CHIMIA MEDIULUIPlan tematic de curs 1. Introducere. Mediul inconjurator 2. Monitoringul starii mediului. Metode de analiz a substanelor poluante 3. Circuitul substanelor n biosfer 4. Procese electrochimice n atmosfer 5. Solul i poluarea ecosistemelor solului 6. Chimia i ecologia apelor 7. Aciunea toxic a substanelor poluante 8. Procese chimico-biologice n apele uzate 9. Metode fizico-chimice i mecanice de tratare i epurare a apelor Bibliografie 1. Cojocaru, I., Surse, procese i produse de poluare, edit HGA, Bucureti, 1997 2. Cotru, M:, Proca, M., Toxicologie analitic, rdit Medical, Bucureti, 1988 3. Duca, Gh. i al., Chimie ecologic, edit Matrix Rom, Bucureti, 1999 4. Hura, C., Poluarea chimic a alimentelor i sntatea, edit. Socom Hermes, Iai, 1997 5. Negulescu, M., Protecia mediului nconjurtor, edit. Tehnic, bucureti, 1995 6. Negulescu, M. i al., Epurarea apelor uzate industriale, edit. Tehnic, Bucureti, 1968 7. Popovici, E., Studiul mediului nconjurtor. Dimensiuni europene, edit. Univ. Al.I.Cuza , Iai, 1996 8. Ramalho, R.S., Introducere n tehnologia tratrii apelor reziduale, edit. Academic Press, New York, 1997 9. Ru, C., Crstea, S., Poluarea i protecia mediului nconjurtor, edit. tiinific i Enciclopedic, Bucureti, 1987

1

Introducere. Mediul inconjurator

Cercetrile tiinifice din domeniul proteciei mediului trebuie s fie indreptate spre micorarea urmrilor negative posibile a diferitelor activiti i spre elaborarea unor metode efective de purificare a emisiilor gazoase, apelor reziduale i deeurilor solide , elaborrii normelor de influen permis asupra ecosistemelor naturale. Sunt necesare date despre aceea cum se comport, ce transformri sufer i la ce urmri duc diversele substane chimice ce ajung n biosfer. De la constatrile schimbrilor ce se petrec n natur este necesar s se treac la prognozarea lor i la reglarea calitii mediului ambiant. Totoadat, metodele tradiionale de analiz fizicochimic i chimico-biologic servesc la aprecierea strii i caracteristicilor dinamice ale ecosistemelor naturale. n aceast situaie crete rolul chimiei n protecia naturii. Ca urmare, se impune ecologizarea produciei chimice, aplicarea metodelor i realizrilor chimiei n rezolvarea problemei purificarii apelor reziduale, i emisiilor gazoase, utilizarea i prelucrarea deeurilor cu aplicarea metodelor fizico-chimice pentru aprecierea nivelului de poluare i a concentraiilor maximal admisibile ale poluanilor. n afar de aceasta, trebuie de avut n vedere c la baza proceselor vitale, ca i la baza schimbrii componenei chimice a mediului ambiant, st actul chimic, care reprezint transformarea substanelor iniiale n produsele lor metabolice sau finale. Orice proces chimico-biologic reprezint totalitatea actelor chimice ce determin mecanismul procesului. n mod corespunztor, pentru descrierea i gestionarea dinamic-echilibrat a ecosistemelor n condiiile creterii activitii antropice este necesar cunoaterea mecanismelor chimice de interaciune dintre om, mediu i sistemele ecologice. Aspectul biologic al acestei interaciuni este studiat de ecologia chimic, ca "tiin despre interaciunile chimice ntre organismele vii sau dintre natura vie i cea moart" (Barbie). Aspectul chimic al acestor interaciuni este

2

legat de compoziia calitativ i cantitativ a impuritilor chimice i de transformrile lor n mediul ambiant. Aceste probleme sunt de competena chimiei ecologice. Termenii de ecologie chimic i chimie ecologic subliniaz legtura dintre chimie i ecologie, fiecare din ele contribuind cu domeniul tiinific propriu. Ecologia din tiin despre legitile de interaciune a organismelor vii cu mediul ambiant, s-a transformat n tiina despre structura naturii. Chimia, ca tiin despre structura substanelor i transformrile lor, descrie compoziia i proprietile mediului ambiant la nivel atomo-molecular. Ambele discipline, completndu-se una pe alta, sunt chemate s pun bazele tiinifice ale utilizrii i ocrotirii naturii, s contribuie la optimizarea interaciunii omului cu natura. n aspectul celor spuse, chimia ecologic trebuie considerat ca tiina despre procesele ce determin compoziia i proprietile chimice a mediului ambiant, adecvat valorii biologice de abitare. La baza chimiei ecologice st examinarea proceselor din mediul ambiant sub aspectul lor chimic, lund n consideraie influena aciunilor antropice asupra componenilor biotici i abiotici ai mediului. Starea mediului ambiant poate fi apreciat dup totalitatea parametrilor fizicochimici. Sub influena aciunilor antropice pot aprea schimbri att a parametrilor fizici (temperatur, intensitatea luminii, parametri hidraulici i de difuzie) ct i a compoziiei chimice a mediului. La cercetarea compoziiei chimice a mediului este necesar s se aib n vedere dou situaii posibile. Prima este aceea cnd coninutul substanei analizate este determinat de procese fizico-chimice echilibrate. Coninutul acestor substane n mediu este stabilit de factorii geochimici i de poluarea de fon, caracteristici pentru regiunea dat. Al situaie se ntlnete cnd coninutul substanei este determinat de viteza de intrare i de dinamica "pierderii" ulterioare (transportul de mas, transformrile chimice, biodegradarea etc.). La instalarea echilibrului viteza de intrare i viteza "pierderii" sunt egale i atunci n sistem se stabilete o situaie staionar. n acest caz concentraia "momentan" a substanei n mediu este puin informativ deoarece n urmtorul "moment" ea va fi alta. De aceea pentru caracterizarea compoziiei mediului, este necesar cunoaterea parametrilor cinetici de formare i transformare a substanelor sau efectuarea unui control nentrerupt a coninutului lor. n limitele unei astfel de examinri

3

"cinetice", se deschide posibilitatea de a prognoza comportarea substanelor n mediul ambiant i consecinele aciunilor antropice asupra strii mediului ambiant. Chimia ecologic este strns legat cu alte materii tiinifice:

Dup cum se vede, disciplinele tiinifice, care stau la baza formrii chimiei ecologice sunt: chimia fizic, cinetica chimic, chimia analitic i biochimia. Includerea acestor discipline nu lipsete chimia ecologic de posedarea unor particulariti proprii despre procesele din mediul ambiant. Ea este chemat s descrie dinamica proceselor ecochimice din mediul ambiant, prognoznd i reglnd problemele ecologice, rezultate ale aciunilor antropice asupra mediului ambiant. n domeniul de studiu a chimiei ecologice se gsesc urmtoarele direcii: 1) elaborarea recomandaiilor cu scopul diminurii nivelului de poluare chimic a mediului cu cele mai nocive substane. 2) perfecionarea proceselor tehnologice de prelucrare a materiei prime, utilizarea deeurilor, purificarea emisiilor gazoase i a apelor reziduale. 3) prognozarea comportrii impuritilor chimice n mediul ambiant sub influena factorilor naturali i antropici. 4) prelucrarea metodelor de dirijare a strii obiectelor mediului natural n plan 4

practic se pot indica 3 probleme principale ale chimiei ecologice, de rezolvarea crora depinde protejarea mediului ambiant. Prima i cea mai important problem este modificarea i schimbarea tehnologiilor, ndreptarea lor spre diminuarea cheltuielelor energetice i a cantitilor de deeuri, atingerea minimului de emisii n atmosfer i hidrosfer. Este vorba despre aplicarea unor tehnologii avansate i modificarea tehnologilor existente, lund n consideraie nu n ultimul rnd protecia avea loc pe dou ci: 1. Ingenereti (folosirea combinat a materiei prime, producerea bunurilor fr deeuri, reciclarea apei, .a.); 2. Chimico-tehnologice (ridicarea selectivitii i optimizarea proceselor, desfurarea reaciilor n alte condiii, elaborararea noilor catalizatori, ecologizarea unor etape separate ale proceselor .a.). Cea de-a doua problem o constituie purificarea gazelor de emisie i a apelor reziduale. Cheltuielele de tratare a deeurilor depind de nivelul de purificare. Exist o anumit limit a epurrii, determinat de economie, dup care ntreprinderea devine nerentabil. Apare problema creterii eficacitii instaliilor de epurare, concomitent cu micoarea cheltuielilor de purificare. Rolul chimiei n acest caz devine foarte important i posibilitaile nu sunt epuizate. Este vorba att despre tratarea deeurilor industriale, ct i despre purificarea apelor reziduale comunale i utilizarea deeurilor menagere. Problema a treia este legat de influena substanelor poluante asupra mediului ambiant. Aici apar dou aspecte: pe de o parte toxicitatea substanelor poluante care ptrund n mediul ambiant, iar pe de alt parte migrarea i transformarea substanelor sub influena factorilor naturali. Rolul chimiei ecologice const in evaluarea vitezei de transformare a a substanelor poluante n funcie de factorii de mediu. Parametrii cinetici pot fi folosii n modelele de prognozare a comportrii substanelor poluante n mediul ambiant. mediului. Rezolvarea acestei probleme poate

5

Biosfera i originea vieii pe Pmnt Apariia vieii pe Pmnt este strns legat de evoluia planetelor. De aceea, pentru a discuta aceast problem vom ncepe cu apariia sistemului solar, care a avut loc cu aproximativ 5,5 miliarde de ani n urm. Noile cercetri din domeniul astrofizicii permit avansarea ipotezei unei explozii iniiale, urmat de condensarea substanei interstelare. Astfel interaciunea forelor centrifuge i de gravitaie a dus la concentrarea i stratificarea substanelor cu formarea Soarelui i a norilor gazoi, considerai precursori ale viitoarelor planete. Pe Soare, n condiiile comprimrii dense i temperaturilor nalte, au nceput procese termonucleare nsoite de degajarea unei cantiti mari de energie n form radioactiv i a ntregului spectru de radiatii electromagnetice. Temperatura Soarelui n interior atinge 15 000 000 K, iar la suprafa temperatura plasmei ajunge pn la 6 300 K. n procesul comprimrii gravitationale substana stratificat pe orbite s-a concentrat, determinnd formarea planetelor la distane diferite de soare. n funcie de distana de soare, compoziia chimic a planetelor difer. Cele mai deprtate planete (Pluton, Neptun, Uranus) reprezint concentrarea celor mai uoare elemente i a unor substane chimice simple, ca de exemplu: hidrogen, heliu, amoniac, ap, metan, diferii oxizi i hidroxizi. Temperatura pe suprafaa acestor planete este de 40-55 K. Atmosfera lor (n afar de Pluton, cruia i lipsete atmosfera) este alcatuit n special din heliu i hidrogen. Mercur, planeta cea mai apropiat de Soare, este format n deosebi din elemente grele. Pe planeta Mercur lipseste de asemenea atmosfera. Suprafaa acestei planete este supus fie aciunii radiaiei solare, cnd temperatura se ridic pn la cteva sute de grade, fie, dimpotriv, aciunii temperaturii joase a cosmosului. Temperatura medie de 400K face inadmisibil existenta vieii pe aceast planet. Venus, "planeta furtunilor", este situat la o deprtare de 110 milioane km de la Soare. Atmosfera dens a acestei planete conine o mare cantitate de bioxid de carbon (90%). Aici, din cauza puternicului "efect de ser", temperatura atinge 700K ,iar 6

presiunea se ridic la aproximativ 300 atmosfere. Apa ca atare lipsete practic iar norii atmosferici sunt constituii din acid sulfuric sub form de cristale, fapt cruia i se atribuie efectul de strlucire deosebit a lui Venus pe bolta cereasc. Pe Marte (230 milioane km deprtare de la Soare) se ntlnete un alt tablou. Temperatura medie pe suprafaa planetei este de 200K i are o atmosfer foarte rarefiat. Apa, a crui coninut n atmosfer este destul de mic, se gsete fie sub form de cureni reci fie sub form de "cciulie" polare de zpad. Pentru planeta Pmnt, condiiile s-au dovedit optime: situat la distana de 50 milioane km de Soare i incluznd practic totalitatea elementelor chimice dintre care cel mai rspndit este oxigenul. Oxigenul reprezint 89% din cantitatea total de ap i 50% din masa de baz a scoarei terestre (alctuit din nisip, argil, calcar, roci, minerale, metale, etc.). Aspectul cel mai important este acela c pe Terra exist o cantitate mare de ap care, datorit regimului de temperatur, se prezint n toate cele trei stri de agregare. Vrsta Terrei numar n prezent 4,6 miliarde de ani. Dup scara geologic Kaldar ("Pmntul nelinitit", 1975), conform careia 100 milioane de ani se privesc ca un singur "an", Pmntul are n prezent 46 de ani. Anul naterii Pmntului este determinat pe baza msurrii coninutului izotopilor de Pbnrocile strvechi, care conineau U-238. Pmntul iniial era cu totul altfel dect n prezent. Se presupune c activitatea vulcanic era foarte intens. Gazele eliminate prin erupii vulcanice n decursul primilor 500 milioane de ani de existen ai planetei conineau hidrogen, vapori de ap, metan, CO2 i compui ai sulfului. Vaporii de ap i substanele gazoase eliminate au contribuit treptat la formarea atmosferei dense din jurul Pmntului care se rcea. Condensarea vaporilor de ap, ce a dus la formarea oceanului mondial, a avut loc cu 4 miliarde de ani n urm. Procesele de evaporare a apei i cderea ei pe uscat sub form de precipitaii, apoi ntoarcerea n ocean (ciclul hidrologic) au dus la dizolvarea multor sruri minerale. Dizolvarea n ap a CO2, cu formarea carbonailor insolubili, constituie un proces pentru generarea diferitelor tipuri de precipitate. De asemenea se dizolv n

7

ap i alte gaze atmosferice, iar cele mai uoare (hidrogenul, heliul) disipeaz cu timpul n cosmos. Cea mai important particularitate a atmosferei timpurii a Pmntului este lipsa oxigenului liber. Acesta nu putea s se acumuleze n atmosfer, n condiiile unei intense activiti vulcanice, din cauza cantitilor mari de gaze cu proprieti reductoare (H2, CH4, H2S .a.) i mai ales datorit prezenei n ap a unor concentraii ridicate de ioni metalici n stare redus (ndeosebi ioni Fe2+). Se poate imagina un reactor chimic gigantic, gaz-lichid, reprezentat de atmosfera Pmntului i oceanului planetar, prin care radiaia solar ultraviolet ajungea aproape fr piedici la suprafaa pmntului. Pe fondul unor radiaii ionizante intense in condiiile temperaturilor nalte (1170-1370 K), cauzate de descrcrile electrice din atmosfer i de activitile vulcanice, se nfptuiau, n reactorul imaginar, nenumrate reacii chimice. Nu este de mirare faptul, dovedit i prin experienele similare n laborator, c n condiii anaerobe, sub inluena tuturor acestor factori, decurgeau efectiv procese abiotice de suntez, din gaze simple, a diferitor substane chimice, inclusiv a unor compui organici cu hidrocarburi, aldehide, acetone, aminoacizi i acizi carboxilici. Ca rezultat al evoluiei chimice a materiei, a circuitului compuilor organici, se formau compui cu structuri tot mai complicate, cauzate de lipsa proceselor de destrucie a compuilor organici ce decurgea cu formarea bioxidului de carbon i a apei aa cum are loc astzi n atmosfer, n prezena oxigenului. Sub aciunea luminii UV, ca rezultat al ruperii legturii i a procesului de ionizare se petrecea descompunerea moleculelor n diferite fragmente (radicali liberi), ce serveau ca material de construcie pentru formarea altor compui. Astfel, energia radiaiei solare se acumula treptat sub form de substan organic cu o structur tot mai complicat. Procesul destructiei substanelor organice n mediu apos, sub influena razelor ultraviolete dure, nu decurge att de energic ca n atmosfer, astfel nct concentraia staionar a substanelor organice n condiiile formrii i distrugerii lor a fost probabil considerabil. Astfel avea loc selectarea abiotic a moleculelor n

8

direcia complicrii structurii moleculare i acumulrii n ocean a celor mai rezistente din ele. Dup relatrile specialitilor i innd cont de randamentele cuantice cunoscute din reaciile fotochimice de sintez ale amino- i oxiacizilor din gaze simple, coninutul substanelor organice n apele Oceanului "primitiv", puteau ajunge pn la 1 %. n orice caz, concentraia substanelor organice, s-a dovedit a fi de ajuns pentru apariia i meninerea, n primele stadii de evoluie, a primelor forme de via. Dup Folsom (1982), naterea pe cale chimica a macromoleculelor ce se reproduceau i transmiteau informaia "ereditar" a avut loc cu 3,8 miliarde de ani n urm: aceasta este vrsta rocilor care au pstrat rmiele microorganismelor primitive. Dup scara Kaldar, Terra ar fi avut atunci, numai 8 "ani". De atunci, viaa n Ocean a nceput sa se dezvolte energic, la aceasta contribuind foarte mult concentraia ridicat a diferitelor substane dizolvate. Prin urmare aciunea radiaiei solare, factorul mutagen puternic, a iniiat evoluia vieii pe Pmnt. La nceput, "viaa" lua din mediul ambiant totul de-a gata, energia fiind obinut prin asimilarea substanei organice rezultat din suntezele abiotice. De exemplu organismele heterotrofe, nefotosintetizatoare, n special bacteriile. Au aparut apoi i bacteriile autotrofe fotosintetizatoare, ce au utilizat energia luminii solare pentru a oxida n ap gazele solubile. n calitate de oxidani, aceste bacterii au folosit CO2, N2, SO42-, NO3- i ali compui bogai n energie. Ca donori de electroni au servit CH4, NH3, H2S i unele substane organice solubile n ap. Cu aproximativ 3,5 miliarde de ani n urm, potrivit unor legi obiective ale evoluiei vieii biologice, unele bacterii s-au "nvat" s foloseasc apa n calitate de donor. Aceasta a dus la apariia organismelor autotrofe fotosintetizatoare ce produc i elimina oxigen molecular n mediul extern. Pn la acest moment oxigenul liber aprea n atmosfer doar pe baza descompunerii vaporilor de ap de ctre radiaia ultraviolet. Rezultatul activitii unor asemenea microorganisme fotosuntetizatoare s-a concretizat restructurarea compoziiei chimice a atmosferei Pmntului. Astfel cianobacteriile sau algele albastru-verzui au nceput s absoarb bioxidul de carbon i

9

s elimine oxigen n atmosfer. La rndul lui oxigenul oxid treptat echivalenii reductori din ap i aer. Momentul trecerii de la atmosfera anaerob (reductoare) la cea aerob (oxidativ) a putut fi stabilizat pe baza resturilor minerale ale organismelor strvechi i datorit schimbrii proceselor de formare a rocilor sedimentare. Procesul de "titrare" a atmosferei a continuat aproare 2 miliarde de ani, principalul consumator de oxigen fiind ioni de Fe2+ dizolvai n cantiti mar in apele oceanului planetar. Compuii solubili ai Fe2+ intrau n compoziia mineralelor scoarei terestre i erau antrenai n procesele migrationale, datorit aerrii i eroziunii. De fapt ionii de Fe2+ au servit drept catalizatori n procesele de oxidare cu oxigen molecular a substanelor cu proprieti reducatoare evidente. Este clar c formarea atmosferei aerobe a Pmntului a nceput atunci cnd toate rezervele de substane reducatoare coninute n ap au fost oxidate i viteza de ptrundere a oxigenului molecular n mediul nconjurtor a depit viteza de reducere a ionilor de Fe sau a altor catalizatori metalici. Coninutul de oxigen din atmosfer a nceput treptat s creasc. Pe parcursul a 1,5 miliarde de ani vieuitoarele Pmntului s-au adaptat la existena n mediul aerob. Apariia oxigenului molecular n atmosfera Pmntului a fost factorul care a contribuit la dezvoltarea organismelor pluricelulare. Speciile de organisme pluricelulare (dintre care multe exist i astzi), descoperite n rezervele prescombrianului superior, atest faptul c geneza lor s-a produs cu aproximativ 700 milioane de ani n urm. Creterea cantitii de oxigen din atmosfer a dus la apariia stratului de ozon care protejaza suprafaa Pmntului de radiaia solar. Acest fapt a determinat o nou direcie n evoluia vieii: cu 400 milioane de ani n urm viaa a ieit pe uscat i suprafaa Pmntului, la cei 42 de "ani", dup Caldar, s-a acoperit cu vegetatie bogat, au aprut animalele. Apariia vegetaiei a intensificat procesul de fotosuntez i compoziia atmosferei a atins n curnd un nivel staionar.

10

Ca rezultat al proceselor activitii vitale, compoziia atmosferei s-a mentinut constant pe parcursul a milioane de ani. Astfel, n timpul evoluiei vieii pe Pmnt, a aprut sistemul chimico-biologic autoreglator, apt s menin condiiile favorabile de existen a vieii n mediul ambiant. Conform ideii intemeietorului nvturii despre biosfer V.I.Bernadschii, "viaa creaz n mediul ei condiiile favorabile de existen". Biosfera (bios - viaa, sfera - sfera) reprezint nveliul planetar denumit regiunea de existen a substanei vii. La baza tiinei despre biosfer st concepia dialectic unic a proceselor intercondiionate i de interconexiune ce se petrec ntre nvelisurile minerale, acvatice i gazoase ale Pmntului. Substana vie are o influen continu asupra naturii moarte, formnd i transformnd aspectul planetei i creind un sistem dinamic unitar. Ipoteza despre existena homeostazei globale presupune prezena n biosfera a mecanismelor circuitului biologic nchis a substanelor i legatura invers, responsabil pentru realizarea strii stabile de echilibru la schimbarea condiiilor exterioare. Elucidarea acestor mecanisme ar fi permis determinarea limitei de rezisten a biosferei, att global ct i pe ecosistemele separate. Imensitatea rezervelor de rezisten ale biosferei este argumentat de episodul petrecut cu aproximativ 65 milioane de ani n urm, cnd Pmntul a fost "bombardat" cu o "ploaie" de meteorii. Ca rezultat al ncendierii pdurilor, a crescut brusc impurificarea atmosferei cu particule de praf, temperatura s-a micorat cu 10C i a fost distrus stratul protector de ozon. Desigur c din "scena" vieii au plecat muli reprezentani ai lumii animale, exemplul tipic fiind dispariia dinozaurilor, ns echilibrul termic i nivelul de radiaie a revenit treptat la starea normal. Planeta Pmnt s-a "ntremat" dup atacul meteoriilor i viaa a nceput din nou s se dezvolte. Cu milioane de ani n urm s-a produs un alt eveniment - apariia omului - care a avut o influien puternic asupra mediului nconjurtor n evoluia vieii pe Pmnt. La nceput omul a fost doar una din verigile lanului ecologic. Contiina lui era

11

ndreptat, n special, dobndirea hranei, aprarea de animalele de prad, cutarea surselor de cldur, adic tot ce exista n natur fr el, dar putea fi de folos i necesar omului. Abia nu de mult (cu 30 "secunde" n urm dup scara Kaldar) odat cu inventarea mainii cu abur, omul a nceput s foloseasc puterea industrial. Din cele mai vechi timpuri omul a ncercat s modeleze natura, ale crei legi aspre trebuiau respectate pentru a supravieui. n ultimele dou secole s-a simit tot mai accentuat, prin comportament i concepie ncercarea omuluiu de a domina natura, de a utiliza n folosul propriu toate bogiile naturale, accentundu-se progresiv conflictul dintre procesele ciclice naturale ale ecosferei si cele liniare ale tehnologiilor create i susinute de civilizaia uman, ajungandu-se astfel la criza economic. Cauzele acestei crize se datoreaz n primul rnd dezvoltrii civilizaiei industriale de la mijlocul secolului al XIX-lea, care a produs modificari profunde i accelerate mediului nconjurtor. Resursele naturale au fost solicitate din ce n ce mai mult, s-au extins suprafeele cultivate i s-au schimat sistemele de cultur, s-au fcut despduriri masive pentru obinerea de mas lemnoas i de tereenuri noi pentru agricultur, s-a intensificat utilizarea punilor, s-a dezvoltat mult exploatarea subsolului. n acelai timp, civilizaia industrial a fcut posibil i necesar o cretere demografic rapid, a nsemnat o puternic dezvoltare a procesului de urbanizare, a creat mari aglomerri umane pe spaii tot mai restrnse, situndu-l pe om n condiii de via cu totul noi. Dobndind posibilitatea de a transforma natura, omul nu i-a pus mult timp problema de a proceda raional, n condiii de echilibru i dezvoltare a pieii. El a sesizat destul de trziu c este creaia i creatorul mediului nconjurtor, care i asigur existena biologic i totodat pe cea intelectual. Exploatarea iraional, n primul rnd a resurselor regenerabile (pduri, flor, faun etc.), apoi a celor neregenerabile (bogii minerale ale subsolului) a accentuat efectul nociv al aciunii omului asupra naturii. Folosindu-se pe scar larg tiina i tehnologia n scopul dezvoltrii industriale, s-a ignorat necesitatea pstrrii n permanen a unui echilibru ntre satisfacerea nevoilor materiale proprii, n continu cretere i protecia tuturor factorilor mediului nconjurtor. Ruperea de ctre om, prin interveniile sale grbite i nu ntotdeauna foarte bine gndite,

12

a echilibrelor naturale este o caracteristic a celei de a doua jumti a secolului XX, dei fenomene izolate au aprut cu mult nainte. O caracteristic a situaiei actuale este aceea c schimbrile din mediul ambiant sunt mai rapide dect timpul de dezvoltare a metodelor de control i prognozare a strii acestuia. n aceast situaie omul doar constat efectele ecologice nefavorabile i nu le poate preveni. Aceasta impune un mod calitativ nou de tratare a mediului ambiant ca sistem chimico-biologic. De exemplu, despduririle pe suprafee mari, cunoscute ca o agresiunea asupra mediului, continu i n prezent. Aceast aciune a omului, a explicat catastrofa produs n anul 1934 n sud-vestul SUA, cnd a avut loc, n cteva minute o mare eroziune eolian, vnturile transformnd n praf circa 300 milioane tone de sol fertil. Pe scurt, mediul, se definete ca fiind natura nconjurtoare n care se afl fiinele i lucrurile. Mai pe larg, mediul reprezint totalitatea factorilor fizici, chimici, meteorologici i biologici dintr-un anumit loc dat, cu care un organism vine n contact. Unitatea dintre organism i mediu este exprimat cel mai bine i mai clar n interaciunea istoric dintre materia vie (organisme) i natura anorganic primar (factori abiotici). Organismele aparinnd unei anumite specii asimileaz n cursul existenei lor unele condiii externe, care devin apoi condiii de via pentru alte specii, fie servindu-le drept hran, fie modificnd componena fizic, chimic i biologic a acestor specii. Mediul abiotic reprezint totalitatea elementelor lipsite de via dintr-un ecosistem. De exemplu: clima (umiditatea, lumina, precipitaiile) macroi microelementele din sol etc. Componentele mediului abiotic asigur dezvoltarea biocenozelor, variaiile cantitative i calitative ale acestora, determinnd modificri n structura i funciile componentelor vii ale ecosistemelor. Mediul biotic reprezint ansamblul factorilor vii dintr-un ecosistem. De exemplu, mediul biotic al unei plante de gru dintr-un lan de gru este format din toate celelalte plante de gru aflate n aceeai poriune a terenului, din roztoarele de cmp, insectele parazite, buruienile, bacteriile i ciupercile din locul respectiv. Factorul biotic este factorul reprezentat prin aciunea unui organism asupra mediului ambiant sau asupra altor organisme. Factorii biotici au determinat ntre organisme diverse tipuri de relaii

13

intraspecifice (relaiile dintre sexe i vrste diferite, fenomenul de teritorialitate) i interspecifice (mutualism, parazitism, prdtorism, concuren). Aceti factori contribuie la autoreglarea i dinamica populaiilor i biocenozelor, avnd un rol determinant mai ales n ecosistemele cu slabe diferenieri sezoniere, cum ar fi cele din zona ecuatorial. n general, organismele aparinnd unei anumite specii asimileaz n cursul existenei lor unele condiii externe, care devin apoi condiii de via pentru alte specii, fie servindu-le drept hran, fie modificnd componena fizic, chimic i biologic a acestor specii. Dezvoltarea, reproducerea i supravieuirea indivizilor depind de gradul n care condiiile de mediu corespund cerinelor fiecriu stadiu din viaa lor. Satisfacerea lor incomplet duce la dezvoltarea anormal i la o slab rezisten a organismelor. Speciile care suport variaii mari ale mediului extern se numesc specii euribionte. Speciile care reclam anumite condiii determinate i strict limitate se numesc specii stenobionte. n fiecare moment viaa unei populaii, a unei specii, modificrile efectivelor lor, nmulirea, supravieuirea, sunt subordonate mediului. De exemplu, posibilitile de rspndire a iepurelui comun (Lepus europaeus) spre zonele nordice ale Europei sunt limitate de temperatura sczut, de umiditatea foarte pronunat etc., n timp ce deplasarea spre sud-est este mpiedicat n primul rnd de lipsa unei hrane consistente. Caracterul relaiilor dintre organisme i mediu depind, n principiu de tipul de metabolism. La plantele i animalele inferioare, metabolismul este puin intens i prezint variaii foarte mari. Nivelul sczut al proceselor energetice i lipsa unei reglri a acestor procese nu asigur meninerea unei activiti stabile i a unei capaciti de a opune rezisten aciunilor nefavorabile ale mediului. Acest fel de organisme depind n mare msur de variabilitatea mediului, fiindu-le propriu un comportament pasiv fa de modificrile factorilor externi. La animalele superioare i la om se manifest cea mai mare autonomie fa de mediu. Astfel, n cazul omului, acesta i construiete n mare msur mediul de via care poate s difere mult de cel natural, fiind realizat dup dorina i gradul de evoluie al societii umane. Datorit capacitii plantelor i animalelor de a extrage i concentra n corpul lor diferite elemente, iar prin migraii de a le transporta la mari distane, rspndirea

14

elementelor chimice pe globul pmntesc i particularitile chimice ale diferitelor regiuni sunt tot mai mult influenate de activitatea vieuitoarelor. Mediul este de asemenea foarte mult influenat de om, att pozitiv (ameliorri, mpduriri, drenri) ct i negativ (poluare, defriri, distrugeri de specii). Poluarea este procesul de alterare a mediilor de via biotice i abiotice precum i a bunurilor create de om, cauzat mai ales de deeurile provenite din activitile umane, de origine menajer, agricol, industrial etc., ct i datorit unor fenomene naturale (erupii vulcanice, furtuni de praf sau de nisip, inundaii etc.). Poluarea a aprut odat cu dezvoltarea primelor civilizaii de tip orenesc. Iniial produsele poluante erau puine, de natur organic i uor biodegradabile de ctre microorganisme (bacterii, ciuperci). Odat cu creterea populaiei umane i cu dezvoltarea tehnicii, poluarea a cuprins teritorii tot mai mari. Totui nu orice modificare a mediului nseamn o deteriorare a acestuia sau poluare. Deteriorarea mediului nconjurtor const n inconsecvena dintre condiiile de mediu i cerinele obiective (biologice, psihologice, economice, sociale etc.) ale omului, fiind provocat nu de modificarea mediului ca atare, ci de apariia unor dezechilibre n cadrul relaiilor dintre om i natur. Deteriorarea mediului de ctre om nu nseamn numai distrugerea echilibrului ecologic, ci i apariia unei reacii inverse din partea mediului astfel modificat asupra omului: noile condiii de mediu sunt mai puin favorabile pentru viaa omului, pentru desfurarea activitii sale econoomice. O lupt pe via i pe moarte are loc n fiecare clip, n toate colurile planetei. O asemenea lupt este invizibil, pn cand se nregistreaz efecte macroscopice majore cum ar fi: dispariia unei specii de plante sau animale, moartea oamenilor bolnavi de astm datorat polurii atmosferei, imposibilitatea tiinei de a gsi remediul pentru boli ca SIDA sau cancerul, lupta devine fi. n rile n curs de dezvoltare, poluarea omoar zilnic 25000 de persoane. Astzi se rspndesc n biosfer un numr imens de deeuri, unele foarte greu biodegradabile (detergeni, pesticide, mase plastice, deeuri radioactive). Mult timp s-a crezut c biosfera are capaciti nelimitate de absorbie i neutralizare a efectelor polurii. Atunci cnd cantitatea de poluanti depete capacitatea de neutralizare a mediului, ecosisemele sufer un proces de degradare, modificrile putnd merge pn la distrugerea lor, la apariia unor zone n ecosistem lipsite de via

15

(de exemplu ruri ntregi sau poriuni a acestora foarte puternic poluate). De aceea problemele dezvoltrii i creterii economice nu pot fi separate de cele ecologice. Economia i ecologia se ntreptrund tot mai mult local, regional, naional i global ntr-o reea de cauze i efecte. Relaia dezvoltare-mediu este o relaie ntre prezent i viitor. Dezvoltarea urmrete satisfacerea nevoilor generaiilor prezente n timp ce protecia mediului este o investiie pentru generaiile viitoare. Dup originea factorilor care provoac poluarea, aceasta poate fi natural i artificial. Poluarea natural este provocat de diverse cauze naturale, cum ar fi: erupiile vulcanice, praful sau nisipul transportat de vnturi etc Poluarea artificial este determinat de om, ca rezultat al activitii gospodreti, agricole, industriale etc. Dup componenta mediului unde acioneaz, poluarea poate fi: atmosferic, acvatic, a solului. Dup natura poluantului, poluarea poate fi: - poluare fizic produs de zgomote, ap nclzit, praf de la fabricile de ciment, particule de crbune i steril de la exploatrile miniere etc.; - poluare chimic produs de eflueni gazoi de la diferite industrii, ionii unor metale grele, pesticide etc.; - poluare biologic produs prin infestarea mediului cu germeni patogeni, eutrofizarea apelor etc.; - poluarea radioactiv produs de exploziile nucleare, scpri de la centralele atomo-nuclear, folosirea de materiale radioactive n industrie, agricultur, medicin etc. Poluarea a devenit o problem ce preocup ntreaga omenire, efectele ei putnd duce la dezechilibre ecologice, la apariia de intoxicaii, la crearea morbiditii, a anomaliilor genetice i psihofuncionale. Prevenirea polurii impune o serie de msuri, cunoaterea strii mediului nconjurtor i a cauzelor care l-au modificat, stabilirea gradului de poluare, stabilirea msurilor necesare pentru remedierea dezechilibrului ecologic creat, aplicarea n practic a msurilor de protecie, prevenire i control.

16

Ecologia este tiina biologic de sintez care studiaz conexiunile ce apar ntre organisme i mediul lor de via, alctuit din ansamblul factorilor de mediu (abiotici i biotici), precum i structura, funcia i productivitatea sistemelor biologice supraindividuale (populaii, biocenoze) i a sistemelor mixte (ecosisteme).

ECOLOGIA

Mediul de via - factori abiotici - factorii biotici - factorii antropici

Organismele vii - plante - animale - oameni

Termenul ecologie a fost creat n 1866, de ctre zoologul german Ernst Hackel. Etimologic termenul ar nsemna studiul fiinelor vii acas la ele, loc de via, habitat. Ecologia s-ar mai putea defini ca tiina habitatelor vieuitoarelor.Aceast tiin a aprut ca urmare a unor necesiti economice a societii omeneti. Exemple:1) defriarea ppdurilor n avantajul creterii suprafeelor agricole a dus la modificarea soluluii i a climei; 2) soluionarea problemei ameliorrii i valorificrii solurilor denaturate a impus soluionarea problemei relaiilor dintre plante i sol; 3) acumularea de capital realizat de societatea capitalist, exploatarea intens a resurselor naturale au provocat numeroase studii de ecologie, biometrie, statistic etc.

17

Ecologia este o tiin interdisciplinar, care folosete simultan cunotinele unor tiine cum ar fi: biochimia, genetica, fiziologia, cibernetica, chimia, fizica, climatologia, geografia, meteorologia, pedologia, morfologia, taxonomia. Astfel au luat natere domenii tiinifice noi cum ar fi: biogeografia, ecomorfologia, ecofiziologia, radioecologia, ecologia uman. Ecologia are dou direcii de cercetare. autoecologia care studiaz relaiile unei specii (populaii) cu mediul; sinecologia care studiaz relaiile biocenozelor i ecosistemelor cu mediul.

Necesitatea protejrii mediului nconjurtor contribuie major la dezvoltarea ecologiei, n primul plan fiind interesul umanitii deoarece se ridic probleme de care depind chiar existen omenirii. Dintre acestea se cita: necesitatea creterii i optimizrii produciei primare; prevenirea i combaterea degradrii mediului n vederea meninerii sntii omului, asigurrii viitorului biologic al omenirii. Cercetrile tiinifice din domeniul proteciei mediului trebuie s fie ndreptate spre micorarea urmrilor negative a diferitelor activiti, spre elaborarea unor metode eficiente de purificare a emisiilor gazoase, a apelor uzate i deeurilor solide, spre stabilirea normelor de influen permis asupra ecosistemelor naturale. n aceast situaie rolul chimiei crete necontenit n aciunea de protecie a naturii. Se impun msuri cum ar fi: ecologizarea produciei chimice, aplicarea msurilor i metodelor chimiei n rezolvarea problemei epurrii apelor uzate i emisiilor gazoase, n utilizarea i prelucrarea deeurilor. Aplicnd metode fizico-chimice se poate aprecia nivelul de poluare i concentraiile maxime admisibile ale poluanilor. n afar de aceasta, trebuie avut n vedere c la baza proceselor vitale, ca i la baza schimbrilor compoziiei chimice a mediului ambiant, st actul chimic, care reprezint transformarea substanelor iniiale n produsele lor metabolice sau finale. Orice proces chimico-biologic reprezint totalitatea reaciilor chimice ce determin mecanismul procesului. Descrierea i gestionarea ecosistemelor, n condiiile creterii activitii antropice, dinamic echilibrat a impune cunoaterea

mecanismelor chimice de interaciune dintre om, mediu i sistemele ecologice. Aspectul

18

chimic al acestor interaciuni este legat de compoziia calitativ i cantitativ a impuritilor chimice i de transformrile lor n mediul ambiuant. Ecologia din tiina despre legile interaciunii organismelor vii cu mediul ambiant, s-a transformat n tiina despre structura naturii. Chimia, ca tiin despre structura substanelor i transformrile lor, descrie compoziia i proprietile mediului ambiant la nivel atomo-molecular. Ambele discipline, completndu-se reciproc contribuie ca baz pentru tiina utilizrii i ocrotirii naturii, optimizrii interaciunii omului cu natura. Chimia ecologic trebuie considerat tiina despre procesele ce determin compoziia i proprietile chimice ale mediului ambiant, adecvat valorii biologice de habitare. La baza chimiei ecologice st examinarea proceselor din mediul ambiant sub aspectul lor chimic, lund n consideraie influena aciunilor antropice asupra componenilor biotici i abiotici.

Aciune antropic

Biodiversitate Biocenoza Mediul ambiant

Parametri fizici

Bioproductivitate

Compoziie chimic

Aciunea antropic asupra mediului ambiant n secolul XX, omul devine una din cauzele principale care duc la transformarea naturii. n aceast situaie, a spera c totul se va rezolva de la sine ar fi pentru civilizaie o

19

superficialitate de neiertat. De la sine totul poate s conduc doar la distrugerea mediului ambiant. Se impune ca necesitile civilizaiei s nu depeasc posibilitile de regenerare a biosferei, dar acest fapt nu se ia tot timpul n consideraie. nsuindu-i i folosind bogiile naturii, omul nu se gndete mereu la toate urmrile aciunilor sale. La mijlocul secolului XX, influena omului asupra mediului ambiant a depit posibilitile de adaptare a biosferei. Ca rezultat, n multe regiuni s-au nclcat echilibrele ecologice, au aprut greuti n asigurarea cu hran i alimente a populaiei, a cresut procentul de oameni afectai de diferite alergii, boli infecioase i cancer. Primejdia impactului antropogen asupra mediului ambiant se exprim prin faptul c rspunsul biosferei nu apare spontan ci dup o perioad oarecare de timp, care depinde de caracterul impactului. Dac rspunsul se observ relativ repede, atunci apare posibilitatea de a regla scara interaciunilor, nepermind schimbri ireversibile n mediul ambiant. Dac ns transformrile n ecosistem se petrec dup un interval oarecare de timp, relativ lung, pot avea loc schimbri ireversibile i n acelai timp pot s apar schimbri globale n ecosistemele naturale. Problemele ecologice sunt legate deseori de creterea accentuat a numrului de locuitori dintr-o regiune. Omul este de fapt un reprezentant akl lumii animale. Existena lui ca specie biologic este strns legat de calitatea mediului ambiant iar creterea numrului populaiei este limitat de aceeai factori ca i n cazul altor specii. Aceti factori sunt urmtorii: existena unui spaiu bun pentru locuit; prezena substanelor nutritive necesare pentru meninerea proceselor metabolice; dezvoltarea n ecosistem a consumnatorilor tipici (antagonii); acumularea n mediu a substanelor toxice n urma activitilor vitale.

Va deveni determinant acel factor care va depinde de anumite condiii concrete. n prezent creterea numrului populaiei amenin omenirea cu autodistrugerea. Influena omului se manifest n toate componentele biosferei i duce la modificri n sistemele ecologice i n complexele naturale. Modificrile antropogene din natur sunt acele transformri care se produc n mediul ambiant ca rezultat al activitii economice a

20

omului. Se pot evidenia patru factori principali de influen a omului asupra mediului ambiant. Aceti factori sunt: modificarea structurii scoarei terestre. Aproximativ 10% din uscat este transformat ca urmare a construciei oraelor, ntreprinderilor industriale, drumurilor, deselenirii stepelor, tierii ppdurilor, asanrii blilor etc.; modificarea compoziiei mediului ambiant, influenarea circuitului elemtelor n biosfer. Aceasta include extragerea minereurilor , eleminarea diferitelor substane n atmosfer i hidrosfer, modificarea ciclului umiditii, chimizarea agriculturii etc. modificarea bilanului energetic (termic) a unor regiuni i a planetei n general. Aceste modificri pot exercita o influen major asupra climei Terrei; modificrile induse n natura vie. Este vorba despre exterminarea unor specii, selecia unor specii noi de animale i plante, permutarea organismelor n locuri noi de via. Toate modificrile din natur pot fi mprite la rndul lor n alte dou clase: premeditate i de nsoire.

Modificrile premeditate includ valorificarea pmnturilor prin agricultur, construirea rezervoarelor de ap, construcia oraelor, construcia cilor de comunicaii, extragerea minereurilor, transformri ameliorative etc. Modificrile de nsoire trebuie s fie reduse la minimum. Acestea sunt: poluarea, srcirea numrului speciilor de animale i plante, nregistrarea proceselor de eroziune a solului, creterea numrului de mbolnviri ce apar la oameni etc. Poluarea reprezint admisia n mediul ambiant a substanelor solide, lichide sau gazoase, a microorganismelor sau energiei (termic, electromagnetic, sonor) n cantiti care provoac schimbarea compoziiei i calitii componenilor naturali i exercit o aciune nefast asupra omului, florei i faunei. Poluarea chimic este factorul decisiv de aciune nefast asupra mediului ambiant. Polurii antropogene i sunt supuse toate mediile de existen a vieii. Formele de poluare sunt multiple. Cele mai importante sunt:

21

-

evacuarea poluanilor n atmosfer; ptrunderea n mediul acvatic a diferitelor deeuri de producie i comunale, produse petroliere, sruri minerale; degradarea peisajelor cu deeuri solide; ridicarea nivelului de radiaie ionizat; utilizarea pe scar larg a pesticidelor; acumularea cldurii n atmosfer i hidrosfer; intensificarea influenei sonore.

La ora actual se elimin n atmosfer, anual, ndeosebi n emisfera nordic (93,5%), sute de milioane tone oxizi de azot, sulf, carbon, particule suspendate solide i lichide (spray-uri), milioane tone de substane organice gazoase. Poluarea atmosferei are caracter global, ea este n stare s produc o schimbare a climei, mrirea fluxului de radiaii ultraviolete dure pe suprafaa pmntului, creterea numrului de boli la oameni. Poluarea antropogen a solului este legat de deeurile solide i lichide ale industriei, construciilor, gospodriei comunale sau oreneti i produciei agricole, precum i de interveniile nemotivate ale omului n regimul de alimentare a solului cu ap, n condiiile irigrii cmpurilor i transformrilor ameliorative, prin folosirea necontrolat a ngrmintelor i pesticidelor. Dac atmosfera i solul primesc marea mas a poluanilor, atunci bazinele acvatice slujesc drept adevrate colectoare a deeurilor chimice ale activitii umane. La cderea precipitaiilor i odat cu scurgerile de suprafa, n perioada revrsrii apelor de primvar, n ape ajung poluani care au fost iniial n atmosfer sau pe sol. Poluarea apelor naturale este legat de asemenea de folosirea resurselor de ap n industrie, agricultur, industria energetic, pentru necesitile comunale, n legtur cu dezvoltarea transportului pe ap etc. Dup utilizare apa se ntoarce n bazinele de ap natural, aceasta determinnd schimbarea coninutului chimic, a temperaturii, prezena poluanilor biologici. Metodele i cile de lupt cu poluarea antropogen a mediului ambiant sunt multiple: construcia staiilor de epurare, montarea filtrelor de captare a gazelor i pulberilor, crearea tehnologiilor fr deeuri sau cu cantiti mici de deeuri, utilizarea deeurilor n calitate de materie prim pentru fabricarea de produse utile, aplicarea

22

ciclurilor nchise de ntrebuinare a apei, folosirea metodelor biologice de lupt cu duntorii culturilor agricole i ai pdurilor, optimizarea regimurilor de utilizare a tehnicii, perfecionarea fabricrii motoarelor cu ardere intern, cutarea unor surse noi de combustibil i energie. n acela timp cu poluarea antropogen, n mediul ambiant acioneaz i factorii polurii naturale: activitatea vulcanic, incendiile pdurilor, furtunile de praf, autopoluarea biologic a bazinelor de ap (nflorirea apelor) etc.

Pe scurt poluanii i sursele de poluare pot fi prezentate sub form de tabel: Poluantul Ramura industrial pentru care este caracteristic poluantul dat AER - oxizi (CO2, SO2, NO, NO2) - hidrocarburi - particule metalice - compui halogenai - termocentrale - transport auto - industria metalurgic - extracia minereurilor - industria chimic - industria frigorific SOL - deeuri - nmol activ - celuloz i hrtie - cenu, zgur - metale - radionuclizi APA - termic - industria energetic, chimic - gospodria comunal, oreneasc - staii oreneti de epurare - ntreprinderi de celuloz i hrtie - industria energetic, metalurgic, chimic - centrale atomo-electrice

23

- radioactiv - sruri minerale - particule n suspensie - substane biogene i solubile - produse petroliere - ioni ai metalelor grele - pesticide - colorani, fenoli - compui macromoleculari - dizolvani organici

- gospodrii comunale i oreneti - agricultura - industria extractiv a petrolului i de prelucrare a acestuia - industria de extracie a minereurilor - industria de construcii - industria textil - industria de celuloz i hrtie - scurgeri

Metodele i cile de lupt cu poluarea antropic a mediului ambiant sunt urmtoarele: construcia staiilor de epurere; montarea filtrelor de captare a gazelor i pulberilor; crearea tehnologiilor fr deeuri sau cu cantiti mici de deeuri; utilizarea deeurilor n calitate de materii prime pentru fabricarea de produse utile; aplicarea ciclurilor nchise de ntrebuinare a apei; folosirea metodelor biologice de lupt cu duntorii culturilor agricole i ai pdurilor; optimizarea regimurilor de utilizare a tehnicii; perfecionarea fabricrii motoarelor cu ardere intern; cutarea de noi surse de combustibil i energie.

Concomitent cu poluarea antropogen, n mediul ambiant acioneaz i factorii polurii naturale, cum ar fi activitatea vulcanic, incendiile de pdure pe suprafee extinse, furtunile de praf sau de nisip, autopoluarea biologic a bazinelor de ap. Cea mai important ntrebare este urmtoarea: Poate fi evitat poluarea mediului ambiant? Teoretic se poate. Pentru aceasta ar fi necesar s se obin ap curat din ap uzat, iar nmolul activ rezultat s fie utilizat n agricultur ca ngrmnt.

24

Probabil c este posibil ca toate deeurile s fie supuse recirculrii i s se obin din ele mrfuri. Chiar CO2 i H2O provenite din respiraie pot fi transformate cu ajutorul fotosintezei n hidrai de carbon i oxigen. Dar pentru toate acestea este necesar energie care trebuie gsit undeva, n mediul ambiant, de exemplu n rezervele de crbune, petrol, etc. Problema se rezolv prin alegerea acelor activiti care s exercite o daun ecologic ct mai mic. Problemele sociale i economice de protecie a mediului ambiant n prezent, cnd economia a nceput s ocupe poziii de frunte n dezvoltarea civilizaiei, ecologia devine, deasemenea, o categorie economic. Astzi, nici un proiect de proporii mari nu poate fi realizat fr expertiza ecologic, fr luarea msurilor pentru ocrotirea mediului nconjurtor i protejarea materiilor prime. Pn nu demult, economia se dezvolta nelund n consideraie factorul ecologic astfel, c n momentul de fa mecanismele economice de ocrotire a mediului nconjurtor nu sunt n deajuns cercetate. Acioneaz n special doar sanciunile de amend i opinia public. Dar acestea, cu toate c sunt importante, nu joac rolul principal n rezolvarea problemelor ecologice. Este necesar un sistem de apreciere a eficienei economice a diverselor uniti prin care s-ar stimula ecologizarea producie. Din punct de vedere ecologic se impune o restructurare a tuturor relaiilor de producie n societate. Conflictul dintre economie i ecologie nu poate fi rezolvat fr intervenia societii. n multe ri ale lumii i-a nceput activitatea micarea "verzilor", ocrotitorii mediului ambiant, sunt create organe speciale de control asupra activitii ntreprinderilor industriale a noxelor eliminate n atmosfer i n bazinele de ap. Totui, n goan dup profit i cu toate c sunt datori s ia n consideraie opinia public, ntreprinztorii tind s micoreze cheltuielile pentru ocrotirea naturii. Este clar c preocuparea pentru puritatea mediului ambiant trebuie s fie prioritar pentru toate rile. Dar statele lumii, n deosebi cele dezvoltate din punct de vedere tehnic se afl n faa dilemei: de a cheltui mijloacele bugetare pentru narmare sau pentru ocrotirea mediului nconjurtor.

25

Astzi, cnd asupra civilizaiei a nceput s apese pericolul crizei ecologice globale, liderii de frunte ai politicii mondiale au neles c procesul accelerat al narmrilor pricinuiete daune foarte mari, att mediului ambiant ct i omenirii. De acum, sunt luate msuri pentru lichidarea unor clase ntregi de armamente, se duc tratative pentru micorarea arsenalului de arme nucleare, pentru diminuarea narmrii obinuite i pentru lichidarea rezervelor de arme chimice. Toate aceste msuri aduc optimism i ncredere n posibilitatea eliberrii unor sume mari de bani care s poat fi folosite pentru prevenirea crizei ecologice. n cazul de fa principalul factor este timpul, deoarece omenirii i-au mai rmas 20-30 ani pentru a se opri la marginea prpastiei spre care se ndreapt cu mare vitez. n epoca mainilor, exploatarea mijloacelor de producie devine trstura dominant. ntreprinderile industriale, tinznd s se debaraseze de deeurile nerecuperabile, le arunc n ruri, bazine cu ap, la fundul mrilor i oceanelor. Se tie c Anglia, Frana i Belgia arunc anual n apele Oceanului Atlantic zeci de tone de deeuri radioactive. n 1970, SUA a aruncat n Oceanul Atlantic 418 containere cu gaze toxice. Dac aceste gaze vor iei la suprafa, urmrile vor fi catastrofale. n toat lumea s-au intensificat catastrofele ecologice. Sunt cunoscute urmrile accidentului de la combinatul chimic din Bhopal, n India, care a fcut 10 mii de victime omeneti. Catastrofal a fost i accidentul de la combinatul chimic din Basel, Elveia. El a dus la impurificarea puternic a rului Rin. Apa a devenit necorespunztoare pentru folosirea n scopuri vitale, au murit muli peti i alte vieuitoare din Rin. Aceeai situaie s-a creat i la accidentul de la combinatul de ngrminte minerale din oraul Stebnic, n regiunea rului Nistru. Ca rezultat al acestui accident, n ru au fost aruncatze aproximativ 5 milioane m3 de ape uzate concentrate. Din cauza polurii mediului, fiecare societate are mari cheltuieli materiale. De exemplu, n SUA cheltuielile din pricina polurii aerului nsumeaz 20 miliarde de dolari pe an. Daunele aduse Japonei de poluarea mediului nconjurtor reprezint 5 trilioane de yeni pe an. Pagubele produse de accidentul de la CAE Cernobl se ridic la 10 miliarde ruble.

26

Greutile ecologice intensific criza economic: contribuie la scderea volumului produciei materiale, oprirea construciei noilor ntreprinderi, mresc morbiditatea populaiei, etc. Toate aceste situaii n ultim instan fac ca societatea s-i intensifice considerabil activitatea din domeniul ocrotirii mediului nconjurtor. Se eleboreaz noi scheme tehnologice viznd realizarea produciei fr deeuri sau modernizarea sistemelor de circulaie i aprovizionarea cu ap, se perfecioneaz i automatizeaz metodele de analiz a substanelor poluante. Ocrotirea mediului ambiant nseamn realizarea complexului de msuri sociale, economice, tiinifice, de cercetare i tehnice care garanteaz pstrarea mediului natural util pentru aciunea vital a generaiilor de azi i a celor viitoare. Aceste msuri pot avea att un caracter global, atingnd interesele vitale ale ntregei populaii a pmntului ct i un caracter local, pentru rezolvarea problemelor ecologice cu caracter zonal. n acelai timp devine tot mai greu de mprit problemele ecologice n locale i globale deoarece, n lumea contemporan, totul se afl n legtur reciproc. n sfera noilor relaii economice, care stimuleaz puritatea ecologic a produciei industriale i agricole, un rol important capt aplicarea realizrilor progresului tehnico-tiinific pentru soluionarea problemelor de ocrotire a naturii. Aceasta se refer n primul rnd la perfecionarea proceselor tehnologice din punct de vedere a puritii lor ecologice i a pstrrii resurselor, la automatizarea i optimizarea proceselor, la aplicarea tehnologiilor fr deeuri, la ntrebuinarea schemelor de recirculare a apei. Este necesar ca realizrile progresului tehnico-tiinific s fie folosite pe larg i n sistemul de control al emisiilor de substane poluante n mediul ambiant sau a strii obiectelor mediului ambiant cu scopul de a diagnostica schimbrile ncepute n ecosistemele naturale. n acest caz se presupune prezena legturii inverse ntre activitatea ntreprinderilor i influena ei asupra mediului nconjurtor. Se poate spune c dezvoltarea viitoare a civilizaiei pe calea extensiv, fr evidena posibilitilor limitate ale biosferei i a urmrilor negative posibile va duce inevitabil la apariia situaiei de criz ecologic.

27

Este evident c pentru rezolvarea tuturor problemelor de ocrotire a mediului ambiant nu sunt ndeajuns msurile legislative. Dirijarea calitii mediului de via, n condiiile aciunii antropogene crescnde, trebuie s se sprijine pe ntrebuinarea celor mai eficiente metode i mijloace de ocrotire, avnd n vedere factorii ecologici i economici. De asemenea, este necesar schimbarea radical a psihologiei societii, a nelegerii generale a pericolului care se apropie. Stabilirea msurii de ocrotire a mediului ambiant necesit nu numai luare n considerare a economiei ci i a particularitilor tradiionale istorice, a nivelului de cultur a fiecrei zone concrete. Trecnd de la contemplarea fenomenelor mediului ambiant la influenarea contient a acestuia, omul, obsedat de ideea transformrii naturii, benevol sau constrns, se include n goana dup sine nsui. Omul schimb nfiarea pmntului, creaz ecosisteme artificiale, schimb dinamica rurilor, ncepe s influeneze procesele climatice. Toate posibilitile sale tehnice i tiinifice sunt ndreptate n defavoarea naturii i, n ultima instan n defavoarea sa, iar ca rezultat: generaia de astzi devine martor al apropierii omenirii de linia critic. Doar de curnd omul a neles c exist o oarecare zon interzis n relaiile cu mediul ambiant. Trecnd peste aceast limit el se va distruge pe sine nsui i va nclca evoluia biosferei. Remediul tendinei nebune ctre prpastia independenei, poate s fie sistemul informativ de observaii asupra schimbrilor petrecute n natur cu scopul prevenirii urmrilor periculoase ale activitii omeneti. Pn atunci ns, omul continu "cu succes" s favorizeze catastrofa ecologic. n Africa de vest i central pdurile sunt distruse aproape complet, anual se degradeaz 6-7 milioane hectare de pmnt arabil, deeurile aruncate n atmosfer au atins volume ngrijortoare. La activitatea distructiv a omului se adaug i diferite catastrofe. Catastrofe naturale s-au produs ntotdeauna, ns tot mai mult, predomin cauzele antropogene ale acestora: frecvente avarii ale tancurilor cu petrol, rzboiul din Golful Persic, avaria de la Cernobl, exploziile din uzine i depozite urmate de eliminarea n mediul ambiant a substanelor toxice i alte catastrofe neprevzute, adic, realitatea timpului nostru.

28

Monitoringul strii mediului ambiant

Diagnosticul i tratamentul unei maladii de care este afectat un organism viu trebuie pus i respectiv urmat, n baza unui sistem de supraveghere, avnd la dispoziie mijloacele de control al unui spectru larg de parametri diferii menii s reflecte starea organismului, evoluia bolii i eficacitatea metodelor de tratare a acesteia. O imagine similar prezint i mediul ambiant care poate fi caracterizat printr-un complex de parametri, printr-o anumit metodologie de "remediere" i pronosticare a consecinelor "afeciunilor" ecologice. Profilaxia acestor "afeciuni" cere o permanent diagnosticare i reglare a strii mediului nconjurtor. Modificndu-se sub aciunea factorilor naturali, starea biosferei revine, de regul, curnd la cea iniial. Variaiile de temperatur i presiune, modificrile sezoniere ale biomasei plantelor i animalelor prezint un ansamblu de alternante naturale ale strii biosferei. Ct privete caracteristicile mediului (clima, ciclul apei i al altor substane, productivitatea global a naturii vii etc.), acestea pot suferi schimbri vizibile n decurs de mii i milioane de ani. Spre deosebire de cele menionate, modificrile produse n biosfer n urma activitii umane (modificri antropogene) se desfoar ntr-un ritm extrem de rapid. Un numr important de servicii ca, de exemplu, cel hidrometeorologic, seismic, ionosferic, gravimetric, magnetometric este preocupat de controlul i studierea modificrilor ce au loc n natur. Aceste servicii nu-i propun ns ca scop de baz relevarea deviaiilor antropogene din natur pe fondul variaiilor ce au loc n ambiana acesteia. De aceea a i aprut necesitatea de a lua sub observaie modificrile din mediul ambiant provocate de activitatea nefast a civilizaiei umane. Pericolul n continu cretere al influenei negative exercitat de intensificarea produciei industriale i a celei agricole asupra sntii umane i strii biosferei n ansamblu impune necesitatea elaborrii unui sistem de prevenire, control i pronosticare nu numai a strii unor obiecte din mediul ambiant luate aparte, ci i a biosferei n ntregime.

29

Un asemenea sistem de supraveghere i examinare a mediului natural, n primul rnd de observare a nivelurilor de poluare i a efectului produs n biosfer, a cptat denumirea de monitoring al strii mediului ambiant. Acest sistem i propune drept obiectiv colectarea de informaii privind starea mediului i nivelurile de poluare ale acestuia n spaiu i n timp conform unui program elaborat anticipat. Mediul ambiant poate fi caracterizat printr-un complex de parametri, print-o anumit metodologie de remediere i prognosticare a consecinei afeciunilor ecologice. Profilaxia acestor afeciuni cere o permanent diagnosticare i reglare a strii mediului nconjurtor. Modificndu-se sub aciunea factorilor naturali, starea biosferei revine, de regul, curnd la cea iniial. Variaiile de temperatur i presiune, modificrile sezoniere ale biomasei plantelor i animalelor reprezint un ansamblu de alternane naturale ale strii biosferei. n ceea ce privete caracteristicile mediului (clima, ciclul apei i al altor substane, productivitatea global a naturii vii etc.), acestea pot suferi schimbri vizibile n decurs de mii i milioane de ani. Spre deosebire de cele menionate, modificrile produse n biosfer n urma activitilor umane (modificri antropice) se desfoar ntr-un ritm extrem de rapid. Un numr important de servicii ca cele hidrometeorologic, seismic, ionosferic, magnetometric sunt preocupate de controlul i studierea modificrilor ce au loc n natur. Aceste servicii nu-i propun ca scop de baz relevarea deviaiilor antropogene din natur, pe fondul variaiilor ce au loc n ambiana acesteia. Monitoringul este un sistem de supraveghere i control al strii mediului ambiant. Pericolul n continu cretere a influenei negative exercitate de intensificarea produciei industriale i a celei agricole asupra sntii umane i asupra strii biosferei n ansamblu, impune necesitatea elaborrii unui sistem de prevenire, control i prognosticare nu numai a strii unor obiecte din mediul nconjurtor, luate separat, ci i a biosferei n ntregime. Un asemenea sistem de supraveghere i examinare a mediului natural, n primul rnd de observare a nivelurilor de poluare i a efectelor produse n biosfer, a fost denumit monitoring a strii mediului ambiant. Acest sistem i propune drept obiectiv colectarea de informaii privind starea mediului i nivelurilor de poluare a acestuia, n spaiu i timp, conform unui program elaborat anticipat.

30

n cadrul primei Consftuiri interguvernamentale privind monitoringul (Kenia, 1974), convocat de Consiliu Director al Programului ONU referitor la problemele mediului ambiant, au fost expuse principalele scopuri ale sistemului global de monitorizare a mediului nconjurtor. O atenie deosebit a fost acordat controlului schimbrilor ce au loc n natur n urma polurii, precum i msurilor de prevenire a pericolului ce amenin sntatea oamenilor, calamitile naturale i perturbrile ecologice. Sistemul global de monitorizare trebuie s se bazeze pe subsisteme de monitoring naional. n acest caz monitoringul va deveni un sistem informativ, cu multiple destinaii speciale, care va fi n msur s ntiineze organele respective despre starea biosferei, gradul de afectare antropogen a ambianei (mediul nconjurtor), despre factorii i sursele unor efecte nefaste. Monitoringul, ca sistem de supraveghere i control are trei etape: supravegherea; evaluarea strii reale; prognosticul unor eventuale modificri.

Schematic acest sistem se poate reprezenta astfel:

Principalul efect al monitoringului l constituie evaluarea strii mediului natural.

31

Etapele acestei evaluri sunt: 1. Selectarea indicilor i a caracteristicilor factorilor de mediu (apa, aerul, solul); 2. Msurarea direct a indicilor alei. Elaborarea unei prognoze presupune: 1. Cunoatere legitilor privind modificarea nivelurilor de poluare i starea mediului natural; 2. Disponibilitatea utilizrii unor modele; 3. Posibilitatea de calcul numeric. Pentru a evalua starea mediului i a prognostica eventualele schimbri trebuiesc avute n vedere dou aspecte: subsistemele de supraveghere din sectorul abiotic al biosferei (monitoring geofizic) i cele din sectorul biotic (monitoring biologic). O atenie deosebit trebuie acordat transferului de substane poluante dintr-un mediul n altul. Principala sarcin a monitoringului biologic este de a detecta reacia de rspuns a biosferei la efectul antropogen, nregistrat la diferite niveluri ale materiei vii: molecular, celular, de organism, de populaie sau asociaie. O importan deosebit revine observaiilor viznd impactul mediului asupra omului, reacia populaiilor de care depinde starea sistemelor ecologice, efectele antropogene, populaiile deosebit de sensibile sau critice n ceea ce privete impactul respectiv. n monitoringul biologic se atribuie un rol esenial observaiilor privind eventualele modificri ale indicilor ereditari proprii diverselor populaii, sau activitii vitale a populaiilor foarte susceptibile, care servesc drept indicatori, numite bioindicatori, de exemplu lichenii. n general, sistemele de supraveghere se pot clasifica astfel:

32

Tipul de supraveghere A. Sursele i factorii de impact

Supraveghere i prognoz A.1. Sursele locale de poluare i impact A.2. Factorii de impact (substanele poluante, factori fizici)

B. Starea factorilor de mediu

B.1. Starea mediului caracterizat prin date fizice i fizico-geografice B.2. Starea mediului caracterizat prin date geochimice privind componena polurii i natuura

C. Starea componentei biotice a biosferei

C.1. Reacia biocenozei, rspuns i consecine referitoare la: a) organisme separate; b) populaii; c) asociaii i ecosisteme.

D. Reacia unor sisteme ecologice de proporii D.1. Reacia sistemelor de proporii mari mari i a biosferei n ansamblu (condiii meteorologice, clim) D.2. Reacia biosferei n ansamblu

Sunt luate sub observare att modificrile antropogene ct i cele fenomenologice naturale, fapt necesar evalurii componentei antropogene a schimbrilor aflate sub control. Impactul antropogen, se suprapune, de regul modificrilor naturale i ncercrile de suprapunere a acestora nu reuete ntotdeuna. De exemplu: Spre sfritul anilor 50 s-a nregistrat scderea nivelului Mrii Caspice. Aceasta a coincis cu creterea gradului de utilizare a apei n economie i cu reducerea debitului fluvial mai ales cel al Volgi. Opinia public a fost alarmat i au aprut proiecte de epoc, de transfer a apelor rurilor siberiene i a celor nordice n

33

marea Caspic. Dei debitul rului Volga a continuat s scad, nivelul mrii Caspice s-a stabilizat i n anii din urm a nceput chiar s creasc considerabil. Principala sarcin a unui sistem de monitorizare este previziunea unor posibile urmri negative, prognoza i limitarea celor mai primejdioase efecte antropogene. n prezent pe glob exist o reea deas de staii de supraveghere a strii mediului nconjurtor. n SUA, numai observaiile privind starea factorilor de natur hidrologic se efectueaz n peste 10 000 de staii. n general, un sistem de supraveghere urmrete trei niveluri: 1. Starea sanitar i toxicitatea; 2. Ecologia diferitelor biocenoze; 3. Biosfera n ansamblu. 1. Monitoringul starii sanitare i toxicologice urmrete gradul de poluare cu substane nocive pentru factorii de mediu, impactul acestor poluani asupra omului, a regnului vegetal i animal, prezena n mediu a alergenilor, microorganismelor patogene, pulberilor, coninutul n atmosfer a oxizilor de azot i sulf, coninutul de monoxid de carbon i metale grele, calitatea ecositemelor acvatice, gradul de poluare al acestora cu substane organice, produse petroliere i sruri minerale. 2. Monitoringul ecologic efectueaz observaii asupra modificrilor ce au loc n sistemele ecologice (biocenoze) din complexele naturale i n bioproductivitatea lor, precum i asupra dinamicii rezervelor de minerale utile, a resurselor acvatice, terestre i vegetale. ntruct natura este un tot unitar i indivizibil care nu poate fi dezmembrat n constituente vii i moarte dect n mod convenional, monitoringul ecologic are menirea de a mbina geofizicul cu biologicul, asumndu-i sarcina de a detecta n ecosisteme toate modificrile cu caracter antropogen. 3. Monitoringul biosferei cuprinde observaii asupra modificrilor globale ce se desfoar n natur, cum ar fi: gradul de radiaie, prezena n atmosfer a CO2, O3, gradul de prfuire, circulaia termic, schimbul de gaze dintre hidrosfer (nveliul de ap) i atmosfer (nveliul de aer), migraia mondial a psrilor, animalelor, plantelor i insectelor, modificrile meteorologice i climatice de pe planet.

34

n scopul efecturii observaiilor se creaz la scar mondial o reea de rezervaii ale biosferei. Pe teritoriul acestora este interzis orice activitate de producie care reprezint un pericol pentru regnul vegetal i animal sau care provoac poluri eseniale ale atmosferei, mediului acvatic i terestru. n Romnia singura rezervaie a biosferei este Delta Dunrii. Starea global a fondului biosferei este studiat n staii de cercetare a fondului, nfiinate ntr-o serie de ri, n baza rezervaiilor biosferei. Caracteristica ecotoxicologic principal a unei substane o constituie concentraia de prag, concentraia ecologic maxim admisibil n poluant care, odat depit, conduce la modificri cu consecine negative asupra ecosistemului. Pe lng concentraia ecologic maxim admisibil a poluantului, o alt caracteristic a ecosistemului este capacitatea sa de asimilare a substanei poluante sau a totalului de substane. Capacitatea de asimilare pentru un factor de mediu este cantitatea maxim de substan poluant care ntr-o unitate de timp, poate fi acumulat, transformat sau evacuat n afara ecosistemului, n urma concursului proceselor de autopurificare, fr s aib loc perturbarea funciilor normale a acestuia. Capacitatea de asimilare a ecosistemului determin nivelul asimilabil de efecte antropogene pe fondul variabilitii naturale i n limitele acceptabile ale parametrilor ce caracterizeaz starea sistemului. Normarea ecologic are drept scop restrngerea efectelor antropogene n limite ecologice normale i este orientat spre optimizarea interaciunii omului cu natura, spre crearea celor mai favorabile condiii de utilizare a resurselor naturale ce urmeaz a fi regenerate. Normarea ecologic preconizeaz: 1. Evidena, n cursul evalurii consecinelor impactului antropogen, a multitudinii modalitilor de poluare i de autopurificare a elementelor biosferei. 2. Identificarea verigilor critice ale biosferei i ale factorilor de impact. 3. Dezvoltarea metodelor de abordare a normrii impactelor, inndu-se cont de influena acestora aupra ecosistemelor naturale. Drept criteriu principal pentru determinarea sarcinii ecologice admisibile servesc: lipsa de reducere a productivitii naturale, stabilitii i diversitii ecosistemului. n acest caz, pierderea unor organisme sau indivizi nu este considerat drept critic.

35

n cursul impactelor antropogene, o importan deosebit revine noiunii de factori prioritari i efecte de nsemntate prioritar. Gradul de prioritate ine seama i de considerente de ordin economic, determinnd natura i caracterul urgent al msurilor de combatere i prevenire a consecinelor negative. Evaluarea capacitii de adaptare a bioferei trebuie s se bazeze pe noiunea de stabilitatea a ecosistemului, pe rezerva ecologic a acestuia. Stabilitatea ecosistemului poate fi obinut pe seama coexistenei mai multor populaii care i desfoar activitatea vital n raporturi de interconexiune i interdependen. Concurena pentru un anumit areal de existen, legturile de simbioz, relaiile de tip prdtor-prad, pe fondul variabilitii mediului natural, contribuie nu numai la limitarea creterii numerice a unor populaii separate ci asigur chiar i nivelul respectiv de dezvoltare a ecosistemului n ansamblu. O mare importan are identificarea factorilor menii s determine instabilitatea biosferei i a unor ecosisteme izolate, elemente critice a cror dezvoltare poate pricinui daune ecosistemului pn la degradarea acestuia. n momentul de fa, n lume funcioneaz mijloace puternice de colectare a datelor privind mediul nconjurtor. Un exemplu sunt aparatele aerocosmice care permit efectuarea analizelor asupra scoarei terestre, compoziiei gazelor din atmosfer, polurii oceanelor. Metodele aerocosmice de msurare a parametrilor geofizici i ecologici, se bazeaz pe analiza caracteristicilor spectrale a radiaiei proprii i reflectate a scoarei continentelor, a bazinelor acvatice i nebulozitii atmosferei. Se creaz astfel modele i algoritmi de organizare a msurtorilor, de selecionare i de prelucrare care permit elaborarea de sisteme geoinformative. Sistemele de monitorizare geoinformative pot avea proporii de ordin local, regional i global. Constituirea unui model matematic de desfurare a proceselor naturale preconizeaz divizarea acestuia n trei grupe: 1. Procese raportate la o scar selectat de timp; 2. Procese de stare de echilibru dinamic fa de scara selectat de timp (procese cu desfurare rapi);

36

3. Procese calificate drept invariabile fa de scara selecta timp (procese cu desfurare lent). Comitetul internaional de pe lng UNESCO a ntocmit urmtoarea list cu procesele i intervalele de timp caracteristice: Procesul 1. Sedimentarea 2. Respiraia plantelor 3. Formarea productivitii animalelor 5. Formarea solului 6. Procese geomorfologice Zeci de ani Secole, milenii Scara intervalelor de timp Minute, ore Ore, zile Zile, luni

4. Modificri n comunitatea plantelor i Luni, ani

Sistematizarea proceselor naturale are caracter cel puin bidimensional. Comitetul internaional de pe lng UNESCO recomand un complex de modele: determinarea unei reele spaiale de colectare a datelor privind legtura reciproc dintre modificrile climatice i comportarea ecosistemului; evidenierea neomogenitii structurilor verticale ale unor variabile generalizate, cum ar fi vegetaia i solul; studierea legturii reciproce a fenomenelor climatice din trecut i prezent i evidenierea legturilor reciproce pentru teritorii separate; crearea de modele viznd descrierea dinamicii gazelor persistente n atmosfer n decursul unui interval de timp mai scurt sau mai ndelungat; organizarea de cercetri experimentale pentru obinerea datelor menite s asigure conceperea impactului gazelor atmosferice asupra asociaiilor vegetale; descrierea numeric a dinamicii apelor din zona litoral a oceanului mondial. Datele utilizate sunt furnizate de staii terestre i de pe satelii. Pentru realizarea unui model matematic este necesar accesul la bncile de date. Unul din blocurile centrale ale sistemului global de monitorizare l constituie sistemul de colectare, selecionare i

37

acumulare a rezultatelor msurtorilor i ale modelrii. Baza informativ este n stare de constituire i va fi n msur s asigure modele, s le adapteze la condiiile spaiale i temporale i s regleze fluxul de date provenite de la surse exterioare. Procesele de transport a poluanilor n mediu Sursele de poluare chimic antropogen sunt ca regul general, de origine concret. Acestea se pot clasifica: surse localizate cum ar fi couri de fum, ape uzate de la ntreprinderi etc.; surse dispersate cum ar fi cmpurile agricole, localitile rurale i urbane.

n urma migrrii impuritilor n mediu, substanele poluante pot proveni din diferite surse. Pe plan regional, aciunea unei mulimi de surse locale poate fi calificat ca o singur surs dispers. Formele i cile posibile de migrare a substanelor poluante ntre diferitele sisteme naturale se pot prezenta schematic astfel:

Medii naturale 1. Atmosfer - atmosfer

Forma posibil de migrare a impuritilor Transfer n atmosfer, caracteristic pentru

38

majoritatea substanelor poluante 2. Atmosfer - hidrosfer Sedimentarea impuritilor atmosferice pe suprafaa apelor 3. Armosfer - suprafaa uscatului Sedimentarea impuritilor atmosferice pe suprafaa uscatului 4. Atmosfer - biot Sedimentarea impuritilor atmosferice pe suprafaa plantelor, urmat de asimilarea substanelor poluante 5. Hidrosfer - atmosfer Evaporare din ap n atmosfer 6. Hidrosfer - hidrosfer Transferul substanelor poluante ntre sisteme acvatice 7. Hidrosfer suprafaa uscatului Transfer prin tranziie din apele de suprafa n biot, ecosistemele terestre i acvatice, ptrunderea n organismele animalelor i omului odat cu apa 8. Suprafaa uscatului - atmosfer Transfer de la suprafaa uscatului, a solului n atmosfer (eroziune, evaporare, transfer de pulberi) 9. Suprafaa uscatului - hidrosfer Splarea substanelor poluante de pe uscat n timpul topirii zpezilor, mpreun cu precipitaiile 10. Suprafaa uscatului - suprafaa Migrare n sol, gheari, n nveliul de zpad uscatului (penetraia la diverse adncimi) 11. Suprafaa uscatului - biocenoz Ptrunderea radicular a substanelor poluante n vegetaie 12. Biocenoz - atmosfer Evaporare din bio9cenoz 13. Biocenoz - hidrosfer Ptrunderea substanelor poluante din biocenoz n ap, n special dup moartea organismelor 14. Biocenoz - suprafaa uscatului Ptrunderea substanelor poluante n sol mpreun cu excrementele i cu organismele moarte 15. Biocenoz - biocenoz Migrarea substanelor poluante prin lanul trofic

Modele de control a substanelor poluante Pentru efectuarea analizei cantitative a substanelor poluante n factorii de mediu este folosit tot arsenalul de analize fizico-chimice, inclusiv mijloacele cosmice de observare. Tendina de dezvoltare a sistemului informativ de observare este de aa natur nct s permit automatizarea

39

maxim a proceselor de msurare, prelucrare i pstrare a datelor privitoare la poluarea cu cei mai primejdioi poluani. Pn n prezent un astfel de sistem nu a fost creat, majoritatea analizelor efectundu-se manual, utiliznd diferite metode fizico-chimice i analitice. De asemenea, n multe cazuri msurtorile nu se fac n mod direct asupra factorului de mediu, ci se efectueaz n laborator ceea ce conduce la probleme legate de conservare, pstrare i transportul probelor. Schema general a sistemului de control cuprinde urmtoarele etape: 1. Colectarea probelor. 2. Prelucrarea probelor n scopul conservrii parametrului ce urmeaz a fi msurat i pentru transportarea lor ulterioar. 3. Pstrarea i pregtirea probei pentru analiz. 4. Msurarea parametrului aflat sub control. 5. Obinerea rezultatelor analitice i prelucrarea acestora. Procesul de prelevare a probelor influeneaz deseori rezultatele analizei deoarece exist posibilitatea impurificrii (polurii) acestora chiar pe parcursul colectrii lor. Fenomenul are loc mai ales atunci cnd este supus analizei o cantitate infim de substa poluant, ntr-o cantitate redus de prob. De asemenea, este important locul i mijlocul utilizat pentru prelevarea probelor, precum i gradul de puritate a ambalajului destinat pstrrii probei i performanele aparaturii folosite pentru analiz. Odat cu selectarea probei, aceasta fiind izolat de mediul natural, n interiorul ei ncep procese de relaxare comparativ cu parametrii (indicatorii) ecosistemului. Acest fenomen apare deoarece parametrii reali ai ecosistemului prezint valori care sunt determinate de factori cinetici. O parte din parametri se supun unor modificri rapide n timp ce o alt parte se pstraz neschimbai un timp ndelungat. Cu ct timpul dintre momentul prelevrii probei, conservarea i respectiv analizarea acesteia este mai redus, cu att controlul efectuat va fi mai eficient. Procesul de pregtire a probei pentru analiz poate s includ concentrarea componentului ce urmeaz a fi msurat, modificarea chimic cu scopul de a evidenia proprietile cele mai avantajoase din punct de vedere analitic.

40

Metodele fizico-chimice de analiz utilizate n vederea realizrii sistemului de monitorizare se subdivid n metode spectrale, metode electrochimice i metode cromatografice. Metodele spectroscopice reprezint cel mai amplu grup de analize, acoperind un vast domeniu de lungimi de und ale radiaiei electromagnetice. Este de remarcat c metodele de analiz se pot baza att pe absorbia radiaiei de ctre substana analizat, ct i pe nregistrarea radiaiei acesteia. Baza celor mai rigide radiaii au fost constituite metodele de activare cu neutroni, de spectroscopie de rezonant, de analiz radiospectral i radiofluorescen. Cea mai complet imagine despre coninutul global al diferitelor elemente chimice (fr indicaii cu privire la structura chimic a acestora) ne ofer metoda de activare cu neutroni bazat pe expunerea probei analizate la un flux de neutroni. n urma interaciunii cu substana cercetat i fac apariia izotopi nucleari a cror analiz ne permite s identificm practic toate elementele sistemului periodic. Aceast metod este extrem de costisitoare deoarece necesit un reactor nuclear ca surs de neutroni i o tehnic computerizat complex. Cu toate acestea, asemenea instalaii funcioneaz i sunt utilizate pentru efectuarea de analize n serie, n special pentru determinarea coninutului de metale grele din probe dure i din obiecte de natur biologic. Astfel, metoda de activare cu neutroni a fost utilizat n scopul evidenierii surselor de poluare a Arcticii cu particule de aerosoli solide, coninnd metale grele. Fiecare surs de asemenea particule i are "amprentele digitale" proprii, acestea constnd ntr-un anumit raport de diferite elemente. Selectnd probe de impuriti din bazinul arctic (n stratul de zpad) i dispunnd de "amprentele digitale" ale surselor poteniale de impuriti din diferite regiuni ale emisferei nordice a Pmntului, cercettorii americani au declarat c poluarea Arcticii este generat n principal de URSS, n special de combinatul de nnobilare din Norilsk. Un alt exemplu de aplicare a metodei de activare cu neutroni, n scopul evalurii cantitii de substane poluante prezente, se refer la stabilirea coninutului de metale grele n prul btinailor din diferite regiuni ale Asiei Mijlocii. Dup cum s-a dovedit, firele de pr acumuleaz metale, servind n felul acesta drept indicator al gradului de poluare a mediului aerian cu metale toxice.

41

Un cmp larg de aplicare la identificarea metalelor grele i a altor elemente i gsesc metodele de emisie i absorbie atomic. Metodele spectrale principale, utilizate ntr-o anumit msur sau care ar putea fi aplicate pentru evaluarea polurii mediului ambiant, sunt reprezentate n schema care urmeaz:

42

1. METODELE SPECTRALE

Spectroscopie atomic

Radiaii rigide

Spectroscopie UV i VIS

Analiza de activare cu neutroni

Analiza radiospectral i radiofluorescen

Analiza spectral de emisie

Analiza spectral de absorbie atomic

Spectroscopie molecular

Fotometrie Metode de fluorescen

Metode de luminiscen Metode de chimioluminiscen

Analiz structural Spectroscopie IR Spectroscopie cu unde radio

Spectroscopie

Spectre de absorbie IR

Spectre de difuzie combinat

RES

RMN

Metoda spectral de emisie se bazeaz pe nregistrarea spectrului de emisie a substanei aflat n stare de plasm ("vapori atomici"). Plasma este constituit din electroni liberi, atomi, ioni, radicali i molecule, avnd diferite stri de excitare energetic. Gradul de ionizare a elementului n stare de plasm depinde de temperatura acesteia i de valoarea potenialului de ionizare a elementului (potenialul de ionizare

43

reprezint cantitatea de energie necesar desprinderii unui electron de un atom sau ion). Potenialul iniial de ionizare a elementului permite evaluarea temperaturii optime a plasmei la nivelul creia procesul de ionizare se desfoar nc n proporii neglijabile iar liniile spectrale de rezonan ating intensitatea maxim. Emisia plasmei se descompune, prin intermediul spectrometrului, n linii spectrale pe baza crora sunt identificate elementele examinate. Gradul de complexitate a spectrului depinde de numrul electronilor de valen ai elementului, de structura straturilor electronice i de temperatura plasmei. Astfel, spectrele elementelor d i f cuprind peste 10 000 de linii. Elementele uor ionizabile (metalele alcaline i alcalino-pmntoase) necesit o flacr cu temperatur sczut iar cele cu un grad mediu de ionizare impun descrcarea unui arc electric. Temperatura cea mai nalt este asigurat de flacra amestecului acetilen - N2O (3200C), arztorul de gaz obinuit genernd doar 1800C. Metoda de absorbie atomic este similar metodelor spectrale de emisie att prin tehnica de executare a experienelor ct i prin aparatura disponibil, singura deosebire constnd n producerea absorbiei i nu a emisiei cuantei de radiaie. Fiind trecut prin plasm, radiaia este absorbit n conformitate cu legea lui Lambert-Beer. Din substana examinat se prepar o soluie, aceasta urmnd a fi dispersat n plasm. Metoda de absorbie atomic permite identificarea prin analiz a circa 70 de elemente diverse. Varietatea chimic a substanelor poluante este determinat i prin metode spectrale bazate pe absorbie i emisie n regiunile ultraviolet, vizibil sau infraroie a spectrului. Acest grup de metode, avnd la baz spectroscopia molecular, este cel mai perfecionat i mai frecvent utilizat. Din numrul lor trebuie remarcat grupul de metode bazate pe fotometrie i luminiscen. Pentru aplicarea metodelor fotometrice este utilizat aparatur divers. Cele mai solicitate sunt fotoelectrocalorimetrele i spectrometrele. n fotometrie, cele mai frecvente msurtori se bazeaz pe absorbia de ctre mostra examinat a radiaiei vizibile (400-800 nm). Posibilitatea de realizare a acestor analize, inndu-se cont de simplitatea aparaturii utilizate, se datoreaz faptului c un mare numr de compui organici i anorganici formeaz derivai cu o coloraie intens.

44

Momentele decisive n formarea semnalului analitic sunt urmtoarele: tanziiile d-d* pentru ioni i compleci ai elementelor cu orbitali d. De regul, acestea sunt benzi cu o intensitate redus, tranziia fiind interzis. Aceasta se datoreaz modificrii simetriei n urma complexrii ionului central. 1. Benzile de tranziie a sarcinii (d*, *d*) n cursul formrii complecilor cu caracter de donor-acceptor, absorbind o cuant de radiaie electronul trece de pe orbitalul donorului pe cel al acceptorului sau n direcie invers. Aceste benzi sunt foarte intense, ntruct tranziia este permis. 2. Tranziiile -* n moleculele organice cu legturi conjugate. Cu ct sistemul de legturi conjugate din molecul este mai amplu, cu att regiunea spectrului n care se produce absorbia cuprinde lungimi de unda cu valori mai mari. Tranziia fiind permis, coeficienii de extincie prezint valoare ridicat. n ultimii ani au nregistrat o dezvoltare larg metodele spectrale bazate pe optica cu laser. Aceasta tehnic s-a dovedit a fi deosebit de eficient n practica analizei impuritilor prezente n atmosfer. Au fost create chiuvete laser, calea optic a acestora avnd o lungime de sute de metri i chiar kilometri. Datorit posibilitii de a seleciona un laser cu lungimea de und optim pentru fiecare din multitudinea de substane poluante gazoase, gradul de sensibilitate a metodelor spectroscopice cu laser este foarte nalt. Pe baza opticii cu laser au fost creai diferii analizori de gaze permind identificarea a peste 30 de impuriti gazoase din atmosfer. Sensibilitatea metodei este de 10-9 -10-8 atm. Metodele de luminescen permit efectuarea analizei diverselor obiecte din mediul nconjurtor, inclusiv controlul la distan cu o sensibilitate nalt. Metodele de fluorescen se bazeaz pe excitarea electronic a moleculelor prin absorbia radiaiei din domeniul ultraviolet i pe emisia ulterioar a cuantelor de radiaie (la interval de 10-8 - 10-9 s). Randamentul cuantic al fluorescenei echivaleaz cu raportul numrului de cuante emise la numrul celor absorbite. Fluorescena se manifest cu att mai intens cu ct randamentul cuantic este mai mare. De obicei fluorescena este specific substanelor organice cu legturi conjugate precum i elementelor pmntoase i celor din seria uraniului. Spre a evita aa numita

45

stingere de concentraie (autoabsorbie a cuantelor emise), concentraia componentei din soluie, care absoarbe radiaia, nu trebuie s depeasc 10-4 M. Metoda de fluorescen este aplicat la analiza apelor reziduale. Efectuarea acesteia nu cere nici pregtirea prealabil a probei, nici separarea substanei organice individuale, permind determinarea sumei substanelor organice dizolvate n ap conform intensitii fluorescenei n regiunea 390-560 ran sau potrivit unor benzi separate. Spre exemplificare, intensitatea fluorescenei la lungimea de und de 490 ran face posibil evaluarea coninutului de compui cuprinznd grupe carbonil. Metoda de fluorescen este utilizat de asemenea pentru analiza coninutului de produse petroliere din mediul marin. Aceste produse se evideniaz printr-o band larg de emisie n domeniul 460-480 nm. Limita de detecie a produselor petroliere este de 10-6 %. Pe baza metodelor de fluorescen mbinate cu optica laser au fost elaborate dispozitive destinate efecturii controlului la distan a strii mediului i a coninutului de substane poluante luate separat (metode de spectroscopie cu laser la distan). Aceste metode sunt aplicate, n particular, la monitorizarea cosmic. Monitoringul cosmic (supraveghere de la bordul sateliilor cu ajutorul aparaturii optice) face posibil scoaterea n eviden a zonelor de impact activ asupra mediului ambiant, inclusiv a polurii atmosferei i a influenrii nveliului vegetal al pmntului. Analiza informaiei cosmice ofer posibiliti largi pentru studiul diverselor eterogeneti obiectelor acvatice, permite efectuarea de observaii permanente ale strii i regimului ecosistemelor terestre, cercetarea distribuiei impuritilor antropogene, provenite din diferite surse, studiul polurii nveliului de zpad i a zonelor de afectare a vegetaiei. Montarea la bordul sateliilor a aparaturii laser precum i a altor dispozitive spectrale de sondare la distan a atmosferei permite evidenierea nu numai a frontierelor zonelor poluate ci i componena i concentraia impuritilor din atmosfer. O aplicare pe scar tot mai larg i gsesc lidarii, mai precis laserele de ionizare electric cu impulsuri (8, 10,6; impuls 1; i 500 J). Sursa de lumin a lidarului este montat n centrul unei oglinzi parabolice (anten), care focalizeaz lumina reflectat n punctul indicat al spaiului. n acest punct se produce o scnteie, a crei lumin este captat de aceeai anten, efectundu-se n acest mod analiza spectrului format de vaporii atomilor i ai ionilor substanei din aerosoli.

46

Metodele de luminescen chimic se caracterizeaz printr-o sensibilitate nalt i reprezint o variant a metodelor de analiz catalitice, cnd produsul de reacie posed proprieti de luminescen chimic. De exemplu, coninutul de H2O2 n ap poate fi determinat utiliznd proprietatea de luminescen chimic a luminolului n mediu alcalin, aceast reacie este catalizat de fericianur, hemin, sruri de cobalt. Evidenierea luminescenei de fond se realizeaz prin analiza probelor de ap tratate n prealabil cu catalaz precum i a probelor avnd un "standard intern" (cu mici adaosuri de H2O2). Combinate cu metode catalitice, i gsesc ntrebuinarea i metodele cu fluorescen sau cele fotometrice. Metodele spectrale menionate sunt aplicate n principal la analiza unor microcantiti de substane din obiectele mediului nconjurtor, mai precis sunt ndreptate spre analiza impuritilor. Exist ns i un mare grup de metode spectrale care vizeaz studiul structurii moleculelor. Faptul este important dac avem n vedere cercetarea produilor de transformare a substanelor poluante, secreiilor biotopului, identificarea i descifrarea structurii toxinelor etc. Una din cele mai rspndite metode de cercetare a structurii compuilor organici este metoda spectroscopiei n infrarou. Spectrele n infrarou ofer o serie bogat de benzi de absorbie, corespunznd vibraiilor diferitelor grupe funcionale n domeniul frecvenelor 5000-200 cm-1. Majoritatea grupelor funcionale absorb radiaia infraroie n domeniul 3700-600 cm-1. Caracterul spectrului n acest interval de frecvene se modific n mod esenial odat cu schimbrile nensemnate produse n structura compuilor. ntruct ntr-o molecula complex se produc o multitudine de vibraii, cum ar fi cele de valen (simetrice i antisimetrice) i de deformaie (de evantai, de torsionare, de forfecare i pendulare), spectrele n infrarou reprezint "amprentele digitale" ale compuilor individuali. Spectrul n infrarou permite stabilirea structurii unui compus necunoscut, evidenierea n componena acestuia