати да концентрација ОН расте са концентрацијом NOX, док се у другим може дешавати супротно.


205

Опште узев, при ниским концентрацијама NOX преовлађује настајање, док при високом садржају азотових оксида доминира деструкција ОН. Тако се при ви-соким концентрацијама NOX може очекивати настајање О3 и нестајање OH.

Слика 44. Зависност полувремена боравка (полуживота) неких органских за-гађујућих материја у атмосфери од вредности константи њихових реакционих

брзина са ОН радикалом. СOH = 106 молекула/cm3


206

Табела 29. Полувреме реакција са озоном за нека органска једињења (О3 =100 ppb)

Једињење Процена t1/2 Хексахлорциклопентадиен 50 минута Хлоропрен 1 сат Анхидрид малеинске киселине 8 сати Алилхлорид 3 дана Акролеин 3 дана Акрилонитрит 1 месец Остали > 1 месец

Табела 30. Полувреме реакција са NO3 радикалом за нека органска једињења (NO3 = 0,050 ppb)

Једињење Процена t1/2 Хексахлорпентадиен 10 минута Фенол 10 минута Крезоли 10 минута Нитрофеноли 20 минута Хлоропрен 1,6 сати Анхидрид малеинске киселине 16 сати Ацеталдехид 6 дана Винилиден хлорид 6 дана Остали > 1 месец

Прорачуни на основу неких модела сугеришу да пораст концентрације метана од 1% може да доведе до опадања концентрације ОН од око 0,25%. Овакав сценарио указује на могућност да би, у крајњој линији, опадање концентрације ОН довело до пораста глобалне температуре. Ако до тог пораста заиста дође, доћи ће и до пораста садржаја водене пape y тропосфери. Како је већ показано, водена пара је полазна супстанција за настајање ОН и поново узрочно-последична спрега указује на сву сложеност и неизвесност предвиђања евен-туалних будућих климатских промена.

4.6.3. Реакције органских једињења

Органска једињења су важни учесници фотохемијских реакција. To се најбоље одражава у чињеници да алкени показују максимум концентрације


207

при крају зиме (фебруар-март) и изразити летњи минимум, што се доводи у везу са периодима слабије и јаче фотохемијске активности у тропосфери.

Изопрен и монотерпени су основне компоненте емисије испарљивих угљоводоника изнад шумских подручја. На слици 45 приказана је зависност емисије изопрена од светлости и температуре листа.

Слика 45. Зависност емисије изопрена од светлости и температуре листа

Сматра се да је фотодисоцијација изопрена значајан извор CO. Ha тај начин емисија биогених угљоводоника води смањивању концентрације OH, првенствено у регионима са малом концентрацијом NOX. Ова једињења реагу-ју доста брзо са ОН и О3 и NO3 радикалом, при чему је реакција са нитратним радикалима, током ноћи, основни пут уклањања многих органских једињења из тропосфере.

Емисија биогених испарљивих органских једињења (БИОЈ) вишеструко надмашује емисију антропогених једињења сличних особина. Према неким подацима, 1992. године антропогена емисија испарљивих органских једињења (ИОЈ) била је 149 милиона тона (технолошки извори и сагоревање биомасе) док је три године касније количина укупно емитованих БИОЈ била 1.150 ми-лиона тона. У њиховом саставу налазили су се изопрен (44%), монотерпени (11%), друга реактивна БИОЈ (дефинисана као компоненте чији је живот краћи од једног дана) и друга БИОЈ са животом дужим од једног дана (22,5%). Мо-нотерпени садрже две, а сесквитерпени три изопренске јединице. Обично се карактеришу као испарљиве, у води слабо растворне и веома реактивне ком-поненте са јаким мирисом. У последњих десетак година поклања се велика пажња истраживању атмосферских реакција ових једињења, јер је нађено да у великој мери утичу на формирање и деструкцију тропосферског озона, као и


208

на настанак секундарних органских аеросола (СОА). Поједина БИОЈ су врло реактивна и оксидују се са OH радикалима и озоном у току неколико минута или часова, дајући мање испарљиве продукте. Генерална шема оксидације БИОЈ приказана је на слици 46.

Слика 46. Генерална шема оксидације БИОЈ приказана на примеру α-пинена

Најзначајнији секундарни производ после озона, који се формира у фо-тохемијским оксидацијама угљоводоника, је пероксиацетил-нитрат (ПАН).

Пероксиацетилнитрат у атмосфери настаје на различите начине. Једна

од могућности је да полазни слободни угљоводонични радикали (настали реа-кцијом хидроксил-радикала са угљоводоницима – једначина 49) реагују са ки-сеоником (једначина 50) и затим, алдехиди настали у реакцији формираних интермедијера са NO и O2 (једначине 51 и 52) реагују са хидроксил-радикали-ма. Када одговарајући карбонилни радикал, настао у реакцији алдехида и хид-роксил-радикала (једначина 53), реагује са кисеоником (једначина 54), форми-ра се пероксиацетил-радикал (CH3COO2) који у реакцији са NO2 (једначина 55) даје пероксиацетилнитрат (ПАН).


209

C2H6 + OH → C2H5 + H2O (49)

C2H5 + O2 → C2H5O2 (50)

C2H5O2 + NO → C2H5O + NO2 (51)

C2H5O + O2 → CH3CHO + HO2. (52)

CH3CHO + OH → CH3CO + H2O (53)

CH3CO + O2 → CH3COO2 (54)

CH3COO2 + NO2 → CH3COO2 NO2 (ПАН) (55)

На сличан начин могу настати и други органски пероксиди. ПАН је мо-ћан оксиданс, главни иритант ока у фотохемијском смогу, и пошто споро фо-толизује, може достићи концентрације реда десетине ppb.

Фотохемијске промене се дешавају и на читавом низу других једињења која се могу наћи у животној средини. Деградација пестицида, изазвана апсорп-цијом светлости, је већ одавно утврђена чињеница (видети страну 213). Хало-генована ароматична једињења (хлорфеноли, полихлоровани бифенили ПХБ), све присутнији због широке употребе, могу се, поред хемијске и биолошке деградације, разграђивати и фотохемијским путем.

4.6.4 Реакције једињења сумпора

Хидроксил-радикали реагују и са диметилсулфидом и SO2, преводећи их у сулфате и аеросоле:

СН3SCH3 + OH → СН3SOH + СН3 (56)

CH3SOH + О2 → CH3SO3H (57)

Пошто се ДМС емитује из океана, он се у низу фотохемијских реакција, иницираних са ОН, преводи у метилсулфонску киселину (МСК) и SO2 (слика 47)

Хидроксил-радикали реагују и са другим биогеним једињењима сумпора:

H2S + OH → HS +H2O (58)

Бисулфид-радикал (HS) се даље оксидује до SO2 у низу реакција.


210

Слика 47. Основни процеси који укључују конверзију ДМС

У смеши SO2/O2 изложеној ултраљубичастом зрачењу детектован је као производ само SO3:

SO2 + SO2 → SO3 + SO (59)

SO + SO2 → SO3 + S (60)

SO2 +O2 → SO3 + O (61)

У загађеној атмосфери, у присуству честица и NOX, фотооксидација SO2 је знатно бржа, вероватно зато што је у том случају већина реакција хетероге-на и катализована:

SO2 +NO → SO +NO2 (62)

NO2 + SO2 → SO3 + NO (63)


211

И нека друга једињења сумпора су фотоактивна. Тако CS2 може апсор-бовати ултраљубичасто зрачење у области од 290 до 320 nm, (значи у стратос-фери) али то није праћено фотолизом већ побуђени молекул реагује са кисео-ником, дајући COS и SO2:

CS2 +hv(313nm) →CS2* (64)

CS2*+3/2 O2 → COS + SO2 (65)

4.6.5. Хетерогене хемијске реакције и процеси у тропосфери

Фотохемијске реакције у гасној фази које воде формирању оксиданата и фотохемијског смога највише су проучаване хемијске реакције у тропосфери. У овим проучавањима потврђена је значајна улога ОН-радикала у трансфор-мацијама NOX, SOX и угљоводоника. Вероватно је значај проблема повезаних са појавом фотохемијског смога допринео да се хомогене гасне реакције у ат-мосфери проучавају далеко више од хетерогених, што је у несразмери са њи-ховом улогом у хемији атмосфере.

Поред гасовитих супстанција, у атмосфери се налази велики број чврс-тих и течних честица (аеросола) и капљица воде (облаци, магла, киша) на чијим површинама или у маси фазе, у контакту са гасовима, долази до раз-личитих физичкохемијских процеса: адсорпције, апсорпције, десорпције и ра-стварања, који су потом (не увек) праћени хемијским реакцијама. Многе хе-мијске реакције гасова дешавају се у раствору воде из облака. Облаци и магла чине мултифазне системе у којима се одигравају важне хемијске и физичке трансформације. Највећи део конверзије SO2 у сулфатну киселину, са касни-јим формирањем киселих киша, дешава се у води облака, у серији сложених реакција покренутих ОН-радикалима, озоном или водоникпероксидом. Повр-шина Земље, са растињем или без њега, такође може да буде место на коме се дешавају хетерогене хемијске реакције. О овим реакцијама литература даје далеко мање података него о трансформацијама у гасној фази. Од свих хетеро-гених хемијских реакција у тропосфери, највише су проучавани адсорпција SO2 и формирање сулфатних аеросола, при чему је нарочито истакнута ката-литичка активност честица угљеника (чађи) и металних оксида, посебно у присуству влаге.

Постоје многи фактори који контролишу брзину хетерогених хемијских реакција, али и ограничени број података, тако да је тешко дати детаљно ту-мачење ових реакција које би било засновано на мерењима у реалним услови-ма. Још увек је већина закључака повезаних са хетрогеним хемијским тран-сформацијама дата на основу лабораторијских резултата.


212

4.6.6. Хетерогене фотохемијске реакције органских једињењa

Различите фотоиндуковане трансформације парафина до незасићених угљоводоника биле су забележене у присуству атмосферских честица. Проду-кција СО2 из морског песка после озрачивања UV светлошћу такође је запа-жена у неким експериментима.

У добро познатом фотохемијском систему C3H6–NO2–ваздух, који је по-служио као модел гасне смеше за многа испитивања механизма формирања фотохемијског смога, реакције се приметно убрзавају, уз стварање неких но-вих производа (HCN) ако је присутан ZnO. Угљоводоници се брзо оксидују кисеоником у присуству TiO2. Параметар који показује везу са фотокатали-тичком активношћу јесу полупроводничке особине металних оксида. Полуп-роводници р-типа не показују фотокаталитичку активност, док се у присуству оних металних оксида који су полупроводници n-типа оксидација угљоводо-ника повећава. Према томе се закључује да метални n-полупроводни оксиди у атмосферским честицама имају централну улогу у хетерогеним фотоиндуко-ваним хемијским реакцијама у атмосфери.

Полициклични ароматични угљоводоници (ПАУ) спадају у групу по-тенцијално опасних загађујућих супстанција. Пошто ова једињења имају нижи напон паре од осталих угљоводоника, у атмосферским условима пре се налазе у кондензованој него у гасној фази. Из тих разлога је разумљиво да су овде хетерогени хемијски процеси од примарне важности. Фотоосетљивост ПАУ јако зависи од природе површине са којом су у контакту (адсорбовани). Бенз[а]пирен, пирен и антрацен ефикасно фотолизују у воденом раствору или на активираном Аl2О3, али су отпорни према фоторадијацији када су адсорбо-вани на летећем пепелу. Слично као код алифатичних угљоводоника, метални оксиди са полупроводничким особинама показују јаче фотокаталитичко дејство.

4.6.7. Пестициди у атмосфери

Продукција и употреба органских пестицида нагло је порасла после увођења у употребу ДДТ-ија (током другог светског рата) и данас достиже вредност од неколико милиона тона. Њихова основна намена је да помогну у производњи и чувању хране и других пољопривредних производа, као и за општу здравствену заштиту.

Пестициди доспевају у атмосферу у облику честица и капи различитих величина, највише – током или непосредно после примене, укључујући дејс-тво ветра на загађену површину и испаравање. Приликом уобичајених начина примене губи се у ваздуху више од 50% употребљене количине (> од 90% пр-


213

скањем из ваздуха). Део материјала ће брзо да се депонује на површину тла и вегетацију на кратким растојањима од места примене (у правцу ветра). Део ће се таложити спорије на већим растојањима, а део који чине најситније честице задржаће се у ваздуху неко време, где ће бити брзо разређен и могуће тран-спортован на велика растојања. Да је транспорт пестицида ваздухом присутан и да има глобалне размере, показује присуство ДДТ-ија у поларним предели-ма, веома далеко од места примене.

Други начин доспевања пестицида у атмосферу је испаравање са повр-шине тла, воде и вегетације. Испаравање може да буде доминантан начин уношења у атмосферу, чак и за мало испарљива једињења, уколико су нерас-творна у води и довољно стабилна у биосфери. Органохлорни пестициди се управо одликују оваквим особинама. Брзина испаравања зависи од многих фактора: напона паре, брзине дифузије испарених молекула кроз ваздух, тем-пературе и других метеоролошких чинилаца, концентрације пестицида на по-вршини са које испаравају, степена адсорпције, начина формулације, садржаја влаге у земљишту и других карактеристика околине. Унети у атмосферу, пес-тициди могу да буду пренети на различита растојања, која највише зависе од степена дисперзије, а она је у највећој мери одређена формулацијом и врстом уређаја за примену пестицида. Формулација у гранулама садржи честице ве-личине од 200 до 600 µm, које су сувише велике за директну дисперзију у ваз-духу. Формулације у облику праха садрже већи део честица просечног пречника око 10 µm, које се лако диспергују.

Примена пестицида распршивањем је најшире заступљена и она даје читав спектар величина честица од 1 до 400 µm. У транспорту на велика расто-јања највероватније имају удела честице финије од 10 µm. У току транспорта кроз ваздух може доћи до хемијских промена пестицида под дејством раз-личитих физичкохемијских фактора. Ове промене могу утицати и на токсичне особине пестицида, о чијој природи и механизму се још увек недовољно зна.

Пестициди, као и друге супстанције, се могу уклонити из атмосфере на неколико начина: сувом депозицијом, испирањем падавинама, хемијском и фотохемијском деградацијом. Сви ови процеси доводе до смањивања ко-личине штетних материја у атмосфери. Сува депозиција (у одсуству кише и снега) је дуготрајан процес, у који су укључене све честице које се нађу у ат-мосфери. Она траје све док ваздушне масе које су у контакту са површином садрже честице које се депонују. Брзина депозиције примарно зависи од тран-спорта честица и њихових величина, а мање од састава. Гасовите супстанције могу да претрпе низ физичкохемијских промена и да пређу у течне или чврсте дисперговане честице, а могу и да се адсорбују на другим честицама. Под ути-


214

цајем земљине теже честице падају на тло и друге површине на Земљи; овај процес се назива седиментација. Биљке и други предмети на Земљи, а на-рочито водене површине, упијају поједине гасове. Процеси упијања и процеси седиментације се називају процеси сувог таложења.

Брзина упијања на површини Земље зависи од састава тла, од врсте рас-тиња и степена обрађености земљишта. Брзина упијања појединих супстанција се знатно увећава ако је површина тла озелењена, а нарочито ако је пошумље-на. Густе шуме упијају са готово стопроцентном ефикасношћу. Четинарске шуме представљају филтре активне током целе године, нарочито за SO2, који се упија кроз стоме на лишћу на исти начин као и СО2.

Органохлорни пестициди имају обично мале брзине депозиције, реда 0,05 cm/s, у поређењу са просечном брзином депозиције неке честице од 100 µm која је око 50 cm/s.

Инклузија честица пестицида (и других честица) у падавине је други начин њиховог уклањања из атмосфере. Распршене капљице пестицида могу да послуже као центри нуклеације и раста за кишне капи и потом са њима да падну на тло. Овај процес је израженији за финије честице. Различите суп-станције могу да се адсорбују на већ постојећим честицама, око којих се у об-лацима врши кондензација. To je још један начин како оне доспевају у падави-не. Други вид мокрог уклањања честица и гасова из атмосфере је њихово ис-пирање кишним капима испод облака. Овај процес је знатно ефикаснији од претходног. Процењује се да је 70% садржаја сулфата у падавинама настало од раствореног SO2 испод облака. Брзина влажног таложења зависи од интензи-тета падавина. После пљускова садржај штетних материја у ваздуху се смању-је готова на половину.

Падавине такође уклањају молекулске паре. Пошто су органохлорна је-дињења слабо растворна у води, добијају се разблажени раствори, који се по-нашају идеално. Овакво понашање је потврђено за органохлорне инсектициде ДДТ, диелдрин и линдан. Многи пестициди реагују под дејством ултраљу-бичастог и видљивог зрачења, често дајући сложену смешу продуката. Фото-хемијске реакције пестицида могу да буду од значаја само ако су конкурентне осталим начинима разградње и уклањања пестицида. За квантификовање ових процеса треба познавати време боравка појединих пестицида у атмосфери и ефикасност (квантни принос) фотохемијских реакција. Лабораторијска испи-тивања су показала да су интрамолекулска елиминација и изомеризација осно-вни процеси при озрачивању молекулских пара пестицида.


215

Адсорбовани на различитим површинама, пестициди могу да покажу значајне промене у својим спектралним особинама. Полупроводнички метал-ни оксиди могу јако да утичу на реакциону брзину, тако да је састав атмос-ферских честица које садрже пестициде веома важан. Фотохемијске реакције пестицида воде променама у молекулу, али не доприносе увек смањењу за-гађења околине. Молекулске паре диелдрина у ваздуху могу фотоизомериза-цијом да пређу у фотодиелдрин, детектован у природним условима, а ток-сичнији је и знатно мање испарљив од самог диелдрина. У атмосфери која са-држи озон и NOX могуће је настајање још већег броја нових једињења.

Време боравка пестицида у атмосфери тешко је одредити. Тако, на при-мер, за ДДТ постоје подаци у широком опсегу времена од 2 седмице до 5 го-дина. Време боравка највише зависи од облика у којем се једињења налазе у атмосфери. Од времена боравка зависе и транспортни потенцијали пестицида (могућност преношења на различита растојања). Релативно високе концентра-ције неколико широко употребљаваних пестицида нађене су у удаљеним не-насељеним пределима северне хемисфере, далеко од места примене. Показано је да детектоване количине корелирају са индивидуалним Хенријевим кон-стантама ових једињења. У табели 31 дате су вредности напона паре и рас-творљивости у води на 20 до 25 °С за неке пестициде и друга слична једиње-ња. Количник ових двеју величина представља коефицијент расподеле (К) од-говарајуће супстанције између гасне и водене фазе (ваздух/вода), а његова вредност је у директној сразмери са транспортним потенцијалом. Уколико је овај коефицијент већи, утолико су и веће могућности да супстанције буде пре-нета на већа растојања ваздушним путем. У општем случају комбинација ви-соког напона паре и ниске растворљивости (висока вредност К) приказује је-дињење са високим потенцијалом испаравања и малим степеном уклањања падавинама, које може бити транспортовано кроз ваздух на велика растојања. Потврда за ово је нађена у чињеници да је количина Ароклора (полихлорова-ног бифенила – ПХБ) у океанској атмосфери, далеко од копнених површина, 20 пута већа од количине ДДТ-ија. Хлордан, према вредности из табеле 31, могао би да има висок потенцијал за транспорт, што је и утврђено детекцијом овог једињења у удаљеним деловима северног Атлантика. За паратион се, са друге стране, може очекивати да се не простире далеко од места примене, што је такође потврђено мерењима. Јасно је да при процени транспортних могућ-ности у обзир мора да се узме и хемијска реактивност одређеног једињења. Нека једињења која према табели 31 имају висок транспортни потенцијал реа-ктивнија су од оних других, па се пре него досегну могућа растојања хемијски трансформишу.


216

Табела 31. Напон паре, растворљивост у води и коефицијент расподеле за неке пестициде и слична једињења

Једињење Напон паре

на 20-25 °С, mm HgРастворљивост на 20-25 °C, µg/l

log коефицијента расподеле К

Токсафен 3·10–1 102-103 -2,5 do -3,5

Ароклор 4·10–4-4·10–5 2,7-240 -4,8 do -5,8

Хептахлор 3·10–4 56 -5,3

2,4-D Естар 10–4 -10–4 (103)а -6,0 do -7,0 у-Хлордан 10–4-10–5 (102) -6,0 do -7,0

Алдрин 2,3·10–5 27 -6,1

Трифлуралин 10–4 580 -6,8 p,p'-ДДТ 1,5·10–7 1,2 -6,9

о,р'-ДДТb 5,5·10–6 85 -7,2

p,p'-ДДЕb 6,5·10–6 120 -7,3

ЕПТЦ 1,6·10–2 3,8·105 -7,4

Диелдрин 2,8·10–6 140 -7,7

Диазинон 2,8·10–4 4 104 -8,2

Линдан 3,2·10–5 7-103 -8,3

Ендрин 2·10–7 2·102 -9,0

Паратион 2,3·10–5 2,4·104 -9,0

Карбофуран (10–5) 2,5·105 -10,4 a Вредности y заградама cy процењене; b на 30 °С

Честице пестицида, укључујући молекулске пape y контакту са аеросо-лима, могу да pearyjy на различите начине. Адсорпција пестицида на аеросо-лима може индуковати каталитичке хемијске трансформације и фотохемијске процесе. Чињеница да већина атмосферских аеросола садржи органске мате-рије и да те материје могу хемијски да pearyjy, показује да аеросоли могу ефи-касно да уклањају органске супстанције из атмосфере.

4.6.8. Понашање хлорфлуор-угљеника у тропосфери

Хлорфлуор-угљеници (ХФУ, фреони) привлаче данас посебну пажњу као могући узрочници разградње озона у стратосферском слоју. Они се широ-ко користе за различите примене – као распршивачи у боцама под притиском, растварачи, у расхладним уређајима, као средства за прављење пене, трасери


217

атмосферских струјања и слично, највише зато што су хемијски и термички стабилни и уз то неотровни. Фреони су безбојни, без мириса и врло испарљи-ви те зато готово искључиво присутни у гасном стању у атмосфери. Они нису растворни у води, биохемијски се не разарају, не pearyjy са атомским кисеони-ком у основном стању. Чист ССl2F2 разлаже се тек 1% годишње, и то на тем-ператури од 500 °С. Са слике 48 види се изузетна стабилност неких хлороуг-љеника озрачених видљивом светлошћу.

Слика 48. Зависност концентрације CH3CCl3, CCl4 i CCl3F од времена

озрачивања симулираном тропосферском сунчевом светлошћу у присуству 1 ppm смеше реактивних угљоводоника и 0,5 ppm NO2 при 50% угљоводоника

Захваљујући хемијској инертности, време задржавања у атмосфери им је веома дуго (за неке више од 100 година), тако да могу доспети до стратосфере, где се при фотодисоцијацији ослобађа хлор, који реагује са озоном (видети даље). Због времена које им је потребно да дођу до стратосфере, ефекти акту-елних концентрација фреона у тропосфери могу се очекивати са помаком од 10 до 25 година. Међутим, како изгледа, ниво пораста концентрације емитова-них ХФУ је у стагнацији или благом опадању. Ово је, пре свега, резултат сма-њивања производње и забране употребе ХФУ у неким производима за масов-ну употребу. Ипак, због поменутог дугог времена боравка ових једињења у атмосфери, још увек се мора пратити утицај до сада емитованих количина ХФУ на стратосферски озон.

Како је већ речено, хетерогене хемијске реакције у тропосфери нису ни издалека тако добро проучаване као хомогене гасне реакције. Ипак се укупне


218

трансформације хемијских супстанција могу изразити као сума хомогених и хетерогених реакција и реакција које се одигравају у различитим фазама.

4.7. ФОТОХЕМИЈСКЕ РЕАКЦИЈЕ У СТРАТОСФЕРИ Састав атмосфере до висине од око 100 km релативно је константан. Из-

над те висине гасови су тако разређени да, уместо турбуленције, мешање мо-лекулском дифузијом постаје доминантно. Под тим условима настаје гравита-циона сепарација гасова и лакши гасови, водоник и хелијум, одлазе у најуда-љеније просторе атмосфере. У хомосфери (делу уједначене измешаности гасо-ва), све до тропопаузе, фотохемијске реакције доминирају и диригују темпера-турни профил тог дела атмосфере (видети поглавље 4.1). Један део тих реакци-ја тече независно од антропогеног утицаја, а оне најважније повезане су са хе-мијом стратосферског озона. У фотохемију озона укључено је више стотина хемијских реакција и само најзначајније могу бити овде приказане.

Настајање озона је фотохемијски процес:

О2 + hν (<242 nm) → 2О(3Р) (66)

Добијају се два атома кисеоника у основном стању. Да би се добио ки-сеоников атом у побуђеном стању О(1D), потребна је апсорпција светлости краћих таласних дужина од 175 nm, али тако кратки таласи не доспевају у ни-же слојеве стратосфере. У горњој стратосфери:

О2 + hν (<175 nm) → О(3Р) + О(1D) (67)

O(1D) + M → О(3Р) + М (68)

O2 + О(3Р) → О3 (69)

Као што настаје, озон се може и разложити фотохемијски:

O3+hν (>310) → О2 +О(3Р) (70)

О3 +hν (<310) → О2 +O(1D) (71)

О3 + О → 2О2 (72)

О + О + М → О2 + М (73)

Ова фотолитичка реакција разлагања озона нема нето ефекта јер се у њој ствара атомски кисеоник. Међутим, неке друге реакције у стратосфери могу довести до смањивања концентрације О3:

ОН + О3 → О2 + НО2 (74)

НО2 + О → ОН + О2 (75)


219

Уместо ОН-радикала у реакцији може да учествује NO:

NO + O3 → O2 + NO2 (76)

NO2 +O → NO + O2 (77)

или атом хлора:

Cl + O3 → О2 + ClO (78)

ClO + О → Cl + О2 (79)

Сваки од ових процеса води деструкцији озона, уз обнављање почетног реактанта (OH, NO и Cl) y реакцији са атомским кисеоником. На тај начин ови процеси постају аутокаталитички, што даје могућност да један молекул за-гађујуће супстанције може да учествује у разарању многих молекула озона. Из тих разлога гасови који се само у траговима (веома малим концентрацијама) могу наћи у атмосфери представљају потенцијално велику опасност за ста-билност озонског стратосферског слоја.

Горње реакције показују да нису само фреони (ХФУ) одговорни за дес-трукцију стратосферског озона. У готово истој или чак и већој мери таква уло-га се може приписати и азот(II)-оксиду.

Насупрот томе, по неким широко прихваћеним мишљењима, извор хло-ра у стратосфери није само антропогена емисија фреона већ природна емисија биогеног метилхлорида (СН3Сl). У прилог овоме иде и чињеница да су запа-жене сезонске варијације у концентрацији стратосферског озона веће од оних које се предвиђају само на основу антропогене емисије фреона. Међутим, ово ни у којој мери не умањује разлоге за забринутост којом су праћени извештаји о повећавању атмосферске концентрације ХФУ (табела 28).

Човекове активности повезане са производњом енергије, хране и хлоро-ваних угљоводоника могу имати озбиљан утицај на хемију атмосфере. Пораст концентрација CO, CO2, CFCl3, CF2Cl2, СН3ССl3 и других сличних једињења су већ јасно потврђени, а приметне промене треба очекивати за N2О, СН4, СН3Cl и О3 у наредних 50 година. Количина стратосферског О3 може значајно да опадне, а тропосферског озона значајно да порасте ако се садашњи тренд нас-тави. Међутим, за тачније предвиђање промена које могу да настану није до-вољно утврдити све могуће хемијске реакције и њихову међусобну повезаност већ и начине на које атмосфера интерагује са копном, хидросфером и биосфе-ром. Тек уз разумевање тих интеракција биће могуће поузданије предвиђати будуће промене.


220

4.8. АЕРОСОЛИ Аеросоли, њихово настајање и реакције у којима учествују тесно су по-

везани са гасовима присутним у траговима у атмосфери и са њиховим хомоге-ним и хетерогеним реакцијама.

У атмосфери се налазе суспендоване бројне честице (чврсте и течне), које се јављају у великом броју различитих облика, величина и хемијског сас-тава и константно циркулишу у ваздуху, управљане ваздушним струјањима и гравитацијом. Ове честице познате су под заједничким називом аеросоли. Њи-хова битна одлика је велика површина пo јединици масе. Величина површине једног грама честица (просечне величине) процењује се на око 106 m2. Тако велика површина пружа изузетне могућности за адсорбовање различитих суп-станција, нарочито оних са малим напоном паре. Облик честица је углавном непознат, а величина се креће у широком опсегу од 10–9 до 10–4 m, при чему највећи број честица има пречник од око 10–7 до 10–6 m (слика 49). Порекло честица може бити из природе или антропогено. Табела 32 даје процењене количине честица, са пречником мањим од 2·10–5 m, које се годишње емитују у атмосферу.

Слика 49. Концентрациона и масена расподела за типичне

континенталне аеросоле


221

Величина честица и хемијски састав два су најважнија параметра при интеракцији аеросола са околином. Депозиција из атмосфере на тло, вегетаци-ју и друге површине је функција величине честица. Степен до којег атмосфер-ске честице продиру у људско тело (преко респираторних органа) одређен је углавном њиховом величином. Само довољно мале честице могу да остану у ваздуху. Процењује се да око 70% честица које се унесу у атмосферу поново буде сталожено, директном депозицијом под утицајем гравитационих сила или са падавинама, испирањем из атмосфере, односно инкорпорирани у капи-ма као кондензациони центри. Брзина таложења аеросола у највећој мери за-виси од њихових физичких особина (масе, облика). Подела аеросола на основу тих особина дата је у табели 33.

Велика површина којом се атмосферски аеросоли одликују сугерише да хетерогене реакције између гасова и аеросола морају бити укључене при об-јашњавању хемијских процеса у атмосфери. Један део атмосферских честица има хигроскопну површину и у контакту са паром ће формирати раствор, уко-лико је материјал честице растворан. Анализе показују да вода чини значајан део масе аеросола и да је спектар маса аеросола функција релативне влажнос-ти (слика 50).

Слика 50. Хигроскопност аеросола

Нађено је да маса хигроскопних аеросола може да се увећа за 40 до 70% при RH од око 70% и већој.


222

Аеросоли обично имају неки електрични набој, а тежња воде да гради кластер око наелектрисаних честица одавно је позната. Табела 32. Процењена годишња количина емитованих или насталих честица у

атмосфери

Извор честица Количина 106 тона/година Природни:

Остаци стена и тла 100-500 Шумски пожар 3-150 Морске соли 300-900 Вулканска активност 25-150

Емисија гасова: Сулфати из H2S 130-200 NH4

+ соли из NH3 80-270 Нитрат из NOX 60-430 Угљоводоници из биљака 75-200 Укупна природна емисија 773-2800

Антропогени извори: Директна емисија, дим итд. 10-90

Емисија гасова: Сулфати из SO2 130-200 Нитрати из NOX 30-35 Угљоводоници 15-90

Антропогени извори укупно 185-415 Укупно честице 958-3215

Показано је раније да су слободни радикали незаобилазни учесници нај-већег броја хемијских реакција у атмосфери. Концентрација и понашање сло-бодних радикал су под јаким утицајем присуства аеросола, јер ови уклањају слободне радикале, а тиме утичу и на концентрацију свих осталих гасова у атмосфери. Хетерогено уграђивање слободних радикала у атмосферске аеро-соле обезбеђује ефикасно уклањање и одржава њихову сталну концентрацију. За нитратни и хидроксилни радикал, који имају важну улогу у оксидацији NO y NO2, показано је да би се акумулирали током ноћи, ако аеросоли не би учествовали у њиховом уклањању. Прорачуни концентрација за ове слободне радикале поклапају се са реалним мерењима само ако се дејство аеросола узме


223

у обзир. С обзиром на већ речено, изгледа извесно да ћe радикали као НO2 или NO3 бити одмах адсорбовани при контакту са аеросолима.

Табела 33. Физичка подела аеросола

Назив Карактеристике 1. Ејткенове честице Честице пречника мањег од 0,1 µm 2. Велике честице Честице пречника између 0,1 и 1 µm 3. Гигантске честице Честице чији је пречник већи од 1 µm 4. Прашина Честице које отпадају са чврстих материјала и

бивају понете ваздухом 5. Магла и кондензати Чврсте или течне материје повучене кондензова-

њем паре 6. Дим Производи сагоревања избачени из димњака

Ејткенове (Aitken, John) честице, пречника испод 0,1 микрометра важне су као кондензациони нуклеуси за настајање кише и магле. Концентрација ових честица у великим градовима је 50.000 до 380.000 честица по cm3.

О величини ових честица илустративно говори слика 51.

Слика 51. Људска коса у поређењу са микрометром

Што се тиче порекла, аеросоли се могу поделити на примарне и секун-дарне. Примарни настају дисперзијом материјала са површине тла (прашина, вулкани, пожари и слично) или индустријским процесима (производња енер-гије, метала, цемента итд.), а секундарни настају хемијским реакцијама у ат-мосфери (о томе је било речи у претходним главама). Индустријски процеси


224

емитују значајне количине честица у атмосферу. Остали велики извори су океани, прашина са тла, вулканска прашина (табела 32).

Шумски пожари могу да буду велики извори веома финих честица (0,05 µm), дајући неколико тона овог материјала по хектару. Други велики из-вор су вулканске ерупције, које могу да убаце у стратосферу велике количине веома финих честица, од којих се оне најситније задржавају у атмосфери око пет година пре него што се депонују на површину Земље.

Морска површина је велики извор оваквог материјала (о чему је већ би-ло речи), при чему примарно емитоване честице брзо падају назад на површи-ну, а највећи број аеросола добија се оксидацијом ДМС-а.

Секундарни извори аеросола су управо поменута оксидација ДМС и COS (карбонил-сулфид), емитованих из океана, затим оксидације терпена, превођење NOX у нитратне аеросоле и можда најзначајнији процеси, који ук-ључују и оне са ДМС и COS, оксидација SO2 до сулфата.

Сулфатни аеросоли су свакако најзначајнија компонента са становишта заступљености и визуелних ефеката који се приписују аеросолима. У многим подручјима сулфатна компонента чини од 30 до 50% финијих (од 0,1 до 1 µm) аеросола. Према неким мерењима, у руралним подручјима укупне суспендо-ване честице нађене су у концентрацији од 27,9 µg m–3, од тога су честице ма-ње од 10 µm заступљене са 22 µg m–3 или 79%, а фине честице (< 1 µm) са 15,9 µg m–3 од чега је око 50% сулфатних аеросола. Друга значајна компонента финијих честица је органски угљеник, чији је главни извор сагоревање фосил-них горива и који просечно чини око 8% укупне масе аеросола, мада на поје-диним местима може бити присутан и у знатно већем износу (табела 34). Из-над шумских предела најзначајнију компоненту секундарних аеросола чине оксидациони производи терпена. Ове честице настају вероватно интеракцијом органских киселина насталих фотооксидацијом терпена са другим органским или неорганским компонентама у атмосфери.

Табела 34. Састав честица на три мерна места у сеоском подручју

Састав µg/m3 Органски С 3,7 3,6 2,9 Елементарни С 1,6 1,6 1,4 Сумпор као (NH4)2SO4 9,7 10,0 7,9 Аеросоли (укупно) 28,8 27,8 20,4

Типична величина сулфатних аеросола је око 0,5 µm (одговара таласној дужини видљиве светлости), захваљујући чему су они веома ефикасни у раси-


225

пању дневне светлости. Због тога се ефекти испољени у смањеној видљивости и прозрачности ваздуха у највећој мери повезују са присуством сулфатних аеросола у тропосфери. Слично се може рећи и за појаве замућености атмос-фере изнад шумских предела током летњих месеци, што се приписује присус-тву аеросола насталих оксидацијом терпена. Познато је да је највећи ниво концентрације сулфатних аеросола у току лета. To je вероватно последица по-већане оксидације SO2 путем фотохемијски започетих реакција. Лето је, та-кође, период најниже средње видљивости, што још једном потврђује улогу сулфатних аеросола у редуковању прозрачности атмосфере.

Хемијски састав аеросола је производ извора и хемијских промена у ат-мосфери. У саставу аеросола изнад морске површине у највећој мери су засту-пљене морске соли али је и значајно већи удео неких метала (Cd) у односу на њихов садржај у морској води. Неоргански аеросоли изнад океанске површине састављени су од соли и прашине, која је настала ерозијом тла.

У саставу прашине су глина, кварц, гипс и калцит (у износу већем од 50%). Извор прашине је на копну, што се потврђује анализом која даје састав који одговара елементарном саставу стена и у највећој мери садржи Al, Si и Fe. Главна растворна компонента аеросола је амонијум-сулфат, a y обалским регионима хлорид. Органска једињења се такође налазе у саставу многих ае-росола, а међу њима су, поред већ поменутих и органске киселине и базе, фе-ноли, ароматични и алифатични угљоводоници. Пестициди су такође нађени у саставу многих аеросола. Чињеница да већина атмосферских аеросола садржи органске материје и да те материје могу хемијски реаговати, указује да аеро-соли могу ефикасно уклањати органске супстанције из атмосфере.

Време боравка честица у атмосфери зависи од њихове величине и хе-мијске реактивности. Сулфатни аеросоли имају просечну депозициону брзину 0,1 cm s–1. Средње време боравка аеросола у доњој тропосфери је између 3 и 22 дана. Финије честице имају дуже време боравка. Најфиније честице, које могу доспети у стратосферу, тамо се задржавају од 0,5 до 5 година. Честице које се налазе у мезосфери могу тамо да бораве и више од 5 година. Брзина падања честица (v) је константна и зависи од њеног полупречника r, вискозно-сти средине η (вискозност ваздуха) и разлике у густинама честице (ρ) и густи-не ваздуха (ρ0)

( )2

029

gr ρ −ρν =

η (80)

где је g – убрзање гравитације.


226

Што је већа висина на којој се честице уносе у атмосферу, то је њихово време боравка дуже. У табели 35 дато је време потребно да честица одређеног пречника падајући пређу растојање од 1 km. Табела 35. Време потребно да честице различитих пречника падајући пређу рас-

тојање од 1 km

Пречник честица (µm) Време 0,02 228 година 0,1 36 година 1,0 328 дана 10,0 3,6 дана 100,0 1,1 сат 1.000,0 4 минута 5.000,0 1,8 минута

Најмање честице, многе са пречником мањим од 1 µm, имају максимал-ну концентрацију на висинама већим од 18 km изнад површине Земље и треба им неколико година да се депонују на површину. Неке од тих честица потичу од вулканских ерупција. Захваљујући великим излазним брзинама и малим димензијама убачене су директно у стратосферу (табела 36).

Табела 36. Однос тропосферске и стратосферске емисије неких гасова вулканског порекла

Гасови у kg годишње SO2 HCl HF Тропосфера 7,5·109 7,5·109 3,8·109 Стратосфера 2,8·109 2,8·109 1,4·109

Друге, пак, чине сулфатне честице, настале оксидацијом SO2 и каснијом реакцијом са амонијаком. Новија истраживања сугеришу да део аеросола у стратосфери чине честице сулфатне киселине (слика 52). Механизам настанка стратосферских аеросола вероватно почиње реакцијама аналогним реакцији 58, пошто се велике количине сумпорних једињења вулканским ерупцијама убаце у стратосферу. Овај стратосферски слој аеросола могао би да буде од утицаја на равнотежу зрачења у атмосфери пошто честице имају дуго време боравка и глобално се распростиру, те тако могу да утичу на климатске про-мене. Ово је донекле и потврђено слабљењем интензитета Сунчевог зрачења после великих вулканских ерупција.


227

Међутим, нису само вулкани извор сумпорних једињења у атмосфери. Многа од ових једињења настају биогеном и антропогеном емисијом са повр-шине копна и океана. На слици 52 приказан је профил концентрације раз-личитих сумпорних једињења у атмосфери. Нека од њих, као на пример COS, која могу да потичу од природних и антропогених извора имају значајног уде-ла у формирању стратосферских аеросола.

Слика 52. Концентрациони профил различитих једињења сумпора у стратосфери

Суспендоване честице са аеродинамичким пречником од 10 µm или ма-њим се називају инхалабилне суспендоване честице (PM10), а од 2,5 µm назива-ју се респирабилне суспендоване честице (PM2,5) (слика 53) што значи да ове честице могу продрети дубоко у плућа.

Слика 53. Инхалабилне и респирабилне честице


228

У великој количини респирабилне суспендоване честице могу имати утицај на здравље посебно у погледу ремећења пулмонарне функције. Сус-пендоване честице веће од 10 µm су генерално повезане са непријатностима које узрокује прашина.

229

5. БИОСФЕРА

Сагледавање проблема интеракције човека са природом, очување, реге-нерација и побољшање квалитета животне средине захтева претходну анализу неких општих поставки о биосфери и законитостима њеног развоја, односа међу живим организмима и средине, као и утицаја загађујућих супстанција на нарушавање животне средине.

У простору који насељавају жива бића, поједина места одликују се спе-цифичним комплексом еколошких фактора и називају се биотопи (βιοσ – жи-вот, τοποσ – место) или животна станишта.

Свако живо биће је у свом простору живљења изложено деловању раз-них фактора из спољашње средине. Ови тзв. еколошки фактори деле се на абиотичке и биотичке факторе. Сложени и разноврсни абиотички фактори ра-зврставају се на факторе климе (Сунчево зрачење, светлост, температура, вла-жност, ваздушна кретања), факторе земљишта (физичке и хемијске особине земљишта) и факторе рељефа (надморска висина, нагиб терена, окренутост према одређеној страни света).

Односи и утицаји који постоје између абиотичких и биотичких фактора животне средине блиски су и јаки.

Живи организми (биотички фактор) активно интерагују са својом живо-тном средином: атмосфером, хидросфером и материјама земљишта. У току свог живота, организми утичу на животну средину. Тако, савремена атмосфе-ра, чији се састав принципијелно разликује од састава некадашње атмосфере, мада не у потпуности, у већем делу представља продукте животних активнос-ти организама. После угинућа организми настављају да испољавају деловање на животну средину. Разлагањем органске материје образују се најактивнији природни хемијски реагенси. Преображајем у недрима Земље, органски оста-ци образују огромна геолошка тела, залихе угља, нафте, гаса и других биоге-них минерала. Због наведеног, може се закључити да се продукти животних активности организама, органски остаци, јављају као један од најмоћнијих егзо-гених фактора преображаја компонената планете.

Као резултат интеракције атмосфере и хидросфере са телом планете у области њиховог пресецања, на одређеној етапи развоја Земље формирало се


230

ново физичко тело, нови (четврти) омотач – биосфера. Она се у савременој науци jaвљa као најраспрострањеније схватање животне средине.

Горња граница биосфере налази се у тропосфери на висини од 10 до 12 km од површине Земље, а доња на копну, на дубини од 2 до 3 km па и већој (анаеробне бактерије, на пример у слојевима нафте). Међутим, споре бактери-ја и гљива налазе се чак и на висини до 22 km у стратосфери, а у океанима се жива бића могу наћи на великим дубинама (неколико километара) тако да се океански простори одликују највећом дебљином биосфере. Ипак, највећа маса живих бића ограничена је на површинске делове копна и океана и у атмосфери у површинском слоју од свега неколико десетина метара (просечно до 200, у шумама са веома високим дрвећем и птицама које се гнезде у крунама овог дрвећа, летећи истовремено и доста високо изнад дрвећа; истина многе птице могу да лете на великим висинама, али им је ипак највећи део живота везан за мање висине изнад Земље). Уопштено говорећи, у литосфери жива бића ретко се налазе на дубини већој од 100 m, у морима и океанима највећа густина жи-вих бића је у површинском слоју до дубине од 200 m која заправо представља границу до које се простиру зелене биљке. Распрострањеност живота у биос-фери приказан је на слици 54.

Узроке релативно мале дебљине биосфере треба тражити у чињеници да се изнад заштитног озонског омотача јављају смртоносни космички и ултра-љубичасти зраци, док је доња граница биосфере ограничена високом темпера-туром која потиче из Земљиног усијаног језгра.

За одржавање живота на Земљи, биосфера и њено складно функциони-сање имају огроман значај. Када би се у њој нешто озбиљно пореметило, нас-тале би катастрофалне последице. Тако, на пример, у случају да престане фо-тосинтеза зелених биљака (на пример уништавањем зелених површина под вегетацијом), престала би продукција кисеоника, што би условило угинуће већине живих бића и смрт самог човека.

Биотоп је основна јединица животне средине и топогеографски је могу-ће ограничити га. То је еколошки једнолика област која се одликује одговара-јућим абиотичким еколошким факторима. Биотоп се карактерише биоценозом (сви организми) која у њему живи.

Сваки биотоп насељен је одређеним скупом живих бића којима погодују услови у њима. Ова бића воде заједнички живот образујући животне заједнице или биоценозе. У данашње време се биоценозa дефинише као заједница, орга-низација живих организама обједињених одређеним еколошким условима, односно заједница организама који настањују исту средину. Ова заједница ка-

6. БИОСФЕРА

231

рактерише се одређеним саставом живих врста и постојањем њихове узајамне зависности. Животна заједница биљака позната је као фитоценоза, животиња као зооценоза, а микроорганизама као микроценоза. Неретко се у литератури може срести и термин асоцијација која се јавља као синоним биоценозе.

Слика 54. Распрострањеност живота у биосфери

Биоценоза, или заједница, је група популације биљака, животиња и ми-кроорганизама. Свака популација је резултат рађања између индивидуа истих врста и заједничког живота на датом месту у датом времену. Ако се популаци-ја састоји од недовољног броја индивидуа, врсти прети изумирање због нега-тивног прираштаја или консангвинитета (једнокрвност, размножавање између сродника) на пример.


232

Постојећи процеси у ланцу исхране између различитих живих бића од-вијају се уз стално мешање минералних и органских супстанција, апсорбова-них од стране организама у њиховом расту, одржавању и репродукцији, да би коначно биле одбачене као отпад излучевинама или након изумирања. Ово стално кружење елемената (нарочито угљеника, кисеоника и азота) као и воде, назива се биогеохемијски циклус. Они гарантују дуготрајну стабилност биос-фере (када се људски утицај и феномен екстремног времена оставе са стране).

Биоценоза и њен биотоп чине два нераздвојива елемента који делујући једно на друго образују мање или више стабилан систем – екосистем. Овај на-зив за скуп живих организама у некој средини (биотоп) у којој владају еколо-шки односи увео је енглески еколог Трансли (A.G. Transley) 1911. године. Да-нас се један екосистем може дефинисати и као било која ситуација у којој пос-тоји интеракција између организама и њихове средине.

Екосистем1 је основна еколошка јединица која садржи биотичке и абио-тичке компоненте кроз које хранљиви састојци круже, а енергија протиче. Да би обезбедио кружења и протицања, екосистем мора садржати бројне из-грађене односе међу својим компонентама (земљиште, вода, хранљиви састој-ци, продуценти, конзументи, декомопозери). Функција екосистема је да пове-зује протицање енергије и кружење хранљиве материје кроз изграђене компо-ненте екосистема. Укупна количина енергије која протиче кроз систем зависи од количине коју вежу биљке или продуценти. Приликом трансфера енергије са једног на други ниво исхране долази до губитка њене значајне количине за даљи трансфер. Ово ограничава масу и број организама који се могу наћи на сваком нивоу исхране. Екосистеми нагињу зрелости. Чинећи то, они прелазе из мање комплексног у више комплексно стање у процесу званом наслеђивање (сукцесија). Ране етапе карактеришу се високим током енергије по јединици биомасе и високом продуктивношћу мреже. Касније етапе се карактеришу ни-ским протоком енергије и ниском продукцијом мреже, при чему највећи део енергије одлази на одржавање система. Када се један екосистем искоришћава и када се ово искоришћавање одржава, зрелост екосистема опада. Основна функционална јединица екосистема је популација. Она игра посебну улогу у протицању енергије и кружењу хранљивих материја. Средина и количина ве-зивања енергије у сваком екосистему је ограничена. Када популација достиже границе одређене за дати екосистем, њен број се мора стабилизовати или опа- 1 Неки аутори користе термин биогеоценоза (bios-живот, geo-земља, cenos-заједни-ца) и дефинишу га као свеукупност једнородних природних појава (атмосфера, ми-нерали, биљни, животињски свет и микросвет, земљиште и хидролошки услови) на извесном делу Земљине површине

6. БИОСФЕРА

233

дати због болести, гладовања, смањене репродукције, итд. Промене и флукту-ације у средини (искоришћавање, компетиција, и др.) представљају селектив-ни притисак на популацију. Разноврсност врста повезана је са физичком сре-дином. Средина са комплекснијом вертикалном структуром генерално узевши садржи више врста од једне једноставније структуре. Шумски екосистем ће садржавати више врста од ливадског, а тропски систем садржаће више од уме-реног или арктичког система. Екосистем има историјски аспект, садашњост је повезана са прошлошћу, а будућност са садашњошћу.

Унутар екосистема врсте су повезане и зависне једна од друге у ланцу исхране, и измењују енергију и материју између себе и са својом средином. Концепт једног екосистема може се применити на јединице променљиве ве-личине, на рибњак, на поље. Јединица мање величине зове се микроекосистем. На пример, екосистем може бити стена и сав живот испод ње. Мезоекосистем може бити шума, а макроекосистем цео екорегион са његовом вододелницом.

Екосистеми нису изоловани једни од других, већ су међусобно повеза-ни. Ова повезаност екосистема води до концепта великих заједница познатих као биоми. Биом је дакле, хомогена еколошка формација која постоји преко огромне области као што су на пример, тундра или степа. У њему су груписа-ни слични екосистеми.

Увођењем ових термина биосфера, која је првобитно дефинисана као омотач Земље у коме се одвија живот, се може сматрати као свеукупност ве-ликог броја екосистема и биома сједињених у један јединствени биолошки организациони систем који представља врхунско јединство живе и неживе природе. Биосфера укључује све биоме Земље – сва места где је могућ живот – од високих планина до океанских дубина.

Основу динамичке равнотеже и постојаност биосфере обезбеђују кру-жење материје и одговарајуће енергетске трансформације. У биосфери Сунче-ва енергија1 непрестано протиче, што значи да се увек нове и нове количине светлосне енергије укључују у њу, да би је на крају у виду топлотне енергије напустиле расејавајући се у космичком пространству. И тако непрестано, од постанка живота и према проценама још најмање 11 милијарди година истим интензитетом.

Протицање енергије има праволинијски једносмеран карактер за разли-ку од кружења супстанције које има карактер цикличног кретања, у виду зат-вореног круга будући да је увек у питању кружење једне исте супстанције

1 Сунчево зрачење које делује директно и индиректно на све биотичке и абиотичке компоненте система, фундаменталан је абиотички фактор ванземаљског порекла.


234

(слика 55). Да то није тако, веома ограничене количине неорганске супстанци-је које су на Земљи на располагању живим бићима утрошиле би се веома брзо.

Слика 55. Елтонова еколошка пирамида

Сложеност биогеохемијских циклуса се посебно повећава тиме што јед-на иста материја може, у току дужег времена, да кружи кроз више екосистема тако да се тиме у највећој могућој мери обједињује и биосфера у целини. С друге стране, како процеси који се одвијају у биосфери не разликују природне супстанције од накнадно унетих, загађујућих, њихове последице могу се ис-пољити у бројним међусобно битно различитим екосистемима, због чега је, поред осталих разлога, исте тешко сагледати.

Говорећи о биосфери незаобилазно је споменути биодиверзитет с обзи-ром на то да се ради о двема нераздвојним карактеристикама Земље. Ако се биосфера дефинише као сфера живота, биодиверзитет је њена разноликост.

6. БИОСФЕРА

235

Сферу можемо претставити као контејнер док је разноликост његов садржај. Ова разноврсност изражава у исто време еколошки ниво (екосистем), ниво популације (интраспецифична разноврсност) и ниво врста (специфични дивер-зитет). Биосфера садржи велике количине елемената као што су угљеник, азот и кисеоник. Други елементи као што су фосфор, калцијум, натријум су такође есенцијални елементи. На нивоу екосистема и биосфере, постоји непрестано кружење свих ових елемената, наизменично између минералног стања и ор-ганског стања. Док је унос геотермалне енергије мали, главни извор функцио-нисања екосистема је сунчева енергија.

Иако је биосфера прилично распрострањен термин, према неким ауто-рима она је тек компонента екосфере која се дефинише као човекова животна средина, природни оквир у коме сва жива бића живе и делују многоструко повезана узајамним утицајима. Иако је неоспорна доминантна улога човека, многи сматрају да је животна средина заједничка за сва жива бића, те не може носити одредницу човекова.

Поред биосфере, посебним елементом екосфере сматра се техносфера под којом се подразумева свет људских изума и створених материјалних вред-ности.

Техносферу чине: а. људска насеља (градови, села) и њихови делови (куће, улице, мостови,

паркови, споменици); б. пратећа инфраструктура (енергетски, саобраћајни, комуникациони, во-

доводни, канализациони, рекреациони, мелиорациони и други системи); в. разни употребни предмети за задовољење људских потреба, жеља и

прохтева у исхрани, одевању, домаћинству, луксузу, хигијени, произ-водњи, спорту.

У литератури се јавља и термин антропосфера који се дефинише као део Земљине површине коју насељава човек, односно као део социосфере која обухвата човечанство као свеукупност индивидуа.

Интензиван развој техногенезе, као процеса техничке (геолошке) делат-ности човека утицао је на вишеструко појачање у интензитету и дубини инте-ракције човека и животне средине на рачун пораста потребе и њиховог задо-вољавања техничким средствима. Заједно са демографском експлозијом и ло-кализацијом области интеракције ово је допринело томе, да улога човека у еволуцији планете напусти оквире биолошке врсте.

Друга важна особина техногенезе је њен интензиван развој темпом који значајно превазилази брзину промене природних услова на Земљи.


236

С друге стране, брза техногенеза, непропорционална измена појединих компонената система, доводи до деформације комплекса природних процеса усмерених на уравнотежавање промена. Ово уравнотежавање често се одвија неочекиваним и нежељеним процесима или појавом услова (нове структуре система) непријатних за човека.

Реакције Земље на дејство човека које се данас уочавају тек су прве на-јаве престројавања структуре планете усмерене на уравнотежавање новог тех-ногеног фактора техногенезе. И још није познато какво ће место припасти човеку у новом избалансираном систему и да ли ће оно тамо уопште бити.

5.1. ЛАНЦИ ИСХРАНЕ Ланац исхране чине различите категорије хијерархијски повезаних ор-

ганизама који се према својој улози могу сврстати у следеће групе: 1. Продуценти (произвођачи) – аутотрофни организми који из неорганске

производе органску материју. У биосфери су основни продуценти зеле-не биљке. Ови организми храну производе како за себе тако и за све ос-тале хетеротрофне организме, омогућавајући на тај начин живот и оп-станак биоценозе и биосфере у целини.

2. Конзументи (потрошачи) – хетеротрофни организми који се хране на рачун аутотрофних. Деле се на три групе: а) конзументи првог реда који се непосредно хране продуцентима. То

су биљоједе животиње, које се хране биљним ткивима, на пример риба која се храни алгама, али и биљни и животињски паразити зе-лених биљка који не нарушавају интегритет свог домаћина и већи-ном га не убијају;

б) конзументи другог реда су месоједе животиње, које се хране биљо-једим животињама односно конзументима првог реда (припадају им и лешинари);

в) конзументи трећег реда, хране се конзументима другог реда; то су месоједе животиње које се хране месоједим животињама. Припадају им грабљивице и паразити животиња.

3. Редуценти (разлагачи), хетеротрофни организми који се хране леше-вима или екскрементима, односно одбаченим деловима живих бића, ра-злажући их до почетних простих неорганских (минералних) материја. Редуцентима припадају сапрофитни организми: различите бактерије, гљиве и неке животиње. У зависности од односа међу наведеним трофичким групама као и одго-

варајућег учешћа њихових представника у тим односима ланци исхране се деле на:

6. БИОСФЕРА

237

1. ланце грабљивица који почињу продуцентима, настављају биљоједима, затим грабљивицама које једу биљоједе и грабљивицама које једу прет-ходне грабљивице;

2. ланце паразита који, насупрот претходним почињу крупним организми-ма и настављају се мањим (паразит мале величине може паразитирати на великим организмима);

3. ланце сапрофита који почињу неживом органском материјом и нас-тављају најчешће микроскопским сапрофитним организмима.

Ланац исхране на примеру шумског екосистема дат је на слици 56.

Слика 56. Ланац исхране на примеру шумског екосистема: 1–Зелене биљке; 2–Биљоједи (конзументи првог реда); 3–Месоједи (конзументи другог реда); 4–

Конзументи трећег реда; 5–Редуценти

Због чињенице да се већина потрошача храни различитом врстом хране односи исхране у биоценози су изузетно сложени. Добро је наиме познато да су једни те исти организми укључени у више ланаца исхране. Пошто једна ис-та врста организама може представљати карику у већем броју ланаца исхране, многобројни ланци исхране у једном истом екосистему се преплићу међу со-бом и чине сложену трофичку мрежу. Због оваквих односа се и загађујућа супстанција из исте средине (на пример органохлорни инсектицид из земљиш-та) преко заједничких чланова преноси кроз два или више ланаца исхране. Примера ради, кишном глистом се храни слепић, а њиме јеж, али се кишном


238

глистом храни и кос, а њиме птице грабљивице, чиме се ствара могућност да загађујућа супстанција из земљишта акумулирана у организму кишне глисте доспе у различите ланце исхране.

У случају крупне промене у броју организама у некој од карика долази до промена бројности организама и у другим карикама ланца исхране. При томе се јављају крајности од премножености до веома малог броја, па до скоро изумирања, што доводи до скраћивања ланца исхране.

Ланци исхране нису само градивни материјал него и погонска снага у биоценози јер се само један део материје користи у изградњи, док се други троши у животним процесима. Загађивањем животне средине долази до мо-дификација ланаца исхране, многе везе у њима се укидају и животна заједница трпи значајне промене које могу довести до њеног изумирања. Као типичан пример дејства загађујуће супстанције на ланац исхране може се навести сле-дећи. ДДТ је на Борнеу употребљаван за уништавање комараца. Мали гуште-ри, који су живели у кући хранили су се комарцима па су почели да изумиру пошто су се хранили инсектима затрованим ДДТ-јем. Слаби, отровани гуште-ри постајали су лак плен кућним мачкама које су такође почеле да изумиру. Пошто је популација мачака смањена порасла је популација пацова и то у об-ласти погодној за појаву куге. Борнео је почео да увози мачке.

239

6. УГРОЖАВАЊЕ ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ

6.1. ЧОВЕК И ЖИВОТНА СРЕДИНА – НАРУШАВАЊЕ ПРИРОДНЕ РАВНОТЕЖЕ Јављају се јасни наговештаји да су људи недовољно промишљеним де-

ловањем довели своју животну средину на границу прихватљивог оптерећења. Последице се већ осећају. У XX веку, у коме је човек досегао до других небес-ких тела, дошло је до нестанка десетина животињских и птичијих врста, изу-мирања живог света у бројним рекама и језерима, смањивања површина под шумама и повећавања пустиња. Минералне сировине се експлоатишу таквим интензитетом, да се за многе трајање постојећих залиха процењује на мање од 50 година (видети стр. 194). Неке активности потенцијално угрожавају сам опстанак живота на Земљи. Утицај додатног загревања Земље и разарање озонског омотача могу, ако се остваре најнеповољнија предвиђања, озбиљно да угрозе биолошки свет наше планете. Шта треба да се ради да би се избегле неповољне варијанте? Људи нису од данас почели бригу за своју животну сре-дину. Тако се налази податак да је енглески краљ Едвард I својим указом прве године своје владавине 1273. запретио смртном казном свима који би у Лон-дону за загревање користили угаљ. Хроничари тог времена су забележили да је у престоници Енглеске 1306. године један од становника заиста и погубљен као злочинац јер је, како стоји у пресуди „сагоревао угаљ у граду и загађивао ваздух.”

Да ли би одустајање од нових енергетских објеката, аутомобила или хе-мијских фабрика било решење еколошких проблема? Цена одустајања од ин-дустријског развоја може бити исто толико велика као и цена настављања до-садашњим начином и интензитетом. Сви су угрожени ако привредне активно-сти деградирају животну средину, али је јасно да садашње и будуће генерације могу да задовоље своје потребе само путем економског развоја. Одавде се на-меће закључак да економски раст мора да плати еколошку заштиту. Због тога све више они који се баве заштитом животне средине заговарају прихватање опције одрживог развоја, која се залаже за усклађивање развоја са могућнос-тима средине да прихвати дато оптерећење, а да при том не претрпи трајне промене, тако да задовољавање садашњих потреба не угрози могућност буду-ћих генерација да задовоље своје сопствене потребе. Треба такође имати на


240

уму да су све сфере на Земљи међусобно повезане. Зато се дешава да супстан-ције испуштене у ваздух, у већини случајева, у првобитном или измењеном облику, депоновањем завршавају на површини копна и океана. Хлорфлуороу-гљеници (ХФУ) који се у највећој мери емитују на Северној хемисфери изази-вају разарање озонског омотача претежно изнад Јужног пола. Ово значи да не постоји сигурно место на Земљи на које би се могао склонити нуклеарни или други токсични отпад, а да при томе не буде потенцијално угрожена свака тачка на нашој планети.

Земља, њена атмосфера, хидросфера и литосфера налазе се у садашњем стању равнотеже, које се успостављало милионима година и које је одређено разменом материје и енергије између ових сфера и између планете и њеног свемирског окружења, пре свега Сунца. Ми значи живимо на планети која ра-сполаже са механизмима спремним да се суоче са природним загађујућим супстанцијама. Труљење, морски спрејеви, и вулканске ерупције годишње ос-лобађају више сумпора него сва енергетска постројења, топионице и друге индустрије у свету. Муње производе азотове оксиде као и аутомобили и инду-стрије, а дрвеће емитује угљоводонике (терпене). Милионима година компо-ненте наведених супстанција круже кроз биосферу, непрестано мењајући свој облик. Они пролазе кроз биљне и животињске организме, доспевају у мора, враћају се у земљу, да би затим поново започели своје кружење. Тако се, на пример, један исти атом кисеоника укључује у ново кружење сваких 2.000 го-дина. Наведеним природним појавама равнотежа у животној средини може бити нарушена, али убрзо природа се поново враћа свом равнотежном стању, јер поремећаји нису таквог интензитета да остављају трајне последице. Суп-станције које се природним путем уносе у Земљине сфере су природног поре-кла, равномерно се распоређују у сферама и не остављају дугорочне последи-це. Зато, када се данас говори о загађивању животне средине првенствено се мисли на последице људских активности. Може ли Земља савладати додатних 70 милиона тона сумпора колико се из вештачких извора ослобађа сваке годи-не ? Шта се дешава са биљкама које апсорбују додатне количине азотових ок-сида (NOX) које се производе и при бројним минијатурним пражњењима у ци-линдрима возила? Може ли атмосфера примити вишак CO2, метана, озона, хлорфлуороугљеника без штетних последица?

Становништво је са око једне милијарде 1800. године, достигло цифру од 2,5 милијарде 1950, а 6,5 милијарди 2006. године. Стални пораст станов-ништва, и са тим у вези нарасле потребе за енергијом, храном и развојем но-вих технологија, настављају да доносе нове и понекад неочекиване проблеме. Најочигледнији примери неочекиваних и непредвиђених последица су упот-


241

реба пестицида ДДТ као и ХФУ. Ова једињења која су у целости вештачког порекла, нису постојала у природи до пре педесетак година. Уведена као по-годна за решавање одређених потреба, показала су касније своје штетно дело-вање на живи свет и равнотежу у природи. Ови примери такође показују да релативно мале количине супстанција (глобално гледано и ДДТ и ХФУ се у природи налазе у траговима), које природа не познаје и за које нема спреман одговор, могу дугорочно нарушити природну равнотежу и угрозити опстанак појединих живих бића.

Светске индустријске активности су од 1900. године до сада повећане за око двадесет пута. Процењује се да се данас троши за једну годину онолико фосилних горива, колико је природним путем стварано за милион година. Привредни процеси су временски у несразмери са природним процесима што је најочигледније из података датих у табели 37.

Табела 37. Временско раздобље догађања значајних системских промена.

Системско подручје Временско раздобље у коме се догађају значајне системске промене (године)

Смањивање геолошких резерви 1.000.000.000 до 10.000 Биолошки развој једва 1.000.000.000 Организованији облици живота 550 × 1.000.000 Еколошки регулациони кругови 10.000 до 10 Људски организам 70 до 0 Економски процеси деценије Технички процеси 20 до 1 Политички процеси нпр. дужина законодавног периода (у већини

земаља 4 до 5 година) трајање диктатуре (0 до 40 година)

Биланс једна календарска година

Поремећаји које човек, у циљу задовољавања својих потреба, уноси у природну равнотежу често не могу довољном брзином да буду компензовани. Експлоатацијом фосилних горива људи из једног облика и једне сфере (угаљ, нафта из литосфере) убрзано премештају супстанције у други облик и друге сфере (угљеник(IV)-оксид у атмосфери). То увођење нових супстанција у сфе-ре у којима се оне или природно не налазе или се не налазе у тим количинама, често се обавља таквим интензитетом да се нова ситуација не може довољно брзо компензовати природним ефектима. Природа се нагони да заузме нова равнотежна стања, за која се не може предвидети како ће утицати на еколошке


242

системе. Повећаном садржају угљеник(IV)-оксида и других гасова који задр-жавају топлотно зрачење, атмосфера одговара климатским променама. Не по-стоје поуздана предвиђања како ће ове промене утицати на живот на Земљи. Нова физичка стања могу захтевати постојање нових биолошких стања да би се успоставила равнотежа.

Нежељене последице које човек својим утицајем изазива у природи ни-су повезане само са настајањем супстанција које су токсичне или штетне на други начин. Понекад делатности које уопште не дају никакво непосредно за-гађивање могу до те мере нарушити природну равнотежу да су последице често веома озбиљне. Пример за то су велики иригациони системи изграђени на просторима бившег Совјетског Савеза или многе бране хидроелектрана, које су довеле до промене режима подземних вода у узводним регионима, а сама акумулациона језера су постала велике депоније отпада. Да би решили проблем водоснабдевања својих јужних приморских области у Шпанији су изведени велики иригациони радови. Нове бране и акумулације подигле су ниво сланих подземних вода до кореновог система дрвећа, што је изазвало ње-гово пропадање. Враћање равнотеже у првобитно стање, ако је уопште могуће, биће скупље од изведених радова.

Са коликом пажњом човек мора да планира последице својих утицаја на природу може се илустровати непознаницом у вези реакције на додатно загре-вање Земље, због ефекта стаклене баште.

6.2. ОПШТЕ ПОСЛЕДИЦЕ ЗАГАЂИВАЊА И НАРУШАВАЊА ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ У историји наше планете еколошке кризе и катастрофе су не једном по-

тресале биосферу, носећи са собом угинуће многих живих врста и суштински мењајући састав живог света. Узрок ових катастрофа у прадавним временима, осим геолошких процеса на самој Земљи, носио је космички карактер – судар са небеским телима или промене параметара Земљине орбите и положаја осе ротације планете.

Данас су основни извори еколошке кризе људи. Међутим, негативан од-нос људи према животној средини уочен је веома рано. У IV веку нове ере у Персији (данашњем Ирану) јавља се први случај разрачунавања са природом. Тако је персијски пророк Мана тврдио да природа није божје дело него дело нечастивог, створена само да би човеку као божјем сину загорчала живот. Уп-раво због тога је по овом пророку дужност сваког паметног човека да уништа-ва природу како би се на тај начин приближио рајском насељу. Може се међутим, с правом рећи да су се номади као нека врста првих уништитеља


243

природе своје околине јавили знатно пре учења овог пророка. Наиме, они су кретали даље када је природа била исцрпљена или ако им подручје није одго-варало; простора је било довољно. За разлику од свих претходних генерација чије је деловање ипак имало локални карактер, деловање савремене генерације у условима огромног раста техничке и енергетске моћи све више поприма ре-гионални и целовит (глобални) карактер.

При разматрању дејства загађујућих супстанција на животну средину реч „средина”, када је у питању глобално загађивање односи се на планету, при загађивању комуналним отпадом на двориште, а при загађивању индус-тријским загађујућим супстанцијама (или супстанцијама чије се порекло пове-зује са саобраћајем или енергетиком), она је град и његова околина, река, и слично.

6.2.1. Просторно-временски карактер дејства загађујућих супстанција на животну средину

Уколико се природна средина посматра као структурно уређен систем који се састоји из укупности подсистема – релативно целовитих формација, може се запазити да се у њима процес загађивања развија довољно оригинално уз успостављање просторно и временски довољно стабилних веза са про-цесима који се одвијају у суседним геосистемима. Важна карактеристика про-цеса загађивања састоји се у томе што до загађивања не доводи свака антропо-гена емисија загађујућих супстанција већ само она која доводи до битних пре-стројавања структуре геосистема. У зависности од обима и брзине доспевања загађујућих супстанција, може се разликовати кумулативно и акутно за-гађивање геосистема, а у зависности од карактера престројавања геосистема – критично (делимично повратно) и катастрофално (неповратно).

Загађивања животне средине не настаје обавезно као резултат непос-редног емитовања загађујућих супстанција. Наиме, поред непосредних (гео-супстратних) загађивања треба разликовати и посредна (геосистемска) за-гађивања, настала као резултат престројавања структуре геосистема због про-мене нормалног садржаја одређених супстанција које се експлоатишу или оних чији се садржај смањује упоредо са експлоатисаним. На слици 57 прика-зани су карактер и специфичност антропогеног и природног загађивања живо-тне средине.


244

Отпаци и емисије антропогено загађивање природно загађивање

Утицај на Животну средину непосредан посредан

Дејство кумулативно акутно

Стање природног система критично

(делимично повратно) катастрофално (неповратно)

Слика 57. Карактер и типови деловања загађујућих супстанција и њихове последице по животну средину

Код анализе дејства загађујућих супстанција неопходно је имати у виду следеће:

1. свако антропогено оптерећење животне средине изазива измене у њој; 2. сваку од ових измена треба разматрати као импулс послат у животну

средину; 3. природни системи реагују на импулсе – убрзава се или успорава реорга-

низација њихове структуре, а понекад настају нове до тада непознате измене, тј. секундарни ефекти;

4. секундарни ефекти са своје стране проузрокују нове измене, тј. дати ма-теријални или енергетски импулс изазива цео низ реакција;

5. трајање импулса и њихов збирни ефекат који доводи до измена у наред-ној фази развоја, или до достизања критичних величина, од важног су значаја за прогнозу наредних утицаја. Сви наведени чиниоци усложњавају антропогено оптерећење животне

средине. Разматрајући утицај загађујућих супстанција на састав природних система, потребно је нарочиту пажњу обратити на чинилац време, управо на :

– непосредан утицај у датом моменту; – оцену утицаја за неки пројектовани период; – прогнозу утицаја на дугорочни период који излази из оквира пројекто-

ваног; – оцену могућег утицаја резултата и последица загађења који се могу од-

разити у будућности, после периода дугорочне прогнозе у тзв. постпро-гнозном периоду. Овај период се јавља као најсложенија етапа за оцену утицаја загађујућих супстанција на животну средину, с обзиром на то да је тешко узети у обзир могуће неочекиване измене структуре природних система у тако дугом периоду.


245

Просторно-временски чинилац неопходно је узети у обзир још у фази разраде стратегије одлагања отпадака и предупређењу последица емисије за-гађујућих супстанција у биосферу. Деловање појединих врста загађивања у простору и времену приказано је на слици 58.

Слика 58. Просторно-временско дејство отпадака и емисија супстанција

на животну средину

1–Чврсти отпаци; 2–Загађивање животних намирница; 3–Загађивање река и при-обалних зона мора; 4–Таложења радиоактивних супстанција; 5–Загађивање атмо-

сфере при лету авиона са реактивним мотором

Анализирајући график приказан на слици 58 може се закључити, да на-гомилавање чврстих отпадака није толико просторно велико али је временски веома дуготрајно. Време и простор свакодневне делатности човека у близини куће и у њеној непосредној околини изражено је правоугаоником у левом до-њем углу графика. Предео који се налази у овом просторно-временски огра-ниченом оквиру, неретко може бити изложен деловању загађујућих супстан-ција насталих ван овог простора. Одређени облици загађења распростиру се


246

брже од других, као што се једни премештају на већа растојања од других. Учешће ових чинилаца има велики значај при планирању мера заштите живо-тне средине.

Премештање загађујућих супстанција у простору и њихово нагомила-вање у току дужег временског интервала често повећава опасност од њиховог дејства. Премештање људи из једне средине у другу и превоз производа и от-падака из једне области у другу, повећавају неконтролисану емисију у разним облицима, и скоро на све стране. Међутим, чинилац времена и растојања може снижавати, задржавати или ограничавати распростирање штетних деловања. Узимање у обзир ових чинилаца даје могућност предвиђања мера заштите од загађивања, путем прекидања њиховог деловања или ограничавања у просто-ру. Поред тога, оцена просторно-временског учинка одређених делатности омогућава опредељење за ниво остварења мера за неутрализацију поремећаја, насталих емисијом загађујућих супстанција.

Као најсложенији проблем јавља се процена просторно-временског дејс-тва на животну средину одређеног технолошког процеса или индустрије у це-лини. Карактер и правац деловања техногене делатности на животну средину у целини узевши одређено је производним процесима, технолошким нивоом или специфичностима производње везаним за добијање и прераду одређених сировина.

У основним цртама просторно-временско деловање може се свести на следеће: 1) трајно узимање из природе основних сировина на којима почива одређена производња обично доводи до повратног или неповратног деловања на животну средину; 2) ограниченост у просторном деловању на животну сре-дину везана је за уоквирење производње на одређеној територији; 3) распрос-тирање деловања како на површинску тако и на подземну територију; 4) огра-ниченост времена утицаја на животну средину, што је углавном везано са уса-вршавањем технолошког процеса.

6.2.2. Последице загађивања атмосфере (хемијским супстанцијама)

Загађивање ваздуха и средине у контакту с њим, праћено је мно-гобројним негативним последицама. Као најнегативнија последица загађивања ваздуха јавља се штета која се наноси човеку, животињским и биљним врста-ма. Штетно дејство загађујућих супстанција ваздуха данас се у модерним гра-довима сматра чиниоцем који непрекидно испољава дејство на здравље људи. По димензијама захвата човечанства оно превазилази епидемије инфективних болести.


247

Многобројна истраживања показују да интензивно деловање људи, и због тога повећана емисија загађујућих супстанција, може довести до измене планетарне атмосфере.

Већ дужи низ година бројни стручњаци с правом указују на климатске и хидролошке последице загађивања атмосфере.

Неке загађујуће супстанције као што је већ напоменуто доприносе раза-рању изузетно значајног озонског омотача, што може имати озбиљне вишес-труке последице, друге се хемијским и фотохемијским процесима трансфор-мишу уз настајање фотооксиданата, киселих киша и магли који озбиљне пос-ледице наносе биљном покривачу, ихтиофауни али и материјалним добрима и културној баштини, док треће нагомилавањем стварају заштитни слој око зе-мљине кугле што може у блиској будућности бити узрок суштинских климат-ских промена (ефекат стаклене баште). Проблем киселих киша је међуна-родних димензија, с обзиром на то да се загађујуће супстанције захваћене ваз-душним струјањима за веома кратко време преносе преко многих државних граница.

6.2.3. Последице загађивања хидросфере (хемијским супстанцијама)

Имајући у виду начине доспевања загађујућих супстанција у хидро-сферу, степен њеног загађивања зависи како од врсте загађујуће супстанције тако и од физичко-географских карактеристика дате средине, карактера хид-рометеоролошких услова, а такође и од типа хидролошке везе површинских и подземних вода.

Дејство загађујућих супстанција на воде је вишеструко и приказано је на слици 59. Под дејством загађујућих супстанција у водама долази до при-марних, секундарних и терцијарних промена. Примарне промене настају при непосредном дејству загађујућих супстанција и изражавају се изменама фи-зичкохемијских и биолошких особина вода, њеног састава, температуре, гас-ног режима и других услова везаних за живот водених организама. Ове про-мене се надаље појачавају сложеним секундарним променама, насталим при међусобној реакцији загађујућих супстанција или са основним састојцима во-де, при чему долази до образовања нових супстанција, које штетно делују на водене организме. При томе може доћи до труљења и врења органских седи-мената с образовањем токсичних супстанција, појачања или слабљења мине-рализације вода, биохемијских процеса у водама и земљиштима, као и самоп-речишћавања вода. Све наведено доводи до погоршања хидрохемијског ре-жима вода и услова живота водених организама.


248

ЗАГАЂИВАЊЕ ВОДА НЕПОСРЕДНО ПОСРЕДНО

примарне промене секундарне промене терцијарне промене физичкохемијске осо-бине воде

биолошке особине воде

гасни режим

температура

састав воде

труљење и врење седимена-та с образовањем токсичних супстанција

слабљење процеса самоп-речишћавања у води

минерализација

слабљење биохемијских процеса у води и земљишту

нарушавање узајамне везе риба и других водених организама

нарушавање односа међу организмима

снижавање биолошке про-дуктивности вода

распад биоценоза

Слика 59. Утицај загађујућих супстанција на воде и водене организме

На тај начин се примарне и секундарне промене испољавају на абио-тичку средину свих еколошких група водених организама, од протозоа до ри-ба. Као резултат овога јављају се терцијарне промене, које се огледају у нару-шавању сложених комплекса реакција риба и других водених организама са спољашњом средином и односа међу самим организмима, при чему може до-ћи до нарушавања животног циклуса њиховог развоја. Услед изумирања осе-тљивих организама на загађивање и њиховом заменом отпорнијима може доћи до распадања биоценоза. Све то обично доводи до снижавања биолошке про-дуктивности вода, а временом и до уништавања рибљег фонда.

Осим наведених последица по организме који живе у водама, загађи-вање воде доприноси погоршању њеног физичкохемијског и биолошког ква-литета, чиме се губе многи драгоцени извори водоснабдевања, односно долази до повећања трошкова производње воде за пиће и за индустријске потребе.

Загађивање морских пространстава, поготову нафтом, и смањена проду-ктивност фитопланктона нема само озбиљне економске последице због сма-њења изловљавања организама који се користи у исхрани, већ значајно утиче и на смањење продукције кисеоника.

6.2.4. Последице деградације и загађивања тла (хемијским супстанцијама)

Литосфера (поготову њен површински слој – тло) која поред хидросфе-ре и атмосфере представља компоненту биосфере, изложена је свакодневним деградацијама и загађењима, како непосредним тако и посредним, преко вода и ваздуха. Како се ради о чврстој компоненти, која је за разлику од друге две поменуте везана за једно место, загађујуће супстанције које у њу доспевају


249

(поготову оне нерастворне у води) се ту нагомилавају због чега представљају реалну опасност за живи свет. И док покретљивост и кружење ваздуха и воде (изузев, пре свега, стајаћих вода мале запремине), односно њихових компо-ненти, омогућава разблаживање и пречишћавање то код тла није случај, мада до извесних смањивања концентрација загађујућих супстанција долази њихо-вим испирањем атмосферским падавинама ( приликом чега супстанције из тла доспевају у подземне воде), односно активношћу микроорганизама. Деграда-ција и загађивање тла, имајући у виду његов изузетан значај у производњи на-мирница биљног1 , а посредно и животињског порекла, заслужују посебно ин-тересовање, нарочито када се има у виду да од укупне површине Земље повр-шина копна од око 15 милијарди хектара чини свега око једну трећину. Од ове површине шуме заузимају 28%, пустиње, глечери, насељена места и други де-лови са слабо присутним земљишним покривачем 45%, пашњаци 17% , обра-диве површине 10%, а иста је и површина погодна али економски нерентабил-на за пољопривредну производњу. Према томе, може се рећи да се људи пре-храњују са око 1.450 милиона хектара због чега се ова површина мора бриж-љиво чувати.2

Тло представља сложени природни систем у коме под дејством живих организама и других фактора долази до стварања и разлагања сложених ор-ганских супстанција. Минералне супстанције из тла извлаче биљке, уграђују их у састав одговарајућих органских супстанција, а ланцем исхране доспевају и у организме животиња и људи. После угинућа живих организама њихови остаци доспевају у тло, где се под дејством микроорганизама, као резултат сложених вишестепених процеса разлагања, претварају у облике доступне за неке друге биљке.3

1 Чак је и у XVII веку у европској литератури владало мишљење да је главни извор хранљивих материја неопходних биљкама-вода, а да земљиште служи за смештај кореновог система и за придржавање биљака у вертикалном положају. Први је на праву улогу тла у снабдевању биљака храном (солима) указао француски научник Б.Палиси а исто су нешто касније експериментално потврдили Глаубер, Вудворд и други. 2 У данашње време обрадиве површине дају 88% енергије коју људи уносе храном, око 10% енергије људи добијају из природних извора (шуме, пашњаци) а око 2% из мора и океана. 3 Немачки еколог Швабе истиче да тло на коме стојимо, на коме градимо или шуме и поља која сејемо, јесте гробље оног што је некад било, а истовремено и колевка бу-дућег живота. Сваким дахом и сваком кришком хлеба, трошимо оно што су нам бројни организми омогућили.


250

Убирањем плодова човек из тла извлачи и значајне количине минерал-них и органских супстанција, чиме се оно знатно осиромашује. Из тих разлога неопходно је систематски попуњавати резерве ових елемената у тлу, уноше-њем ђубрива. Обрада земљишта и ђубрење, заједно узевши, повећавају његову плодност и у суштини, краткорочно, са аспекта производње хране посматрано, представљају позитивно деловање, за разлику од оних активности које допри-носе погоршању квалитета, деградацији и изумирању тла.

Као посебно штетна деловања људи на тло треба у првом реду навести ерозију, латеризацију, клизање и загађивање.

Под ерозијом1 подразумева се процес нарушавања структуре и одноше-ња земљишног покривача ветром и водом.

Једна од основних стрепњи због неконтролисаног крчења шума усме-рена је на могућност повећања латеризације тла у тропским пределима, под којом се подразумева настајање очврслих наслага које у високом проценту садрже оксиде гвожђа и алуминијума и које настају на местима ерозије.

Клизање земљишта се због често катастрофалних последица које настају померањем неколико милиона кубних метара земљишта, и огромних маса сте-на, на површини од више хектара, сврстава у елементарне непогоде.

Загађивање тла врши се из бројних извора, и може се рећи да, без обзира на агрегатно стање загађујућих супстанцијa, све оне пре или касније, у мањој или већој мери, доспевају на и у земљиште, задржавајући се у њему краће или дуже време. Неповољан утицај на земљиште испољавају отровни гасовити, течни и чврсти индустријски отпаци. У околини индустријских постројења је, у хумусном слоју, садржај тешких метала и до десет хиљада пута већи од при-родног.

За загађивање тла посебно су значајни пољопривредни радови, односно употреба вештачких ђубрива и пестицидa као загађујућих супстанција. С об-зиром на то да се данас углавном примењују вештачка ђубрива која хидроли-зују кисело (амонијумнитрат и сулфат), може се очекивати да ће земљиште постепено постајати све киселије. Промена pH вредности може довести до смањења садржаја калцијума и магнезијума и до растварања и апсорпције и неких штетних микроелемената, што може имати негативно дејство најпре на биљке, а преко њих и на човека и животиње. Посебан проблем налази се у чињеници да биљке искоришћавају само део унетог ђубрива, док се остатак везује за тло или односи подземним и површинским водама.

1 од латинске речи erodere – разједати, односити, скидати


251

Могућност нагомилавања пестицида у земљишту одређена је условима њихове примене (норме утрошка, дужина примене), стабилношћу и раствор-љивошћу препарата, типом земљишта, pH вредношћу, температуром и влаж-ношћу, итд. У музеју пољопривреде у Паризу налази се еталон најплоднијих земљишта у свету. Он је узет из области Рамон у околини Вороњежа, односно из долине реке Дон. Данас је у том најквалитетнијем и најплоднијем земљиш-ту на свету, нађено преко 100 различитих пестицида, што јасно говори о проб-лемима загађивања овим загађујућим супстанцијама.

До загађивања великих површина земљишта може доћи и путем за-гађених вода из система за наводњавање. Вода употребљена за наводњавање задржава се у земљишту, одакле њен знатан део испари, било непосредно са површине било преко биљака које на њој расту. Због тога се повећава садржај минералних материја у преосталој води и земљишту. Са новим количинама загађених вода у земљиште доспевају и нове количине минералних материја и земљиште се постепено претвара у слано.

6.2.5. Последице деловања загађујућих супстанција на човека, животиње и биљке

У данашње време не постоји скоро ни једна човекова активност која не-посредно или посредно не доприноси утицају хемијских супстанција на живе организме – људе, животиње и биљке. Такође је значајан и број оних делатно-сти које доводе до ослобађања биолошких агенаса, као и емитовања јонизују-ћих и нејонизујућих зрачења, чије је штетно дејство такође добро познато.

Сва деловања загађујућих супстанција, смањивање биљног покривача Земље, климатске измене, измене у саставу одговарајућих сфера на Земљи, промене броја живих врста као и измене у њиховим организмима, измене у интензитету зрачења и низ других деловања могу да доведу до следећих кључних последица:

1. Угрожавању живота на планети Земљи, чему ће допринети вероватно и могуће смањење садржаја кисеоника у атмосфери.

2. Угрожавању опстанка појединих врста живих организама, а посредно и других који од њих зависе.

3. Генетске измене код живих врста, посебно код човека, које могу да до-веду до нестанка људске врсте као интелигентне и данас владајуће.

4. Отежавању и угрожавању живота појединаца и одговарајућих група. 5. Непосредном и брзом негативном деловању на појединце или уже гру-

пације.


252

Све наведене последице су резултат спрезања великог броја мањих или већих измена на Земљи, а које својим деловањем чини човек, вршећи за-гађивање животне средине и трајно мењајући њен састав и услове који у њој омогућавају природну равнотежу. У табели 38 дати су губици у биљном и жи-вотињском свету од 1600. године до данашњих дана.

Табела 38. Губици у биљном и животињском свету (удео, %) Ишчезло Угрожено

више биљке 384 (0,15%) 18.699 (7,4%) рибе 23 (0,12%) 320 (1,6%) амфибије 2 (0,05%) 48 (1,1%) рептили 21 (0,33%) 1.355 (21,5%) птице 113 (1,23%) 924 (10,0%) сисари 83 (1,99%) 414 (10,0%)

Нарушено јединство организама и животне средине носи са собом пос-ледице различите тежине. При грубом нарушавању равнотеже организама са животном средином развијају се обољења са израженом хемијском етио-логијом – тровања (акутна, субакутна, хронична). При слабом нарушавању наведене равнотеже јављају се неспецифична – препатолошка – стања, која су сама по себи повратна, међутим могу бити услов за развој опште патологије, и у том смислу неповратна. Тако је познато, да снижавање општег имунитета под дејством микроколичина хемијских супстанција може допринети како не-повољном току инфекције, тако и нарушавању процеса регенерације, што мо-же имати различите штетне последице.

Иако систематска истраживања о дејству загађујуђих супстанција на природну фауну нису извршена на задовољавајућем нивоу, може се закључити да дејство није увек слично деловању на човека због постојећих анатомских разлика и различитих физиолошких и биохемијских реакција.

Непосредна штетна дејства на флору највише се манифестују у пољоп-ривреди и шумарству, и највећим делом су везана за емисију сумпордиоксида и настајање оксиданата. Осим оштећења шума, промењени услови битно утичу и на подизање нових. Поред загађеног земљишта и ваздуха у индустриј-ским областима, штетно деловање на биљке испољавају и загађујуће супстан-ције урбаних средина. Тако, на пример, брест у шумама живи до 300 година, а у граду је његов век краћи од људског и износи свега 45 година. Осим непос-редних утицаја јављају се и секундарне последице које се огледају у смањеној отпорности биљака према мразевима и разним штеточинама.


253

Дејство хемијских загађујућих супстанција зависи од низа чинилаца као што су: физичкохемијске и токсиколошке особине, димензија честица (када је реч о прашини), концентрација, дужина деловања (експозиција) и начин про-дирања у организам.

6.2.5.1. Физичкохемијске и токсиколошке особине Одређене хемијске супстанције испољавају специфично дејство на поје-

дине органе. Олово и бензeн на пример, делују на крв; трихлоретилен и друга слична једињења првенствено на мозак; угљентетрахлорид и винилхлорид оштећују јетру; β-нафтиламин или бензидин делују на урогенитални систем, итд.

6.2.5.2. Димензија честица Крупније честице таложе се у горњим дисајним путевима и само

честице мање од 5 µm поседују способност дубљег продирања и доспевања у плућне алвеоле. Чињеница да ситне честице носе на својој површини сорбо-ване гасове омогућава да сумпордиоксид доспе дубље у плућа; без кинетичког дејства он би се релативно лако издахнуо из горњих дисајних путева.

6.2.5.3. Концентрација Што се већа количина хемијских супстанција налази у контакту са жи-

вим организмом то је већа могућност појаве штетних ефеката, иако у неким ситуацијама на поједине супстанције посебно осетљиви организми реагују и при њиховим веома ниским концентрацијама.

6.2.5.4. Дужина деловања (експозиције) Што су организми дуже у контакту са хемијским супстанцијама то је

њихово дејство више изражено. Неки стандарди који су одређени у циљу очувања здравља прописани су и дати у функцији концентрације и времена изложености дејству штетних материја.

6.2.5.5. Начин продирања у организам Загађујуће супстанције у организме људи и животиња доспевају респи-

раторним путем, преко коже и пробавног тракта односно преко стома и коре-новим системом код биљака.

Дејство загађујућих супстанција животне средине пре свега на органи-зам човека, може се класификовати као: надражујуће, фиброгено, алергијско, деловање на кожу, токсично, мутагено, канцерогено и ембриотропно.


254

6.2.5.6. Надражујуће дејство Многе супстанције надражују очи, нос, горње дисајне путеве, плућа или

кожу. Неке од њих као амонијак или формалдехид – испољавају снажно над-ражајно дејство изазивајући сузе, кашаљ, непријатан осећај у носу и грудима, али не наносе трајне последице. Друге, као на пример азотови оксиди, непос-редно после продирања у организам испољавају незнатна дејства, али за рела-тивно кратко време (после 12 часова од уношења) проузрокују озбиљна, и често фатална, оштећења плућа. Између ове две крајности, налазе се сви други облици надражаја, при чему ефикасност дејства загађујућих супстанција зави-си, поред природе, и од концентрације и времена изложености организама њи-ховом дејству.

6.2.5.7. Фиброгено дејство Многи облици прашине – угљена, азбестна – изазивају фиброзу (мале

ране на плућима). Напредовање овог облика оштећења (пнеумокониоза) збива се полако и неприметно, и може да траје годинама. Главни симптоми болести су отежано дисање, које постепено постаје веома драматично. Пнеумокониоза је озбиљна болест, од које годишње у свету умире неколико хиљада људи. Не-ки облици прашине, додуше, не изазивају фиброзу, али могу да изазову озби-љно обољење плућа (бисинозу).

6.2.5.8. Алергијско дејство Последњих година постигнут је значајан напредак у проучавању алер-

гијских реакција, дефинисањем четири различита типа алергена.1 У загађеној животној средини налазе се многи алергени. Они у организам продиру удиса-њем (пнеумоалергени), намирницама (алиментарни алергени) или контактом (дерматоалергени). Исто тако сензибилизацију организма могу изазвати и фармакоалергени и емоционални чиниоци.

6.2.5.9. Деловање на кожу Загађујуће супстанције животне средине нису посебно значајне у погле-

ду деловања на кожу. Међутим, кожа је део тела који је највише изложен дејс-тву индустријских препарата, те се индустријски дерматитис јавља као нај-чешће професионално обољење. Обољења коже изазива читав низ супстанција као што су киселине или базе, растварачи или детерџенти којима се удаљава нечистоћа или боја са коже али уједно и њена природна маст која има заштит- 1 Све алергијске реакције настају због реакција антитела и антигена који су везани за ћелију, па чак и интерцелуларно. Алергични антигени називају се алергени.


255

ну функцију. Професионалне кожне болести нису заразне, оне не угрожавају живот, али им лечење може бити веома отежано.

6.2.5.10. Токсично дејство Тровање (интоксикација) је такво болесно (патолошко) стање које нас-

таје услед доспевања отрова у организам. Отровима се називају супстанције које при доспевању у организам различитим путевима (преко органа за диса-ње, коже, дигестивног тракта) у одређеним, малим количинама или концен-трацијама могу за краће или дуже време хемијским, физичкохемијским или физичким дејством изазвати нарушавања његових животних активности, која под одређеним условима могу прећи у болесна стања, т.ј. отровања. Облици тровања зависе од времена изложености (експозиције) токсичној супстанцији и апсорбоване количине отрове. У односу на појаву токсичног дејства и њего-во одвијање могу се разликовати следећи облици тровања:

1. Акутно тровање: настаје при једнократном уношењу велике дозе ток-сичне супстанције (у периоду мањем од 24 часа) и карактерише се раз-војем тровања од неколико минута до максимално једног дана. Тежина тровања зависи од количине отрова доспелог у организам и у просеку је праћено оштећењем једног или више животно важних физиолошких процеса.

2. Субакутно тровање: настаје при вишеструком уношењу доза мањих (у периоду до месец дана) од оних која проузрокују акутно тровање. Кон-тинуално доспеле мање дозе организам није у стању да елиминише од-носно разложи, одбрамбени организам се исцрпљује и долази до развоја типичног облика тровања.

3. Субхронично тровање настаје при поновљеном уношењу мањих доза у периоду од једног до три месеца.

4. Хронично тровање: тачка напада и симптоми овог тровања разликују се како од симптома акутних тако и субакутних тровања. Тако, на пример, акутно тровање арсеном узрокује пролив праћен грчевима у стомаку док у случају хроничног тровања долази до оштећења нервног система. За развој хроничног тровања потребни су месеци или године и због рет-ко карактеристичних симптома пре побуђују сумњу на неку класичну болест него на тровање. До хроничног тровања првенствено долази у случају уношења отрова (у периоду дужем од 3 месеца) који поседују способност акумулације, односно када механизам за детоксикацију ор-ганизма није у стању да успостави равнотежу са континуалним уноше-њем ових отрова. При хроничном тровању се токсично дејство не ма-нифестује онако непосредно као код субакутног тровања, али се често


256

завршава истим последицама као и тровање настало једнократним уно-шењем веће дозе.

6.2.5.11. Мутагено деловање Промене организама могу се јавити као модификације и мутације. Мо-

дификације су промене изазване чиниоцима животне средине и оне се не ис-пољавају у следећој генерацији. Модификације обично имају масовни адапти-вни карактер, и важе за све представнике дате врсте подвргнуте новим усло-вима животне средине. Када ови чиниоци нестану нестаје и модификација у тој или следећој генерацији. Позитиван значај модификације налази се у чињеници да иако она није наследна, способност организма да даје такве мо-дификације изграђена у процесу еволуције, захваљујући дејству природне се-лекције, је наследна. Без ње сувише уска условљеност реакција могла би при променама животних услова довести до смрти организма. За разлику од њих, мутације, под којима се подразумевају хемијске (молекуларне) промене гена, смањивање броја или редоследа гена у хромозомима преноси се следећој ге-нерацији (наслеђује). Данас је познат читав низ видљивих мутација код биља-ка, животиња и човека. Чиниоци животне средине који могу довести до насле-дних промена изазивањем мутације гена, одговорних за све што се код живих организама јавља као урођено и наслеђено, називају се мутагенима.

6.2.5.12. Канцерогено деловање Малигне неоплазме могу се поделити у три основне групе. Прву чине

карциноми који обухватају малигна обољења епителних ћелија, другу саркоми (малигна обољења везивних ткива, костију, мишића и лимфног ткива) док трећу чине малигна обољења крвотворних органа. Будући да су карциноми најзаступљенији, процес настанка малигних обољења (рака) назива се карци-ногенеза, агенси који их изазивају јесу канцерогени агенси. Они се деле у две основне класе: ендогене (неки хормони, витамин D2, холестерол, жучне кисе-лине) и егзогене које чине хемијске супстанције, физички агенси (јонизујућа и нејонизујућа зрачења), биолошки агенси (вируси, бактерије, паразити) као и комбинација наведених канцерогена. Основно начело канцерогенезе јесте да се једна хемијска супстанција мора неповратно везати за макромолекуле ћели-ја, као што су ДНК, РНК, или протеине, да би дошло до претварања нормалне ћелије у ћелије рака.


257

6.2.5.13. Ембриотропно деловање Хемијске супстанције за време бременитости могу изазвати различите

поремећаје у развоју плода и они се условно деле на два типа ефеката: терато-гене и ембриотоксичне.

Под тератогеним дејством подразумевају се аномалије у развоју плода, проузроковане структурним, функционалним и биохемијским променама у организму мајке и плода. Истраживања указују на то да у развоју плода посто-је критични периоди у којима су поједини органи или читави системи посебно осетљиви на промену хемијских, биолошких и физичких чинилаца. У процесу тератогенезе, важна улога припада брзини којом супстанција дифундује или активно пролази кроз плаценту. Тератогено дејство приписује се неким пести-цидима, лековима, и антибиотицима.

Под ембриотоксичним дејством хемијских супстанција подразумева се интраматерична смрт плода, као и снижење тежине и димензија ембриона при нормалној диференцијацији ткива. Међу познатим ембриотоксичним супстан-цијама налазе се једињења као што су: хлоропрен, бензен, жива и њене соли, гранозан и др.

6.2.6. Токсично деловање

Токсикологија животне средине и екотоксикологија су термини који се користе за описивање штетних ефеката које загађујуће супстанције могу узро-ковати на живе организме у животној средини. Постоји тенденција да се тер-мин токсикологија животне средине употребљава само за проучавање непос-редних ефеката загађујућих супстанција на човека, а термин екотоксикологија за проучавање ефеката на екосистеме који не укључују човека, али треба на-гласити да је оваква разлика комплетно погрешно постављена. Наиме, људско биће није изоловано у животној средини: оно се налази на врху многих ланаца исхране и постоји свега неколико екосистема у које човек није укључен.

У животној средини су увек биле присутне токсичне супстанције са ко-јима је човек у току еволуције научио да живи заједно. Ово је било могуће за-хваљујући чињеници да је у људском организму временом дошло до развоја механизама за неутрализацију деловања многих штетних супстанција. Ме-ђутим, могућности овог механизма, слично другим облицима прилагођавања, су ограничене и не обухватају све токсичне супстанције.

У животној средини је данас присутан велики број потенцијално ток-сичних супстанција. Свака од њих може бити присутна у количини у којој не проузрокује штету али у интеракцији са другим хемикалијама може довести


258

до оштећења организама. Један од начина који до тога може довести јесте формирање токсичнијих деривата. То се, на пример, дешава при образовању фотохемијског смога. Под утицајем ултраљубичастог зрачења Сунца, у прису-ству кисеоника, угљоводоника и азотдиоксида долази до формирања перокси-ацетил нитрата (ПАН) који је токсичнији од сваке полазне супстанције која учествује у његовој синтези у природним условима. Чак и у случају да хеми-калије не реагују међусобно, њихови биолошки ефекти могу бити адитивни као што је случај са полихлорованим бифенилима, ДДТ-јем и диелдрином или се могу појачавати (синергизам) као што је случај са удисањем дуванског дима заједно са азбестном прашином. Међутим, постоје и ситуације када потенци-јално токсичне супстанције потиру своје ефекте (антагонизам) као што је на пример случај са селеном који редукује токсичност живе.

Поред интеракција са другим хемикалијама, потенцијално токсичне супстанције могу бити мање или више штетне у зависности од климатских услова. Насупрот већ наглашене улоге ултраљубичастог зрачења у стварању фотохемијског смога, треба нагласити и његову добру страну у деградацији многих хемикалија и уништавању микроорганизама и вируса који могу узро-ковати заразне болести. Слично томе, повећана температура и Сунчева свет-лост може дати комбиноване ефекте. С једне стране то доприноси дисперзији испарљивих хемикалија и њиховом нестајању из атмосфере, биосфере, зем-љишта и воде. Са друге стране доводи до смањења елиминације потенцијално токсичних супстанција преко бубрега сисара, као и до смањења концентрације кисеоника у природним водама, проузрокујући на тај начин значајна угинућа риба и чинећи преживеле осетљивијим на друге промене у животној средини. Смањена елиминација преко бубрега може се компензовати повећаним зноје-њем, али то је квалитативно сасвим различит процес и може бити поништен због реапсорпције токсичних супстанција излучених преко коже. Повећана температура повећава брзину хемијских реакција и растворљивост у води али да ли су ови ефекти корисни или опасни зависиће од супстанција које учествују у реакцијама, организама и утицаја средине.

Осим Сунчеве светлости и други чиниоци климе имају своје сопствене карактеристичне ефекте. Киша, град и снег испирају загађујуће супстанције из атмосфере, повећана влага у земљишту повећава биолошку активност али по-плаве, односно плављења, могу да учине земљишта анаеробним, инхибирајући тиме оксидативне процесе и истовремено олакшавајући ослобађање супстан-ција везаних за колоиде земљишта. Кретање ваздуха доприноси ослобађању испарљивих супстанција са експонираних површина али може проузроковати померања атмосферских загађивања са места настанка на удаљена подручја.


259

Тако је, на пример, познат допринос Велике Британије појави киселих киша у Скандинавији и угинућу риба у тамошњим језерима. Други ефекат кретања ваздуха може бити повећање концентрације раствора неиспарљивих супстан-ција због испаравања испарљивог растварача, као што се то може десити при испаравању воде са наводњаваних површина, што проузрокује њихов повећа-ни салинитет. Због сложености природне средине, готово је немогуће тачно предвидети судбину загађујуће супстанције која у њу доспе, те је због тога неопходно пажљиво пратити потенцијално опасне хемикалије од тренутка њиховог доспевања у животну средину. Праћење мора бити и хемијско и био-лошко. При хемијском праћењу мора да се води рачун о дистрибуцији хеми-калија, и треба да се пруже информације о свим њиховим трансформацијама које се могу одиграти и које могу довести до настанка мање или више ток-сичних једињења (на пример конверзија неорганске живе у много токсичнију органску метилживу). Такође хемијско праћење мора довести до раног упозо-рења о местима акумулације насталих потенцијално опасних супстанција. Би-олошко праћење је термин са два значења. Са становишта медицине, оно представља хемијску анализу ткива и телесних течности као мерила експози-ције потенцијално токсичним супстанцијама. Са становишта токсикологије животне средине и екотоксикологије, оно значи утврђивање биолошког стату-са експонованих организама у циљу откривања ефеката који могу указати на њихову експозицију токсичним нивоима хемијских супстанција.

Услед загађивања неке од сфера животне средине углавном долази до хроничних тровања. Оваква хронична тровања могу настати услед загађености ваздуха, воде за пиће и животних намирница. Садржај загађујућих супстанција у води, животним намирницама па чак и у ваздуху често се везује за за-гађеност земљишта.

Када хемијска супстанција наноси штету екосистему тада се заправо ра-ди о њеном екотоксичном дејству. До штетног дејства може доћи и у енергет-ским процесима и кружењу материје које су у погледу функционисања екоси-стема од одлучујуће улоге. Присутна хемијска супстанција може променити укупну количину живих организама у екосистему (биомасу) као и однос поје-диних живих организама биомасе. Биодепресивна дејства – смањивање репро-дукције и раста, пораст смртности – односно биостимулациона дејства – еут-рофизација – могу бити подједнако штетна у односу на екосистем. У екоток-сикологији су важна она дејства која уносе промене у функционисање и струк-туру екосистема.

При токсиколошким испитивањима утврђивање односа доза-ефекат не представља већи проблем јер се испитивана супстанција може лако унети у


260

одређеној количини у организам експерименталне животиње. У екотоксико-лошким тестовима ово се не може остварити, па је потребно у средини узгаја-ња тест организама остварити концентрације које ће дати одређене ефекте. Екотоксиколошка доза је према томе концентрација испитиване супстанције у датој средини. Концентрација загађујуће супстанције неке средине која делује на живе организме у њој, зависи од унете количине супстанције, али се она знатно мења у зависности од њених физичкохемијских особина, као и од саме средине (ваздух, вода, земљиште, ланац исхране). У табели 39 дато је по-ређење еколошког значаја појединих сфера животне средине.

Табела 39. Утицај неких особина ваздуха, воде и земљишта на настајање загађења у екосистему

Ваздух Вода Земљиште количина живих организама + ++ +++ удео средине у преносу загађења (даљина) +++ ++ + удео средине у трансферу загађења (ко-личина)

++ +++ +

ризик присутних популација + +++ ++ смањивање загађења (разлагање) + +++ +++ хомогенизација загађења +++ ++ + разблаживање +++ ++ +

+ – мало, ++ – средње, +++ – велико

Према датој табели може се закључити да стварна концентрација дејс-твујуће супстанције умногоме зависи од особина дате средине.

При процени екотоксичног деловања загађујуће супстанције доспеле у животну средину, мора се при оцењивању односа стварна концентрација – ефекат, узети у обзир и хемијска постојаност супстанције, њена мобилност и биоконцентрација (биоакумулација).

У односу на испољавање токсичног дејства у животној средини, значај-но је да ли супстанција остаје у изворном облику или подлеже процесима де-градације. Њен опстанак у животној средини првенствено зависи од фи-зичкохемијских карактеристика дате супстанције (растворљивост у води и ма-сти, напон паре, способност стварања комплекса) као и од pH вредности, са-држаја органских супстанција, снабдевености кисеоником дате средине итд.

Деградација супстанција у животној средини може се остварити хемиј-ски, фотохемијски и биолошки. Хемијско и фотохемијско разлагање је учесталије у води и ваздуху док је биолошко карактеристично за процесе који


261

се одвијају у земљишту и води. Сваки чинилац који утиче на животне процесе микроорганизама који учествују у деградацији, и који се у највећој количини налазе у земљишту, испољава и утицај и на персистентност загађујућих суп-станција.

У процесима деградације који се одвијају у животној средини обично као крајњи производи настају неорганске супстанције. Међутим, у неким случајевима може доћи и до продукције токсичнијих једињења.

Осим микроорганизмима, хемијске и токсиколошке особине могу бити промењене и под утицајем других хемијских супстанција које се могу налази-ти у истој средини. Пример за ово је настајање хлорних деривата фенола у во-ди која садржи микроколичине органских загађујућих супстанција и која се подвргава хлорисању, или трансформација нитрита и секундарних односно терцијарних амина у карциногена нитрозо једињења у киселој средини.

Постоји међутим, велики број једињења који непромењену високу ток-сичност задржавају у дужем временском периоду. У ову групу спадају једи-њења тешких метала и металоида али и нека органска једињења као што су диелдрин или 2,3,7,8-тетрахлоро-дибензо-диоксин (ТХДД).

Мобилност загађујућих супстанција односи се на њихову покретљивост и пренос међу сферама. Што је мобилност већа, то је већа и могућност распро-стирања загађујуће супстанције и њеног доспевања у живи организам. О рас-подели неке супстанције по сферама (вода, ваздух, земљиште) може се зак-ључивати на основу напона паре, растворљивости у води, односа сорпције-десорпције, особина стварања комплекса, вискозитета и других особина. На основу персистенције и мобилности може се закључити о делу концентрације загађујуће супстанције која ће остати у активном облику у животној средини.

Биоконцентрација је особина неких сувоземних и водених организама да у свом организму нагомилају различите, у том смислу и токсичне, супстан-ције и то у већој концентрацији од оне у којој се загађујуће супстанције налазе у животној средини.

У погледу биоконцентрације посебно су значајне физичкохемијске осо-бине загађујућих супстанција. У липидима растворна једињења способна су да се акумулирају у масним ткивима живих организама.

Други важан параметар јесте биолошки афинитет супстанције. Највећи број токсичних супстанција при доспевању у живи организам ступа у интерак-цију са његовим макромолекулима и настале везе испољавају утицај на меру и место биоконцентрације. На основу овога супстанције које се могу биокон-центрисати могу се поделити у две групе. Једна обухвата тешке метале (жива,


262

олово) који се везују за хидросулфидне групе и дисулфидне везе, чиме као што је напоменуто инхибирају активност ензима, реакције беланчевина, оште-ћују ћелије и ремете природне метаболитичке процесе. Другој групи припада-ју органохлорна једињења, која се услед њихове растворљивости у липидима концентришу у масним ткивима. Биоконцентрација је нарочито значајна при експозицији преко ланаца исхране.

6.2.7. Комбиновано дејство загађујућих супстанција

Комбиновано дејство загађујућих супстанција, имајући пре свега у виду чињеницу да се у животној средини истовремено налазе загађујуће супстан-ције различитог и састава механизaма деловања, представља централни проб-лем екотоксикологије. Осим комбинованог дејства различитих загађујућих супстанција, као што је већ напоменуто, треба имати у виду и њихову комби-нацију са чиниоцима животне средине пре свега температуром, влагом, при-тиском ваздуха и различитим врстама зрачења али и другим, пре свега биоло-шким чиниоцима. Човек може бити изложен не само штетном утицају раз-личитих комбинација загађујућих супстанција, које истовремено пристижу из неког извора, већ и утицају једне те исте супстанције која пристижe из раз-личитих средина (воде, ваздуха, животних намирница). На истовремено дејс-тво хемијских супстанција на организам указано је још 1938. године при раз-матрању проблема индустријске токсикологије, уз напомену да је недовољно знати само то какви се отрови и у којој количини налазе у ваздуху, већ је пот-ребно знати и то како ће они деловати при заједничком присуству.

Термин синергизам употребљава се као синоним потенцирања и изра-жава такво стање када ефекат комбинованог дејства токсичних загађујућих супстанција надмашује збир ефеката сваког појединачног отрова:

( A + B ) > (A) + (B) (81)

Када је ефекат две или више токсичне загађујуће супстанције раван зби-ру ефеката сваког појединачног отрова:

(A + B) = (A) + (B) (82)

говори се о адитивном дејству. Антагонизмом се назива дејство две или више супстанције када је ефе-

кат дејства мањи од збира ефеката појединих супстанција које улазе у комби-нацију.

(A + B) < (A) + (B) (83)


263

Дејство загађујућих супстанција на организам човека, као што је напо-менуто, није изоловано већ се одвија у комбинацији са различитим чиниоцима животне средине: променом температуре ваздуха, променом барометарског притиска, буком, вибрацијом и слично. Сви ови чиниоци, при одређеном ин-тензитетету деловања, проузрокујући одређене функционалне измене у орга-низму, могу изменити његову осетљивост на дејство штетних супстанција. Истовремено, токсичне загађујуће супстанције могу утицати на реаговање ор-ганизма, што се изражава променом његовог односа према неповољним чиниоцима животне средине.

6.2.7.1. Загађујуће супстанције и висока температура ваздуха Проблем комбинованог дејства штетних супстанција и повишене темпе-

ратуре ваздуха не јавља се само као проблем металургије, машиноградње и хемијске индустрије, већ је присутан и при примени пестицида у пољопривре-ди, посебно у топлијим, јужним областима. Висока температура ваздуха по правилу убрзава развој токсиколошког процеса, а може допринети и појави специфичног дејства отрова које је скоро незапажено на обичним температу-рама, али исто тако може убрзати реакције хемијске трансформације токсичне супстанције. Ово нарочито важи онда када је висока температура повезана са појачаним интензитетом Сунчевог зрачења. Друга карактеристика комбинова-ног дејства повећане температуре ваздуха и присутне загађујуће супстанције налази се у чињеници да висока температура животне средине повећава осет-љивост организама на дејство скоро свих токсичних супстанција које се могу наћи у њој. У случајевима када терморегулација тела није нарушена, токсично дејство остаје исто, или се чак смањује, док у случају отказивања механизама који спречава прегревање организма, дејство токсичних супстанција се по-јачава. Главна улога при томе припада променама у нервном систему. Хипер-термија и повећање минутне запремине дисања и рада срца може довести до значајног убрзања сорпције гасовитих загађујућих супстанција кроз горње ди-сајне путеве, и њиховом бољем доспевању у крв. Осим тога, хипертермија и повезано с њом проширење крвних судова коже, могу такође убрзати перку-тана тровања. Акумулација загађујућих супстанција у организму при његовом прегревању може бити условљена успоравањем њихове трансформације и елиминације из организма, и то услед нарушавања метаболизма. Трећа карак-теристика комбинованог дејства повишене температуре животне средине и загађујућих супстанција, налази се у чињеници да токсичне супстанције сни-жавају стабилност организма на прегревање, о чему сведочи повећање темпе-ратуре експерименталних животиња.


264

6.2.7.2. Загађујуће супстанције и повећана влажност ваздуха Висока влажност ваздуха битно мења (у низу случајева појачава) раз-

дражујуће и опште токсично дејство супстанција које се лако хидролизују. Промене у њиховом дејству с једне стране се објашњавају специфичним дело-вањем насталих продуката хидролизе, а с друге комбинованим дејством на организам не само коначних већ и интермедијерних производа, од којих неки могу бити токсичнији од полазне супстанције. Осим наведеног, треба имати у виду да и висока влажност, слично високој температури ваздуха, може допри-нети прегревању организма и појачању осетљивости на дејство загађујућих супстанција.

6.2.7.3. Загађујуће супстанције и снижена температура ваздуха Досадашња проучавања указују да снижавање температуре појачава то-

ксично дејство загађујућих супстанција што се објашњава променом условних рефлекса и нарушавањем терморегулације тела.

6.2.7.4. Загађујуће супстанције, бука и вибрације Истраживања дејства стабилне буке и загађујућих супстанција на орга-

низам, указала су на значајније промене у нервном систему у односу на њихо-во појединачно дејство. Код експерименталних животиња поред смањења прираста и снижавања артеријског притиска регистроване су и промене неких биохемијских показатеља. Слични резултати добијени су и при проучавању комбинованог дејства загађујућих супстанција и вибрација.

6.2.8. Деловање загађујућих супстанција на биљке

Све досада наведено претежно се односило на деловање загађујућих супстанција на човека и животиње. Међутим, нека разматрања посебно у по-гледу зависности ефеката од врсте и стања развијености организма, трајања експозиције и концентрације, односно количине усвојених штетних супстан-ција у јединици времена, њихово комбиновано дејство као и акумулација, мо-гу се односити и на биљке. Оно што је различито и што је више изражено него код човека и животиња односи се на утицај климатских и едафских чинилаца на дејство гасовитих загађујућих супстанција атмосфере.

6.2.8.1. Утицај климатских чинилаца Климатски чиниоци до, после и за време дејства токсичних супстанција

у значајној мери одређују карактер и степен реакције биљака на дату за-гађујућу супстанцију. Једни климатски услови у периоду који претходи експо-


265

зицији, могу допринети повећању осетљивости биљака, док је други истовре-мено умањују. Посебно је значајна улога ових чинилаца за време експозиције, с обзиром на то да они утичу на усвајање и дејство загађујућих супстанција. По завршеној експозицији климатски чиниоци, од којих су најзначајнији свет-лост, температура и влажност, мање утичу на реакцију биљака.

6.2.8.1.1. Светлост Сагласно општеприхваћеном мишљењу гасовите загађујуће супстанције

атмосфере продиру у мезофил листа првенствено дифузијом кроз отворене стоме. Очигледно је да сви спољашњи чиниоци који регулишу покретљивост стома утичу на усвајање загађујућих супстанција биљкама. Међу њима, осве-тљеност припада групи најважнијих. С обзиром на то да се стоме већине би-љака у мраку затварају, дејство загађујућих супстанција је ноћу мање или пот-пуно неефикасно, уз присутна мања или већа одступања у зависности од врсте биљке и загађујуће супстанције.

На основу степена отварања стома може се судити о размерама ризика оштећења биљака датом загађујућом супстанцијом атмосфере. Међутим, треба имати у виду да не постоји линеарна зависност између пречника стома и про-пустљивости лишћа за гасове. Дифузија гасова кроз стоме може се у упрошће-ном облику дати једначином:

QD p

R RL B=

⋅+∆

(84)

где је Q – брзина дифузије гаса, µg/cm2/s; D – коефицијент дифузије гаса; ∆p – разлика парцијалних притисака у атмосфери и унутар листа, µg/cm2, RL – от-пор лишћа или стома, s/cm, а RB – отпор граничног слоја, независан од стања стома.

Подаци о стању стома омогућавају процену приближног усвајања с об-зиром на то да други параметри, као што су ваздушни притисак и брзина ветра јако утичу на вредности величина D и RB.

Упоредо са дејством на функцију стома светлост у процесу формирања листа утиче и на пречнике и број стома. Може се сматрати да услови осветље-ности у процесу развоја биљака одређују предиспозицију биљака према дејс-тву загађујућих супстанција.

Спектрални састав светлости, упоредо са утицајем на стоме, испољава јако дејство и на осетљивост биљака на загађујуће супстанције, имајући при


266

томе у виду улогу Сунчевог зрачења на различите физиолошке процесе завис-не од светлости.

6.2.8.1.2. Температура Добро је познато да је фотосинтеза биохемијска реакција зависна од

температуре, односно да се зависност асимилације CO2 и температуре може представити кривом са одговарајућим оптимумом. Како се величина стома регулише парцијалним притиском CO2 у лишћу, који је опет зависан од интен-зитета фотосинтезе, може се закључити да температура утиче на усвајање за-гађујућих супстанција. Температура осим тога може непосредно утицати и на ефикасност њиховог усвајања ћелијама мезофила. Исто тако треба рећи да климатски фактори не утичу само на усвајање већ и на емисију из биљака. То се може илустровати променом емисије изопрена (или терпена) из биљака у зависности од осветљености и температуре (слика 45).

Треба међутим нагласити да је у природним условима скоро немогуће разграничити утицај интензитета светлости и температуре пошто постоји по-зитивна корелација између ова два чиниоци.

6.2.8.1.3. Влажност Брзина усвајања загађујућих супстанција зависи од влажности ваздуха и

његовим повећањем расте опасност од њиховог деловања. Према неким ис-траживањима, споро повећање осетљивости биљака карактеристично је за промену релативне влажности од 30 до 60% а брзо за вредности преко 60%, док је према другим истраживањима, критична тачка релативна влажност од 70%. Током влажних, кишовитих година загађујуће супстанције изазивају те-жа оштећења него у сушним годинама са малим падавинама. Ова појава веза-на је скоро искључиво са повећањем осетљивости биљака, с обзиром на то да у Западној Европи у влажним годинама преовлађују западни ветрови што до-приноси смањивању загађености атмосфере. У вези са повећаном релативном влажношћу, треба нагласити, да фотохемијски смог испољава јаче дејство дуж источне обале САД него на сувој западној обали Калифорније.

Кишне капи, роса и магла растварају загађујуће супстанције да би се по-сле испаравања воде њихова концентрација повећала, што може изазвати теш-ка оштећења биљака.


267

6.2.8.2. Утицај едафских чинилаца

6.2.8.2.1. Влажност земљишта Утицај влажности земљишта по свом карактеру је подударан са релати-

вном влажношћу ваздуха. Смањивање влажности земљишта доводи до сма-њења осетљивости биљака на дејство загађујућих супстанција, што се повезује са смањеним степеном отварања стома. Код биљака у сушном периоду до от-варања стома долази само у јутарњим часовима.

6.2.8.2.2. Исхрана Обезбеђеност биљака хранљивим материјама, од чега уосталом зависи и

раст и развој, представља битан чинилац њихове осетљивости на дејство за-гађујућих супстанција. Многи подаци указују на већу осетљивост биљака при недостатку хранљивих материја у земљишту што се повезује са смањивањем величине стома. Истраживања осетљивости бора (P. Silvestris) на дејство SO2 при недостатку N,P,K, Ca и Mg указала су да су најмања оштећења у присус-тву свих наведених елемената, при чему је снижавању оштећења најефикасни-је доприносио азот. Слични резултати добијени су и при проучавању штетног утицаја флуорида на четинаре. Проучавања утицаја недостатка Ca, Mg и K на дејство HF на парадајз, указала су да при недостатку Mg долази до смањивања усвајања флуорида. Истовремено, смањивање садржаја Ca у земљишту успо-рава раст, појачава хлорозу и увеличава некрозу али не утиче на усвајање флуорида. Недостатак калијума повећава усвајање флуорида у лишћу и стаблу и повећава област некрозе на врху листова.

6.3. ТРАНСПОРТ И ДИСПЕРЗИЈА ЗАГАЂУЈУЋИХ СУПСТАНЦИЈА Основна покретачка сила за циркулацију ваздушних маса у атмосфери је

долазећа сунчева енергија. Емисија киселих гасова у атмосферу повезана је у највећој мери са производњом енергије и саобраћајем, односно употребом фо-силних горива. За последњих стотину година из ових извора убачено је у ваз-дух више киселих гасова вештачког порекла него у целој људској историји до тада. Међутим, проблем киселих киша је новијег датума и настао је отприлике шездесетих година XX века када су, у циљу спречавања великог локалног за-гађења око енергетских постројења, почели да се граде димњаци високи и преко стотину метара. Градња високих димњака јесте смањила високе локалне концентрације, али је у исто време допринела већем распростирању за-гађујућих гасова, често стотинама и више километара од извора. Око 51 до


268

56% азотових оксида емитованих на Европском континенту и 61 до 66% сум-пор-диоксида депонује се у региону емитовања, а остатак се или хомогенизује у слободној тропосфери или одлази према истоку уз трансформацију и то, азо-тови оксиди најчешће у облику нитратног аеросола, а сумпор-диоксид као честични сулфат.

Табела 40. Временска и даљинска скала за транспорт у атмосфери

Време транспорта Растојање Подручје дисперзије

Сати Десетине километара У граничном слоју

Дани Хиљаде километара Прелазак из граничног слоја у слободну тропосферу

Недеље Око целе Земље Цела тропосфера на једној хемисфери Почетак транспорта на другу хемисферу

Месеци Око целе Земље Цела глобална тропосфера Продор у доњу стратосферу

Било да се емитују на нивоу тла (издувни гасови из саобраћаја) или из високих димњака, емитоване супстанције доспевају до висина које зависе од услова који владају у атмосфери. Опште узевши мала брзина ветра повезана је са високом концентрацијом загађујућих супстанција и обрнуто. Ако је атмос-фера стабилна са малим вертикалним струјањима супстанције емитоване из димњака доспевају на одређену висину, која највише зависе од температуре гасова при емисији, а потом се лагано распростиру, путујући као кохерентна димна перјаница. Гасови емитовани при оваквим условима могу се транспор-товати на знатна растојања ако је топографија терена погодна за транспорт. У току дана, када температура близу површине расте, густина ваздуха се смању-је и он се пење. Овако настала конвекција може вертикално подићи емисију до значајних висина. Топлота се предаје вишим али хладнијим слојевима тропо-сфере. Хладећи се ваздух се згушњава и иде наниже. Ово проузрокује вртлож-на струјања тропосферског ваздуха и свих гасова који се у њему нађу. Под оваквим условима и дим постаје нестабилан, уз формирање вртлога и петљи, што је чест узрок повећаних локалних концентрација ако ова нестабилност досеже до нивоа тла, и ако је локална топографија погодна за задржавање за-гађења.

Загађујуће супстанције, на било којој висини, могу бити ношене ветром и зато метеоролошки фактори одређују правац и брзину транспорта. На сред-њим географским ширинама, где се емитује највише загађујућих супстанција, висински ветрови имају претежно западна струјања. Због температурских раз-


269

лика истовремено се дешавају и кретања ваздуха у правцу север-југ. Ова гло-бална кретања ваздуха у комбинацији са локалним вертикалним струјањима дају турбуленције којима се врши ефикасна дисперзија загађујућих супстанци-ја. Међутим, у областима високог притиска, са спорим кретањем ваздуха, ма-лом адвекцијом и дисперзијом долази до концентрисања загађујућих супстан-ција. Када се таква временска ситуација сусретне са облачним фронтом који долази из зоне ниског притиска, носећи са собом емитоване гасовите за-гађујуће супстанције, могу се јавити епизоде високо киселих падавина, често на хиљаду и више километара од извора загађујућих супстанција. Такви усло-ви често се срећу изнад североистока САД и Северне Европе.

Емитоване супстанције из извора се крећу у правцу кретања ветра. Поз-навање брзине и преовлађујућег правца ветра је од важности у предвиђању утицаја неке емисије. Међутим, познавање доминантног правца ветра за неки пријемник није довољно да се идентификује удаљени извор. За растојања од неколико стотина и неколико хиљада километара целокупан пут одређеног дела ваздуха мора бити израчунат да би се могао идентификовати извор еми-сије (слика 60).

Слика 60. Израчунате путање ваздуха који је, путујући два дана, доспео до ис-

точних обала Шкотске


270

Поред метеоролошких фактора растојање на које ће нека супстанција доспети зависи увелико и од њене реактивности (табела 40).

Размена загађујућих супстанција између тропосфере и стратосфере де-шава се углавном у екваторијалној зони, где се топле ваздушне масе уздижу изнад тропског појаса. Ово уздизање престаје после тропопаузе зато што тем-пература почиње да расте са висином. Овде загађујуће супстанције могу оста-ти дуже времена пре него што се преместе ка северу (или југу) и потом због хлађења ваздуха са којим се крећу, поново врате у тропосферу. То је у сушти-ни једини механизам којим се атмосферске загађујуће супстанције преносе између хемисфера.

271

7. ИЗВОРИ ЗАГАЂИВАЊА

Извори загађивања животне средине се најопштије речено могу подели-ти у две категорије. Једну чине природни извори загађивања, а другу предста-вљају вештачки, често називани и техногени или антропогени извори.

С обзиром на то да због бројности није могуће обухватити све изворе, то је избор карактеристичних примера вршен полазећи пре свега од оних који су значајни за нашу земљу, као и оних опште важности као што је на пример за-гађивање нафтом.

7.1. ПРИРОДНО ЗАГАЂИВАЊЕ ВАЗДУХА И ВОДЕ

7.1.1. Природно загађивање ваздуха

Када се говори о загађивању животне средине обично се мисли на уно-шење шкодљивих супстанција у животну средину људском делатношћу. Међутим, природа такође ствара шкодљиве и отровне супстанције, често у далеко већој количини него човек својим активностима (табела 41). Разлика између природних и извора које је створила људска рука је не само у ко-личини и врсти емитованих загађујућих супстанција, већ и у томе што су при-родно емитоване супстанције униформно распоређене и разблажене широм Земљине кугле. Највећа емисија сумпора је из океана, а затим из биогених про-цеса. Знатне количине се емитују из вулкана, у понеким великим ерупцијама директно у стратосферу, тачније у тзв. Јунге-ов слој који се налази на око 20 km

Табела 41. Емисија једињења сумпора и азота из природних извора

Извор Tg сумпора годишње Извор Tg азота

годишње Вулкани < 2 Муње 8 Биогени гасови из земље 35 Оксидација NH3 1-10 Биогени гасови из воде 35 Из стратосфере 0,5 Прскање мора (спреј) 171 Биогена продукција 8

Сагоревање биомасе 12 Укупна природна емисија 243 33 Укупна антропогена емисија 100 70


272

од површине Земље. У оваквим случајевима емисија може имати ограничене последице на целу планету. Фине честице прашине и сулфатни аеросоли убачени вулканским ерупцијама у стратосферу остају тамо дуже време (време депозиције до 5 година), и могу довести до смањивања топлотне енергије која са Сунца доспева на Земљу. Финије честице се приликом ерупције вулкана могу избацивати на висину од 40 до 50 km и ваздушним струјањима разносити на велике удаљености, чиме загађивање добија глобални карактер. Приликом ерупције вулкана Кракатау на острву између Јаве и Суматре, 26-28. августа 1883. године, две трећине острва одлетело је у ваздух односећи око 20 km3 прашине до висине од 30 km. Том приликом погинуло је или се удавило 36.000 људи. О размерама загађења на нашим просторима сведоче записи савременика овог догађаја према којима је „неколико дана у нашим крајевима владао сутон и мрак” па се мислило да је дошао „смак света”. Најснажнија ерупција до данас, забележена је 1815. године. Активношћу вулкана Тамбор (Индонезија) у атмосферу је избачено више од 100 km3 прашине. Као последица ове ерупције, река Темза је две године била под ледом и у месецу јуну. Захлађење које је на Земљи настало средином педесетих година XX века, делом се приписује ерупцијама вулкана Монт Спар (Аљаска) и Безименаја (Камчатка) које су се догодиле у то време.

Природним путем настају како органске тако и неорганске супстанције. Најчешћи њихови извори су биолошка активност на копну и у океанима, вул-кани (слика 61), шумски пожари и хемијске реакције у атмосфери. У табели 42 дат је преглед најважнијих загађујућих супстанција у ваздуху, извори њиховог настајања и основна концентрација.

Значајан природни извор сумпора је емисија водоник сулфида. Он нас-таје при бактеријској редукцији сулфатних јона, распадању органских суп-станција и активношћу вулкана. Поједине копнене слане воде су познате као сулфидне зоне, јер се биолошким распадањем из њих ослобађају значајне ко-личине водоник сулфида. Овај гас се емитује и из геотермалних извора, обич-но праћен великим количинама угљеник(IV)-оксида. Настала гасна смеша је веће густине од ваздуха и тежи да се задржи при тлу, у ком случају се могу достићи велике локалне концентрације водониксулфида. Више од хиљаду љу-ди умрло је од тровања смешом гасова који су 22. августа 1986. године поку-љали из вулканског језера Ниос, удаљеног 320 km од Јуанде, главног града Камеруна.


273

Слика 61. Ерупција вулкана

Доминантни извори редукованих облика сумпора су биолошки. Данас је прихваћено да је највећи извор биогеног сумпора емисија диметил-сулфида (ДМС) из океана која се процењује на више од 30 Tg годишње (табела 27). Диметил-сулфид производи фитопланктон Phaeocystis pouchetti у горњим сло-јевима океана:

(CH3)2S+CH2 CH2COO– (aq) → (CH3)2S (g) + CH2CHOOH (aq) (85)

бета-диметилсулфониопропионат ДМС акрилна киселина (ДМСП)


274

Табела 42. Природни извори и основне концентрације неких загађујућих гасова у ваздуху

Гас Извор у природи Основна концентра-ција (µg/m3)

Сумпордиоксид Вулкани 1-4 Водоник сулфид Вулкани, биогени распад 0,3 Азотмоноксид Дејство бактерија у земљишту фо-

тодисоцијација N2O и NO2 0,3-2,5

Азотдиоксид Дејство бактерија у земљишту ок-сидација NO 2-2,5

Амонијак Биогено распадање 4 Угљеник(II)-оксид

Оксидација метана, фотодисоција-ција CO2, шумски пожари, океани 100

Озон Реакције у тропосфери, транспорт из стратосфере 20-60

Метан Биогено анаеробно распадање у мочварама, из лежишта фосилних горива

1000

Остали угљово-доници

Емисија из вегетације 1

ДМС у гасовитом облику доспева у атмосферу и тек тамо, у оксидацио-ним процесима, од њега настају сулфати, који сада, пошто су већ високо у ваз-духу, захваћени ветровима, могу да буду пренети и на копно где се депонују мокрим или сувим таложењем.

Природни извори угљеник(II)-оксида емитују око 50 Tg овог отровног гаса годишње у атмосферу. Настајање угљеник(II)-оксида је повезано са рас-падањем органских материја, оксидацијом угља, шумским пожарима, вулка-нима, оксидацијом метана, издвајањем из океана и дисоцијацијом угље-ник(IV)-оксида у стратосфери.

Редукција нитрата у земљишту (денитрификација) води до емисије азот-субоксида (N2O) и амонијака из тла. Шумским пожарима стварају се знатне количине азотових оксида и честица и емитују у атмосферу. Електрична пражњења у атмосфери такође могу бити природан извор за оксиде азота. Ве-лике количине амонијака емитују се као последица биолошког распадање и из животињских излучевина. Каснијим реакцијама у атмосфери амонијак се је-дини са сулфатима и нитратима дајући одговарајуће аеросолe. Пошто је амо-нијак слаба база, његова растворљивост у падавинама, као и могућност осло-бађања из земљишта, у великој мери зависи од киселости средине. Фотохемиј-


275

ски иницираним реакцијама из азот(I)-оксида у стратосфери и азот(IV)-оксида настаје азот(II)-оксид, који се потом у присуству оксидујућих супстанција по-ново оксидује до NO2.

Велике количине метана настају анаеробном ферментацијом органских материја из мочвара и тундри, као и сагоревањем биомасе. Од укупне глобал-не емисије угљоводоника метан учествује са преко 80%. Емисија значајне ко-личине метана везана је за узгајање животиња преживара у чијем дигестивном тракту овај гас производе анаеробне бактерије. Метаногене бактерије припада-ју групи анаероба и живе у симбиози са другим бактеријама које за одржавање живота користе целулозу и друге органске материје. Ове бактерије производе између осталог CO2 и H2 који се трансформишу метаногенима у метан. Наста-ли метан напушта муљ и воду само ако дубина не превазилази 10 m. У супро-тном случају он се оксидује пре доспевања у атмосферу. Ферментација у же-луцу хербивора, од којих већина припада домаћим животињама, према Ехалту (Ehhalt,D.H), доприноси годишњом емисијом од 45 милиона тона метана. У томе говеда учествују са 60%, коњи са 30%, овце и козе са 5%. Пораст станов-ништва који је праћен повећањем броја животиња како би се обезбедиле до-вољне количине меса као и повећаном производњом пиринча, доприноси ста-лном повећању емисије метана из ових извора. Метан продукују и хербиворни инсекти као на пример, термити, чији дигестивни тракт угошћује симбиотске микроорганизме. Дигестијом термита ослобађају се CO2 и метан у што даје 50 милиона тона метана годишње. Значајне количине овог гаса ослобађају се и из природних лежишта фосилних горива (рудници угља).

Од других природно емитованих угљоводоника, поред метана, најпри-сутнији су терпени, који се у великој количини емитују из шумског дрвећа и учествују у стварању фотохемијских измаглица у летњим месецима. Због раз-ноликости начина на који доспевају у атмосферу, као и климатских утицаја на њихово издвајање, тешко је проценити количину која се емитује природним путем. Сматра се да је укупна годишња продукција неметанских угљоводони-ка, од овога су добар део терпени, око 1000 Tg. То је значајна емисија али је њихова концентрација у ваздуху мала (нормално испод ppb(v)) због њихове велике реактивности.

Највећи извор честица у атмосфери су морски спреј, из кога се стварају сулфатни аеросоли, и еолска ерозија на копну. Знатне количине настају у вул-канским ерупцијама и шумским пожарима.

Ерозија настала деловањем ветра (дефлација) подразумева премештање малих честица земљишта пречника до 1 mm. Она се може одвијати у раз-личитим годишњим добима и при свакој брзини ветра. Њен интензитет расте


276

при снажним ветровима брзине 15 до 20 m/s, нарочито у пролеће на голим ораницама. Односећи земљиште ветар огољава корен биљке узрокујући тако њено сушење.

Дефлација се може поделити на свакодневну и прашњаве или црне буре. Свакодневна ерозија има локални карактер и нарочито се јавља у под-

ручјима познатим по дувању снажних ветрова. Прашњаве или црне буре нас-тају при снажним ветровима. Ветар подиже такву количину прашине да ваз-дух губи прозрачност.

У пешчаним пустињама ове буре су познате од давнина. Оне захватају огромне површине. Пешчане олује су екстремно опасне за становнике пусти-ња и путнике. Оне у великој мери смањују видљивост и знатно утичу на ори-јентацију људи. Ове олује могу оштетити усеве и упропастити моторе многих уређаја, машина и превозних средстава. У пустињској области као што је Арапско полуострво, ветар познат као самум1 (отровни ветар) може понети тако много песка да се видљивост смањује на нулу. Врео ваздух пуни се тона-ма прашине и креће као танак зид или вртлог.

Почетком XX века насељеници Средњег запада САД почели су об-рађивати плодну земљу. Област је ускоро постала једна од највећих области за производњу жита са надимком корпа за хлеб Америке. Међутим, почетком 1930-их превелика топлота и суша почели су да исушују земљу. Домаће живо-тиње појеле су вегетацију, те земљиште више није било у довољној мери учвршћено. Због наведеног стања, ветар је почео да односи горњи слој зем-љишта. Катастрофалне прашњаве буре које су 1934. године захватиле аме-ричке прерије подизале су честице прашине у тежини од 300 милиона тона са површине од стотинак милиона хектара (слика 62). У градовима су људи уми-рали од гушења, а бележена су и обољења респираторних органа људи и жи-вотиња. Као резултат ових бура, земљиште је потпуно уништено на 20 милио-на хектара, на 60 милиона хектара битно је погоршана плодност, а на 43 мили-она хектара констатоване су почетне фазе ерозије. Прашина пренета на расто-јање од 900 km била је богатија од огољеног земљишта и то азотом 9, а фос-фором 19 пута.

1 Екстремно топао и сув локални ветар у Арабији и Сахари. Његова температура често достиже 55 °C, а његова влажност понекад пада испод 10 процената. Настаје при ведром небу и интензивном загревању тла.


277

Слика 62. Последице прашњаве буре

7.1.2. Природно загађивање воде

Вода која се налази у природи није „чиста вода”. Она у себи садржи од-ређен број супстанција, које могу да буду растворне или да се као чврсте нала-зе распршене у води, образујући колоидне растворе или суспензије.

Супстанције растворене у води неопходне су за живот и опстанак како биљака и животиња, тако и човека, јер се њеним коришћењем у организам уносе и потребне количине ових материја. Међутим, да би биљке, животиње или човек могли да користе воду, морају врсте и количине ових материја да се крећу у одређеним границама. Врсте потребних супстанција и њихове ко-личине нису јединствене за све биљне и животињске врсте, односно човека. Ово може најбоље да се види из следећег: биљни и животињски организми који живе у мору не могу да опстану у слаткој води, и обратно, мада има поје-диначних изузетака. Из овога следи да је појединим биљним и животињским врстама, као и различитим бактеријама и другим микроорганизмима, односно човеку, потребна вода одређеног количинског и квалитативног хемијског сас-тава. Измена хемијског састава воде значи да се мењају врсте у њој присутних супстанција, или њихове количине, или да се истовремено мења и број хемиј-ских врста и њихова концентрација, што је најчешћи случај. Вода овако изме-њеног састава сматра се загађеном водом, ако је њено коришћење непогодно или опасно за биљне или животињске врсте, односно човека.

Хемијски састав природне воде на Земљи није јединствен. Он зависи од порекла воде, земљишта кроз које вода тече или са којим је у додиру, као и од биљних и животињских врста које у њој живе. Оне утичу на измену хемијског састава воде у току свога живота или се он мења услед њиховог распадања након престанка њихових животних функција. Поред тога, измена температу-


278

ре у току годишњих доба, као и мешање различитих врста вода, такође су чиниоци који утичу на измену хемијског састава природних вода. Услед свих ових утицаја, хемијски састав и садржај супстанција у водама у природи није сталан, чак ни у једној речици, изворишту или мору, него се непрекидно мења у мањој или већој мери. Све док се промене хемијског састава и садржаја хе-мијских врста догађају у одређеним границама, вода се може сматрати неза-гађеном, па се не опажа утицај на живе организме.

Извори природног загађивања вода су различити. То су вулканске еруп-ције и земљотреси, које доводе до уношења низа супстанција у природне воде, мењајући њихов састав. Поред њих и климатске измене могу да доведу до за-гађивања вода, преводећи поједине воде у мочваре, односно доводећи до из-мене салинитета у другим водама. Такође, продор подземних дубинских вода у површинске воде може довести до њиховог загађивања. Пожари шума и из-мене вегетационог покривача доводе такође до измене хидролошког стања појединих области, омогућавајући на тај начин и измене у хемијском саставу вода и појави њиховог загађивања. У суштини све промене изазване помену-тим узроцима, сем у изузетним случајевима (на пример продор усијане лаве у реке и сл.) чине да вода одређених особина и њој примереног биолошког све-та, прелази у другу групацију уз измену флоре и фауне. За стару флору и фау-ну измењена вода је загађена, али за оне врсте које у овој измењеној води оп-стају она није загађена.

7.1.3. Природно загађивање тла и деградација

Загађење које је присутно у земљишту и на земљишту једним делом по-тиче и од самих супстанција које постоје у природи или се стварају природним процесима. Посебан процес који утиче на биосферу је процес деградације по-вршине Земље, који доводи их и до измене облика површине тла.

Ерозија у основи представља деградацију површине Земље услед дејс-тва воде и ваздуха на оне стене или земљишта чија су физичкомеханичка свој-ства таква да се она могу физички деградирати. Други облик физичке деграда-ције Земље огледа се у деловању температурних промена и леда на разарање чврсте фазе – стена. Нагло ширење стена због брзог загревања доводи до поја-ве напрслина и поступном пуцању и њиховом уситњавању. Вода која уђе у поре и микропукотине при смрзавању због веће запремине леда од запремине воде, доводи до даљег пуцања стена и њиховом поступном круњењу и усит-њавању. Ако су делови тла изложени непосредном утицају киша, могуће је да се са површинских делова стена уситњени комадићи поступно испирају и да


279

се овим процесом отколне одређени делови стена. Овај вид деградације је на-рочито изражен у зимским периодима.

Загађење које је присутно у земљишту и на њему потиче једним делом од самих супстанција које постоје у природи или се стварају природним про-цесима. Загађујуће материје пореклом из литосфере – неоргански агенси – у суштини су неуништиве. То су у основи средње тешки и тешки елементи пе-риодног система, односно њихова једињења, од којих неки од њих могу да имају изражено токсично дејство, односно који могу бити радиоактивни. Про-цеси деградације природних материјала, стена и минерала, омогућавају осло-бађање једињења поменутих елемената и потпомажу да они из литосфере пређу у хидросферу. Ово је доминантан процес у природи.

Загађивање тла настаје и као последица активности вулкана. Честице ко-је са гасовима избаце вулкани, најчешће једињења сумпора и флуора, касније се таложе на површину тла доводећи до загађења одговарајуће површине. Усијана лава из вулкана пустоши површину тла на коју се излије, уништавају-ћи је у потпуности.

Поред тога процесима деградације избачене лаве ослобађају се и једи-њења присутних елемената која пренета водом доводе до ширења загађења. Уливањем у воду лава изазива њено загађивање које сада водени ток преноси на већу удаљеност од извора загађења. У додиру са земљиштем загађена вода врши загађивање земљишта.

Шумски пожари, изазвани ударом грома доводе до загађења тла честицама и другим продуктима сагоревања, загађивања ваздуха најчешће ок-сидима азота, као и продуктима сагоревања површинског слоја земљишта. Овај слој садржи поред неорганских и низ органских супстанција као и многе микроорганизме и биљне и животињске врсте

Земљотреси су велика опасност по животну средину. Они мењају ре-љеф, ток река, биотичке и абиотичке чиниоце и утичу на њихову међузавис-ност.

Олује, олујне кише, посебно пешчане олује, подижу честице прашине и песка са тла и преносе их на велике удаљености посредством одговарајућих ваздушних струјања. Након њиховог таложења настаје загађење одговарајуће површине тла.

Поплаве често остављају трајна оштећења тла. Водена стихија може да однесе део површинског слоја земљишта или да изливањем изван корита оста-ви у поплавњеном земљишту загађујуће супстанције које носи са собом.


280

На измене површине земљишта утичу и природне измене климе, што оставља последице на одговарајуће делове биосфере.

Ови процеси и последице не могу да се сматрају загађивањем јер посто-је од настанка живота на плането Земљи и укључени су у еволуцију живота.

281

8. ОСНОВИ РЕГУЛИСАЊА ЗАШТИТЕ ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ

Да би у једном друштву, односно држави, могле да се остваре све оне мере које су потребне ради смањивања загађивања животне средине, утврђи-вања опасности од загађивања, усклађивања предузетих мера, како у држави тако и између држава, потребно је доношење низа конвенција, закона, правил-ника, упутстава, стандарда и других професионалних, правних, економских и других докумената. Поред њих за приступ практичном решавању појединих проблема потребно је развити и приступе и начине њиховог решавања. Све то обухваћено је под наведеним насловом. Од низа таквих докумената, прописа и приступа овде су изложени они који су од основне важности за разматрање проблематике заштите животне средине.

8.1. ГРАНИЧНА ВРЕДНОСТ КОНЦЕНТРАЦИЈЕ (ГВ) Од чиниоца који опредељују деловање загађујућих супстанција на живе

организме својим значајем се издвајају физичкохемијске карактеристике, кон-центрација и дужина изложености организама њиховом дејству. Будући да је од наведених чинилаца за одређену загађујућу супстанцију концентрација променљива величина, дошло се до закључка да је неопходно управо њу огра-ничити на вредност која није шкодљива. Тако је уведен термин максимално дозвољене (допуштене) концентрације (МДК) које су када је у питању ваздух, замењене граничним вредности концентрације. Под овим појмовима подразу-мевају се такве концентрације загађујућих супстанција које у одређеној среди-ни (радној, животној) у току одређеног времена изложености не изазивају па-толошке промене или обољења која се могу открити постојећим методама. Максимално дозвољене концентрације, односно граничне вредности концен-трације (ГВ) су према томе, одговарајућим прописом (законом, правилником) одређене највише дозвољене вредности концентрација загађујућих супстанци-ја у радној и животној средини.

Строго поштовање величине МДК и ГВ омогућава испуњавање од-ређених норматива, и сматра се једним од најефикаснијих начина заштите ваз-духа, воде, земљишта, хране и др. Међутим, треба имати у виду да се ове вре-дности не могу увек сматрати оптималним. Данас утврђене вредности МДК и


282

ГВ обезбеђују безопасност животне средине по здравље становништва пола-зећи од савремених научних сазнања. Анализа промене вредности МДК у про-теклом периоду очигледна је демонстрација њихове релативности – дозвољене концентрације за многе супстанције су више пута разматране и у већини случајева је дошло до њиховог смањивања, те се из тих разлога представа о потпуној безопасности мора узети условно. Познато је такође да су многи жи-ви организми и биљке осетљивији на загађења од људи. Полазећи од тога у будућем регулисању хемијских супстанција у животној средини треба водити рачуна и о њима а не само о људима.

Контролисање садржај хемијских супстанција у животној средини почело је још 1925. године, када су и одређене прве вредности МДК за ваздух радне зоне. У 1949. години биле су утврђене неке МДК вредности за атмос-ферски ваздух насеља, 1950. године за воде, а у наредном периоду за земљиш-те и животне намирнице. У нашој средини су стандарди за ваздух путем МДК били уведени почетком седамдесетих година прошлог века. Због недовољне прецизности правилника који је садржавао МДК загађујућих супстанција у ваздуху, у пракси су се јављали проблеми његовог тумачења те је дошло до увођења граничне вредности имисије.

8.1.1. Граничне вредности концентрације загађујућих супстанција атмосфере

Основни критеријуми за утврђивање граничних вредности, односно према ранијим прописима вредности максимално дозвољених концентрација загађујућих супстанција атмосфере, могу се свести на следеће:

1. Дозвољеном може бити призната само таква концентрација неке суп-станције у атмосферском ваздуху, која на човека не испољава, непо-средно или посредно, штетна и непријатна дејства, не снижава његову радну способност и не утиче на субјективно осећање и расположење, а то је гранична вредност.

2. Привикавање на штетне супстанције мора се разматрати као неповољан чинилац и доказ неподобности утврђене концентрације, односно гра-ничне вредности.

3. Недозвољене су такве концентрације штетних супстанција које непо-вољно утичу на биљке, климу средине, прозрачност атмосфере и живот-не услове насеља.

За сваку супстанцију која загађује атмосферски ваздух морају бити ус-тановљена два норматива: једнократна и средња дневна гранична вредност.


283

Једнократна гранична вредност концентрације (ГВЈ) хемијских супстан-ција у ваздуху насељених места представља концентрацију (mg/m3) која удиса-њем у току 30 минута не сме изазвати рефлекторне (укључујући субсензорне) реакције у организму човека.

Средња дневна гранична вредност (ГВСД) хемијских супстанција у ваз-духу насељених места представља концентрацију (mg/m3) која не сме испоља-вати на човека непосредно или посредно дејство при неодређено дугом (годи-нама) удисању.

Могу се разликовати строге граничне вредности имисије (СГВИ) које одговарају пожељном квалитету ваздуха, а карактеришу квалитет ваздуха ру-ралних, ненасељених области, као и посебно заштићених подручја и граничне вредности имисије (ГВИ) које се односе на квалитет ваздуха у урбаним и ин-дустријским областима и срединама.

Такође се предлаже и подела ваздуха према квалитету на одговарајуће класе. Ваздухом I класе сматра се веома чист ваздух у коме су измерене вред-ности концентрација загађујућих супстанција мање или једнаке строгим гра-ничним вредностима имисије, односно Cизм ≤ Cсгви. Ако су измерене вредности концентрација загађујућих супстанција између строгих граничних и гра-ничних вредности имисија (Cсгви < Cизм < Cгви) ваздух се означава II класом, односно карактерише се као мало до умерено загађени ваздух. Најзад, ако су измерене вредности концентрација појединих загађујућих супстанција изнад CГВИ (Cизм > Cгви) ваздух припада III класи, односно веома је загађен.

8.1.2. Граничне вредности концентрације атмосферских загађујућих супстанција за биљке

Како је аутотрофни карактер метаболизма специфична црта свих зеле-них биљака, одређивање дозвољених норми загађења ваздуха мора бити зас-новано у првом реду на минималним променама процеса фотосинтезе под утицајем загађујућих супстанција.

За једнократну граничну вредност загађујуће супстанције ваздуха за сваку биљку сматра се за сада она при којој се после 5 минута дејства уочава смањење фотосинтезе за више од 10%

8.1.3. Максимално дозвољене концентрације загађујућих супстанција вода

Утврђивање максимално дозвољених концентрација загађујућих суп-станција у води, слично као и граничних вредности у случају ваздуха, цен-


284

трална је карика у систему заштите вода. При научном утемељењу МДК пре свега се има у виду безопасност по здравље човека, главног корисника воде.

Максимално дозвољена концентрација хемијске супстанције у води је концентрација (mg/dm³) која не сме испољавати непосредан или посредан штетан утицај на организам човека у току његовог живота и на здравље наре-дних генерација и не сме погоршавати хигијенске услове коришћења воде.

Одређивање МДК заснива се на концентрацијама супстанција испод границе (прага), при којима се не запажају измене функционалног стања утвр-ђене деликатним физиолошким, биохемијским и патохистолошким методама, узетим из савремених медицинско-биолошких истраживања.

При експерименталном проучавању дејства хемијске супстанције вели-ки значај имају истраживања последица које се могу јавити касније (алерге-них, мутагених, канцерогених, тератогених).

Како су воде истовремено загађене са више различитих супстанција, хи-гијенско нормирање у условима комбинованог загађења реализује се са еви-дентирањем комбинованог дејства оних штетних супстанција за које су већ разрађене и засноване максимално дозвољене концентрације.

8.1.4. Основи одређивања максимално дозвољених концентрација загађујућих супстанција у отпадним водама

Неконтролисано испуштање загађених вода може довести до потпуне деградације природних. Да би се ово предупредило, неопходно је повести рачуна о максимално дозвољеним концентрација супстанција у отпадним во-дама. Ове вредности морају бити у границама вредности концентрација које након испуштања неће променити квалитет природне воде потребан за пред-виђену намену.

Утврђивање и научно заснивање норматива у шеми се разматра као ин-тердисциплинарно и комплексно истраживање, које мора одредити значај ис-питиваних супстанција у проблему санитарне заштите вода и окарактерисати је по три основна критеријума штетности: а) деловање на општи санитарни режим вода; б) деловање на органолептичке особине вода; в) деловање на здравље становништва.

8.1.5. Максимално дозвољене концентрација загађујућих супстанција у земљишту

Принципи нормирања штетних супстанција у земљишту се значајно ра-зликују од принципа на којима се заснива њихово нормирање у атмосферском


285

ваздуху, водама и животним намирницама. Разлика је условљена тиме што је непосредно доспевање штетних супстанција кроз земљиште у организам човека мало и ограничено је на неколико случајева (ручна обрада земље, зем-љишна прашина, игра деце у прашини итд.). Хемијске супстанције доспеле у земљиште у организам човека доспевају преко ваздуха, воде и биљака које су у контакту с њим; по биолошком ланцу: земљиште – биљке – човек; земљиш-те–биљке–животиње–човек, итд. Због тога се при нормирању хемијских суп-станција у земљишту не узима у обзир само опасност коју представља земља при непосредном контакту с њом, већ углавном последице секундарног за-гађивања средина у контакту с њом. При томе се у обзир узимају и други чиниоци, који у природним условима утичу на квантитативни садржај и по-нашање хемијских супстанција у земљишту (тип земљишта, механички састав, морфологија, микробиоценоза, pH, температура, влажност итд.). Поред нор-мирања садржаја пестицида, теоријски је оправдана неопходност нормирања садржаја таквих стабилних супстанција као што су соли метала (олово, арсен, бакар, жива), микроелемената (молибден, цинк, бор, ванадијум и др.), односно оних супстанција које могу мигрирати у атмосферски ваздух, подземне воде и снизити род или квалитет пољопривредне продукције.

Максимално дозвољена концентрација хемијске супстанције у ора-ничном слоју земљишта је она концентрација изражена у mg/kg која не изази-ва непосредно или посредно негативно дејство на средине које долазе у кон-такт са земљиштем, здравље човека као и на способност самопречишћавања земљишта.

8.1.6. Максимално дозвољене концентрације хемијских супстанција у животним намирницама

Mаксимално дозвољене концентрације хемијских супстанција у живот-ним намирницама прописане су са циљем заштите здравља људи од њиховог штетног деловања.

Одређивање МДК у животним намирницама се на самом почетку ове делатности углавном односило на пестициде. За нормирање присуства пести-цида и њихових метаболита неопходно је познавати њихове токсичне особине и одредити количине које могу да изазову патолошки ефекат. На овој основи може се научно утемељити прогноза о њиховој потенцијалној опасности за здравље становништва и каснијим последицама, узимајући у обзир специ-фичне особине препарата.


286

У животним намирницама се данас нормира и садржај многих других хемијских супстанција као што су алуминијум, кадмијум, арсен, жива, олово, флуор, итд.

Осим МДК, као превентивна мера прописан је и прихватљив дневни унос адитива, боја и загађујућих супстанција животним намирницама. При-хватљив дневни унос подразумева ону количину дневно унете супстанције која уношењем током људског века не повлачи за собом повећање ризика по здравље. Овај норматив изражен у mg по kg телесне масе утврђује се експери-ментално, користећи лабораторијске животиње.

8.2. МЕЂУНАРОДНО-ПРАВНО И ДРЖАВНО-ПРАВНО РЕГУЛИСАЊЕ ЗАШТИТЕ ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ Све активности, до последњих 150-200 година, нису угрожавале живот-

ну околину до мере коју сама природа не би могла да регулише. Од почетка индустријске револуције, са масовним растом популације, расли су и захтеви за сировинама који су, уз пратећи индустријски развој водили таквим утица-јима на околину да више нису могли бити занемарени. Постало је јасно, наро-чито у последњих двадесетак година, да ако се нешто озбиљно не предузме постоји растућа опасност за живи свет на планети и даљи напредак човечанс-тва.

Питање заштите животне средине није само правно, еколошко, социо-лошко или етичко већ, и то у значајној мери, и економско питање. Државе имају право да изводе своје активности и користе своје изворе сировина у ок-виру сопствених граница, на начин како то њима одговара и за своју сопствену корист. Такво стање, на срећу, није се могло одржати због све јаснијих наго-вештаја да игнорисање регулисања заштите животне средине води до штетних ефеката и за себе и за друге.

Данас све развијене земље и већина оних у развоју имају правну регула-тиву из области заштите животне средине. Међународна активност из области заштите животне средине датира из шездесетих година и одвија се преко ску-пова различитог обима и намене.

Друга конференција Уједињених нација о животној средини која је одр-жана у Рио де Жанеиру 1992. године, и поред разлика у оценама постигнутих резултата, поставила је основе за решавање питања животне средине као не-раздвојног дела развоја и дала нове импулсе процесима стварања најширих облика сарадње између развоја и животне средине и између развијених и зе-маља у развоју. Завршена је доношењем следећих докумената:

1. Рио декларација о животној средини и развоју,


287

2. Агенда 21, 3. Принципи о управљању, заштити и одрживом развоју свих типова шу-

ма, 4. Конвенција о промени климе, 5. Конвенција о биолошкој разноврсности.

Декларација се састоји од 27 принципа одрживог развоја од којих су најважнији: суверено право држава на коришћење сопствених природних из-вора сировина, помоћ развијених земаља земљама у развоју, смањење експло-зивног раста броја становништва, уграђивање принципа загађивач плаћа, итд.

Нешто другачија је ситуација у Европској унији, где су државе чланице обавезне да осигурају спровођење заједнички донетих правила – Директива. Тако су све земље ЕУ обавезне да осигурају да квалитет ваздуха неће прећи граничне вредности за поједине загађујуће супстанције (SO2, NOX, Pb и друге сличне). Директивама су дати рокови и граничне вредности, али је дата слобо-да свакој земљи да изабере на који начин ће доћи до жељеног циља. Основни принципи из области заштите животне средине прихваћени у земљама ЕУ су:

1. загађивач плаћа трошкове заштите и евентуалну штету, 2. спречавање загађивања врши се на извору, 3. цена производа одражава његов еколошки ефекат и коришћење сред-

става заштите.

Основа наше правне регулативе из области заштите животне средине је Закон о заштити животне средине и одговарајући подзаконски акти (уредбе и правилници). Тај закон уређује систем заштите и унапређења животне среди-не, одређује мере заштите, поступак установљења заштите и управљање заш-тићеним природним добрима, мере и поступке заштите од штетних утицаја и делатности на животну средину, финансирање заштите и унапређивања живо-тне средине и организацију послова.

На први поглед може да изгледа да је обиље прописа из области заштите животне средине непотребно. Међутим, треба имати у виду да је у овој облас-ти правна регулатива била врло оскудна, да у Србији, на пример, постоји само једна депонија комуналног отпада која одговара санитарним критеријумима прописаним за њихово лоцирање, изградњу и коришћење. Исто тако, треба имати у виду да само постојање закона не обезбеђује чисту и здраву животну средину, и да најбољи прописи и најстрожији стандарди не значе много без мера за њихово остваривање.


288

Област заштите животне средине посредно је обухваћена и другим про-писима.

8.2.1. Монтреалски протокол

Бечком конвенцијом из 1985. године установљен је механизам за међу-народну сарадњу и истраживање озонског омотача и ефеката хемикалија које изазивају његово разарање. На основу ње донет је Монтреалски протокол 1987. године (амандмани Лондон 1990, Копенхаген 1992, Беч 1995, Монтреал 1997, Пекинг 1999) којим су позване државе да постепено смање употребу ХФУ, халона и других хемикалија (CCl4, CHCl3) које доприносе разарању озонског омотача.

Ово је један од првих међународних споразума у области заштите живо-тне средине којим се предвиђају трговинске санкције са циљем обезбеђења поштовања његових одредби. У табели 44 дате су обавезе развијених и нераз-вијених земаља које су предвиђене Монтреалским протоколом.

Да Монтреалски протокол није само слово на папиру, што је често карак-теристично за међународна правна акта, илустративно је приказано на слици 63 на којој је дато смањивање садржаја CFC-11 (CCl3F) након доношења спо-разума.

Слика 63. Смањивање концентрације CFC-11 (CCl3F) као резултат

Монтреалског протокола


289

Табела 44. Обавезе развијених и неразвијених земаља које су предвиђене Монтреалским протоколом

Супстанција која разара озон Развијене земље Земље у развоју

ХФУ Постепено избацивање из упот-ребе до краја 1995.

Потпуно избацивање из употребе до 2010.

Халони Постепено избацивање из упот-ребе до краја 1993.


Угљен-тетрахлорид (CCl4)

Постепено избацивање из упот-ребе до краја 1995.


Метил-хлороформ Постепено избацивање из упот-ребе до краја 1995.


Хидрохлорофлуо-роугљеници (ХХФУ)

Замрзавање од почетка 1996

35% редукција до 2004. 65% редукција до 2010. Замрзавање у 2016. 90% редукција до 2015. на основни ниво 2015. Потпуно избацивање из упот-

ребе до 2020.. Потпуно избацивање из употребе до 2040.

Хидробромофлуо-роугљеници (ХБФУ)

Постепено избацивање из упот-ребе до краја 1995.

Постепено избацивање из употребе до краја 1995.

Метил-бромид замрзавање 1995. на основни ниво из 1991.

Замрзавање 2002. на просечни ниво

25% редукција до 1999. 1995.-1998. 50% редукција до 2001. 20% редукција 2005. 70% редукција до 2000. Потпуно избацивање

из употребе до 2015. Потпуно избацивање из упот-

ребе 2005.

8.2.2. Протокол из Кјотоа

У јапанском граду Кјотоу 1997. године око 50 земаља потписало је Ок-вирну конвенцију Уједињених нација о климатским променама, чији је циљ спречавање и смањивање емисије гасова, пре свега CO2, који се сматрају глав-ни узрочницима пораста температуре на Земљи, односно стварања ефекта ста-клене баште.


290

Према Протоколу из Кјотоа, индустријске земље до 2012. године морају да смање емисију штетних гасова у атмосферу у просеку за пет одсто у односу на ниво емисије 1990. године.

Проблем је у томе што тај документ постаје правно обавезујући тек када 55 земаља које производе 55% глобалне емисије CO2 ратификују Протокол.

САД и Аустралија су, међутим, иступиле из Протокола, Аустралија уз образложење да ће његовом ратификацијом извоз прљаве индустрије бити ус-мерен ка земљама у развоју, а у Аустралији настати мањак радних места, што ће знатно угрозити индустрију земље. Интересантно је, међутим, да, према Протоколу, Аустралија има право да за осам процената повећа ниво емисије CO2 у односу на 1990. годину. САД, највећи светски загађивач, своје одбијање су образложиле чињеницом да би ратификовање Кјото протокола нанело ште-ту националној економији, а Вашингтон је заузврат формулисао домаћи план заштите животне средине.

8.2.3. Стокхолмска конвенција

Године 2001. у Стокхолму је потписана конвенција којом се забрањује употреба постојаних органских загађујућих супстанција (Persistent Organic Pol-lutants – POPs) због њихових доказаних директних штетних ефеката на људско здравље и животну средину. Конвенција је резултат серије глобалних, регио-налних и националних активности усмерених на контролу ових једињења која су део једне шире класе познате као постојани биоакумулативни токсини (ПБТ) а која укључује и неорганске супстанције као што су олово, жива, арсен и цинк. Стокхолмска конвенција уз одговарајуће анексе, односи се на забрану производње и употребе 12 хемикалија које чине: алдрин, диелдрин, ендрин, хлордан, ДДТ, ПХБ, токсафен, хептахлор, хексахлорбензен, мирекс, диоксини и фурани.

8.3. ПРОЦЕНА РИЗИКА У низу активности које чине саставни део заштите животне средине

процена ризика је стратешка метода тј. комплексна процедура која на непос-редан и егзактан начин описује сву тежину проблема загађивања животне сре-дине и настале последице које погађају човека и природу уопште.

Процена ризика се у основи односи на човека и његово здравље, а об-рађује утицај различитих хемијских супстанција природног или вештачког порекла на здравствено стање јединке, или читаве популације која је изложена дејству одређене хемијске супстанције.


291

Ризик по људско здравље се најчешће дефинише као вероватноћа која описује степен угрожености здравља јединке изложене дејству одређене хеми-калије или групе хемикалија.

Процена ризика обухвата такође и анализу изложености јединке, или одређене популације, током протеклог времена, затим анализу врсте и степена негативних утицаја по здравље, као и процену могућих последица у будућнос-ти за одређене услове изложености.

Анализа и процена ризика се састоји од неколико основних група акти-вности (слика 64):

1) Сакупљање података и њихова обрада; 2) Процена изложености; 3) Оцена штетности и токсичности; 4) Карактеризација ризика; 5) Управљање и санација ризика.

Коначна фаза која започиње већ током првих активности у низу који се дефинише као процена ризика јесте процена трошкова и добити. Полази се од социјалних и здравствених ефеката, који имају своје непосредне економске последице, а утичу непосредно на политику у ужем смислу, када је реч о оп-редељењу да ли санирати или не санирати угрожено подручје или популацију. Такође се разматра и у ширем смислу, када се одлучује да ли казнити изази-вача ширења опасних супстанција и да ли и како извештавати о хазардном до-гађају, тј. како се опходити према свим структурама друштва. Ова фаза, која се у ствари описује финансијским ефектима, најтешње повезује струку и актив-ности око заштите животне средине са економијом и политиком једне државе.

8.3.1. Концепти и дефиниције

Ради лакшег разумевања како се спроводи у детаље анализа и процена ризика, на самом почетку је врло важно дефинисати шта се све подразумева под различитим појмовима као што су ризик, токсичност, изложеност или до-за, с обзиром на то да ови појмови имају врло широко значење, а неретко се дешава да у различитим контекстима имају и потпуно различита значења.


292

Слика 64. Елементи процене ризика, управљања и санације ризика


293

8.3.1.1. Ризик Под појмом ризик подразумевају се одређени степени вероватноће да

јединка буде рањена, заражена или да оболи, односно да умре под специ-фичним условима. Обично се изражава квантитативно од 0 до 1, тј. од верова-тноће да се ризичан догађај сигурно неће одиграти до сигурности да ће се оди-грати. У случајевима када се не може сигурно дати бројна вредност онда се користе изрази: мало вероватан, вероватан и врло вероватан догађај.

8.3.1.2. Токсичност и нетоксичност Од момента када је установљено да је нека хемикалија токсична фор-

мално се више не може говорити о њеним концентрацијама које су без ризика. Па и поред тога искуства су показала да су ниске концентрације неких елеме-ната, на пример есенцијалних, корисне за живе јединке, док су високе концен-трације токсичне. Из тих разлога се често поставља питање до којих концен-трација неког елемента или супстанције живи организам изложен дејству те супстанције остаје сигуран, односно до којих концентрација је ризик занемар-љив. С тим у вези треба нагласити да канцерогени испољавају своја негативна својства под било којим условима излагања па за њих не постоје безбедне или сигурне концентрације.

У вези са овим проблемом у тесној вези стоје појмови: токсичност и не-токсичност. Стога се спонатно могу повезати појмови нетоксичан и сигуран, као и појмови токсичан и опасан.

8.3.1.3. Изложеност и доза Путеви којима се може преносити штетна супстанција су различити, с

тим што су најчешћи ваздух, вода или храна. Контакт јединке са овим медију-мима уједно подразумева и њену изложеност (експозицију), с обзиром на то да преко ових медијума посматрана јединка прима – уноси у организам опасну супстанцију. Поред ових начина примања штетних супстанција постоје и ди-ректни контакти са њима: на радном месту, у фабрици, на њиви или на неки други начин, као што су експериментална испитивања утицаја токсичних суп-станција на организам.

Количина опасне супстанције у медијумима са којима јединка долази у контакт назива се експозициона концентрација, а количина опасне супстанци-је коју јединка прими назива се доза. Сасвим је јасно да се експозициона кон-центрација и примљена доза разликују. То потврђује чињеница да различити људи дневно уносе различите количине пијаће воде. Ако је у току неког пери-


294

ода концентрација опасне супстанције у води константна, то ће различити љу-ди несвесно примити различите дозе опасне супстанције.

8.3.2. Препознавање хазарда

За препознавање хазарда, тј. опасних супстанција и последица њиховог дејства, потребно је да се сакупе и обраде следећи подаци: 1) подаци о врсти оштећења здравља или појави болести које изазива одређена супстанција и 2) подаци о условима под којима је неко био изложен дејству неке опасне суп-станције, а под којима је дошло до појаве оштећења здравља. Након овога сле-де врло комплексна истраживања која треба да дају одговор на питање које органе или системе у организму нападају опасне супстанције.

Већ је наглашено да канцерогене супстанције испољавају своја токсична својства под било којим условима излагања, и за њих не постоје безбедне или сигурне концентрације. Међутим, у природи не могу увек да се пронађу кон-центрације канцерогених супстанција које су једнаке нули. Њихово присуство је евидентно, па и поред тога за један животни век од 70 година највећи број изложених људи не оболева од рака који дати канцероген може да изазове. Из тих разлога се уводи појам максималне толерантне дозе (МТД), која дефини-ше ниво концентрације неке (канцерогене) супстанције која је показала да не изазива никакве препознатљиве промене у здрављу чланова здраве и нормалне популације. Ипак ова доза може да буде опасна за такозване повредиве попу-лације као што су: већ оболели са смањеном отпорношћу, деца или труднице.

Епидемиолошка испитивања тј. истраживања која испитују здравствено стање одређене популације, која је захваћена одређеним оболењем или чије јединке пате од истих симптома који су изазвани дејством опасне супстанције, могу да у зависности од времена изложености и величине дозе најбоље уста-нове које су то најприхватљивије вредности МТД. Што је испитивана попула-ција већа то је установљена МТД вредност квалитетнија и сигурнија.

8.3.3. Однос између дозе и њених ефеката

Један од следећих важних корака у процени ризика је утврђивавање од-носа између дозе и дужине изложености некој штетној супстанцији са степе-ном испољеног ефекта тровања, односно болести.

Приликом утврђивавања односа између дозе опасне супстанције и ње-ног ефекта обично се разграничавају канцерогене од неканцерогених супстан-ција. За неканцерогене супстанције битно је установити прве препознатљиве ефекте тј. минималну ефективну дозу која изазива негативне здравствене ефе-


295

кте. Још једном треба нагласити да се такве вредности не могу егзактно утвр-дити, већ представљају апроксимације које су утолико боље уколико се засни-вају на епидемиолошким испитивањима што већих популација.

За разлику од неканцерогена, канцерогене супстанције немају ниво без негативног здравственог ефекта. За њих се сматра да нулта доза има нулти ризик. За сваку вредност дозе изнад нуле постоји коначна вредност ризика, тако да са порастом дозе расте и вероватноћа да се оболи од рака.

8.3.3.1. Екстраполација резултата Полазећи од чињенице да се многа истраживања корисна за процену ри-

зика по здравље човека врше на опитним животињама, и да се код канцероге-них супстанција та истраживања врше са дозама која дају резултате у разум-ном временском интервалу, то је неопходно добијене резултате екстраполиса-ти на ниске или врло високе дозе, за које није могуће добити експериментални резултат, а затим те резултате треба применити на човека.

8.4. ПРОЦЕНА ТРОШКОВА И ДОБИТИ

8.4.1. Трошак

На процес загађивања указале су пре свега биомедицинске науке и то спонтано, јер су се прве суочиле са последицама загађивања које се појављују међу људима и у природи. Све остале акције које су уследиле биле су свесне и намерне људске активности у циљу заштите животне средине. Могло би се рећи да је процес загађивања спонтан процес, чија ентропија расте, док су све активности које су усмерене ка сузбијању загађивања сврставају под неентро-пијске процесе, чији је циљ да смањи ентропију загађивања, а сваки неентро-пијски процес захтева додатно улагање енергије. Ово је најједноставнији начин да се објасни зашто се заштита животне средине препознаје као актив-ност која кошта, и зашто се због те своје особине често избегава од оних који стварају загађење. Економска димензија заштите животне средине је изузетно важна и мора се зато изучити. У данашње време задовољавање захтева потро-шачког друштва и стварање капитала подразумева и загађење животне среди-не. Да би се обуздали ови очигледно погубни процеси по човека и природу, њима треба супротставити резултате процене ризика који недвосмислену ука-зују на угроженост, а затим и процену трошкова и добит који пружају све еко-номске показатеље који говоре у корист заштите животне средине.


296

8.4.2. Добит

Приликом одређивања добити такође треба водити бригу о многим па-раметрима. Прагматичан приступ појму добити дефинише да је добит разлика између укупних прихода предузећа и трошкова који су нужни да би се добио само производ током простог производног циклуса. У таквим случајевима се појављују тенденције за смањењем цена радне снаге, за избегавањем плаћања пореза и доприноса, за смањењем инвестиција, а трошкови за заштиту живот-не средине се избегавају на разне начине. Тада је добит предузећа заиста вели-ка, али су зато штете и губици шире друштвене заједнице огромне, јер се терет здравствене заштите, школовања, изградње инфраструктуре и друго пребацује на другога. У таквим случајевима се загађење шири, а животна средина трајно деградира. Како избећи прагматично схватање добити, и где је добит ако се поштују сви савремени принципи о заштити животне средине?

Побољшање и унапређење квалитета живота уз спровођење заштите животне средине ствар је укупног образовања и нивоа свести целокупне попу-лације, која обухвата оне које раде у предузећу, као и оне који су ван њега. Деградација животне средине је дуг процес и мора се уочити и зауставити. Деградација животне средине се завршава у крајњој инстанци беживотном средином. Да би се то спречило, човек мора да уложи додатне напоре да би заштитио средину у којој живи. Ти додатни напори се не могу хонорисати, у предузећима они не могу да доносе финансијску добит, они се покривају ве-ћом продуктивношћу. Мудрост је у томе како умањити трошкове добро сми-шљеним поступцима и технологијама и како убедити, или приморати, све љу-де да се придржавају правила понашања и рада који штите животну средину. Коначно, права добит је очувана животна средина и нов стил живота.

297

ИНДЕКС

абиогене суспензије, 98 абиотична средина, 137 Агенда 21, 287 агрегатна стања, 77 агресивност воде, 91 адијабатски градијент, 177 адитивно дејство, 262 адсорбент, 106 адсорпција, 78, 106 аерација, 72, 123 аеробна, 53 аеробне морске бактерије, 127 аеросоли, 64, 211, 220, 222, 268, 274 антропогени извори, 180 атмосферски, 221 примарни, 223 природни извори, 180 секундарни, 223 секундарни извори, 224 сулфатни, 190, 224, 225 течни и чврсти, 166

азот, 38, 63, 267 биогеохемијски циклус, 188 глобални циклус, 188 изграђивачки елеменат, 190 фотодисоцијација молекула, 170

азот(I)-оксид, 196 азотови оксиди, 198 аквакомплекси, 80 активност ензима, 262 акумулација, 65, 263 органских компонената, 61

акутно тровање, 255 албедо, 169, 173, 174 алге, 120 алергијско дејство, 254 алкални раствори, 81 алкилбензенсулфонати, 133 алуминијум, 286 алумосиликати, 81, 82, 84 аминокиселине, 39 аминофеноли, 62

аминохинони, 62 амонијак, 38 амонијачна једињења, 92 амонијачни азот, 91 аморфна неорганска фаза, 53 анаеробна деградација, 53 анаеробна размена, 121 анаеробне бактерије, 154 анаеробни услови, 133 анјонактивне супстанције, 129 антагонизам, 262 антициклонска зона, 126 антропогени извори, 271 антропогени утицај, 48 антропосфера, 235 апатит, 81 апсорпција, 106 арктички екосистем, 233 ароматични угљоводоници, 122, 124 полициклични, 126

арсен, 140, 286 комплексна једињења, 141 метиловани облици, 141 нормирања садржаја, 285

арсенат, 140 арсенит, 142 артерске воде, 72 архаик, 35 асоцијација, 231 атмосфера, 34, 35, 36, 37, 165, 229, 240,

242, 247 вертикална струјања, 173 вода у, 178 емисија киселих гасова, 267 киселост, 183 концентрација СО2, 186 кружење елемената, 184 основни састав, 165 примарна, 37 промена састава, 192 секундарна, 37 температура, 172


298

термална структура, 167 терцијарна, 38 уклањање гасова, 189 хемијски процеси у, 199

атмосферске воде, 65, 66, 179, 198 атмосферске падавине, 66 аутокаталитички процеси, 219 аутотрофни организми, 236 базна земљишта, 58 бакар, 73, 143 нормирања садржаја, 285 растворни облици, 144 садржај у седиментима, 144 у воденој средини, 143 у чврстим честицама, 143

бакарна руда сулфидна, 48

бактерије, 74, 99, 236, 277 бактеријска редукција, 272 бактеријске болести, 117 бал, 100 беланчевине, 91 бенз[а]пирен, 113, 126 бензен, 61 биљке, 73, 267, 285 биљни свет губици у, 252

биљоједи, 237 биоакумулација, 110 биогене материје, 85 биогеохемијски циклус, 62, 234 биогеоценоза, 232 биодепресивна дејства, 259 БИОЈ, 207 оксидација, 208

биоконцентрација, 261 биолошка активност, 272 продуктивност вода, 248 разноврсност, 63

биолошки активне супстанције, 73 афинитет, 261 ефекти, 258 квалитет, 248 процеси, 94

биолошко испаравање, 66

биолошко метиловање, 146 биом, 233 биомолекули, 39, 40 биостимулациона дејства, 259 биосфера, 32, 35, 45, 229, 230, 232, 233,

234, 235, 240, 242, 248 кружење елемената, 184

биотопи, 229 биофилни елементи, 62 биохемијска оксидација, 116, 132, 133 брзина, 132

биохемијске реакције, 80, 266 биохемијски процеси, 82 биоценоза, 231 биоцидна једињења, 112 боја воде, 100 платино-кобалтна скала, 100

боје, 43 боксит, 81 Бопал, 23 бор нормирања садржаја, 285

БПК, 111, 112 брзина ветра, 268 брзина падања честица, 225 број капи у облаку, 180 бром, 73 бујице, 85 бука и вибрације, 264 ваздух, 43, 53, 165 атмосферски, 285 влажан, 172 влажност, 266 кретање, 172 МДК, 282 повећана влажност, 264 природне компоненте, 183 састав незагађеног, 166 снижена температура, 264

ваздух I, II и III класе, 283 ванадијум нормирања садржаја, 285

ватра, 28 вегетациони покривач, 278 Велики прасак, 33 вермикулит, 58 ветар, 54

ИНДЕКС

299

преовлађујући смер, 175 ветрови море-копно, 178 вештачки извори гасова, 192 вештачко ђубриво, 250 вируси, 117, 118 влажност, 266 ваздуха, 266

влажност земљишта, 267 вода, 43, 53, 285 агрегатна стања, 77 агресивност, 91 аномалија густине, 77 артерска, 72 атмосферска, 65, 66 бактериолошки исправна, 102 баланс, 67 биолошки везана, 66 боја, 100 вештачки мирис, 100 водена пара, 66 горња, 72 губитак, 75 експлоатација подземне, 72 за пиће, 72 загађивање, 248 залихе, 65 извори загађења, 113 интензитет кише, 78 интернуклеарно растојање, 77 испаравање, 66 језерска, 69 као животна средина, 74 кисела, 83 класна припадност, 83 кондензациона, 66 кристална, 65 кружење, 66, 68, 178 мека, 83 миграција метала, 139 минерализована, 85 мирис и укус, 100 молекул, 76 мутноћа, 99 нафта у, 122 облици леда, 77 облици молекула, 76 океанска, 96

отпадна, 114 плитка, 72 по тврдоћи, 85 површинска, 68 подземна, 66, 70, 71 последице губитка, 75 потреба за, 75 прилично слана, 82 примесе, 84 природна, 85 природни мирис, 100 промена састава, 80 процес промета, 76 расподела, 65 расподела речне, 70 ресурси, 65 садржај калијума, 85 самопречишћавање, 161 састав акумулација, 93 састав језерске, 93 састав океанске, 96 састав речне, 93 скала мириса, 100 слана, 82 слатка, 82 сливања, 78 способност растварања, 78 структурна, 65 температура, 101 токсична једињења, 102 топлотна проводљивост, 77 у стратосфери, 179 укус, 101 уношење загађене, 116 физичкохемијски састав, 80 хемијски састав, 277

вода за пиће квалитет, 99 показатељи квалитета, 99 хлорисања, 18

вода морска гвожђе у, 98 колоидне честице, 98 органски материјал, 98 суспендоване честице, 97 хемијски састав, 97

вода океанска


300

суспендоване честице, 97 хемијски састав, 97

вода површинска закисељавање, 198

вода подземна загађивање, 157, 158 загађујуће материје, 160 загађујуће супстанције, 160 погоршање квалитета, 159 подложност загађивању, 158

вода природна моћ самопречишћавања, 157

вода речна врсте мешања, 102

вода стајаћа температурски профил, 153

вода у атмосфери, 178 воде природне класификација, 82

водена пара, 38, 66, 77 водени организми, 118 водени хумус, 92 водоводна мреже, 29 водоник, 34, 38 водоник сулфид, 272 водоникпероксид, 211 водонична веза, 56 водоносни слојеви, 71 врста земљишта, 55 врсте организама угрожавање опстанка, 251

вртложна струјања, 268 вулкани, 43, 274 вулканске активности, 37 подводне, 96

вулканске ерупције, 275, 278 гасови примарно настајање, 184

гасови емитовани дисперзија и домет, 197

гасови стаклене баште, 63 гасовити продукти, 79 гвожђе, 34, 98 двовалентно, 92 органски облик, 92

генетске измене, 251 генетски код, 40

геотермална енергија, 235 гипс, 85 глациологија, 67 глобални циклус угљеника, 185 гљиве, 236 горива фосилнa, 19, 31

горње воде, 72 грабљивице, 237 град, 30 гранит, 47 гранична вредност Директиве, 287 имисије, 282 једнократна, 282, 283 средња дневна, 282, 283

граничне вредности имисије, 283 гранодиорит, 47 грубодисперзне примесе, 99 губитак воде, 75 ДДТ, 17, 137 деградација, 42, 50, 51, 52, 54 аеробна, 53 анаеробна, 53 животне средине, 296 и загађивања тла, 248 органске материје, 56 површине Земље, 278 стена, 48

дезоксирибонуклеинска киселина, 39 декарбонација, 50 деловање повољно, 23 токсично, 23 штетно, 23

деловање на кожу, 254 денитрификација, 119, 274 деоксигенација, 162 депоније, 42 деривати нафте, 122 десалинизација, 73 десулфуризација, 198 детерџенти, 128 детоксификација, 30 деутеријум, 76 дехидратација, 50 дивље животиње, 27

ИНДЕКС

301

диелдрин, 137 дијаманти, 73 димензија честица, 84, 253 диорит, 47 Директиве ЕУ, 287 дисперзија, 103, 269 дифузија, 175 дифузија ваздуха, 175 дно, 79 добит, 295, 296 доза, 25, 291, 293 доломит, 85 дубинске воде, 278 дужина деловања, 253 евапотранспирација, 66 еволуција живота, 41 еволуција Земље, 40 едафски чиниоци, 267 Ејткенове честице, 223 екологија, 32, 33 еколошка криза, 242 равнотежа, 19 функција земљишта, 62

еколошке катастрофе, 242 економија, 21 екосистем, 32, 232, 259 арктички, 233 ливадски, 233 тропски, 233 умерени, 233 шумски, 233

екотоксикологија, 257, 259, 262 екотоксиколошка доза, 260 екотоксиколошки тестови, 260 екотоксично дејство, 259 експозиција, 253 експозициона концентрација, 293 екстраполација резултата, 295 електрична пражњења, 274 елементи биофилни, 62 есенцијални, 40 макро, 40 микро, 40 природни циклуси, 184 у траговима, 34, 60

штетни, 40 еманација, 43 ембриотропно деловање, 257 емисија, 268, 271 диметил-сулфида, 190 загађујућих супстанција, 247 киселих гасова, 267 сумпора, 271

емулговање, 125 еолска ерозија, 275 епидемиолошка испитивања, 294, 295 епилимнион, 153, 155, 156 ерозија, 29, 44, 51, 61, 250, 276, 278 физичка, 79 хемијска, 79

ерозија корита, 84 ерупција, 79 есенцијални елементи, 40 еутрофизација, 95, 120 језера, 120 стајаћих вода, 120

ефекат „стаклене баште”, 16, 169 ефекат вртложног кретања, 175 жива, 109, 145, 286 метилжива, 145 нормирања садржаја, 285 сорпција, 145 стабилни комплекси, 145

жива материја, 99 живот отежавање и угрожавање, 251

животиње, 73, 285 животињски свет губици у, 252

животна средина, 32, 33, 74, 230, 235, 257, 261 антропогено оптерећење, 244 деградација супстанција у, 260 заштита, 21, 32 извори загађивања, 271 нарушавање, 242 основе за решавање проблема, 286 правно регулисање заштите, 286 природна, 32 угрожавање, 239

животна станишта, 229 животне намирнице, 285, 286


302

МДК, 282 житница, 29 загађено земљиште и ваздух, 252 загађеност муљева, 59 загађење, 21, 54, 278 дисперзија, 103 разблаживање, 103 транспорт, 103

загађивање, 30 заштита од, 246 последице, 18, 242 секундарно, 285

загађивање атмосфере последице, 246

загађивање воде, 111, 248 термичко, 152

загађивање нафтом, 271 загађивање хидросфере последице, 247

загађујуће материје биолошке, 117 класификација хемијских, 119 количина, 112

загађујуће супстанције, 268 деловање на биљке, 264 деловање на човека, 251 дисперзија, 267 емисија, 247 комбиновано дејство, 262 последице деловања, 251 транспорт, 267

закон Ирија, 84 Закон о заштити животне средине, 287 закони, 281 залихе воде, 65 заштита, 32 заштита животне средине, 290, 291 заштита од загађивања, 246 заштита природе, 32 здравље човека, 285 Земља, 33, 34 земље у развоју, 286 Земљина кора, 35, 36 Земљина ротација, 173 земљишни хумус, 93 земљишта базна, 58

кисела, 58 земљиште, 52, 54, 64, 285 еколошка функција, 62 МДК, 282 самоочишћење, 29 састав, 52 текстура, 53

земљотреси, 278, 279 злато, 73 зона кружног кретања, 173 зоне антициклонске, 126 циклонске, 126

зоопланктони, 99 зооценоза, 231 зрачењe ултраљубичасто, 19

зрачење са Сунца, 169 зрачење црног тела, 169 извори загађивања, 271 бродови, 113 природни, 271

изложеност, 293 изомеризација, 214 изопрен, 187, 207, 266 фотодисоцијација, 207

имунитет, 252 индол, 62 инјекција, 21 инклузија честица, 214 инсектициди, 16, 62 инсолација, 172 интензитет кише, 78 интеракције метала, 140 интрамолекулска елиминација, 214 испаравање, 79, 107 воде, 66

испарљива органска једињења, 199 испирање, 107 испирање падавинама, 213 исхрана, 267 једињења сумпора и азота емисија, 271

језера, 65, 69, 70, 94 закисељавање, 15 састав акумулационих, 95 седименти у, 95

ИНДЕКС

303

језеро еутрофизација, 120 мономиктично, 155 стратификовано, 156 цветање воде, 121

језерска вода, 69 јод, 80, 149 јони

Mg, 85 Са, 85

јонизујуће зрачење, 108 јоноизмењивачка способност, 56, 57 јоносфера, 168 јонска измена, 78 Јунге-ов слој, 271 кадмијум, 142, 286 калијум, 82, 267 калцијум-карбонат, 90 калцијумова вода, 82 калцификација, 56 камени угаљ, 73 канцерогене супстанције, 128, 294 канцерогено деловање, 45, 256 канцерозна обољења, 20 каолинит, 58 кап кише, 78 капиталистички период, 31 карбоксиметил-целулоза, 133 карбонати, 44, 80, 81 карбонатна киселина, 88 дисоцијација, 89 константа дисоцијације, 90 слободна, 89

карбонатне воде, 82 карбонизација, 80 катјонактивне супстанције, 129 катјони, 81 квалитет воде, 99 кварцдиорит, 47 кинетика, 43 кисела депозиција, 190 кисела земљишта, 58 киселе кише, 37, 113, 196, 247 узрочник, 193

кисели гасови, 267 киселост падавина у Европи, 196 киселост праокеана, 37

киселост, pH, 57, 112, 285 атмосферске воде, 182 мора, 37 природних вода, 89

кисеоник, 18, 19, 24, 34, 37, 38, 43, 48, 63, 87 биохемијска потрошња, 111 вертикална расподела, 87 кисеонични дефицит, 88 потрошња, 87 растворљивост, 87 садржај, 87 фотодисоцијација молекула, 170 хемијска потрошња, 112

киша, 107, 211 кишне капи, 266 кишница, 78 клизање, 250 клизање земљишта, 250 клима, 54, 280 климатске последице, 247 климатске промене, 242 коефицијент расподеле, 215 коефицијенти акумулације, 110 количина емитованог СО2, 195 количина отпадака, 27 количина падавина, 78 колоиди, 43 колоидне примесе, 84 колоидне честице, 98, 140 колоидни системи, 84 колоидно-хемијске интеракције, 80 комбиновано дејство, 262 комбиновано загађење, 284 конвективно мешање, 172 Конвенција о биолошкој разноврсности, 287 о промени климе, 287

конвенције, 281 кондензација водене паре, 179 конзументи, 236 конзументи другог реда, 236 конзументи првог реда, 236 конзументи трећег реда, 236 константе реакционих брзина, 204 концентрација, 83, 253 граничне вредности, 281


304

максимално дозвољена, 62, 281, 283, 284, 285

Кориолисова сила, 173 корозија гвожђа, 86 сумпорводоник, 91 хлориди, 86

космичка прашина, 34 крвна плазма, 75 крвни судови, 75 кретање ваздуха, 172 кретање седимената, 95 кречни муљ, 99 кречњак, 49, 85 кристална вода, 65 критична тачка воде, 36 кружење воде, 66, 68 у глобалним размерама, 178

крчење шума, 28 кухињскa со, 25 лава, 279 лакови, 43 ланац исхране, 236 лантаниди, 149, 152 ланци грабљивица, 237 ланци исхране, 238 ланци паразита, 237 ланци сапрофита, 237 латеризација, 250 латосолизација, 56 ледене масе, 65 ледено доба, 31 ледници, 65 ливаде, 76 ливадски екосистем, 233 лимнологија, 67 литијум, 73 литосфера, 35, 36, 41, 42, 51, 79, 240,

248 магла, 179, 211, 266 адвекциона, 179 радијациона, 179

магматске стене, 47 магнезијум, 34 магнезијумова вода, 82 магнетит, 81 макроекосистем, 233 макроелементи, 34

макрофите, 121 максималне толерантне дозе, 294 максимално дозвољена концентрација,

62 манган, 73 масти, 39 материје штетне, 43

матрикс, 57 МДК, 281 мезоекосистем, 233 мезопауза, 168 мезосфера, 168 мезофиле, 266 меке воде, 83 мермер, 49 метаболизам хлорних деривата, 137 метаболитички процеси, 110 метаморфизам, 49 метаморфне стене, 48 метан, 38, 44, 63, 186, 201 оксидација у стратосфери, 196 целокупна количина, 184

метасоматоза, 48 метилжива, 145 механичка турбуленција, 175 мешање, 103 мешање воде, 104 бочно, 102 подужно, 102 усправно, 102

миграција метала, 140 микробиоценоза, 285 микроекосистем, 233 микроелементи, 40, 54, 85, 93 микроорганизми, 277 микроценоза, 231 минерализација, 79 минерализоване воде, 85 минералошки састав, 54 мирис воде, 100 мобилизација, 59 молибден, 73 нормирања садржаја, 285

монотерпени, 207 монтморилонит, 58 Монтреалски протокол, 288, 289

ИНДЕКС

305

мора, 65, 73, 96 морска суспензија, 98 моћ самопречишћавања, 161 мочваре, 65, 278 мутагенезa, 20 мутагени ефекти, 20 мутагено дејство, 45 мутагено деловање, 256 мутноћа, 84, 100 мутноћа воде, 99 надражујуће дејство, 254 напон паре, 261 снижавање, 180

наслаге, 79 настајање (NH4)2SO4, 183 наталитет, 26, 27 натријум, 73, 82 натријумова вода, 82 натријум-силикат, 133 натријум-триполифосфат, 133 нафта, 21, 73, 122 загађивање, 271

нафтален, 62 нафтенске киселине, 80 нафтна мрља, 123 карактеристике, 124

начин продирања, 253 небула сунца, 34 незасићени угљоводоници, 201 нејоногене супстанције, 129 некроза, 267 неметански угљоводоници, 275 неорганска једињења, 42 неоргански отпад депонија, 42

непријатан мирис, 119 укус, 119

нерастворне примесе, 84 нетоксичност, 293 нефелин, 81 никл, 34, 73, 146 ниобијум, 148 нитрати, 58, 91, 119, 120 концентрација, 92 микробиолошка редукција, 189

нитратни радикали, 203

нитрити, 92 трансформација, 261

нитрозо једињења, 261 нормирање животних намирница, 286

нуклеарне електране, 148 облаци, 211 кондензациони центри, 180 оптичке особине, 180

облици леда, 77 облици молекула воде, 76 обољења канцерозна, 20

образовање, 296 образовање мицела, 129 критична концентрација, 129

образовање пене, 131 одрживи развој, 239 озон, 17, 18, 44, 167, 204, 211 деструкција, 219 деструкција тропосферског, 207 настајање, 218 смањивање стратосферског омотача,

193 тропосферски, 195

озон тропосферски потрошња, 183

озонски омотач разарање, 240

океан, 73, 99 дно, 99

океани, 65, 73, 96 океанографија, 67 океанска вода, 96 састав, 96

океанска циркулација, 126 оклудовање, 52 околина, 14 оксидација, 80 оксидација угља, 274 оксиди силицијума, 79 оксидовани облици, 109 оксидоредукције, 50 олово, 30, 34, 73, 144, 286 биометиловање, 144 нормирања садржаја, 285 расподела и миграција, 144


306

сорпција, 144 хелати, 144

олује, 279 олујне кише, 279 ОН-групе органских супстанција, 57 ОН-радикали, 38, 199, 204 оксидација, 203

органофосфорна једињења, 138 органохлорна једињења, 137 органохлорни пестициди, 213 органска једињења фотохемијске реакције, 206

органске материје, 43 органске супстанције, 85 поларни молекули, 131

органски пероксиди, 209 органски пероксирадикали, 201 основни јони, 85 садржај, 85

отпадне воде, 111, 114, 116, 284 градске, 111 садржај, 115

отров, 25 оштећење шума, 252 падавине, 54, 66, 69 неравномерност, 69

парадајз, 267 паразити, 117, 118, 237 парафини, 124 фотоиндуковане трансформације,

212 патогене бактерије, 117 патолошки ефекат, 285 пена образовање, 131

период Адама, 30 капиталистички, 31 неолитске еволуције, 30 феудални, 30

пероксиацетил-нитрат, 208 песак, 52 пестициди, 43, 128, 133, 134, 212, 215,

241 време боравка, 215 ДДТ, 15 количина, 135

миграција, 134 напон паре, 216 нормирања садржаја, 285 разлагање, 136 сорпција, 136, 138 фотохемијске реакције, 214

пешчане олује, 276 пешчане пустиње, 276 пијаћа вода, 293 пиридин, 62 пирол, 62 плавозелене алге, 74, 120, 122 планктони, 74 платино-кобалтна скала, 100 племенити гасови, 38 повољно деловање, 23 површина копна, 249 површинска хидросфера, 71 површинске воде, 68 површински-активне супстанције, 128,

134 површинско распадање, 50 подела вода, 85 подземна вода, 66 подземне воде, 70, 71, 104 загађење, 123

подсолизација, 56 полиалумосиликати, 85 полихлоровани бифенили, 127 полихлоровани угљоводоници, 43, 44 полициклични ароматични угљоводоници, 126

полувремена боравка, 205 полувремена реакција, 204 пољопривреда, 29 поплаве, 279 порозност стена, 51 последице загађивања, 242 последице загађивања атмосфере, 246 последице загађивања хидросфере, 247 потамологија, 67 потенцијал (pε), 120 потоци, 65 потреба за водом, 75 потрошачи воде, 76 потрошачко друштво, 295 правац ветра, 269

ИНДЕКС

307

правилник, 281 правна регулатива, 287 правно регулисање заштите животне средине, 286

праматерија, 75 прашина, 52 прашњаве буре, 276 прекамбријум, 36, 38 примесе, 78 примесе воде, 84 принцип екологије, 32 природа заштита, 32

природна равнотежа, 241 природне воде, 85, 277

pH, 89 органске материје у, 92 састав, 78

природни гас, 73 природни производи, 33 природни процеси, 279 природни циклуси елемената, 184 притисак, 80 проблем киселих киша, 247 прогноза утицаја, 244 продуценти, 236 производ растворљивости, 81 промет материја, 103 прописи, 287 Протокол из Кјотоа, 289 протоплазма, 39 профил, 55 профит, 15, 21, 22 процена ризика, 290, 291, 295 процена трошкова и добити, 291 процес деградације, 50 мобилизације, 49 самопречишћавања, 104 седиментације, 52

процеси технолошки, 31

процеси растварања, 179 процеси у тропосфери, 211 пустиња, 29 равнотежа, 32, 58 еколошка, 19

радијум, 21 радикали нитратни, 203 слободни, 222 хидроксил, 38, 203, 209, 211

радиоактивна једињења, 279 радиоактивне материје, 148 миграција, 151

радиоактивни Cs, 55 радиоактивни отпад, 42 депоније, 42

радиоактивни продукти садржај у води, 150

радиоактивно дејство, 42 радиоактивно зрачењe, 21 радиоактивност, 34 радионуклиди, 148 индуковани, 152 полазни облици, 149

разарање озонског омотача, 240 разблаживање, 103 разблаживање загађења, 103 разлагање, 79 рак коже, 19 раслојавање водене масе, 155 расподела воде, 65 расподела гасова, 82 расподела речних вода, 70 расподела угљеника у природи, 186 растварање, 105 растварање гасова, 182 у течностима, 181

растварање соли, 78 растворени гасови, 85 растворени електролити, 78 растворљивост, 81, 261 гасова, 105 кисеоника, 105 течности, 105 чврстих супстанција, 105

реаерација, 161, 162 редокс потенцијал, 91 редуковани облици, 109 редукција, 80 редуценти, 236 резерве кисеоника, 120 реке, 65, 70


308

највеће, 70 рефлексија зрачења, 174 речне воде суспендоване материје, 94 хемијски састав, 93

рибонуклеинска киселина, 39 ризик, 291, 293 ризик по људско здравље, 291 Рио декларација, 286 роса, 266 руда гвожђа, 73 руде, 80 рутенијум, 148 садржај злата, 80 садржај микроелемената, 82 садржај сулфатних јона, 86 самопречишћавање, 104 самум, 276 санитарни критеријуми, 287 сапрофитни организми, 236 састав земљишта, 54 светлост, 265 спектрални састав, 265

седименти, 36, 37, 49, 94 седиментне стене, 49 секундарни минерали, 36 секундарно загађивање, 285 село, 30 сензибилизација, 109 силикати, 81 силицијум, 34 силицијумова киселина, 84, 92 синергизам, 262 сирова нафта, 123 сисари, 73 систем канализациони, 15

слана, 179 слана језера, 94 сливања воде, 78 слободни радикали, 222 слојевите мицеле, 130 со кухињскa, 25

соли граничне концентрације, 101

соли метала

нормирања садржаја, 285 солубилизација, 130 механизми, 131

солфатари, 37 сорпција, 58, 106 живе, 145 олова, 144

сорпција пестицида, 138 сорпција фосфата, 58 социосфера, 235 спаљивање шума, 28 способност растварања, 78 срединa животнa, 14

средина природна, 14 радна, 14 човекова, 14

стаклена башта, 16 стандарди, 281 станишта, 27 становници, 28 стена, 278 стене, 36, 47 магматске, 47 метаморфне, 48 седиментне, 49

степен испољеног ефекта, 294 Стокхолмска конвенција, 290 стоме, 265, 267 сточарство, 27, 29 стратификација, 155 стратификовано језеро, 154 стратосфера, 167, 168, 270 фотохемијске реакције у, 218

стратосферски омотач, 44 стронцијум, 149, 151 субакутно тровање, 255 субхронично тровање, 255 сува депозиција, 213 суво таложење, 214 сувоземне биљке, 75 сулфати, 48 сулфатна киселина, 81 сулфатна класа, 83 сулфатне воде, 82 сулфатни аеросоли, 190, 275

ИНДЕКС

309

сулфиди, 48, 81 сулфиди метала, 79 сумпор, 73 биогена једињења, 191 састојак биљног света, 190

сумпор(IV)-оксид, 197 сумпорводоник, 91 хидросулфидни јон, 91

сумпорни гасови извор, 191

Сунце, 33 Сунчев систем, 33 сунчева енергија, 233, 235 Сунчево зрачење, 168 Сунчево светло, 39 супстанција синтетскa, 24

супстанције емитоване из димњака, 268 загађујуће, 15

суспендоване честице, 227 суспензија, 94 талог, 49 талог речног дна, 94 таложење, 49 текстура земљишта, 53 температура, 54, 80, 266 Земљине коре, 38

температура атмосфере, 172 температура воде, 101 температура глобална пораст, 206

температурна инверзија, 172, 176 температурни коефицијенти адијабатски, 179

теорија еволуције, 39 тератогено дејство, 45 термална турбуленција, 175 термички загађивач главни, 156

термичко загађивање, 155 воде, 152

термоелектрана, 42 термоклина, 153 термосфера, 168 терпени, 187, 275 тетрахлоро-дибензо-диоксин, 261

технецијум, 148, 151, 152 техногенеза, 235, 236 техногени извори, 271 техногени фактори, 158 технолошки процеси, 31 техносфера, 235 тешки метали, 139 тешко растворна једињења растворљивост, 81

тло, 249, 278 деградација и загађивање, 248

токсикант, 24 токсиколошка испитивања, 259 токсиколошке особине, 253 токсична једињења, 102 токсичне супстанције, 110 токсично дејство, 255, 279 токсично деловање, 23, 257 токсичност, 291, 293 топлотна проводљивост снега, 77 топлотно зрачење, 242 топљење снега, 70 топографија терена, 268 транспорт, 59, 103 транспорт пестицида ваздухом, 213 трговинске санкције, 288 тресет, 79 трицијум, 76 тровање, 252, 255 изоцијанатима, 23

тропопауза, 167, 270 тропосфера, 44, 167, 176, 268, 270 тропски екосистем, 233 трофичка мрежу, 237 трошкови, 295, 296 турбулентна струјања, 108 турбуленција, 171, 175, 269 ћелијска протоплазма, 75 угљени хидрати, 39 угљеник, 34, 63 биогеохемијски циклус, 188 расподела у природи, 186

угљеник(IV)-оксид, 63, 88 угљоводоници засићени, 39 незасићени, 39

угрожавање живота, 251


310

узгајање морских организама, 73 укупни хлориди, 86 укус воде, 100 умерени екосистем, 233 умирања алги, 155 универзум, 33 упутство, 281 уран, 73 утицај климатских чинилаца, 264 фармакокинетика, 110 феноксазини, 62 феудални период, 30 фиброгено дејство, 254 физичка деградација, 50 физичка ерозија, 79 физичка мобилизација, 49 физичкохемијске особине, 253 фиксација, 52 фине честице, 272 фисиони продукти, 148 фракционисање, 149

фитопланктони, 73, 74, 98, 99, 127 фитоценоза, 231 флуор, 286 флуоресценција, 109 флуориди, 81, 267 флуоридна киселина, 81 фонтане, 71 фосилна горива, 18, 31, 241 фосфати, 21, 59 фосфатна киселина, 81 фосфор једињења, 92

фосфоресценција, 109 фотодисоцијација, 170

NO2, 199 фотоизомеризација, 215 фотокаталитичка активност, 212 фотокаталитичко дејство, 212 фотолиза, 212

NО2, 200 виших алдехида, 201 озона, 202 формалдехида, 201

фотооксиданати, 247 фотооксидација, 224 фотооксидација SO2, 210

фотосинтеза, 74, 156, 266 фотохемијска деградација, 213 фотохемијска измаглица, 275 фотохемијске реакције органска једињења, 206 хетерогене, 212

фотохемијске трансформације, 108 фотохемијски процеси, 108, 199 фотохемијски смог, 201, 209, 266 фреони, 217 фулвокиселине, 61, 62, 93, 106 фумароле, 36, 43 функција земљишта, 63 фуран, 62 хаварија, 20 Бопал, 23

хазард, 294 хазардни догађај, 291 халиозит, 58 хексахлорбензен, 137 хелијум, 34 хемијска анализа, 53 деградација, 213 ерозија, 79 интеракција, 80 разградња, 50

хемијске реакције брзина хетерогених, 211 хетерогене фотоиндуковане, 212 хомогене и хетерогене, 199

хемијски састав, 47, 82 воде, 277

хемисорпција, 106 хербицид, 25 хербициди, 62 хетерогене хемијске реакције, 211 хетерогени системи, 42 хетеросфера, 171 хетеротрофни организми, 236 хидратација, 50 хидрогеологија, 67 хидродинамички услови, 157 хидрокарбонати, 80 хидрокарбонатне воде, 82 хидрокарбонатни јони, 86, 89 хидроксиди тешких метала, 84

ИНДЕКС

311

хидроксил радикали, 203 хидролиза, 50, 80, 110 хидролискуни, 79 хидрологија, 67 хидролошке последице, 247 хидрометеорологија, 67 хидросфера, 34, 35, 36, 42, 51, 240 хидрофилни део, 129 хидрофобни део, 129 хидрохемијски услови, 157 хинолин, 62 хипертермија, 263 хиполимнион, 153 хлоридна класа, 83 хлоридне воде, 82 хлоридни комплекси метала, 140 хлорит, 57, 58 хлороза, 267 хлорфлуор-угљеник понашање, 216

холинестераза инхибиција активности, 139

хоминоид, 25 хомосфера, 218 хоризонт, 55 ХПК, 112 хром, 143 у седиментима, 143

хронично тровање, 255, 259 хумини, 61 хуминска киселина, 61, 93, 106 хумус, 53, 60, 61

хумусна једињења, 92 хумусни хоризонт, 55 цветање алги, 153 цезијум, 149, 151, 152 циклична једињења, 131 циклонске зоне, 126 циклус азота, 184 сумпора, 184 угљеника, 184 угљеника глобални, 185

цинк, 147 нормирања садржаја, 285 органски комплекси, 147 хидролиза, 147

чернозeм, 79 честице брзина падања, 225 суспендоване, 227, 228

четинари, 267 човек, 25, 285 човекова активност, 54 човекова животна средина, 235 шљака, 42 штетне материје, 42, 43, 44 штетно деловање, 23 шума, 18 крчење, 29, 30 спаљивање, 28

шумски екосистем, 233 шумски пожари, 224, 272, 274, 275, 279

UFHZS

Documents

Transcript of UFHZS