Dr. ing. Elena DAN_____________________________________

Note de CURS UNIVERSITAR

CUPRINS Partea I. NOIUNI DE ECOLOGIE GENERAL INTRODUCERE Cap. GENERALITI 1 1.1 Definiia i obiectul ecologiei . 1.2 Scurt istoric . 1.3 Ecologia ca tiin . 1.4 Originile i evoluia vieii pe Pmnt . 1.4. Perioada abiogen 1. 1.4. Perioada biogen 2. 1.4. Perioada antropogen 3. Cap. ECOSFERA 2 2.1 Definiie i alctuire . 2.2 Structura fundamental a ecosferei . 2.3 Structura material a ecosferei . 2.4 Structura funcional a ecosferei . 2.5 Circuitul principalelor elemente vitale n ecosfer . 2.5. Circuitul carbonului 1. 2.5. Circuitul azotului 2. 2.5. Circuitul fosforului 3. 2.5. Circuitul calciului 4. 2.5. Circuitul sulfului 5. 2.5. Circuitul apei 6. 2.6 Factorii ecologici . Cap. ECOSISTEMUL 3 3.1 Definiie i structur . 3.2 Funciile ecosistemului . 3.2.1 Funcia energetic . 3.2.2 Funcia de circulaie a materiei . 3.2.3 Funcia de autoreglare a strii sistemului .

4 5 5 7 8 8 10 11 12 14 14 16 18 19 19 21 22 22 23 24 28 30 30 30 32 32

3.3 Clasificarea ecosistemelor . 3.4 Legile evoluiei comunitilor ecologice . Partea a II-a. ELEMENTE DE ECOLOGIE APLICAT Cap.4 FACTORI DE DEGRADARE A ECOSFEREI 4.1 Omul i ecosfera . 4.2 Impactul ecologic al dezvoltrii societii umane . 4.2. Dezvoltarea demografic 1. Dezvoltarea agriculturii 4.2. Dezvoltarea tehnologic 2. 4.2. 3. Cap. POLUAREA MEDIULUI 5 5.1 Definiia polurii i clasificarea poluanilor/ . 5.2 Circulaia poluanilor n ecosfer . POLUAREA ATMOSFEREI Cap.6 6.1 Clasificarea poluanilor atmosferici i sursele lor de . provenien 6.2 Efectele polurii atmosferice asupra ecosistemelor . POLUAREA SOLULUI 7.1 Intervenia omului asupra solului . 7.2 Clasificarea poluanilor solului . 7.3 Msuri de reducere a polurii solului POLUAREA APELOR (HIDROSFEREI) 8.1 Surse de poluare i tipuri de poluani . 8.2 Efectele polurii apelor 8.3 Apa potabil 8.4 Purificarea apei pentru potabilizare 8.5 Apele uzate 8.6 Gospodrirea apelor POLUAREA RADIOACTIV (NUCLEAR) 9.1 Radioactivitatea. Generaliti 9.2 Clasificarea radiaiilor 9.3 Uniti de msur a radioactivitii 9.4 Efectele radiaiilor asupra sntii 9.5 Protecia mpotriva radiaiilor 9.6 Utilizarea panic a radioactivitii LIMITELE RESURSELOR BIOSFEREI 91. Limitele resurselor energetice 9.2 Limitele resurselor de materii prime . 9.3 Limitele resurselor de ap . 9.4 Limitele resurselor alimentare

33 34 38 38 38 38 41 42

43 43 44 46 46 47 48 48 50 52 56 56 57 59 62 63 65 66 69 70 70 71 74 75 77 77 80 81 82

Cap.7

Cap.8

Cap.9

Cap. 10

3

Cap. 11

. PROTECIA MEDIULUI 10. Conservarea mediului geografic al Pmntului 1. 10. Aspecte economice ale proteciei mediului 2. 10. Legislaia n domeniul proteciei mediului 3. 10. Principii de perspectiv pentru protecia mediului 4. 10. Pentru o dezvoltare social sustenabil 5. 10. Ingineria mediului parte integrant a proteciei 6. mediului BIBLIOGRAFIE

84 84 86 87 90 91 92 93

4

INTRODUCERE Starea global a mediului a devenit, n anii din urm, un motiv important de ngrijorare, aducnd n prim plan subiecte determinante ale existenei umane, cum ar fi: creterea demografic, modificarea climatului global, diminuarea biodiversitii - datorit distrugerii habitatelor pentru diferite specii de plante i animale, eroziunea solului, distrugerea pdurilor, poluarea aerului i a apei, epuizarea resurselor de combustibili fosili i acumularea de deeuri toxice. Incepnd cu Conferina de la Stocholm privind mediul uman, ce a avut loc n anul 1972, comunitatea internaional trateaz problemele mediului prin msuri colective, la nivel global care se aplic la nivele locale, prin intermediul unui cadru politico-economic adecvat. Se pleac de la premiza c prin aciuni concertate de educaie i de management inteligent se pot economisi resurse i se poate mbunti calitatea mediului. Conceptul de dezvoltare durabil (sustenabil) a fost definit de ctre Comisia Mondial pentru Mediu i Dezvoltare (WCED), n raportul su din 1987, cunoscut sub numele Raportul Bruntland, ca dezvoltarea care urmrete satisfacerea nevoilor prezentului, fr a compromite posibilitatea generaiilor viitoare de a-i satisface propriile nevoi. Ea desemneaz totalitatea formelor i metodelor de dezvoltare socio-economic, al cror fundament l reprezint asigurarea unui echilibru ntre acestea i capitalul natural. Stiina mediului ofer cunotinele de baz necesare pentru a tri "sustenabil", economisind resursele prin micorarea consumurilor, protejnd mediul natural prin reducerea polurii i intervenind pentru protejarea ecosistemelor periclitate. Cunoasterea principiilor de baz ale ecologiei ofer fundamentul pentru nelegerea modului de funcionare al naturii i a modului n care putem tri n armonie cu natura. Se ajunge, n felul acesta, la cunoaterea aciunilor ce trebuie ntreprinse pentru a avea un mediu sntos, capabil s ne asigure condiii pentru o via de calitate, att pentru noi ct i pentru generaiile urmtoare.

5

Lucrarea de fa i propune s pun la dispoziia viitorilor ingineri de instalaii pentru construcii cunotinele de baz referitoare la tiina mediului nconjurtor, pentru a nelege modul de organizare i funcionare a naturii i importana convieuirii n armonie cu mediul nostru de via. Cartea este conceput n dou pri, dintre care prima parte, intitulat Noiuni teoretice de ecologie general este o trecere n revist a obiectului ecologiei ca tiin biologic, a modului cum este structurat i funcioneaz ecosfera - ca sistem biogeochimic, integrat n structura planetei. Cunoaterea mecanismelor ce ntrein viaa este o condiie necesar dar nu suficient pentru asigurarea continuitii ei pe Pmnt. De aceea, partea a doua a cursului, intitulat Elemente de ecologie aplicat are menirea de a aduce la cunotina cititorului principalii factori de degradare a mediului, limitele resurselor biosferei i metodele de protecie ce trebuiesc adoptate de ctre societate, n regim de urgen, pentru a-i asigura o dezvoltare durabil.

Capitolul 1. GENERALITI 1.1. Definiia i obiectul ecologiei

Ecologia este definit ca tiina relaiilor dintre organismele vii i mediul lor de via de pe diferite nivele supraindividuale, numite ecosisteme. Ca tiin fundamental, ecologia face parte din cadrul tiinelor biologice, care studiaz fiinele vii de pe planeta Pmnt. Spre deosebire ns de celelalte tiine biologice, care studiaz fiinele vii la diferite niveluri sub-individuale i individuale de organizare (macromolecule, celule, organe, indivizi), n afara mediului lor sau ntr-un mediu teoretic, ecologia studiaz nivelurile supraindividuale: populaii, biocenoze i biosfer, integrate n mediul lor de via. Ecologia este tiina economiei naturii, a producerii, circulaiei, distribuiei i degradrii materie organice vii, n condiiile interaciunii permanente a vieii cu mediul su, pe toate nivelele de organizare.

6

Termenul de ecologie deriv din grecescul oikos = cas, gospodrie i logos = descriere, vorbire i a fost utilizat pentru prima dat de biologul Ernst Haeckel, n 1866. Punctul de vedere ecologic const deci n evidenierea interaciunilor ntre diferitele sisteme vii supraindividuale cu alte sisteme biologice i cu componentele mediului, fiind esenial diferit de cel morfologic, anatomic sau fiziologic. Ca tiin aplicativ, ecologia pune la dispoziia societii umane cunotinele teoretice i practice necesare pentru amenajarea i exploatarea raional a ecosistemelor i a resurselor rennoibile ale ecosferei. Ecologia general sau ecologia teoretic studiaz raporturile generale dintre materia vie i mediul su. Mediul nconjurtor reprezint ansamblul tuturor elementelor materiale din Univers care influeneaz viaa unui organism individual sau a unei colectiviti de organisme. Componentele mediului care influeneaz organismele vii se numesc factori de mediu sau factori ecologici, ntruct ei intr n relaii cu organismele, prin aciunea crora pot fi modificai. Mediul geografic este constituit din ansamblul elementelor fizice, chimice i biotice de la suprafaa Pmntului, care influeneaz viaa organismelor sau a comunitii vegetale sau animale. Mediul specific este alctuit din acele componente ale mediului geografic care influeneaz nemijlocit viaa organismelor sau a comunitilor de organisme. Mediul specific este format din componeni de natur material, energetic i informaional, care acioneaz asupra organismelor ca factori de mediu, grupai mai ales din motive didactice n dou categorii: mediul fizic (anorganic sau abiotic) i mediul biotic (organic). Mediul fizic este alctuit din componente de natur geologic, geomorfologic, climatic i edafic (roc, substrat, relief, lumin, cldur, umiditate, vnt, sol, etc.). Mediul biotic se compune din totalitatea organismelor de plante, animale i microorganisme din spaiul fizic, specific organismului sau comunitii de specii.

7

Toate componentele mediului fizic i biotic joac, n raport cu un organism sau o comunitate de specii, rolul de factori ecologici de natur fizic, geografic, climatic, edafic sau biotic. Pe suprafaa Pmntului ca planet, mediul nconjurtor este identic cu mediul geografic. El este deci un component al nveliului exterior al planetei. Studiul mediului nconjurtor al Pmntului face obiectul geografiei fizice, dar i al altor discipline, printre care i ecologia. 1.2. Scurt istoric Charles Darwin poate fi considerat unul din pionierii ecologiei, fiind cel care a dat, n lucrarea sa Originea speciilor, aprut n 1859, prima descriere tiinific a nlnuirii speciilor prin relaiile lor numerice . Dup 1850 devin tot mai numeroase lucrrile ce trateaz aspecte ale ecologiei, mai ales n domeniul botanicii. ntemeietorul ecologiei moderne este considerat zoologul german Ernst Haeckel, care a utilizat pentru prima dat, n 1866, termenul de ecologie i a elaborat ideile fundamentale ale acestei tiine, plecnd de la teoria lui Darwin, a luptei pentru existen. Ecologia a fost fundamentat ca tiin abia pe la mijlocul secolului XX, cnd s-au pus bazele ecologiei generale, plecnd de la ecologia speciilor de plante i animale. n anul 1957 zoologul american Odum pune bazele ecologiei sistemice prin abordarea realitii nconjurtoare i deci i a lumii vii n concepie sistemic. Ecologia devine astfel o tiin fundamental de studiu a biosferei i a tuturor ecosistemelor de pe Terra. n ara noastr, concepia ecologic a fost promovat de ctre Gr. Antipa, fost elev i colaborator (asistent universitar) al lui Ernst Haeckel, la Jena, Gr. Iliescu (1934) , iar mai recent de ctre B. Stugren (1965, 1980, 1988), N. Botnariuc (1976) i A. Vdineanu (1982). Ecologia terestr s-a afirmat cu deosebire prin lucrrile academicianului Al. Borza de la Cluj.

8

1.3.

Ecologia ca tiin

Ecologia ca tiin a interaciunii organismelor cu mediul lor geografic studiaz numai un sector restrns al mediului nconjurtor i anume, cel al interaciunilor din cadrul lumii vii , care la nivelul planetei alctuiete biosfera. Lumea vie, la scara planetei Pmnt are o arhitectur complex, cu numeroase niveluri de organizare i integrare. Nivelul fundamental de organizare a lumii vii este reprezentat de individul organic, adic de organismul individual. Ecologia ca tiin nu studiaz n mod special organizarea individului i nici nivelurile sale inferioare: organe, esuturi, celule, molecule, etc., ci nivelurile ei superioare de organizare: populaii, biocenoze, biosfer (sisteme biologice ale planetei: ecosisteme). Ecologia populaiilor este acea parte a ecologiei care studiaz raporturile dintre populaiile de microorganisme, plante i animale, cu mediul nconjurtor. Populaia, ca nivel supraindividual de organizare este o colectivitate de organisme din aceeai specie ce ocup un fragment bine definit al mediului numit biotop (de la grecescul bios = via i topos = loc). Totalitatea arborilor din aceeai specie (de ex.: molid, brad, fag, stejar, etc.) dintr-un arboret alctuiesc populaia. Ecologia biocenozelor este acea parte a ecologiei care studiaz comunitile sau colectivitile de populaii, cunoscute sub numele de biocenoze (de la grecescul bios = via i koinoein = n comun). Biocenoza este o comunitate de plante, animale i microorganisme care ocup un biotop, exploateaz resursele sale i transform condiiile de existen din biotop. De exemplu, n cazul pdurii, totalitatea populaiilor de arbori, arbuti, plante erbacee, microorganisme alctuiesc biocenoza forestier, care la rndul ei poate fi subdivizat n fitocenoz totalitatea

9

populaiilor de plante, zoocenoz -

totalitatea populaiilor de animale i

microcenoz totalitatea populaiilor de microorganisme. Raporturile ecologiei cu alte tiine Strns legat de tiinele: Care studiaz viaa: Botanica Zoologia Fiziologia Genetica Care studiaz componente ale mediului: Geografia fizic Geologia Pedologia Hidrologia Climatologia Meteorologia Tabelul 1 Baz pentru tiinele aplicative: Agricultura Zootehnia Silvicultura Piscicultura Urbanistica Amenajarea teritoriului Protecia mediului Etc.

Ecologia ecosistemelor este o biologie a acestor nivele de organizare a materiei vii. Ecologia ca tiin este de fapt o biologie a ecosistemelor, aa cum a definit-o Odum n 1971 i Walter, n 1977. Ecologia biosferei (ecosferei) studiaz biosfera n ansamblul su. Biosfera sau ecosfera (de la bios = via i sfaira = cerc, nveli) este neleas ca ansamblul ecosistemelor de pe planeta Pmnt. 1.4. Originile i evoluia vieii pe Pmnt

Evoluia materiei n ecosfer cunoate urmtorele etape:

abiogen nainte de apariia vieii pe Terra; biogen perioada n care n care se formeaz circuitelebiogeochimice i cea de a treia,

antropogen care ncepe odat cu apariia omului i aduceschimbri importante n evoluia materiei. 1.4.1. Perioada abiogen

10

A nceput cu 4,6 miliarde de ani n urm, odat cu formarea planetei Terra. Pmntul, ca planet a sistemului solar a luat fiin dintr-un imens nor de materie interstelar format din gaze i pulberi cosmice. In compoziia acestui nor se estimeaz c intrau: cca. 60% H2, 30% He, 1-2% O2, C, N, elemente grele sub 1%, gaze nobile, NH3, CH4, H2O, S, Si, Mg, Fe, etc. Pmntul s-a format n zona central a norului planetar i a incorporat cu prioritate compui chimici cu punct de fuziune ridicat: Si. Mg, Fe, S i alte elemente grele. Elementele uoare, gazoase se ndeprtau spre periferia norului. Compuii de cu C, N, O, H (CH 4, NH3, H2O) se reineau prin combinaiile lor cu elementele chimice incorporate iniial. Prin nclzire gravitaional, Pmntul se structureaz ntr-un nucleu central, o manta i scoar. Formarea atmosferei i a hidrosferei sunt dou etape de mare importan n evoluia planetei Pmnt. Atmosfera se pare c s-a format prin degazeificarea magmei n procesul de rcire i cristalizare, etap care marcheaz trecerea Pmntului de la faza cosmic la faza evoluiei geologice. Oceanul planetar hidrosfera s-a format dup consolidarea scoarei terestre i scderea temperaturii sub 1000C. Sursa principal de energie pentru desfurarea proceselor de sintez chimic era radiaia solar (cca. 260.000 cal / cm2/an) la care se mai aduga energia provenit din descrcrile electrice, radioactivitate, energia geotectonic, energia gravitaional, etc. Procesul de apariie a vieii a debutat cu formarea compuilor organici (hidrai de carbon, aldehide, aminoacizi, etc.), din atmosfera primar, pornindu-se de la substane simple ca: CH4, NH3, H2O, sub influena descrcrilor electrice i a radiaiilor ultraviolete. 1.4.2. Perioada biogen

11

Incepe odat cu apariia vieii i a proceselor metabolice (anabolism i catabolism) caracteristice organismelor vii, care au marcat nceputul circuitului biogeochimic al materiei, alturi de cel geochimic. Noul circuit biologic se dezvolt pe baza circuitului geochimic, aflndu-se ntr-o strns ntreptrundere cu acesta, dnd natere circuitului biogeochimic. In faza circuitului geologic, energia solar era utilizat pentru dislocarea i deplasarea substanelor din scoara terestr. i n prezent, cca. jumtate din totalul energiei radiante primite de Pmnt este folosit pentru evaporarea apei care pune n micare marele circuit hidrologic. Viaa aprut pe Pmnt stocheaz energia solar sub form de materie organic, mrind n felul acesta eficiena utilizrii energiei. Metabolismul, fiind un proces selectiv a produs modificri importante n vitezele de circulaie ale diferitelor elemente i compui, influennd astfel evoluia circuitului planetar al materiei i, implicit, evoluia vieii. Primele organisme aprute se hrneau cu substane organice formate pe cale abiogen, dizolvate n ap i ferite de razele ultraviolete. Ne existnd procese de descompunere biologic, circuitul materiei n natur era linear. Apariia primelor organisme fotosintetizante (n urm cu cca. 3,35 miliarde de ani) i acumularea oxigenului n ap i n aer (n urm cu cca. 2,35 miliarde de ani) a determinat schimbri i adaptri n evoluia organismelor. Produii catabolismului unor organisme au devenit surs de hran i energie pentru alte organisme, deci procesul liniar al transferului unor substane, cu acumulri de deeuri a devenit ciclic. Bioxidul de carbon, unul din principalele deeuri ale organismelor a devenit hran pentru organismele fotosintetizante, iar oxigenul produs de acestea a nceput s fie utilizat n procesul respiraiei. Apariia respiraiei, alturi de fotosintez a dus la schimbri radicale n circuitul carbonului i oxigenului. Oxigenul acumulat la nceput n ap a trecut treptat n atmosfer, de unde alturi de cel rezultat din fotosintez era consumat n procese de

12

oxidare a numeroi compui minerali redui, modificnd astfel i circuitul lor, care din geochimic a devenit biogeochimic. Creterea cantitii de oxigen din atmosfer a contribuit la formarea ecranului de ozon , care are capacitatea de a absorbi radiaiile ultraviolete, permind dezvoltarea organismelor vii, diversificarea formelor de via, a proceselor metabolice i deci a circuitului de substane. Diversificarea formelor de via i creterea continu a biomasei totale a contribuit la schimbri ale condiiilor de mediu, care la rndul lor au deschis noi ci de evoluie a vieii. Mediul abiotic a suferit la rndul su transformri ca urmare a activitii organismelor vii. Atmosfera, de exemplu, cu compoziia ei actual este rezultatul activitii organismelor fotosintetizante care au contribuit la creterea coninutului de oxigen i scderea celui de bioxid de carbon.

1.4.3. Perioada antropogenApariia omului i dezvoltarea societii umane este considerat nceputul perioadei antropogene. Omul, prin activitatea sa introduce n circuitul ecosferei combustibilii solizi (crbuni, petrol, gaze naturale), aducnd schimbri importante n circuitul carbonului i oxigenului. Utilizarea energiei solare stocate n lemn i alte esuturi vegetale a dus la defriri masive de-a lungul timpului, cu consecine dezastruoase asupra circuitului carbonului i asupra climei pe glob. Intensificarea de ctre om a fluxului de energie din atmosfer, prin utilizarea in activitile sale a unor forme tot mai diverse de energie: hidraulic, eolian, geotermic, nuclear modific profund circuitul global al materiei, prin punerea n micare a unei cantiti imense de materie. Extinderea culturilor agricole, a exploatrilor forestiere, a vnatului i pescuitului, a industriei hidroenergetice (prin captarea i schimbarea cursului apelor curgtoare), determin schimbri majore ale cilor i vitezei de circulaie a tuturor elementelor biogene i a altor elemente.

13

Arderile industriale modific circulaia carbonului, azotului i sulfului. Utilizarea ngrmintelor chimice i a pesticidelor deregleaz circulaia azotului, fosforului, potasiului, carbonului calciului, etc. att direct, ct i indirect prin distrugerea circuitului normal de reciclare a acestor elemente. Activitatea industrial introduce in circuit elemente care n fazele anterioare aveau un rol neglijabil, cum sunt metalele: fier, aluminiu, cupru, zinc, sodiu, mercur, etc. O caracteristic a activitii umane, duntoare circuitului natural al elementelor este tendina de linearizare, care conduce la acumulri de deeuri a cror reciclare devine tot mai anevoioas.

14

Capitolul 2. ECOSFERA 2.1. Definiie. Alctuire. Ecosfera a fost definit pentru prima dat de ctre Commoner (1972) ca totalitatea ecosistemelor de pe Pmnt, fiind cel mai larg sistem de organizare a materiei vii de pe planeta noastr. Noiunea include att biosfera sistemul cel mai larg de organizare a materiei vii, ct i domeniul ei de existen, in care intr: scoara de dezagregare, toat hidrosfera i o mare parte din atmosfera terestr (vezi tab.3). Ecosfera are ca uniti funcionale elementare ecosistemele. 2.2. Structura fundamental a ecosferei Ecosfera se compune din dou categorii de sisteme materiale:

sisteme anorganice (nevii); sisteme biologice (vii) Sistemele anorganice (nevii) ale ecosferei sunt: rocile (aparinnd litosferei), apa (aparinnd hidrosferei), aerul (aparinnd atmosferei) i energia radiant (component de origine cosmic). Sistemele biologice (vii) ale ecosferei sunt cele care alctuiesc biosfera propriu-zis :

virusuri sisteme biologice cu structuri necelulare, bacteriile - sisteme biologice celulare primitive, ciupercile - plante inferioare heterotrofe, plantele verzi, fotositetizante i animalele, consumatoare de substan organic primarLimita superioar a ecosferei coincide cu limita superioar a troposferei, aflat la cca. 10 12 km deasupra nivelului mrii, iar limita inferioar este la 11 km n oceane i cca. 4 km sub nivelul mrii, n soclurile continentale.

Solul este considerat un component al ecosferei, de origine mixt, produs al interaciunii dintre componentele sale de origine organic i anorganic. Densitatea substanei vii descrete de la ecuator la poli, de la nivelul mrii spre nlimile munilor i spre abisurile oceanelor, de la nivelul solului spre adncimile lui. Tabelul 3 ECOSFERA

Sistem biogeochimic , integrat n structura Terrei i nDefiniie: sistemul solar; i evoluia substanei i energiei, la nivelul planetei Pmnt. prin interaciunea dintre materia din scoara terestr i Cosmos, realizat prin: asimilare de energie din Cosmos; - acceptare de materie din Cosmos; - informaie - ca factor de ordonare a haosului molecular. Superioar: La 10 km deasupra nivelului mrii (nivelul 0) Inferioar: n oceane: 11 km; n solurile continentale: cca. - 4 km. Sisteme organice: Virusuri necelulare; Bacterii celule primitive; Ciuperci plante inferioare; Plante verzi fotosintetizatoare; Animale consumatori de materie organic primitiv.

Sistem integral, heterogen, format prin transformarea

Formare:

Limite:

Alctuire: Sisteme anorganice: Roci: Litosfer; Ap: Hidrosfer; Energie radiant: din Cosmos

Ecosfera este un sistem biogeochimic, care a rezultat ca urmare a interaciunii materiei din scoara terestr cu cosmosul. Aceast interaciune a constat pe de o parte din asimilarea energiei cosmice, iar pe de alt parte prin acceptarea materiei cosmice provenit din cderea asteroizilor.

16

2.3. Structura material a ecosferei Dup N. Botnariuc, ecosfera este un sistem heterogen, format din 7 tipuri de materie [1]:

materia vie - organismele individuale, ca sisteme biologicefundamentale, cu funcii biogeochimice, reprezentnd cca. 0,001% din masa scoarei terestre, compus din: o fitomas i

o zoomas (cca. 2429x109 t); materie organic moart (necromasa) netransformat nc dectre descompuntori (bacterii), estimat la cca. 11 060x109t, sub form de : humus, geopolimeri i unele roci biogene (petrol, crbuni);

materia inert concentrat n cele trei geosfere: litosfer,hidrosfer, atmosfer;

materia bioinert sisteme bioinerte formate din amestec dematerie vie i materie moart (sol, ml, scoar de eroziune, ape freatice, etc.);

materia radioactiv fondul natural i artificial de izotopiradioactivi din ecosfer;

atomi liberi ce apar n scoara terestr, sub form de zcmintede metale native (n stare pur);

pulberea cosmic ce cade din cosmos (n cantitate anual decca. 1,1x104t).

Materia vie se compune din atomi ai acelorai elemente chimice

ce formeaz scoara terestr, formnd sisteme vii (biomas), numite sisteme de oxigen, formate predominant din oxigen, carbon, hidrogen i azot (98 %), restul de 2% fiind ocupat de microelemente. Materia vie se compune din organisme individuale care sunt sisteme biologice fundamentale , ndeplinind anumite funcii biogeochimice.

Cantitatea de materie vie din ecosfer formeaz biomasa, estimat cantitativ la cca. 2429 x 109 tone. Biomasa reprezint numai 0,001% din masa scoarei terestre i se compune din fitomas i zoomas. Materia vie este alctuit din atomi ai acelorai elemente chimice ca i scoara terestr. Sistemele vii sunt sisteme de oxigen, formate din oxigen i macroelemente pe baz de carbon, hidrogen i azot. Macroelementele biogene formeaz 98% din biomas, restul revenind microelementelor. Materia vie este alctuit din anumii izotopi ai elementelor chimice: carbon, oxigen, hidrogen i azot. Organismele vii au capacitatea de a acumula selectiv anumii izotopi, concentrnd de regul izotopii uori.

Materia organic moart, sau necromasa se afl necosfer datorit incapacitii bacteriilor de a o descompune n ritmul n care este produs materia vie, fiind estimat la cca. 11.060 x 109 t, n cantitate mai mare dect biomasa total. Din materia organic moart a rezultat humusul, geopolimerii i unele roci biogene ca petrolul i crbunii. Materia inert este concentrat n cele trei geosfere: litosfera, atmosfera i hidrosfera. Litosfera este substratul chimic al vieii, rezervorul de materie din care se alimenteaz procesele biochimice. Hidrosfera este alctuit din totalitatea apei planetei, sub toate formele de agregare i are ca funcie vehicularea atomilor hidrogen i de oxigen de la o regiune la alta, de la un biotop la altul. Atmosfera, prin ptura sa inferioar troposfera este un sistem de oxigen i azot care face posibil viaa organismelor aerobe.

Materia bioinert este concentrat n special n sol, scoara deeroziune, ape freatice, etc., care sunt sisteme bioinerte alctuite dintr-un amestec de materie moart i materie vie.

Materia radioactiv este reprezentat de fondul natural i

artificial de izotopi radioactivi din ecosfer. Atomii liberi dispersai sunt cei care apar n scoara terestr, sub

form de zcminte de metale native (n stare pur).

18

Pulberea cosmic ce cade n decursul unui an la nivelul globului

terestru se ridic la cca. 1,1 x 104 t. n ultima jumtate de secol a aprut n ecosfer un nou tip de materie organic, produs al industriei chimice: pesticidele - substane policiclice, organo-clorurate care perturb procesele fizico- chimice i biochimice din ecosfer. 2.4. Structura funcional a ecosferei Funcionarea ecosferei este asigurat prin: o nevoia de hran a organismelor vii, care se asigur prin lanul trofic (tab.4); o principalele cicluri biogeochimice. Tabelul 4 Procese fundamentale de transformare a materiei

Categorii trofice (lanul trofic) 1. Productori primari plante autotrofe; 2. Consumatori primari fitofage (animale ierbivore); 3. Consumatori secundari organisme animale carnivore, ce se hrnesc cu ierbivore; 4. Descompuntori (bacterii, ciuperci) organisme ce se hrnesc cu materie organic moart, pe care o descompun n elementele componente materie mineral.

Sinteza materiei organiceprimare: - organismele vegetale transform srurile minerale (din sol)+ O2/ CO2 (din aer) + energie (solar), prin fotosintez n mas vegetal (materie organic primar);

Procese de ingestie: consumarea materiei organice primare de ctre ierbivore i carnivore (consumatori primari, secundari i teriari);

Procese de mineralizare descompunerea materiilor organice, n elementele minerale componente i nchiderea circuitului materiei.

19

Fiind un sistem integral, sistemele sale componente interacioneaz, iar ecosfera, la rndul ei interacioneaz cu celelalte geosfere terestre: atmosfera, hidrosfera i litosfera. Toate aceste interaciuni constau n circulaia materiei i energiei, avnd ca rezultat evoluia materiei i a diferitelor forme de energie.

CO2 Sruri minerale

Fotosintez

O2

VegetaleRespiraie

Materie organic

Ierbivore

Carnivore

Descompuntori

Fig. 1 Circuitul materiei i energiei n ecosfer, dup R. Barbault (1990); Componenii biosferei dreptunghiuri; componenii mediului - cercuri; fluxuri de energie linie ntrerupt; fluxuri de substane minerale linie simpl continu; fluxuri de substane organice linie dubl continu;

Radiaia solar este sursa de energie care favorizeaz circuitul materiei pe Pmnt. 2.5. Circuitul principalelor elemente materiale n ecosfer 2.5.1. Circuitul carbonului Carbonul este un element deosebit de important din punct de vedere ecologic deoarece: intr n structura tuturor moleculelor organice i are un rol energetic foarte important prin reactivitatea lui mare. Combustibilii fosili,

20

principala surs de energie pentru nevoile omului pn n prezent sunt compui ai carbonului. Bioxidul de carbon din atmosfer are rolul de ecran care oprete radiaia termic, infraroie, determinnd aa-numitul efect de ser, cu consecine duntoare asupra climatului planetei. CO2-ul din atmosfer este transformat n procesul de fotosintez al plantelor (asimilaie clorofilian) n compui organici (lipide, glucide pariale), care apoi servesc ca hran pentru animale. De la acestea, prin procesele de respiraie, fermentaie i arderi se ntoarce n atmosfer, nchiznd circuitul pe parcursul cruia concentraia sa este relativ constant. La meninerea constant a cantitii de CO2 din atmosfer contribuie att consumatorii ct i descompuntorii care elimin CO2 i ap. Sistemul sol plante atmosfer are capacitatea de atenuare a influenelor produse de ctre activitile omului, prin arderi industriale. Astfel, tendina de cretere a concentraiei CO2 n

Fig. 1 - Circuitul principalelor elemente materiale in ecosfer

atmosfer este reglat prin procesul de conexiune invers negativ, prin creterea cantitii de CO2 consumat n procesul de fotosintez a plantelor i prin creterea cantitii de CO2 dizolvat n ap. De aici CO2-ul se combin cu carbonaii i formeaz bicarbonai care se depun n sol sub form de

21

sedimente. O alt cale de scoatere a carbonului din circuit este depunerea lui sub form de combustibili fosili. 2.5.2. Circuitul azotului n ecosfer Azotul este un component esenial al substanelor proteice, aminoacizilor, acizilor nucleici, etc., al crui circuit biogeochimic este cel mai complicat. In atmosfer azotul ocup 78% din volum, reprezentnd 80% din totalul existent pe Pmnt. Restul de 20% se afl n humus, n biomasa organismelor vii i n sedimente de origine animal sau mineral. Dup N. Botnariuc i A. Videanu (1982), circuitul azotului se poate mpri n dou sub-cicluri: primul care cuprinde fixarea azotului atmosferic i astfel ntr n circuit, urmat de denitrificare, prin care o parte a azotului fixat iniial se ntoarce n atmosfer; al doilea sub-circuit const n mineralizarea compuilor organici cu azot i biosinteza compuilor organici azotai. In viaa ecosistemelor terestre, azotul atmosferic este fixat n principal prin intermediul unor bacterii care triesc n rdcinile leguminoaselor. Utilizarea ngrmintelor azotoase n cultura plantelor este o cale de mrire a cantitii de azot intrat n circuitul biogeochimic. Eliberarea azotului din biocompui este determinat tot de bacterii, aerobe sau anaerobe. O parte din azotul eliberat se degaj n atmosfer sub form de NH3 sau N molecular, iar o parte, sub form de azotai (nitrai) poate fi utilizat din nou de ctre plante. Faza a doua a sub-ciclului const n utilizarea, de ctre plante, a azotului din azotai pentru sinteza substanelor organice azotoase. Bilanul general al azotului n biosfer este pozitiv, ntruct, cu unele excepii, cum ar fi unele scurgeri de azot din circuit, prin denitrificare i depozitarea unei pri din substana organic mult azotoas n sedimente i scoaterea ei din circuit, se fixeaz mai mult azot dect se pierde. Omul intervine substanial n circuitul azotului n biosfer prin extinderea culturii plantelor leguminoase i n acest sens, prin creterea cantitii de

22

ngrminte azotoase utilizate, precum i prin realizarea dirijat a simbiozei dintre unele plante de cultur i bacterii fixatoare de azot. 2.5.3. Circuitul fosforului n ecosfer Fosforul este elementul chimic care intr n compoziia acizilor nucleici i joac rolul de stocare i transmitere a informaiei genetice. El intr de asemenea n compoziia fosfoproteinelor, fosfolipidelor i a scheletului vertebratelor, sub form de fosfat de calciu, iar n seminele plantelor se afl sub form de fitin. Fosforul joac un rol esenial n procesele metabolice, n fotosintez i n procesele de transfer energetic, att la plante ct i la animale. Sursa principal de fosfor o constituie rocile fosfatice ca: apatita, fosforitele, depozitele de guano, oasele scheletelor de animale, etc. Circuitul fosforului n natur este legat de circuitul apei, deoarece acest element nu are compui gazoi. Din rocile eruptive i sedimentare, prin dezagregare i alterare chimic fosforul este preluat de apele de precipitaii, ajunge n ruri, mri, oceane i se depune n rocile sedimentare continentale sau marine. Pe acest circuit geochimic se grefeaz circuitele biologice. O parte din fosfor este preluat de plante, apoi prin acestea trece la animale, de unde, prin activitatea descompuntorilor: bacterii, ciuperci este eliberat, reintrnd n circuit sau depozitndu-se sub form de compui insolubili. Aceste pierderi ar limita producia vegetal dac nu ar fi compensate prin utilizarea de ctre om a ngrmintelor fosfatice. Omul introduce anual 5-6 milioane tone de P mineral sub form de ngrminte fosfatice, la care se adaug fosforul din detergeni, deeuri organice, etc. Acestea ajung n unele ape stttoare (lacuri) unde, alturi de azot determin dezvoltarea exploziv a algelor, dereglnd echilibrul biocenozelor acvatice respective. 2.5.4. Circuitul calciului n ecosfer Calciu are un rol important n realizarea structurilor de susinere ale vertebratelor i n creterea unor vegetale.

23

Circuitul calciului este tipic sedimentar, asemntor cu al fosforului, urmnd, n general circuitul apei. Calciu se gsete n cantiti imense n scoara terestr, sub form de calcit, aragonit, ghips, cret, carbonai i este prezent i n apele naturale sub form de carbonai i bicarbonai solubili. Carbonaii de calciu sunt n general dizolvai de apele de precipitaii de unde sunt transportai n lacuri, ruri, mri i oceane. Vegetaia preia o cantitate mare de calciu din sol i o depoziteaz n esuturi, mai ales cele perene. De aici o parte este redat solului prin litier. In zonele de step i silvostep, cu precipitaii mai reduse se produce o acumulare a calciului n sol. In mediul acvatic, circuitul calciului depinde de raportul dintre carbonai i bicarbonai. CaCO3 + H2CO3 Ca(HCO3)2 In cazul unor ape cu pH acid (< 7), datorit unor concentraii mari de CO2 n ap i n condiiile unor temperaturi mai sczute, echilibrul reaciei se deplaseaz ctre dreapta. In caz contrar, la concentraii mici de CO2 (pH mare), acesta fiind consumat de ctre fitoplancton n procesul de fotosintez i n prezena unor temperaturi ridicate, reacia se deplaseaz ctre stnga. Reintrarea n circuit a calciului depus n apele oceanelor sub form de carbonai insolubili se face lent, prin procese de orogenez. 2.5.5. Circuitul sulfului n ecosfer Sulful intr n structura materiei vii n anumii aminoacizi, vitamine, etc. n exces, devine toxic pentru animale i plante. Circuitul acestui element se face ntre cele dou rezervoare: litosfera, unde se gsete n compoziia unor minerale (sulfuri, sulfai), a combustibililor fosili (crbuni, petrol), ct i n detritusul organic i atmosfera, unde apare sub form de SO2 gazos, de provenien industrial, din arderea combustibililor fosili, din erupii vulcanice i unele procese biologice. SO2-ul din aer se combin cu apa i formeaz acid sulfuric, cade pe pmnt sub forma ploilor acide, iar de aici, n prezena cationilor se poate transforma n sulfai. Sub aciunea factorilor biologici, sulfaii solubili sunt absorbii de plante i incorporai n aminoacizi i alte substane proteice. Din plante, sulful ajunge n organismul animalelor, cu hrana (lanul trofic).

24

Prin moartea plantelor i animalelor, sulful din masa organic se transform n sulfuri i apoi n sulf elementar. Urmeaz transformarea n sulfai, prin intermediul bacteriilor sulfo-oxidante, care pot fi absorbii de plante sau splai se ape. n unele ecosisteme acvatice, formarea H2S duce la blocarea dezvoltrii vieii. Influena omului asupra circuitului sulfului n ecosfer este evident. Astfel, din totalul intrrilor de sulf din atmosfer, de 550 x 106 t, 150 x 106 t sunt sub form de SC2 i H2S rezultate din arderile industriale, la care se mai adaug sulful provenit din industria chimic, minerit, descompunerea anaerob a substanelor organice din lacuri, etc. 2.5.6. Circuitul apei n ecosfer Apa este o substan absolut indispensabil vieii, una din cele mai rspndite substane pe planeta Pmnt, acesteia, numit hidrosfera. Din punct de vedere chimic, apa este un compus chimic al hidrogenului i al oxigenului, avnd formula chimic brut H2O. Este un bun solvent i are o tensiune superficial ridicat, permind astfel micarea compuilor organici i a organismelor vii. Apa este un foarte bun solvent, similar din punct de vedere chimic cu amoniacul, i dizolv multe tipuri de substane, precum diferite sruri i zahrul, i faciliteaz reaciile chimice ale acestora, lucru care faciliteaz desfurarea complexelor reacii din cadrul metabolismului organismelor vii. Din punct de vedere al caracteristicilor fizice, apa proaspt are densitatea maxim la 4C, aceast densitate scznd pe msur ce apa se rcete, se nclzete sau nghea. Avnd o molecul polar stabil, particulele de ap din atmosfer joac un rol important n absorbia radiaiei infraroii, crucial n cadrul efectului de ser, fr de care temperatura medie la suprafaa Terrei ar fi de -18 C. Apa are o cldur specific neobinuit de mare, care joac mai multe roluri n reglarea climatului global i regional, precum Curentul Golfului, permind existena vieii. Deoarece absoarbe foarte mult infraroiile, are o formnd unul din nveliurile

25

foarte uoar nuan albastr, datorit eliminrii unei mici cantiti de lumin roie care o traverseaz. Culoarea albastr poate fi observat numai cnd apa este n cantitate mare, de exemplu n lacuri, mri sau oceane. Din punct de vedere biologic, apa are numeroase proprieti indispensabile proliferrii vieii, care o deosebesc de celelalte substane. Apa i ndeplinete acest rol permind compuilor organici s reacioneze n moduri care s permit n cele din urm replicarea celulelor vii. Toate formele de via cunoscute depind de ap. Apa este o parte vital in multe din procesele metabolismului organismelor vii. Cantiti semnificative de ap sunt utilizate de organism n digestia hranei. Aproape 72% din masa corpului uman fr grsimi este ap. Pentru o bun funcionare, corpul necesit ntre doi i apte litri de ap pe zi pentru a evita deshidratarea, cantitatea exact depinznd de nivelul de activitate, temperatur, umiditate i ali factori. Nu este cunoscut cu exactitate cantitatea de ap necesar a fi consumat de o persoan sntoas. O proprietate simpl a apei, dar unic i extrem de important pentru mediu, este c n forma sa solid, de ghea, plutete pe lichid. Forma solid a apei are o densitate mai mic dect a apei lichide, datorit geometriei punilor de hidrogen care se formeaz doar la temperaturi mai joase. Pentru aproape toate substanele i pentru toate celelalte 11 stri neobinuite ale apei, cu excepia gheii, starea solid este mai dens dect cea lichid. Apa proaspt este cel mai dens la 4C, i se va scufunda prin convecie pe msur ce se rcete la acea temperatur, iar dac se rcete n continuare se va ridica. Datorit aceste proprieti, apa de adncime va fi mai cald dect apa ngheat, de suprafa, astfel nct gheaa se va forma ncepnd de la suprafa i se va extinde n jos, iar cea mai mare parte a apei de dedesubt va rmne constant la 4C. Astfel, fundul unui lac, mare sau ocean este practic izolat de frig, permind supravieuirea speciilor de animale. Dei acest comportament poate prea banal, trebuie subliniat c aproape toate celelalte substane chimice sunt mai dense n stare solid i nghea de la fund spre suprafa.

26

Viaa pe Pmnt a evoluat i s-a adaptat acestor proprieti ale apei. Existena formelor solid, lichid i gazoas ale apei pe Pmnt a reprezentat un factor important pentru colonizarea diferitelor medii ale planetei de ctre forme de via adaptate variatelor, i adesea extremelor, condiii de via. Pe Pmnt, apa exist sub multe forme, n cele mai variate locuri. Sub form de ap srat exist n oceane i mri. Sub form de ap dulce n stare solid, apa se gsete n calotele polare, gheari, aisberguri, zpad, dar i ca precipitaii solide, sau ninsoare. Sub form de ap dulce lichid, apa se gsete n ape curgtoare, stttoare, precipitaii lichide, ploi, i ape freatice sau subterane. n atmosfer, apa se gsete sub form gazoas alctuind norii, sau fin difuzat n aer, determinnd umiditatea acestuia. Apa care este potrivit consumului uman se numete ap potabil i compoziia ei trebuie s fie conform cu prevederile STAS 1342/ 91 Apa potabil. Deoarece apa poate conine numeroase substane diferite poate avea gusturi sau mirosuri foarte diferite. Pe msura creterii populaiei umane, de-a lungul timpului i a folosirii intensive i extensive a resurselor de ap susceptibile de a furniza ap potabil, problema apei utilizabile a devenit o problem vital a omenirii Apa este elementul esenial, indispensabil vieii. Este constituentul major al materiei vii, unde poate reprezenta cca. 80 90 % din greutatea organismelor vii. Se gsete n atmosfer, hidrosfer i litosfer sub toate cele trei stri de agregare: lichid, solid i gazoas. Apele ce formeaz hidrosfera acoper peste din suprafaa Pmntului ( cca. 363 x 106 km2 din totalul de 510 x 106 km2 ). Oceanele conin 97 % din cantitatea de ap din ecosfer. Circuitul apei are la baz cantitatea de vapori din atmosfer, provenit din evaporarea apei din mri i oceane (hidrosfer). Aceasta revin la sol, prin rcire i condensare, sub form de precipitaii. La nivelul solului, apa se scurge la suprafa sau se infiltreaz n sol, se evapor sau este absorbit de ctre plante i apoi este

27

eliminar prin transpiraie. Un hectar de pdure evapor prin transpiraie cca. 20 30 t ap pe zi.

Fig.2 Conectarea circuitului hidrologic la circuitul geologic (dup Al. Rou, 1987)

La nivel planetar, apa este ntr-o continu micare i transformare, prin alternarea fenomenelor de evaporare i condensare, respectiv solidificare i topire. Aceast perpetu micare a apei se numete ciclul apei i constituie obiectul de studiu al meteorologiei i al hidrologiei. Apa poate reprezenta cca. 80 90 % din greutatea organismelor vii i se gsete n atmosfer, hidrosfer i litosfer sub toate cele trei stri de agregare: lichid, solid i gazoas. Apele ce formeaz hidrosfera acoper peste din suprafaa Pmntului (cca. 363 x 106 km2, din totalul de 510 x 106 km2 ). Oceanele conin 97 % din cantitatea de ap din ecosfer. Circuitul apei are la baz cantitatea de vapori din atmosfer, provenit din evaporarea apei din mri i oceane (hidrosfer). Aceasta revin la sol, prin rcire i condensare, sub form de precipitaii. La nivelul solului, apa se scurge la suprafa sau se infiltreaz n sol, se evapor sau este absorbit de ctre plante i apoi este eliminar prin transpiraie. Un hectar de pdure evapor prin transpiraie cca. 20 30t ap pe zi.

28

2.6. Factorii ecologici Elementele componente ale ecosferei, organice sau anorganice joac rolul de factori ecologici, n raport cu organismele sau comunitile de organisme ale biosferei. Factorii ecologici acioneaz asupra organismelor vii fie prin eliminarea unor specii din teritorii unde exigenele lor ecologice nu sunt satisfcute, fie influennd densitatea populaiilor, fie prin favorizarea apariiei unor modificri cantitative sau calitative de adaptare. Clasificarea factorilor ecologici Factori abiotici -Factorii ografici: - roci - forme de relief - Factori climatici: - clima cldur, vnt Factori edafici: troficitate, umiditate, cldur, aerisire. Vegetali: - flora; Animali: - fauna; Factori biotici Tabelul 5 Factori antropici -societatea uman

In raport cu natura componentelor ecosferei, factorii ecologici se clasific n trei mari grupe(vezi tab. 5): o abiotici (orografici, climatici, edafici); o biotici (vegetali, animali); o antropici (societatea uman). Aciunea factorilor ecologici asupra biosferei (fig.2) este definit de legea aciunii combinate, conform creia, factorii ecologici acioneaz simultan i combinat, printr-o rezultant comun. De fiecare dat ns, din ansamblul tuturor factorilor ecologici, unul devine determinant, avnd o influen preponderent asupra speciilor i biocenozei n ansamblu. Spre

29

exemplu, n deerturi i stepe, factorul limitativ este apa, pe cnd n zonele boreale i polare, cldura.

Fig. 3 - Relaia dintre organismele vii i componentele mediului ca factori ecologiciTemperatur, umiditate

Habitat

O

FAUNTemperatur, umiditate Transpiraie Habitat

Nutriie mineral Pedogenez

FLOR

Evaporare

CLIMAT

Precipitaii

SOL

rezultant a aciunii factorilor ecologici climatici este chiar clima (condiionat de factorii climatici: cldur, precipitaii, regimul eolian).

30

Capitolul 3. ECOSISTEMUL 3.1 Definiie i structur Ecosistemul este o subdiviziune a ecosferei cu autonomie fa de sistemele vecine, ce integreaz, la nivel local, ntr-un tot unitar viaa i mediul ei. Ecosistemul este unitatea funcional de transformare a substanei i energiei, dintr-un fragment dat al ecosferei. Un ecosistem este un sistem alctuit din dou subsisteme principale (tab.6) :

o biocenoza (ansamblul organismelor vii, plante i animale), o biotopul (componentele anorganioce),legate indisolubil. Biotopul determin structura ecosistemului, exercitnd o selecie a speciilor pe care le integreaz. Natura i ntinderea ecosistemelor este variabil. Limita dintre ecosisteme poate fi net (ex.: limita dintre o pajite i o pdure) , sau poate fi treptat, prin intermediul unei zone de tranziie, numite ecoton. Tabelul 6 ECOSISTEM BIOCENOZ Totalitatea organismelor vii de plante i animale dintr-un ecosistem. BIOTOP Componenii anorganici ai ecosistemului: mediul fizic al biocenozei. Factori ecologici de natur: geologic, geomorfologic (orografic), climatic, edafic.

3.2. Funciile ecosistemului Ecosistemul se caracterizeaz prin trei funcii principale, ce rezult din interaciunea ntre componentele sale principale: biocenoza i biotopul:

3.2.1. Funcia energetic, constnd n captarea energiei solare, dectre productorii primari, prelucrarea ei n procesul de fotosintez, apoi transferul ctre consumatori, sub form de materie organic. Ecosistemele pot fi considerate centrale energetice care efectueaz un lucru mecanic n biosfer, pe baza schimbului de energie cu mediul. Funcia energetic a ecosistemului se desfoar conform principiilor termodinamicii:

principiul conservrii energiei: intrrile de energie sunt egale cuieirile;

principiul degradrii energiei, conform cruia, m orice procesenergetic, o parte din energie se degradeaz i se pierde sub form de cldur; de aceea eficiena energetic a ecosistemelor este mai mic dect 100%. Urmare acestui fenomen, ecosistemele tind s creasc intrrile de energie i eficiena lor energetic. In ecosistemele naturale, sursele de energie principale sunt: energia electromagnetic a radiaiei solare; energia chimic a diferitelor substane.

Energia primit de la soare este de cca. 1,94 cal/m 2/min i se compune din 10% radiaii ultraviolete (l= 0,10,4 m); 45% radiaii vizibile (l= 0,40,7 m) i 45% radiaii infraroii (l= 0,710 m). Radiaiile vizibile (albastr i roie) au rol esenial n procesul de fotosintez. Cantitatea de energie primit de la soare depinde de urmtorii factori: zona geografic; expunerea solar a locului; nebulozitatea atmosferic. Energia asimilat de ctre plantele verzi productorii primari de biomas, prin procesul de fotosintez se numete producia primar brut de energie i se utilizeaz astfel: o energie folosit de plant pentru: sinteze organice, n procesele metabolice proprii; pentru micare, etc., exteriorizate prin respiraie;

32

o

energie acumulat sub form de substan organic n

esuturile i celulele plantelor verzi, denumit producie primar net, din care: - o parte rmas sub form de biomas a plantelor vii; - o parte este redat circuitului biogeochimic ( ex.: iarb uscat ca hran pentru ierbivore, etc.). Producia secundar de energie a ecosistemului const din energia acumulat n biomasa animalelor prin consumul de hran, sub form de plante verzi (producie primar), din care: o o parte se consum pentru desfurarea proceselor metabolice, micare, producie de cldur, ale consumatorilor secundari i teriari (ierbivore, carnivore), exteriorizat prin respiraie; o o parte este stocat n legturile chimice ale substanelor organice ce alctuiesc biomasa proprie (muchi, snge, etc.). Ca ordin de mrime, biomasa animal din mediul terestru reprezint cca. 1% din biomasa vegetal i este repartizat astfel: 9095% nevertebrate; 510% vertebrate.

3.2.2. Funcia de circulaie a materiei, ntre diferite nivele alelanului trofic se realizeaz prin hran ( vezi fig. 1 i tab.7). Tabelul 7 Circulaia materiei n ecosisteme: prin lanuri trofice La nivel molecular La nivel macroscopic ETAPE I. Producerea de materie organic prin fotosintez; II. Transferul materiei organice n corpul organismelor heterotrofe (virusuri, bacterii, ciuperci) III. Descompunerea materiei organice n materie anorganic.

33

3.2.3. Funcia de autoreglare a strii ecosistemului se regleazprin autocontrol, pentru a avea stabilitate n structura i funcionarea lor. Stabilitatea numeric este vital pentru supravieuirea ecosistemului deoarece energia i hrana sunt disponibile n cantiti limitate. Funcia de autoreglare realizeaz o stare de echilibru ntre populaiile componente ale ecosistemului, prin diferenieri funcionale ntre specii, astfel nct s nu se produc explozii numerice ale indivizilor unor populaii, care s conduc la epuizarea resurselor de hran. In consecin, relaiile trofice din cadrul ecosistemului reprezint principalul mecanism de autocontrol i de asigurare a stabilitii. Stabilitatea unei biocenoze crete cu creterea complexitii sale. Intr-o biocenoz complex fiecare specie este supus unui control multiplu. In acest sens, exist numeroase nie ecologice, restrnse ca ntindere, n aa fel nct dispariia unui component s nu afecteze sensibil ecosistemul. In biocenoze nu exist explozii ale populaiilor de duntori. 3.3. Clasificarea ecosistemelor Dup cum s-a artat, ecologia este tiina care studiaz viaa la nivel supraindividual, organizat n ecosisteme. Dup mrime, ecosistemele se clasific n urmtoarele tipuri:

3.3.1. Populaii , formate din grupuri de indivizi ai aceleiai specii, ceocup un biotop, avnd ca principalele caracteristici existena unui fond genetic propriu i posibilitatea de a se reproduce;

3.3.2. Comuniti, reprezentnd biocenoze restrnse n timp ispaiu, alctuite din mai multe populaii (Ex.: o pdure, o mlatin, etc.);

3.3.3. Biomuri sunt marile biocenoze terestre, constituite din grupriecologice formate n raport cu un anumit mediu ambiant. Biomurile se ntind pe o suprafa terestr relativ mare, aflndu-se sub controlul microclimatului zonei respective.

34

Dintre componentele biocenozelor, fitocenoza este principalul criteriu de difereniere a ecosistemelor planetei. In acest sens, biomurile corespund urmtoarelor mari ecosisteme terestre , (vezi fig.3) : - Tundra n regiunile polare; - Ecosistemele montane; - Pdurile (ecuatoriale, tropicale, subtropicale, temperate, de conifere, boreale); - Ecosistemele erbacee ( savane, stepe); - Deerturile; - Comunitile marine. 3.3.4. Comuniti majoritare, cum sunt: - mediul terestru; - mediul de ap dulce; - mediul marin.

Fig. 4 Repartiia biomurilor n raport cu latitudinea i cu altitudinea 3.4. Legile evoluiei comunitilor ecologice Legile fundamentale ale meninerii vieii se refer la: reciclarea materiei i economia de energie.

In ceea ce privete reciclarea materiei, aceasta are loc continuu, ntre cele dou componente ale ecosistemelor: biotop i biocenoz, putnd continua la infinit.

35

Fluxul de energie este univoc, de la soare (principala surs de energie pe Terra), prin vieuitoarele ce populeaz biosfera. Activitatea vieuitoarelor este dependent de o surs de energie, care pentru cele autotrofe energia solar direct, iar pentru cele heterotrofe sunt substanele biochimice (ex.: glucidele), care sunt o form indirect a energiei solare. In conformitate cu principiul al II-lea al termodinamicii, randamentul transformrii, de ctre celulele vii, a energiei primit de la soare este de cca. 80%, mult mai mare dect al celei mai performante maini termice construite de om. In consecin, o parte din energia primit de ecosisteme se pierde, prin degradare, ne mai fiind capabil s se transforme n lucru mecanic. Cantitatea de energie astfel pierdut se numete entropie (S). Conform aceluiai principiu al termodinamicii, toate sistemele evolueaz ntr-o direcie univoc i tind spre o stare de echilibru, caracterizat printr-un maxim de entropie. Semnificaia fizic a creterii entropiei ecosistemelor este concretizat prin evoluia acestora spre o organizare biologic din ce n ce mai mare. Economia de energie ecologic se exprim prin economia metabolismului comunitar, avnd n vedere c dup procesul de fotosintez a materiei organice, de ctre plantele verzi, urmeaz o serie de procese biochimice, din ce n ce mai complexe. Aceasta presupune ca plantele s nu putrezeasc, ci s fie consumate de ctre ierbivore, care la rndul lor s constituie hran pentru carnivore, care, devenind materie organic nevie, dup ncetarea ciclului lor vital s fie transformate n substan mineral, de ctre microorganismele de descompuntori. Schematiznd legturile alimentare dintre diferitele grupe de organisme se ajunge la lanul trofic, n care, nutriia organismelor situate la un nivel determinat depinde de cele situate n aval. Din legturile trofice ale ecosistemelor rezult c relaiile energetice dintre elementele biotopului sunt univoce, n sensul: autotrofe consumatoare descompuntoare

36

astfel nct schema scurgerii de energie n ecosistem corespunde ntotdeauna unui model termodinamic deschis. Intre factorii abiotici (biotop) i organismele vii (biocenoz) aparinnd unui ecosistem exist o interaciune continu, nsoit de o circulaie permanent de materie, sub form de substane minerale i organice. Existena, n fiecare comunitate, a fiinelor vii, al cror metabolism este complementar (productori, consumatori, descompuntori) permite reciclarea continu a principalelor elemente indispensabile celulelor vii, prin intermediul lanului trofic, n cadrul ciclurilor biogeochimice. Aceste cicluri ale materiei, constnd n esen, n circulaia alternativ a elementelor chimice ntre mediul anorganic i cel organic confer biosferei o putere de autoreglare considerabil.

37

Partea a II a

Capitolul 4. FACTORI DE DEGRADARE A ECOSFEREI 4.1. Omul i ecosfera

Apariia omului, ca specie a ecosferei terestre a avut loc la sfritul erei teriare, acum circa 2 milioane de ani, prin desprinderea din regnul animal i impunerea sa ca o component aparte a ecosferei. Prin activitatea sa contient sau incontient, omul transform mediul geografic al Terrei (sol, vegetaie, climat), contribuind n felul acesta la modificarea distribuiei naturale a organismelor vegetale i animale i chiar la modificarea speciilor acestora. Interveniile omului asupra ecosferei au fost, de cele mai multe ori, perturbatoare sau distructive. Omul s-a dovedit a fi prima specie animal, a crui impact asupra ecosferei constituie o surs potenial de dezechilibru, ce poate s compromit propria perenitate. Creterea demografic, dezvoltarea agriculturii intensive, industrializarea, alturi de o comportare psihologic nefast, caracterizat prin lcomie i vandalism exercit o aciune distructiv crescnd asupra ecosferei, ducnd spre ruinarea propriului habitat. Dorina omului de profit imediat sau pe termen scurt s-a materializat, n decursul istoriei, printr-o exploatare slbatic a resurselor naturale, care, dac va continua va determina o ruinare a ecosferei, cu toate consecinele ce decurg, privind viitorul su ca specie. 4.2. Impactul ecologic al dezvoltrii societii umane 4.2.1. Dezvoltarea demografic Creterea rapid a densitii populaiei umane constituie un factor esenial de degradare a ecosferei. Dac la nceputul paleoliticului, cu cca. 1 milion de ani n urm, populaia globului se cifra la numai 125 000 locuitori i ocupa numai continentul african, la nceputul erei industriale, n jurul anului 1 800, a tins aproape miliardul. La nceputul erei atomice, n anul 1950 populaia Terrei

39

ajunsese la 2,4x109 locuitori, pentru ca 10 ani mai trziu s ating 3 miliarde. In anul 1980, dup numai 30 de ani, populaia globului a ajuns la 5 miliarde de locuitori. Tabelul 8 OMUL I ECOSFERA Omul : Efecte perturbatoare asupra biocenozelor: cel mai mare duntor - prin creterea numeric semnificativ a cunoscut de pe planet populaiei umane, n raport cu alte mamifere unicul responsabil al - prin aciunile sale, contiente sau degradrii ecosferei. incontiente, avnd ca urmare: Apariie: transformarea mediului geografic, La sfritul erei teriare, ( sol, climat, vegetaie) de cca. 2 milioane de ani. modificarea speciilor de plante i animale Evoluia intelectual = Ruinarea propriului mediu progres tehnologic periclitarea existenei viitoare ca specie. Din aceste date rezult c au fost necesari un milion de ani pentru ca populaia Pmntului s ating 3 miliarde de locuitori i numai 25 de ani pentru a se dubla numeric, ceea ce demonstreaz c a avut loc o adevrat explozie demografic. Tabelul 9 Creterea numeric a populaiei Terrei, pn n 2025 (milioane)ara 1950 1992 2025 Rata de cretere 1950 - 2025

China India Statele Unite Indonezia Pakistan Brazilia Nigeria Bangladesh Rusia Iran Mexic Japonia

554,8 357,6 152,3 79,5 39,5 53,4 32,9 41,8 94,6 16,9 28,0 83,6

1.165,8 882,6 255,6 184,5 121,7 150,8 90,1 114,4 149,3 59,7 87,7 124,4

1.590,8 1.383,1 295,5 285,9 281,4 237,2 216,2 211,6 170,7 159,2 143,3 124,1

2,9 3,9 1,9 3,6 7,0 4,5 6,6 5,0 1,8 9,4 5,3 1,5

Statisticile Organizaiei Naiunilor Unite arat c n anul 2 025 se va depi pragul de 8 miliarde de locuitori.

40

Tabelul 10 - Dinamica creterii demografice (Population Reference Bureau, Inc., Wshington, DC) Data 5000 .c. 800 .c. 200 .c. 1200 d.c. 1700 d.c. 1900 d.c. 1965 d.c. 1990 d.c. 2020 d.c. (estimare) Populaia 50 milioane 100 milioane 200 milioane 400 milioane 800 milioane 1.600 milioane 3.200 milioane 5.300 milioane 8.230 milioane Timp de dublare ? 4.200 ani 600 ani 1.400 ani 500 ani 200 ani 65 ani 38 ani 55 ani

Rata medie de cretere a populaiei este de 0,6% n rile dezvoltate i de 2% n rile n curs de dezvoltare. In timp ce, n majoritatea rilor dezvoltate populaia este cvasi-staionar, n rile n curs de dezvoltare creterea demografic continu, pe seama creterii natalitii i a scderii mortalitii. Consecinele poteniale ale exploziei demografice pentru ecosfer sunt greu de evaluat. Specialitii n ecologie apreciaz c evoluia demografic actual confirm tezele lui Malthus, dup care populaia crete n progresie geometric, n timp ce resursele alimentare sporesc n progresie aritmetic. Chiar dac aceast cretere numeric a populaiei nu va determina catastrofe ca foame sau malnutriie, cu siguran va produce o degradare progresiv a calitii vieii, ca urmare a degradrii mediului prin despduriri i poluare. Se pune problema care este efectivul maxim de oameni pe care l poate suporta Pmntul fr ca echilibrul natural al ecosferei s fie total dezechilibrat. Capacitatea de susinere a populaiei vizeaz asigurarea hranei, a apei i a spaiului de locuit, inclusiv a condiiilor de confort fizico-psihic. Toate cerinele de susinere a populaiei se gsesc ntr-o corelaie direct cu mediul, respectiv cu suprafeele cultivate, cu resursele de ap, resursele energetice i minerale, cu terenurile ocupate cu spaii de habitat

41

4.2.2. Dezvoltarea agriculturii Descoperirea focului de ctre omul primitiv a constituit prima cucerire tehnologic a omenirii, care pn atunci au trit, sub raport ecologic, n deplin armonie cu natura. Folosirea focului pentru urmrirea i hituirea vnatului a provocat numeroase incendii, care au avut drept consecin distrugerea numeroaselor suprafee de pduri virgine, fr anse de regenerare. Astfel s-au extins savanele, n Africa occidental i Asia de S-E, iar n America de Nord, preeriile. Apariia agriculturii s-a produs acum circa 10.000 ani i constituie a doua revoluie tehnologic a umanitii, dar i prima perturbare major a ecosferei cauzat de ctre om. Despduririle masive, efectuate fr discernmnt, transformarea n teren cultivabil a unor soluri fragile, din zonele tropicale sau temperate au ruinat iremediabil teritorii imense Pentru cultivarea plantelor necesare hranei, oamenii au provocat schimbri eseniale, att n fitocenoze, ct i n zoocenozele terestre, nlocuind ecosistemele forestiere naturale cu puni i apoi cu culturi agricole. Crearea de agrosisteme, cu o diversitate specific foarte redus a fitocenozelor, cu efect imediat asupra modificrii zoocenozelor. Distrugerea comunitilor vegetale naturale a fost adeseori preludiul aridizrii i deertificrii multor teritorii luate n culturi sau transformate n puni. Agricultura a dus la sporirea cantitii de hran disponibil i a permis sedentarizarea i creterea numeric a populaiilor umane. Pn la mijlocul secolului 18, agricultura a fost principala ocupaie a majoritii populaiei globului terestru. Civilizaia agricol nu a modificat considerabil ciclul materiei i fluxul de energie din ecosfer, societatea uman bazat pe agricultur integrndu-se n ansamblul fenomenelor ecologice naturale.

42

4.2.3. Dezvoltarea tehnologic Inceputul erei industriale dateaz de la sfritul secolului 18 i marcheaz o nou i important etap n dezvoltarea societii omeneti. Crearea mainilor a favorizat dezvoltarea meteugurilor. In paralel s-au dezvoltat agricultura, prin introducerea de noi plante n cultur i sporirea efectivului de animale, n zootehnie. Inmulirea populaiei, crearea de spaii urbane, n ntregime artificiale, cultivarea monoculturilor industriale, distrugerea ultimelor rmie ale vegetaiei naturale, regresia suprafeelor mpdurite sunt tot atia factori perturbatori ai echilibrului natural al ecosferei. In consecin, aceast etapa a dezvoltrii sociale a condus la perturbarea raporturilor materiale i energetice dintre om i natur, prin: reducerea diversitii biocenozelor; ntreruperea circuitului materiei, prin eliminarea unor deeuri nedegradabile, sau foarte greu degradabile, rezultate din activitatea uman; modificarea radical a fluxului de energie, prin creterea cantitii de energie consumat pe cap de locuitor, produs cu prioritate prin arderea combustibililior fosili, din resurse epuizabile. Soluii propuse de ctre rile dezvoltate: Creterea 0 a populaiei i a consumului de resurse. Avantaje: numai pentru rile dezvoltate; Dezavantaje: pentru rile n curs de dezvoltare: Ex.: Consumul mediu de resurse pe cap de locuitor n rile n curs de dezvoltare, reprezint 1% din cel al rilor dezvoltate. O cincime din populaia globului consum 81% din carbonul fosil, pentru producerea energiei. Legea de baz a ecologiei:

Nici o specie nu poate exploata mediul natural sfidnd legile reciclrii elementelor fr afectarea stabilitii i perenitii biocenozelor. Consecin: O populaie care consum resurse i nu pune nimic n loc este sortit dispariiei. Homo economicus face parte integrant din ecosfer i nu se poate sustrage legilor ei. Capitolul 5 POLUAREA I IMPLICAIILE EI ECOLOGICE 5.1. Definiia polurii i clasificarea poluanilor Poluarea este definit ca sum a aciunilor care duc la degradarea mediului natural i geografic. Etimologic, a polua nseamn a murdri, a profana, a mnji (lat. pollutus). Poluarea este o consecin a activitii umane, ce provoac degradarea mediului natural, prin diferite efecte ca: dereglarea fluxului de energie, a nivelului radiaiilor, a compoziiei fizico-chimice a mediului natural i a structurii biotopului. Aceste dereglri ale mediului pot afecta omul direct sau indirect, prin degradarea resurselor sale de ap, hran i energie. Dup natura lor, poluanii se clasific n trei clase principale: fizici chimici i biologici (vezi tab.11). Se poate vorbi i de o a patra categorie de poluare, cea estetic, determinat de degradarea peisajelor, prin urbanizare necontrolat, amenajri necorespunztoare, amplasarea unor obiective industriale n mijlocul unor zone naturale virgine, sau puin modificate de om. Tabelul 11

44

Poluare

Efecte - Stricarea echilibrului energetic i material al biosferei; - Modificarea nivelului radiaiilor din mediu;- Stricarea compoziiei fizico chimice a mediului; - Dezechilibrarea biocenozelor. - Afectarea umanitii: direct; indirect (hran, ap, energie).

Definiie: Suma aciunilor care duc la : - degradarea mediului natural; - degradarea mediului geografic. - Efect al activitii umane. - Etimologic: (fr) a profana, a murdri, a mnji, a degrada.

Tabelul 12 FIZICI o radioactivi; o termici; o fonici. Clasificarea poluanilor CHIMICI o derivai gazoi ai carbonului i hidrocarburi lichide; o detergeni; o materiale plastice; o pesticide i ali componeni organici de sintez; o derivai ai S i N; o metale grele; o fluoruri; o aerosoli; o materiale organice fermentabile. o virusuri; o introduce rea de specii noi de plante i animale care modific biocenozele naturale. BIOLOGICI bacterii i

ESTETICI Degradarea peisajului prin : urbanizare necontrolat; amenajri necorespunztoare; industrializare n zone virgine. 5.2. Circulaia poluanilor n ecosfer Poluarea afecteaz zone mult mai mari i adeseori foarte ndeprtate de cele n care sunt situate sursele de poluani, ceea ce face ca acestea s afecteze concomitent mai multe ecosisteme.

45

Circulaia atmosferic a factorilor poluani este favorizat de masele de aer n micare, care pot antrena poluani gazoi, lichizi sau solizi (sub form de praf). In emisfera nordic, la nivelul tropopauzei circul un curent de aer care sufl cu o vitez de cca. 360 m/s, traversnd tot globul n cca. 12 zile. Pe vertical masele de aer se pot deplasa cu viteze ce depesc 30 m/s. Sa calculat c durata medie de staionare a poluanilor n stratosfer este de cca. 2 ani, la nivelul tropopauzei de 30 de zile, iar n atmosfer de 610 zile (la cca. 3 km altitudine). Multe din aceste substane antrenate de precipitaii se acumuleaz n hidrosfer sau n sol, unde sunt transformate de ctre plante sau microorganisme (CO este oxidat la CO2 de ctre diverse bacterii, SO3 transformat n sulfai, apoi sulful este incorporat n diferii aminoacizi, de ctre vegetaia autotrof, etc.) Orice substan ce contamineaz mediul natural poate fi incorporat de ctre fiinele vii, prin procesele metabolice, exercitnd o influen nefast asupra speciilor de plante i animale, inclusiv asupra omului. Diluarea agenilor poluani , n aer sau n ap, pentru atenuarea efectelor lor nocive s-a dovedit a avea un efect limitat, valabil pentru un numr foarte restrns de poluani. Fiinele vii , n special cele migratoare faciliteaz dispersia substanelor poluante, mrind aria zonelor contaminate. Mai grav este faptul c organismele vii pot concentra n esuturile lor diveri poluani, intoxicndu-se i transmind agentul toxic n lanul trofic. Din aceast categorie fac parte: cartoful care poate concentra n tuberculii si importante cantiti de pesticide (ex. DDT), sau stridiile din genul Crassostrea, care pot acumula n organismul lor o cantitate de DDT de 70 000 de ori mai mare dect cea care apare n apa mrilor n care triesc. Capacitatea de a acumula substane greu sau deloc degradabile o au aproape toate speciile de plante i animale, n proporii diferite. Din aproape n aproape, pe aceast cale se produce contaminarea tuturor verigilor lanului trofic dintr-un ecosistem.

46

In concluzie, circulaia poluanilor n biosfer ne arat c poluarea nu se rezum la o suprafa restrns, localizat n apropierea sursei de poluare. Prin poluarea ecosferei, omul, care are rolul de consumator de vrf, n raport cu alte fiine vii se expune la un efect de bumerang, toi aceti poluani ajungnd s-i pericliteze viaa proprie i supravieuirea speciei.

47

Cap.6 POLUAREA ATMOSFEREI Orice substan strin ce ptrunde n aerul atmosferic i a crei concentraie provoac un efect duntor asupra organismelor vii, vegetale i animale din biosfer poate fi considerat poluant atmosferic. Poluarea atmosferei poate rezulta fie prin creterea concentraiei unor componente obinuite (CO2, N), fie prin ptrunderea unor compui strini (toxici sau netoxici) ce modific proporia componenilor naturali ai aerului i l impurific (vezi tab. 12). 6.1. Clasificarea poluanilor atmosferici i sursele lor de provenien Dup provenien, poluanii atmosferici pot fi: - din surse naturale: erupii vulcanice (cenu zburtoare, amestecuri de acizi, gaze toxice, etc. ), vegetale n putrefacie (compui sulfatici), incendii forestiere, vapori de ap de mare, emisii volatile ale copacilor (terpene i izoprene), polen, spori, bacterii, virui i alte particule organice (surse de alergii i infecii aerobe), furtuni (cantiti enorme de sol pulverizat), metabolismul descompuntorilor (gaz metan rezultat prin descompunerea substanelor organice), etc.; - rezultai n urma activitilor umane, dintre care primii 7 n ordinea periculozitii lor sunt: SO2, CO, aerosoli de poluani solizi sau lichizi, hidrocarburi, NOx, oxidani fotochimici (oxidani puternici, n aerul ambiental, generatori de smog), plumb, a cror concentraie n aer este monitorizat. Tabelul 13 Modaliti de poluare a atmosfereia. Creterea concentraiei unor gaze, componente ale aerului (CO2, N2, etc.) b. Modificarea cantitativ a componenilor atmosferici datorit introducerii unor compui strini. a+b.

48

In tabelul 14 este prezentat o clasificare a celor mai rspndii poluani atmosferici, dup starea lor de agregare (gazoi i solizi). Tabelul 14Clasificarea poluanilor atmosferici dup starea de agregare Gazoi Solizi CO2 - provenit din: Particule de: - fenomene vulcanice; respiraia - metale grele i ali compui minerali: organismelor vii; arderea combustibililor activitate vulcanic; meteorii; eroziune fosili; eolian; emanaii industriale; gaze de Hidrocarburi provenite din: eapament. descompunerea plantelor, bacteriilor; - compui organici naturali sau de gaze de eapament ale motoarelor cu sintez, din: incendii de pdure; arderi explozie; diverse, emanaii din industria chimic; Substane radioactive - din: centrale pesticide; atomoelectrice; explozii nucleare; -compui radioactivi din explozii Derivai ai azotului - din: arderea i nucleare. descompunerea materiilor organice.

6.2. Efectele polurii atmosferice asupra ecosistemelor Poluarea atmosferei conduce la modificri ale climei i a ciclurilor biogeochimice, cu urmri negative asupra ecosistemelor. Efectele poluri asupra climei se manifest prin modificri ale factorilor meteorologici, ca:

scderea intensitii luminoase( cantitate mai redus de lumin la sol, deficit de insolaie n zonele urbane); modificarea umiditii atmosferice i a pluviozitii; creterea ponderii CO2, avnd ca rezultat efectul de ser ( creterea temperaturii globale).

Ex.: Inainte de era industrial, coninutul de CO2 n atmosfer era de cca. 550x104 t, reprezentnd cca. 0,028%. Consumul crescnd de combustibili fosili pentru producerea energiei, n era industrial a condus la o cretere exponenial a ponderii CO 2 n aerul atmosferic, ajungndu-se la cca. 0,034%. Se estimeaz dublarea concentraiei sale in aer pn n anul 2025, fapt ce va determina o cretere

49

a temperaturii medii a aerului cu 230C. Acest fapt va determina schimbarea regimului pluviometric, Capitolul 7. POLUAREA SOLULUI 7.1 Generaliti Solul este partea superioar, afnat, a litosferei, care se afl ntr-o continu evoluie sub influena factorilor pedogenetici, reprezentnd stratul superficial al Pmntului n care se dezvolt viaa vegetal. tiina care studiaz geneza, evoluia, structura i distribuia solurilor se numete pedologie. Solul s-a format la suprafaa scoarei terestre, ca rezultat al interaciunii ntre componenii litosferei cu atmosfera, hidrosfera i litosfera i este stratul fertil al solului conine substane nutritive pentru plante, fiind alctuit preponderent din humus i loess i este unicul mijloc natural de producie vegetal. Procesul de formare a solului a avut loc sub influenta factorilor pedogenici: clima, microorganisme, vegetatie si relief. Deoarece transformarile rocilor n timp au fost profunde, solul apare ca un corp natural, distinct, deosebit de roca mama. Durata de generare a solului este mare, astfel nct pentru a se forma pe cale naturala 3 cm de sol sunt necesari 300-1.000 de ani, iar pentru 20 cm, 70.000 de ani. Din compoziia solului fac parte, n principal, urmtoarele: - substane minerale: SiO2, FexOy, CaCO3, CaSO4 etc. - rezultate din degradarea si alterarea rocilor i a mineralelor; - substane organice: acizi humici, celuloza, hemiceluloza, aldehide, alcooli, fenoli, grsimi, aminoacizi, albumine etc. produse prin descompunerea resturilor vegetale i animale de ctre microflora si microfauna existente n sol. Compoziia chimic a solului este n continu schimbare, prin procese rapide, sau lente de pedogeneza, cu implicaii asupra ecosistemelor.

50

Ca interfa dintre pamnt, aer i ap, solul este o resurs neregenerabil care ndeplinete mai multe funcii vitale: producerea de hran/biomas depozitarea, filtrarea i transformarea multor substane (incluznd

apa, carbonul, azotul); surs de biodiversitate, habitate, specii i gene; servete drept platforma/mediu fizic pentru oameni si activitile

umane; surs de materii prime, bazin carbonifer ; patrimoniu geologic si arheologic; surs de elemente nutritive pentru plante; particip la circulaia apei si a altor elemente n natur;

depozit i surs regenerabil de energie fosil, prin fitomasa

transformat n humus; adsorbant i neutralizant al unor poluani.

Clasificarea solurilor dup compoziie cuprinde urmtoarele clase principale:-

sol aluvionar - Tip de sol cu o structur foarte variat ce apare sol azonal - Soluri de evoluie incipient, fr orizonturi sol calcimorfic - tip de sol aflat deasupra unui strat bogat n sol hidromorfic - tip de sol ale crui procese pedologice sunt

pe luncile inundabile. Sunt soluri foarte productive, bogate n nutrieni.-

distincte, formate pe depozite recente, rspndite pe mici suprafee.-

calciu.-

dominate de prezena unei cantiti abundente de ap. Profilul de sol denumit i profil pedogenetic este constituit dintr-o succesiune de orizonturi pedogenetice de la suprafaa terenului pn la roca de solificare. Solul apare structurat n straturi paralele. Aceste straturi s-au format n decursul procesului de formare a solului i sunt denumite orizonturi pedogenetice. Principalii indicatori sunt: orizontul pedogenetic, grosimea orizontului, textura, culoarea, prezena scheletului, structura, umiditatea, plasticitatea, neoformaiuni, tipul de humus i volumul edafic util. Profilurile

51

pedogenetice se deosebesc ntre ele prin gradul de dezvoltare a profilului estimat dup numrul de orizonturi, intensitatea de bioacumulare; dup gradul de difereniere; dup gradul de individualizare apreciat. 7.2. Surse de poluare a solului Activitile umane ca: agricultura i zootehnia, industrializarea, urbanizarea, construciile de drumuri i ci ferate, construciile hidrotehnice, despduririle iraionale sunt cele mai importante surse de poluare a solului. Poluarea solului este strns legat de : poluarea atmosferei, hidrosferei, a florei i a faunei, datorit circulaiei naturale a materiei n ecosfer. Poluarea solului se manifesta prin: - degradare fizic: compactare, modificarea structurii; - degradare chimica: creterea coninutului de metale grele, pesticide, modificarea pH-ului, creterea nivelului de radioactivitate; - degradare biologica: germeni patogeni. Aadar, se poate spune ca solul este afectat de numeroase tipuri de poluare, cum ar fi poluarea: fizic, chimic, biologic i radioactiv. Indicatorii principali ai polurii solului sunt: coninutul de elemente, substane, microorganisme; deprecierea calitativa si cantitativ a recoltelor; creterea cheltuielilor pentru meninerea recoltelor la parametrii anteriori polurii; cheltuieli pentru lucrri de drenaj, antierozionale, etc.; restricii la exportul unor produse (legume, fructe sau cereale cu un coninut prea mare de nitrai); restricii n utilizarea furajelor din terenurile contaminate cu plumb etc. Solul fiind un sistem mult mai complex dect aerul si apa, poluarea i afecteaz proprietile, inclusiv nivelul de fertilitate. n plus, poluanii prezeni

52

n sol pot trece n plante, apa sau aer, iar depoluarea este un proces dificil, uneori chiar de nerealizat.

Cile de poluare a solului se datoreaz preponderent activitilor antropice, dar pot fi generate i de fenomene naturale i se pot clasifica dup cum urmeaz: -poluare prin excavare la zi -poluare prin acoperire cu halde, steril, deseuri -poluare cu deeuri si reziduuri anorganice -poluare cu substane purtate de vnt -poluare cu materiale radioactive -poluare cu deeuri organice din industriile alimentar si uoar -poluare cu deseuri agricole si forestiere -poluare cu dejecii animaliere -poluare cu dejecii umane -poluare prin eroziune i alunecare -poluare prin srturare -poluare prin acidifiere -poluare prin exces de ap (nmltinare) -poluare prin exces/caren de elemente nutritive -poluare prin compactare, cruste -poluare prin acoperire cu sedimente -poluare cu pesticide -poluare cu ageni patogeni contaminani. Indicatorii principali ai polurii solului sunt: coninutul de elemente, substane, microorganisme; deprecierea calitativ i cantitativ a recoltelor; creterea cheltuielilor pentru meninerea recoltelor la parametrii

anteriori polurii;

53

cheltuieli pentru lucrri de drenaj, antierozionale etc.; restricii la exportul unor produse (legume, fructe sau cereale cu restricii n utilizarea furajelor din terenurile contaminate cu plumb

un continut prea mare de nitrati); etc. n funcie de procentul de reducere a produciei agricole, solurile se clasific n astfel: - grad de poluare 0 sol practic nepoluat (reducerea produciei sub 5 %); -slab poluat (reducerea cu 6-10 %) -mediu poluat (reducerea cu 11-25 %) -puternic poluat (reducerea cu 26-50 %) -foarte puternic poluat (reducerea cu 51-75 %) -excesiv poluat (reducerea peste 75 %).

7.3. Msuri de reducere a polurii solului Solul are o capacitate natural de autoepurare, n anumite limite funcionnd ca un mediu de depoluare, neutralizare, reciclare i transformare a unor substane poluante. Capacitatea de depoluator a solului depinde de salubritatea lui, direct proporional cu cantitatea de humus i invers proporional cu raportul dintre coninuturile n carbon i azot (C/N ct mai mic). Astfel, un sol sntos are o capacitate limitat de absorbie i precipitare chimic a unor substane. ( Ex.: absorbie ap de cca.1500 m3/ha). Ci de reducere a polurii solului: - prin agricultur intensiv, respectiv: transformarea n compost a deeurilor solide, bogate n materie organic i utilizarea acestuia ca ngrmnt, n locul celor chimice, sintetice. - interzicerea utilizrii n agricultur a substanelor chimice, nebiodegradabile

54

Metode de depoluare a solurilor: a. Splare metod aplicabil numai solurilor cu textur grosier (nisipoase i lutoase), utilizat n Olanda i Germania; b. Extracie sub vid: metod aplicabil n cazul poluanilor gazoi, prin crearea de depresiuni n sol ( Frana), avnd ca efect volatilizarea poluantului. c. Tratare biologic: recomandat n cazul unor poluani organici (hidrocarburi) constnd n utilizarea unor bacterii consumatoare ale poluantului respectiv, fr a duna mediului. Dezavantajul metodei const n aceea c este o depoluare lent, neadecvat solurilor cu textur grea i mijlocie. Controlul calitii solurilor are ca scop avertizarea unitilor interesate n vederea prevenirii i combaterii polurii i const n:

Sistemul global de monitorizare a mediului nconjurtor,GEMS;

Sistemul naional de monitorizare a calitii mediuluinconjurtor,care are ca principale atribuii:urmrirea parametrilor calitativi ai solului: pH, %K, salinitate, nmltinare, poluare cu pesticide, %NOx, metale grele, fluor, grad de eroziune, etc. Principalele opt procese de degradare a solului cu care se confrunta Uniunea European sunt:

eroziunea degradarea materiei organice contaminarea salinizarea compactizarea pierderea biodiversitii solului scoaterea din circuitul agricol alunecrile de teren i inundaiile In domeniul Proteciei Solului, Subsolului - Biroul Protecie Sol,

Subsol are ca obiect de activitate implementarea prevederilor legale privind

55

protecia, conservarea, amenajarea si folosirea judicioasa a solului, subsolului si ecosistemelor terestre.

56

Obiective

Implementarea legislaiei de mediu specifice in domeniul proteciei solului, subsolului Eficientizarea colaborrii cu alte autoriti, instituii; Reducerea nivelului de poluare a solului si subsolului in Romnia; Identificarea sit-urilor contaminate pe tipuri de activiti poluatoare; Identificarea zonelor afectate/cu risc la alunecri de teren din diferite cauze; Creterea gradului profesional al personalului din ANPM, ARPM si APM in domeniul proteciei solului, subsolului.

Surse de poluani Arderea combustibililor fosili, industrie, agricultur, silvicultur, transport, aezri umane, etc. Ageni poluatori Subst. Deeuri i Gunoaie Ape Emisii n chim. reziduuri menaj i uzate atmosfer folosite (ind., umane n altele) agricult.

Animale

Plante

OM

Fig. 6 Poluarea solului. Implicaii asupra vieii (dup C.Ru i S.Crstea, 1983) Atribuii i competene

realizeaz baza de date privind situaia zonelor contaminate la realizeaz baza de date pentru gestionarea sit-urilor contaminate; participa la organizarea activitii de monitorizare a solului si

nivel naional;

subsolului, precum si a calitii resurselor naturale neregenerabile;

57

realizeaz baza de date referitoare la metodele de reconstrucie colaboreaz cu Direcia Programe, Proiecte, Relaii Internaionale,

ecologica aplicate la nivel naional; Comunicare, in scopul asigurrii legturii cu Agenia Europeana de Mediu, cu Ageniile Naionale si Federale de mediu din statele membre sau asociate ale U.E. si cu alte organisme de specialitate din tara i strintate, cu avizul autoritii publice centrale pentru protecia mediului;

organizeaz instruirea personalului A.R.P.M./A.P.M. in domeniul

protectiei solului si subsolului.

58

Capitolul 8 POLUAREA APELOR (HIDROSFEREI) Hidrosfera este constituit din: - reeaua hidrografic continental; - lacuri; - mri i oceane Principalele surse de poluare chimic a hidrosferei se identific cu dou din cele mai importante activiti ale omului: industria i agricultura. Apele uzate industriale i produsele chimice folosite n agricultur, cum ar fi ngrmintele i pesticidele pot ajunge direct sau prin intermediul apelor meteorice (de precipitaii), n apele de suprafa i n pnza freatic, provocnd poluarea rezervelor de ap potabil . Rspndirea poluanilor n hidrosfer se datoreaz unor caracteristici specifice ale apei cum sunt: capacitatea de a solubiliza unele substanele poluante i de a transporta n suspensie substane poluante insolubile. O alt surs important de poluare a hidrosferei o constituie apele menajere. 8.1 Surse de poluare i tipuri de poluani Principalele surse de poluare a apelor sunt: activitile oamenilor (antropice):

-

industria - prin emisii de gaze poluante, ape uzate i deeuri agricultura prin substanele chimice utilizate ca fertilizatori

cu coninut de substane chimice toxice, etc.; pentru sol (ngrminte artificiale), insecticide i pesticide pentru distrugerea duntorilor plantelor de cultur i ierbicide pentru distrugerea plantelor din flora spontan;

Fenomene naturale de poluare: eroziunea solului i a rocilor de la suprafaa scoarei terestre, care genereaz pulberi minerale care, purtate de vnt sau de apele de precipitaii, ce ajung n apele curgtoare sau n bazinele de ap stttoare.

59

Dup natura lor, poluanii hidrosferei se clasific n urmtoarele categorii mai importante: fizici:

materiale de origine mineral, insolubile n ap (de laflotaii, aluviuni argiloase provenite din eroziunea solului datorat exploatrilor de roci minerale n cariere, practicrii agriculturii pe soluri n pant, defririi zonelor de deal, etc.) i

poluare termic datorat apelor cu temperatur mai marede 6-9 0C (ex. de rcire de la termocentrale).

-

chimici - substane chimice toxice ca: nitrai, fosfai

(sruri folosite n agricultur), reziduuri industriale, compui ai plumbului (gaze de eapament), mercur, pesticide, metale grele din diverse industrii, hidrocarburi, etc.

-

biologici

-

ageni

de

natur

biologic

de

tipul:

microorganisme (inclusiv ageni patogeni provocatori de mbolnviri), materii organice fermentabile (din apele uzate urbane, zootehnie, creterea psrilor, ape industriale cu coninut de resturi menajere), leii de la industria zahrului i celulozei, etc. 8.2. Efectele polurii apei a. Poluarea apelor de suprafa In funcie de gradul de toxicitate al substanelor poluante, care afecteaz n primul rnd planctonul din apele de suprafa poluanii chimici se clasific dup cum urmeaz:

-

Srurile de cupru i cromaii: sunt letale ptr. alge, chiar n concentraii reduse; Detergenii sintetici: foarte toxici pentru flora microbian a apelor;

60

-

Ierbicidele (toate) - sunt toxice pentru alge.

Fauna (nevertebrate i vertebrate) de ap dulce i marin este foarte sensibil la poluani, n general. Pescriile marine naturale suportate de ecosistemul oceanului sunt o surs esenial de proteine, mai ales pentru oamenii din rile n curs de dezvoltare. Totui, poluarea din golfuri i estuare amenin rezervele de pete care i aa sunt aproape epuizate din cauza pescuitului excesiv. n rile n curs de dezvoltare, mai mult de 95% din apa menajer este aruncat n ruri i golfuri, crend un hazard major pentru sntatea uman. n Statele Unite, 37% din lacuri i estuare i 36% din ruri sunt prea poluate pentru practicarea pescuitului sau notului n cea mai mare parte a anului. ngrmintele chimice cum ar fi fosfaii i nitraii folosii n agricultur sunt deversate n lacuri i ruri, unde se combin cu fosfaii i nitraii din apa menajer i mresc viteza de dezvoltare a algelor. Apa poate sa ajung "sufocant" din cauza algelor care sunt n descompunere i care epuizeaz oxigenul din ea. Acest proces, numit eutrofizare, poate cauza moartea petilor i a altor forme de via acvatice. Inundaiile transport pesticidele toxice i deeurile urbane i industriale n lacuri i ruri. Eroziunea contribuie i ea la poluarea apelor. Pmntul i nmolul duse de ap de pe dealurile defriate, pmnturile arate sau de pe terenurile de construcie pot s blocheze cursul apelor i s omoare vegetaia acvatic. Chiar i cantiti mici de nmol pot s elimine unele specii de peti. De exemplu, cnd defririle ndeprteaz nveliul de plante al versanilor, dealurilor, ploaia poate s duc pmnt i nmol n ruri, acoperind pietriul din albia unui ru, unde pstrvii sau somonii i depun icrele. n 1989, 260.000 barili de petrol s-au vrsat din petrolierul Exxon Valdez n Strmtoarea "Prince William" din Alaska, un vechi i bogat loc de pescuit. n 1999 s-au raportat 8.539 accidente petroliere n apele i n jurul apelor Statelor Unite, vrsndu-se 4,4 miliarde de litri de petrol.

61

Tabelul 15 - Parametri toxicologici pentru poluarea apelor de suprafaAnimale din ape curgtoare (limnice) sau marine CL 100 TLM TL 50 Timpul letal mediu Timpul teoretic pentru o anumit dup care 50% din Definiie: Concentraia letal pentru concentraie de indivizi au pierit sub 50% sau 100% din populaia apei, poluant, ce efectul unei respectiv , ntr-o durat de timp determin moartea concentraii mai prestabilit (24, 48 ore, etc.) tuturor indivizilor mari dect dintr-o populaie. concentraia letal. CL 50

Tabelul 16 - Substane chimice toxice pentru mediu Substana HCl NH3 H2SO4 NH4OH CuSO4 Fenol Cromat de K Cianur de K Doza limit tolerat, ppm 75 200 0,5 13 50 1 0,1 0,1 CL 100, ppm 200 750 1 25 100 10 0,5 0,5

Obs.: Hidrocarburile pot distruge ntreaga biocenoz a ecosistemelor acvatice. ppm = pri pe milion 8.3. Apa potabil Apa potabil face parte din categoria apelor dulci, care au un grad de puritate ridicat (referitor la coninutul de bacterii i substane toxice), astfel nct este adecvat consumului de ctre om. O ap potabil de calitate bun trebuie s fie rece ( 5C), cu un gust plcut, incolor i inodor, cu un coninut mediu de substane minerale (carbonai de calciu, magneziu, sruri de sulfai cu metalele amintite). Condiiile de potabilitate ale apei sunt urmtoarele: s fie incolor, transparent, inodor, relativ insipid, s nu conin substane chimice organice sau de alt natur peste limita maxim admisibil de standardele obligatorii; s fie lipsit de microorganisme patogene i relativ patogene;

62

microflora saprofit s fie limitat strict la un numr foarte redus; s aib compoziie acceptabil n sruri de calciu i de magneziu care

imprim aa - numita duritate a apei. Calitatea apei potabile, pentru evitarea bolilor transmise prin ap, se realizeaz prin respectarea unor reguli riguroase de igien. Cantitatea de ap necesar pentru consumul unui om este de 2 - 3 l zilnic. In Europa acest necesar de ap atinge ca. 100 - 150 l de ap pe locuitor/pe zi (n aceast cantitate este inclus i apa pentru acoperirea nevoilor igienice). Reducerea acestui consum ridicat de ap potabil, nu se poate realiza n prezent din motive tehnice, locuinele fiind dotate cu instalaii comune de alimentare cu ap pentru but i pentru nevoi igienice. In Europa, cea mai frecvent utilizat sur