Vytlačiť celú knihuVytlačiť celú knihu

Distribúcia kovov v životnom prostredí

Whatever

Portál: Enviro-edu.sk
Kurz: Distribúcia kovov v životnom prostredí
Kniha: Distribúcia kovov v životnom prostredí
Vytlačil(a): Hosťovský používateľ
Dátum: Streda, 17 júl 2019, 23:18

1. Úvod

   

Nárast počtu obyvateľstva a hrubého národného dôchodku rozvinutých krajín od začiatku tohto storočia viedol k rýchlemu rastu produkcie kovov. So zlepšovaním ekonomických podmienok a uspokojovaním základných ľudských potrieb sa v modernej spoločnosti začala rapídne rozvíjať výroba kovových predmetov so špecifickými fyzikálno-chemickými vlastnosťami. Ako v procese vedecko-výskum- ného vývoja, tak aj v procese výroby tovarov a v servisoch, ktoré zabezpečujú komfort obyvateľstva, vzniká veľké množstvo rozdielnych typov kovového odpadu, ktorý býva zvyčajne ukladaný do životného prostredia, kde môže rozvrátiť prírodné procesy alebo ohroziť zdravie ľudí. Veľké množstvá kovov sa uvoľňujú do životného prostredia aj spaľovaním fosílnych palív pri získavaní energie potrebnej pre priemysel a domácnosti. V modernej bohatej spoločnosti sa veľa tovaru a služieb kupuje nie z dôvodov ich potreby ale na základe reklamy a módnosti. Takáto spotreba, prisudzovaná zmene módy a náhrade zastaraných typov tovaru, má výsledok v drastickom skrátení životnosti mnohých produktov a tvorbe enormného množstva kovy obsahujúcich odpadov. Spoliehanie sa na energeticky nevýkonné systémy a fosílne palivá, nehospodárnosť v tradičných výrobných technológiách a spoločenská krátkodobosť tovarov a servisov, vedie v závere k tomu, že veľká časť zdrojov Zeme sa spotrebováva na tvorbu toxických kovových odpadov. Výsledkom je potom zabudovávanie sa toxických kovov do potravových a potravinových reťazcov. Dnes je už kontaminácia životného prostredia považovaná za globálny jav. Predpokladá sa, že hladiny polutantov so stopovými kovmi sa stanú stresovými pre veľkú časť citlivej flóry a fauny.


2. História akumulácie kovov

  

Z historického hľadiska sa dá povedať, že znečisťovanie životného prostredia kovmi začalo s objavením ohňa. Horením dreva sa do ovzdušia uvoľňovali malé množstvá kovov a kovmi obohatený popol sa ukladal v okolí. Znečisťovanie prostredia kovmi ľudskou činnosťou zosilnelo so zahájením dolovania a spracovania kovov už v dávnoveku. V čase Rímskeho cisárstva bol dopyt po kovoch, hlavne olove, ktoré sa nazývalo aj kovom Rimanov, veľmi veľký. Kovy v tomto období predstavovali vysoký životný štandard. Bane boli na nízkom stupni vývoja a v ich okolí sa zvyčajne šíril z otvorených ohnísk nekontrolovaný zápach. Výsledkom bola drastická miestna kontaminácia. Tak Xenophone ako aj Lucretius už v tomto období spozorovali, že škodlivé emisie z kovových baní v Laurione (v Grécku) ako aj na ostatných miestach, boli pre zdravie ľudí škodlivé. Vitravius hovoril o rozsiahlom znečistení vody a Pliny pozoroval, že emisie z baní a hutí sú nebezpečné pre zvieratá, hlavne psov. Všetky tieto zistenia neskôr viedli ku zákazu otvárania baní v blízkosti starobylých miest a k vydaniu Rímskeho nariadenia zakazujúceho akúkoľvek banícku činnosť na území vlastného Ríma. Banská činnosť a spracovanie kovov sa presunulo do kolónií a dobytých území. Tomuto nariadeniu sa prisudzoval záujem o kvalitu životného prostredia. Dobre zdokumentovaná pandemická otrava olovom počas obdobia Rímskeho cisárstva však mala málo spoločné so znečistením životného prostredia. Bola spotrebiteľským ochorením, ktorého podstata spočívala v kontaminácii potravín, vody a vína olovom.

-> Add slide

  

  

História každého kovu znamená v histórii ľudstva určité dobrodružstvo. Olovené rudy boli pravdepodobne prvými využívanými kovmi a ich história je preto dlhá a zaujímavá. Hoci neexistovala "Doba olova", olovo bolo aj napriek tomu prítomné vo všetkých kovových obdobiach a určite hralo dôležitú úlohu v priemysle, vede a vojenskom vývoji, v obchode, materiálovej vybavenosti, ako aj vo vyvolávaní ochorení. V dávnoveku bolo olovo najmenej tajuplným kovom. Pre svoju mäkkosť a nedostatok lesku malo obmedzené použitie v zbrojárstve a šperkovníctve a získavalo sa zvyčajne len ako vedľajší produkt pri výrobe striebra, s ktorým bolo často viazané. Olovo má jedinečné vlastnosti, ktoré ho urobili jedným z najpoužívanejších kovov v období Grécka a Ríma. Pre svoju odolnosť voči korózii a tvárnosť (formovateľnosť) sa v širokej miere používalo v klampiarstve, architektúre, pri stavbe lodí a na výrobu konštrukcií. Jeho hustota a kujnosť ho predurčovali na zhotovovanie olovníc, kanálov a štandardných závaží. Jeho nízky bod topenia - neskôr redukovaný prídavkom cínu - zabezpečil jeho použitie ako pájky už od dávnych čias. Po pridaní olova sa bronzy stávali lepšie odlievateľnými, na základe čoho Pliny nazýval olovo aj "kovom na sochy". Atómová konfigurácia olova dovoľuje jeho pridávanie vo veľkom množstve do kremenného skla, čo spôsobuje jeho nepriehľadnosť alebo farebnosť. Niektoré zlúčeniny olova majú žiarivé zafarbenie a používali sa ako pigmenty už v období paleolitu. Pri olove sa dokonca využívali aj jeho toxické vlastnosti. Impozantnú úroveň dosiahlo jeho využívanie v priebehu obdobia Rímskeho Impéria. Použitie olova v tomto období prekračovalo 550 g na osobu za rok. Súhrnná svetová produkcia olova od najskorších období až po pád Ríma sa odhaduje na 40 mil. ton. Cena za využívanie olova, v dôsledku jeho toxických vlastností, bola často veľmi vysoká. Prvé obdobie jeho obchodného používania bolo pravdepodobne pevne zviazané s otravami, spôsobenými dymom a výparmi z taviacich pecí, ktoré obsahovali olovo, a niet pochýb o tom, že celé generácie remeselníkov, ktorí v období staroveku pracovali s týmto nebezpečným kovom, trpeli zdravotnými problémami. Odhaduje sa, že počet robotníkov, ktorí boli v priebehu obdobia Rímskeho Impéria pracovne vystavení olovu, bol väčší ako 140 000 za rok. Ešte väčšia časť populácie používajúcej tento kov, bola vystavená olovu kontaminujúcemu ich jedlo a nápoje. Rimania napr. používali soli olova na uchovávanie ovocia a zeleniny, varili v olovenom riade a používali olova aj vo forme sladidla (saccharum saturni) na zmierňovanie bolestí. Olovo pridávali aj do svojich vín, aby zabránili jeho neskoršej fermentácii a stabilizovali jeho farbu a buket. Pridávali ho aj do nestáleho piva na zníženie kyslosti. Ich voda bola dodávaná cez olovené potrubia a veľmi známe boli aj bežne používané kozmetické prípravky a lieky, ktoré obsahovali olovo. Pri takomto super vystavení olovu nie sú zvláštnosťou časté písomné správy o epidemickom saturnizme alebo plumbizme, hlavne medzi príslušníkmi rímskej aristokracie. Iné historiografcké záznamy ukazujú, že otrava olovom spôsobila reprodukčnú neúspešnosť vládnucej oligarchie, ktorá v sebe zahŕňala vysoký výskyt fertility, alarmujúco vysoký počet potratov a dobre známu mentálnu zaostalosť potomstva aristokratov. V skutočnosti psychologické profily vládcov a uchvatiteľov, ktorí vládli medzi 50 rokmi p.n.l. a 250 rokmi nášho letopočtu, našepkávajú, že väčšina z nich pravdepodobne trpela na otravu olovom.

  

V priebehu 16. stor., kedy nastal rozvoj stavby veľkých pecí s vysokými komínmi, sa oblasť vplyvu hutí a priemyselných zariadení drasticky rozšírila. Stopové kovy začali profilovať v rašeliniskách, sedimentoch jazier, letokruhoch stromov a ľadových tabuliach a poukazovali na to, že koncom 17. stor. polutanty, uvoľnené priemyslom v Británii a strednej Európe, zasiahli aj väčšinu oblastí Škandinávie. V Grónskych ľadových poliach sa na prelome 18. stor. začala rýchlo zvyšovať akumulácia Pb.

  

Historicky rekordné hodnoty stopových kovov sa zaznamenali od začiatku priemyselnej revolúcie vo väčšine oblastí severnej pologule. Na prelome nášho storočia technologický pokrok prenikavo zvýšil priemyselnú výrobu a s ňou aj rozšírenie toxických kovov. Medzi rokmi 1900-1980 sa banská produkcia Al, Ni, Cr, Cu a Zn zvýšila 114-, 35-, 18-, 5- a 4-násobne, kým banské výťažky Cu, Pb, Ni a Zn boli celkovo okolo 250, 160, 17 a 185 ton/rok. Priemyselné emisie Cd, Cu, Pb, Ni a Zn v ovzduší sa zvýšili 8-, 6-, 9-, 51- a 8-násobne. Tieto čísla jednoznačne ukazujú, že množstvo toxických kovov uvoľňovaných do životného prostredia je veľmi veľké. Kovy, ktoré sa rozptýlia v biosfére, nemôžu byť degradované alebo získané späť použitím bežných technológií. Ich účinok je preto na životné prostredie trvalý.

3. Prírodné a antropogénne zdroje kovov

  

Ľudstvo začalo systematicky a organizovane využívať suroviny od neolitickej revolúcie. Ťažba kovov sa začala pred niečo viac ako 4 000 rokmi, ale jej rozsah bol malý až do obdobia, kedy sa začala využívať energia z fosílnych palív. Exponenciálny nárast ťažby a spracovania nastal v priebehu minulého storočia.

Železo je najdôležitejším kovom pre ľudskú civilizáciu a preto má aj najvyššiu spotrebu (6,3x108 t/rok). Za ním nasleduje mangán (2,2x107 t/rok). Produkcia Sn, Mg, Ni, Cr, Ti, Pb, Zn a Cu je v rozsahu 105-107 t/rok. Za nimi nasledujú v spotrebe Ag, Be, Cd, Co, V, As, Zr a Mo (104- 105 t/rok). Posledné dve skupiny obsahujú kovy ako Ni, Cr, Co, V a Mo, ktoré sa ťažia hlavne preto, lebo sa pridávajú k železu a dodávajú mu požadované vlastnosti, akými sú pevnosť a odolnosť voči korózii. Mangán je ďalším základným aditívom pre ocele. Veľká časť produkcie Sn, Zn a Cd sa používa ako ochranný obal pre železo. Sedem z 25 uvádzaných kovov sa produkuje v množstvách 35 až 5 800 t ročne. Ak sa výroba bude udržiavať na súčasnej úrovni alebo sa bude zvyšovať, doba trvania zásob uvádzaných kovov sa bude pohybovať od 11 do 760 rokov. Zásoby Cd, Ag, Bi, Au, Zn, Pb, Ti, Hg a Sn rúd bude možné ťažiť nie viac ako 11 až 50 rokov. Tri štvrtiny kovových minerálov boli už spracované a väčšinou spotrebované v relatívne malom počte vysoko priemyselných krajín, v ktorých je len štvrtina svetovej populácie. Plošná koncentrácia spracovania a spotreby kovov vyvoláva mnohé problémy súvisiace so životným prostredím. Riziko kontaminácie pôd, riek a ovzdušia toxickými stopovými prvkami je v priemyselných krajinách vysoké. Okrem toho, spaľovanie uhlia a ropy, spracovanie rúd a technické využívanie kovov je najväčším zdrojom takejto kontaminácie.


4. Globálna distribúcia kovov

  

Kovy sa dostávajú do vzduchu, vody a pôdy zrozmanitých prírodných a priemyselných zdrojov. Stanovenie presných globálnych emisií je prakticky nemožné, nakoľko nie sú presne známe údaje o obsahoch kovov v prírodných materiáloch ani spoľahlivé údaje o globálnej distribúcii zo zdrojov najmä v rozvojových krajinách. Aj napriek tomu však publikované, aj keď hrubé odhady globálneho znečistenia, nedovoľujú pochybovať o veľkých nárazoch priemyselných činností ako na oblastný tak aj globálny kolobeh stopových kovov.

  

Zdroje emisií stopových kovov zprimárnych prírodných zdrojov môžu byť nasledovné:

  1. vetrom unášané častice pôdy – obsahujú viac ako 50% Mn, Cr a Va od 30-50% Sb, Ni, Mo a Zn
  2. sopečná činnosť – viac ako 60% Cd, 40-50% Hg a Ni a 30-40% As, Cr a Cu
  3. biogénne zdroje – v ktorých dominujú Mn,Zn a Se
  4. lesné požiare – v ktorých dominujú najmä Mn, menej Zn a Cu
  5. morská soľ – rozprašuje všeobecne množstvo menšie ako 15 % z celkových prírodných emisií každého prvku

Niektoré kovy emitované z prírodných zdrojov sú antropogenného pôvodu, napr. kovy vo vetrom nesených prachoch sú často priemyselného pôvodu. Z tohoto dôvodu tabuľky udávajúce hodnoty prírodných tokov v preindustrializovanej krajine sú často nadsadené.

  

Existujú tri hlavné priemyselné zdroje atmosferických kovových polutantov:

  1. baníctvo, hutníctvo a čistenie kovov
  2. spaľovanie fosílnych palív
  3. produkcia a používanie kovových obchodných produktov

Hute sú dominantným zdrojom As, Cu a Zn, kým výroba ocele je zodpovedná za najväčšie časti Mn a Cr, ktoré sa uvoľňujú do atmosféry ľudskou činnosťou. Spaľovanie fosílnych palív na výrobu energie predstavuje viac ako 95 % znečistenia V a 80 % znečistenia Ni. Tieto dva prvky (V a Ni) sa používajú aj na identifikáciu vzoriek vzduchu, ktoré prichádzajú z elektrární. Spaľované fosílne palivá obsahujú aj asi 60 % antropogénnych emisií Hg, Se a Sn a významné množstvá Sb, As a Cu.

  

Z prírodných zdrojov sa hlavne vo vetrom unášaných časticiach a sopečnou činnosťou dostáva do atmosféry asi 2 000 t olova ročne, čo je v porovnaní s 450 000 t uvoľňovanými ľudskou aktivitou relatívne malé množstvo. Najväčším zdrojom antropogénneho olova bolo spaľovanie benzínu obsahujúceho alkylované olovo zvyšujúce jeho oktánové číslo. Aj napriek redukcii používania olovnatého benzínu v mnohých krajinách, tvoria výfuky automobilov približne 2/3 emisií Pb. V jednotlivých krajinách predstavuje tento zdroj 50 až 90 % človekom vytvorených emisií olova, ktoré závisia od počtu automobilov a účinnosti kontroly týchto emisií. Olovo je pri spaľovaní benzínu emitované predovšetkým vo forme jemných organických častíc. Ďalšími zdrojmi olova sú hute a rafinérie neželezných rúd, spaľovanie uhlia, spaľovne a výroba kovy obsahujúcich predmetov, akými sú akumulátory a káble. Veľká časť vzdušného As ešte stále pochádza z rozprášených arzénových pesticídov.

  

Pri porovnaní hodnôt prirodzených a antropogénnych emisií sa dá dospieť k názoru, že priemyselné emisie sa stávajú dominantnými pre väčšinu stopových prvkov v ovzduší. Antropogénne emisie Pb, Cd, V a Zn prekračujú toky z prírodných zdrojov 28-, 6-, 3- a 3-násobne. Priemyselné príspevky As, Cu, Hg, Ni a Sb predstavujú 100 až 200 %-né množstvá emisií z prírodných zdrojov. V mnohých mestských oblastiach a v okolí niektorých bodových zdrojov sú prírodné emisie bezvýznamné v porovnaní s antropogénnymi záťažami kovmi.

5. Ovzdušie

  

Ovzdušie – pokiaľ ide o ovzdušie, kovy, ktoré sa uvoľnia z priemyselných zdrojov sa rýchlo rozptýlia do rôznych oblastí životného prostredia. V atmosfére sa vyskytujú veľmi rozmanité zlúčeniny kovov. Až na niektoré výnimky sa kovy v atmosfére vyskytujú vo forme pevných častíc. Emisie kovov do atmosféry sú ako zprírodných (terestrických, morských, vulkanických a biogénnych) tak aj z antropogénnych zdrojov (spaľovanie, priemysel, automobilizmus). Dôležitou je otázka, do akej miery antropogénne emisie ovplyvňujú prirodzené geochemické cykly kovov a aká je úloha prírodných a antropogénnych aerosolových častíc v globálnej chémii troposféry. Je zrejmé, že atmosferické vstupy antropogénnych stopových toxických kovov vedú k obohateniu aj eventuálne vzdialeného životného prostredia vysokých alpských oblastí a Arktídy. Zvýšené hladiny pár alebo častíc obsahujúcich kovy zvyšujú riziko ekologického účinku a zdravotných problémov po inhalácii, hlavne v husto osídlených oblastiach.

  

Výskyt stopových kovov v atmosfére je závislý od intenzity zdroja, atmosferického rozptylu a spadu (depozície). Kým väčšina údajov je zameraná na obsahy SO2 a NOx a celkový obsah pevných častíc, údaje o emisiách kovových zlúčenín sa vyskytujú len ojedinelo. Jasnú prevahu však majú v antropogénnych emisiách As, Cd, Cu, Cr, Pb a Zn. V husto osídlených oblastiach sú antropogénne emisie kovov dominantné. Antropogénne emisie Be, Co, Sb a Se vznikajú predovšetkým pri spaľovaní uhlia, Ni a V prevládajú pri horení nafty, As, Cd, Cu a Zn sú emitované hlavne pri tavbe nekovových rúd a pri sekundárnej produkcii rastlín. Cr a Mn sú uvoľňované vo veľkých množstvách zo železiarní a oceliarní a prevládajúcim zdrojom Pb je automobilová doprava, ktorá neustále narastá.

  

Najväčšími emisnými oblasťami v Európe sú 1. oblasť bývalého Sovietskeho zväzu, 2. Poľsko, Česká republika a Slovensko, 3. krajiny Beneluxu a západná časť Nemecka. Významné zdroje Zn a V sú umiestnené v Británii, Španielsku a Taliansku. Kým emisie Zn a V sú v Európe distribuované relatívne rovnomerne, emisie As, Cd, Cu, Cr, Mn a Be sú koncentrované hlavne v strednej a východnej Európe. Životné prostredia miest môže byť pre vysoký obsah toxických kovov považované za „horúce miesta“ pre organizmy. Priemerné koncentrácie vzdušných stopových kovov v mestských oblastiach všeobecne prekračujú hladiny vo vidieckych oblastiach 5 až 10-násobne. So vzrastom tohoto znečistenia sa kontaminácia ovzdušia miest toxickými kovmi stane pravdepodobne jedným znajzávažnejších zdravotných problémov pre nasledujúce generácie. Najvyššie koncentrácie Pb sa pri sledovaní jeho globálnej distribúcie zistili v blízkosti mestských priemyselných oblastí severnej Európy a východu Severnej Ameriky a najnižšie hladiny boli namerané v Antarktíde (južný pól).

6. Voda

  

Voda – koncentrácie stopových kovov v pevninových vodách závisia od atmosferických zrážok a vplyvov počasia na pôdu a podkladové horniny. Vplyvom ľudskej činnosti sa tok a distribúcia stopových kovov vo veľkej časti sladkovodných zdrojov zvýšil. Najmä atmosféra sa stala kľúčovým médiom pri prenose polutantov stopových kovov ku vzdialeným vodným ekosystémom. V globále atmosferický transport dodáva ročne do vodných tokov viac ako 70 % Pb a V, asi 30 % Cu a asi 20 % Cd. Veľkým množstvom kovového znečistenia prispievajú aj domové a priemyselné odpadové vody a mestské splašky. Tieto výtoky sa často stávajú bodovými zdrojmi a môžu viesť k nadmerným miestnym záťažiam vo vode. Sladkovodné ekosystémy sú na vstupy ťažkých kovov veľmi citlivé. Ich objemy sú často malé a koncentrácie pozadia stopových kovov sú v nich veľmi nízke. Už malé prídavky kovov z antropogénnych zdrojov môžu zmeniť ich obsahy v rezervoároch a zvýšiť distribúciu kovov do ekosystému. Kovy sú vo vodnom prostredí často vo formách prijateľných pre biotu a aj zdanlivo nízke koncentrácie sa potom môžu kumulovať vo vysokých hladinách v potravovom reťazci.

  

Dnes značne narastá aj vplyv človeka na oceánske cykly stopových prvkov. Napr. antropogénny tok Pb do oceánu je dostatočne veľký na to, aby zmenil morský cyklus tohoto prvku. Typický profil Pb v oceánskom vodnom stĺpci je teraz determinovaný intenzívnym atmosferickým tokom a je iný ako profily ostatných stopových kovov, ktoré majú menšie antropogénne vstupy. Izotopová skladba Pb vpovrchových vodách oceánov sa posunula smerom k izotopovému pomeru priemyselného Pb používaného vblízkych suchozemských zdrojoch. Priemerný obsah Pb v zmiešaných povrchových vrstvách severného Atlantiku, ktorý je znečistený, je asi 27-krát vyšší ako hladiny v podobných vrstvách južného Pacifiku, ktorý je menej znečistený. V priebehu posledného storočia sa zaznamenal 15 násobný rozdiel v obsahu Pb v rastových častiach schránok koralov. Dokonca aj sedimenty v hĺbke Atlantického oceánu poukazujú na prenikavé zvýšenie obsahu Pb a zmenu jeho izotopického zloženia.

7. Pôda

  

  

  

Pôdu môžeme považovať za jednu z hlavných zložiek ekosféry Zeme. Pôda tvorí vlastne základ vyživovacieho reťazca, na konci ktorého stojí človek. Zároveň sa však stáva aj konečnou výlevkou stopových kovov na zemskom povrchu. Keďže v pôde dochádza k imobilizácii kovov, sú tieto prevažne ukladané hlavne v povrchových vrstvách. Faktory, ktoré môžu zhoršovať vlastnosti pôd sa dajú rozdeliť do dvoch veľkých skupín. Do prvej patria predovšetkým látky a činitele, ktoré sa používajú pri intenzifikácii poľnohospodárskej a lesníckej výroby (chemizácia, koncentrácia produkcie, mechanizácia), do druhej produkty, ktoré pochádzajú hlavne z mimorezortných zdrojov, t.j. z priemyslu. Do prvej skupiny patria hlavne hnojivá a pesticídne látky, ktoré ovplyvňujú ako kvalitu úrody tak aj úrodnosť samotnej pôdy. V tejto súvislosti treba spomenúť najmä fosforečné hnojivá, ktoré obsahujú určité množstvá kadmia (surový fosfát 10-100 ppm, superfosfát 1-170 ppm). Pri každoročnom hnojení v množstve asi 100 kg P2O5.ha-1 sa takto môže do pôdy dostať až 100 g Cd. Odhaduje sa, že priemerný vstup kadmia do poľnohospodárskych pôd je v Európe asi 8 g.ha-1.rok-1 z atmosféry a 5 g.ha-1.rok-1 z aplikácie fosfátových hnojív. Celkove sa odhaduje kontaminácia poľnohospodárskych pôd z hnojív a atmosféry v priemere asi na 16 g.ha-1.rok-1 As, 20 g.ha-1.rok-1 Cd, 260 g.ha-1.rok-1 Pb a 3 800 g.ha-1.rok-1 Zn. Pri takomto zaťažení orných pôd v Európe môžu byť mnohé vyradené z pôdneho fondu z dôvodov prekročenia ich únosnej kapacity pre stopové kovové polutanty. Z mimorezortnej sféry znečisťujú lesné a poľnohospodárske pôdy predovšetkým priemyselné emisie. V blízkosti hutí a metalurgických závodov sa zistil hlavne zvýšený obsah Pb, Zn, Sn, Cd, Al, Cu, Ni, Hg, Mn a As. Do pôdy sa zvyčajne dostávajú všetky kovy, ale vo zvýšenej miere vnich prevládajú zložky, ktoré dominujú v danom imisnom type. Kovy môžu byť do pôd aplikované aj úmyselne na korigovanie deficitu živín alebo na ničenie škodcov. Na korekciu deficitu živín sa používajú malé množstvá, ktoré nespôsobujú znečistenie. Opakované používanie anorganických pesticídov obsahujúcich ťažké kovy, však môže do pôdy dodať dostatočné množstvo kovov na to, aby sa mohli prejaviť škodlivé účinky. Na rozdiel od organických pesticídov sa ťažké kovy z pôdy v procese rozkladu nestrácajú, ale zostávajú v nej trvalo. Ďalšími zdrojmi kontaminácie pôdy kovmi sú priemysel a výfukové plyny zdopravy, záplavy pôdy kontaminovanými vodami, aplikácie čistiarenských kalov do pôdy a použitie iných odpadov.

  

  

Veľké množstvá kovy obsahujúcich odpadov, ktoré produkuje moderná spoločnosť sa ukladá priamo do voľnej krajiny. Uhoľný a drevný popol, priemyselné zariadenia a obchodné produkty, ktoré sa rozkladajú priamo na zemi, predstavujú spoločne asi 55 až 88 % kovového znečistenia pôdy. Mnohé zložky komunálnych pevných odpadov obsahujú olovo a benzén, ktoré vyvolávajú problémy ako v životnom prostredí tak aj pri poškodzovaní zdravia ľudí. Väčšina prístupných informácií o komunálnych odpadoch sa zaoberá tromi ťažkými kovmi – ortuťou, kadmiom a olovom, ktoré sú všeobecne označované ako toxické pre človeka. Tieto kovy sa používajú v mnohých výrobách. Napr. kadmium sa používa pri pokovovaní a postriebrovaní bielych tovarov, pri výrobe dobíjateľných akumulátorov pre domácnosti, v elektrotechnike a pri výrobe patentných tlačidlových gombíkov, tepelných stabilizátorov a farebných pigmentov do plastických hmôt, pri výrobe farbív a atramentov. Olovo sa používa v automobilových akumulátoroch, v ochranných náteroch striech, v drôtovej a káblovej izolácii, v uzáveroch fliaš a žiarivkách. Ortuť sa dostáva do fluorescenčných svetiel, akumulátorov pre domácnosti, do energetických spínačov svetiel a termostatov a do farbív na ochranu proti plesniam. Tieto tri kovy (Hg, Cd, Pb) sa nachádzajú v stopových množstvách aj v niektorých výrobkoch. Napr. tlačiarenské atramenty označované ako bezolovnaté môžu legálne obsahovať olovo v stopových koncentráciách pod 600 ppm. Štúdie obsahu kadmia a olova v komunálnych odpadoch zistili, že dokonca aj po recyklovaní kyslé olovnaté akumulátory (predovšetkým pre automobily) predstavujú v komunálnom odpade až 65 % olova, kým spotrebná elektronika, ako televízory, rádiá, atď., predstavujú 27 % Pb. Akumulátory pre domácnosť dodávajú do komunálneho odpadu 52 %, plasty 28 % a elektronika 9 % kadmia. Udáva sa, že veľkým zdrojom ortuti v komunálnom odpade sú akumulátory z domácností.

  

Záťaž pôd stopovými kovmi spôsobujú aj veľké objemy odpadov spojené s chovom dobytka, používaním pesticídov, vyrúbavaním lesov, poľnohospodárskou činnosťou a produkciou potravín. Poľnohospodárske pôdy všeobecne prijímajú väčšinu svojich stopových kovových polutantov z atmosféry, hnojív a pesticídov. Ako komunálne tak aj priemyselné odpady sú pre ich veľmi vysoký obsah stopových kovov považované za nebezpečné pri ich deponovaní na povrchové skládky a jasne predstavujú jeden z najdôležitejších zdrojov stopovej kovovej kontaminácie v miestnych pôdach.

  

Pri porovnaní celkového antropogénneho uvoľňovania stopových kovov do biosféry s množstvami v akých sa tieto kovy uvoľňujú z prirodzených zdrojov, nemôže byť pochybnosti, že ľudstvo sa stáva kľúčovým činiteľom vglobálnej redistribúcii stopových kovov v biosfére. Na základe všeobecne udávaných údajov je zrejmý prevládajúci vplyv priemyselných tokov stopových prvkov do biosféry. Výnimkou je len Mn a V, ktorých geochemické a priemyselné toky sú z väčšej časti neznáme. Priemyselné toky Sb, Cu, Pb a Zn prevyšujú toky vyvolané poveternostnými podmienkami asi 3-násobne a tok Hg až 10-násobne. Údaje sa ešte zvýšia pri zahrnutí únikov z banskej ťažby kovov. Najväčšie priemyselné úniky sa zistili na severnej pologuli.

8. Biota

  

  

  

  

Biota – kovy uvoľnené do abiotických zložiek životného prostredia sa potom distribuujú do bioty. Prenos sa odohráva jednak na rozhraniach medzi atmosférou a biotu, vodou a biotou, pôdou a biotou, ale aj v rámci potravových reťazcov pri prenose na jednotlivé trofické úrovne. V biote potom môže dochádzať ako k bioakumulácii tak aj k biomagnifikácii kovov. Autotrofy, tvoriace základ pastevno- koristníckych reťazcov sú schopné prijímať kovy zpôdy, vody aj atmosféry, v závislosti od toho, či sa jedná o akvatické alebo terestrické organizmy. Pri terestrických rastlinách sú kovy prijímané predovšetkým koreňom sériou komplexných interakcií medzi rastlinami, mikroorganizmami a pôdou. Tento proces v sebe zahŕňa akumuláciu, vylučovanie, vyparovanie a degradáciu. Rastliny aj stabilizujú mobilné kontaminované sedimenty tvorbou hustej koreňovej masy pod povrchom. Kovy sú z pôdy alebo sedimentov prijímané rastlinami procesom fytoextrakcie a to ako v anorganickej tak aj v organickej forme. Rýchlosť príjmu závisí od distribučných koeficientov medzi jednotlivými zložkami prostredia, ktoré sú výrazne ovplyvňované fyzikálno-chemickými vlastnosťami pôdy. Ióny kovov nemôžu voľne prechádzať cez bunkovú membránu, ktorá má lipofilnú štruktúru. Transport iónov do bunky musí byť sprostredkovaný membránovými bielkovinami stransportnou funkciou – prenášačmi. Transmembránové prenášače ovládajú extracelulárne väzby, ktorými sa ión pred transportom viaže na transmembránovú štruktúru spájajúcu extracelulárne a intracelulárne médiá. Väzbová oblasť je vnímavá len na špecifické ióny a zodpovedá za transportnú špecifičnosť. Transmembránová štruktúra umožňuje prenos naviazaných iónov z extracelulárneho prostredia cez hydrofóbne prostredie membrány do bunky. Z celkového množstva kovov spojených skoreňom, je do jeho buniek absorbovaná len časť. Významný podiel iónov viazaných na koreň sa fyzikálne adsorbuje na extracelulárne negatívne nabité miesta (COO-) bunkových stien koreňov. Podiel, ktorý je viazaný na bunkovú stenu, nemôže byť translokovaný do výhonkov. Väzba na bunkovú stenu nie je jediným rastlinným mechanizmom zodpovedným za imobilizáciu kovov v koreňoch a následnú translokáciu iónov do výhonkov. Kovy môžu byť viazané v rozpustných komplexoch s organickými kyselinami ako sú citráty, malát a malonát a zablokované v bunkových štruktúrach (napr. vakuolách), čím sa stávajú nedostupnými pre prenos do nadzemných častí. Naviac, niektoré rastliny tvoria exudáty obmedzujúce príjem kovov do koreňov. Zkoreňov môžu byť kovy xylémom transportované do nadzemných častí rastlín, kde sa môžu akumulovať, podobne ako v koreňoch, alebo byť prostredníctvom transpiračného výparu uvoľňované v prchavej forme do atmosféry. Nie všetky kovy sú v rastlinách rovnako transportované z koreňov do nadzemných častí rastlín. Uvádza sa, že kým Cd, Cu, Co, Fe a Mo sa akumulujú predovšetkým v koreňoch rastlín, Pb, Sn, V, Ag a Cr sú dobre transportované do nadzemných častí rastlín. Zn, Mn aNi sa dobre distribuujú do celej rastliny a ukladajú sa ako v koreňoch tak aj v nadzemných častiach rastlín. Táto schéma prestupu kovov v rastlinách však nie je univerzálna a prestup väčšiny kovov je značne ovplyvnený aj druhom rastlín.

  

Prestup kovov do rastlín je značne ovplyvňovaný aj charakterom rizosféry, ktorá predstavuje niekoľko milimetrovú vrstvu pôdy okolo koreňov rastlín a významne ovplyvňuje ich aktivitu. Rizosféra je vysoko dynamickým mikroprostredím, charakterizovaným spätnými interakciami medzi procesmi koreňov rastlín, vlastnosťami pôdy a aktivitou mikrobiálnych populácií. Pôdne spoločenstvá patria medzi druhovo najbohatšie terestrické ekosystémy. Práve rizosférové mikroorga- nizmy dovoľujú mnohým rastlinám existovať na pôdach znečistených banskou činnosťou imobilizáciou kovov v pôde alebo redukciou dostupnosti kovov pre rastliny. Z tohoto hľadisko zohrávajú veľmi významnú úlohu tzv. mykorízne huby existujúce spoločne s rastlinami a viažuce kovy buď v hýfach húb lokalizovaných priamo v koreňoch (endomykoríza vezikulárno-arbuskulárna) alebo v rizosférových hýfach húb (ektomykoríza). Kovy viazané v hýfach húb sú v nich komplexované a netranslokujú sa do nadzemných častí.

  

Z hľadiska distribúcie kovov do rastlín, je potrebné venovať pozornosť nielen ich akumulácii v jednotlivých častiach, ale aj distribúcii, ktorá môže byť podmienená transpiračným výparom – evapotranspiráciou. Ku kovom, pri ktorých sa dnes už jednoznačne potvrdila veľká schopnosť spätného uvoľňovania nielen zo zemského povrchu ale aj zrastlinnej biomasy, patrí Hg. Príspevok elementárnej ortuti emitovanej z vegetácie do atmosféry je vlastne základom pre pochopenie globálnej atmosferickej bilancie ortute. Väčšina údajov týkajúcich sa terestrických atmosferic- kých zdrojov Hg sa zameriava na emisie z vody alebo pôdy. Biogénne toky sú často ignorované alebo značne podhodnotené aj napriek tomu, že povrch listov rastlín prekrýva 1 až 10-krát povrch pôdy a značne ovplyvňuje zloženie stopových plynov vatmosfére. Rastliny sú schopné asimilovať svojim koreňovým systémom ako anorganické tak aj organické formy Hg a transportovať ich do listov. Keďže Hg má vysokú rýchlosť odparovania postupne z listov prchá. Tieto emisie Hg len slabo korelujú s koncentráciou Hg v listoch alebo v pôde. Predpokladá sa, že sú predovšetkým funkciou koncentrácie Hg v transpiračnom výpare, ktorá je len málo ovplyvňovaná konc. Hg v tkanive a/alebo v pôde. Modely uvádzajú dve cesty, ktorými sa môže ortuť v systéme pôda-rastlina-atmosféra pohybovať. V konvenčnejšom biochemickom modeli je Hg distribuovaná statickým spôsobom medzi orgánmi a jej transport v systéme sa meria v časovom rámci dní až týždňov. V rámci paralelného dynamického systému, ktorý je založený na transpiračnom výpare z koreňov k mezofylovým bunkám vonkajších listov a úniku do atmosféry cez stomatá, je časový rámec transportu minúty až niekoľko hodín. Osud Hg v systéme pôda- rastlina-atmosféra je dôležitý pre pochopenie biogeochémie Hg v terestrických ekosystémoch a v globálnej atmosferickej bilancii Hg. Dá sa predpokladať, že podobný transpiračný výpar môže atmosféru obohacovať aj o iné kovy.

  

Z producentov sa potom kovy dostávajú v rámci potravových reťazcov na vyššie trofické úrovne konzumentov až ku človeku. V prípade, že dochádza k akumulácii kovov v jednotlivých organizmoch, alebo k ich biomagnifikácii v rámci potravových reťazcov, môžu veľmi výrazne zasiahnuť do funkčnosti celých ekosystémov.

9. Globálne účinky kovov

  

Pri posudzovaní globálnych účinkov toxických kovov môžeme konštatovať, že znečistenie životného prostredia môže buď priamo poškodzovať ľudské zdravie, alebo mať nepriame účinky na životné podmienky človeka, zasahovaním do celistvosti a vitality život podporujúcich systémov. Vsúčasnosti sa záujem o znečisťujúce toxické kovy v biosfére sústreďuje predovšetkým na sledovanie ich akútnych účinkov. Známych príkladov o priamom akútnom účinku kovov v životnom prostredí na bežné populácie je v histórii málo. Dobre známymi sú „Itai-itai“ a „Minamata“, ktoré sa objavili v Japonsku. Na druhej strane, chronickým toxickým účinkom ako na človeka tak aj na populácie zvierat, životaschopnosť a funkčnosť ekosystémov, sa zatiaľ nevenuje dostatočná pozornosť.

  

Jednou z najvýznamnejších a najškodlivejších toxických látok, ktoré sa uvoľňujú do životného prostredia je olovo. Expozícia olovu zo životného prostredia sa v organizme spája s množstvom metabolických porúch a neuropsychologických problémov najmä u detí. Vzávislosti od kritérií používaných na definovanie nadmernej expozície je v USA 9 až 25 % detí predškolského veku vystavených riziku poškodenia zdravia olovom zo životného prostredia. Predpokladá sa, že asi 1/3 svetovej populácie je vystavená buď okrajovým alebo neprijateľným koncentráciám vzdušného Pb a počet osôb so zvýšenými hladinami Pb v krvi sa odhaduje na 130 až 200 miliónov. Nie je preto prekvapujúce, že chronická otrava olovom je označovaná ako jeden z najrozšírenejších zdravotných problémov našej doby.

  

Tok ostatných kovov do životného prostredia predstavuje pre človeka tiež značné zdravotné riziká. Celosvetovo sa odhaduje, že asi 250 000 až 500 000 osôb trpí disfunkčnosťou obličiek v dôsledku otravy kadmiom, kým 40 000 až 80 000 osôb (väčšina v rybárskych dedinách) trpí na otravy ortuťou ako dôsledok konzumácie ortuťou kontaminovaných morských potravín. Lekári uvádzajú, že asi 250 000 osôb trpí na rakovinu kože v dôsledku otravy arzénom. Vystavenie človeka zvýšeným koncentráciám polutantov stopových kovov sa odráža v etiológii veľkého počtu chorôb zahŕňajúcich kardiovaskulárne ochorenia, reprodukčné neúspešnosti, dermatídy, alergie a niektoré karcinómy.

  

Človek nie je v žiadnom prípade jediným organizmom, ktorý je v nebezpečí. Je známe, že veľké množstvo psov a mačiek žijúcich v mestách trpí na otravu olovom. Vysoké koncentrácie Pb boli stanovené aj u holubov žijúcich vLondýne, kde kontaminované vtáky vykazovali znaky akútnej otravy olovom. V oblasti centrálnej Kanady boli vydané informačné správy zakazujúce konzumáciu losích a medvedích obličiek a pečení, ako aj konzumáciu týchto orgánov z vysokej zveri (jeleň), lebo obsahovali nebezpečné hladiny kadmia. Vodné organizmy, hlavne tie, ktoré sú na vrchole potravového reťazca, akými sú rybami sa živiace vtáky a cicavce, sú oveľa citlivejšie na toxické kovy v ich teritóriách ako suchozemské bioty. Schopnosť kovov akumulovať sa v živých tkanivách môže viesť ku koncentrácii kovov v rybách a ostatných morských potravinách, ktoré sú nad hladinami považovanými za bezpečné pre konzumáciu človekom. Najznámejšou je kontaminácia vodných organizmov ortuťou, ktorá sa bioakumuluje v bezstavovcoch, rybách a ostatných živočíchoch v hladinách prevyšujúcich doporučené hodnoty pre človeka.

10. Trendy budúcnosti

  

Kontaminácia vzduchu, vody a pôdy stopovými kovmi vyvoláva dnes vo svete veľký záujem. Pri obvyklých rýchlostiach, akými sa kovy zpriemyslu dostávajú do životného prostredia, mnohé ekosystémy strácajú schopnosť vysporiadať sa s nimi, čím rapídne klesá často až na okraj bezpečnosti životného prostredia počet ich organizmov.

V minulosti väčšinu toxických kovových odpadov produkovali priemyselne rozvinuté krajiny. V budúcnosti je potrebné rátať s tým, že k prudkému zvýšeniu uvoľňovania stopových kovov dôjde najmä v rozvojových krajinách. Súvisí to aj s veľmi rýchlym rastom populácie v týchto krajinách, čím sa zvyšujú požiadavky na služby a kovové tovary. Najväčší populačný rast sa sústreďuje do mestských aglomerácií, ktoré boli a sú tradičnými „horúcimi miestami“ kovových polutantov. Neplánovaný rast miest, typický pre rozvojové krajiny je doprevádzaný zvýšenou dopravou a spotrebou energie, nežiaducim umiestnením priemyslu a z toho vyplývajúce aj znečistenie kovmi.

  

Ekonomické tlaky pravdepodobne stimulujú zvyšovanie záťaže kovmi v oblastiach životného prostredia rozvojových krajín. Neadekvátne finančné prostriedky podporujú zakladanie „špinavých výrob“, čo si vynucuje zvýšený záujem o životné prostredie. Obrovské zahraničné dlhy nútia tieto krajiny využívať ich prírodné zdroje pre krátkodobé ekonomické prospechy. Na druhej strane sa dlhodobým následkom na životné prostredia venuje len malá alebo žiadna pozornosť. Záujem o kvalitu životného prostredia vtýchto oblastiach kladú vládne politiky až za záujem o endemické ochorenia, nedostatok potravín a bývanie. Aj napriek tomu, že v rozvinu- tých krajinách dochádza k redukcii imisií kovov v dôsledku účinne pôsobiacich dohôd a predpisov, pre rozvojové krajiny je v tomto smere vypracovaných len veľmi málo obmedzení. Voľné alebo neúčinné kontroly životného prostredia v týchto oblastiach vedú dokonca ktomu, že niektoré mnohonárodné monopoly premiestnili svoj znečisťujúci priemysel do rozvojových krajín, kde môžu využívať výrobné procesy, ktoré produkujú rizikové kovové odpady a využívajú materiály, ktoré sú v rozvinutých krajinách zakázané.

  

Kombináciou nadmerného používania prírodných zdrojov, nátlakom vynúteným nadmerným populačným rastom a ekonomickým vývojom, ako aj nedostatkom vládnych nariadení, môže dôjsť v rozvojových krajinách ku zvýšeniu toku toxických kovov do životného prostredia. Obyvateľstvo týchto krajín je oveľa náchylnejšie na otravy toxickými kovmi z ich životného prostredia v dôsledku slabej výživy a zlého zdravotného stavu, vysokej hustoty populácie, biednych hygienických podmienok a prevahy detí a tehotných žien, ktoré sa považujú za najrizikovejšie časti populácií. Vdôsledku nedostatočnej ochrany potravín, obyvateľstvo rozvojových krajín pravdepodobne konzumuje vo vyššej miere potraviny dopestované na plochách miestne kontaminovaných kovmi. Miestne zdravotné problémy, práve tak ako aj nedostatočná schopnosť profesionálnej lekárskej diagnostiky zdravotných problémov indukovaných kovmi, vedú k ovplyvneniu priebehu a intenzity otráv kovmi. Bolo by preto osudnou chybou domnievať sa, že znečistenie životného prostredia je problémom len rozvinutých krajín. Tento jav sa najmä v budúcnosti zrejme prejaví ešte pustošivejšie v rozvojových krajinách tretieho sveta.

Do r. 2010 sa na území Európy predpokladá výrazný nárast emisií Hg, Cd a Cu a naopak očakáva sa pokles emisií a depozícií Pb.