Hodnocení ekologických rizik 01 - Základní pojmy a definice Mgr. Jana Vašíčková, Ph.D. vasickova@recetox.muni.cz Osnova předmětu • Úvod – vymezení oboru pro hodnocení ekologických rizik, základní pojmy: riziko, charakterizace a prioritizace rizik, hodnocení rizik. Základní metodické schéma hodnocení rizik. • Důvody aplikace analýzy rizik: lokální, regionální a globální vlivy, vnímání rizik. • Zákonné regulace, informační zdroje • Základní metodické schéma hodnocení rizik: hodnocení nebezpecnosti, hodnocení expozice, hodnocení účinku, charakterizace rizika, management rizika. • Tvorba koncepčního modelu • Hodnocení expozice: obecné zákonitosti hodnocení expozice. osud látek v prostředí, chemické analýzy a biotesty v hodnocení rizik, biomonitoring. Metodiky a modely, matematické modely chemického transportu a osudu látek. • Hodnocení účinku: Obecné zákonitosti, závislosti dávka - odpověď. Hodnocení účinku: Testy toxicity - vodní, sedimentové a akvatické testy, extrapolace získaných dat, modelování efektů na ekosystém. • Charakterizace rizika. Metodika souhrnného vyhodnocení. • Metody multikriteriálního hodnocení Analýza místně specifických rizik – TRIAD přístup a váha evidence (Weight of Evidence) • Management rizik, Legislativní rámec v ČR a ve světě. • Prezentace studentů - semestrální práce (každý student bude mít originální zadání studie) Požadavky • Návštěva přednášek není povinná ale výrazně doporučená • Seminární práce – odevzdání na konci semestru kvantifikace rizik, plynoucích z konkrétního expozičního scénáře • Každý student má vlastní zadání • Závěrečné zhodnocení – písemný test • Nejen testové otázky, ale bude obsahovat i popis schémat, vysvětlení problémů Osnova přednášky • Vymezení oboru • Základní pojmy – Riziko, charakterizace, prioritizace rizik – Základní metodické schéma hodnocení rizik • hodnocení nebezpečnosti • hodnocení expozice • hodnocení účinku • charakterizace rizika • management rizika Proč? Toxické chemikálie GMO Invazivní druhy organismů Pesticidy Znečištění ovzduší Proč? • Zvýšení působení antropogenních tlaků na složky ŽP – devastace prostředí, ničení složek ŽP – snížení samočisticí schopnosti – půdní eroze – znečištěni ovzduší, půd a vod • Obtížné hodnoceni dopadů na jednotlivé složky životního prostředí - velikost a rozmanitost ekosystémů - množství antropogenních vlivů • V současnosti nejlepším dostupným nástrojem pro predikci potencionálního nebezpečí na strukturu a funkci ekosystemů je hodnoceni ekologickych rizik • Výstupy jsou důležité pro řízení rizik (rozhodnutí, povolení, postupy, limity atd). Proč? Využívá a integruje metody a postupy ekologie, environmentální chemie, environmentální toxikologie, ekotoxikologie, hydrologie a dalších věd o Zemi při určení podmínečných pravděpodobností výskytu nežádoucích událostí -> RIZIK Hodnocení rizik • Hodnocení rizik podle US EPA – Human Health – Ecological risk assessment • EcoRA vs. ERA • Environmentalní rizika - Environmental risk assessment (ERA) se používá k popisu rizik pro člověka v důsledku přítomností kontaminujících látek v životním prostředí • Ekologická rizika - Ecological risk (EcoRA) – odkazuje se na rizika pro nehumánní organismy, populace a ekosystémy Definice pojmu riziko • Kvantitativní pojem vyjadřující pravděpodobnost (tj. číslo v rozsahu 0 – 1) se kterou dojde za dané situace a při daném rozsahu expozice k poškození zkoumaného systému – 0 k poškození vůbec nedojde – 1 k poškození dojde ve všech případech • Nulové riziko v podstatě neexistuje! • Přírodní nebo antropogenní původ Definice pojmu riziko • Riziko by mělo být měřitelné v závislosti na svém dopadu a pravděpodobnosti, že nastane • Závažnost může být různě popsána v závislosti na situaci – riziko akutní (katastrofy, jíž je probíhající výrazná expozice přesahující údržnost systému) – reálné (vztahujícím se na současný stav, nikoli však katastrofálních rozměrů) – potenciální (prospektivní hodnocení) Zdroje rizik • Antropogenní • GMO • Syntetické organické sloučeniny, pesticidy • Azbestová vlákna, uhelný prach, kyselé deště, kontaminace povrchových a podpovrchových vod, ochuzení ozonové vrstvy • Přírodní • Krátkodobá • Dlouhodobá • Vulkanická erupce • Záplavy • Sesuvy Hodnocení ekologických rizik (EcoRA) • Proces EcoRA je komplexní proces posuzování vlivu lidské činnosti na strukturu a stav ekosystémů • Hodnocení se aplikuje na dopad přírodních, ale i antropogenních procesů na ekosystémy • Většina hodnocení se zaměřuje hlavně na důsledky těch antropogenních • Konečným cílem hodnocení ekologických rizik je prospektivní (predikční) nebo retrospektivní posouzení vlivu stresových faktorů na ekosystémy a jejich složky • Obecně použitelné x místně specifické Hodnocení ekologických rizik (EcoRA) • Proces pro hodnocení pravděpodobnosti, že životní prostředí může být ovlivněno v důsledku vystavení působení jednoho nebo více ekologických stresorů – chemické látky, změna půdy, nemoci, invazivní druhy a změny klimatu • Proces shromažďování, organizování a analyzování informací pro odhad pravděpodobnosti nežádoucích účinků na nehumánní organismy, populace, nebo ekosystémy v důsledku expozice jednoho nebo více stresorů • Nástroj pro predikci potenciálního nebezpečí a negativních dopadů stresorů na strukturu a funkci ekosystému Prospektivní vs. retrospektivní hodnocení rizik Prospektivní • Představuje především analýzu potenciálních rizik souvisejících s plánováním zásahů do ekosystémů • metodicky zahrnuje podchycení iniciálního stavu a hodnocení rizik je provedeno v rovině potenciálních odhadů • jako jediná forma zahrnuje významnou možnost prevence Retrospektivní • Hodnocení vyvolané potřebou postihnout možný negativní vliv v minulosti, případně i podchytit stávající stav systému. • Relativně velmi komplikovaná situace, úspěšnost analýzy je závislá na dostupnosti informací o zdrojích znečištění. • posuzování rizik z úniků nebo jiných událostí v minulosti a vyhodnocování rizik spojených s budoucími důsledky těchto událostí. • Např. patří mezi ně pokračující toxické účinky havárií -> šíření kontaminantů do jiných oblastí atd. • Výstupem hodnocení starých zátěží mohou být například sanační doporučení, apod. Historický vznik hodnocení rizik • Každá činnost spojená s chemickými látkami (výroba, doprava, použití, likvidace atd.) je zdrojem rizik jak pro člověka (zdravotních rizik), tak i pro životní prostředí (ekologických rizik) • Metodika hodnoceni ekologickych rizik se vyviji asi od roku 1980 • Koncepce hodnocení zdravotních a ekologických rizik vychází z materiálů vypracovaných US EPA v letech 1983-1987 a počátkem devadesátých letech byla přijata jako základ dokumentů EU • Hodnocení ekologických rizik - bylo odvozeno z praxe v hodnocení rizika pro lidské zdraví, posouzení nebezpečnosti pro životní prostředí a posuzování vlivů na životní prostředí Proč je hodnocení rizik důležité? • Známo asi 5mil. Chemických látek – Používání asi 100 000 • Asi 1000 látek v množství 400 mil t/r • Roční přírůstek asi 500-1000 nových látek • U většiny z nich neznáme možná rizika, neznáme ekotoxikologická data, zvl. data o dlouhodobých účincích • rychlost testování a hodnocení látek je mnohonásobně menší než rychlost jejich zavádění • hlavni zdroje potencialnich rizik – radioisotopy, toxicke plyny, GMO, syntetické organické sloučeniny, těžké kovy a zemědělské biocidy. K čemu se EcoRA využívá? • Průmysl, vládní agentury, politici, občané, a zákonodárci využívají EcoRA pro podporu rozhodnutí v managementu životního prostředí • uspořádává informace a přispívá k informovaným rozhodnutím • může zvýraznit největší riziko, což je užitečné pro alokaci omezených zdrojů • umožňuje odpovědi na "co kdyby" otázky týkající se následků možných činností • usnadňuje jednoznačnou identifikaci hodnotných komponent v prostředí • identifikuje kritické mezery ve znalostech, a tím přispívá ke stanovení priorit budoucích výzkumných potřeb Kdo využívá EcoRa? • Česká inspekce životního prostředí • orgány státní a veřejné správy a organizace v jejich působnosti • vodohospodářské úřady (Krajské úřady, obce s rozšířenou působností) • soukromé subjekty působící v ochraně životního prostředí • nabyvatelé, vlastníci a uživatelé kontaminovaných lokalit Využití hodnocení rizik • V současnosti nejlepší dostupný nastroj pro predikci potenciálního nebezpečí a negativních dopadů antropogenních aktivit na strukturu a funkci ekosystému. • Obecně použitelné nebo místně specifické • Každá technologická činnost, výrobní proces či výraznější stavitelská aktivita představují potenciální riziko pro existující ekosystémy • Konečným cílem hodnocení ekologických rizik je prospektivní nebo retrospektivní posouzení vlivu stresových faktorů – chemických kontaminantů, antropogenních zásahů nebo přírodních katastrof na ekosystémy a jejich složky Základní pojmy • Toxicita – schopnost látky poškozovat živý organismus, je dána fyzikálně chemickými vlastnostmi • Nebezpečnost tedy představuje soubor toxických (komplexně stresových) účinků, ke kterým dojde za daných podmínek expozice, resp. podmínky expozice vyvolávající daný soubor účinků. • Hodnocení účinku (toxicity) – stanovení povahy a rozsahu negativních účinků vzhledem k velikosti dávky • Stresor: fyzikální, chemická nebo biologická jednotka, která může vyvolat negativní reakci Základní pojmy • Hodnocení rizika - proces založeny na zpracovani existujicich dat o stavu systemu, expozici a rozsahu existujících nebo potenciálně možných účinků. Syntéza všech údajů a charakterizace existujících či potenciálních rizik. • Zakladem hodnoceni rizika je parametricke vyjadřeni jednotlivych faktorů, včetně určeni rozsahu jejich hodnot. • Nebezpečnost (hazard) – je schopnost chemické látky mít nepříznivý účinek na životní prostředí, která je determinována fyzikálními a chemickými vlastnostmi látky, • Předpověď (identifikace) nebezpečnosti (Hazard prediction or hazard identification) – zahrnuje proces rozpoznání a predikce nebezpečnosti. • Riziko - vyjadřuje pravděpodobnost, se kterou skutečně dojde za definovaných podmínek expozice k projevu nepříznivého účinku. 0 (k poškození vůbec nedojde) do 1 (k poškození dojde ve všech případech). • Vyjádření rizika – poměr mezi počtem individuí, které za určitých expozičních podmínek utrpí újmu k celkovému počtu jedinců vystavených identickému činiteli za stejných expozičních podmínek Základní pojmy • Expozice je chápána jako kontakt chemické látky s vnějšími hranicemi organismu či s definovanou částí životního prostředí (ekosystémem). • Expoziční podmínky – charakterizují cílové populace (objekty) • Endpoint - měřitelný parametr se vztahem k efektu • Receptor - rostlina, zvíře, společenství organismů, nebo ekosystém, který je vystaven stresorů v životním prostředí • Účinek (efect) – kvalitativní pojem (hepatotoxický, genotoxický..) • Odpověď (response) – měřitelná míra téhož (změna aktivity některého jaterního enzymu) • Dávka (dose) – množství látky vstupující do organismu během expozice vztažené na jednotku tělesné hmotnosti a jednotku času (např. mg.kg-1.d-1) Základní pojmy • Řízení rizik - Proces stanovení patřičných opatření v reakci na rizika • Nejistota - Nedostatek důvěry v predikci posouzení rizik, které mohou vyplynout z přirozené variability v přírodních procesech, nepřesné nebo neúplné znalosti, nebo chyby v provedení posouzení Metodika hodnocení ekologických rizik (EcoRA) • mezioborový proces • metodická standardizace je zcela nezbytná (obrana proti nadbytečnému navyšování nákladů nebo účelovému zneužívání komplikovaných a nejasných metodik) • Potřeba standardizované metodiky vynucena i rozsahem řešených problémů a nutností předat jednotný, byť obecnější návod na jejich řešení. • Ačkoli má tedy proces EcoRA jednoznačně vědecké základy i vývoj, z praktického hlediska musí jít o zjednodušený rutinní proces, s možností jednoznačné kontroly a opakovaných aplikací • V současné době jednoznačně nejlépe propracovaný přístup pro použití EcoRA je přístup US EPA Obecné schéma EcoRA Metodika hodnocení ekologických rizik • Obecně standardizovaný postup, jehož jednotlivé kroky vedou k hodnocení a řízení rizika • Posloupnost kroků týkajících se formulace problému parametrického hodnocení expozice a biologických účinků a charakterizace rizika. • Součástí analýzy je i závěrečné doporučení pro interpretaci zjištěných rizik a jejich management • Za klíčové prvky určující úspěšnost celého procesu hodnocení je nutné považovat reprezentativní formulaci problému a výběr adekvátních cílových parametrů hodnocení • Průběh tohoto procesu má vztahy nejen k vědeckému hodnocení vlivů stresových faktorů, ale také k legislativnímu pozadí, normám obsahu kontaminantů a dalším legislativním předpisům. Jedná se tedy o komplexní proces. Plánování • účel, rozsah a technické přístupy • nutno odpovědět na následující otázky – Kdo/Co/Kde je v ohrožení? (Individua, populace,...) – Jaké povahy je zdroj ohrožení životního prostředí? (chemický, fyzikální, …) – Odkud tyto environmentální rizika pocházejí? (bodové, rozptýlené, …) – Jak k expozici dochází? (vzduch, podzemní voda, půda,…) – Cesty expozice (dermální, inhalační, …) Plánování – Co se děje v tělech organismů a můžou být ovlivněna jejich životní, vývojová stádia, genetika? (absorpce, distribuce, metabolismus, vylučování) – Jaké jsou ekologické účinky? (změny v reprodukci, nádory, úmrtnost,…) – Doba kdy dojde k vyvolání toxicikých účinků (akutní, subchronická, chronická, – Timing (existence kritické doby kdy je chemická látka nejtoxičtější? – embyonální vývoj, juvenilní stádia, dospělost) Obecné schéma EcoRA • Komplexní proces – zjednodušené schéma – Formulace problému, Identifikace zdroje problému – Analýza • A) Hodnocení expozice + B) Hodnocení účinků – Charakterizace rizika – Expertní interpretace – Management rizika, legislativní kroky a opora organizační zajištění Fáze I: Formulace problému Formulace problému • vytváření informační základny pro další hodnocení – popis konkrétní situace – vymezení zájmového území – identifikaci nebezpečnosti ve spojitosti s konkrétními zdroji a stresory • Informace jsou získávány teoretickou formou i průzkumem zájmové oblasti • Hlavní výstupy této fáze – a) výběr vhodných biologických systémů pro hodnocení a určení parametrizace jejich znaků – b) vytvoření koncepčního modelu EcoRA se stanovením strategie dalšího postupu – c) určení vhodného scénáře EcoRA Koncepční model Fáze II. Analýza Fáze II. Analýza • Hodnocení expozice a hodnocení účinků spolu úzce souvisejí. • Musí být koordinované s aktivitami charakterizujícími fyzikální a chemické vlastnosti sledované lokality či oblasti. • I přes velmi úzkou souvislost těchto hodnocení neexistují standardní přístupy ani specifická sada metod EcoRA pro všechna místa – každé hodnocení je unikátní a místně specifické. A) Hodnocení expozice • Základní předpoklad pro existenci účinků • Vyjadřuje se ve vazbě na prokazatelně přítomné stresory v prostředí nebo jako funkce dávky - například dle očekávaného příjmu v potravě • popisovány zdroje, cesty, velikost, četnost a trvání expozice jednotlivce, části populace či ekosystému sledované chemické látce A) Hodnocení expozice • Existují tři základní nástroje k hodnocení expozice, které se zpravidla uplatňují současně: – přímé měření koncentrací znečišťující látky v prostředí (chemický monitoring) – měření koncentrace látky nebo jejích metabolitů v organismech (biologický monitoring) – matematický model popisující osud a transport látky v životním prostředí • Cílovým parametrem hodnocení expozice je stanovení koncentrace látky v životním prostředí, označované PEC („Predicted Environmental Concentration“). • Prvním krokem hodnocení expozice je odhad místní (lokální) PEC v jednotlivých složkách. B) Hodnocení účinků • analýza vztahu mezi dávkou a odpovědí • studován vztah mezi množstvím chemické látky přítomné v životním prostředí a mírou nežádoucího účinku - odezvou • Posouzení vlivu stresoru a jeho míry působení na živý organismus, receptor • Biologický receptor - biologicky systém, který bude využit jednak k identifikaci existujících nebo potenciálních účinků stresorů a na kterém bude dokumentována nebezpečnost stresoru pro hodnocené zájmové území a jeho ekosystémy • Účinek - kvalitativní pojem (hepatotoxický, genotoxický) • Odpověď - měřitelná míra - změna aktivity jaterního enzymu,… • Dávka - množství látky vstupující do organismu, prostředí Hodnocení účinků • Před vlastním posuzováním účinků je nutné definovat (ve fázi formulace problému EcoRA) organismy (receptory), pro které bude hodnoceni účinku provedeno • Metodicky postup a výběr vhodných biologických modelů je odvisly od konkretni situace a většinou kombinuje ekotoxikologické biotesty a bio indikační postupy provozované v podmínkách in situ. Hodnocení účinků • Cílem analýzy je nalezení tzv. PNEC („Predicted NoEffect Concentration“) - koncentrace, která nezpůsobí nežádoucí účinek na životní prostředí. • Stěžejní význam mají v tomto kroku matematické a statistické metody a studium kvantitativních vztahů mezi strukturou a biologickou účinností chemických látek. • PNEC = ECn / f Ecn - efektivní koncentrace, která se považuje za vhodný model nízkého účinku f – bezpečnostní faktor (1-1000) =stupeň znalosti o účincích (princip předběžné opatrnosti) Kritérium přijatelnosti • HI = PEC/PNEC <1 riziko aplikace látky je přijatelné očekávaná koncentrace v prostředí je nižší než bezpečný odhad koncentrace, která může způsobit negativní účinek >1 riziko nepřijatelné Metodika hodnocení expozice a účinků • Neexistuje specifická sada metod pro všechny místa – každé hodnocení je unikátní • EcoRA se musí vypořádat s mnoha druhy organismů, které mají různou citlivost vůči chemikáliím • Metodický postup a výběr vhodných biologických modelů odvislý od konkrétní situace • Často kombinuje ekotoxikologické biotesty a bioindikační postupy provozované v podmínkách in situ • Vzhledem k potížím při získávání údajů o toxicitě pro všechny organismy v ekosystému, uznávanou praxí je testování vybraných zástupců významných taxonomických skupin a použít je jako náhražek pro celý systém - diskutabilní FázeIII: Charakterizace rizika Charakterizace rizika • Sumarizace výsledků předchozích kroků, • kvantifikace rizika, diskuze nepřesností a nejistot, které odhad jednotlivých parametrů provázely • charakterizováno velikostí individuálního a celkového dávkového ekvivalentu pro nejvíce citlivý druh, nebo pro biologický systém indikující nějakou významnou hodnotu v daném ekosystému Charakterizace rizika Faktory které je nutní brát v potaz • Je riziko akutní nebo chronické? • Jaká je závažnost dopadů? • Jaké je doba, po kterou k nim dochází? • Je riziko pro jednoho živočišného druhu nebo mnoha druhů? • Kolik organismů je v nebezpečí? Charakterizace rizika • Některé přístupy používané pro odpovědi na tyto otázky zahrnují: • Polní pozorovací studie (průzkumy) • kategorické žebříčku • Procesní modely, které se spoléhají částečně nebo zcela na teoretické aproximace expozice a účinků • Srovnání dat expozice a účinků Principy charakterizace rizik • Transparentnost • Jednoznačnost • Konzistence • Přiměřenost Praktické požadavky na hodnocení ekologických rizik • Plánování • Informativnost • Úspornost – efektivita • Praktická využitelnost • Interpretovatelnost • Kontrolovatelnost – validita • Odpovědnost vůči subjektu hodnocení Management rizika • sumarizace výstupů EcoRA • Na základě vědomostí o typu a míře rizika následuje analýza přijatelnosti rizika pro další existenci hodnocených systémů • Možnost podniknout preventivní opatření, změny konkrétní situace směrem ke snižování rizika apod. • Management rizika musí vždy obsahovat následující komponenty: – a) ospravedlnění aplikace – žádná aplikace nesmí být přijata, pokud společenský prospěch výrazně nepřevyšuje možné riziko – b) optimalizace rizika – riziko má být udržováno na tak nízké úrovni, jak je to z ekonomických a sociálních hledisek rozumně dosažitelné – c) plnění limitů – musí být splněny limity pro jednotlivce z obyvatelstva – d) důsledná kontrola všemi účastníky procesu dle míry odpovědnosti Zákonné regulace Přehled norem v oblasti životního prostředí • Pro praktickou ochranu zdraví obyvatel a životního prostředí je třeba převést výsledky do formy limitů, norem a dalších regulací vymezených legislativou • Ministerstvo životního prostředí www.env.cz • Zákon – parlament • Vyhláška – různé orgány • Směrnice – ministerstva • Nařízení – vlády • Metodický pokyn Zákonné regulace - Rizika pro životní prostředí • Odbor environmentálních rizik a ekologických škod (OEREŠ) – celostátní koncepce prevence škod v těchto oblastech: • Chemické látky • Závažné průmyslové havárie • Nakládání s GMO • Staré ekologické zátěže – Metodický pokyn MŽP Analýza rizik kontaminovaného území, Věstník MŽP č. 3, březen 2011 Kde hledat? • http://www.mzp.cz/cz/rizika_zivotni_pro stredi • Sbírka zákonů http://aplikace.mvcr.cz/sbirka-zakonu/start.aspx • Metodiky MŽP http://www.mzp.cz/cz/metodiky_ekologicke_zat eze Přehled norem z oblasti životního prostředí - ČSN ISO Příklady: • Zákon České národní rady o posuzování vlivů na životní prostředí - 244/92 Sb (EIA – Environmental Impact Assessment) • Nařízení vlády, kterým se stanoví ukazatele a hodnoty přípustného stupně znečištění vod - 82/1999 Sb. Informační zdroje - Mezinárodní • EU – odkazy na MŽP (např: http://eurlex.europa.eu/cs/index.htm ) • US Environmental Protection Agency (EPA) - www.epa.gov • IRIS – Integrated Risk Information System - www.epa.gov/iris • ATSDR – Agency for Toxic Substances and Disease Registry – atsdr1.atsdr.cdc.gov • Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1907/2006 REACH Informační zdroje - Mezinárodní US EPA https://www.epa.gov/risk/risk-assessment-guidelines • FRAMEWORK FOR ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT (EPA/630/R-92/001) - 1992 • Guidelines for Ecological Risk Assessment (EPA/630/R- 95/002F) - 1998 • Ecological Risk Assessment Guidance for Superfund (EPA 540-R-97-006) - 1997 ECHA • Technical Guidance Document on Risk Assessment – https://echa.europa.eu/documents/10162/16960216/tgdpart2_2e d_en.pdf