CHEMIE ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ I Environmentálni procesy (02) Globálni problémy lidstva a životniho prostředi Ivan Holoubek RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz Problémy životního prostředí Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 2 Problémy životního prostředí Máme schopnost tuto planetu zniCit! Avšak máme také schopnost ji zachránit !! Gro Harlem Brundtlandová w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 3 Globální problémy Rozvoj vědy a techniky ^ prodloužení života ^ zvýšení jeho pohodlí ^> vyšší civilizační a kulturní úroveň Nerovnoměrné rozdělení celoplanetárního produktů 1/4 celoplanetární populace - vysoce ekonomicky rozvinuté, industrializované země w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 4 ^ 1 mld obyvatel (ca 1/5) - chudoba, podvýživa, choroby ^ průměrná doba života: - průmyslově vyspělé země -70 let - rozvojové země < 50 let ^> rozvojové země - počet úmrtí živě narozených dětí do 1 roku života - průmyslově vyspělé země -5 -20 - rozvojové země -200 ^> ženy ve většině chudých zemí - 200-krát vyšší riziko úmrtí během těhotenství a porodu ^ každý den umírá 40 000 dětí hlady nebo jeho následky w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 5 Globální problémy ^> Rozvoj vědy a techniky - Prométheovský komplex ^ Pozitivní, ale i negativní stránka vědy - celoplanetární charakter ^ Vztah člověka a přírody - antagonismus či harmonie ? w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ó 5 základních aspektů globální krize ^> ohrožení života zbraněmi hromadného ničení ^> technicko - ekonomický aspekt - vyčerpávání přírodních zdrojů umocněné nárůstem populace ^ problémy životního prostředí - znečištění prostředí, narušení rovnováhy člověk - příroda ^> problém civilizačních nemocí vyvolaných civilizačním procesem ^ společensko-politický aspekt vycházející z otázky jak řešit předchozí problémy Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 7 Globální problémy Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 8 Globální problémy w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 9 Globální problémy Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz lG Globální problémy 11 Globální problémy Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 12 Prostorové a časové aspekty chemického znečištění _prostředí_ 1,000,000 years 100.000 years 10,000 years 1,000 years ^ 100 years 10 years I 1 year 1 Day I hour 1 second I lilt! 1mm Im 1km 1000 km 10,000 km Spatial Scale Figure 2.4 The overlap of spatial and temporal scales in chemical contamination. Just as there are scales of ecological processes, contamination events also range in scale. Pesticide applications can range from small-scale household use to large-scale agricultural applications. The addition of surplus nutrients and other materials due to agriculture or human habitation is generally large scale and long lived. Acid precipitation generated by the tall stacks of the midwestern United States is a fairly recent phenomena, but the effects will likely be long term. However, each of these events have molecular scale interactions. i|Mh i( All things are poison and nothing without poison. ^ Solely the dose determines that a thing is not a poison.' Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 22 Problémy s chemickými látkami v životním prostředí Do 19. století téměř žádné "problémy" v ZP neexistovaly (výjimky - např. le sy v Británii) Nowdays environmental chemicals Pharmaceuticals antibiotics, betablockers, anti-epileptics, analgetics) ~ 50000 producs, ~ 2900 effective substances Human care products (cosmetics, perfumes (~300), chemicals for hair bleaching and permanents, UV-filters) (n=???) Metabolites Pesticides (herbicides, insecticides,fungicides...) ~ 1004 effective substances registered) Industrial chemicals ( ~ 80000 registered by EPA, ~ 4000 neurotoxins) Tensides, detergents (~ 800 substances) R. Triebskorn Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 24 More and more chemical substances... 1 million t in 1930, 100 millions t today ^ 100 000 different chemical substances in Europe -10 000 > 10 T - 20 000 between 1 and 10 T ^> Among the 100 000 chemicals only 140 are documented for risk assessment in the EU ^ Long and expensive procedures... Chemodiversity... ^ It can be assumed due to European policy (REACH), diversity of individual chemical will be decreased Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 25 What are hazardous substances ? ^Hazardous substances" means substances or group of substances that are toxic, persistent, and liable to bio-accumulate, and other substances or groups of substances which give rise to an equivalent level of concern. (Water Framework Directive, EU) Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 26 Chemicals in the environment Do you believe that chemicals in products sold to consumers have been proven safe? Most chemicals in modern use have simply not been tested for their impacts on human health, even very basic effects. C. Janssen Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 27 Toxické znečištění ^> Je známo kolem 20 milionů chemických látek ^ 100 000 se využívá komerčně Toxické látky ^ Chlorované organické látky Pesticidy - DDT, dioxiny, furany Težké kovy - Cd, Pb, Sn, Pu, Hg - většinou působí na nervový systém, játra, ledviny Uhlovodíky ^ Benzen - průmysl, neúplné spalování benzinu m m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 2S Odpady ^ Lidská činnost produkuje odpadky. Je v principu nemožné využívat zdroje a neprodukovat odpady. ^ Není k dispozici místo, kam by bylo možné odpady „uklidit" — důsledky Země jako uzavřeného systému. ^ Lidé se stali geologickou silou, se kterou je nutné počítat. Protože člověk přemísťuje každý rok obrovská množství materiálů, výrazně zasahuje do biogeochemických cyklů, stal se významným činitelem geologických změn i na globální úrovni. w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 29 Kontaminace prostředí Odpady a znečištění jsou různé pojmy, jsou však spolu těsně spojeny. Nejvážnější znečištění půd, povrchových a podzemních vod souvisí s antropogenn í produkcí odpadů a emisemi. Prakticky kaž dá lidská činnost je spo jena s produkcí odpadů. Znečištění není spojeno pouze se skládkami a úložišti odpadů. Kontaminanty v abiotickém prostředí 30 Zdroje kontaminace prostředi ^ Bodové ^> Plošné Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 31 Chování kontaminantů vprostředí Kontaminanty mohou vstupovat do životního prostředí mnoha cestami. Jejich další chování závisí na mnoha faktorech: ^ Rychlost rozkladu ^ Doba zdržení v daném rezervoáru ^ Mechanismus transportu ^ Interakce s dalšími kontaminanty a látkami Rozpad a rozklad: ^ Chemická stabilita ^ Biodegradace ^ Persistentní látky - 239Pu: poločas rozpadu 24 000 let ^ Biokoncentrace - DDT Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 32 Chování kontaminantů vprostředí Doba zdržení: Průměrný čas, po který látka zůstává v daném rezervoáru. Atmosféra: N2 - 44 milionů let H2O - 10 dní ^ Pb - 14 dnů Transportní mechanismy: Vítr ^ Voda ^ Živé organismy Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 33 Globální problémy životního prostředí / I ^ ubývání tropických deštných pralesů ^> zmenšování druhové diversity a vymírání živočišných a rostlinných druhů ^ pozvolné rozšiřování druhů mutací ^ dopad období sucha a povodní na prostředí w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 34 Globální problémy životního prostředí / II ^ kyselá atmosférická depozice ^ klimatické změny v důsledku zvyšujícího se obsahu CO2 v ovzduší ^ narušování ozónové vrstvy ^ zvládnutí nebezpečných chemikálií a odpadů ^ ztráta produktivity půdy v důsledku zasolení ^ „populační bomba" a urbanizace Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 35 Globální problémy životního prostředí / III ^ současná a budoucí potřeba energie ^ rozšiřování pouští ^ zvládnutí patogenů z lidských výkalů ^ obhospodařování říčních povodí ^> ochrana mořského prostředí ^ nedostatek palivového dříví Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 36 Vybrané problémy chemického znečištění prostředí/I Ovzduší: ^ Znečištění městského ovzduší ^ Regionální znečištění ovzduší včetně kyselé depozice Nebezpečné nebo toxické vzdušné polutanty ^ Radon ve vnitřním prostředí ^ Znečištění vnitřního prostředí jiné než radon Radiace jiná než radon Narušení ozónové vrstvy (freony, NO^) ^ Globální klimatické změny (CO2, freony, CH4, N2O) w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 3? Vybrané problémy chemického znečištěni prostředi/Ia Ovzduši: ^ Radon ve vnitřnim prostředi ^ Znečištěni vnitřniho prostředi jiné než radon Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 3S 01 Vybrané problémy chemického znečištění prostředí/II Voda: ^ Vypouštění průmyslových odpadních vod z bodových a plošných zdrojů do povrchových vod ^ Kontaminovaný kal ^ Znečištění mořía oceánů zrůzných zdrojů ^ Znečištění mokřadů ^ Znečištění pitné vody chemicky, biologicky, radiačně ^ Znečištění podzemních vod průsakem ze skládek, septiků, splachem ze silnic, vrtů, podzemních nádrží 4* Nehody vedoucí ke kontaminaci vod Ropné znečištění hydrosféry w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 39 Vybrané problémy chemického znečištění prostředí/IIa Voda: Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 4O Vybrané problémy chemického znečištění prostředí/III ^ Používání pesticidů a dalších agrochemikálií Spad z atmosféry ^ Používání kontaminované vody k závlahám "v- Používání kontaminovaných kalů z COV Nové toxické chemikálie Geneticky modifikované organismy Půda: Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 41 Příznaky environmentální krize / I ^ Populační nárůst - počet obyvatel planety vzrostl od počátku průmyslové éry osmkrát ^ Využívání přírodních zdrojů - průmyslová produkce vzrostla více než stokrát od počátku století ^ Změny habitatů - za posledních 200 let bylo vykáceno více než 6 000 000 km 2 lesů ^ Eroze půdy - zátěž sedimentů půdní erozí vzrostla třikrát ve velkých řekách a osmkrát u malých řek během posledních 200 let Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 42 Příznaky environmentální krize / II ^ Vodní zdroje - využívání vodních zdrojů vzrostlo ze 100 na 3 600 km3 ročně během posledních dvou století ^ Znečištění ovzduší - antropogenní aktivity od poloviny 18. století vedla k více než dvojnásobnému zvýšení atmosférických koncentrací CH4, zvýšení koncentrace CO2 o 27 % a významnému narušení ozónové vrstvy ^ Znečištění vod - antropogenní aktivity vedly k dvojnásobnému zvýšení přírodních emisních rychlostí As, Hg, Ni a V, trojnásobnému u Zn, pětinásobnému u Cd a osminásobnému zvýšení u Pb. ^jERS/^, w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 43 Jaké PROBLÉMY v ZP působí člověk svojí činností P l) Katastrofy Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 44 Jaké PROBLÉMY v ZP působí člověk svojí činností ? 1) Katastrofy 2) „Rychlé" změny krajiny s místním dopadem Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 45 Jaké PROBLÉMY v ZP působí člověk svojí činností ? 1) Katastrofy 2) Změny krajiny s místním dopadem 3) „Rychlé" změny s celosvětovým dopadem Jaké PROBLÉMY v ZP působí člověk svojí činností ? 1) Katastrofy 2) Změny krajiny s místním dopadem 3) Změny s celosvětovým dopadem 4) Pomalé a postupné uvolňování škodlivin ■ Chemické látky v prostředí Chemická látka VSTUPUJE do prostředí Chemická látka má v prostředí svůj OSUD Chemická látka má (škodlivé) ÚČINKY na živé organismy Chemická látka má škodlivé ÚČINKY na prostředí 48 Chemické látky v prostředi Chemická látka VSTUPUJE do prostředi Chemická látka má v prostředi svůj OSUD Chemická látka má (škodlivé) ÚČINKY na živé organismy Chemická látka má škodlivé ÚČINKY na prostředi Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 49 Chemické látky v prostředí Chemická látka VSTUPUJE do prostředí Chemická látka má v prostředí svůj OSUD Chemická látka má (škodlivé) UCINKY na živé organismy Chemická látka má škodlivé UClNKY na prostředí m m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 50 Předmět zájmu PTS= Persistent toxic substances PBTs = Persistent, bioaccumulative and toxic substances POPs = Persistent organic polutants CO Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 51 POPs (Persistent organic polutants) The group of most fascinating pollutants (Kevin C. Jones) © Ghost of the past (Terry Bidleman) God created 90 elements, man round 17, but Devil only 1 chlorine (Otto Hutzinger) f Silent SPRING ■ITH i*i IIIURKIIBM hi Vii ■ F«.......i Af fimrw H RACHEL CARSON I ^ 11 I t Cl-v^yy—C—\C3/—C' CCI3 Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 52 Persistentní toxické látky ^> Persistentní ^ Tendence k bioakumulaci/kumulaci ^> Toxické ^ Potenciál k dálkovému transportu ^ POPs podskupina Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 53 Persistentní toxické látky Persistentní ^> Resistantní vůči chemické, biochemické, fotochemické degradaci - degradace v prostředí je pomalá nebo prakticky zanedbatelná ^ Dlouhá doba života v prostředí (roky) Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 54 Persistentní toxické látky Tendence ke kumulaci a bioakumulaci ^ Mohou se kumulovat v abiotických aložkách prostředí (interakce s organickou hmotou v půdách a sedimentech) ^ Kumulace v tukových tkáních živých organismů -biokoncentrace, bioakumulace) Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 55 Persistentní toxické látky Toxické ^> Toxické vlastnosti v nízkých koncentracích (ng-mg.kg-1) nebo mohou být metabolizovány na toxické látky ^> Imunotoxicita ^ Neurotoxicita ^ Vývojová toxicita ^> Narušování hormonální rovnováhy 56 Persistentní toxické látky semi- Potenciál k dálkovému transport ^ Fyzikální vlastnosti podporují vysoký stupeň mobility v prostředí ^ Mohou se vyskytovat v plynné fázi nebo v kondenzovaných stavech (sorbované nebo rozpuštěné) za environmentálních podmínek volatilita; Q> Mohou být transportovány ovzduším, vodami, erozí, biotou, odpady, produkty ^ Mohou vytěkávat z teplejších regionů a kondenzovat v chladnější atmosféře ^ Mohou ovlivňovat regiony, kde se nikdy nepoužívaly Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 5? Persistentni toxické látky POPs - podskupina ^ Hlavni skupiny: technické chemikálie, pesticidy a nechtěné/nežádouci vedlejši produkty průmyslových chemických nebo spalovacich procesů ^> Legislativa, mezinárodni konvence - POPs - persistentni organické polutanty (Stockholmská úmluva, POPs Protokol Úmluvy o dálkovém přeshraničnim transportu látek zněčišťujicich ovzduši) w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 5S Trvale udržitelný rozvoj společnosti je takový rozvoj, který současným i budoucím generacím zachová možnost uspokojovat své základní životní potřeby a přitom nesnižuje rozmanitost přírody a zachovává přirozené funkce ekosystémů Zákon č. 17/1992 Sb., §6 w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 59 Cíle a směry Teprve nyní začínáme chápat, že: ^> interakce jsou mnohem složitější a dynamičtější než jsme byli ochotni připustit ^> biologicky důležité chemické látky velmi rozsáhle cyklují rezervoáry ^> klima je velmi těsně svázáno s oceánickou a atmosférickou cirkulací ^> člověk je významným činitelem geologických změn ^ musíme studovat Zemi spíše v celku jako biofyzikální systém než jako souhrn jednotlivých fragmentů Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz ÓD Pro úspěšnou budoucnost potřebujeme ^> zjemnění a prohloubení znalostí o Zemi jako celém systému ^ zvládnout praktický užitek zprostředí bez jeho ohrožení ^> umět rozlišit mezi změnami vyvolanými člověkem a přirozeným během věcí ^ umět předvídat dopady obou ^ zvýšit význam vědeckého poznání a závěrů pro ty, kteří přijímají rozhodnutí (politici, ekonomové a nakonec všichni občané) Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 61 Nenechme se klamat povrchy -v hloubkách je veškerý zákon Rainer Maria Rilke w m Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz 62