/
/
1. UVOD
1.1. ZAŠTITA OKOLIŠA I EKOLOGIJA
Industrijska revolucija otvorila je novu stranicu ljudske povijesti. Do tada je
odnos čovjeka prema prirodi imao održiva obilježja. Pojavom industrijskog društva
stanje se dramatično mijenja pa stanje poprima neodržive značajke. Naime, industrijska
i tehnološka revolucija sve više prijeti razaranjem prirodne ravnoteže i uništenjem
pojedinih ekosustava. S druge strane, štete izazvane u biosferi prijete zaustavljanjem
razvoja. Zaštita okoliša je stoga značajno stručno pitanje u kojem sudjeluju mnoge
struke: biolozi/ekolozi, kemičari, geolozi i pedolozi, sociolozi (jer je zaštita okoliša i
društveno pa i filozofsko pitanje), prostorni planeri (građevinari, urbanisti, arhitekti,
geografi) i liječnici. Zaštita okoliša je zato interdisciplinarno stručno pitanje.
Koji su osnovni problemi u okolišu nastali pod utjecajem čovjeka? Prvi i
osnovni problem je eksplozivni porast stanovništva na Zemlji u posljednjih stotinjak
godina iz kojeg slijede ostali problemi. To su:
- promjena klime (efekt staklenika tj. zagrijavanje zbog povišenja koncentracije
stakleničkih plinova);
- deforestacija i desertifikacija i povećanje erozije, odnosno smanjenje šumskih
površina, povećanje pustinjskih predjela i degradacija obradivog tla zbog erozije;
- smanjivanje koncentracije ozona u atmosferi (zbog povećanja CFC i metana);
- smanjenje biodiverziteta zbog izumiranje vrsta;
- onečišćenje i zagađivanje tla, podzemnih voda, površinskih voda, mora i zraka;
- odlaganje i zbrinjavanje sve veće količine otpada.
Okoliš (engl. Environment) je pojam za cjelokupnost prirodne i po čovjeku stvorene
(antropogene) okoline, tj. skup biotskih faktora (živa priroda) i abiotskih faktora (neživa
priroda: stijene, tlo, voda, zrak) te njihov odnos. Iz toga slijedi pojam zaštita okoliša
(dio toga je i zaštita prirode), koja je stručno pitanje ali i masovni pokret (ekološki
pokret), a u posljednje vrijeme i vrlo profitabilna djelatnost. Globalni okoliš (engl. Global environment) je planetarni prostor u kojem se zbivaju
utjecaji između prirode i svjetskog stanovništva, kao cjelokupnost svih njihovih
međusobnih prostorno-vremenskih utjecaja. Ekosustav (engl. Ecosystem) je dio okoliša potreban za održavanje života i životnih
zajednica. Često se izraz upotrebljava u obliku globalni ekosustav, čime se misli na
cjelokupnost života na Zemlji.
Onečišćenje (eng. Pollution) je unos neke tvari ili energije u okoliš, ali u koncentraciji
koja ne uzrokuje štetu, dok je onečišćivač postrojenje ili osoba koja svojom djelatnošću
uzrokuje onečišćenje. Zagađivanje (eng. Contamination) je šteta nanesena okolišu, ili jednom od njegovih
dijelova, nekom tvari ili energijom (toplina, radioaktivnost) koja prelazi maksimalno
dozvoljene granice neškodljivih koncentracija. Zagađivalo je tvar koja uzrokuje
zagađenje, a zagađivač je postrojenje ili osoba koja uzrokuje zagađenje. Kapacitet prihvata (eng. Environmental capacity) je pojam u upotrebi kao naznaka da
okoliš može prihvatiti neku razinu djelatnosti, broj ljudi ili neku količinu onečišćenja,
bez posljedica po stanje tog segmenta okoliša. Potrebno je napomenuti da se u Europskoj uniji koristi ISO 14000 sustav standarda kvalitete, koji se mahom odnosi na
okoliš, njegovo stanje u pojedinim parametrima, kao i na kvalitetu proizvoda koji
moraju biti podvrgnuti standardima. Održivost je pojam koji označava stupanj intenziteta neke djelatnosti, kojim se ne
prelazi granica kapaciteta prihvata okoliša. Definicija održivosti kaže da treba živjeti
unutar prihvatnog kapaciteta ekosustava. Otuda izraz održivi razvitak (eng. Sustainable
development). Načelo opreza (engl. Precautionary principle) se provodi u gospodarenju okolišem kao
upozorenje, kako neku vrstu djelatnosti ili neko odbacivanje otpada, ne treba obavljati
ako postoji sumnja da bi posljedice mogle nanijeti štetu bilo okolišu, bilo živim bićima
ili čovjeku. Ekologija je znanost unutar biologije koja proučava odnose između organizama i
njihovog okoliša u kojem žive. Vrlo često se pogrešno upotrebljava umjesto termina
okoliš, jer je, s popularizacijom pojam ekologija postao sinonim za okoliš.
Posebno važne zadaće moderne ekologije su:
- istražiti i dokazati antropogene promjene u domaćinstvu prirode,
- stvoriti kontrolne mehanizme za njihovo praćenje (monitoring),
- izraditi pouzdane modele sistemskih procesa,
- pravovremeno upozoravati odgovarajuće nacionalne i internacionalne institucije
na moguće posljedice,
- pružiti osnove za etički opravdane društveno-političke odluke za očuvanje
okoliša, ljudskog društva, biljnog i životinjskog svijeta.
Ekologija je višedisciplinarna znanost. Bliske ekologiji su ekofiziologija koja
proučava djelovanje različitih ekoloških čimbenika na funkciju stanica, tkiva organa i
organskih sustava, dok su brojni otrovi koji narušavaju odnose u prirodi predmet
proučavanja ekotoksikologije.
1.2. GLOBALNI EKOLOŠKI SUSTAV
Ekosfera Zemlje sastoji se od različitih akvatičkih i terestičkih
megaekosustava, a ovi opet od mnogobrojnih bioregija i lokalnih ekosustava. Osnovni
dijelovi ekosfere su: biosfera, atmosfera, hidrosfera kao dio hidrosfere, i pedosfera kao
dio litosfere (Sl. 1.1). To je dinamična, nedjeljiva, vrlo složena, prostorno i vremenski
povezana i u tokovima svojih unutarnjih zbivanja teško saglediva cjelina. Svako
mjesto na Zemlji ima svoje osebujno ustrojstvo, specifičnu geofizikalnu i ekološku
konstelaciju sastavnih dijelova, koja je podvrgnuta neprekidnim promjenama.
7 Slika 1.1. Ekosfera kao globalni sustav i njene sastavnice (iz Springer, 2001)
Ekosferu, odnosno površinski, živim bićima protkani plašt planeta Zemlje,
izgrađuju šest različitih oblika materije. To su:
- anorganske tvari,
- fosilne biogene tvari (organski sedimenti, treset, ugljen i dr.),
- mrtve, biogene tvari, koje sudjeluju ili mogu sudjelovati u kružnim
tokovima materije,
- žive organske tvari, bio masa,
- slobodne molekule i raštrkani atomi,
- meteoriti i međuplanetarna prašina (dnevno u atmosferu unesene molekule,
atomi i subatomske čestice).
Njihova je površinska raspodjela podvrgnuta neprekidnim promjenama i
znatno preustrojena pojavom živih bića, njihovim evolutivnim razvojem i prostornom
rasprostranjenošću. Kroz njih je primjerice obogaćena biosfera s kisikom, ugljikom,
vodikom, dušikom, kalcijem i drugim bioelementima. Isto tako znamo da su u toku
njihovog povijesnog razvoja znatno promijenjene koncentracije atmosferskih plinova
(O2, CO2 i dr.), i time uvjetovan daljnji tok evolucije. I na kraju, biokemijskim
procesima, značajnim za pojedine vrste ili grupe organizama, stvoreno je nepojmljivo
bogatstvo organskih spojeva. Danas se računa sa oko 40.000 anorganskih i desetak
milijuna, što prirodnih, što sintetiziranih organskih (ugljikovih) spojeva.
Pedosfera je tanki površinski sloj Zemljine kore i sastavni dio biosfere.
Površinski dio pedosfere, često se naziva tlo, a sastoji se od anorganskog (mineralnog)
i organskog dijela (humus). U tom dijelu se nalaze raznovrsna živa bića, od kojih su
najmnogobrojnije bakterije, gljive, alge, korijenje višeg bilja te gljivice, kukci, krtice i
rovčice koji imaju veliko značenje za geokemijske procese u tlu. Anorganski dio tla
čini više od 90 % volumena. Važna komponenta tala je količina vode i zraka, nužnih
za održavanje bioloških procesa. Klimatski čimbenici (padaline, temperatura),
litološki sastav stijena te biološki procesi, vrijeme i mjestimično utjecaj čovjeka
presudno utječu na nastanak tla određenog tipa. Zbog toga možemo razlikovati na
stotine tipova tala različitog mineraloškog sastava i fiziografskih značajki.
Tlo (engl. soil) je tanki sloj nekonsolidiranog materijala koji se mjestimice
nalazi na površini zemlje, a nastao je u procesu trošenja čvrstih stijena te erozijom i
transportom raspadnutog materijala. U genetskom smislu razlikuju se slijedeći tipovi
tala: rezidualna, aluvijalna, koluvijalna, taluvijalna, glacijalna, organska, eolska i
praporna, vulkanska, evaporitna i nasuta tla.
U pedološkom smislu razlikuju se tri horizonta idući od površine: A, B, C
horizont. A-horizont (engl. topsoil) je biološki aktivan, B-horizont (engl. subsoil) je
biloški neaktivan, dok je C-horizont osnovna stijena (engl. bedrock) (Sl. 2.1).
Fizikalno-mehaničke značajke tla također proučava mehanika tla koja je grana
geotehnike. Prema geotehničkoj klasifikaciji tla se dijele u više skupina. Četiri
osnovne skupine prema veličini zrna su: šljunak (60-2 mm), pijesak (2-0.06 mm),
prah (0.06-0.002 mm) i glina (< 0.002 mm). Šljunak i pijesak su krupnozrnasta tla,
najčešće bez kohezije, dok su prah i glina sitnozrnasta koherenta tla. Čestice veće od
60 mm su valutice. Posebna skupina tala su organska tla.
U tlima u slobodnoj prirodi uravnoteženo je kolanje anorganskih i organskih
sastojaka. U intenzivnoj poljoprivrednoj proizvodnji, najveći dio ugrađenih tvari ulazi
u biomasu uzgojne kulture koja se odvozi. Tako se osiromašuje tlo, koje se mora
prihranjivati dodavanjem potrošenih tvari, odnosno prirodnim ili umjetnim
gnojenjem.
3. BIOSFERA
Organizmi žive u relativno uskoj površinskoj zoni Zemlje (ovojnici) koja se
sastoji od površinskog dijela litosfere (pedosfera), vodenog sloja (hidrosfera) i
najnižeg dijela atmosfere (troposfera). Ti dijelovi zajedničkim imenom se zovu biosfera. Sav život u biosferi organiziran je u dva osnovna medija: u vodi i u zraku.
Voda je najobilnije zastupljen medij biosfere.
Svi organizmi sastoje se od istih najvažnijih kemijskih spojeva. To su:
- ugljikohidrati;
- proteini;
- lipidi;
- lignin(sadrže ga samo biljke višeg stadija razvoja).
Svaki organski spoj sadrži osnovni kostur od atoma ugljika, koji može biti
uređen u obliku različitih struktura ili njihovih kombinacija. Najjednostavniji organski
spoj sadrži samo atome vodika vezane s osnovnim kosturom ugljika. To su
ugljikovodici. Atomi drugih elemenata (O, N, S) mogu biti povezani u obliku
perifernih grupa.
Svi organizmi (osim virusa) mogu se, na temelju strukture stanice podijeliti u
dvije temeljne grupe. To su: prokarioti i eukarioti. Prokarioti obuhvaćaju sve
bakterije, pa su stoga jednostanični. Svi drugi organizmi su eukarioti, dijele se na tri
kraljevstva: biljke i životinje i gljive.
U pedosferi žive brojni organizmi. Za tlo je važna njegova proizvodna
sposobnost (plodnost), koja je veća u tlima bogatim mineralima, humusom,
kapilarnom vodom i pričuvom zraka. Manji broj organizama koji žive u dubljim
dijelovima litosfere (npr. špilje) ovise o hrani koja dolazi s površine.
U hidrosferi je život moguć u raznolikim pojavnim oblicima. Posebno je bogat
u površinskoj zoni do koje dopire sunčeva svjetlost.
U troposferi živi mnoštvo organizama koji lebde (mikroorganizmi) ili aktivno
lete (životinje). Većina njih se mora spustiti na tlo radi hranjenja i razmnožavanja.
Biosfera je organiziran sustav. Samoregulirajućim mehanizmima postiže se
visoka organiziranost biosfere, održava ravnotežu i sprečava njenu degradaciju.
Osnovni procesi u njoj imaju kružni tok. Kemijski elementi koji ulaze u žive tvari
nazivaju se biogeni elementi, a kruže kroz biosferu od anorganskog okoliša do živih
bića i obratno. Organizmi iskorištavaju oko 50 % svih kemijskih elemenata na našem
planetu. Neki od tih elemenata iskorištavaju se u većim količinama. To su makroelementi (C, O, H, N), a ostali u manjim količinama, pa se zovu mikroelementi (P, S). Svi ostali elementi koriste se u vrlo malim količinama pa se
zovu ultramikroelementi.
3.1. EKOLOŠKI ČIMBENICI
Ekološki su čimbenici utjecajne veličine okoliša koji mogu pozitivno ili
negativno djelovati na rast, razmnožavanje i gustoću populacije. Mogu biti različite
prirode, fizički, kemijski tj. abiotički i onih uzrokovanih uzajamnim odnosima među
organizmima tj. biotički. Naime, svaka vrsta može opstati samo u granicama neke
najniže i neke najviše vrijednosti (Sl. 3.1).
Ekološki čimbenici mogu djelovati različitim intenzitetom. Najmanji intenzitet
nekog čimbenika koji uzrokuje neku posljedicu na jedinke jest ekološki minimum, a
najveći intenzitet nekog čimbenika koji može neka jedinka podnijeti jest ekološki maksimum. Između tih rubnih vrijednosti postoji za skupine jedinki: ekološki optimum (uvjeti u kojima se neka skupina najbolje razvija). Razmak između
ekološkog minimuma i maksimuma u okviru kojeg je moguć život pojedinog
organizma nazivamo ekološkom valencijom (Sl. 3.2).
Abiotički ekološki čimbenici okoliša djeluju na organizam. Nedostatak jednog
od životnih uvjeta može prouzročiti smrt organizma. Npr. ako u izobilju ima sunčeve
svjetlosti, a nema dovoljno vlage, biljka neće normalno rasti niti se razvijati, odnosno
ako potraje sušno razdoblje biljka će se posušiti.
Djelovanje pojedinog ekološkog čimbenika ovisi osim o intenzitetu i o
vremenu trajanja (ekspoziciji) i kakvoći njegova djelovanja. Često djeluju Slika 3.2. Ekološka valencija: a) intenzitet djelovanja b) organizmi šire i uže valencije c) termovalencija kod ptica (iz: Springer, 1998)
23
istovremeno dva ili više ekoloških čimbenika (npr. toplina i duljina dana ili toplina,
vlažnost i duljina dana).
Ekološka je valencija različita za svaki ekološki čimbenik i u pravilu je
različita za pojedinu jedinku pa tako i za vrstu koja se sastoji od jedinki. Također se
valencija mijenja s dobi i razvojnim stupnjem u vrijeme ekspozicije nekom
ekološkom čimbeniku. Tako je npr. osjetljivost vodozemaca različita na manjak vode
u razvojnom stupnju (punoglavac) i kod odrasle jedinke.
Ima vrsta koje imaju vrlo široku ekološku valenciju, te imaju široko
prostiranje. To su euritopne (eurivalentne) vrste (npr. biljna vrsta maslačak). Takve
vrste nazivamo kozmopolitima. Suprotno kozmopolitskim vrstama postoje vrste uske
ekološke valencije tj. stenotropne (stenovalentne) vrste. Tako npr. grebenski koralji
žive isključivo u toplim morima visoke prozirnosti i određenog saliniteta.
O ekološkoj valenciji za pojedine ekološke čimbenike ovisi koje će vrste
biljaka i životinja živjeti u nekom kraju. Treba spomenuti da se ekološki čimbenici u
nekom području stalno mijenjaju (npr. klimatske promjene, bilo globalne ili lokalne).
Važni ekološki čimbenici su ograničavajući čimbenici, jer je bez njihova
sudjelovanja u ekosustavu život otežan ili nemoguć. 3.1.1. Abiotički čimbenici Slika 3.3. Raspodjela klimazonalnih pojaseva vegetacije (iz: Springer, 1998)
Najznačajniji abiotički čimbenici su klimatski (temperatura, padaline i vlažnost,
svjetlost i vjetar), edafski (kemijski sastav i fizička struktura tla, voda u tlu), orografski
(nadmorska visina, nagib terena i izloženost) i kemizam okoliša (zdravog i onečišćenog) (Sl. 3.3). Temperatura
Za tijek različitih životnih procesa potrebna je optimalna temperatura. Na
Zemlji temperatura varira od hladnih polarnih područja pa do ekstremno vrućih
pustinjskih područja. Granice unutar kojih je moguće održavanje životnih funkcija
kreću se većinom u rasponu od 00 do 500C, premda na rubovima vulkana i u vrućim
24
izvorima žive organizmi i kod 1000 C pa čak i više. Isto tako pojedini organizmi (npr.
lišajevi) preživljavanju i pri negativnim temperaturama.
Za vodu kao životni medij karakteristična su manja temperaturna kolebanja,
kako dnevna tako i sezonska, jer se voda odlikuje visokom toplinskim kapacitetom.
Tijekom ljeta jezera, mora i oceani apsorbiraju toplinu u sebe, a zimi je oslobađaju u
okolinu. Dublji slojevi su hladniji od površine pa su i manje podložni promjeni
temperature.
Većina (98%) organizama nema sposobnost održavanja temperature tijela
stalnom, tj. sposobnost termoregulacije, nego temperatura tijela prati kretanje
temperature okoliša. Svakoj vrsti biljke ili životinje pogoduje određena temperatura.
O temperaturi okoliša ovisit će reprodukcijska sposobnost, brzina rasta i razvoja, opći
metabolizam, brzina kretanja, duljina života itd. Brojne biljne i životinjske vrste stekle
su raznolike prilagodbene mehanizme (adaptacija, aklimatizacija) za život u
predjelima s nepovoljnom temperaturom, koju obično prati i nepovoljna vlažnost. Padaline i vlažnost
Količina padalina te vlažnost zraka i tla različito su raspoređene na Zemlji –
od izrazito vlažnih predjela (npr. kišne tropske šume) do izrazito sušnih predjela (npr.
pustinje). Organizmi su različito prilagođeni tako različitim uvjetima vlažnosti i
postojanju ili nepostojanju vode. Prema potrebi za vodom životinje mogu se svrstati u: kserofilne, mezofilne i higrofilne. Kserofilne vrste su životinje sušnih područja; štede vodu smanjenim
izlučivanjem. Pustinjske životinje razvile su fiziološke prilagodbe za minimalni
gubitak vode iz tijela. Higrofilne vrste su organizmi koji ne mogu živjeti bez vode ili
bez dovoljne vlažnosti, niti su razvili fiziološke mehanizme za štednju vode. U
prelaznoj skupini su mezofilne vrste. Tu pripada većina kopnenih organizama. Svjetlost
Sunčeva svjetlost je vrlo važan čimbenik kako za fotosintetske organizme, tj.
za primarnu biljnu proizvodnju, tako i za životinje, jer o svjetlu ovise i životne navike
(npr. budnost, spavanje, prehrana, razmnožavanje, kretanja) te aktivnost nekih
endokrinih žlijezda, biološki ritam, sinteza bjelančevina itd. Životinje koje su danju
aktivne su dnevne (diurnalne), a koje su noću aktivne su noćne (nokturnalne)
životinje.
Djelovanje svjetlosti najčešće je povezano s promjenom temperature. Tako se
tijekom proljeća s produžetkom dana u pravilu povećava i temperatura okoliša.
Suprotno, u jesen se sa smanjenjem trajanja dana snižava temperatura okoliša. Stoga
je aktivnost životinja različita u proljeće i ljeti od aktivnosti u jesen i zimi.
Kod biljaka sezona cvjetanja ovisi uz ostalo (npr. toplina) i od duljine dnevnog
svjetla. Biljka dugog dana (npr. ječam) zahtjeva dulje dnevno osvjetljenje, dok kod
biljaka kratkog dana (npr. proljetnice) dugo dnevno osvjetljenje otežava cvjetanje. 3.1.2. Biotički čimbenici
Osim nežive – abiotičke (fizikalno-kemijske) okoline, u pojedinom ekosustavu
postoje mnogobrojni virusi, mikroorganizmi, gljive, biljne i životinjske vrste koji svi
zajedno čine živi dio ekosustava ili njegovu biotičku okolinu. Djelovanje biotičkih
čimbenika u ekosustavu nije ovisno samo o sebi, nego je tijesno vezano s abiotičkim
čimbenicima. Značenje biotičkih i abiotičkih čimbenika u ekosustavu važno je zbog
25
ovisnosti živih organizama o okolišu u kojem žive. Biotički čimbenici su: priogeni,
virogeni, bakteriogeni, fitogeni, zoogeni i antropogeni.
Biljke daju životinjama potrebnu hranu koju koriste brojni nizovi biljojeda
(herbivora). Prisutnost ili manjak biljne hrane često određuje rasprostranjenost
životinjskih vrsta. Na prvobitne nizove biljojeda nadovezuju se nizovi mesojeda
(karnivora) koji se prehranjuju biljojednim organizmima. To su veći ili manji
grabežljivci. Na kraju hranidbenog lanca ili niza obično je veća životinjska vrsta. Isto
se tako na biljojede nadovezuju nizovi kukcojeda (insektivora). Dio organizama
uzima biljnu i životinjsku hranu. To su raznojedi (omnivori). Slika 3.4. Sumarni prikaz djelovanja abiotičkih i biotičkih čimbenika okoliša (iz: Springer, 2001)
Sve životinje koje sudjeluju u hranidbenim lancima uginu. Njihove ostatke
razgrađuju razlagači – mikroorganizmi ili se njima hrane lešinari. Na kraju preostanu
anorganske tvari, kao što su dušični spojevi i CO2 pa ponovno ulaze u veliko kruženje
tvari u prirodi. Od tih tvari biljke ponovno proizvode organske spojeve procesima
fotosinteze, a te tvari su početna hrana biljojedima (Sl. 3.4). Odnosi među jedinkama
Jedinke iste vrste međusobno su povezane brojnim i različitim odnosima.
Najvažniji je reprodukcijski odnos, tj. razmnožavanje. Priraštaj jedinki u populaciji
nazivamo natalitetom. Natalitet je prema tome čimbenik rasta i povećanja brojnosti, a mortalitet (smrtnost) čimbenik nazatka svake populacije. Uravnoteženim odnosom
nataliteta i mortaliteta održava se brojnost populacije stalnom (stagnacija). Broj
jedinki neke vrste na nekom prostoru mjerilo je gustoće populacije.
Potrebno je naglasiti da se rastom broja jedinki smanjuje kapacitet okoliša
zbog konkurentskih (kompeticijskih) odnosa među prekobrojnim pripadnicima
dotične vrste u smislu konkurencije za hranom, životnim skloništem ili/i spolnim
partnerom. Kompeticija je najjači biotički čimbenik unutar jedinki iste vrste
(intraspecijski čimbenik).
Kompeticija, nadmetanja ili kompetitivno isključenje temelji se na činjenici da
su dvije vrste u suparništvu u istom okolišu za npr. istu hranu. Jedna vrsta će potisnuti
drugu. Kompeticija može biti, kao što smo već naveli, među pripadnicima istih vrsta
(intraspecijska kompeticija) ili među jedinkama različitih vrsta (interspecijska kompeticija).
Kompeticija radi jednog uvjeta u okolišu može postati snažan suparnik kada se
ubaci u populaciju domaćih autohtonih vrsta unesena alohtona vrsta (npr. alohtona
sjevernoamerička pastrva je iz naših vodotoka potisnula autohtonu potočnu pastrvu).
Kod parazitizma paraziti (nametnici) žive na račun domaćina: domadara.
Brojni su primjeri simbioze (potpomaganja) među različitim vrstama. ako obje
vrste imaju od zajednice koristi a da ne štete jedni drugima, govorimo o mutalizmu
(npr. rak samac i moruzgva). Ako jedna vrsta ima koristi a druga vrsta niti trpi štetu
niti ima koristi govorimo o komenzalizmu (npr. bršljan, slak). Usklađivanje brojnosti populacije
Skupine jedinki iste vrste koje istovremeno žive zajedno na istom staništu i
međusobno se razmnožavaju tvore populaciju te vrste. Značajni za populaciju su:
natalitet, mortalitet, reproduktivni potencijal, rast populacije, dobna struktura, gustoća
i raspored jedinki u prostoru.
Natalitet je stupanj rodnosti neke populacije, a definira se kao broj
novorođenih u jedinici vremena prema sveukupnom broju jedinki u populaciji.
Mortalitet je stupanj smanjivanja brojnosti populacije zbog umiranja jedinki.
Reproduktivni potencijal definiramo kao brzinu reprodukcijskog ciklusa i brojnost
potomaka. O odnosu reproduktivnog potencijala odnosno nataliteta s jedne strane i
mortaliteta s druge strane ovisi rast populacije. Ako su uvjeti okoliša optimalni za rast
populacije, populacija će se povećavati ili održavati na stalnom broju.
Usklađivanje brojnosti pojedinih jedinki i veličine populacije temelji se na
odnosu reproduktivnog potencijala vrste i zapremine okoliša. S porastom broja jedinki
u zadanom prostoru smanjuje se zapremina okoliša u kojem se populacija razvija. U
tim uvjetima okoliš ne može zadovoljiti potrebe svih jedinki za hranom, uvjetima
reprodukcije i preživljavanja. Javljaju se odnosi nadmetanja (kompeticije) što je jedan
od glavnih samoregulirajućih mehanizama koji ograničava mogućnost pretjeranog
rasta populacije.
Ako se organizmi množe brže od mogućnosti obnavljanja uvjeta okoliša, tada
će uvjeti okoliša postati ograničavajućim čimbenikom održavanja brojnosti unutar
populacije (npr. nedostatak paše). Brojnost jedinki ovisi o različitim prilikama u
okolišu kao što su izvori hrane i vode, svjetlost i toplina. Stoga u različitim godinama
varira brojnost jedinki unutar populacije pa govorimo o fluktuaciji populacije.
U pojedinim povoljnim uvjetima javlja se povremeno prekomjerni ekspanzivni
rast populacije (npr. invazija skakavaca u Africi). Isto tako u nepovoljnim uvjetima
(npr. jaka hladnoća, suša, djelovanje otrova iz okoliša) može dovesti do redukcije
broja jedinki u populaciji ili do potpunog lokalnog izumiranja populacije. Hranidbeni lanci
Unutar nekog ekosustava isprepliću se interesi svih potrošača hrane, koji su
uključeni u takozvane hranidbene lance ili hranidbene piramide (Sl. 3.5; 3.6).
Osnovu svakog hranidbenog lanca čine primarni proizvođači, koji od sunčeve
energije koja dospijeva na Zemlju iskoriste dio za aktiviranje fotosintetskih reakcija i za stvaranje primarne organske tvari iz CO2, vode i mineralnih tvari. Stvorene
organske spojeve iskorištavaju za hranu biljojedi (herbivori) kao heterotrofni
organizmi. Oni pripadaju u kariku potrošača (konzumenata). Biljojedima se hrane
grabežljivci – mesojedi 1. reda (karnivori), a grabežljivcima opet njihovi neprijatelji
(mesojedi 2. reda). Kako svi organizmi imaju ograničenu životnu dob, tj. uginu,
njihova tijela razgrađuju (mineraliziraju) razlagači ili destruenti (npr. bakterije), na
jednostavnije anorganske tvari, koje mogu ponovno iskoristiti autotrofni (fototrofni)
organizmi. Tako tvari neprestano kruže u ekosustavu od neživog u živo i obratno
prolazeći pri tome u svakoj fazi različite stupnjeve složenosti. Slika 3.5. Hranidbeni niz na kopnu (iz: Springer, 1998) Slika 3.6. Hranidbeni niz u moru (iz: Springer, 1998)
28
Protok organske tvari u hranidbenom lancu prati i protok energije. Životna
zajednica u ekosustavu može se normalno razvijati i održavati samo onda ako je
odnos između proizvodnje tvari (asimilacije) i razgradnje tvari (disimilacije)
uravnotežen. Poremećaj u odnosu asimilacije i disimilacije može onemogućiti
normalni razvoj ekosustava ili dovesti do njegova propadanja.
U svakoj biocenozi postoji velik broj najrazličitijih hranidbenih lanaca. Oni su
često međuzavisni, jer od iste vrste proizvođača kreću posebni hranidbeni lanci. Isto
tako većina se potrošača hrani različitim vrstama plijena, pa sudjeluju u brojnim
hranidbenim lancima.
U hranidbenim lancima su organizmi međusobno poredani. Životinje jedne
karike potrošača, hrana su životinjama slijedeće karike potrošača. Uz to do izražaja
dolazi i brojnost populacije unutar tog niza potrošača. U stabilnom ekosustavu
održava se ravnoteža ili homeostaza sama od sebe. U ekosustavu može doći do
prirodnih poremećaja, ali i do poremećaja uzrokovanih djelovanjem čovjeka –
antropogeno djelovanje. Zagađivanje okoliša ili uništavanje pojedinih populacija
organizama glavni su čimbenici nestabilnosti ekosustava odnosno narušavanja
ravnotežnih (homeostatskih) odnosa. Osnovni štetni čimbenici koji remete homestazu
u ekosustavu su: fizikalni, kemijski, biološki i društveno-gospodarski (Sl. 3.7).
Protok organske tvari u hranidbenom nizu prati protok energije. Životna
zajednica u ekosustavu može se normalo razvijati i održavati samo onda, ako je odnos
između proizvodnje hrane (asimilacije) i razgradnje tvari (disimilacije) uravnotežen,
odnosno ako vlada homeostaza. Poremećaj u odnosu asimilacije i disimilacije može
onemogućiti normalan razvoj ekosustava ili čak uzrokovati njegovo propadanje.
3.2. EKOSUSTAV
Ekosustav je dio okoliša potreban za održavanje života i životnih zajednica.
Često se izraz upotrebljava u obliku globalni ekosustav, čime se misli na cjelokupnost
života na Zemlji. Biotop i biocenoza
U okviru naseljenog prostora biosfere moguće je izdvojiti prostorno
ograničena područja koja obilježavaju pojedine kombinacije ekoloških čimbenika.
Takve osnovne topografske jedinice nazivamo biotop i one su životna staništa
organskih vrsta. Time se pojedini biotopi međusobno razlikuju. Oni se također
razlikuju po posebnim kombinacijama mikroorganizama, biljnih i životinjskih vrsta,
dakle životnoj zajednici kojoj odgovaraju uvjeti u biotopu (Sl. 3.8; 3.9).
Biotop je npr. močvara, jezero, livada, šuma, more, pustinja, gdje žive u istim
uvjetima različiti organizmi tj. biocenoza.
29 Biocenoza je skupina jedinki (životna zajednica) različitih populacija koje
žive u određenom staništu (biotopu), a usko su povezane različitim međuodnosima,
posebno međuodnosima u hranidbenom lancu. Biocenozu čine mikroorganizmi – mikrobiocenoza, biljke – fitocenoza, životinje – zoocenoza i ostali predstavnici
carstava organizama. Biom je skupina raznolikih ekosustava, kojima je zajednička karakteristika
istoznačnost klimatskog područja. Biomi su stoga pravilno raspoređeni i odgovaraju
klimatskim regijama (npr. biom tundre, biom bjelogorične šume, biom tropske kišne
šume i sl.), a imaju dominantnu klimazonalnu vegetaciju. Biomi mogu biti
raspoređeni i na temelju nadmorske visine ili dubine voda i mora, a to je vertikalna
raspodjela bioma. Ekološka niša je mjesto i funkcionalni položaj koji pojedina vrsta zauzima u
spletu međusobnih odnosa. Areal je ukupni prostor u kome je rasprostranjena
pojedina vrsta. Rasprostranjenost biljaka i životinja nije uzrokovana samo ekološkim
prilikama nekog područja, već može biti i posljedica promjene geografskih i
klimatskih prilika tijekom bliže geološke prošlosti. Široko rasprostranjene biljne ili
životinjske vrste nazivamo kozmopoliti. Nasuprot tomu, vrste koje žive na užem
lokalitetu nazivamo endemi. Živa bića, preostala iz predhodnih razdoblja drugačijih
klimatskih prilika (npr. iz glacijala) nazivamo relikti.
Struktura ekosustava
Ekosustav ima četiri strukturalne komponente:
- anorganske tvari,
- organizmi proizvođači,
- organizmi potrošači,
- organizmi razlagači.
Svi organizmi su u ekosustavu podijeljeni u dvije velike skupine: autotrofni
(proizvođači) i heterotrofni (potrošači i razlagači).
Primjer može bit jezerski ekosustav. U jezeru žive raznolike biljke koje tvore
jezersku fitocenozu i životinje koje tvore jezersku zoocenozu ili ukupnu jezersku
biocenozu. U jezeru žive autotrofni organizmi (alge i više biljke) koje pomoću
sunčeve energije anorgansku tvar pretvaraju u organsku. Autotrofnim organizmima
hrane se životinje-(biljojedi), ovima druge životinje (mesojedi). U jezeru žive i
razgrađivači (bakterije) koji razgrađuju mrtve organizme na jednostavnije anorganske
spojeve. Ove pak rabe proizvođači (autotrofni organizmi). Za odvijanje metabolizma
u jezerskom ekosustavu potrebni su optimalni fizikalno-kemijski tzv. abiotički uvjeti,
kao što su svjetlost, toplina vode, količina kisika i ugljičnog dioksida, minerala itd.
Poremećaji u nekim od abiotičkih čimbenika mogu dovesti u pitanje i preživljavanje
cjelokupnog ekosustava (npr. previsoka temperatura vode, nedostatak kisika) ili
dovesti do njegove degradacije u funkciji vremena. Dakle, biocenoze ovise o uvjetima
koji vladaju u biotopu, kao što se i biotop mijenja pod djelovanjem biocenoze (npr.
više biljaka – više kisika u vodi).
U ekosustavu se može uspostaviti dugoročna postojana ravnoteža između
biotopa i biocenoze. Tada se radi o postojanom ekosustavu. Raznovrsnost i složenost
ekosustava povećava njegovu postojanost. A složeni ekosustav nije samo raznovrstan
u sastavu fizikalno-kemijskih komponenata biotopa, nego raznovrsnost čine i
prostorni raspored vrsta, veličina i genetska raznovrsnost.
Ekosustav je dinamična kategorija koja se prilagođava te uspostavlja i mijenja
svoj sastav u funkciji vremena povećanjem njegove postojanosti (stabilnosti).
Stabilnost se osigurava povećavanjem raznovrsnosti u ekosustavu sve do stanja tzv. ekološkog optimuma (klimaksa), odnosno do krajnjeg stupnja u razvitku jednog
ekosustava.
U ekosustavu može doći do postupnog zamjenjivanja – sukcesije pojedinih
životnih zajednica, počevši od jednostavnih prema složenima. Sukcesije mogu biti
primarne i sekundarne. Pod primarnim sukcesijama razumijeva se naseljavanje ranije
nenaseljene zone, a sekundarnom sukcesijom označujemo obnovu prije uništenih
životnih zajednica. Naseljavanje nenaseljenih područja započinju tzv. pionirske vrste, uglavnom biljke, koje stvaraju uvjete za postepeno naseljavanje drugih biljnih
vrsta i životinja (prvo biljojeda, a nakon toga i mesojeda). Dugotrajne poplave, požari
i vulkanske erupcije mogu uzrokovati potpunu degradaciju okoliša, te će se tijekom
vremena ona postepeno obnavljati procesima ekološke sukcesije. Naravno da će
pionirska i kasnije naseljena vegetacija ovisiti o klimatskim i drugim abiotičkim
čimbenicima. Jedne vrste biljaka naselit će područja devastiranih tundri, a druge vrste
naselit će npr. područja uništenih tropskih kišnih šuma.
31 3.2.1. Vrste ekosustava
Ekosustavi koji ulaze u sastav biosfere, različiti po svom sastavu i veličini,
grade mozaik na površini Zemlje. Ekosustave svrstavamo prema različitim kriterijima
od kojih važniju ulogu imaju:
- klimatski čimbenici (toplina, vlažnost, svjetlost),
- priroda biotopa (vodene-akvatičke i kopnene-terestičke),
- sastav staništa (npr. tla),
- sastav vegetacije (npr. zajednica smrekove šume).
Prema geogafskom rasporedu svi ekosustavi se dijele na ekosustave kopna
(akvatički i terestički) i mora (Sl. 3.10). Akvatički ekosustavi na kopnu mogu biti ekosustavi tekućica (potoci i
rijeke) i ekosustavi stajaćica (bare, močvare, jezera). Mjera kolanja energije u
vodenim ekosustavima je bioproizvodnost, tj. stvaranje organskih spojeva. Prema
intenzitetu proizvodnje vodeni ekosustavi su:
- oligotrofni (slabo proizvodni);
- eutrofni (dobro proizvodni);
- distrofni (odumirući). Slika 3.10. Hranidbeni niz i energija u ekosustavu (iz: Springer, 1998) Terestički ekosustavi kopna su tropska kišna šuma, miješana šuma, tajga,
tundra, savana, stepa i pustinja. Njihov raspored izravno ovisi o klimatskim prilikama.
Ekosustav mora je najveći i najstariji životni okoliš. Organizmi žive u moru u
svim njegovim slojevima i u različitim dubinama. Biljke i životinje površinskog sloja
slobodnih mora i njegove pučine, tj. pelagijala, lebde u moru, pa ih raznose valovi i
struje. Nazivamo ih planktonom ili planktonskim organizmima. Razlikuju se biljni
organizmi ili fitoplankton od životinja ili zooplankton. Samo manji broj pučinskih
životinja ima snažnije organe za kretanje pa mogu aktivno plivati vlastitom snagom.
To su plivajuće ili nektonske životinje ili nekton. Na morskom dnu žive brojni
organizmi koje nazivamo bentoski organizmi ili bentos. 3.2.2. Energija i bioproizvodnja ekosustava
Planet Zemlja je zatvoren sustav. Količina tvari je stalna, ona samo prelazi iz
jednoga u drugi oblik. Tok tvari u biosferi zbiva se u zatvorenim biogeokemijskim
ciklusima kod kojih u sklopu zamršenih procesa mineralizacije i sinteze organskih
spojeva odlučujuću ulogu imaju organizmi.
U okviru slijeda tih reakcija omogućeno je vezanje Sunčeve energije u
kemijsku energiju biomase što je osnovni preduvjet postojanja biosfere. Svjetlost koja
stigne do fotosintetskog organizma pretvara se u kemijsku energiju, a ta se dalje
pretvara u različite kemijske spojeve, koji nose u sebi pohranjenu energiju (npr.
celuloza, škrob, šećer, bjelančevine, masti).
32
Svaki organizam treba energiju za život. Fotosintetski (fototrofni) organizmi
(neki mikroorganizmi i biljke) su autotrofni organizmi. Kod autotrofnih organizama
imamo primarnu bioproizvodnju. Heterotrofni organizmi ili potrošači su gljive,
većina bakterija, životinje i ljudi i ovise o hrani koju proizvode drugi autotrofni
organizmi. Kod heterotrofnih organizama sintetiziraju se iz osnovnih hranidbenih
supstrata koje su stvorili autotrofni organizmi novi organski spojevi, dakle imamo
sekundarnu bioproizvodnju (Sl. 3.11). Slika 3.11. Hranidbeni niz i energija u ekosustavu (iz: Springer, 1998)
Tijekom primarne fotosinteze i kemosinteze biljke troše manji dio proizvedene
energije za svoje potrebe. To iznosi od 10 do 40 % ukupne (bruto) stvorene energije.
Višak energije (od 60 do 90 %) pohranjuje se u novu biomasu (npr. u drvnu masu,
sjemenje u žitarica, u plodove voća i sl.). Taj dio stvorene biomase na raspolaganju je
heterotrofnim organizmima, odnosno služi za prehranu životinja i ljudi.
Organski spojevi koje proizvode biljke služe za prehranu potrošačima (npr.
govedu). U procesima probave razlažu celulozu i druge spojeve na jednostavnije
spojeve kojima se služe za svoje anabolične i katabolične reakcije. Izlučevine i
odumrli organizmi te biljni ostaci služe kao izvor energije razlagačima (npr.
bakterijama i gljivicama). Nastaju anorganske tvari, voda, ugljični dioksid, amonijak,
metan i dr. Tako se zatvara krug: organska tvar se razložila u anorganske spojeve, a
dio energije koju je organizam iskoristio za svoj metabolizam uz proizvodnju topline
omogućava mu život (rast, razvoj, reprodukciju, rad i sl.).
Za mjerenje bioproizvodnosti primjenjuju se metode mjerenja biomase,
potrošnje hranidbenih tvari, minerala, vitamina, te prometa kisika i ugljičnog dioksida.
Bioproizvodnja se može mjeriti i primjenom radioaktivnih izotopa. Tako je moguće
pratiti brzinu ugradnje radioaktivnog fosfora (32P) u fitoplanktonske organizme
vodenih ekosustava (npr. jezera, mora i oceana).
Od kopnenih ekosustava najproduktivnije su šume (oko 250 t organskog
ugljika/km2/u godini), zatim obrađene površine (150 t), stepe (oko 50 t) i pustinja (oko
5 t). Od vodenih ekosustava najveća je bioproizvodnja u zapadnom Atlantiku (550 t
organskog ugljika/km2/na godinu) i u nekim jezerima (od 250 do 450 t).
Bioproizvodnost pojedinih ekosustava ovisi o specifičnim uvjetima na tom
biogeografskom prostoru, a to su hranjive i mineralne tvari, osunčanost, toplina,
dovoljno dišnih plinova i dr.
Heterotrofni organizmi također ne iskoriste sve tvari koje unose u organizam.
Dok biljojedni organizmi troše (asimiliraju) samo oko 10 % pojedene biljne
(celulozne) hrane, a ostalo gube izmetom, dotle je stupanj iskoristivosti u mesojednih
organizama veći i iznosi od 30 do 50 %. Rast, povećanje mase i volumena tijela te
razmnožavanje heterotrofnih organizama nazivamo sekundarnom bioproizvodnjom.
Samousklađivanje je proces održavanja ravnoteže između proizvedene i
potrošene energije. Ono je temeljno obilježje živog svijeta. Samousklađivanje u
ekosustavu temelji se na zakonitostima održavanja sklada u biocenozama, koje su
nerazdvojno vezana za hidrosferu, atmosferu i litosferu. Ako npr. u biocenozi izraste
više biljaka, to znači više hrane za životinje, zbog toga se u biocenozi povećava broj
biljojeda, ali sukladno tome i mesojeda. Više biljojeda uzrokuje smanjenje biljne
hrane, a time se smanjuje broj jedinki biljojeda i mesojeda itd. Vidljivo je da se u
prirodnim zajednicama raznovrsnih populacija – u ekosustavu održava dinamična
ravnoteža.
Kruženje biogenih elemenata
Metabolizam ekosustava sličan je u načelu metabolizmu jedinke. U metabolizmu
ekosustava zbivaju se reakcije izgradnje (anabolizam) i procesi razgradnje
(katabolizam). Proizvodi se energija pohranjena u biomasi (npr. u ugljikohidratima,
celulozi, bjelančevinama, masti). Energija proizlazi iz jednog oblika u drugi,
oslobađajući dio energije u toplinu. Samousklađivanjem se održava sklad između
proizvodnje i potrošnje energije. Proizvodnja biomase i energije važna je za opstanak
svih organizama. Čovjek ju je smisleno iskoristio za prehranu stalno rastućeg
stanovništva.
Svim živim bićima potrebno je nekoliko desetaka različitih biogenih
elemenata i voda. Jedni su potrebni u većim količinama kao makroelementi (C, H, O
i N), a drugi u manjim količinama kao mikroelementi (P i S). Treću skupinu čine
elementi koji su potrebni u neznatnim količinama (ultramikroelementi).
Zbog tih i sličnih procesa unutar biosfere postoje kolanja (kruženja) spojeva
odnosno elemenata u sastavu tih spojeva:
- kruženje atmosferskih plinova (O2 , N2 , CO2 i H2O);
- kruženje elemenata iz sedimenata: tala ili stijena (P, S).
Najznačajniji biokemijski procesi u biosferi su:
- fotosinteza;
- vezanje dušika u živoj tvari;
- ciklus ugljika.
Svako odstupanje od normalnih vrijednosti bilo kojeg biogenog elementa i
njegova kruženja u biosferi narušava razvitak i normalno funkcioniranje pojedinog
ekosustava. Nedostatak ili manjak nekog biogenog elementa djeluje kao
ograničavajući čimbenik normalnog razvoja pojedine jedinke, populacije, životne
zajednice odnosno biocenoze. I višak pojedinih elemenata u ekosustavu može biti
ograničavajućim čimbenikom. A višak i nenormalno nakupljanje nekih biogenih
elemenata, njihovih spojeva ili nekih drugih tvari, nastalih uglavnom djelovanjem
čovjeka, može onemogućiti funkcioniranje i opstanak pojedinog ekosustava. Ksenobioticima nazivamo tvari koje nemaju niti gradbene uloge u nekom
organizmu, a ne mogu se iskoristiti niti za dobivanje energije. Deseci tisuća kemijski i
strukturno vrlo različitih ksenobiotika su
prisutni u okolišu. Među ksenobioticima
ima kemijskih tvari koje ovisno o
kvaliteti, količini i koncentraciji unešene
u tijelo, djeluju štetno na normalne
fiziološke procese i uzrokuju druga
oštećenja. Takve tvari nazivamo: otrov ili toksikant.
Toksini su otrovi živih organizama, a
mogu biti bakterijskog (bakteriotoksini),
gljivičnog (mitotoksini), životinjskog
(zootoksini) i biljnog (fitotoksini)
podrijetla. Otrovnost ili toksičnost neke kemijske
tvari je njena osobina da može izazvati
štetne toksične učinke u organizmu. Toksicitet ili stupanj otrovnosti
označava se kao količina otrova koja
ubija 50 % otrovanih jedinki. To je tzv.
50 % letalna doza odnosno kraće LD50.
Kod trovanja pojedinog organizma treba
voditi brigu ne samo o količini,
koncentraciji i otrovnosti, već i o
vremenu izloženosti (ekspozicije) otrovu.
Dugu ekspoziciju otrovu nazivamo kroničnim trovanjem, dok je naglo
izlaganje tijela otrovu – akutno trovanje.
Kronično trovanje nekim otrovima može
uslijediti i kod relativno niskih tzv.
subtoksičnih doza, ako djeluju dulje i ako
se u organizmu nakupljaju.
Najvažniji toksini teški metali odnosno kovine su:
-Cd kadmij,
-Hg živa,
-Pb olovo,
-Mo molibden,
-As arsen,
-Co kobalt,
-Ni nikal,
-Cu bakar,
-Cr krom,
-Zn cink.
Za otrove koji se nalaze u okolišu vrlo je važna njegova postojanost ili, tj.
njegova sposobnost na razgradnju (degradaciju) u manje toksične i netoksične
produkte tzv. detoksikacija. Otrovi se mogu razgraditi djelovanjem ultraljubičastih
zraka sunčeve svjetlosti (fotolitički), vodom (hidrolitički), toplinom (termolitički) i
djelovanjem mikroorganizama. Vrijeme potrebno da se koncentracija određene
otrovne tvari prisutne u okolišu smanji za 50 % nazivamo poluživotom. Pojedini
otrovi imaju naročito izraženu sklonost nakupljanja (bioakumulacija) u pojedinim
tkivima i organima živih organizama, koji su ušli bilo zbog njegove neposredne
izloženosti tim tvarima ili posredno, konzumacijom hrane (Sl. 3.12). Djelovanje otrova i zračenja na okoliš
Jasno je da su od velike važnosti učinci onečišćenja okoliša koje opažamo u
ljudi odnosno na biljkama i životinjama koje su od gospodarstvenog i drugog značenja
čovjeku. Međutim, ništa manje nisu važne promjene koje nastaju u pojedinim
dijelovima prirode odnosno u biosferi. Posljednjih godina posebno se spominje
štetnost tributil kositra kao iznimno toksičnog spoja koji ima i mutagena svojstva, za
razliku od kositra koji kao kovina nije štetan. Ovaj spoj se koristi u bojama za
premazivanje podvodnih dijelova trupa, ne samo trgovačkih i ratnih brodova, već i
ribarskih i sportskih plovila. Zračenja su poseban problem onečišćenje biosfere, osobito nakon primjene
atomskih bombi krajem 2. svjetskog rata kao i u vrijeme hladnoga rata pri izvođenju
brojnih pokusnih atomskih eksplozija. Procesima nuklearne fisije čovjek je uspio
dobiti oko 200 radioaktivnih izotopa, od kojih se neki nisu nalazili u biosferi.
Radioaktivnošću, koja se javlja raspadanjem jezgara nekih kemijskih elemenata,
nastaju drugi elementi uz emisiju čestica kod alfa-zračenja i beta-zračenja ili
elektromagnetskih zraka kod gama-zračenja.
Ubrzano onečišćenje okoliša preopteretilo je prirodni okoliš brojnim
kemijskim spojevima. Primarna mjesta onečišćenja u biosferi su zrak, voda i tlo.
Biljke i životinje žive u sve više zagađenijem okolišu. Te tvari dospijevaju iz okoliša
u biljni ili životinjski organizam. Biljke koje rastu na onečišćenom tlu i same postaju
onečišćenima. Korijenskim sustavom odnosno lišćem biljke apsorbiraju štetne tvari.
Najčešće su to sredstva za zaštitu bilja, tj. pesticidi. Mnogi od pesticida ne oštećuju
selektivno samo ciljanu vrstu, npr. krumpirovu zlaticu ili korov, nego djeluju na cijelu
biljku i na njezine dijelove. Biljke se truju i većim količinama teških kovina – olova,
kadmija, žive, bakra na primjer, ali i otrovnim plinovima iz atmosfere.
36
Putovi i način onečišćenja (kontaminacije) životinja iz okoliša u principu su
slični kao i u biljaka. Životinje ili čovjek mogu se zatrovati primitkom otrova preko
dišnog, probavnog i pokrovnog sustava, dakle preko škrga ili pluća, probavila i kože.
Otrovi koji su ušli u tijelo mogu biti razgrađeni različitim postupcima detoksikacije
(npr. u jetri) i/ili oslobođeni iz tijela (npr. bubrezima). Za tijelo su opasni oni otrovi
koji se pohranjuju i nakupljaju u pojedinim tkivima u tijelu (npr. jedna skupina otrova
nakuplja u masnom tkivu, druga u kostima, mišićima, mozgu). Porastom
koncentracije otrova u pojedinom tkivu ono se najčešće oštećuje.
U prirodnim hranidbenim lancima u pravilu se povećava koncentracija
otrovnih tvari. Naime, razina otrova raste u višim karikama hranidbenih lanaca pa
organizmi koji se nalaze na kraju hranidbenog lanca imaju i do 100.000 puta veću
koncentraciju otrova od početne (npr. porast koncentracije pesticida DDT-a ili diklordifenil-trikloretana u raznim hranidbenim lancima).
Dakle, hrana uzgajana u onečišćenoj biosferi i sama je više ili manje
onečišćena. Zato se sve više proizvodi hrana bez uporabe pesticida, bez umjetnih
gnojiva, što dalje od prometnica – po posebnim biološkim (ekološkim) načelima. U
svijetu se danas proizvodi na taj način samo 2 do 3 % sveukupne hrane. Sretna je
okolnost što se značajna količina otrova razgradi u biosferi djelovanjem Sunčeve
svjetlosti (fotoliza), u reakcijama s vodom (hidroliza), djelovanjem topline (termoliza)
ili djelovanjem različitih mikroorganizama (mikrobiološka razgradnja). Kao što smo
već spomenuli i organizmi životinja i čovjeka imaju stanovite mogućnosti razgradnje
(detoksikacije) otrova.
4. UZROCI ONEČIŠĆENJA OKOLIŠA
Razvoj ljudskog društva glavni je uzrok promjena i globalne devastacije
okoliša. Stanovništvo ima značajan utjecaj na društveno-gospodarski razvoj, posebice
na stanje okoliša pri čemu gustoća naseljenosti uvjetuje "gustoću" ljudskih aktivnost.
To izaziva potrebu korištenja prirodnih dobara, stvara onečišćenje, odnosno čini
pritisak na okoliš. 20. stoljeće je donijelo dramatične promjene u pogledu veličine i
vrste djelovanja na okoliš. Uzrok tome su dva temeljna čimbenika:
1. nagli rast stanovništva i različiti problemi koje je taj rast izazvao,
2. nagli razvoj industrije.
Osim ljudske aktivnosti koja djeluje na onečišćenje okoliša (antropogeni
uzročnici), i prirodne pojave mogu bitno utjecati na onečišćenje okoliša. Pri tome je
nužno istražiti da li su te pojave prouzrokovane aktivnošću ljudi ili su dio evolucije
Zemlje (Sl. 4.1). Slika 4.1. Utjecaj čovjeka na kopnene ekosustave (iz: Glavač, 2001)
Suvremeno čovječanstvo susreće se s dva temeljna problema okoliša. To su:
1. onečišćenje;
2. prekomjerno iskorištavanje prirodnih dobara.
Pod pojmom onečišćenje okoliša razumijevamo kvalitativnu i kvantitativnu
promjenu fizikalnih, kemijskih i bioloških karakteristika osnovnih komponenata
okoliša (voda, zrak, tlo, bioraznolikost), što dovodi do narušavanja ekosustava,
temeljenih na mehanizmima samoregulacije. Te promjene djeluju danas, ali i ubuduće,
38
na pogoršanje zdravstvenih, gospodarstvenih i drugih uvjeta života. Problem štetnih
čimbenika u okolišu sve više opterećuje suvremeno čovječanstvo. Porastom
proizvodnje u posljednjih 100 godina množina raznolikih štetnih tvari nadmašila je
množinu tih tvari nastalih u proteklih nekoliko tisuća godina.
Nekad je prevladavalo pretežito biološko onečišćenje, a danas uglavnom
kemijsko i fizičko. Suvremena industrijska proizvodnja, razvijen promet (kopnom,
vodom, zrakom) te agrokemijske i agrotehničke metode dovode do univerzalnog i
dugotrajnog onečišćenja. Ono je jače izraženo u industrijski razvijenim zemljama,
koje proizvode veće količine raznih onečišćivača, ali se u tim zemljama poduzimaju i
izvjesne (relativno skupe) mjere zaštite. Usprkos tome, suvremeno onečišćenje
okoliša po opsegu i trajnosti prelazi lokalne okvire i postaje svjetskim problemom.
Globalni i univerzalni oblici onečišćenja vidljivi su u općem onečišćenju naše
atmosfere, rijeka, jezera i mora te tla i hrane. Onečišćenje ne poznaje državne granice.
Štetne i otrovne tvari rasprostiru se strujanjem zraka, vodotocima i hranidbenim
lancima s jednog mjesta na drugo. Takve tvari otpuštene u jednom mjestu nerijetko
djeluju štetno daleko od izvorišta onečišćenja. Stoga danas u svim akcijama zaštite
okoliša treba djelovati globalno.
Ugroženost okoliša prirodnim pojavama možemo definirati pojmom prirodni hazard (engl. Natural hazard). Definicija prirodnog hazarda prema UNESCO-u (United
Nations Educational, Scientific and Cultural Organisation) je događanje potencijalno
štetnih fenomena unutar određenog vremena i u određenom prostoru. Osim prirodnog
hazarda postoji i antropogeni hazard (engl. Antropomorphic hazard) koji je češći u
gusto naseljenim područjima.
Postoji više različitih podjela onečišćivača, pri čemu se rabe različiti kriteriji
kao što su kemijska priroda, svojstva, izvori, mjesta djelovanja, učinci i dr. Primarno mjesto onečišćenja:
VODA, ZRAK, TLO, HRANA Priroda onečišćenja:
KEMIJSKA (anorganska i organska)
FIZIČKA (plinovita, tekuća, kruta, radioaktivna)
BIOLOŠKA (mikroorganizmi, gljivice, toksini) Izvori onečišćenja:
PROIZVODI IZGARANJA GORIVA
INDUSTRIJSKI PROIZVODI
KOMUNALNI OTPAD
POLJOPRIVREDNI PROIZVODI
PROIZVODI MIKROORGANIZAMA
DJELOVANJE RATNE TEHNIKE Učinci onečišćenja:
NA ATMOSFERSKE PROCESE
NA PROCESE U VODI
NA KOROZIJU METALA
NA MIKROORGANIZME
NA BILJKE
39
NA ŽIVOTINJE
NA ČOVJEKA
NA DEGRADACIJU EKOSUSTAVA
Zbog toga se uzročnike onečišćenja okoliša može podijeliti na:
1. prirodne uzročnike (potresi, erupcije vulkana, oluje, poplave i požari)
2. antropogene uzročnike (porast stanovništva, razvoj industrije, prometa i
poljoprivrede). 4.1. PRIRODNI UZROČNICI
Prirodne pojave ugrožavaju i remete odnose u okolišu. Elementarne nepogode
oduvijek su bile velika opasnost za ljude i njihova materijalna dobra. Dok su nekada
elementarne nepogode bile izazvane isključivo evolucijom zemlje, danas na te elementarne
nepogode utječe i ljudska aktivnost. Elementarne nepogode odnose sa sobom mnoge ljudske
živote i pričinjaju veliku materijalnu štetu. Sve prirodne uzročnike iniciraju endogenetske i
egzogenetske sile.
Prirodne sile koje uzrokuju hazard mogu se većim dijelom poistovjetiti s
geološkim silama pa se rabi izraz geološki hazard (engl. geohazard). Taj pojam se
može definirati kao frekvencija ili broj događaja koji se zbivaju u određenom
vremenskom razdoblju. Zbog tog hazarda godišnje štete u globalnoj ekonomiji
procjenjuju se na oko 50 milijardi USA dolara. Od toga 2/3 su stvarne štete, a 1/3 su
troškovi prevencije od mogućih šteta. Povećanje šteta zbog prirodnih i antropogenih
uzročnika je oko 6 % godišnje prema UNDRO-u (Unated Nations Disaster Relief
Organization). Prirodni uzročnici izazivaju posebice velike štete u zemljama u razvoju.
Npr. u razdoblju 1960-1990, zemlje centralne Amerike gube u prosjeku 2.7 % bruto
nacionalnog dohotka, a USA oko 1 %. Razlika se može protumačiti boljom
prevencijom.
Hazard se definira kao vjerojatnost pojavljivanja potencijalno štetnih prirodnih
pojava, a rizik je očekivani stupanj gubitka kod pojavljivanja hazarda. Sve prirodne
pojave (klizanja, potresi, vulkani, poplave, itd.) koje nepovoljno utječu na ljude ili
ljudske aktivnosti, u smislu izazivanja nesreća, smatraju se prirodnim hazardima. Npr.
ukupna šteta nastala klizanjima u SAD premašuje prosječne gubitke nastale potresima.
Procijenjeno je da gubici izazvani klizanjima čine jednu četvrtinu ukupnih gubitaka
prouzročenih prirodnim hazardima. Prirodni hazardi su sve brojniji i intenzivniji
usprkos brojnim istraživanjima u okviru tehničkih, prirodnih i socijalnih znanosti.
Razlog tome je rast populacije i urbanizacija prostora.
Geohazardi mogu biti složeni i uzrokovati niz drugih hazarda, npr. potresi
uzrokuju likvefakciju, pokrete masa niz padine i tsunamije. Geohazardi mogu varirati
pa se neki događaju u kratkom vremenskom razdoblju i brzi su (npr. potresi i klizanja)
dok se drugi odvijaju postupno i u određenom vremenskom razdoblju (npr. erozija tla
i slijeganja terena prouzročena crpljenjem podzemne vode). Neki geohazardi usko su
vezani uz ljusku aktivnost (npr. zagađenje podzemne vode i slijeganje terena kao
posljedica rudarenja) pa je i njihov utjecaj teško odvojiti od utjecaja čovjeka.
Odnosno, ljudski utjecaj na prirodu često povećava učestalost prirodnih hazarda.
S rastom svjetske populacije rastu i rizici od prirodnih hazarda. Ipak, ljudi i
dalje žive u područjima geohazarda, unatoč poznatom stupnju rizika jer nemaju
drugog izbora. Budući da područja visokog hazarda zahtijevaju stalnu zaštitu i
40
određena ulaganja to je moguće postići u društvima koja su dovoljno bogata i u
kojima su vlasti to voljne činiti.
Endogenetski uzorčnici Endogenetske sile, kao što je seizmička aktivnost i erupcija vulkana, mogu
imati izrazito velik negativan utjecaj na okoliš, a također prouzročiti velike štete na
građevinama i ljudske žrtve. Međutim, treba naglasiti da endogenetski procesi
iniciraju promjenu intenziteta djelovanja egzogenetskih sila. Seizmičnost Potresi su jedna od najvećih endogenetskih opasnosti u kojima ginu brojni
ljudi i stradavaju materijalna dobra. Međutim, većina potresa se zbiva na rubovima
litosfernih ploča. Kod toga se većina ili 80 % potresa zbiva u cirkupacifičkom pojasu,
a oko 15 % u mediternasko-transazijskom području(15 %) (Sl. 4.2) Sl. 4.2. Epicentri registriranih potresa od 1963. do 1998. godine (Wikipedia)
Od polovice 18. stoljeća bilo zbilo se niz potresa od kojih su neki imali
katastrofalne posljedice s brojnim ljudskim žrtvama.
1755. Lisabon (Portugal)
1811. i 1812. New Madrid (USA)
1902. San Francisco (USA)
1908. Mesina (Italija)
1920. Pokrajine Kansu i Šansi (Kina)
1923. Tokio i Jokohama (Japan)
1950. Assam (Indija)
1960. Agadir (Maroko)
1960. Obala Čilea
1964. JZ Aljaska (USA)
1976. Guatemala
1976. Tangshan (Kina)
41
1976. Furlanija (Italija)
1985. Mexico City (Meksiko)
1988 Erevan (Armenija):
1995. Kobe (Japan)
1998. Afganistan
1999. SZ Turska
2001. Gujarat (Indija)
2003. Bam (Iran)
2004. Sumatra (Indonezija)
2011. Honshu (Japan)
Potresi veće oslobođene energije u hipocentru izazivaju veće rušilačke efekte
na površini. Potresi intenziteta preko VI0 MCS ljestvice u već uzrokuju štete na
objektima, dok oni od XII0 uzrokuju posvemašna rušenja i mijenjanje reljefa (Sl. 4.3). Sl. 4.3. Gruba usporedba intenziteta i magnitude potresa (Wikipedia)
S obzirom da je predviđanje potresa još uvijek vrlo nepouzdano, važna je
prevencija, tj. gradnja objekata mora biti u skladu s očekivanim magnitudama potresa.
One se dobivaju tako da se analiziraju postojeći podaci (historijski i mjereni) o
prethodnim zabilježenim potresima u nekom području. Na temelju toga radi se
seizmičko zoniranje (mikrozoniranje) područja. Seizmička područja su naravno
vezana uz tektonski aktivna područja. Nevezane stijene (šljunci, pijesci), ali i visoka
razina podzemne vode uvjetuju jaču manifestaciju potresa. Likvefakcija je pojava
potpunog gubitka čvrstoće sitnozrnastih pjeskovitih sedimenata tako da oni u jednom
trenutku prelaze u tekuće stanje. Ta pojava može uzrokovati istiskivanje takvog
materijala i veliko ukupno i diferencijalno slijeganje pa stoga tonjenje i rušenje
građevina na takvim lokacijama.
Problem predviđanja (prognoziranja) potresa također je posebno pitanje na
kojem se intenzivno radi. Za pouzdanu prognozu potresa potrebno je točno znati tri
parametra: vrijeme pojave, mjesto (epicentar) pojave i intenzitet pojave.
Temelj modernog seizmičkog projektiranja je uključivanje očekivanih
parametara, odnosno akceleracije prouzročene seizmičkim silama u proračun
dinamičke stabilnosti konstrukcije neke građevine. Nadalje, projektni seizmički
parametri danas se računaju za očekivane maksimalne potrese.