E5040 Složky životního prostředí a jejich znečištění

Přírodovědecká fakulta
podzim 2022
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučováno prezenčně.
Vyučující
doc. Ing. Branislav Vrana, PhD. (přednášející)
prof. RNDr. Jakub Hofman, Ph.D. (přednášející)
Garance
doc. Ing. Branislav Vrana, PhD.
RECETOX - Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Ing. Branislav Vrana, PhD.
Dodavatelské pracoviště: RECETOX - Přírodovědecká fakulta
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem kurzu je seznámit studenty se složkami životního prostředí (litosféra, atmosféra, hydrosféra, pedosféra, biosféra) jejich komplexními interakcemi, a zejména kontaminací a dopady, které má znečištění na životní prostředí a člověka na lokální, regionální a globální úrovni.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování předmětu schopen:
-charakterizovat vlastnosti jednotlivých složek životního prostředí (hydrosféra, atmosféra, litosféra, pedosféra, technosféra)
- kombinovat tuto znalost s výskytem a osudem chemických látek v těchto složkách prostředí
-rozumět problémům souvisejícím s jejich znečišťováním z přírodních i antropogenních zdrojů
-vysvětlit souvislosti mezi zdroji znečišťování a primárním i sekundárním znečištěním jednotlivých složek prostředí
-charakterizovat a diskutovat důsledky znečištění pro stav životního prostředí a pro lidstvo
Osnova
  • 1. Koncepce výuky chemie životního prostředí. Definice základních pojmů.
  • 1.1. Globální problémy lidstva a životního prostředí.
  • 1.2. Životní prostředí, jeho složky a jejich vzájemné interakce.
  • 1.3. Antroposféra, technologie a jejich vliv na životní prostředí. Znečištění životního prostředí.
  • 1.4. Polutant, kontaminant, nebezpečný odpad. Zdroje a receptory znečištění.
  • 1.5. Role chemie životního prostředí. Role chemické analýzy v chemii životního prostředí. Chemie životního prostředí a ekotoxikologie.
  • 2. Globální, regionální a lokální problémy ŽP.
  • 2.1. Globální regionální a lokální problémy ŽP.
  • 2.2. Stav životního prostředí v ČR.
  • 3. Složky prostředí, základní charakteristiky
  • 3.1. Ekosystémy – definice, vztahy.
  • 3.2. Energie, hmota a jejich cykly na Zemi. Endogenní a exogenní cykly.
  • 3.3. Solární energie. Tok energie a fotosyntéza v živých systémech. Energie a člověk.
  • 3.4. Biogeochemické cykly – základní pojmy.
  • 3.5. Globální BGC cyklus biogeních prvků uhlíku, dusíku, síry, fosforu, mikrobiogenních prvků a toxických kovů.
  • 4. Osud chemických látek v životním prostředí
  • 4.1. Parametry charakterizující vlastnosti látek a vlastnosti prostředí.
  • 4.2. Osud chemických látek v prostředí, transport, transformace, základní pojmy a vztahy.
  • 4.3. Environmentální rozhraní a chemická rovnováha.
  • 4.4. Persistence v prostředí. Transport látek prostředím.
  • 4.5. Abiotické a biotické environmentální rovnováhy.
  • Abiotické a biotické transformační reakce. 5. Hydrosféra
  • 5.1. Základní charakteristiky, voda a její vlastnosti, hydrologický cyklus.
  • 5.2. Typy vod – atmosférické, povrchové, podzemní; přírodní, odpadní; dle použití - pitná užitková, provozní, odpadní
  • 5.3. Charakteristika různých typů vodních ekosystémů – tekoucí, stojaté vody, říční profily, typy proudění, kyslíkový a tepelný režim v řekách a ve stojatých vodách. Teplotní stratifikace v útvarech stojatých vod, epilimnion, hypolimnion, sezónní cirkulace vodních mas.
  • 5.4. Transport látek a materiálů vodou, eroze, sedimentace, resuspendace. Plaveniny a splaveniny, sedimenty – charakterizace, vlastnosti – zrnitost, org.uhlík, kationtová výměnná kapacita, sorpce látek. Sedimenty jako úložiště a sekundární zdroj znečišťujících látek.
  • 5.5. Vodní orgamismy a mikroorganismy. Producenti, konzumenti, reducenti. Produktivita vodného útvaru a eutrofizace. Samočistící schopnost vody, kyslíkové poměry v tocích a nádržích, chemická a biochemická spotřeba kyslíku.
  • 5.6. Senzorické vlastnosti vod, pH vody, vodivost, tvrdost vod, redox potenciál, rozpustnost ve vodě.
  • 6. Znečištění hydrosféry
  • 6.1. Chemické reakce ve vodách, hydrolytické reakce, rovnováhy ve vodách (protolytické, komplexotvorné, srážecí, rozpouštěcí, redox). Biochemické procesy.
  • 6.2. Chemické složení vod, anorganické ionty, tlumivá a neutralizační kapacita, uhličitanové rovnováhy, radionuklidy ve vodách, organické látky – fenoly, huminové látky.
  • 6.3. Stresory ve vodním prostředí – klimatické změny, hydromorfologická degradace, fragmentace habitatů, odběry a vypouštění vod, změny vodního režimu, tepelného a světelného režimu, invazivní druhy, znečištění.
  • 6.4. Znečištění vod – primární, sekundární. Bodové, rozptýlené, plošné znečištění. Havarijní (akutní), trvalé (chronické), periodické (kampaňové) znečištění.
  • 6.5. Typy znečištění vod – patogeny, organické znečištění, živiny ve vodách-eutrofizace vod, saprobita - stupně, indikace BSK, CHSK, trofie (živiny-limitující prvky, indikace), kovy ve vodách, radioaktivní znečištění, organické polutanty ve vodách – fenoly, tuky, ropné znečištění, pesticidy, detergenty, halogenderiváty. Acidifikace, tepelné znečištění.
  • 6.6. Kvalita vod, její klasifikace. Vodní rámcová směrnice. Čištění a využití vod.
  • 7. Atmosféra
  • 7.1. Atmosféra – základní charakteristiky – složení, teplotní stratifikace atmosféry, tlak vzduchu, energetická bilance, teplota a vlhkost vzduchu, teplotní gradienty. Význam atmosféry pro život na Zemi.
  • 7.2. Přenos hmoty v atmosféře, základní pojmy meteorologie. Počasí, klima a mikroklima. Chemické a fotochemické reakce v atmosféře. Ionty a radikály v atmosféře. Atmosférické reakce, Příklady, reakce s OH radikály. Acidobázické reakce v atmosféře. Chemické a biochemické procesy v evoluci atmosféry.
  • 7.3. Atmosférické aerosoly, dělení dle skupenství, původu, vzniku, velikosti, účinku, složení. Vlastnosti. Mechanismy atmosférického propadu.
  • 8. Znečištění atmosféry
  • 8.1. Znečištění atmosféry.
  • 8.2. Síra v atmosféře, formy výskytu, biogenní a antropogenní sloučeniny. Oxid siřičitý.
  • 8.3. Dusík v atmosféře, formy výskytu, mechanismus tvorby NOx. Amoniak v atmosféře.
  • 8.4. Uhlík v atmosféře, oxid uhelnatý, oxid uhličitý, skleníkový efekt, uhlovodíky v atmosféře.
  • 8.5. Ozon v atmosféře, význam, vznik a rozklad, vznik ozonu v přízemních vrstvách atmosféry, ozónová vrstva a působení UV záření.
  • 8.6. Fluorovodík, olovo, tuhé částice v atmosféře. Další příklady látek znečišťujících atmosféru.
  • 8.7. Acidifikace prostředí. Mechanismy okyselování depozice. Vlivy acidifikace na vodu a vodní ekosystémy, půdu, vegetaci, lesy, stavby a jiná zařízení a na zdraví člověka.
  • 8.8. Smogy – fotochemický, redukční. Mechanismy tvorby smogu. Účinky smogu.
  • 8.9. Zákon o čistotě ovzduší, mezinárodní konvence o ochraně ovzduší.
  • 9. Geosféra
  • 9.1. Litosféra a její složky. Minerály a horniny. Horninový cyklus. Tektonický cyklus. Vnitřní a povrchové procesy v litosféře. Sedimenty, jejich vznik.
  • 9.2. Geochemie. Chemické a fyzikální zvětrávání.
  • 9.3. Podzemní voda v geosféře. Asorpční, kapilární, gravitační voda. Tok podzemní vody.
  • 9.4. Interakce geosféry s jinými složkami prostředí. Zemětřesení, sopky, sesuvy a poklesy půdy.
  • 9.5. Jevy na rozhraní pevniny a oceánu. Důsledky nárůstu hladiny oceánu.
  • 9.6. Jevy na rozhraní litosféry a atmosféry. Účinky ledu.
  • 9.7. Vliv lidských aktivit na geosféru. Důlní činnost.
  • Znečištění atmosféry a její vliv na geosféru. Odpady a jejich vliv na geosféru.
  • 10. Pedosféra
  • 10.1. Co je půda, pedologie, průzkumy a monitoring půdy v ČR a zahraničí
  • 10.2. Význam půdy, její role v ekosystémech, přínos pro člověka 10.3. Vlastnosti a atributy půd, půdní kvalita a zdraví, úrodnost a produktivita půdy, indikátory kvality půdy
  • 10.4. Fyzikálně-chemické vlastnosti: půdní textura a struktura, půdní reakce a sorpční komplex, půdní organická hmota a další
  • 10.5. Oživení půd, typy organism a jejich role v půdě 10.6. Půdotvorný proces, půdní profil, horizonty, klasifikace půd
  • 10.7. Ohrožení půdy a její degradace, typy degradace, eroze, zábory, ztráta organické hmoty, kontaminace a další typy degradace, plošné a ekonomické rozsahy degradace půd, food security/safety, prognózy ztrát orné půdy
  • 10.8. Kontaminace půd, její typy, rozsah a její důsledky, kontaminovaná místa v ČR a ve světě, hlavní příčiny kontaminace půd, hlavní typy kontaminantů (těžké kovy, POPs, pesticidy, další polutanty) jejich zdroje, základní informace o osudu polutantů v půdě, biodostupnost a její role v rizicích kontaminace
  • 10.9. Ochrana půd, důvody, různé úrovně – politická a legislativní, tematická strategie ochrany půd, ochrana půd v ČR, limitní hodnoty obsahů polutantnů v půdě, legislativa omezení vstupů kontaminantů do půd, odpady, kaly, sediment, hnojiva, pesticidy, chemikálie
  • 10.10. Představení půdní ekotoxikologie použití ekotoxikologických testů pro posuzování chemikálií a pesticidů (REACH, ECHA, EFSA …), matric vstupujících do půdy i pro posuzování kvality a stavu půd
  • 11. Technosfera
  • 11.1. Globální antropogenní cyklus.
  • 11.2. Průmyslová ekologie, průmyslový ekosystém. Primární producenti materiálů a enegrie. Zdroje energie. Sektor výroby. Sektor zpracování odpadů. Zpotřebitelský sektor.
  • 11.3. Průmyslové systémy podle využití materiálů a energie.
  • 11.4. Výroba energie a její vliv na životní prostředí
  • 11.5. Silikátový průmysl a metalurgie a jejich vliv na životní prostředí
  • 11.6. Chemický, petrochemický a potravinářský průmysl a jejich vliv na životní prostředí
  • 11.7. Odpady a jejich likvidace
  • 11.8. Difůzní zdroje znečištění
Literatura
    doporučená literatura
  • Sumner M.E. et al. (2000): Handbook of Soil Science. CRC Press. ISBN 0-8493-3136-6
  • Sáňka, M., Materna, J. (2004): Indikátory kvality zemědělských a lesních půd ČR. Edice Planeta. Odborný časopis pro životní prostředí. Ročník XII, číslo 11/2004, ISSN 1213-3393.
  • Suter, G.W. II, Efroymson, R.A., Sample, B.E., and Jones, D.S. (2000): Ecological risk assessment for contaminated sites. Lewis Publishers, Boca Ranton. ISBN 1-56670-525-8. 437p
  • ŠIMEK, Miloslav. Živá půda. Vydání první. Praha: Academia, 2019. 257 stran. ISBN 9788020029768. info
  • Nauka o půdě. Photo by Klement Rejšek - Radim Vácha. První vydání. Olomouc: Agriprint, s.r.o., 2018. 527 stran. ISBN 9788087091821. info
  • ZBÍRAL, Jiří, Eva ČIŽMÁROVÁ, Elena OBDRŽÁLKOVÁ, Miloš RYCHLÝ, Vladimíra VILAMOVÁ, Jaroslava SRNKOVÁ a Alena ŽALMANOVÁ. Analýza půd : jednotné pracovní postupy. Vydání čtvrté. Brno: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 2016. Přibližn. ISBN 9788074011238. info
  • ŠARAPATKA, Bořivoj. Pedologie a ochrana půdy. 1. vyd. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 2014. 232 s. ISBN 9788024437361. info
  • BLEAM, W. F. Soil and environmental chemistry. Burlington, MA: Academic Press, 2012. xvi, 478. ISBN 9780123849809. info
  • VOPRAVIL, Jan. Půda a její hodnocení v ČR. 1. vyd. Praha: Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, 2011. 156 s. ISBN 9788087361085. info
  • NĚMEČEK, Jan. Taxonomický klasifikační systém půd České republiky. 2. upr. vyd. Praha: Česká zemědělská univerzita, 2011. 94 s. ISBN 9788021321557. info
  • MANAHAN, Stanley E. Environmental chemistry. 9th ed. Boca Raton: CRC Press, 2010. xxix, 753. ISBN 9781420059205. info
  • NĚMEČEK, Jan, Radim VÁCHA a Eliška PODLEŠÁKOVÁ. Hodnocení kontaminace půd v ČR. 1. vydání. Praha: Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i., 2010. 148 stran. ISBN 9788087361160. info
  • TAN, Kim H. Principles of soil chemistry. 4th ed. Boca Raton, Fla.: CRC Press, 2010. xxvii, 362. ISBN 9781439813928. info
  • VOPRAVIL, Jan. Půda a její hodnocení v ČR. 2. vyd. Praha: Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, 2010. 148 s. ISBN 9788087361054. info
  • KOZÁK, Josef a Jan NĚMEČEK. Atlas půd České republiky. 2., upr. vyd. Praha: ČZU Praha, 2009. 150 s. ISBN 9788021320086. info
  • HAUPTMAN, Ivo, Zdeněk KUKAL, Karel POŠMOURNÝ a Ivan BIČÍK. Půda v České republice. Photo by Jiří Cibulka. Praha: Pro Ministerstvo životního prostředí a Ministerstvo zemědělství vydal Consult, 2009. 255 s. ISBN 9788090348240. info
  • ŠIMEK, Miloslav. Základy nauky o půdě. 2., upr. a rozš. vyd. České Budějovice: Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Biologická fakulta, 2007. 158 s. ISBN 8070407476. info
  • KOZÁK, Josef. Pedologie. 1. vyd. [v Praze]: Česká zemědělská univerzita, katedra pedologie a geologie AF, 2006. iv, 132. ISBN 8021309075. info
  • Vital soil : function, value, and properties. Edited by Peter Doelman - Herman J. P. Eijsackers. 1st ed. Amsterdam: Elsevier, 2004. xvii, 340. ISBN 0444517723. info
  • ŠIMEK, Miloslav. Základy nauky o půdě. 1. vyd. České Budějovice: Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Biologická fakulta, 2004. 224 s. ISBN 8070406674. info
  • ŠIMEK, Miloslav. Základy nauky o půdě. 1. vyd. České Budějovice: Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Biologická fakulta, 2003. 151 s. ISBN 8070406305. info
  • ŠARAPATKA, Bořivoj, Pavel DLAPA a Zoltán BEDRNA. Kvalita a degradace půdy. 1. vyd. Olomouc: Univerzita Palackého, 2002. 246 s. ISBN 8024405849. info
Výukové metody
Výuka je realizována formou přednášky s prezentací v Powerpointu. Důraz je kladen na porozumění mechanismům a souvislostem. Studenti jsou často dotazováni na aktuálně probírané téma. Jsou podporováni v tom, aby sami kladli dotazy a byli v interakci s vyučujícím.
Metody hodnocení
Návštěva přednášek není povinná, ale silně doporučená pro porozumnění probíraným tématům Během výuky jsou studenti ústně dotazování na již probrané učivo. Závěrečné hodnocení (na konci semestru) je provedno formou ústní zkoušky. Student během zkoušky odpovídá na několik otázek z různých oblastí týkajících se složek životního prostředí a jejich znečištění, z nichž řada vyžaduje popis, vysvětlení či diskuzi dotazovaného problému.
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2020, podzim 2021.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2022/E5040