Půda jako zdroj Od 50. let dramaticky roste zemědělská produkce (1950-90 trojnásobek) - produkce 29 milionů tun ročně „Zelená revoluce" ■ zvětšení rozlohy obdělávané půdy i zavlažování i vysoce produktivní a rezistentní typy ■ chemická hnojiva, herbicidy, pesticidy Provázeno i kontaminace degradace člověkem vyvolaná eroze: 4,3 miliardy tun ročně Indie, 1 miliarda tun ročně USA není to obnovitelný zdroj v lidské časové škále 10 cm půdy-100 až 10 000 let Současnost ■ půda: kritický zdroj je třeba živit 90 milionů lidí navíc každý rok Tuaregové, okraj Sahary, Niger Zvetrávaní m F*m i^;?9PP)7P?fl í3 &*%**' - WHP '^ ■" ?L ** sá ö 0$ k :> & :^ úM ,ľ £,ľ .^Sií^j -<ř ij^ví«^ ;^ | ■* H&a^^ŕ'.\'ž^-jg.L ■ ^;,?Ci Mechanické zvetrávaní ■ Mrazové štípání Růst krystalů Působení tepla Kořeny rostlin ť. Pulpit, Lysefjord, severní Norsko. Mount Whitney, Sierra Nevada. Zvetrávaní HU: f 1 Íl IHr Ír i ft'i« tí 11$. i i Hli -! íi j ■11 /■ l^íiií n m 'írK LI i-'flH 13. ^B^c »5 SI In ĺ . Hfl! i I Hul ;J- ■ ...■■r-'"3""'*, fldX .i^- r >" «^ P >■ ,* v I MV '£3*** i * n I j 1* ti ". "a • •» Ta Prohm u Angkoru, Kambodža. Chemické zvetrávaní Voda, kyslík, oxid uhličitý ■ Hydrolýza Hydratace ■ Oxidace Vyluhování Oxidovaná půda na Hawaii. prosté rozpouštění (určeno součinem rozpustnosti) rozpouštění karbonátů: CaC03 + H2C03 = Ca2+ + 2HC03- oxidace: Fe2Si04 + 1/2 02 + 2H20 = Fe203 + H4Si04 hydrolýza: Mg2Si04 + 4H20 = 2Mg2+ + 40H" + H4Si04 2 NaAISi308 + 11 H20 = 2Na+ + 20H" + AI2Si205(OH)4 + H4Si04 3NaAISi308 + H2C03 + 7H20 = 3Na+ + 3H4Si04 + AI(OH)3 + HC03" 3NaAISi308 + Mg2+ + 4H20 = 2Na05AI15Mg05Si4O10(OH)2 + 2Na+ + H4Si04 Faktory, které ovlivňují zvetrávaní ■ Typ a struktura horniny ■ Sklon svahů ■ Klima Hrabavá zvířata, hmyz, červi Charles Darwin - červi - 2,5 kg/m2 i Čas 200 150 100 Annual rainfall (cm) 50 Půdy Půdní profil Půdní horizonty O, - listy a organický odpad, většinou nerozložený Oa - organický odpad, částečně rozložený A - tmavě zbarvený horizont směsi minerálů a organických látek, vysoká biologická aktivita E - světle zbarvený horizont, ztráta jílových minerálů, organických látek, oxidů B - maximální akumulace jílových minerálů, oxidů a organických látek (K - v aridních oblastech, více než 50 % kalcitu, kaliche, hardpan) C - zvětralý zdrojový materiál, někdy chybí R - zdrojová hornina Někdy horizonty úplně chybí Někdy zvláštní - laterity (latere - cihla) *: ■ > -** m **£%&*/ ,^M i . iah f i 4 ^^_ "*\ Laterit, Indie. New Mexico, semiaridni klima. Eroze větrem a vodou ■ Dopad dešťových kapek ■ Povrchový splach ■ Eolická eroze (Aeolus -řecký bůh větru) WF- >¥m WC -*■" w-^--*- m ,4 *ř*,.*-. ■^>r^^J-. \%TÍ Eroze, Shawnee, Oklahoma. Písečné duny, Danakii, Egypt. Ztráta půdy: Globální problém ■ 25 miliard tun/rok ■ na každý kg snědené potravy - 6 kg ztráty půdy ■ úbytek 7 % půdy každých deset let *&t T-hodnota - tolerovatelná roční ztráta Produkce sedimentů („výtěžek" sedimentů) Ztráta půdy a využití krajiny ■ Odstranění vegetace ■ Špatné hospodaření ■ Kontaminace - >\* k>vy- v ■■ í . 3X Rodonia, Brazílie. 62.5 50 37 5 25 12.5 Soil lost (tons/ha/yr) 0 7.5 15 22.5 30 Proportion of total rainfall that was converted to overland flow (per cent) ,£Mtt &* ■ . ?m im w mk I Pěstování podzemnice, Oklahoma. Lanzhou, Čína. 6000 r £ 4000 a í Q E _D ^ 2000 Reservoir tosses. Municipal uses. Industry Agriculture i ± 1900 1920 1940 1960 Year 1980 dy ní života Odhadovaná spotřeba vody v letech 1990-2000 _j 2000 Voda Dva hlavní faktory kvalita množství Podzemní voda ■ méně než 1 % z celkového množství vody ■ 40x více než ve sladkovodních jezerech ' více než 98 % nezmrzle vody v hydrologickem cyklu jako podzemní voda ■ většinou v oblasti do 750 m ■ objem ekvivalentní vrstvě 55 m vody na kontinentech Voda Stream Zone of aeration Layer of soil moisture Ln ■i..rU^i -i J • Zone of aeration -Capillary fringe ■ Water table ■Saturated zone zóna aerace (vadozní zóna, nesaturovaná zóna) 2. hladina podzemní vody 3. saturovaná zóna 4. kapilární třáseň Typický systém podzemní vody. Pohyb podzemní vody Většina podzemní vody je v pohybu. Pohyb závisí na: porozitě (procentické zastoupení pórů) In very small spaces water is held by molecular attraction. Water can move through larger spaces, although some is held. Při stejné porozitě různá permeabilita. Rainwater seeps into ground Spring emerges where water table intersects Water moves downward ,he surface through zone of aeration Pohyb v zóně aerace (půdní vlhkost) Pohyb v saturované zóně (perkolace) Below water tabteH groundwater percolates along curved paths and emerges in nearest stream Oblast doplňování a odvodňování - časový režim Porous limestone -Springs Porous sand Springs Shale Zdroje podzemní vody Prameny Studny Zvodeň Artézské systémy Aridní oblasti Deep producing well Sezónní vlivy Rychlost proudění Hydraulic gradient hrh2 Deep producing weil Dry well - Porous sand Water table *■ Ciay (aquiclude) Perched water body 3 Artézské systémy Recharge area Water can rise to this level under hydrostatic pressure Height of water table y^in recharge area Artesian springs Vlivy nadměrného čerpání Snížení hladiny podzemní vody Kompakce a poklesy Soupeření o povrchovou vodu Přenos mezi bazény Dopady Amu Darja, Syr Darja (hranice mezi K Před třiceti lety bylo Aralské jezero čt\ km2, 16 m hlobka, 45 000 tun ryb ročr Zavlažování: rybářské vesnice jsou 5( azachstánem a Uzbekistánem) ŕrtým největším jezerem světa (68 000 lě). ) km od břehů, 40 000 km2, 9 m hloubka Aralské jezero Zavlažování v Kanadě Kvalita vody Termín „dobrá" voda závisí na zamýšleném použití Různé země - různé standardy Některé látky v nepatrných množstvích 1 g 2,4 D (domácí herbicid) - 10 milionů litrů vody PCB - miliardu litrů vody Složení výsledek interakce s horninami Chloridy, sulfáty, karbonáty, Mg, Ca, Na, K, Fe V některých oblastech As, Hg, U atd. Znečištění povrchových vod Organické látky BChSK - biochemická spotřeba kyslíku ( Eutrofizace - živiny (fosfor, dusíkaté látk Infekční látky Mikroorganismy - Escherichia coli Biochemical oxygen demand (BOD) Dissolved oxygen Sufficient oxygen healthy vigorous I in stream Low oxygen concentrations. Life in stream restricted to species that tolerate high organic content and low dissolved oxygen Conditions returning to those necessary to maintain high quality stream environment Low High Toxické znečištění Je známo kolem 10 milionů chemických látek 100 000 se využívá komerčně Toxicita schopnost látky vyvolávat nepříznivé účinky na živé organismy akutní toxicita - účinky v průběhu 96 hodin chronická toxicita fenylrtuť - neškodná; bakterie - methyrtuť - toxická Toxické látky Chlorované organické látky Pesticidy - DDT, dioxiny, furany Těžké kovy Cd, Pb, Sn, Pu, Hg -většinou působí na nervový systém, játra, ledviny Uhlovodíky Benzen - průmysl, neúplné spalování benzinu Kyselé a alkalické odpady Kyselé důlní vody (AMD) Kyselé deště (ARD) Čpavek, louh 'Hard" water lake with dissolved calcium bicarbonate can neutralize acids Limestone bedrock (calcareous) Termické znečištění Suspendované látky Papírenské odpady Odpady z cukrovarů "Soft* water Jake on siliceous bedrock is vulnerable to acidification Granite bedrock (siliceous) Znečištění podzemních vod Potenciálně nebezpečné Rozpustné ve vodě Resistentní vůči biodegradaci Užívané ve velkých množstvích Toxické nebo škodlivé člověku Dioxiny - vysoce toxické v malých dávkách, málo rozpustné ve vodě = problém s kontaminací sedimentů, malý problém pro podzemní vody Běžná kontaminace dusičnany (hnojiva, odpady, skládky) 20 z 25 nejzastoupenějších kontaminantů = těkavé organické látky benzen, toluen, ethylen, xylen (BTEX - benzin) DCE, TCE, PCE Znečištění domácím a komunálním odpadem V píscích se rychle vyčistí - mechanická filtrace bakterií, oxidace bakteriemi, kontakt s organismy, které se živí bakteriemi Prosakující podzemní nádrže („LUST" - leaking underground storage tanks) Nejméně 25 % nádrží v USA a Kanadě prosakuje Zemědělské chemikálie Kontaminace slanou vodou \ Coarse sandy gravel\%ř|jj ; - Polluted -water Water table Sand Porous limestone Shale Sandstone Shaie Permeable confined unit Pumped weit Pumped well Water .table Cone of y - Chování kontaminantů pod povrchem Porosita, permeabilita Hladina podzemní vody, saturovaná a nesaturova zóna Transport kontaminantů Kontaminační mrak Normální tok vody propustným prostředím - advekce Kontaminant Stejnou rychlostí - nezpomaleny, neretardovaný Pomaleji - zpomalení, retardace Retardační faktor R = V.. / V,. Retardace Sorpce Disperze Biodegradace Retardační faktor je možné zjišťovat sledováním pohyb nezpomalované složky (např. Ch), která je obsažena v kontaminačním mraku. <%^Q, a o \ ) rV Dissolved M \ d-: čD^QOcPrQ A Advectíva flovw o 'Qb* * * » -.r\t>- o.Q <\ To c^TorQ: B Dispersion "Q • Důležité charakteristiky Hustota kontaminantu ve vztahu k podzemní vodě Lehčí (LNAPL - light nonaqueous phase liquid) - benzin Těžší (DNAPL - dense ...) - TCE Dekontaminace Aktivní Pasivní („nulová" varianta) Přirozená atenuace (zeslabení, útlum) Biostimulace Water table Eutrofizace 5?uŕ-"*^S -Jí r^-S W*' ~P^^ k! ^ ^fc^^flMI ^| *•*■ ~Á '■ »?-/^&w-í. 1 i- 1 t- ^ F- -í v .Aru » "tŤ*^, "-,.'■" šj& JH i" ■ - * : - ■* "*- ^ Znečištění mořského prostředí „Všechno z kontinentů nakonec skončí v moři." Komunální odpad (patogenní viry mohou přežít v oceánské vode az 17 mesicu) Pobřeží Longshore transport----------------------------------------------------*~ \ n i i Waste-laden \ Contaminated i ■Clean' j —f—— L^^^^7^ ■~~^Coasl_^_^c-<--r'^^~-^^^ :-ÖürtaiJ. .1 Waste-laden •Clean' Outfall Otevřený oceán Vypouštění z lodí (balastní voda) a jejich havárie. Exxon Valdez- březen 1989 Aljaška, 10 milionů galonů (4,54 I), 5 000 km pobřeží. Malé úniky: ročně 17 EV do Středozemního moře, ročně 6 milionů tun ropy do oceánů. uJ?*Ä"-~ Galveston Bay, Texas, 1990. John Vandermeulen: „... existují tři mýty o ropných skvrnách, které je třeba vysvětlit: Zaprvé - ropné skvrny je možné dostat pod kontrolu. Není. Zadruhé - roponosné skrvny mohou být odstaraněny. Nemohou. Zatřetí - postižené prostředí je odsouzeno k záhubě. Není." Emulze. Christos Bitas, 1978, pobřeží Wakesu.