Půda jako zdroj Od 50. let dramaticky roste zemědělská produkce (1950-90 trojnásobek) - produkce 29 milionů tun ročně . „Zelená revoluce" Současnost ■ zvětšení rozlohy obdělávané půdy ■ půda: kritický zdroj ■ zavlažování ■ je třeba živit 90 milionů lidí navíc vysoce produktivní a rezistentní typy každý rok ■ chemická hnojiva, herbicidy, iiiiT l'Miiiliii"^ pesticidy Provázeno ■ kontaminace i ■ degradace ■ člověkem vyvolaná eroze: 4,3 miliardy tun lpi • ročně Indie, 1 miliarda tun ročně USA ■ není to obnovitelný zdroj v lidské časové škále ■ 10 cm půdy-100 až 10 000 let ! ■ Tuaregové, okraj Sahary, Niger Zvetrávaní Zvětrávání bazaltové lávy na Hawaii. Mechanické zvětrávání ■ Mrazové štípání ■ Růst krystalů Působení tepla ■ Kořeny rostlin Pulpit, Lysefjord, severní Norsko. Mount Whitney, Sierra Nevada. Zvetrávaní Chemické zvetrávaní Voda, kyslík, oxid uhličitý Hydrolýza Hydratace Oxidace Oxidovaná Vyluhování Půda na Hawaii. prosté rozpouštění (určeno součinem rozpustnosti) rozpouštění karbonátů: CaCO3 + H2CO3 = Ca2+ + 2HCO3- oxidace: Fe2SiO4 + 1/2 O2 + 2H2O = Fe2O3 + H4SiO4 hydrolýza: Mg2SiO4 + 4H2O = 2Mg2+ + 4OH- + H4SiO4 2 NaAlSi3O8 + 11 H2O = 2Na+ + 2OH- + Al2 Si2O5(OH)4 + H4SiO4 3NaAlSi3O8 + H2 CO3 + 7H2O = 3Na+ + 3H4Si O4 + Al(OH)3 + HCO3- 3NaAlSi3O8 + M g2+ + 4H2O = 2Na05Al15Mg05Si4O10(OH)2 + 2Na+ + H4SiO4 Faktory, které ovlivňují zvetrávaní ■ Typ a struktura horniny Sklon svahů Klima Hrabavá zvířata, hmyz, červi ■ Charles Darwin - červi - 2,5 kg/m2 ■ Čas ^■^^^BSir 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, kal iche, hardpan) C - zvětralý zdrojový materiál, někdy chybí R - zdrojová hornina Někdy horizonty úplně chybí Někdy zvláštní - laterity (latere - cihla) Eroze větrem a vodou Dopad dešťových kapek Povrchový splach Eolická eroze (Aeolus -řecký bůh větru) 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-hodnota - tolerovatelná roční ztráta Produkce sedimentů | („výtěžek" sedimentů) Ztráta půdy a využití krajiny Odstranění vegetace Špatné hospodaření Kontaminace V - ---—J^ ^ v. > \_ • V • VL ■ á' 1 |'| ■ ^; - ■ J ■ v Rodonia, Brazílie. Zdroje vody Voda je kritickým zdrojem pro udržení života ßoao r £ 4000 a E o y _G ZO 2000 - Odhadovaná spotřeba vody v letech 1990-2000 Reservoir tosses. Municrpa! uses. Industry Agriculture i ± 1900 1920 1940 1960 Year 1980 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 % nezmrzlé vody v hydrologickém cyklu jako podzemní voda ■ většinou v oblasti do 750 m ■ objem ekvivalentní vrstvě 55 m vody na kontinentech Voda Stream Zone of aeration Zone of aeration -Capillary fringe Water table Saturated zone 2. 3. 4. zóna aerace (vadozní zóna, nesaturovaná zóna) hladina podzemní vo dy satur ovaná zóna kapilární třáseň Typický systém podzemní vody. Pohyb podzemní vody Většina podzemní vody je v pohybu. Pohyb závisí na: porozitě (procentické zastoupení pórů) permeabilitě (měřítko snadn osti pohybu vody) Molekulární přitažlivost | 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. Pohyb v zóně aerace (půdní vlhkost) Pohyb v saturované zóně (perkolace ) Rainwater seeps into ground Spring emerges where water table intersects Water moves downward ,he surface through zone of aeration Below water tabteH groundwater percolates along curved paths and emerges in nearest stream Oblast doplňování a odvodňování -časový režim Zdroje podzemní vody Prameny Studny Zvodeň Artézské systémy Aridní oblasti -Porous limestone 'Springs Porous sand Springs Shale Deep producing well Shallow Sezónní vlivy Rychlost proudění Hydraufic gradient hrh2 Deep producing well Dry well - Porous sand Waier table - Clay (aqwcJude) Perched water body Artézské systémy Vlivy nadměrného čerpání Snížení hladiny podzemní vody Kompakce a poklesy Soupeření o povrchovou vodu Přenos mezi bazény Dopady Amu Darja, Syr Darja (hranice mezi Kazachstánem a Uzbekistánem) Před třiceti I ety bylo Aralské jezero čtvrtým největším jezerem světa (68 000 km2, 16 m hlobka, 45 000 tun ryb ročně). Zavlažování: rybářské vesnice jsou 50 km od břehů, 40 000 km2, 9 m hloubka Kvalita vody Termín „dobrá" voda závisí na zamýšleném použití Různé zem ě - různé standardy Některé látky v nepatrných množstvích 1 g 2,4 D (domácí herbicid) - 10 milionů litrů vody PCB - mi liardu litrů vody Složení výsledek interakce s horninami Chloridy, sulfáty, karbonáty, Mg, Ca, Na, K, Fe Vněkterých oblastech As, Hg, U atd. Znečištění povrchových vod Organické látky BChSK - biochemická spotřeba kyslíku (BOD) Eutrofizace - živiny (fosfor, dusíkaté látky) - plankton, řasy Infekční látky Mikroorganismy - Escherichia coli Sewage treatment plant Clean water Accident puts untreaied sewage inio stream Active decomposition zone Recovery zone Biochemical oxygen demand (BOD) Low Dissolved oxygen Sufficient oxygen for healthy vigorous life 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 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 tox icita fenylrtuť - neško dná; bakterie - methyrtuť - toxická Toxické látky Chlorované organické látky Pesticidy - DDT, di oxiny, fura ny Težké kovy Cd, Pb, Sn, Pu, Hg - většinou působí na nervový systém , j átra, 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 Termické znečištění Suspendované látky Jíly Papírenské odpady Odpady z cukrovarů "Soft* water lake on siliceous bedrock is vulnerable to acidification Limestone bedrock (calcareous) Granite bedrock (siticeousj 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 chemi kálie Kontaminace slanou vodou Pumped welt Water table Sand Porous limestone Shale Sandstone Shale Permeable confined unii Pumped well Chování kontaminantů pod povrchem Porosita, permeabilita Hladina podzemní vody, saturovaná a nesaturovaná zóna Transport kontaminantů Kontaminační mrak Normální tok vody propustným prostředím -advekce Kontaminant Stejnou rychlostí - nezpomalený, neretardovaný Pomaleji - zpomalení, retardace Retardační faktor R = Vv / Vk Retardace Sorpce Disperze Biodegradace Retardační faktor je možné zjišťovat sledováním pohyb nezpomalované složky (např. Cl-), která je obsažena v kontaminačním mraku. \ / C^T Dissolved / \ ^ A Ad vecí i ve flow i B Dispersion 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 Eutrofizace Znečištění mořského prostředí „Všechno z kontinentů nakonec skončívmoři." Komunální odpad (patogenní viry mohou přežít v oceánské vodě až 17 měsíců) Pobřeží Otevřený oceán Vypouštění z lodí (balastní voda) a jejich havárie. Exxon Valdez- březen 1989 Aljaš ka, 10 milionů galonů (4,54 l), 5 000 km pobřeží. Malé úniky: ro čně 17 EV do Středozemního moře, ročně 6 milionů tun ropy do oceánů. John Vandermeulen: „... existují tři mýty o ropných skvrnách , které je třeba vysvětlit: Zatřetí - postižené prostředí je ods ouzeno k záhubě. Není."