Globální problémy lidstva a životního prostředí RECETOX Přírodovědecká fakulta Masarykova univerzita Brno, Česká republika Doc. Ing. Branislav Vrana, PhD. branislav.vrana@recetox.muni.cz Problémy životního prostředí Problémy planety a jejich dopady Životní prostředí Ekosystém Neživé složky + živé organismy Lokální Regionál ní Globál ní Problémy planety a jejich dopady Chemické látky v prostředí: nic nového…. 6 Hippocrates (460-377 BC) "Kdokoli si přeje řádně vyšetřit medicínu, měl by postupovat takto ... Musíme také zvážit kvality vod, protože se od sebe liší chutí a váhou, takže se také velmi liší kvalitou" Takže… Hippokrates ocenil význam lidského zdraví v kontextu charakteristik přírodního prostředí Paradigma příčina - efekt: nic nového…. Co je to, co není jed? „Všechny věci jsou jedy a nic bez jedu. Pouze dávka určuje, že věc není jed. “ Paracelsus (1493 - 1541) Problémy s chemickými látkami v životním prostředí Do 19. století téměř žádné “problémy” v ŽP neexistovaly (výjimky - např. lesy v Británii, nebo těžba nerostů) Konec 19. a celé 20. století - velký rozvoj lidského poznání a aktivit “vědecko-technická revoluce” © Ministry of Public Administration and Justice, Hungary 1986: Únik chemikálií do Rýna Photo: Délmagyarország/Karnok Csaba 2000: Únik kyanidu do Tisy Jaké PROBLÉMY v ŽP působí člověk svojí činností? 2010: Protržení hráze odkaliště, Ajka 2012: Únik ropních látek do Dunaje 1. Katastrofy: 1) Katastrofy - požáry O O Clx Cly O Clx Cly Jaké PROBLÉMY v ŽP působí člověk svojí činností ? 11 Jaké PROBLÉMY v ŽP působí člověk svojí činností ? 2) „Rychlé“ změny krajiny s místním dopadem Zdroje Jsme kriticky závislí na zemských zdrojích, abychom mohli udržet „moderní život“ (minerály, horniny, kovy, energie, půda, voda). Zemské zdroje jsou omezené. Jeden z důsledků Země jako uzavřeného systému. Některé z nich jsou obnovitelné (voda), jiné neobnovitelné (rudy, ropa). Se zdroji je možné nakládat šetrně. V dohledné budoucnosti pravděpodobně nevyčerpáme zdroje. „Neplatíme“ plnou cenu – dopady do životního prostředí, omezujeme jejich dostupnost pro další generace. Jámový důl na měď Bingham v Utahu (4 km průměr, 800 m hloubka). Hlušina v okolí uhelného dolu Mulla v Coloradu. 1) Katastrofy 2) Změny krajiny s místním dopadem 3) „Rychlé“ změny s celosvětovým dopadem Radioaktivní znečištění - Chernobyl Jaké PROBLÉMY v ŽP působí člověk svojí činností ? Černobyl, havárie 24. dubna 1986 1) Katastrofy 2) Změny krajiny s místním dopadem 3) Změny s celosvětovým dopadem 4) Pomalé a postupné uvolňování škodlivin Plynárna Petrochemická rafinerie Jaké PROBLÉMY v ŽP působí člověk svojí činností ? 1) Katastrofy 2) Změny krajiny s místním dopadem 3) Změny s celosvětovým dopadem 4) Pomalé a postupné uvolňování škodlivin Jaké PROBLÉMY v ŽP působí člověk svojí činností ? Chemické znečištění prostředí Kontaminovaná místa POPs Povrchová voda Čistírny odpadních vod zemědělství domácnosti Doprava Skládky a nerecyklovaný odpad Průmyslové znečištění Půda Podzemní voda bioodpad Odpady  Lidská činnost produkuje odpady. 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.  Bodové  Plošné Zdroje kontaminace prostředí Typický gradient znečištění Vzdálenost Koncentrace “Hot spot” Zřeďování Disperse Degradace Solution of pollution is not dilution Dálkový transport aerosolů a plynů  Nebezpečné procesy existovaly vždy (záplavy, zemětřesení, vulkanické erupce – přirozené)  Jsme antropocentričtí – za nebezpečné považujeme jen ty procesy, které mají přímý negativní dopad na člověka.  Některé neovlivnitelné (vulkanické erupce), některé ovlivnitelné (záplavy). Nová kategorie – technologická nebezpečí  Riziko – je vždy přítomno ve vzájemném vztahu člověk-planeta (změny klimatu, rychlosti zvětrávání …) Nebezpečné procesy Geologické procesy, které označujeme jako „nebezpečné“, probíhaly na Zemi po celou dobu jejího vývoje Geologické procesy, které ovlivňují lidský život, mohou být:  nenápadné ale také výrazné  užitečné ale také zhoubné Nebezpečné geologické procesy Geologická nebezpečí  zemětřesení  vulkanické erupce  záplavy  sesuvy (patří mezi přírodní nebezpečí spolu s nálety sarančat, ohni, tornády) Doba účinku:  Krátkodobá – zemětřesení, tornáda (vteřiny)  Dlouhodobá – sucha (až desetiletí) Technologická nebezpečí – radon, azbestová vlákna, rtuť, uhelný prach (člověkem vybudované prostředí) Antropogenní nebezpečí – kyselé deště, kontaminace povrchových a podzemních vod, ochuzení ozonové vrstvy (probíhá v přírodním prostředí, způsobeno člověkem) Dopady:  primární: pochází od samotné události (záplavy, cyklony, zemětřesení)  sekundární: pochází z nebezpečných procesů, které jsou spojeny s hlavní událostí, ale nejsou jí přímo způsobeny (hořící les zapálený lávovým proudem, požáry domů způsobené hořícím plynem z plynového vedení rozrušeného zemětřesením)  terciární: dlouhodobé efekty (ztráta divoké zvěře nebo změna koryt řek v důsledku záplav, změna topografie a reliéfu v důsledku zemětřesení) Geologická nebezpečí Geologická nebezpečí Máme schopnost tuto planetu zničit ! Avšak máme také schopnost ji zachránit !! Gro Harlem Brundtlandová Problémy životního prostředí 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 Globální problémy WHO (World Health Organisation) – Zdraví pro všechny – všichni pro zdraví  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 Globální problémy Globální problémy Rozvoj vědy a techniky - Prométheovský komplex Pozitivní, ale i negativní stránka vědy – celoplanetární charakter Vztah člověka a přírody - antagonismus či harmonie ? 31 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 Globální problémy Globální problémy Globální problémy Příznaky environmentální krize  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  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. Příznaky environmentální krize Globální problémy Globální problémy životního prostředí ubývání tropických deštných pralesů zmenšování druhové diversity a vymírání živočišných a rostlinných druhů pozvolné rozšiřování druhů mutací dopad období sucha a povodní na prostředí 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 Globální problémy životního prostředí současná a budoucí potřeba energie rozšiřování pouští zvládnutí patogenů z lidských výkalů obhospodařování říčních povodí ochrana mořského prostředí nedostatek palivového dříví Globální problémy životního prostředí Budoucnost planety – planetární meze • Změna klimatu • Ztráta biologické rozmanitosti • Biogeochemický tok fosforu • Biogeochemický tok dusíku • Acidifikace oceánu • Využití území - odlesňování • Zdroje sladké vody • Poškození stratosférické ozonové vrstvy • Atmosférický aerosol • Chemická kontaminace Budoucnost planety – planetární meze • Změna klimatu • Ztráta biologické rozmanitosti • Biogeochemický tok fosforu • Biogeochemický tok dusíku • Acidifikace oceánu • Využití území - odlesňování • Zdroje sladké vody • Poškození stratosférické ozonové vrstvy • Atmosférický aerosol • Chemická kontaminace Průmyslové chemikálie Zemědělské chemikálie Polutanty globálního dopadu – CFCs, POPs, těžké kovy, radionuklidy, částice Farmaceutika a prostředky osobní péče Látky modulující endokrinní systém Metabolity, degradační produkty Částice, nanočástice Chemické látky v prostředí Chemická látka Vstup do prostředí Osud v prostředí Účinek na prostředí Účinek na živé organismy Chemické látky v prostředí 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 Pro úspěšnou budoucnost potřebujeme zjemnění a prohloubení znalostí o Zemi jako celém systému zvládnout praktický užitek z prostředí 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) Nenechme se klamat povrchy v hloubkách je veškerý zákon Rainer Maria Rilke Aby někdo, kdo ví, že něco jest, také rozuměl, co to jest, k tomu jest nutno nahlédnouti v příčiny a důkladně je zkoumati. J. A. Komenský Východiska Vědecké zkoumání jevů má dva základní cíle – předvídání a užitečnost. D. I. Mendělejev All model are wrong, but some of them can be usefull Čím lépe matematické zákony popisují realitu, tím jsou méně přesné, a čím jsou přesnější, tím hůře popisují realitu. Albert Einstein Přístupy "EKOLOGIE NENÍ VĚDA. S VĚDOU NEMÁ NIC SPOLEČNÉHO, JE TO IDEOLOGIE." (24. 4. 1995, Aula UP v Olomouci) „JÁ BYCH SE VSADIL, ŽE JSEM PŘEČETL STOKRÁT VÍC O EKOLOGICKÝCH TÉMATECH NEŽ JAKÝKOLIV EKOLOG O EKONOMII..“ (MF Dnes, 20.9. 2006) „ŽÁDNÉ NIČENÍ PLANETY NEVIDÍM, NIKDY V ŽIVOTĚ JSEM NEVIDĚL A NEMYSLÍM, ŽE NĚJAKÝ VÁŽNÝ A ROZUMNÝ ČLOVĚK BY TO MOHL ŘÍCI.“ (odpověď "pana profesora" na otázku zda nevěří, že si ničíme svoji planetu, HN, 9. 2. 2007) Přístupy The Truth is Out There Chemick á látka Vstup do prostřed í Osud v prostřed í Účinek na prostředí Účinek na živé organism y CCl Cl CCl3 H Chemické látky v prostředí Chemick á látka Vstup do prostřed í Osud v prostřed í Účinek na prostředí Účinek na živé organism y Chemické látky v prostředí 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 Chování kontaminantů v prostředí Chemick á látka Vstup do prostřed í Osud v prostřed í Účinek na prostředí Účinek na živé organism y Chemické látky v prostředí Chemick á látka Vstup do prostřed í Osud v prostřed í Účinek na prostředí Účinek na živé organism y Chemické látky v prostředí Výskyt v prostředí = potenctiální možnost transferu do lidského organismu. Je nutné stanovovat celoživotní expozici včetně prenatálního období. Vlivy na zdraví se mohou porjevit v pozdějším věku. Celoživotní expozce Toxikologicky významné látky kolem nás Pesticidy Zplodiny spalovacích procesů Prostředky osobní péče (PCP) Obaly Těhotenství Dětství Reprodukční věk Střední věk StáříPuberta Expozice Odpady SUNSCREENS Textil The Chemical Universe Potenciální chemický vesmír Známé látky – více než 120 000 000 chemických látek Potenciálně existující látky  existující a identifikované chemické látky  existující a ještě neidentifikované chemické látky  látky, které by mohly být potenciálně syntetizovány a přidány ke známému, stále se rozšiřujícímu množství již existujících látek 1060 látek (C, N, O, S)  rozšíření na další heteroatomy (například P a halogeny), množství možných struktur přesahuje naší představivost Známé látky:  Více než 120 milionů chemických látek (org. + anorg.)  Více než 62 milionů sekvencí  Indexovány v CAS Registry  ca 12 000 látek !!! denně Komerčně dostupné látky - ca 14 milionů ca 250 000 látek bylo/je celosvětově regulováno To je pouze 1.8 % z komerčně dostupných látek a méně než 0.5 % ze známého množství chemických látek The Chemical Universe Známý chemický vesmír Metabolity Farmaceutika antibiotika, betablokátory, antiepileptika, analgetika) ~ 50 000 produktů, ~ 2 900 účinných látek Prostředky osobní péče (kosmetika, parfémy (~300), látky pro barvení a úpravu vlasů, UV-filtry) (n=???) Pesticidy (herbicidy, insecticidy,fungicidy…) ~ 1 004 registrovaných účinných látek) Průmyslové chemikálie ( ~ 80 000 registrovaných US EPA, ~ 4 000 neurotoxinů) Tenzidy, detergenty (~ 800 látek) Chemické látky v prostředí 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) Průmyslové chemikálie Zemědělské chemikálie Polutanty globálního dopadu – CFCs, POPs, těžké kovy, radionuklidy, částice Farmaceutika a prostředky osobní péče Látky modulující endokrinní systém Metabolity, degradační produkty Částice, nanočástice Chemické látky v prostředí Vybrané problémy chemického znečištění prostředí 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) Voda: • Vypouštění průmyslových odpadních vod z bodových a plošných zdrojů do povrchových vod • Kontaminovaný kal • Znečištění moří a oceánů z různých zdrojů • Znečištění mokřadů • Znečištění pitné vody chemicky, biologicky, radiačně • Znečištění podzemních vod průsakem ze skládek, • septiků, splachem ze silnic, vrtů, podzemních nádrží • Nehody vedoucí ke kontaminaci vod • Ropné znečištění hydrosféry Vybrané problémy chemického znečištění prostředí Půda: • Používání pesticidů a dalších agrochemikálií • Spad z atmosféry • Používání kontaminované vody k závlahám • Používání kontaminovaných kalů z ČOV • Nové toxické chemikálie • Geneticky modifikované organismy Vybrané problémy chemického znečištění prostředí