OCHRONA ŚRODOWISKA

Kierunek NANOTECHNOLOGIE

Dr inż. Hanna Smoleńska

Materiały edukacyjne do użytku wewnętrznego

Pojęcie "środowisko" oznacza wszystko, co znajduje się w otoczeniu jakiegoś obiektu żywego lub nieożywionego i co z tym obiektem jest we wzajemnych oddziaływaniach.

Środowisko jest kategorią relacyjną i składają się nań trzy podstawowe elementy:

• podmiot,

• przedmiot środowiska - zbiór czynników (obiektów, energii) oddziałujących na podmiot (a także między sobą),

• proces (oddziaływanie czynników).

Podmiotem środowiska mogą być:

• istoty żywe (indywidualnie lub w różnych zbiorowościach),• obiekty nieożywione • procesy

Cechą charakterystyczną większości definicji jest, że

wskazują na człowieka jako podmiot środowiska czyli "środowisko" jest najczęściej synonimem lub skrótem

terminu: "środowisko człowieka".

Ze względu na przedmiot najszerzej rozumiane środowisko (bez przymiotnika) jest dynamiczną, wzajemnie sprzężoną całością (jednością) elementów przyrodniczych, technicznych i społeczno-ekonomicznych.

środowisko społeczne (społeczno-kulturowe) - wszystko, co wyznacza warunki życia i wpływa na zachowanie człowieka w wyniku jego współżycia z innymi ludźmi (od charakteru środowiska społecznego w ogromnym stopniu

zależy stosunek ludzi do przyrody!) przykład -jezioro Aralskie.

.

Bezodpływowe, reliktowe, słone

jezioro w Kazachstanie i

Uzbekistanie, które de facto zanikło

na skutek ludzkiej działalności. W jego miejscu znajdują się obecnie cztery oddzielne zbiorniki:

• Jezioro Północnoaralskie,

• Jezioro (dawna zatoka) Tuszczibas,

•Basen południowo-zachodni

•Basen i południowo-wschodni

(płytki, bardzo silnie zasolony i

okresowo wysycha)

JEZIORO ARALSKIE

Wysychanie i wzrost zasolenia ze względu na działalnośćgospodarczą człowieka

Zdjęcia satelitarne

Zdjęcie z 1964 rokuJezioro Aralskie wrzesień 2014

środowisko geograficzne - całokształt przyrodniczych i sztucznych elementów materialnych, w otoczeniu których i z którymi, w procesie wzajemnego oddziaływania,

przebiega życie i działalność ludzi.

↓środowisko przyrodnicze -podsystem środowiska geograficznego. Definiuje się je jako ogół przyrody ożywionej i nieożywionej - „stworzone" jest przez

przyrodę bez ingerencji człowieka, ale może być przezeń przekształcone.

Środowisko jako system - zbiór elementów znajdujących się w określonych relacjach zarówno między sobą, jak i z otoczeniem

Cechy systemu:

•składają się z podsystemów (elementów),

•są uporządkowane hierarchicznie

•mają granice (najczęściej trudne do określenia);

•zawierają zasoby materialne, energetyczne i informacyjne, np. biomasa w ekosystemie;

•występują relacje (wewnętrzne i z otoczeniem) będące różnymi drogami przepływu zasobów, np. zależności pokarmowe;

•mają mechanizmy kontroli i regulacji, które zapewniają spójność systemu, np. sprzężenia zwrotne między drapieżcami a ich ofiarami;

•mają właściwości (tzw. emergentne) nie dające się wyjaśnić przez badanie części składowych, np. stabilność ekosystemów - „całość to więcej niż suma składników!”

Zmiany w systemie są "kontrolowane" przede wszystkim przez sprzężenia zwrotne - oddziaływanie skutku określonego zjawiska na jego przyczynę.

Sprzężenia zwrotne mogą być dodatnie lub ujemne.

Sprzężenie dodatnie - zmiana jednej wielkości w systemie sprawia, że pierwotna zmiana jest potęgowana, wzmacniana. Skutek podtrzymuje przyczynę, powodując dalsze narastanie skutków. Sprzężenia dodatnie są podstawą zmian w systemach.Przykładem dodatnich sprzężeń zwrotnych może być:• wzrost populacji nienapotykającej ograniczeń w dostępności zasobów;• industrializacja - wzrost wielkości kapitału produkcyjnego prowadzi do wzrostu zysku, który jest inwestowany w kolejne maszyny i technologie;•zjawiska związane z parą wodną jako gazem cieplarnianym - wzrost jej zawartości prowadzi do wzrostu temperatury atmosfery, od której ogrzewają się oceany, co z kolei powoduje dalszy wzrost zawartości pary wodnej w atmosferze.

Dodatnie sprzężenia mają ograniczony czas życia - zmiana nie może trwać w nieskończoność - „włączają" się, tzn. zaczynają przeważać, sprzężenia ujemne prowadzące do ograniczania wielkości zmian.

W sprzężeniach ujemnych skutek przeciwdziała przyczynie.Mają one funkcje regulacyjne, stabilizujące. Przykładem ujemnego

sprzężenia może być hamowanie:• wzrostu populacji przez brak pokarmu czy przestrzeni lub przez drapieżniki;• industrializacji przez ograniczone możliwości wzrostu siły nabywczej i konsumpcji;• oddziaływania pary wodnej, jako gazu cieplarnianego, przez tworzenie się większej liczby chmur wraz ze wzrostem koncentracji pary w atmosferze.

W naturalne procesy jest wbudowanych wiele pętli sprzężeń ujemnych. Sprzężenia ujemne mogą skutki jakiejś zmiany przesunąć w czasie lub złagodzić.• Przesunięcie w czasie następuje np. w procesach ogrzewania lub oziębiania troposfery - okres ekstremalnych temperatur jest przesunięty w stosunku do ekstremów nasłonecznienia.• Złagodzenie efektu można obserwować w przypadku względnych wahań temperatury, które są mniejsze niż względne wahania intensywności promieniowania słonecznego.

Próbując zrozumieć funkcjonowanie środowiska oraz całego układu człowiek-środowisko w różnych skalach przestrzennych, należy uwzględniać wiele zjawisk wynikających z tego, że środowisko jest nie tylko systemem, ale systemem złożonym.

• W takich systemach występują nieliniowe powiązania miedzy podsystemami.

•Cechą charakterystyczną systemów złożonych jest chaos deterministyczny.

efekt motyla - niestabilność układu ze względu na warunki początkowe. Nawet niewielka zmiana wartości jakiegoś parametru może prowadzić do istotnych zmian w stanie całego systemu - nawet niewielki błąd pomiaru lub w oszacowaniu może spowodować, że prognozy zachowania się systemu będą odbiegać od rzeczywistości. Można przewidzieć jedynie jakościową przyszłość systemu. Zachowania nigdy się nie powtarzają - ogólnie są jednorodne, lecz w szczegółach niepowtarzalne (np. fale na morzu).

W roku 1960 Edward Lorenz pracował nad komputerowym prognozowaniem pogody.

Stworzył do tego celu układ 12 równań wyrażających relacje między temperaturą, ciśnieniem, prędkością wiatru itd.

Sądził, jak większość ówczesnych naukowców, że prawie dokładne dane wejściowe dają prawie dokładne wyliczenia. To przekonanie okazało się jednak błędne.

Kiedy Lorenz wprowadził do komputera dwie liczby wejściowe –najpierw 0,506127, a później 0,506 – otrzymał w rezultacie dwa wykresy coraz bardziej różniące się od siebie w miarę upływu symulowanego czasu.

Różnica wartości liczb na wejściu programu rzędu 0,025% okazała się bardzo znacząca na wyjściu.

Prawidłowe prognozowanie pogody na więcej niż kilka kolejnych dni jest niemożliwe ze względu na nieznajomość chwilowych warunków pogodowych na tyle dokładnie, aby błąd w długookresowych obliczeniach był niezauważalny.

Zjawisko synergizmu w indukowaniu nowotworów przez azbest i dym tytoniowy

53,24Palący, eksponowani na azbest

10,85Palący, nieeksponowani na azbest

5,17Niepalący, eksponowani na azbest

1,00Niepa1ący, nieeksponowani na azbest

Względne ryzyko śmierci na raka płucGrupa

Źródło: Susanne, Hens (1987).

Często w układach złożonych występuje zjawisko synergii (synergizmu) -wzajemnego potęgowania skutków oddziaływania na system różnych czynników, wskutek czego wypadkowa działania jest większa od sumy efektów działania oddzielnego:

Często także występuje antagonizm, w którym oddziaływania dwu lub więcej czynników wzajemnie się znoszą.

Paradoksalnie systemy chaotyczne mają cechy stabilności (dynamicznej).-Samorzutne mieszanie dwu rozdzielonych płynów w szklance zachodzi dość

szybko, ale w morzach czy jeziorach obserwujemy stabilne warstwy.

- Podobnie życie utrzymuje wysoko zorganizowane struktury na różnych

poziomach organizacji żywej materii.

Złożone systemy są odporne na wiele zmian, jednak analiza takich systemów pozwala zazwyczaj na odkrycie

elementów, które mogą podlegać łatwym i znacznym zmianom.

Głównym celem nauki o środowisku jest odkrycie owych wrażliwych punktów w złożonych naturalnych, ekonomicznych i społecznych systemach oraz

pozytywnych sprzężeń, które mogą wzmacniać konstruktywne działanie ochronne.

Dotychczasowy rozwój teorii systemów pozwolił na sformułowanie pewnych uogólnień:

•współczesne i przyszłe problemy często są efektem poprzednich rozwiązań;

• krótkookresowa poprawa często prowadzi do problemów w długiej perspektywie czasowej;

•rozwiązanie może przynieść gorsze skutki niż sam problem;

•łatwe rozwiązanie może w ogóle nie być rozwiązaniem;

• szybkie rozwiązanie - na poziomie symptomów danego problemu - często wiedzie do nowych problemów;

•działania, które przynoszą najlepsze efekty, wcale nie są oczywiste w pierwszej chwili;

•niski koszt i wysoka efektywność rozwiązań problemów rzadko idą w parze;

• zawsze trzeba rozpatrywać cały metasystem, złożony z systemu i jego otoczenia.

Użytkowanie środowiska jest to proces bezpośredniego i pośredniego wykorzystywania jego elementów przez człowieka i polega na :

1. bezpośrednim użytkowaniu środowiska

• wykorzystaniu elementów środowiska w biologicznych procesach człowieka;

• wykorzystaniu środowiska jako miejsca aktywności życiowej, elementu rozwoju nauki, kultury i oświaty oraz miejsca wypoczynku i regeneracji sił;

2. pośrednim użytkowaniu środowiska

• wykorzystaniu powierzchni i przestrzeni oraz zasobów naturalnych w działalności gospodarczej;

• emitowaniu odpadów i zanieczyszczeń celem ich asymilacji przez przyrodę.

Zasoby naturalne – elementy środowiska użytkowane przez człowieka;Definicja klasyczna: składniki i energie przyrody, które mogą być wykorzystane (realnie lub potencjalnie) przy danym poziomie techniki w produkcji społecznej do

zaspokojenia materialnych i duchowych ( kulturalnych) potrzeb społeczności ludzkiej

Ze względu na działania człowieka pojawia się tendencja do rozszerzenia pojęcia zasobów naturalnych:

•Bogactwa naturalne (minerały, gleby, woda, świat żywy)

•Siły przyrody

•Walory środowiska decydujące o jakości życia człowieka

Stąd:

�zasoby stanowiące bezpośrednie źródło zaspokojenia potrzeb biologicznych i psychicznych:

-zasoby niezbędne biologicznie (np. woda, powietrze),-zasoby pozaprodukcyjne (bezpośredniej konsumpcji),-warunki przyrodnicze (zdrowotne, rekreacyjne, estetyczne);

� zasoby stanowiące podstawę produkcji materialnej:-zasoby wykorzystywane bezpośrednio w produkcji (surowce, energia),- zasoby wykorzystywane bezpośrednio w procesie produkcji (np. woda w transporcie rzecznym lub obiegach chłodniczych).

Funkcje środowiska:• usługi zasobowe, oznaczające dostarczanie przez przyrodę produktów, takich jak:

- żywność,- włókna,

- paliwo,

- zasoby genetyczne,

- substancje lecznicze,

- zasoby zdobnicze,

-świeża woda;

• usługi kulturowe, czyli niematerialne korzyści osiągane dzięki przyrodzie:- wpływ na różnorodność kulturową (jako skutek różnorodności ekosystemów,w których żyją ludzie),- wartości religijne i duchowe,- wartości edukacyjne,- inspiracja twórcza,

- wartości estetyczne,- wpływ na relacje społeczne,

- poczucie przynależności,- wartości dziedzictwa kulturowego (krajobraz kulturowy),- wypoczynek i turystyka przyrodnicza;

•usługi regulacyjne oznaczające korzyści z regulacyjnego działania układów przyrodniczych:

- regulacja jakości powietrza,- regulacja klimatu,

- regulacja przepływów wód,

- zapobieganie erozji,

- oczyszczanie wody i utylizacja odpadów,

- kontrola patogenów,

- kontrola szkodników,

- zapylanie,

-zapobieganie konsekwencjom naturalnych katastrof;

•usługi wspierające niezbędne do dostarczania przez przyrodę pozostałych kategorii usług:

- tworzenie gleb,

- fotosyntezę (jako źródło tlenu),- produkcję pierwotną,- krążenie substancji odżywczych,- krążenie wody.

• Podstawowe są funkcje wspierające (zwane też funkcjami podtrzymywania życia, środowiskotwórczymi). Odnoszą się do tych zjawisk ekologicznych, które warunkują możliwość istnienia usług bezpośrednio przynoszących ludziom korzyści.• Wszystkie funkcje społeczno-ekonomiczne środowiska są pochodną dynamicznej i ewolucyjnej struktury oraz funkcjonowania całego systemu

ekologicznego - są bezpośrednio związane z fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi warunkami oraz procesami w globalnym systemie.

• Zmieniające się parametry fizyczno-chemiczne i biologiczne środowiska ograniczają jego zdolność do pełnienia funkcji społeczno-gospodarczych, a niekiedy wręcz eliminują ją).

• Funkcje wspierające różnią się od pozostałych usług także długookresowością. Od ich utrzymania zależy w znacznym stopniu trwałość realizacji wszelkich innych funkcji przypisanych przyrodzie przez człowieka.

• Żywe organizmy (mimo niewielkiej ich masyw stosunku do innych składowych biosfery) intensywnie kształtowały, kształtują i będą kształtować warunki lokalne i globalne na powierzchni Ziemi. Obecny skład atmosfery ukształtował się na skutek aktywności biologicznej w przeszłych epokach geologicznych. Żywe organizmy są elementem i motorem krążenia pierwiastków w biosferze - w skalach od lokalnej do globalnej

Cechą charakterystyczną funkcji środowiska jest ich wzajemne powiązanie.

Możliwe są następujące relacje między funkcjami:

� funkcje wykluczające się,

� funkcje bardzo konfliktowe,

� funkcje o stałym stopniu substytucji (funkcje transformacji),

� funkcje niezależne,

� funkcje komplementarne.

Wpływ zmian wielkości wykorzystania jednej funkcji na możliwościjednoczesnego wykorzystania innej funkcji zmienia się w zależności od stopnia intensywności gospodarowania. Ze względu na dużą i ciągle rosnącą intensywność użytkowania coraz częściej dochodzi do konfliktu funkcji.

Te konflikty są szczególnie ważne, jeśli dochodzi do nich między funkcjami wspierającymi i regulacyjnymi a produkcyjnymi.

•Pojemność środowiska - oznaczała pierwotnie liczbę organizmów, które mogą przeżyć w danym środowisku nie powodując jego degradacji.

• Pojemność danego środowiska nie jest stała, statyczna, prosta. Zależy od technologii użytkowania środowiska, struktury produkcji i konsumpcji oraz relacji ożywionych i nieożywionych elementów systemu przyrodniczego.

• Pojemność środowiska jest więc zmienna wskutek ludzkich innowacji i biologicznej ewolucji

•Obecnie mianem pojemności środowiska określa się wielkość poszczególnych zaburzeń (rozumianych szeroko - od eksploatacji poszczególnych gatunków po zanieczyszczenia), które mogą zostać zaabsorbowane bez znaczących i trwałych zmian w strukturze i funkcjonowaniu układu przyrodniczego

Przekroczenie progu pojemności oznacza :

• nieciągłą zmianę stanu ekosystemu, co powoduje spadek produktywności biologicznej i redukcję zdolności do podtrzymywania ludzkiego życia (zredukowaniu pojemności);

• możliwość nieodwracalnego ograniczenia wachlarza opcji użytkowania środowiska;

• nieciągłe i nieodwracalne zmiany z "oswojonego" stanu w inny, powodujące niepewność co do ekologicznych skutków gospodarowania.

Próg pojemności środowiska i konsekwencje jego przekroczenia

X - granica pojemności środowiska, która rozgranicza lokalne stany równowagi ekosystemu o różnej charakterystyce strukturalnej i funkcjonalnej, a więc i różnych (jakościowo i ilościowo) zestawach świadczonych usług

Szerszym pojęciem jest potencjał środowiska (ekologiczny). Oznacza on sumę przyrodniczych możliwości (zasoby materialne i warunki środowiska) zaspokajania potrzeb społeczeństwa oraz zdolność ekosystemów do ponoszenia antropogenicznych obciążeń .

Wyróżnia się następujące potencjały cząstkowe:• samoregulacyjno-odpornościowy wyrażający zdolność przeciwdziałania zmianom struktury i charakteru funkcjonowania środowiska spowodowaną oddziaływaniem czynników naturalnych i antropogenicznych;

• zasobowo-użytkowy wyrażający zdolność zaspokajania materialno-energetycznych potrzeb człowieka i dzielony na następujące podpotencjały:- produktywności biotycznej,- wodny,

- surowcowy,

- atmosferyczny,

- transurbacyjny (istnienie powierzchni przydatnych do zabudowy),

-rekreacyjno-balneologiczny;

• percepcyjno-behawioralny wyrażający zdolność środowiska do oddziaływania na zmysły człowieka i stymulowania jego zachowań.

Konsekwencje użytkowania środowiska

Antropopresja jest to

całość oddziaływań człowieka na środowisko przyrodnicze związanych z jego użytkowaniem.