SKRIPTA

GEOLOGIJA OKOLIŠA

(I. dio)

Zoran Nakić

Zagreb, 2010

Sadržaj: str.

1. UVOD U GEOLOGIJU OKOLIŠA 1

1.1. Definicija okoliša 1

1.2. Uloga geologije u rješavanju problema u okolišu 2

1.3. Temeljni pristupi u znanosti o okolišu 2

1.3.1. Rast ljudske populacije na Zemlji kao najznačajniji problem u okolišu 3

1.3.2. Održivi razvoj 6

1.3.3. Sustavi i promjene u sustavima 9

1.3.4. Prirodni procesi kao prijetnja čovjeku i okolišu 12

1.3.5. Sadašnjost je ključ za prošlost 13

1.3.6. Znanstvene metode i sustavi vrijednosti 14

1.4. Zakonodavstvo o zaštiti okoliša 16

1.4.1. Meñunarodni sporazumi i ugovori o zaštiti okoliša 16

1.4.2. Zakonski propisi o zaštiti okoliša u Republici Hrvatskoj 18

2. UVOD U PRIRODNE PROCESE I HAZARDE 21

2.1. Procesi koji oblikuju Zemlju i utječu na ljude i okoliš 21

2.2. Prirodni procesi i hazardi 22

2.3. Model predviñanja i ranog upozorenja 23

2.4. Procjena rizika od prirodnih hazarda 26

2.5. Reakcija ljudi na prirodne hazarde 26

2.6. Utjecaj globalnih klimatskih promjena na prirodne hazarde 28

2.7. Rast ljudske populacije na Zemlji, promjene u korištenju zemljišta

i prirodni hazardi 30

3. VODOTOCI, VELIKE VODE I POPLAVE 32

3.1. Vodotok i njegova uloga u hidrološkom ciklusu 32

3.2. Utjecaj erozije na stvaranje nanosa i riječnih korita 34

3.3. Utjecaj promjene korištenja zemljišta u slivu na procese erozije i

stvaranje nanosa 36

3.4. Zemljopisni čimbenici sliva koji su značajni za pojavu velikih voda i

poplava 37

3.5. Značaj nivograma, protočne krivulje i hidrograma kod

odreñivanja velikih voda 40

3.6. Velike vode 42

3.7. Poplave 44

3.8. Metode umanjivanja štetnih posljedica od poplava 45

4. PROCESI NA PADINAMA, KLIZIŠTA I SLIJEGANJE

TERENA 50

4.1. Procesi na padinama 50

4.2. Tipovi pokreta stijenske mase na padinama 52

4.3. Stabilnost padina 54

4.4. Faktori koji utječu na stabilnost padina 57

4.4.1. Utjecaj vrste i sastava geološkoga materijala 58

4.4.2. Utjecaj nagiba padine i topografije 58

4.4.3. Utjecaj klimatskih uvjeta i vegetacije 59

4.4.4. Utjecaj vode 60

4.4.5. Utjecaj vremena 62

4.5. Interakcija izmeñu prirodnih i antropogenih faktora i njihov

utjecaj na nastanak pokreta na padinama 64

4.6. Preventivne mjere za sprečavanje i umanjivanje štetnih posljedica

od pokreta na padinama 66

4.7. Slijeganje terena 67

5. PRIRODNE ZALIHE VODA 70

5.1. Raspodjela i ukupna količina vode na Zemlji 70

5.2. Površine pod vječitim snijegom i ledom 72

5.3. Podzemna voda 77

5.4. Rijeke 80

5.5. Jezera 82

5.6. Korištenje voda i vidovi korištenja voda za ljudsku uporabu 84

5.7. Potrebe suvremenoga društva za pitkom vodom 85

5.8. Efekti urbanizacije na vodne zalihe 85

6. ENERGETSKI RESURSI I ALTERNATIVNI IZVORI ENERGIJE 87

6.1. Potrebe za energijom u suvremenom društvu 87

6.2. Nuklearna energija dobivena u procesima fisije 88

6.3. Geologija uranskih ležišta 90

6.4. Potencijalni rizik za okoliš zbog korištenja nuklearne energije 91

6.5. Geološki uvjeti nastanka geotermalne energije 93

6.6. Načini korištenja geotermalne energije i mogući utjecaji na okoliš 96

6.7. Obnovljivi (alternativni) izvori energije 97

7. UVOD U ONEČIŠĆENJE I ZAGAðENJE, TOKSIČNOST I

PROCJENA RIZIKA 102

7.1. Ljudi i prirodni sustavi u interakciji 102

7.2. Zagañenje u okolišu 104

7.3. Tvari koje zagañuju okoliš 106

7.4. Izvori zagañenja u okolišu 107

7.5. Transformacije zagañivala u okolišu 108

7.6. Procjena rizika od utjecaja zagañivala na okoliš 109

7.7. Uloga zakonodavstva i preventivnih mjera u smanjenju zagañenja

u okolišu 110

7.8. Toksičnost tvari 111

7.9. Značaj epidemioloških studija 115

8. ONEČIŠĆENJE I ZAGAðENJE VODA 118

8.1. Uzroci koji dovode do zagañenja voda 118

8.2. Standardi kakvoće voda 120

8.3. Utjecaj urbanizacije na kakvoću voda i pojavu zagañenja voda 123

8.4. Gusta organska zagañivala koja se ne miješaju s podzemnom

vodom (DNAPL) 125

8.5. Zakonski propisi o zaštiti voda od onečišćenja i zagañenja u

R. Hrvatskoj i Europi 128

8.6. Integrirani monitoring kakvoće voda 129

9. ONEČIŠĆENJE I ZAGAðENJE ZRAKA 132

9.1. Uzroci pojave onečišćenja zraka i posljedice za okoliš i ljudsko

zdravlje 132

9.2. Izvori onečišćenja zraka 133

9.3. Klasifikacija zagañivala 134

9.4. Značajke najvažnijih zagañivala u atmosferi 134

9.5. Uzroci i posljedice nastanka kiselih kiša 137

9.6. Faktori koji utječu na zagañenje zraka u urbanim sredinama 138

9.7. Monitoring kakvoće zraka 142

10. GLOBALNE KLIMATSKE PROMJENE 144

10.1. Globalne promjene i “Znanost o Zemljinom sustavu” 144

10.2. Alati i metode za proučavanje globalnih klimatskih promjena

na Zemlji 145

10.3. Bilanca energije Zemlje 146

10.4. Efekt staklenika 148

10.5. Globalne promjene temperature na Zemlji: dokazi za trend

zagrijavanja 150

10.6. Potencijalni efekti globalnoga zatopljivanja 153

10.7. Smanjivanje ozonskoga omotača oko Zemlje 154

11. LITERATURA 157

1

1. UVOD U GEOLOGIJU OKOLIŠA

Obrazovni ciljevi:

• Definirati pojam okoliša.

• Objasniti ulogu geologije u rješavanju problema u okolišu.

• Definirati temeljne pristupe u znanosti o okolišu.

• Razumjeti ulogu rasta ljudske populacije na Zemlji kao najznačajnijega problema u

okolišu.

• Objasniti značaj održivoga razvoja kao cilja za buduće generacije.

• Definirati sustave u okolišu i razumjeti značaj promjena u sustavima na ljude i okoliš.

• Razumjeti značaj prirodnih procesa kao prijetnje čovjeku i okolišu.

• Razumjeti ideju: “sadašnjost je ključ za prošlost”.

• Objasniti primjenu znanstvenih metoda i sustava vrijednosti za rješavanje problema u

okolišu.

• Prikazati razvoj zakonodavstva o zaštiti okoliša u svijetu i u Hrvatskoj.

1.1. Definicija okoliša

Prema Websterovom rječniku pojmova, okoliš je sve ono što okružuje; uvjeti koji okružuju,

utjecaji ili sile koji utječu na rast i razvoj živih bića.

U Zakonu o zaštiti okoliša (N.N. br. 110/07), okoliš je prirodno okruženje organizama i

njihovih zajednica uključivo i čovjeka, koje omogućuje njihovo postojanje i njihov daljnji

razvoj: zrak, vode, tlo, zemljina kamena kora, energija te materijalna dobra i kulturna baština

kao dio okruženja kojeg je stvorio čovjek; svi u svojoj raznolikosti i ukupnosti uzajamnog

djelovanja.

Agencija za zaštitu okoliša SAD-a (engl. U. S. Environmental Protection Agency) okoliš

definira kao sumu svih vanjskih uvjeta koji utječu na život, razvoj i preživljavanje organizma.

Razlikuju se fizički aspekti okoliša od društvenih aspekata okoliša. U fizičke aspekte okoliša

ubrajaju se: voda, zrak, tlo, geomorfološki oblici na Zemlji (planine, ravnice, doline). U

društvene i kulturne aspekte okoliša ubrajaju se: etika, ekonomija, estetika, politika i religija.

2

Termin okoliš ne smije se poistovjetiti s terminom ekologija. Ekologija je znanost o suživotu

svih živih organizama u prirodi, o njihovom djelovanju na okoliš u kojem žive i o djelovanju

okoliša na njih.

1.2. Uloga geologije u rješavanju problema u okolišu

Načine korištenja geoloških informacija za rješavanje specifičnih problema u okolišu izučava

primijenjena geologija, koja se u anglosaksonskoj literaturi naziva Geologija okoliša

(Environmental Geology). Geologija okoliša bavi se fizičkim aspektima okoliša.

Geologija pomaže u rješavanju nekih značajnih problema u okolišu kao što su:

1. Gospodarenje prirodnim resursima u skladu s konceptom održivoga razvoja –

geološke informacije osiguravaju procjenu količina i dostupnosti obnovljivih prirodnih

resursa i omogućuju njihovu eksploataciju na ekonomski isplativ način, koji ne šteti

okolišu.

2. Onečišćenje okoliša (tla, vode, zraka) – geološke informacije omogućuju odreñivanje

veličine antropogenih utjecaja na pojedine fizičke aspekte okoliša te mjere za

umanjivanje ili ublažavanje štetnih posljedica nastalih onečišćenjem.

3. Geološki hazardi (poplave, klizišta, potresi, vulkanska aktivnost) – geološke

informacije omogućuju proučavanje prirodnih hazarda u cilju preventivnoga

djelovanja i smanjivanja njihovih štetnih posljedica za ljude.

4. Upravljanje otpadom – geološke informacije koriste se u odabiru prikladnih lokacija

za odlaganje otpada.

5. Planiranje korištenja zemljišta, analize utjecaja na okoliš i procjena rizika – geološke

informacije koriste prostornim planerima u planiranju korištenja zemljišta i

stručnjacima koji se bave zaštitom okoliša za ocjenu prihvatljivosti nekog zahvata,

koji se planira izgraditi ili dograditi na okoliš te za procjenu rizika, koji ovisi o

vjerojatnosti pojave štetnoga dogañaja i posljedica koje se javljaju u slučaju nastanka

štetnoga dogañaja.

1.3. Temeljni pristupi u znanosti o okolišu

Za razumijevanje značaja i uloge geologije u proučavanju meñudjelovanja izmeñu fizičkoga

okoliša i ljudi, neophodno je navesti šest temeljnih načela Znanosti o okolišu (engl.

Environmental Science):

3

1. Rast ljudske populacije na Zemlji je najznačajniji problem u okolišu – povećanjem

broja ljudi na Zemlji, povećavaju se i potrebe za prirodnim resursima. Prenapućenost

je već danas ozbiljan problem u pojedinim zemljama, naročito u zemljama u razvoju, i

sve više postaje globalni problem.

2. Održivi razvoj ili održivost je dugoročan cilj u zaštiti okoliša koji osigurava život

budućim generacijama ljudi i drugih živih bića koji nastanjuju Zemlju. Prirodni resursi

na Zemlji su ograničeni i njihova raspoloživost za buduće generacije je upitna, bez

obzira radi li se o neobnovljivim resursima, u koje pripadaju fosilna goriva: nafta, plin

i ugljen te mineralne sirovine, ili obnovljivim resursima, u koje pripadaju voda i šume.

Koncept održivoga razvoja temelji se na pažljivom upravljanju i gospodarenju

prirodnim resursima, masovnom recikliranju i razvoju novih tehnologija za korištenje

resursa i odlaganje otpada.

3. Sustavi i promjene u sustavima – većina sustava (npr. planeta Zemlja) sastoji se od

nekoliko komponenata ili podsustava koji su u zajedničkoj interakciji i funkcioniraju

kao cjelina, pri čemu promjene u jednoj komponenti uzrokuju promjene u drugim

komponentama.

4. Prirodni procesi kao prijetnja čovjeku i okolišu nazivaju se još i prirodni hazardi i

obuhvaćaju procese i dogañaje kao što su: poplave, klizišta, potresi, vulkanska

aktivnost – potrebno je prepoznati opasnost od prirodnih hazarda za ljude i okoliš,

procijeniti rizik te planirati i spriječiti ili umanjiti štetne posljedice koje mogu nastati

njihovim djelovanjem.

5. Sadašnjost je ključ za prošlost – pristup koji promiče ideju da su procesi koje

uočavamo u recentno vrijeme djelovali i u prošlosti na formiranje geomorfoloških

struktura.

6. Primjena znanstvenih metoda i sustava vrijednosti za rješavanje problema u okolišu -

znanstvenim metodama testira se funkcioniranje odreñenih procesa na Zemlji, a odabir

rješenja za neki problem u okolišu ovisi o tome kako su postavljeni kriteriji za

vrednovanje utjecaja na ljude i okoliš.

1.3.1. Rast ljudske populacije na Zemlji kao najznačajniji problem u okolišu

Kroz povijest ljudske civilizacije, broj ljudi na Zemlji se neprestano povećavao. Razvojem i

tehnološkim dostignućima u medicini, poljoprivredi te naročito zbog iskorištavanja prirodnih

4

resursa i energije, povećavao se i broj ukupne populacije na planeti, što je u nekim krajevima

svijeta dovelo do prenapučenosti stanovništva. Poznati ekolog i mikrobiolog Garrett Hardin,

koji je godinama djelovao kao profesor humane ekologije na Sveučilištu u Kaliforniji, SAD-u,

začetnik je ideje o uzročno-posljedičnoj vezi izmeñu broja stanovništva na Zemlji i utjecaja na

okoliš. Naime, prema Hardinu, ukupni utjecaj ljudske populacije na okoliš jednak je umnošku

utjecaja pojedinca na okoliš i ukupnoga broja stanovništva na Zemlji.

Neki znanstvenici vjeruju da je broj ljudi na Zemlji blizu ili je već premašio kapacitet

(pod)nošenja (engl. carrying capacity), koji se može definirati kao maksimalan broj ljudi koji

može živjeti u svijetu, a da pri tom ne uzrokuje pogoršanje uvjeta života na Zemlji.

Problem prenapučenosti stanovništva u nekim dijelovima svijeta poznat je stotinama godina,

meñutim u današnje vrijeme postaje očigledno da se radi o globalnom problemu. Od tridesetih

godina 19. stoljeća do tridesetih godina 20. stoljeća, dakle u razdoblju od stotinu godina, broj

stanovnika na Zemlji se udvostručio i iznosio je dvije milijarde stanovnika u to vrijeme. Do

sedamdesetih godina 20. stoljeća, broj stanovnika na Zemlji se ponovno udvostručio, a do

2000. godine iznosio je preko šest milijardi stanovnika (slika 1.1). Očekuje se da će taj broj,

do sredine 21. stoljeća, iznositi izmeñu deset i petnaest milijardi.

U novije vrijeme ovaj problem je nazvan populacijska bomba, jer eksponencijalan rast broja

ljudi na Zemlji pokazuje prenagli porast stanovništva u novije doba. Broj ljudi koji se

Slika 1.1 Eksponencijalni rast ljudske populacije na Zemlji (modificirano prema Keller, 2000)

5

povećava svake godine nije konstantan, meñutim, konstantan je postotak godišnjega

povećanja broja ljudi, tj. stupanj rasta stanovništva.

Razlikuju se dva osnovna aspekta eksponencijalnog rasta:

• stupanj rasta izražen u %;

• vrijeme (t) koje je potrebno da se mjerena vrijednost udvostruči.

***************************************************************************

Primjer. Potrebno je izračunati porast broja stanovništva na Zemlji do 2020. godine.

Broj stanovništva na Zemlji eksponencijalno se povećava s konstantnim stupnjem rasta svake

godine, pa je prema tome za izračunavanje broja stanovništva u 2020. godini, moguće

primijeniti jednadžbu rasta, koja glasi:

kteNN 0= (1.1)

gdje je:

N – broj stanovnika u budućem razdoblju,

N0 – trenutni broj stanovnika,

e – baza prirodnog logaritma (Napierova konstanta),

k – stupanj rasta broja ljudi,

t – broj godina za koji se računa porast.

Broj stanovnika na Zemlji u 2006. godini, prema podacima američkog Ureda za popis

stanovništva (engl. US Census Bureau), bio je 6,5 x 109. Prosječni godišnji stupanj rasta

svjetske populacije je 1,36%.

Uvrštenjem u gornji izraz dobije se:

( )( ) 9140136,09 1086,771828,2105,6 xxN x ==

***************************************************************************

Procjena broja stanovnika na Zemlji može se značajno mijenjati u budućnosti, ukoliko se

promjeni prosječni stupanj rasta. Naime, u jednadžbi rasta uvrštena je prosječna vrijednost

stupnja rasta za svjetsku populaciju, meñutim razlike u pojedinim dijelovima svijeta su vrlo

značajne. Na primjer, najbrže rastući segment ljudske populacije na Zemlji nalazi se u Africi,

s prosječnim stupnjem rasta od čak 2,4 %, dok je europska populacija dosegla stupanj rasta od

0%, s daljnjom tendencijom sniženja. Pod pretpostavkom da će se omjeri rasta na pojedinim

kontinentima i dalje mijenjati u budućnosti, postoji velika vjerojatnost da se i svjetski prosjek

stupnja rasta promijeni, što će značajno utjecati na ukupan broj svjetske populacije.

6

Ukoliko se želi dobiti informacija o vremenu koje je potrebno da se udvostruči postojeća

ljudska populacija na Zemlji, tada se kao generalno pravilo može uzeti:

kD

70= (1.2)

gdje je:

D – vrijeme udvostručenja stanovništva na Zemlji (god),

k – stupanj rasta.

Uz sadašnji stupanj rasta od 1,36 %, potrebno vrijeme udvostručenja broja ljudi na Zemlji bilo

bi 51,5 godina.

1.3.2. Održivi razvoj

Sve do nedavno ljudi su koristili prirodne resurse, a nisu vodili previše računa o njihovim

količinama i mogućnosti njihova obnavljanja i recikliranja. Rezultat takvoga neodgovornog

ponašanja je već sada akutni problem drastičnog smanjenja nekih neobnovljivih prirodnih

resursa, poput nafte ili ugljena, ili pogoršanja kakvoće obnovljivih prirodnih resursa, kao što

su vode.

Naglim rastom ljudske populacije na Zemlji u zadnjih nekoliko desetljeća te prekomjernim

iskorištavanjem prirodnih resursa, uz istovremeno nagomilavanje sve većih količina

raznovrsnoga otpada, nastaje kriza okoliša (slika 1.2).

Slika 1.2 Uzroci nastajanja krize okoliša

7

Uspješno rješavanje nagomilanih problema u okolišu zahtijeva temeljitu promjenu u načinu

života ljudi i razvoj svijesti o nužnosti zaštite okoliša, odnosno prihvaćanje etičkih principa

prema okolišu. Začetak znanosti pod nazivom Etika okoliša (engl. Environmental ethics)

započinje ranih sedamdesetih godina prošloga stoljeća, kada su objavljeni prvi radovi iz toga

područja:

– Lynn White (1967): Povijesni korijeni ekološke krize (engl. Historical roots of ecological

crisis),

– Garett Hardin (1968): Tragedija zajednica (engl. Tragedy of commons).

Najveći utjecaj na razvoj “Etike okoliša” imao je američki znanstvenik Aldo Leopold sa

Sveučilišta u Wisconsinu, SAD-u, koji je inicirao prihvaćanje koncepta “Etike o zemlji”

(engl. Land ethic), koji stavlja naglasak na brigu o cijelom fizičkom okolišu.

Do pedesetih godina prošloga stoljeća, etika kao znanost usmjerena je isključivo na položaj

pojedinca u suvremenom društvu i njegova moralna načela koja mu osiguravaju ulogu u

društvu. Prihvaćanjem koncepcije “Etike o zemlji”, koja se kasnije razvila u “Etiku okoliša”

pomiču se granice zajedničke brige o okolišu i uključeni su: tlo, voda, zrak, biljke, životinje,

pod zajedničkim nazivom “zemlja”.

Od devedesetih godina prošlog stoljeća, u globalnim razmjerima sve više prevladava koncept

održivog razvoja ili održivosti (eng.: sustainability), koji mnogi definiraju na dva načina:

1. održivi razvoj osigurava budućim generacijama jednaku dostupnost prirodnim

resursima.

2. održivi razvoj je tip razvoja koji je ekonomski isplativ, ne šteti okolišu i socijalno je

opravdan.

Kao rezultat promjene filozofije razmišljanja o kakvoći okoliša i naročito očuvanja prirodnih

resursa na Zemlji, u današnje vrijeme sve više prevladava pristup pod nazivom: “Održiva

globalna ekonomija”. Pod time pojmom se podrazumijeva pažljivo korištenje i mudro

upravljanje planetom i njegovim resursima, analogno načinu na koji ekonomisti tradicionalno

upravljaju novcem i robom.

Da bi globalna ekonomija bila i održiva, mora zadovoljiti sljedeće kriterije:

a) budućim generacijama treba osigurati dobru kakvoću temeljnih prirodnih resursa,

neophodnih za život ljudi: zraka, vode i tla, a potrebno je očuvati i održati stabilnost

prirodnih ekosustava,

b) izvori energije moraju se razumno koristiti, a nužno je kontrolirati ispuštanje otpadnih

tvari u atmosferu te spriječiti daljnje pogoršanje klimatskih uvjeta na Zemlji,

primjerice od globalnoga zatopljivanja,

8

c) potrebno je donijeti odgovarajuće planove korištenja prirodnih resursa, koji će

spriječiti daljnje pogoršanje kakvoće obnovljivih resursa, a istovremeno omogućiti da

se dio neobnovljivih resursa osigura za buduće generacije,

d) socijalni, pravni i politički sustavi moraju se razvijati na načelima demokratskih

tradicija, usmjereni k postizanju ciljeva održive globalne ekonomije.

Očuvanje prirodnih resursa moguće je postići odgovarajućom strategijom kontrole rasta

stanovništva na Zemlji, a preduvjet je poraditi na edukaciji ljudi, naročito u zemljama u

razvoju, jer je dokazano da su stupanj rasta i pismenost stanovništva u obrnuto

proporcionalnoj vezi.

Postojeća globalna ekonomija većim dijelom je bazirana na korištenju fosilnih goriva. U

budućnosti, planovi korištenja energije morat će uzeti u obzir veće korištenje obnovljivih,

alternativnih izvora energije kao što su vjetar i solarna energija.

Planovi korištenja i očuvanja prirodnih resursa mogu biti efektivni samo razvojem

odgovarajućih mjera koje će kontrolirati rast stanovništva na Zemlji i korištenje resursa. U

tom cilju, potrebno je razvijati postojeće sustave davanja poticaja i poreznih olakšica, kao i

znatnije financijske pomoći zemljama u razvoju. U razvijenim zemljama potrebno je

potaknuti odgovarajuće političke promjene, koje će potaknuti vlade pojedinih zemalja na

potpisivanje važnih protokola o kontroli emisija onečišćujućih tvari u okoliš.

Republika Hrvatska, koja je teritorijalno i demografski mala zemlja i pred višestrukim

izazovima globalizacije i integracije u Europsku Uniju, mora prilagoditi svoj razvojni put

konceptu održivoga razvoja. To znači da Hrvatska mora maksimalno zaštititi svoje prirodne

resurse za buduće naraštaje, ali istovremeno mora jačati ekonomsku vitalnost i biti socijalno

osjetljiva (slika 1.3).

Slika 1.3 Koncept integralnoga održivog razvoja Hrvatske

9

Na taj način su ekološka, ekonomska i socio-kulturna održivost uzajamno umrežene i

meñuovisne, a definiraju integralni održivi razvoj Hrvatske, koji promiče kvalitetu života

stanovništva Hrvatske, ali istovremeno čuva prirodna bogatstva kao temelj kvalitete života.

1.3.3. Sustavi i promjene u sustavima

Sustav je skup objekata koji se promatra s obzirom na meñusobno djelovanje njegovih

sastavnih dijelova i vanjske utjecaje. Primjeri nekih sustava su: planet, vulkan, oceanski bazen

vodonosni sustav. Većina sustava sastoji se od nekoliko komponenata ili podsustava koji su u

zajedničkoj interakciji i funkcioniraju kao cjelina, pri čemu promjene u jednom podsustavu

uzrokuju promjene u drugim podsustavima.

Planeta Zemlja je globalni sustav koji se sastoji od nekoliko podsustava: atmosfere (zrak),

hidrosfere (voda), biosfere (život) i litosfere (tlo, stijene). Njihovom meñusobnom

interakcijom mijenjaju se površinski oblici na Zemlji. Promjena u veličini ili učestalosti

procesa u jednom od Zemljinih podsustava, uzrokuje promjenu u ostalim podsustavima. Ovo

svojstvo koordinirane promjene u različitim dijelovima okoliša poznato je kao Princip

jedinstvenosti okoliša (engl. environmental unity).

Značajne promjene reljefa na Zemlji, kao npr. nastanak planina, dogañaju se najvećim dijelom

uslijed tektonskog izdizanja i zbog vulkanskih procesa. Procesi koji uzrokuju izdizanje

planina utječu na promjene u atmosferi, stvarajući regionalne promjene u raspodjeli i režimu

oborina. Ove pak promjene utječu na promjene u hidrosferi, budući da se mijenja hidrološki

režim i količina voda koja protječe riječnim koritima i utječe u mora i oceane. Javlja se

promjena i u biosferi, mijenjaju se i prilagoñavaju biljni i životinjski organizmi u

novonastalim uvjetima. Javljaju se promjene i u litosferi, uslijed stvaranja pojačane erozije na

strmim obroncima planina, a erozijski procesi utječu na stvaranje sve većih količina

ishodišnih materijala za sedimentne stijene.

Poznato je da Zemlja, kao sustav, nije statična; ona je u stvari dinamički sustav, koji se stalno

mijenja. Ovakav dinamički sustav je u stvari otvoreni sustav, u kojem dolazi do izmjene tvari

ili energije s okolišem. Zemlja kao otvoreni sustav prima energiju od Sunca, a dio energije

vraća u svemir. Osim toga, velika količine meteorita svake godine pada na površinu Zemlje, a

male količine zemaljskog materijala oslobañaju se s površine i odlaze u svemir u plinovitoj

fazi.

10

Za razliku od Zemlje, kao globalnoga otvorenog sustava, sustavi u zemaljskom okolišu, u

kojima se tvari u potpunosti recikliraju i kontinuirano mijenjaju kroz prirodne cikluse,

nazivaju se zatvoreni sustavi. U zatvorenim sustavima ne dolazi do interakcije s okolišem

izvan granica sustava. Primjer za zatvorene sustave su: ciklus stijena u prirodi i hidrološki

ciklus (slika 1.4).

Za uspješno rješavanje problema u okolišu, od izuzetne je važnosti sposobnost predviñanja

promjena u sustavu. Potrebno je prije svega razumjeti kako izmjena tvari i energije u

otvorenim sustavima, odnosno ulaz i izlaz iz sustava, utječe na ukupnu bilancu u sustavu. U

tom smislu, značajna je analiza ulaza i izlaza (slika 1.5).

U suštini, moguće je razlikovati tri tipa promjene tvari ili energije u sustavu:

Slika 1.4 Zatvoreni sustavi: A) Hidrološki ciklus; B) Ciklus stijena

Slika 1.5 Primjer analize ulaza i izlaza

11

a) ako je ulaz u sustav jednak izlazu iz sustava, tada nema promjene u sustavu; količina

energije i tvari ostaje nepromijenjena - sustav je u stacionarnom stanju;

b) ulaz u sustav je manji od izlaza iz sustava; količina tvari ili energije je smanjena;

c) ulaz u sustav je veći od izlaza iz sustava; količina tvari ili energije je povećana.

Poznavanje stupnja promjene u nekom sustavu od velikog je značaja prilikom odreñivanja

srednjeg vremena zadržavanja odreñene tvari ili energije u sustavu. Vrijeme zadržavanja je

vrijeme koje je potrebno da se odreñena tvar ili energija u potpunosti reciklira unutar sustava.

Izračunava se kao omjer ukupne mase tvari ili energije i stupnja promjene u sustavu.

***************************************************************************

Primjer. Odreñivanje srednjeg vremena zadržavanja vode u akumulacijskom jezeru

Akumulacijsko jezero sadrži ukupno 100x106 m3 vode. Prosječna količina vode koja

vodotokom ulazi u akumulaciju jednaka je prosječnoj količini vode koja izlazi iz akumulacije

i iznosi 1 m3/s.

Vrijeme zadržavanja vode u akumulaciji može se izračunati kao:

R

Vt = (1.3)

gdje je:

t – srednje vrijeme zadržavanja vode u akumulaciji (s),

V – ukupna količina vode u akumulaciji (m3),

R – stupanj promjene u sustavu – količina vode koja ulazi i izlazi iz akumulacije (m3/s).

Uvrštenjem u gornji izraz dobije se:

66

101001

10100x

xt ==

Srednje vrijeme zadržavanja vode u akumulaciji je 100 x 106 sekundi ili 3,2 godine.

***************************************************************************

U tablici 1 prikazana su srednja vremena zadržavanja nekih tvari u prirodnim sustavima.

12

Tablica 1. Vrijeme zadržavanja tvari u atmosferi, hidrosferi (vode i tvari u moru) i biosferi (iz Keller, 2000)

TVARI U PRIRODNIM SUSTAVIMA VRIJEME ZADRŽAVANJA

ATMOSFERA

Vodena para 10 dana (niži slojevi atmosfere)

Ugljik dioksid 5 – 10 dana

u stratosferi (viši slojevi atmosfere) Nekoliko mjeseci do nekoliko godina Čestice aerosoli

u troposferi (niži slojevi atmosfere) Jedan tjedan do nekoliko tjedana

HIDROSFERA

Površinski slojevi Atlantskog oceana 10 godina

Duboki slojevi Atlantskog oceana 600 godina

Površinski slojevi Tihog oceana 25 godina

Duboki slojevi Tihog oceana 1300 godina

Kopnena podzemna voda 150 godina (iznad 760 m dubine)

TVARI U MORU

Voda 44 000 godina

Sve soli 22 x 106 godina

Ion kalcija 1,2 x 106 godina

Sulfatni ion 11 x 106 godina

Ion natrija 260 x 106 godina

Kloridni ion neograničeno

BIOSFERA

Voda 2 x 106 godina

Kisik 2 000 godina

Ugljik dioksid 300 godina

1.3.4. Prirodni procesi kao prijetnja čovjeku i okolišu

Procesi na Zemlji, koji uzrokuju gubitak ljudskih života i velike materijalne štete, nazivaju se

opasni prirodni procesi ili prirodni hazardi. Najčešći prirodni hazardi su: oluje, poplave,

potresi, klizišta i vulkanske erupcije. Veličina i učestalost ovih procesa ovisi o faktorima kao

što su: klimatska obilježja, geološke značajke i vegetacija. Na primjer, pojava poplave na

nekom području ovisit će o: intenzitetu i jakosti oborina, infiltracijskom kapacitetu tla,

stupnju evapotranspiracije, vrsti i obilju vegetacije i topografiji.

Povećanje broja ljudi na Zemlji i koncentriranje stanovništva i resursa u većim sredinama

(npr. gradovima) povećava opasnost od opasnih prirodnih procesa. Ovaj trend je danas sve

13

više naglašen, tako da mnogi ljudi danas žive u područjima u kojima vrlo često dolazi do

pojava prirodnih hazarda.

Utjecaj prirodnih hazarda na ljude i okoliš može se predvidjeti razmatranjem klimatoloških,

geoloških i bioloških uvjeta na nekom području i na taj način moguće je barem umanjiti

njihove štetne posljedice. Znanstvenici bi trebali, nakon što identificiraju potencijalno opasne

prirodne hazarde, svoje informacije i znanja prenijeti prostornim planerima i političarima, koji

odlučuju o konkretnim mjerama za suzbijanje ili ublažavanje prirodnih hazarda.

1.3.5. Sadašnjost je ključ za prošlost

Razumijevanje prirodnih procesa koji u recentno doba oblikuju i mijenjaju okoliš značajno je

za razumijevanje procesa koji su djelovali u geološkoj prošlosti.

Koncept sadašnjost je ključ za prošlost promiče ideju da su procesi koje danas uočavamo

djelovali i u prošlosti (primjerice tok rijeka u riječnim koritima, formiranje i kretanje glečera,

pojave klizišta, potresa itd). Ovaj koncept razvijen je krajem 18. stoljeća, a njegov idejni

začetnik je škotski geolog James Hutton, koji je zagovarao ideju postanka i razvoja Zemlje

djelovanjem sporih i dugotrajnih geoloških procesa. Naime, do tog vremena, vjerovalo se da

je Zemlja nastala kroz niz katastrofičnih dogañaja, kao što je npr. Biblijski potop.

Hutton je svoju ideju o postanku i razvoju Zemlje prvi puta izložio na sjednici Kraljevskoga

društva (engl. Royal Society) u Edinburgh-u. On je tada branio ideju da Zemlja ima dugu

povijest i da povijest nastanka Zemlje može biti objašnjena na temelju spoznaja o procesima

koji su prisutni na Zemlji u recentno doba. Iznio je tezu po kojoj je planet Zemlja super

organizam. Usporedio je cirkulaciju vode na Zemlji, koja je sadržana u sedimentima i živim

organizmima, s cirkulacijom krvi u životinja. Metaforički je prikazao oceane kao srce, a šume

kao pluća Zemlje.

Meñutim, Hutton-ova ideja nije naišla na veliko razumijevanje u znanstvenim krugovima toga

vremena sve do tridesetih godina 19. stoljeća, kada je znanstvenoj javnosti predstavio svoj rad

Sir Charles Lyell, koji u svojim publikacijama Principi geologije (engl. Principles of

Geology), u razdoblju od 1830. do 1833. godine dokazuje ispravnost Huttonovih tvrdnji i

odbacuje ideju katastrofičnih dogañaja kao pogrešnu.

Koncept sadašnjost je ključ za prošlost imao je veliki utjecaj na razvoj ideja u drugim

znanstvenim disciplinama. Rad Charlesa Darwin-a i Alfreda Wallace-a o porijeklu vrsta na

Zemlji, proširio je ovaj koncept i u biologiju. Naime, teorija evolucije je temeljena na principu

14

da se različitost biljnih i životinjskih vrsta na Zemlji može objasniti dugotrajnim i sporim

promjenama genetskih zapisa.

Dvije stotine godina nakon Hutton-ove ideje da je Zemlja super organizam, James Lovelock,

britanski znanstvenik i profesor, obnavlja ideju o Zemlji kao živućem organizmu. On je

začetnik tzv. “Geja hipoteze” (engl. Gaia hypothesis), koja dobiva ime prema grčkoj božici

“Majci Zemlji”.

Geja hipoteza sastoji se od niza hipoteza:

1. Život na Zemlji značajno utječe na planetarni okoliš.

2. Život na Zemlji utječe na okoliš u cilju poboljšanja uvjeta života – ova hipoteza je

potvrñena u studijama koje pokazuju da život na Zemlji ima značajnu ulogu u

reguliranju globalne klime, tako da na Zemlji nije niti previše toplo niti previše hladno

za opstanak života. Na primjer, danas se smatra da čak i jednostanična biljka koja

pluta na oceanskoj površini djelomično kontrolira sadržaj CO2 u atmosferi, pa prema

tome i globalnu klimu.

3. Život na Zemlji svjesno ili namjerno kontrolira globalni okoliš – danas sve više

znanstvenika podržava ovu hipotezu, jer ljudi svojom aktivnošću sve više utječu na

globalni okoliš.

Fizički i kemijski uvjeti na Zemljinoj površini, u atmosferi i u oceanima u potpunosti su

prilagoñeni pojavi života na Zemlji. Ova činjenica je vrlo važna jer pokazuje interakciju

života te fizičkih i kemijskih procesa na Zemlji, odnosno njihovu zajedničku evoluciju kroz

geološku povijest.

Najveća vrijednost Geja hipoteze je tome što je potaknula interdisciplinarna istraživanja koja

bi trebala doprinijeti boljem razumijevanju o tome kako funkcionira naš planet.

1.3.6. Znanstvene metode i sustavi vrijednosti

Znanstvenici vrlo često u svojim istraživanjima koriste znanstvene metode kako bi odredili na

koji način funkcioniraju odreñeni procesi na Zemlji. Znanstvene metode zasnivaju se na

sljedećim principima ili radnjama:

1. Identifikacija i konceptualizacija; ako se zna vrlo malo o predmetu istraživanja, tada

prvi korak u istraživanju mora biti kvalitativan opis problema, odnosno razumijevanje

problema koji se istražuje na temelju zapažanja na terenu ili u laboratoriju.

15

2. Kreiranje hipoteze; na osnovi zapažanja na terenu ili u laboratoriju, postavlja se

pitanje (ili niz pitanja) o odreñenom problemu, na koje je potrebno odgovoriti

kreiranjem hipoteze (ili više hipoteza).

3. Testiranje hipoteze; provodi se eksperimentom, koji uključuje: prikupljanje,

organizaciju i analizu podataka.

4. Interpretacija rezultata; na osnovi prikupljenih i analiziranih podataka, stvaraju se

zaključci o problemu koji se istražuje, koji se usporeñuju s postavljenom

hipotezom/hipotezama.

5. Prihvaćanje ili odbacivanje hipoteze; ako je hipoteza (ili više hipoteza) odbačena kao

neistinita, tada je potrebno vratiti se na početak istraživanja, pa čak i u fazu

konceptualizacije, i razviti novu hipotezu (ili više hipoteza).

6. Prihvaćanje znanstvene teorije; ako rezultati ponovljenih eksperimenata potvrñuju

hipotezu, ona može biti prihvaćena kao znanstvena teorija. Teorija je potvrñena

hipoteza, odnosno, promišljeno ili uopćeno znanje o nekoj prirodnoj pojavi ili više

pojava, zasnovano na njihovim bitnim zakonitostima. Novi dokazi često opovrgavaju

postojeću hipotezu ili znanstvenu teoriju.

16

Geolozi često započinju svoje istraživanje na terenu ili u laboratoriju, bilježeći rezultate svojih

istraživanja. Važna varijabla, koja razlikuje geologiju od većine drugih znanosti je vrijeme,

koje ima važnu ulogu u razmatranju geoloških procesa na Zemlji. Kao primjer može poslužiti

testiranje hipoteze o utjecaju izgaranja fosilnih goriva na globalno zagrijavanje. Da bi istražili

ovaj utjecaj, geolozi moraju ispitati tvari ili materijale, čija je starost u rasponu od nekoliko

stotina do nekoliko desetaka tisuća godina, a koji mogu biti indikatori globalnoga

zatopljivanja tijekom geološke prošlosti. Primjer su istraživanja leda u ledenjacima ili

sedimenata s dna oceana ili jezera, kako bi se ustanovila razina CO2 u nekadašnjoj atmosferi.

Odabir rješenja za neki problem u okolišu često ovisi o tome kako su postavljeni kriteriji za

vrednovanje utjecaja na ljude i okoliš.

Kao primjer mogu poslužiti dvije različite metode obrane od poplava u urbanim područjima.

Klasični pristup obrane od poplave je zaštita rijeke nasipima i betonskim ogradama. Moderni

pristup sastoji se od ureñenja poplavnih ravnica kao zelenih pojaseva, koje će značajno

umanjiti poplavljivanje, a ujedno i osigurati stanište brojnih životinja i biljaka. Ekološki i

estetski to je mnogo prihvatljivije rješenje, koje u pogledu sigurnosti za ljude i imovinu

nimalo ne zaostaje za klasičnim pristupom.

Drugi primjer je odabir rješenja za sprečavanje erozije obala. Klasični pristup je štićenje obale

branama i nasipima, pri čemu se u potpunosti degradira prirodni okoliš i razvoj pješčanih

plaža. U modernom pristupu, rješenje zaštite obale od erozije traži se u kreiranju tampon zone

koja će se nalaziti izmeñu prirodnoga okruženja pješčanih plaža i grañevina koje služe

ljudima.

1.4. Zakonodavstvo o zaštiti okoliša

1.4.1. Meñunarodni sporazumi i ugovori o zaštiti okoliša

Početkom devedesetih godina 20. stoljeća, intenzivirane su aktivnosti na meñunarodnom

planu po pitanju donošenja različitih ugovora i konvencija o zaštiti okoliša. Neke od njih

odnose se na rješavanje lokalnih problema diljem svijeta, kao npr. Konvencija UN-a o borbi

za sprečavanje širenja pustinjskih područja, dok se druge odnose na svjetske probleme,

primjerice smanjenje emisije stakleničkih plinova u atmosferu, koji doprinose globalnom

zatopljivanju.

17

Svjetski samit u Rio de Janeir-u, koji je održan 1992. godine, i potpisivanje Montrealskoga

protokola 1987. i 1990. godine bili su važne prekretnice za razumijevanje značaja utjecaja

štetnih plinova na razaranje ozonskoga omotača te utjecaja stakleničkih plinova na globalno

zatopljivanje, kao i druge moguće klimatske posljedice.

Montrealski protokol o zabrani tvari koje razaraju ozonski omotač potpisalo je 175 zemalja

svijeta, a njime je propisana zabrana ispuštanja klorofluorokarbona (CFC, freona) i drugih

plinova, koji štetno utječu na ozonski omotač u atmosferu, do 2000. godine.

Svjetskim samitom u Rio de Janeir-u usvojena je tzv. Agenda 21, koja predstavlja opsežan

plan djelovanja na globalnom, regionalnom i lokalnom planu u svezi upravljanja i zaštite

okoliša. Značajan dokument, koji je proizašao iz ovog samita je Okvirna Konvencija UN-a o

klimatskim promjenama (engl. United Nations Framework Conventions on Climate Changes).

Ova Konvencija je stupila na snagu 1994. godine, a preko 50 zemalja je do danas ratificiralo

ovaj dokument. Dodatna važnost ovog samita je i činjenica da u svjetskom zakonodavstvu i

praksi od tada sve više dominira princip usvajanja mjera opreza (engl. precautionary

principles), što znači da se odreñene aktivnosti ili radnje ograničavaju ili potpuno zabranjuju,

ukoliko postoji odreñena vjerojatnost da one mogu štetno djelovati na okoliš. Ovaj princip je

naročito značajan za umanjivanje štetnih posljedica od tvari koje su perzistentne i imaju

dugotrajne posljedice za okoliš.

Nakon samita u Rio de Janeir-u, važan dogañaj za očuvanje okoliša u svjetskim okvirima bio

je potpisivanje protokola u Kyotu 1997. godine. Osnovni sadržaj Kyoto protokola je obaveza

zemalja, a naročito industrijski najrazvijenijih zemalja, da smanje emisije stakleničkih plinova

za 5,2 % u odnosu na količine emisija iz 1990. godine, u razdoblju od 2008 do 2012. godine.

Naime, globalna emisija CO2 od samita u Riu rasla je za nekoliko postotaka godišnje, tako da

bi ukupno smanjenje trebalo biti daleko više od 5%. Neke zemlje, kao SAD, trebale bi tako

smanjiti emisiju svojih stakleničkih plinova i preko 20%.

U Montrealskom sporazumu i Kyoto protokolu ugrañen je još jedan bitan princip tzv.

zajedničke, ali različite odgovornosti zemalja za stanje u globalnom okolišu. Naime, ideja je

da sve zemlje dijele globalni okoliš i imaju zajedničku odgovornost prema njegovom

očuvanju, meñutim, neke zemlje doprinose više onečišćenju i drugim negativnim utjecajima

na okoliš, a neke imaju značajno više financijskih sredstava za razvoj alternativnih rješenja,

koja bi bila manje štetna za okoliš. Na taj način, najveći onečišćivači bi trebali platiti više i

brže, meñutim oni to često nisu spremni učiniti, prvenstveno braneći svoje ekonomske

interese.

18

Krajem 2000. godine, potpisnici Kyoto protokola pokušali su donijeti sporazum o njegovoj

implementaciji koji je trebao biti obvezujući. Problem vezan za implementaciju ovoga

protokola nastao je većim dijelom od pokušaja nekih industrijski najrazvijenijih zemalja da

smanjenje stakleničkih plinova u atmosferu riješe tako što će veći dio svojih plinova ispustiti

u druge prirodne resurse, koji imaju sposobnost vezanja i neutralizacije štetnih posljedica

plinova, kao što su oceani i šume. Nakon tjedana diskusija i ovi pregovori su propali i

dogovor nije postignut. Tek 2004. godine, nakon što je Ruska Federacija prihvatila Kyoto

protokol, dosegnuta je kritična masa da bi Kyoto protokol mogao stupiti na snagu.

1.4.2. Zakonski propisi o zaštiti okoliša u Republici Hrvatskoj

Dvije su teme posebno važne i dugoročno će imati veliki utjecaj na zaštitu okoliša u Republici

Hrvatskoj: (1) prilagodba Republike Hrvatske konceptu održivoga razvoja; i (2) približavanje

i priključenje Republike Hrvatske Europskoj Uniji (EU). Iz navedenih razloga, Hrvatski Sabor

je 2002. godine donio Nacionalnu Strategiju zaštite okoliša (Narodne novine, br. 46/02).

Polazeći od koncepta održivoga razvoja, Strategija se zalaže za uvoñenje zaštite okoliša u sve

druge strateške planove Republike Hrvatske. Implementacija europskih standarda i kriterija u

zaštiti okoliša nužnost je u procesu približavanja EU.

Očuvanje prirode i okoliša svrstani su u kategoriju najviših vrednota ustavnoga poretka

Republike Hrvatske. Ustav Republike Hrvatske odredio je, takoñer, da Sabor Republike

Hrvatske i hrvatski narod neposredno odlučuju o očuvanju prirodnoga i kulturnog bogatstva i

o njegovom korištenju, a Deklaracija o zaštiti okoliša u Republici Hrvatskoj (Narodne novine

br. 34/92), koju je Sabor donio 1992. godine, čvrsto je opredjeljenje za izgradnju pravnoga

sustava koji je sukladan meñunarodnim ugovorima i standardima europske i svjetske

zajednice, kojima će se u potpunosti osigurati trajna, sustavna i učinkovita zaštita okoliša.

Republika Hrvatska u zaštiti okoliša surañuje na više razina: multilateralno, regionalno,

subregionalno i bilateralno. Ta se suradnja temelji na nizu meñunarodnih legalnih

instrumenata (konvencija, sporazuma, ugovora i dr.) i programa kojima je Republika Hrvatska

supotpisnik ili sudionik. Hrvatska je supotpisnik Montrealskoga sporazuma, a u svezi njegove

primjene Republika Hrvatska je svrstana pod članak 5., dakle meñu zemlje kojima je

omogućeno desetogodišnje razdoblje poštede tj. kojima je dozvoljena odgoda u uvoñenju

novih tehnologija. Kyoto protokol za Hrvatsku predviña obvezu smanjenja ukupnih emisija

19

šest ključnih stakleničkih plinova za 5%. Od temeljne godine do 2005. godine morao se

postići "uočljiv" napredak.

Na razini regionalne suradnje, RH je ratificirala Konvenciju o zaštiti Sredozemnoga mora od

onečišćavanja i njezinu Izmjenu, a od šest protokola Barcelonske konvencije potpisala je i

potvrdila tri u razdoblju od 1997. do 2005. godine. To su: Protokol o sprječavanju

onečišćenja Sredozemnog mora potapanjem otpadnih i drugih tvari s brodova i iz zrakoplova

ili spaljivanjem na moru, Protokol o posebno zaštićenim područjima i biološkoj raznolikosti u

Sredozemlju i Protokol o suradnji u sprječavanju onečišćavanja s brodova, i u slučajevima

opasnosti, u suzbijanju onečišćavanja Sredozemnog mora.

Osim toga, Republika Hrvatska je od početka 1992. godine aktivno uključena u Program

zaštite okoliša Dunavskoga slivnog područja. Glavni cilj programa je da se akcijama potakne

razvoj zaštite okoliša u dunavskom slivu, prije svega zaštite voda, te da se ojača upravljanje

slivom rijeke Dunav, kako je to definirano u Konvenciji o suradnji na zaštiti i održivoj

uporabi rijeke Dunav.

Prioritet Republike Hrvatske po pitanju zaštite okoliša ostvaruje se kroz nacionalni akcijski

program zaštite okoliša, koji bi trebao odraziti pristup koji je prihvaćen u EU u Petom

akcijskom programu EU (Fifth Framework Program, FP5). On bi trebao sadržavati i sve one

dijelove koji se odnose na strategiju i proces priključivanja Europskoj Uniji, kako bi se u

području zaštite okoliša osiguralo postizanje potpunoga usuglašavanja nacionalnoga

zakonodavstva s zakonodavstvom EU.

Pitanja za vježbu:

1. Objasnite zašto je rast ljudske populacije na Zemlji najznačajniji problem u okolišu?

2. Objasnite na koji način prihvaćanje etičkih principa prema okolišu i razvoj etike u

znanosti o okolišu može povoljno djelovati na zaštitu okoliša?

3. Ako pretpostavimo da u suvremenom svijetu vrijedi načelo krize okoliša, koja moguća

rješenja vidite za umanjivanje ove krize? Kako bi se rješenja za prevladavanje krize

razlikovala u visoko industrijaliziranim zemljama od onih u nerazvijenim zemljama?

4. Objasnite zašto je održivi razvoj jedan od temeljnih načela u znanosti o okolišu?

Mislite li da zemlje s različitim stupnjem ekonomskog, političkog i socijalnog razvoja

imaju različite ideje o tome što je održivi razvoj?

5. Geja hipoteza, čiji je idejni začetnik James Lovelock, sastoji se u stvari od tri hipoteze.

Koji preduvjeti bi trebali biti ispunjeni da se omogući njihovo testiranje i je li uopće

20

moguće prihvaćanje bilo koje od ove tri hipoteze ili one predstavljaju svojevrsnu

metaforu na dogañanja u okolišu?

6. Objasnite koncept sadašnjost je ključ za prošlost.

21

2. UVOD U PRIRODNE PROCESE I HAZARDE

Obrazovni ciljevi:

• Definirati glavne procese koji oblikuju Zemlju i utječu na ljude i okoliš.

• Definirati hazard i prirodni hazard.

• Objasniti značaj prirodnih hazarda za ljude i okoliš.

• Razumjeti nužnost potrebe predviñanja i ranoga upozorenja na prirodne hazarde.

• Definirati elemente koji su značajni za procjenu rizika od prirodnih hazarda.

• Prikazati na koji način ljudi reagiraju na prirodne hazarde.

• Objasniti utjecaj globalnih klimatskih promjena na prirodne hazarde.

• Objasniti reakciju prirodnih hazarda na antropogeno djelovanje i posljedice za ljude i

okoliš.

2.1. Procesi koji oblikuju Zemlju i utječu na ljude i okoliš

Planet Zemlja je dinamičan sustav, koji je u stalnom razvoju. Procesi koji oblikuju Zemlju

mogu se podijeliti na:

1. Unutarnje ili endogene procese,

2. Vanjske, površinske ili egzogene procese.

Unutarnji procesi uzrokovani su konvekcijskim gibanjima u unutrašnjosti Zemlje, koja su

posljedica toplinske energije Zemlje, i odgovorni su za kretanje oceanskih i kontinentalnih

ploča. Oni utječu na kretanje masa u zemljinoj unutrašnjosti i na formiranje tektonskih

pokreta kojima se postupno izdiže magma prema zemljinoj površini i u koncentriranoj formi

izlazi na površinu kao lava iz vulkana. Na kontaktima ploča oslobaña se golema količina

energije, koja uzrokuje deformacije stijena i nastanak potresa.

Vanjski procesi uzrokovani su interakcijama atmosfere, hidrosfere i litosfere, čime se

mijenjaju površinski oblici na Zemlji. Oni su u stvari geološki procesi koji se dogañaju na

površini ili vrlo blizu površine Zemlje, a posljedica su djelovanja vode, leda, vjetra i

gravitacije. Pojava poplava ili klizišta posljedica su djelovanja vanjskih procesa, ali i

unutarnjih procesa, koji djeluju kao okidač za njihov nastanak.

22

2.2. Prirodni procesi i hazardi

Pod pojmom hazard, podrazumijeva se izvor opasnosti. Riječ hazard ili takoñer hasard,

azard, azart arapskog je porijekla i izvedena je od riječi az-zahr što na arapskom jeziku

označuje igru kockom. Hazard je nedovoljno utvrñen rizik, odnosno potencijalni rizik, kojem

dimenzije nisu poznate ili su tek djelomično poznate.

Rizici su pak kvantificirani, objektivizirani, usporeñeni ili utvrñeni hazardi. Naime, rizik

predstavlja opasnost koja se do stanovite mjere može predvidjeti i odrediti joj se veličina.

Prema tome, svaki rizik u sebi nosi visok stupanj hazardnosti, a svaki hazard uključuje jedan

stupanj rizika, ali nije poznato koliki. Riječ rizik potječe od grčke riječi rhiza, koja označava

opasnost plovidbe brodom oko zloglasne morske hridi.

Prirodni hazardi su prirodni procesi koji mogu biti opasni za ljude i njihovu imovinu. U

prirodne hazarde pripadaju: potresi, uragani, poplave, vulkanske erupcije, velika klizišta itd.

Svake godine prirodni hazardi uzrokuju velike gubitke u ljudskim životima i materijalnim

dobrima. Značaj svih prirodnih hazarda je njihov potencijal za stvaranje katastrofa, u kojima

su štete za ljude i društvo u cjelini takve da je proces obnove dugotrajan proces koji zahtijeva

velika materijalna ulaganja.

***************************************************************************

Primjer. Posljedice od potresa i tsunamija u jugoistočnoj Aziji.

U nedjelju, 26. prosinca 2004. godine, potres magnitude devet stupnjeva Richterove ljestvice

pogodio je zapadnu obalu sjeverne Sumatre. Hipocentar potresa bio je oko trideset kilometara

ispod površine mora, a epicentar oko dvije stotine i pedeset kilometara jugozapadno od obale

Sumatre. Nakon prvoga potresa slijedilo je još nekoliko manjih, magnitude od 6,0 do 7,3

stupnjeva Richterove ljestvice. Ovi razorni potresi izazvali su golemi plimni val (tsunami)

visok preko 10 metara, koji se širio na sve strane Indijskoga oceana, da bi na kraju dosegnuo

obale: Indije, Indonezije, Sri Lanke, Tajlanda, Maldiva, Sejšela i Somalije. Plimni val koji je

pogodio obale Indijskoga oceana prouzročio je goleme materijalne štete, a ukupan broj

poginulih iznosio je oko stotinu trideset i devet tisuća ljudi, dok se osamnaest tisuća ljudi

smatra nestalim. Osim direktnih posljedica po ljude i imovinu, indirektne štete jednako su bile

pogubne; oko pet milijuna ljudi trpilo je još dugo vremena posljedice plimnoga vala, kroz

gubitak osnovnih životnih uvjeta i radnih mjesta.

Ovaj razorni potres koji je pogodio jugoistočnu Aziju, prouzročio je posljedice za cijeli svijet.

Naime, potres je bio tako snažan da je zaljuljao Zemlju oko njene osi i pritom je pomaknuo

zemljinu os za 2,5 centimetara. Zbog velike količine osloboñene energije pri sudaru dviju

23

tektonskih ploča, rotacija Zemlje oko njene osi je ubrzana, zbog čega je, prema NASA-inim

procjenama, dan na Zemlji kraći za oko tri mikrosekunde.

***************************************************************************

Prirodni procesi, bez obzira na jakost pojave, ne moraju uvijek biti prirodni hazardi. Prirodni

procesi postaju prirodni hazardi:

a) kada se javljaju s velikim intenzitetom u područjima gdje žive i rade ljudi ili

b) kada zbog promjene korištenja zemljišta dolazi do povećanja negativnih utjecaja za

ljude i njihovu imovinu (npr. krčenje šuma ili procesi urbanizacije mogu dovesti do

pojave klizišta, poplava itd.).

Utjecaj prirodnih hazarda na ljude i okoliš dijelom je posljedica intenziteta, odnosno količine

osloboñene energije i učestalosti pojavljivanja prirodnoga hazarda, meñutim ovisi i o drugim

faktorima, uključujući: klimatske uvjete, geologiju, vegetaciju, broj stanovnika na utjecajnom

području te korištenje zemljišta. Veličina ili jakost prirodnoga hazarda obrnuto je

proporcionalna učestalosti njegove pojave. Primjer su veliki potresi, kao na primjer onaj koji

je pogodio jugoistočnu Aziju; dogañaju se vrlo rijetko u odnosu na svakodnevne pojave

potresa manjih intenziteta.

U nekim slučajevima prirodni hazardi mogu biti korisni za ljude, što je dokazano na mnogim

primjerima:

• plavljenjem rijeka na poplavnim ravnicama dolazi do taloženja sedimenata bogatih

hranjivim tvarima;

• nastanak klizišta u nekim slučajevima uzrokuje formiranje prirodnih brana i nastanak

jezerskih akumulacija, naročito u planinskim područjima;

• nastanak vulkana dovodi do formiranja novih kopnenih površina, a vulkanskim

erupcijama dolazi do taloženja vulkanskoga pepela, koji je bogat hranjivim tvarima;

• za vrijeme potresa, stijene se drobe u prah, a uzduž novonastalih rasjeda može doći do

formiranja nepropusnih glinovitih zona, koje predstavljaju barijere tečenja podzemne

vode i uzrokuju akumuliranje podzemne vode ili formiranje arteških izvora uz rasjede.

2.3. Model predviñanja i ranog upozorenja

Prirodni hazardi su uobičajeni dogañaji, koji se stalno ponavljaju u vremenu. Zbog učestalosti

njihove pojave na Zemlji i njihove potencijalne opasnosti za ljude i okoliš, potrebno ih je na

24

vrijeme predvidjeti i spriječiti ili barem umanjiti njihove razorne posljedice. Za pojedine

prirodne hazarde postoji dovoljan niz podataka o: registriranim pojavama, lokacijama i

efektima prošlih dogañaja prirodnih hazarda, koji su zabilježeni u okviru recentnih geoloških

pojava i mjerenja (postoje vremenski nizovi podataka o promatranim pojavama), kako bi se

predvidjeli njihovi budući dogañaji.

***************************************************************************

Primjer. Za predviñanje poplave na nekom području, potrebno je proučiti postojeće podatke o

prošlim poplavama i njihovim pratećim posljedicama kroz:

- aero snimke i karte prošlih dogañaja,

- identifikaciju taložnih sustava na poplavnim ravnicama i mjerenja sadržaja organske

materije u cilju odreñivanja starosti naslaga,

- analizu vremenskih nizova razina i otjecanja u koritima rijeka,

***************************************************************************

Sigurno predviñanje prirodnih hazarda i umanjivanje njihovih štetnih posljedica moguće je

postići primjenom modela predviñanja i ranoga upozoravanja, koji obuhvaća:

1. Identifikaciju lokacije gdje se očekuje pojava prirodnoga hazarda.

Na globalnoj i regionalnoj razini poznate su lokacije na kojima najčešće dolazi do pojave

prirodnih hazarda, a postoje i globalni sustavi za praćenje koji predviñaju značaj i veličinu

utjecaja prirodnih hazarda širom svijeta - primjer Globalni program vulkanske aktivnosti

(Global Volcanism Program).

Na lokalnoj razini, koriste se detaljni podaci o pojedinim prirodnim hazardima, na primjer

detaljni podaci o stijeni, diskontinuitetima u stijenskoj masi i zasićenosti stijene vodom

omogućavaju predviñanje položaja i nagiba klizne plohe.

2. Odreñivanje vjerojatnosti pojave prirodnoga hazarda na odreñenoj lokaciji u odreñenom

vremenskom periodu.

Kvantificiranje vjerojatnosti dogañaja moguće je na temelju dovoljno dugačkoga

vremenskog niza podataka. Modeli vjerojatnosti se uobičajeno rade za predviñanje

poplava ili suša.

3. Identifikaciju pojava koje prethode dogañaju prirodnoga hazarda.

Mnogim prirodnim hazardima prethode odreñene pojave, koje omogućavaju predviñanje

mjesta i vremena pojavljivanja hazardnoga dogañaja. Na primjer, pojavi klizišta prethode

pojave laganoga puzanja mase niz padinu, što može trajati i dulje vrijeme prije pojave

25

klizanja. Prije erupcije vulkana vrlo često se zapaža “znojenje” vulkana ili pojava emisije

vulkanskih plinova.

4. Prognoziranje pojave prirodnoga hazarda u realnom vremenu.

Neki prirodni procesi omogućavaju točno predviñanje vremena pojave prirodnoga

hazarda. Pojava velikih voda na rijekama može se predvidjeti na temelju postojećih

mjerenja koje ukazuju na sezonske pojave (npr. pojave velikih voda uslijed topljenja

snijega). Pojava velikih plimnih valova (tsunamiji) može se predvidjeti na temelju ranih

upozorenja o seizmičkoj aktivnosti na potencijalno opasnom području.

5. Rano upozoravanje javnosti na nadolazeći prirodni hazard.

Nakon što je predviñeno pojavljivanje prirodnoga hazarda, javnost mora biti na vrijeme

upozorena, kako bi se poduzele maksimalne mjere za spašavanje života ljudi i imovine.

Primjer za sustav ranog upozorenja javnosti je Pacifički sustav za upozoravanje od

tsunamija (Pacific Tsunami Warning System) koji djeluje na područjima dvadeset i šest

zemalja na Pacifiku. Cilj ovoga sustava je detektirati, locirati i odrediti veličinu

potencijalnoga razornog potresa u Pacifičkom bazenu u cilju ranoga uzbunjivanja javnosti.

Upozorenje uključuje i predviñanje točnoga vremena nadolaska plimnoga vala na

pojedine obalne dijelove Pacifičkoga bazena.

Iako ovaj model predstavlja dobru osnovu za predviñanje i rano upozoravanje javnosti,

ponekad se ne ostvaruju predviñanja o nadolasku prirodnoga hazarda. U takvim slučajevima,

posljedice pogrešnoga upozorenja javnosti mogu biti vrlo bolne po ekonomiju i turizam na

utjecajnom području, na što javnost često reagira vrlo burno.

***************************************************************************

Primjer. Geolozi su 1982. godine predvidjeli vulkansku erupciju u blizini Mamutskoga jezera

u Kaliforniji, u SAD-u. Javnost je upozorena na vrijeme, meñutim erupcija se nije dogodila i

cijeli kraj, koji je poznat po turizmu, izgubio je veliku količinu prihoda u toj godini. Slični

primjer dogodio se i u lipnju 1986. godine, u blizini grada Bishopa u Kaliforniji, kada su

geolozi zabilježili niz potresa magnitude od 3,0 do 6,1 stupnjeva Richterove ljestvice. Nakon

toga očekivao se još jači potres i javnost je uzbunjena, što je rezultiralo trenutnim odlaskom

svih turista iz toga kraja. Predviñanja se nisu obistinila i javnost je bila ogorčena na

znanstvenike.

***************************************************************************

Zbog ovakvih dogañaja, dio javnosti smatra da su predviñanja znanstvenika o nadolazećim

prirodnim hazardima bezvrijedna i da u budućnosti više ne bi trebalo provoditi sustav ranoga

upozoravanja. Veći dio problema leži u činjenici da postoji loša komunikacija izmeñu

26

znanstvenika i medija koji prate ove dogañaje. Mediji vrlo često prenose predviñanja

znanstvenika kao sigurne dogañaje i ne uzimaju u obzir činjenicu da točno vrijeme, mjesto i

veličinu pojave prirodnoga hazarda nije moguće predvidjeti sa sto postotnom sigurnošću.

2.4. Procjena rizika od prirodnih hazarda

Rizik nastanka odreñenoga dogañaja (pa tako i prirodnoga hazarda) može se definirati kao

produkt vjerojatnosti dogañaja i posljedica koje se javljaju u slučaju nastanka dogañaja.

Vjerojatnost dogañaja ovisi o jakosti prirodnoga hazarda; što je jakost prirodnoga hazarda

veća, to je vjerojatnost njegova pojavljivanja manja. Posljedice koje se javljaju u slučaju

nastanka dogañaja predstavljaju štete koje se javljaju za ljude i njihovu imovinu; na primjer

posljedice od plavljenja rijeka ili posljedice razornoga potresa na lokaciji nuklearne elektrane.

Vrlo često rizik od prirodnoga hazarda nije moguće izraziti jednoznačno; potrebno je uzeti u

obzir činjenicu da različita veličina nekoga dogañaja može imati različitu vjerojatnost i

različite posljedice. Na primjer, vjerojatnost pojave razornih potresa magnitude oko 9

stupnjeva Richterove ljestvice je znatno manja nego vjerojatnost pojave potresa magnitude 3

ili 4 stupnja Richterove ljestvice, meñutim posljedice razornoga potresa na ljude i imovinu su

znatno veće. Pritom, treba uzeti u obzir da odreñivanje posljedica nekog prirodnoga hazarda

ovisi, osim od samog prirodnoga procesa koji ga uzrokuje, i o: meteorološkim, hidrološkim,

biološkim i geološkim uvjetima na lokaciji na kojoj se procjenjuje rizik.

Glavni problem u procjeni rizika je nedostatak mjerenja kojima bi se kvantificirala

vjerojatnost pojave prirodnoga hazarda.

Prihvatljivi rizik od prirodnoga hazarda ovisi o prirodi hazarda i teško ga je odrediti, jer često

ovisi o subjektivnoj procjeni pojedinca ili cijeloga društva u sasvim odreñenoj situaciji (npr.

prihvatljivi rizik od havarije na nuklearnoj elektrani je vrlo nizak, za razliku od rizika pojave

manjega klizišta u nekom nenaseljenom području).

2.5. Reakcija ljudi na prirodne hazarde

Na prirodne hazarde ljudi djeluju instinktivno i nastoje pomoći u suzbijanju direktnih

posljedica za život i imovinu: sudjeluju u spasilačkim misijama, gase požare, angažiraju se na

dostavi namirnica i lijekova za najugroženije itd. Ove aktivnosti u svakom slučaju su

27

pozitivne, meñutim, vrlo često se zanemaruje mogućnost preventivnoga djelovanja u cilju

smanjenja opasnosti od prirodnih hazarda.

Utjecaj prirodnih hazarda na ljude može biti direktan ili indirektan. Direktan utjecaj

obuhvaća: poginule, ranjene ili nestale osobe. Indirektan utjecaj obuhvaća: posljedice nastale

od stresnih situacija, u koje ulazi i razvoj kroničnih i malignih bolesti te donacije novca i

plaćanje poreza u cilju osiguranja pomoći direktno ugroženima, što osjeća šira društvena

zajednica.

Nakon razornih posljedica prirodnih hazarda slijedi obnova, koja se može prikazati modelom

obnove, koji se sastoji od nekoliko faza (slika 2.1).

Neposredno nakon pojave prirodnog hazarda nastupa faza uzbune u kojoj su sve normalne

aktivnosti stanovništva na pogoñenom području prekinute ili promijenjene. Cjelokupna

imovina ljudi je oštećena ili uništena. U fazi uzbune, koja traje do dva tjedna od početka

prirodnoga hazarda, dovršavaju se spasilačke misije i započinje se s čišćenjem prometnica i

drugih objekata od nanosa, krhotina i drugih otpadaka.

U fazi obnove, koja traje izmeñu prvoga i dvadesetoga tjedna od početka prirodnoga hazarda,

sve aktivnosti na pogoñenom području usmjerene su na obavljanje najnužnijih popravaka i

Slika 2.1 Model obnove (modificirano prema Keller, 2000)

28

zahvata na imovini ljudi, kako bi se barem djelomično nastavio normalan život. U ovoj fazi,

obnavljaju se glavni infrastrukturni objekti, izbjeglice se vraćaju na pogoñeno područje, a

prometnice su potpuno očišćene od nanosa, krhotina i drugih otpadaka.

Prva faza rekonstrukcije započinje oko dva mjeseca od početka prirodnoga hazarda, a traje

nekoliko godina. U ovoj fazi sve aktivnosti stanovništva na pogoñenom području vraćaju se

na razinu koja je bila prije početka prirodnoga hazarda, a svi objekti na pogoñenom području

u potpunosti su obnovljeni.

Druga faza rekonstrukcije započinje oko godinu i pol dana nakon početka prirodnoga

hazarda, a traje i do deset godina. U ovoj fazi, sigurnost većine objekata je značajno

poboljšana u odnosu na sigurnost objekata prije početka prirodnoga hazarda, a aktivnost

stanovništva usmjerena je na preventivno djelovanje u cilju smanjenja opasnosti od prirodnih

hazarda.

Pod preventivnim djelovanjem podrazumijeva se:

1. Edukacija stanovništva na potencijalno opasnim područjima o uzrocima nastanka

prirodnih hazarda, kako bi se izbjegle njihove teže posljedice - u globalnim razmjerima je

stanovništvo danas svjesnije ove opasnosti nego prije dvadeset, trideset godina, činjenica

je da razumijevanje opasnosti od prirodnih hazarda postoji samo na institucionalnoj razini,

što se mora promijeniti i obuhvatiti cijelu populaciju. Stanovništvo je potrebno educirati i

pripremiti na mogućnost dogañaja prirodnoga hazarda u realnom vremenu.

2. Prikazivanje zona rizika od prirodnih hazarda u prostornim planovima - prostorni planovi

trebali bi sadržati sve relevantne podloge u kojima bi bile izdvojene zone po opasnosti od

hazarda (na primjer zone po opasnosti od klizanja ili zone s različitim povratnim

razdobljima velikih voda).

3. Plaćanje premija osiguranja za slučaj štetnih posljedica od prirodnih hazarda - umanjuju

se štetne posljedice za imovinu ljudi.

4. Uspostava ranih sustava za upozoravanje i pravodobna evakuacija stanovništva - sigurni

su način za spašavanje života ljudi.

2.6. Utjecaj globalnih klimatskih promjena na prirodne hazarde

Globalne i regionalne klimatske promjene, koje su povezane s globalnim zatopljivanjem na

Zemlji, mogu značajno utjecati na porast pojava prirodnih hazarda, kao što su: poplave,

klizišta, suše i požari.

29

S globalnim zagrijavanjem, ledenjaci na polovima se otapaju i razina mora i oceana polagano,

ali sigurno raste, što utječe i na povećanje obalne erozije. Zbog zagrijavanja oceana i mora,

povećava se evaporacija s njihovih površina, što utječe na promjenu količina i raspodjela

oborina, odnosno na promjenu u raspodjeli glavnih klimatskih zona na Zemlji. Posljedice ovih

promjena bit će u skoroj budućnosti i te kako vidljive na prinosima u poljoprivrednoj

proizvodnji. Pojedine regije u kojima će se smanjiti količina oborina, oskudijevat će u hrani,

što će vjerojatno utjecati na migracije stanovništva, a mogu se očekivati socijalni i politički

nemiri, naročito u manje razvijenim zemljama, što na kraju može dovesti i do ratova.

Globalno zagrijavanje i zagrijavanje oceana uzrokuje promjene u cirkulaciji tople oceanske

struje, a posljedica promjene strujanja je naglo povišenje temperature zraka u zahvaćenim

područjima zbog velikoga isparavanja vode iz oceana u atmosferu, što uzrokuje pojavu

uragana, poplava i suša na globalnoj razini. U 1998. godini, koja je bila jedna od najtoplijih u

posljednjih nekoliko desetljeća s čestim pojavama prirodnih hazarda, značajno su se povećali

ekonomski gubici u svijetu. Procjenjuje se da su direktni, mjerljivi gubici iznosili gotovo

devedeset milijardi američkih dolara, što je značilo povećanje od čak pedeset posto u odnosu

na prethodnu godinu. U toj godini, približno trideset i dvije tisuće ljudi je poginulo od

posljedica prirodnih hazarda, a tri stotine milijuna ljudi je raseljeno diljem svijeta.

Od početka devedesetih godina prošloga stoljeća, broj velikih katastrofa u svijetu, kao

direktna posljedica djelovanja prirodnih hazarda, znatno se povećao u odnosu na ranija

razdoblja (slika 2.2).

Od 1950. do 2000. godine, intenzitet i učestalost velikih katastrofa te prateći ekonomski

gubici rastu eksponencijalno. Globalne klimatske promjene na Zemlji u znatnoj mjeri su

utjecale na ovaj rast.

Slika 2.2 Porast broja velikih prirodnih katastrofa i prateći ekonomski gubici (modificirano prema Keller, 2002)

30

2.7. Rast ljudske populacije na Zemlji, promjene u korištenju zemljišta i prirodni

hazardi

S rastom ljudske populacije na Zemlji, sve su veće potrebe za planiranjem korištenja prostora

na kojima žive ljudi, kako bi se umanjili gubici izazvani prirodnim hazardima. Gustoća

stanovništva u pojedinim regijama, naročito nerazvijenih zemalja (Meksiko, Indija) sve je

veća, a loši uvjeti života tjeraju ljude da se nastanjuju u područjima koja su potencijalno

opasna zbog učestale pojave prirodnih hazarda.

***************************************************************************

Primjer. Mexico City je jedan od najvećih i najgušće naseljenih gradova na svijetu. Dvadeset i

tri milijuna ljudi nastanjuje područje od svega dvije tisuće i tristo kvadratnih kilometara, a

većina obitelji žive u malim sobama, u starim trošnim kućama. Grad je izgrañen na obalama

nekadašnjega jezera i nalazi se na području gdje su česti potresi. U pojedinim dijelovima

grada, zbog intenzivne eksploatacije podzemnih voda, dolazi do slijeganja terena i do jačanja

nestabilnosti grañevina koje se tamo nalaze, što dodatno pojačava rizik od potresa. U rujnu

1985. godine, potres magnitude 7,3 stupnja Richterove ljestvice pogodio je Meksiko, a

posljedice su bile razorne. Više od deset tisuća ljudi poginulo je samo u Mexico City-u.

***************************************************************************

Zbog rasta stanovništva na Zemlji, aktivnost ljudi sve je veća i u korištenju zemljišta. Velike

promjene dogañaju se u područjima koja su gusto naseljena, zbog sve veće potrebe ljudi za

iskorištavanjem prirodnih resursa.

***************************************************************************

Primjer. Kada je 1998. godine veliki uragan Mitch pogodio Centralnu Ameriku, posljedice su

bile strašne, upravo zbog intenzivne sječe šuma. U Hondurasu je velika sječa šuma

uzrokovala 50-postotni gubitak šumskih prostora u toj državi, a neposredno prije nailaska

uragana, područje je pogodila velika suša koja je uzrokovala požar na površini od gotovo

jedanaest tisuća kvadratnih kilometara. Uragan koji je kasnije pogodio ovo područje

uzrokovao je stvaranje klizišta i blatnih tokova, koji su odnijeli gotovo jedanaest tisuća života.

Posljedice koje je prouzročio uragan sigurno bi bile manje da nije bilo sječa šuma, jer šume u

znatnoj mjeri sprečavaju eroziju terena i umanjuju opasnost od nastanka klizišta.

***************************************************************************

Pitanja za vježbu:

1. Napravite popis prirodnih procesa koji su opasni za ljude i okoliš u kraju iz kojega

dolazite? Koje prilagodbe je potrebno napraviti da bi smanjili utjecaj ovih procesa?

31

Smatrate li da za pojedine zahvate u okolišu u vašem kraju postoje i alternativna

rješenja kojima je moguće umanjiti ove utjecaje?

2. Pretpostavite da ćemo u bliskoj budućnosti biti u stanju predvidjeti, s odreñenom

vjerojatnosti, kada i gdje će se pojaviti prirodni hazardi. Ako postoji vjerojatnost od

svega 10% da se na odreñeni datum i na odreñenom mjestu dogodi, na primjer,

katastrofalni potres, smatrate li da treba uzbuniti širu javnost? Ako ne, koja bi, prema

vašem mišljenju, trebala biti granica pouzdanosti predviñanja prirodnoga hazarda da

se može uzbuniti cijela javnost?

3. Što biste napravili da poboljšate komunikaciju izmeñu znanstvenika, koji se bave

prirodnim hazardima, i medija koji prenose dogañaje o njima? Smatrate li jednako

bitnim ulogu znanstvenika i medija u informiranju javnosti? Što bi trebali znanstvenici

učiniti kako bi njihove informacije javnost prihvatila bez sumnji, a što bi trebali učiniti

mediji da objektivno prenose informacije koje im dostavljaju znanstvenici?

4. Smatrate li da bi bilo potrebno odrediti prihvatljivi rizik za prirodne hazarde u našoj

zemlji? Na koji način bi vi odredili prihvatljivi rizik za poplave?

32

3. VODOTOCI, VELIKE VODE I POPLAVE

Obrazovni ciljevi:

• Objasniti značaj vodotoka i njegovu ulogu u hidrološkom ciklusu.

• Objasniti utjecaj erozije na stvaranje nanosa i riječnih korita.

• Razumjeti utjecaje promjene korištenja zemljišta u slivu na procese erozije i stvaranje

nanosa u koritima rijeka.

• Definirati zemljopisne čimbenike sliva koji su značajni za pojavu velikih voda i poplava.

• Objasniti značaj nivograma, protočne krivulje i hidrograma kod odreñivanja velikih voda.

• Objasniti uzroke nastajanja velikih voda.

• Prikazati načine odreñivanja budućih velikih voda.

• Objasniti poplave i faktore koji utječu na njihovo pojavljivanje.

• Prikazati načine umanjivanja štetnih posljedica od poplava.

3.1. Vodotok i njegova uloga u hidrološkom ciklusu

Vodotok je prirodno ili umjetno korito s vodom koja u njemu teče pod utjecajem gravitacije.

Vodotoci se u geografskom smislu dijele na: bujice, brdske potoke, potoke i rijeke. Za njih je

značajno da su sastavni dio hidrološkoga ciklusa, u kojem se voda isparava iz oceana, mora,

jezera, rijeka i kopna u atmosferu. U oblacima dolazi do kondenzacije vodene pare, pa se

stvaraju oborine, koje padaju natrag u oceane ili na kopno. Jedan dio vode koji padne na

kopno infiltrira se u tlo i procjeñuje dalje do podzemne vode, a preostali dio vode teče

površinom ili neposredno ispod površine sve do prirodnih ili umjetnih korita. Otjecanje vode

do vodotoka odreñeno je značajkama sliva vodotoka.

Sliv vodotoka je površina s koje se voda slijeva prema glavnom sabiraču (recipijentu) -

vodotoku. Sliv je odreñen razvodnicom, odnosno graničnom linijom koja dijeli susjedne

slivove, a razvodnica može biti topografska ili hidrološka.

Topografska razvodnica je granična linija koja u geološki povoljnim uvjetima dijeli susjedne

slivove po najvišim točkama terena. Hidrološka ili hidrogeološka razvodnica se u odreñenim

geološkim uvjetima (npr. u kršu) razlikuje se od topografske razvodnice, a njezin položaj

obično nije stalan nego se mijenja ovisno o razinama podzemnih vodostaja. Ako je hidrološka

33

razvodnica različita u odnosu na topografsku razvodnicu, tada je potrebno razlikovati izravni

neposredni sliv (topografski sliv) i utjecajni sliv (slika 3.1).

Prema tečenju vode, koje ovisi o fizikalnim i klimatskim uvjetima sliva, vodotoci se općenito

dijele na tri vrste:

1. Efemerni (kratkotrajni) vodotoci s povremenim tečenjem, bez utjecaja podzemne vode,

primaju vodu samo za vrijeme trajanja jakih kiša i neposredno (kratko) vrijeme nakon njih

te vodu nastalu topljenjem snijega (slika 3.2).

Ovi vodotoci nemaju dobro definirano riječno korito, nego slijede depresije u tlu. Tlo

kojim teku je nepropusno, a razina podzemne vode je uvijek ispod riječnoga korita.

2. Intermitentni (povremeni) vodotoci s povremenim ili isprekidanim otjecanjem vode i s

djelomičnim utjecajem podzemne vode (slika 3.3). U koritima ovih vodotoka voda teče u

Slika 3.2 Efemerni vodotoci

Slika 3.1 Topografski i utjecajni sliv (iz Žugaj, 2000)

34

vlažnom dijelu godine, a u sušnom razdoblju ovi vodotoci presušuju. Primaju površinsku

vodu, a dok su razine podzemne vode iznad dna riječnoga korita i podzemnu vodu.

3. Perenijalni (stalni) vodotoci imaju stalan tok vode.

U vodotocima sa stalnim tečenjem razine podzemne vode ne padaju ispod dna riječnoga

korita, pa se ono opskrbljuje i površinskom i podzemnom vodom.

3.2 Utjecaj erozije na stvaranje nanosa i riječnih korita

Nanos je materijal koji je donesen vodom s mjesta odakle potječe na mjesto taloženja. U

vodotocima se nanos prema načinu gibanja dijeli na:

• vučeni nanos;

• lebdeći ili suspendirani nanos.

Nanos po svom sastavu može biti:

• prirodni anorganski (nastao erozijom stijena u slivu);

Slika 3.3 Intermitentni vodotoci

Slika 3.4 Perenijalni vodotoci

35

• prirodni organski (od drvne i lisnate materije);

• kemijski (od ostataka različitih kemijskih procesa u industriji – npr. otpadnih voda).

Od ukupne količine nanosa u vodotoku, redovito oko 85 do 90% otpada na suspendirani, a

svega 5 do 15% na vučeni nanos. O vrsti nanosa i kemijskom sastavu ovisi i moguća opasnost

od zagañenja voda i tla u vrijeme velikih voda i poplava.

Erozija nastaje razaralačkom djelatnosti vode na stijene, a dijelimo je na:

• površinsku eroziju, koja nastaje mehaničkim razaranjem tla i stijena uslijed djelovanja

oborina na slivu; površinskim otjecanjem na slivu nastaje suspendirani nanos;

• dubinsku i bočnu eroziju, koja nastaje u koritima vodotoka djelovanjem tekuće vode i

nošenoga materijala u vrijeme pojačanoga površinskog otjecanja, kada se stvaraju

vododerine i bujice; uzrokuje nastanak vučenoga nanosa.

Erozijski procesi vode i nanosa značajni su za oblikovanje korita vodotoka u uzvodnom i

nizvodnom dijelu sliva vodotoka (slika 3.5).

U uzvodnom dijelu sliva vodotoka karakteristični su veliki padovi sliva i vodotoka.

Prevladava bočna i dubinska erozija, koja uvjetuje nastanak dubokih i uskih korita. Vodotoci

Slika 3.5 Značajke korita vodotoka u uzvodnom i nizvodnom dijelu sliva

36

koji teku područjima koja su naglo izdignuta uslijed tektonskih procesa, formiraju široka i

plitka korita koja su ispresijecana krupno zrnatim sprudovima, koji dijele tok vodotoka.

U nizvodnom dijelu vodotoka karakteristični su mali padovi sliva i vodotoka. Prevladava

površinska erozija; dominiraju meandrirajući vodotoci, koji u vrijeme velikih voda i poplava

uzrokuju formiranje poplavnih ravnica (slika 3.6).

3.3. Utjecaj promjene korištenja zemljišta u slivu na procese erozije i stvaranje nanosa

Vodotoci su otvoreni sustavi koji zadržavaju dinamičku ravnotežu izmeñu erozijskih procesa i

pronosa nanosa koritom vodotoka i količine nanosa koji dolaze u vodotok iz sliva. Oblik

korita i pad vodotoka u prirodi su takvi da osiguravaju dovoljno veliku brzinu tečenja vode,

kako bi se ostvarilo kretanje nanosa koritom vodotoka. Porast ili smanjenje količine vode ili

sedimenta u vodotoku, obično uzrokuje promjene u padu vodotoka i obliku korita vodotoka,

odnosno promjene u brzini vode u vodotoku, što pak utječe na količinu sedimenta koji se

transportira duž vodotoka.

Do opisanih promjena može doći uslijed promjene u korištenju zemljišta u slivu. Ako na

primjer zbog sječe šuma doñe do prenamjene korištenja zemljišta u poljoprivredno zemljište,

ova promjena će utjecati na povećanje erozije i ukupne količine sedimenta koji će se nataložiti

u koritu vodotoka (slika 3.7).

Slika 3.6 Meandrirajući vodotok u nizvodnom dijelu sliva

37

U prvo vrijeme, voda u vodotoku neće imati dovoljnu brzinu i energiju za transport nanosa u

koritu i količina nanosa će rasti. Povećanje nanosa dovest će do promjene u gradijentu

vodotoka, što će utjecati na povećanje brzine i energije vode, pa će se prema tome ostvariti

uvjeti za ponovni transport nanosa u vodotoku.

U slučaju kad bi se poljoprivredno zemljište u kasnijoj fazi ponovno pretvorilo u šumu, tada

bi se količina sedimenta u koritima rijeka smanjila, a erozija korita bi na kraju smanjila pad

vodotoka i brzinu vode u koritu. Intenzivna erozija korita rijeke trajala bi do uspostave

dinamičke ravnoteže izmeñu erozijskih i taložnih procesa u vodotoku.

3.4. Zemljopisni čimbenici sliva koji su značajni za pojavu velikih voda i poplava

Na otjecanje sa sliva bitno utječu zemljopisni faktori: oblik i pad sliva, pad vodotoka i

specifični dotok. Ovi faktori ujedno su značajni za pojavu velikih voda i poplava.

Oblik sliva može biti različit i on utječe na veličinu i trajanje hidrograma velikih vodnih

valova (slika 3.8). Razlikuju se:

• izduženi sliv (A);

• okrugli sliv (B);

• lepezasti sliv (C) itd.

Slika 3.7 Taloženje nanosa u koritu vodotoka zbog prenamjene zemljišta

38

O obliku sliva ovisi koncentracija vode, a utjecaj oblika sliva opisuje se koeficijentom

koncentriranosti sliva. Veći koeficijent koncentriranosti sliva ukazuje na veću vjerojatnost

pojave velikih voda i poplava. Za odreñivanje koeficijenta koncentriranosti sliva (K) postoje

različite formule, a ovdje se spominje formula prema D. Srebrenoviću (1986):

OU

AK

2= (3.1.)

Slika 3.8 Utjecaj oblika sliva na oblik hidrograma otjecanja - za slučaj oborine koja jednoliko pada po cijelom slivu u trajanju od 10 sati (iz Wilson, 1983)

39

Pad sliva (S) je odnos površina ispod hipsometrijske krivulje A1 = f(H) i krivulje površina

sliva A2= f(L) (slika 3.9):

2

1

A

AS = (m/km), (%) (3.2.)

Hipsometrijska krivulja je krivulja koja pokazuje koji je dio područja riječnoga sliva smješten

do razmatranoga riječnog profila.

Pad sliva je važan radi utjecaja na oblik i dolazak vodnoga vala, infiltracije vode u tlo i

obnavljanja podzemne vode. Veći pad sliva pogoduje pojavi velikih voda i poplava.

Pad vodotoka ili gradijent vodotoka odreñuje se na temelju geodetske snimke uzdužnoga

presjeka vodotoka. U najuzvodnijem dijelu sliva, pad vodotoka je najveći, a korito vodotoka

je usko i strmo. U nizvodnom dijelu sliva pad vodotoka se smanjuje, a korito vodotoka je

široko i blaže nagnuto.

Specifični dotok ili specifično otjecanje (q) je vrijednost protoka Q (m3/s) vode u protjecajnom

profilu vodotoka podijeljena s površinom sliva A (km2) do toga profila:

Slika 3.9 Hipsometrijska krivulja (a) i krivulja površina (b) (iz Žugaj, 2000)

40

A

Qq = (m

3/s/km

2) (3.3.)

Ako na slivu vodotoka postoji barem tri hidrološke stanice moguće je konstruirati krivulju

specifičnog dotoka u ovisnosti o veličini sliva (slika 3.10).

Najuzvodniji dio sliva je najbogatiji vodom, pa iako protoci duž vodotoka rastu, veličina

specifičnoga dotoka prema nizvodnom dijelu sliva opada.

Maksimalni specifični dotok qm s jednoga kvadratnog kilometra sliva je vrlo pogodan

pokazatelj velikih voda, pogotovo ako se usporeñuju ekstremna otjecanja s raznih slivova.

3.5. Značaj nivograma, protočne krivulje i hidrograma kod odreñivanja velikih voda

Nivogram ili hod vodostaja je osnovni hidrološki grafikon koji prikazuje vodostaje u ovisnosti

o vremenu.

Jednokratno čitanje vodostaja s vodokaza prikazuje se kao srednji dnevni vodostaj.

Neprekinuti zabilježeni vodostaji na limnigrafskoj traci nazivaju se limnigram. Pojavom

velikih voda ordinate nivograma velikih vodnih valova pokazuju svoje maksimume.

Protočna krivulja, krivulja protoka ili konsumpcijska krivulja je odnos izmeñu vodostaja i

protoka u protjecajnom profilu vodotoka, a služi za odreñivanje odgovarajućih protoka iz

Slika 3.10 Krivulja specifičnoga dotoka (iz Žugaj, 2000)

41

poznatih (zabilježenih) vodostaja. Za definiranje protočne krivulje potrebno je izmjeriti

minimalan broj protoka pri različitim vodostajima.

Za vrijeme pojavljivanja velikog vodnog vala, stvara se petlja protočne krivulje (slika 3.11).

Za vrijeme podizanja vodnog vala, pad vodnog lica je strm, a brzina vode raste, pa zbog toga

raste i protok. Za vrijeme opadanja (recesije), pad vodnog vala je blaži nego kad val raste;

brzina je manja, pa je za vodostaj jednak onome kada val raste protok znatno manji.

Hidrogram ili hod protoka je grafički prikaz protoka vode u ovisnosti o vremenu.

Hidrogram se dobije kada se iz zabilježenih vodostaja preko protočne krivulje odrede

odgovarajući protoci vode. Uz hidrogram se često prikazuje i hijetogram koji predstavlja

grafički prikaz visina ili intenziteta oborina u vremenu (slika 3.12).

Slika 3.11 Nivogram i protočna krivulja (modificirano prema Žugaj, 2000)

42

3.6. Velike vode

Prema UNESCO-u i Svjetskoj meteorološkoj organizaciji (eng.: World meteorological

organisation, WMO) velika voda se može definirati na tri načina:

- povišenje – obično naglo – vode u vodotoku do najviše vrijednosti, od koje razina

vode počinje polako opadati;

- veliki tok vode mjeren visinom vodostaja ili veličinom protoka;

- rastuća plima.

Prijelaz izmeñu visokoga vodostaja i velikih voda nije jasno odreñen. Granica iznad koje se

bilježe velike vode može se odrediti na temelju prosječne visine obala i ekonomskoga utjecaja

na okoliš.

Velike vode se prema veličini mogu podijeliti na obične, koje se najčešće pojavljuju, te

srednje i izvanredne, odnosno katastrofalne. Takoñer se mogu podijeliti i prema razdobljima

u kojima djeluju, primjerice, na velike vode u vegetacijskom razdoblju i velike vode u

razdoblju grañenja.

Uzroci nastajanja velike vode u riječnom koritu su jake kiše, topljenje snijega ili obje te

pojave zajedno. Osim toga, velike vode mogu biti izazvane i iznimnim dogañajima u slivu:

Slika 3.12 Hidrogram i hijetogram (iz Žugaj, 2000)

43

• odronom zemlje u umjetna ili prirodna jezera;

• rušenjem brana i nasipa;

• nepravilnim rukovanjem evakuacijskim ureñajima;

• otvaranjem barijera nastalim prikupljanjem leda ili naplavljenoga drveta itd.

Na pojavu velikih voda veliki utjecaj ima odgovarajući geološki sastav sliva, odnosno

pretežita zastupljenost nepropusnih stijena u slivu te slaba obraštenost sliva. Na veličinu

velikih voda značajan utjecaj ima i stanje zemljišta. Tlo koje je zasićeno vodom, kao i

zaleñeno tlo, pogoduju pojavi velikih voda.

Buduće velike vode odreñuju se prema podacima iz prošlosti na temelju sljedećih pristupa:

1. Odreñivanjem velikih voda različita reda pojave metodama matematičke statistike (vrlo

često se koristi, ako postoje dovoljno pouzdani podaci dobiveni motrenjem i mjerenjem

hidroloških veličina).

2. Odreñivanjem velikih voda iz oborina na osnovi zajedničkih meteoroloških i hidroloških

opažanja. Ovdje je uključeno odreñivanje velikih voda metodom jediničnog hidrograma i

metodom izokrona.

3. Usvajanjem jedne najveće zabilježene velike vode ili nekoliko njih. Ovaj pristup koristi se

većinom za usporeñivanje i provjeru rezultata prema ostalim pristupima. Razlog je

činjenica da najveća zabilježena velika voda u prošlosti ne mora biti ujedno i najveća

zabilježena velika voda u budućnosti.

4. Upotrebom različitih iskustvenih (empirijskih) formula za velike vode različitih povratnih

razdoblja.

Pri tom najčešće se koristi metoda matematičke statistike kojom se definiraju velike vode

različitih povratnih razdoblja. Povratno razdoblje je dugoročan prosječni interval vremena ili

broj godina u kojem će se jedna pojava dogoditi, s tim da ga može i nadmašiti. Definiranje

povratnoga razdoblja za velike vode je značajno radi odreñivanja maksimalnih protoka ili

volumena vodnoga vala u zadanom razdoblju vremena. Pri tom se koristi račun vjerojatnosti,

gdje se povratno razdoblje odreñuje iz niza izmjerenih podataka (ili ekstrapolacijom ako je

protoka ili volumen veća od najvećeg izmjerenog podatka). Za praktične potrebe zanimljive

su, prvenstveno iz ekonomskih razloga, velike vode 10 000-, 1 000-, 500-, 100-, 50-, 25-, 10-

i 2-godišnjih povratnih razdoblja.

44

3.7. Poplave

Poplava je pojava velike vode na površini Zemlje nakon što ona izañe iz odreñenog korita.

Prema mjestu nastanka i intenzitetu oborina koje ih uzrokuju razlikuju se poplave u uzvodnom

dijelu sliva od onih u nizvodnom dijelu sliva (slika 3.13).

Poplave u uzvodnom dijelu sliva nastaju kada oborina velikoga intenziteta i relativno

kratkoga trajanja padne na mali dio slivne površine. Ako se to dogaña lokalno i ne obuhvati

cijeli sliv, tada poplave ne moraju uzrokovati velike štete. Hidrogram poplavnog vala

obilježava naglo podizanje i recesija protoka u vremenu te vrlo malo vrijeme zakašnjenja

(razlika izmeñu efektivne kiše i vršnoga maksimalnog protoka).

Poplave u nizvodnom dijelu sliva nastaju kada oborina velikoga intenziteta i dugoga trajanja

padne na velik dio sliva. Ova vrsta poplave dogaña se na širem području i može uzrokovati

štete katastrofalnih razmjera. Hidrogram poplavnoga vala obilježavaju veliki vršni

maksimalni protok i dugo vrijeme podizanja i recesije protoke u vremenu.

Slika 3.13 Poplave u uzvodnom i nizvodnom dijelu sliva (iz Keller, 2002)

45

Korištenje i prenamjena zemljišta u gradskim sredinama može utjecati na učestalost i veličinu

pojave velikih voda i poplava u malim slivovima veličine nekoliko kvadratnih kilometara.

Povećanje učestalosti i veličine pojave velike vode (poplave) ovisi o faktorima koji zajednički

označavaju stupanj urbanizacije na nekom području:

• udio zemljišta koje je pokriveno s popločenim površinama, objektima i drugim

“nepropusnim” površinama u gradskim sredinama;

• udio zemljišta na kojima postoji odvodnja pale oborine kolektorima oborinskih voda u

gradskim sredinama (vrijeme zakašnjenja na hidrogramu otjecanja znatno se smanjuje).

Površinsko otjecanje u urbanim sredinama, zbog manje količine vode koja se infiltrira u

podzemlje, značajno se povećava u odnosu na razdoblje prije urbanizacije. Urbana područja

koja imaju oko 40% nepropusnih područja i u kojima postoji odvodnja oborinskih voda

kolektorima, mogu očekivati da će učestalost poplava porasti za tri puta.

Osim velikih materijalnih šteta, velike poplave uzrokuju stradanja velikog broja ljudi.

***************************************************************************

Primjer. Devedesetih godina dvadesetoga stoljeća poplave s brojnim ljudskim žrtvama i

velikim štetama pojavljuju se češće nego u ranijim razdobljima. Od 1990 do 1996. godine u

svijetu su se dogodile 22 katastrofalne poplave, a u svakoj od njih je poginulo najmanje 1000

ljudi ili su štete bile veće od milijardu američkih dolara.

***************************************************************************

Kao glavni uzrok povećanja kišnih intenziteta, a stoga i velikih voda i poplava, navodi se

promjena klime uslijed povećanja koncentracije stakleničkih plinova. Veliki utjecaj na pojavu

velikih voda ima i izgradnja velikih hidrotehničkih sustava koji uvjetuju promjene u vodnim

režimima. Osim toga, na nekim područjima su utvrñena i skraćenja povratnih razdoblja

pojavljivanja poplava.

3.8. Metode umanjivanja štetnih posljedica od poplava

Sve do nedavno, ljudi su se štitili od velikih voda i poplava gradnjom nasipa, brana, retencija

i kanala, koji su dimenzionirani s obzirom na stupanj sigurnosti kojim se definira velika voda

mjerodavna za dani tehnički zahvat. Gradnja objekata protiv poplava pripada u tradicionalni,

inženjerski pristup grañenja tehničkih objekata, kojima se nastoji preventivno djelovati protiv

poplava.

46

Dimenzioniranje tehničkih zahvata (nasipa, brana, retencija) provodi se najčešće

odreñivanjem velike vode različitih povratnih razdoblja (obično se uzima što veći stupanj

sigurnosti).

Pozitivni efekti inženjerskih struktura za prevenciju poplava sastoje se u neposrednoj fizičkoj

zaštiti ljudi i imovine u poplavnim ravnicama (npr. od poplave koja se dogodila u Zagrebu

1964. godine). U pozitivne efekte pripada i transformacija velikih poplavnih valova, u čemu

veliku ulogu imaju akumulacijska jezera i retencije. Akumulacijska jezera moraju biti tako

dimenzionirana da prihvate cijeli veliki vodni val do početka njegova opadanja. Ukoliko

namjena i veličina akumulacijskoga jezera ne dozvoljavaju prihvat cijeloga vodnog vala, tada

se grade retencije u uzvodnom dijelu sliva, s isključivim ciljem smanjenja prirodnih protoka

vodnoga vala, što se naziva spljoštenje vodnoga vala ili transformacija hidrograma (slika

3.14).

Negativni efekti inženjerskih struktura za prevenciju poplava očituju se zbog promjena u slivu

ili zbog procesa urbanizacije. Vodni režimi se tijekom vremena ili naglo uslijed nekog

zahvata mijenjaju, što otežava ili remeti prognoze poplavnoga vala, a s tim i dimenzioniranje

tehničkih zahvata. U nekim slučajevima inženjerske strukture za obranu od poplava mogu čak

i povećati negativne posljedice od poplava (primjer izgradnja nasipa u St. Louis-u, u SAD-u,

uzrokovala je stvaranje “uskoga grla” za poplavni val uzvodno od grada i time povećala štete

od poplava).

Slika 3.14 Spljoštenje vodnog vala uslijed djelovanja retencije (iz Žugaj, 2001)

47

U tradicionalne pristupe grañenja tehničkih objekata pripada i kanaliziranje vodotoka, kojim

se želi postići produbljivanje, širenje, čišćenje i izravnavanje korita (slika 3.15). U osnovi,

radi se o inženjerskoj tehnici, koja ima za cilj: kontrolu poplavnoga vala, dreniranje

močvarišta, kontrolu erozije i poboljšanje plovnosti vodotoka.

Kod ovog pristupa, izraženi su negativni utjecaji na okoliš, a naročito narušavanje osjetljive

ekološke ravnoteže u sustavu, za što postoji mnogo dokaza:

• dreniranjem močvarišta direktno se ugrožavaju prirodna staništa biljaka i životinja;

• sječom drveća uz vodotok eliminira se zaštita riba i biljaka od Sunca (za vrijeme ljetnih

vrućina nema hlada) i povećava se površinska erozija uz rijeku;

• modificiranjem korita vodotoka mijenja se prirodni tok i stanište vodenih organizama;

• izravnavanjem korita značajno se mijenja i pogoršava estetska vrijednost vodotoka.

U novije vrijeme ljudi su počeli prihvaćati i alternativne pristupe umanjivanja štetnih

posljedica od poplava.

Plaćanje premija osiguranja od poplava provodi se već dugi niz godina u razvijenim

zemljama svijeta. U SAD-u, ovaj tip osiguranja provodi se na državnoj razini (eng.: U.S

National Flood Insurance Program). Uvjet za pristupanje ovom programu je ispunjavanje

minimalnih standarda korištenja zemljišta, što mora osigurati lokalna samouprava kroz svoje

programe za sprečavanje poplava 100-godišnjeg povratnog razdoblja.

Rekonstrukcija i izgradnja vodootpornih konstrukcija na objektima u poplavnim ravnicama

takoñer pripada u alternativne pristupe. Ovim pristupom želi se ojačati i zaštititi pojedinačne

Slika 3.15 Kanaliziranje vodotoka

48

grañevine od poplavnih valova. Prilikom izgradnje objekata na poplavnim ravnicama, koriste

se vodootporni materijali, a temelji grañevina podižu se iznad razine očekivanog poplavnog

vala. Oko grañevina mogu se izgraditi betonski ili zemljani zidovi, koji će umanjiti prvi,

razoran nailazak poplavnog vala. Izgradnjom drenažnih kanala oko objekata i instalacijom

pumpi za izbacivanje vode iz objekta smanjuju se direktne štete na objektima i povećava se

njihova stabilnost.

U pogledu održanja ekološke ravnoteže u slivu, reguliranje aktivnosti i radnji u poplavnim

ravnicama najprihvatljiviji je pristup za obranu od poplava u urbanim područjima. Ovim

pristupom nastoje se sačuvati eko-sustavi poplavnih ravnica, a istovremeno umanjiti štete od

poplava.

Preliminarni korak u reguliranju aktivnosti na poplavnim ravnicama je izrada karata hazarda

od poplava. Karte hazarda mogu pokazivati poplave koje su se dogodile u prošlosti ili poplave

za različita povratna razdoblja, na primjer 100-godišnje poplave.

Informacije s karata hazarda koriste se za zoniranje na poplavnim ravnicama, odnosno

označavanje područja na poplavnim ravnicama koja se mogu koristiti za odreñene aktivnosti;

npr. izgradnju industrije, stambena područja itd.

*************************************************************************** Primjer. Strategija upravljanja vodama RH, koja predstavlja strateški dokument R. Hrvatske

za upravljanje vodama, propisuje aktivnosti i mjere koje je potrebno donijeti na državnoj

razini za ureñenje vodotoka i zaštitu od štetnog djelovanja voda (poplava). U tom dokumentu

prihvaćene su metode, koje pripadaju i u tradicionalne, inženjerske pristupe, ali i u

alternativne pristupe za umanjivanje štetnih posljedica od poplava.

U tradicionalne, grañevinske pristupe, izmeñu ostaloga pripada i redovito obavljanje svih

potrebnih radova gospodarskoga i tehničkoga održavanja vodotoka, vodnoga dobra i vodnih

grañevina te sustavno obavljanje tehničkih promatranja ključnih vodnih grañevina (obrambeni

nasipi, brane, ustave i crpne stanice).

U alternativne pristupe pripadaju zakonodavni, organizacijski i financijski aspekti, koji

podrazumijevaju zoniranje terena i stupnjevanje ograničenja pri korištenju takvih prostora te

izrada vodnogospodarske planske dokumentacije vezane uz ureñivanje slivova, kojoj

pripadaju karte rizika od poplava i poplavnih šteta za čitavu državu.

U alternativne pristupe pripadaju i tzv. negrañevinske mjere zaštite od poplava, koje

obuhvaćaju uvoñenje renaturalizacijskih mjera preventivne zaštite od poplava, kroz

smanjivanje vršnih protoka poplavnih valova, reaktiviranjem bivših poplavnih površina i

obnovama vodotoka. Predviña se i unapreñivanje sustava hidrološkoga i meteorološkoga

49

motrenja i prognoze, kao i uspostava lokalnih prognostičkih centara i korištenje najnovijih

tehnologija pri prognoziranju.

***************************************************************************

Pitanja za vježbu:

1. Pretpostavite da radite kao prostorni planer i da morate smisliti plan proširenja

postojećeg manjeg naselja na poplavnu ravnicu neke rijeke. Svjesni ste posljedica koje

može imati proces urbanizacije na veličinu i učestalost poplava i želite to spriječiti.

Probajte razraditi mjere i aktivnosti za sprečavanje štetnoga djelovanja voda na ljude i

okoliš.

2. Pretpostavite da ste geolog koji mora izabrati najpovoljniju lokaciju za konstruiranje

retencije radi obrane od poplave. Prema vašem osobnom stavu, navedite koje je

faktore pri tom potrebno uzeti u obzir i obrazložite ukratko značaj tih faktora.

3. Smatrate li da je šira javnost u današnje vrijeme dovoljno upoznata s opasnostima od

poplava? Što bi po vašem mišljenju trebalo napraviti da se javnost dodatno educira u

tom pogledu?

4. Objasnite tvrdnju da lokalno kanaliziranje vodotoka i izgradnja nasipa može smanjiti

opasnost od poplave, meñutim istovremeno se povećava opasnost negdje drugdje uz

vodotok.

50

4. PROCESI NA PADINAMA, KLIZIŠTA I SLIJEGANJE TERENA

Obrazovni ciljevi:

• Objasniti procese na padinama.

• Definirati tipove pokreta stijenske mase na padinama.

• Prikazati odnos sila koje utječu na stabilnost padina.

• Objasniti faktore koji utječu na stabilnost padina.

• Razumjeti interakciju izmeñu geoloških i antropogenih faktora i njihov utjecaj na nastanak

pokreta na padinama.

• Prikazati preventivne mjere za sprečavanje i umanjivanje štetnih posljedica od klizišta.

• Objasniti uzroke nastanka slijeganja terena.

4.1. Procesi na padinama

Procesi na padinama obuhvaćaju kretanje mase stijene, tla ili nanosa snijega (snježna lavina)

niz padinu zbog utjecaja sile gravitacije. U anglosaksonskoj literaturi, neki autori ove procese

nazivaju zajedničkim imenom kretanje masa (eng. mass wasting, mass movements), a drugi

ih nazivaju klizišta u širem smislu.

Kretanje mase može biti polagano i jedva zamjetno u vremenu, ali može biti i vrlo brzo i

razarajuće. Karakteristični primjer je klizanje koherentne stijenske mase ili tla, uslijed

djelovanja aktivnih sila na padini (zbog porasta pornoga tlaka ili naknadnoga opterećenja na

padini), koje uzrokuju stvaranje nestabilnosti i kretanje mase niz padinu.

Drugi primjer je slijeganje tla, koje karakterizira gotovo vertikalna deformacija u stijeni i

tonjenje stijenske mase (na primjer pojava vrtača u kršu).

Procesi na padinama obuhvaćaju i erozijske procese, koji nastaju uslijed razaralačkog

djelovanja atmosferilija (oborine, vjetar) ili vodnih valova na tlo ili stijenu na padini.

Kretanje koherentne mase stijene, tla ili snježnog nanosa niz padinu te slijeganje tla pripadaju

u kategoriju prirodnih procesa koji su prijetnja čovjeku i okolišu. Samo u SAD-u, •uslijed

pojave različitih vrsta klizišta, svake godine pogiba više od dvadeset ljudi, a zasijecanjem

padina ili grañenjem velikih objekata na nestabilnim padinama, ovaj broj se povećava na

preko stotinu ljudi. Procijenjene godišnje štete od klizišta u SAD-u su oko jedne milijarde

američkih dolara. Prema podacima UN-ovih stručnjaka, u svijetu godišnje pogiba oko tisuću

51

ljudi od posljedica klizanja tla ili stijena, a smatra se da će klimatske promjene pridonijeti još

češćim pojavama klizišta i još većem broju žrtava diljem svijeta.

Padine su najčešći morfološki oblici na Zemlji i iako se na prvi pogled čini da je većina

padina stabilna, oni su u stvari dinamički sustavi koji se mijenjaju u vremenu. Neke padine su

lagano zaobljene, dok su druge ekstremno strme. Profili prirodno erodiranih padina primarno

zavise o klimatskim uvjetima i tipu stijene koja izgrañuje padinu, a moguće je razlikovati

pojedine elemente ili segmente padina. U aridnim područjima ili u stijenama koje su otporne

na trošenje i eroziju (npr, kompaktni vapnenci), moguće je razlikovati četiri elementa na

padini (slika 4.1):

1. Konveksna padina (eng.: convex slope);

2. Slobodna površina ili greben (eng.: free-face, cliff);

3. Padina debrisa (eng.: debris slope);

4. Konkavna padina (eng.: concave slope).

Elementi padine nastali su djelovanjem različitih procesa, a sve padine sadrže barem jedan od

navedenih elemenata. Konveksna padina nastaje polaganim kretanjem tla ili stijene niz

padinu, poznatijim kao puzanje. Slobodna površina ili greben obično nastaje uslijed odrona

stijenske mase. Padina debrisa nastaje postupnom akumulacijom materijala u podnožju

padine, a kut nagiba padine debrisa iznosi maksimalno oko 30-350, što predstavlja najstrmiji

kut stabilnosti rahlog stijenskog materijala. Konkavna padina nastaje djelovanjem vode, koja

transportira stijenski materijal niz padinu i postupno izdubljuje matičnu stijenu.

Slika 4.1 Elementi na padini: a) aridna područja, čvrste stijene; b) subhumidna područja, mekane stijene (iz Keller, 2000)

52

U subhumidnim područjima ili u relativno mekanim stijenama (primjerice gline) nalaze se

samo dva od četiri elementa padine: konveksna i konkavna padina. Profili padina su znatno

zaobljeniji nego u aridnim područjima ili u čvrstim stijenama, zbog debeloga pokrova tla i

razdrobljene stijene koja ima malu otpornost na trošenje.

4.2. Tipovi pokreta stijenske mase na padinama

Prilikom razmatranja procesa koji se odvijaju pri kretanju mase niz padinu, uobičajeno se

uzima u obzir kretanje tla, stijene i debrisa. Pod debrisom se podrazumijeva bilo koja vrsta

nekonsolidiranoga materijala na zemljinoj površini, kao što su odlomci tla i stijene (rastrošni

ili svježi), bilo koje veličine.

Razlikuju se četiri osnovna tipa kretanja mase stijene ili tla niz padinu. To su: tečenje,

klizanje, odron i slijeganje (slika 4.2).

Tečenje (eng. flow, flowage) je kretanje nekonsolidiranoga materijala niz padinu u obliku

viskoznoga fluida, pri čemu se čestice materijala miješaju u masi. Vrlo polagano tečenje

naziva se puzanje (eng. creep), a vrlo brzo tečenje, koje često ima razorne posljedice, naziva

se lavina debrisa (eng. debris avalanche) ili lavina stijene (eng. rock avalanche).

Slika 4.2 Glavni tipovi kretanja mase tla ili stijene na padini: a) tečenje; b) klizanje; c) odron; d) slijeganje

53

Klizanje (eng. slide) je kretanje koherentne mase tla ili stijene duž jedne ili više dobro

definiranih kliznih ploha niz padinu. Klizna ploha (eng. slip plane) je ploha po kojoj dolazi do

klizanja mase stijene ili tla niz padinu, a nastaje po postojećim diskontinuitetima u stijenskoj

masi:

• u sedimentnim stijenama - po slojnim plohama, laminama;

• u metamorfnim stijenama - po plohama škriljavosti;

• u svim tipovima stijena - po pukotinama i rasjedima.

Kod tečenja i klizanja karakteristično je da se kretanje mase stijenskog materijala odvija u

kontaktu s padinom.

S obzirom na tipove klizanja stijenske mase, može se razlikovati nekoliko tipova klizišta:

rotacijsko, translacijsko i kompleksno (slika 4.3).

Kod rotacijskoga klizišta, masa stijene ili tla kreće se po zakrivljenoj plohi, kod koje se gornji

dio kreće prema dolje, a donji dio prema van, tj. prema površini.

Kod translacijskoga klizišta, masa stijene ili tla kreće se po plohi koja je približno paralelna

površini.

Klizišta su najčešće složena kombinacija klizanja i tečenja. Kompleksno klizanje može nastati

u slučaju kada stijenska masa zasićena vodom, koja se nalazi u donjem dijelu padine,

započinje proces tečenja niz padinu, što uzrokuje pojavu niza rotacijskih klizišta u gornjem

dijelu padine.

Slika 4.3 Tipovi klizanja mase tla ili stijene na padini: a) rotacijsko; b) translacijsko; c) kompleksno

54

Odron (eng. falling) je slobodan pad ili kotrljanje stijenskoga materijala (na primjer odron

stijenskog materijala s hridine u more). Kod odrona je značajno da se kretanje mase ne odvija

u kontaktu s padinom, već se stijenski materijal u slobodnom padu akumulira u podnožju

padine.

Slijeganje (eng. subsidence) je tonjenje stijenske mase ispod razine okolnoga terena.

Slijeganje se, za razliku od ostalih tipova pokreta stijenske mase na padinama, može javljati

na padinama ili na ravnim terenima.

Osnovni tipovi pokreta stijenske mase na padini dalje se klasificiraju u podtipove, s obzirom

na brzinu kretanja mase niz padinu i tip materijala (litološke tipove). Kretanje mase niz

padinu može se smatrati brzim, ukoliko ga je moguće uočiti prostim okom. U svim drugim

slučajevima radi se o sporom kretanju. Brzina kretanja kreće se u rasponu od nekoliko

milimetara ili centimetara na godinu do nekoliko desetaka metara u sekundi.

4.3. Stabilnost padina

Stabilnost padina izražava odnos izmeñu pogonskih sila koje utječu na kretanje tla ili stijene

niz padinu i sila otpora koje se opiru takvom kretanju. Kad pogonske sile premašuju sile

otpora, padina je nestabilna i dolazi do kretanja mase stijene ili tla niz padinu.

Glavna pogonska sila je gravitacija, a glavna sila otpora je posmična čvrstoća.

Za bolje razumijevanje stabilnosti stijene ili tla na padini, neophodno je znati nešto o glavnim

komponentama gravitacijske sile na kosini.

Dvije su temeljne sile utjecaja gravitacije na kosini (slika 4.4):

1. normalna sila okomita je na kosinu, a omogućuje masi da se zadrži na svom mjestu

zbog trenja;

2. sila smicanja paralelna je kosini, a utječe na sposobnost kretanja mase niz kosinu.

55

Povećanjem nagiba kosine, mijenja se odnos izmeñu normalne sile i sile smicanja; sila

smicanja raste, a normalna sila se smanjuje (slika 4.5).

Kretanje mase stijene ili tla na padini, odreñeno je iz odnosa sile smicanja i posmične čvrstoće

na padini. Posmična čvrstoća je sila otpora koja sprječava kretanje ili deformaciju debrisa na

padini. Što je veća normalna sila, to je veća i posmična čvrstoća. Ukoliko je posmična

čvrstoća veća od sile smicanja, debris je u mirovanju. U trenutku kada sila smicanja postane

veća od posmične čvrstoće, debris će se početi kretati niz padinu.

Slika 4.4 Glavne komponente gravitacijske sile na kosini

Slika 4.5 Promjena odnosa sile smicanja i normalne sile zbog promjene kuta nagiba kosine

56

Stabilnost padina moguće je procijeniti izračunavanjem faktora sigurnosti, koji predstavlja

omjer sila otpora prema pogonskim silama:

PS

SOFS = (7.1.)

gdje je

FS – Faktor sigurnosti; (FS>1- padina stabilna; FS<1 - padina nestabilna);

SO – sile otpora (posmična čvrstoća)

PS – pogonske sile (gravitacija)

Ako je faktor sigurnosti veći od 1, tada sile otpora premašuju pogonske sile i padina je

stabilna. U praksi se padina smatra stabilnom, ako je faktor sigurnosti veći od 1,25. U

grañevinarstvu se često preporučuje faktor sigurnosti od čak 10; u obzir se uzimaju dodatni

utjecaji koji mogu nepovoljno utjecati na stabilnost padine, a to su različite vrste

upotrijebljenoga grañevinskog materijala i utjecaj grañevinskih radova.

Pogonske sile i sile otpora nisu statične. Kako se mijenjaju lokalni uvjeti, mijenja se i odnos

ovih sila, što znači da se faktor sigurnosti povećava ili smanjuje (slika 4.6).

57

Zasijecanjem podnožja padine, zbog provoñenja trase ceste, odstranjuje se odreñena količina

materijala na padini i time se djelomično umanjuje sila smicanja. Istovremeno se smanjuju i

sile otpora na padini, jer se zasijecanjem padine reducira duljina klizne plohe, a time se

značajno umanjuje posmična čvrstoća, koja djeluje duž klizne plohe.

4.4. Faktori koji utječu na stabilnost padina

Osim gravitacije, koja je glavna pogonska sila na padini, na stabilnost padine utječu i brojni

drugi faktori: vrsta geološkog materijala (stijena, tla) na padini, nagib padine i topografija,

klimatski uvjeti i vegetacija, voda i vrijeme.

Slika 4.6 Utjecaj cestovnog usjeka na stabilnost padine

58

4.4.1. Utjecaj vrste i sastava geološkoga materijala

Vrsta i sastav geološkoga materijala na padini utječu na tip i učestalost pojave kretanja

stijenske mase na padinama.

Pojava rotacijskih klizišta učestala je u tlima i u mekanim stijenama (primjerice u glinama i

škriljavcima). Translacijska klizišta javljaju se u svim tipovima stijena, u kojima su

zabilježene plohe diskontinuiteta (slojne plohe, pukotine, rasjedi, škriljavost itd.).

U zoni tla i plitkoj površinskoj zoni trošne stijene, vrlo često se javljaju: a) plitko klizanje

(eng.: soil slips), kod kojeg se ploha klizanja nalazi u zoni iznad matične stijene koja je

sastavljena od trošene stijene i materijala tla; b) plitko tečenje debrisa (eng. soil debris flow).

Za plitko tečenje (eng. debris flow), ali i za puzanje (eng. creep) je karakteristično da se

javljaju većinom u mekanim stijenama (gline, lapori), a manjim dijelom u čvrstim stijenama

koje su otporne na trošenje (dobro cementirani pješčenjak, vapnenac ili granit).

Odron stijenske mase može nastati djelovanjem erozije na mekane stijene koje se nalaze ispod

čvrste stijene. Odron može nastati i ukoliko se čvrsta stijena namjerno zasiječe, uslijed čega

dolazi do stvaranja tenzijskih pukotina u čvrstoj stijeni. Ove pukotine postupno se šire u

mekane stijene, koje gube čvrstoću i dolazi do pojave odrona (slika 4.7).

4.4.2. Utjecaj nagiba padine i topografije

Povećanjem nagiba padine rastu pogonske sile, a smanjuju se sile otpora te dolazi do pokreta

mase niz padinu.

Strmi nagibi padina naročito utječu na pojave odrona i lavine debrisa, koja predstavlja vrlo

brzo kretanje turbulentne mase debrisa, zraka i vode, čija brzina može doseći i nekoliko

Slika 4.7 Odron stijenske mase zbog zasijecanja padine (iz Keller, 2000)

59

stotina kilometara na sat. Do lavine debrisa najčešće dolazi nakon obilnih kiša na strmoj

padini.

4.4.3. Utjecaj klimatskih uvjeta i vegetacije

Klimatski uvjeti, a naročito sezonske promjene u količini oborina te pojave ekstremnih

dogañaja kao što su ljetne oluje s obilnim količinama oborina mogu značajno utjecati na

stabilnost padine.

O klimatskim uvjetima ovisi:

• količina i učestalost pojave oborina koje se infiltriraju u materijal na padini ili ga

erodiraju;

• tip i obilnost vegetacije koja raste na padinama.

Na padinama u aridnim i subaridnim područjima najčešće ne raste vegetacija; u takvim

uvjetima česte su padine s golim vrhovima, na kojima se javljaju odroni, tečenje debrisa i

plitko klizanje.

U humidnim područjima karakteristično je formiranje konveksno-konkavnoga tipa padine, u

kojima često dolazi do nastanka zemljanog toka (eng. earthflow), kod kojega se materijal niz

padinu kreće kao viskozni fluid (slika 4.8). Javlja se i tečenje debrisa, naročito nakon obilnih

padalina.

Na tip i obilnost vegetacije u nekom području utječe, osim klimatskih uvjeta, i tip tla,

topografija, ali i dogañaji kao što su požari i sječa šuma.

Vegetacija je značajna za stabilnost stijene ili tla na padini iz nekoliko razloga. Povoljan

utjecaj vegetacije je da:

- smanjuje eroziju na padinama i

Slika 4.8 Nastanak zemljanog toka

60

- povećava koheziju u padini i stabilnost padine te povećava otpor prema kretanju

(slično kao što željezna armatura osigurava veću čvrstoću i stabilnost u grañevinskim

objektima)

Nepovoljan utjecaj vegetacije je da:

- omogućava lakšu infiltraciju vode u tlo ili stijenu na padini i

- vlastitom težinom utječe na povećanje gravitacijske posmične sile.

4.4.4. Utjecaj vode

Voda je gotovo uvijek direktno ili indirektno povezana s nastankom pokreta na padinama,

tako da je njezina uloga posebno značajna.

Voda svojim agresivnim djelovanjem uvelike utječe na kemijsko trošenje stijena, što značajno

smanjuje njihovu posmičnu čvrstoću. Agresivno djelovanje vode nastaje velikim dijelom

otapanjem ugljičnog dioksida iz atmosfere i tla u vodi, pri čemu nastaje ugljična kiselina.

Ugljična kiselina posebno agresivno djeluje na karbonatne, vapnenačke stijene i u znatnoj

mjeri pospješuje njihovo kemijsko trošenje.

Voda vrši eroziju te na taj način takoñer utječe na stabilnost padina. Erozija koja nastaje

djelovanjem valova mora ili rijeka može potkopavati padinu i na taj način uzrokovati

smanjivanje faktora sigurnosti.

Nakon jakih oborina ili nakon otapanja snijega u proljeće, kada dolazi do pojačane infiltracije

vode, tlo ili stijena postaju sve zasićeniji vodom i mogu se pojaviti povoljni uvjeti za nastanak

lebdeće vode (perched water) (slika 4.8). U takvim uvjetima postupno dolazi do redukcije

posmične čvrstoće, zbog povećanog pornoga tlaka u tlu ili stijeni. Osim toga, dodatno je

uvećana gravitacijska posmična sila koja je nastala zbog povećane težine tla ili stijene

zasićene vodom. U trenutku kada tlo ili stijena postanu u potpunosti zasićeni vodom, faktor

sigurnosti je minimalan i značajno se povećava vjerojatnost nastanka pokreta na padinama.

61

Posljedice koje donosi infiltracija vode u padinu, očituju se pojavom više tipova pokreta na

padinama.

U mekanim stijenama ili tlima, nakon zasićenja vodom često dolazi do nastanka povoljnih

uvjeta za formiranje plitkih klizišta (eng. soil slips).

Rotacijska ili translacijska klizišta mogu se pojaviti i nakon više tjedana ili mjeseci nakon što

je voda prodrla u padinu.

Do pojave puzanja, kao vrlo sporoga kretanja tla ili nekonsolidiranog debrisa niz padinu

dolazi kada, zbog infiltracije vode u tlu, sile smicanja postaju neznatno veće od posmične

čvrstoće. Brzina kretanja je obično manja od 1 centimetar na godinu, a moguće ju je opaziti

tek nakon nekoliko mjeseci ili godina. Na pojavu puzanja utječu i dnevni ciklusi zamrzavanja

i odmrzavanja, koji dovode do mikroskopskih pomaka čestica u masi tla ili stijene.

Voda ima presudan utjecaj i kod nastanka zemljanog toka, kod kojeg se materijal kreće niz

padinu kao viskozni fluid, a proces kretanja može biti spor ili brz. Zemljani tok se obično

dogaña na padinama na kojima se nalazi deblji pokrivač, i to obično nakon obilnih oborina

koje tlo saturiraju s vodom.

Osim infiltracijom, voda može i na druge načine djelovati na stabilnost padina. Na primjer,

intenzivno crpljenje vode ili naglo povlačenje vode nakon poplave u nekoj rijeci ili

Slika 4.8 Nestabilnost padine zbog infiltracije oborina i lebdeće vode (iz Keller, 2000)

62

akumulaciji (od najmanje 1 m/dan), uzrokovat će pojavu nestabilnosti na nasipima koji ih

okružuju. Naime, kada je razina vode u akumulaciji visoka, tada dolazi do infiltracije vode u

bokove akumulacije. Naglim smanjenjem razine vode u akumulaciji, dolazi do preraspodjele

pornoga tlaka u bokovima akumulacije i smanjuju se sile otpora, a povećavaju pogonske sile.

Voda može utjecati na pojavu nestabilnosti na padini i zbog likvefakcije prašinastih i

pjeskovitih rahlih sedimenata, ali i glina na padinama, u uvjetima kada zbog naglog stresa (na

primjer potresa) ovi sedimenti gube čvrstoću i ponašaju se poput tekućina (eng. quick clay).

Voda može i povoljno djelovati na stabilnost padine. Ako voda ne ispunjava u potpunosti

porni prostor izmeñu stijenskoga matriksa, stvara se tanki film vode oko zrna (slika 4.9a).

Rahla zrna lijepe se jedno za drugo zbog površinske napetosti koju je stvorio film vode i time

se povećava posmična čvrstoća i kut stabilnosti stijenskoga materijala.

4.4.5. Utjecaj vremena

Odnos izmeñu pogonskih sila i sila otpora često se mijenja u vremenu. Na primjer, ovisno o

sadržaju vlage u tlu ili položaju vodnoga lica u propusnom tlu ili stijeni tijekom vremena,

mijenjaju se odnosi izmeñu normalne i posmične komponente sile gravitacije. Kontinuirano

Slika 4.9 Utjecaj vode na stabilnost padine: a) porni prostor djelomično saturiran vodom – kut stabilnosti padine do 900; b) porni prostor u cijelosti saturiran vodom – kut stabilnosti padine od 10 do 150

63

smanjenje sila otpora može nastati zbog erozijskih procesa ili zbog stalnoga porasta pornoga

tlaka uslijed infiltracije vode u tijelo padine (primjerice u akumulacijama). U takvim uvjetima

padina postaje nestabilna, a ukoliko je stijena zahvaćena puzanjem, s vremenom se povećava

stupanj puzanja što na kraju može rezultirati slomom tla ili stijene i pojavom klizišta (slika

4.10).

Kemijsko trošenje stijena može uzrokovati smanjenje kohezije u materijalima na padini te

dovesti do nestabilnosti padina. Kemijsko trošenje najizraženije je u vlažnim periodima

tijekom godine kada dolazi do najvećih pokreta na padinama.

Postupno smanjenje stabilnosti padina u vremenu može uzrokovati pojavu različitih

uzastopnih tipova pokreta na padinama, a kao primjer navodi se česta pojava klizanja, nakon

što započne tečenje ili puzanje.

Slika 7.10 Utjecaj vremena na puzanje i slom stijenske mase (iz Keller, 2000)

64

4.5. Interakcija izmeñu prirodnih i antropogenih faktora i njihov utjecaj na nastanak

pokreta na padinama

Čovjek svojim djelovanjem ponekad može značajno utjecati na veličinu i učestalost pokreta

na padinama. Kao primjer, navodi se intenzivno korištenje zemljišta, sječa šuma, ali i

urbanizacija područja koja su označena kao potencijalno opasna za, primjerice, nastanak

klizišta. U takvim uvjetima, potrebno je predvidjeti i kontrolirati utjecaj antropogenih faktora

na pojavu pokreta na padinama. Naravno, u nekim slučajevima ljudska aktivnost ne utječe na

pojavu pokreta na padinama, već su oni isključivo posljedica utjecaja raznih prirodnih faktora.

Tada je potrebno znati gdje, kada i zašto se javljaju ovi pokreti, kako bi se smanjili njihovi

štetni utjecaji na ljude i njihovu imovinu.

Mnogi pokreti na padinama posljedica su interakcije prirodnih i antropogenih faktora.

Klasičan primjer je nastanak klizišta kod brane Vaiont (slika 4.11.).

***************************************************************************

Primjer. Katastrofa kod brane Vaiont u Italiji dogodila se 9. listopada 1963. godine, kada je

došlo do klizanja ogromne mase debrisa (više od 238 milijuna m3), pri brzinama većim od 95

km/h.

Slika 4.11 Karta akumulacije Vaiont i klizišta iz 1963.

godine (iz Kiersch, 1964; Keller, 2002)

65

Pokrenuta masa je u potpunosti ispunila akumulaciju u duljini od 1,8 kilometra, a visina

materijala bila je 152 metra iznad razine vode u akumulaciji. Klizanje je uzrokovalo pojavu

velikog potresa koji se osjetio na kilometre daleko. Visina vodnoga vala iz akumulacije bila je

90 metara iznad razine brane, a vodni val je uništio praktički sve pred sobom. Od posljedica

vodnoga vala poginulo je 2 600 ljudi.

Klizište kod brane Vaiont posljedica je više faktora, koji su djelovali u interakciji i doveli do

nastanka klizanja. Zbog nepovoljnih geoloških uvjeta na lokaciji, koje karakteriziraju

raspucali vapnenci s otvorenim pukotinama i ponorima te glinoviti meñuslojevi, nastali su

nestabilni blokovi stijena, a vrlo strma topografija utjecala je na stvaranje vrlo jake pogonske

gravitacijske sile (slika 4.12).

Antropogeni utjecaj očitovao se u činjenici da je na tom mjestu formirana akumulacija vode,

koja je utjecala na postupni porast pornoga tlaka u stijeni, zbog rasta razine vode u

akumulaciji i podizanja razine vodnoga lica. Dodatnu nestabilnost padine pojačale su i obilne

kiše koje su padale nekoliko dana prije nastanka klizišta i koje su infiltriranjem u padinu

utjecale na porast težine padine, ali i na porast pornoga tlaka u stijeni.

Slika 4.12 Geološki profili na lokaciji akumulacije Vaiont i klizišta iz 1963. godine (iz Kiersch, 1964; Keller, 2002)

66

Iako su inženjeri, koji su radili na brani, znali za pojavu puzanja stijena na toj lokaciji, nisu

ništa konkretno poduzeli da bi spriječili nastanak klizišta. Proces puzanja trajao je godinama,

a u razdoblju od 1960. do 1963 godine čak je vršen i monitoring puzanja. Inženjeri su

očekivali pojavu klizišta, ali manjeg intenziteta i nisu shvatili, do dan prije katastrofe, da je

klizanje zahvatilo ogromno područje nestabilne stijenske mase.

***************************************************************************

Do pojave plitkih klizišta tla, zemljanoga toka i lavina debrisa, vrlo često dolazi zbog

prekomjerne sječe šuma. Neke studije su pokazale da prekomjerna sječa šuma na nestabilnim

padinama uvelike povećava stupanj erozije u odnosu na pošumljene padine.

Utjecaj urbanizacije na nastanak pokreta na padinama najveći je upravo na lokacijama gdje je

najveća gustoća ljudi i grañevina, poput cesta, zgrada i industrijskih objekata.

4.6. Preventivne mjere za sprečavanje i umanjivanje štetnih posljedica od pokreta na

padinama

Prema nekim procjenama, omjer uloženog novca za sprječavanje nastanka klizišta prema

dobivenom (očuvanje materijalnih dobara od nastalih šteta) kreće se od 10 do 2 000.

Posljedice od nastanka klizišta, ili općenito od pokreta stijenske mase ili tla na padinama,

mogu se umanjiti na sljedeće načine:

1. Identifikacijom područja u kojima je velika vjerojatnost od nastanka klizišta;

2. Dizajniranjem nagiba padine ili izgradnjom inženjerskih struktura koje će pomoći u

održanju stabilnosti padina;

3. Edukacijom ljudi u potencijalno opasnim područjima na moguće posljedice od

nastanka klizišta;

4. Kontrolom klizišta nakon što je proces pokreta mase na padini već započeo.

Sklonost neke stijenske mase ili tla na padini prema klizanju može se odrediti na temelju

prospekcije geoloških odnosa na terenu te korištenjem aero snimki. Prvi korak u odreñivanju

hazarda (opasnosti) od klizanja sastoji se u izradi karata koje prikazuju pojave više ili manje

aktivnih klizišta na nekom terenu. U sljedećem koraku, karte klizišta kombiniraju se s

informacijama koje prikazuju korištenje zemljišta ili strukture koje mogu nepovoljno utjecati

na pojavu klizanja. Tako nastaju karte hazarda od klizanja, koje koriste prostorni planeri.

Nastanak klizišta možemo spriječiti primjenom neke od uobičajenih inženjerskih tehnika:

67

• dreniranjem podzemne i površinske vode s padine;

• odstranjivanjem nestabilnog stijenskog materijala ili tla na padini;

• konstrukcijom potpornih zidova ili neke druge inženjerske strukture za zadržavanje

materijala na padini;

• kombinacijom gore navedenih tehnika.

Područja koja su označena kao potencijalna klizišta mogu biti podvrgnuta vizualnoj

inspekciji. Na primjer, vrlo brzo se mogu uočiti mali odroni kamenja ili strukture na padini

koje su nakošene (primjer tzv. “pijanih drveća”). Monitoring na padinama uobičajeno se

provodi nakon što je klizanje već započelo, a najčešće se koriste električni sustavi i geofoni,

koji bilježe vibracije mase koja je u pokretu. Često se buše i plitki zdenci, kojima se vrši

monitoring razina podzemne vode, a služe za rano dojavljivanje opasnosti od pretjerane

količine vode u padini. U nekim područjima vrši se monitoring oborina i on je koristan za

odreñivanje trenutka u kojem količina pale oborine prelazi neku graničnu vrijednost kod koje

treba očekivati pojavu plitkih klizišta.

4.7. Slijeganje terena

Slijeganje terena je sporo ili brzo tonjenje stijenske mase ispod razine okolnoga terena.

Uzroci pojave slijeganja terena najčešće su povezani s interakcijom izmeñu geoloških uvjeta i

ljudske aktivnosti na nekom području. Najznačajniji uzroci slijeganja terena su:

- crpljenje fluida (podzemne vode, nafte),

- prirodni procesi koji uzrokuju kemijsko trošenje stijena,

- rudarski radovi: rudnici ugljena i soli.

Crpljenjem fluida smanjuje se porni tlak, stijenski matriks preuzima kompletnu težinu

pokrovnih naslaga, što uzrokuje kompakciju i reduciranje poroznosti stijene. Posljedica je

pojava slijeganja terena na površini. Slijeganje terena može uzrokovati pojavu ekstremno

dugačkih, otvorenih pukotina u tlu (slika 4.13).

Kemijsko trošenje uzrokuje nastanak pukotina, šupljina i jama u stijenama, na primjer u

karbonatima: vapnencima i dolomitima u kršu. Težina pokrovnih naslaga uzrokuje propadanje

terena i pojavu slijeganja. Primjer za ovaj tip slijeganja su ponikve u kršu, koje nastaju zbog

korozije i urušavanja pokrovnih naslaga. Prirodno ili umjetno snižavanje i rast razina

podzemne vode (najčešće zbog prevladavajućih hidroloških uvjeta ili crpljenja podzemne

68

vode) je mehanizam koji ima presudni utjecaj na intenzitet kemijskoga trošenja i pojavu

urušavanja.

Rudarski radovi, kojima se vade sol i ugljen, mogu prouzročiti značajna slijeganja terena.

Vañenje soli vrši se injektiranjem vode kroz zdence u naslage soli; sol se otapa i kao

prezasićena otopina crpi se na površinu. Topljenjem soli stvaraju se pukotine u stijenskoj

masi, koja se zbog vlastite težine urušava. U rudnicima ugljena, često su se u prošlosti

dogañala slijeganja terena, zbog intenzivne eksploatacije u kojoj se praktički sav ugljen vadio

iz ležišta.

***************************************************************************

Pitanja za vježbu:

1. Opišite barem tri primjera u kojima čovjek svojim djelovanjem može utjecati na stabilnost

padine. Pokušajte opisati one primjere u kojima je moguće utvrditi vezu ili interakciju

geoloških i antropogenih faktora.

2. Pretpostavite da ste geolog koji mora procijeniti rizik od nastanka klizišta na padini na

kojoj su već sagrañeni objekti za stanovanje. Pokušajte razraditi model za prikupljanje,

analizu i interpretaciju podataka, te predložite mjere za preventivno djelovanje. Na koji

Slika 4.13 Slijeganje terena uslijed crpljenja podzemne vode u okolici grada Zacatecasa u Meksiku

69

način biste educirali lokalno stanovništvo o mogućim uzrocima i posljedicama klizanja?

Što biste im savjetovali?

3. Nabrojite i ukratko opišite sve one faktore o kojima ovisi brzina pokreta na padinama?

Koji faktori su presudni za nastanak lavine stijene, a koji za nastanak zemljanoga toka?

4. Vulkani su obično mjesta na kojima se dogañaju masivni pokreti stijena na padinama.

Navedite razloge zašto prisutnost vulkana povećava rizik od nastanka tih dogañaja.

5. Ured za prostorno planiranje razmatra novu trasu ceste, koja bi trebala djelomično

zasijecati padinu, izgrañenu od karbonatnih naslaga. Možete li pretpostaviti do kojih bi

problema u okolišu došlo takvim zasijecanjem. Na koji način je potrebno provesti

istraživanja, koja će pokazati je li padina dovoljno stabilna za takav zahvat?

70

5. PRIRODNE ZALIHE VODA

Obrazovni ciljevi:

• Prikazati raspodjelu i ukupnu količinu vode na Zemlji.

• Objasniti faktore koji utječu na količinu i raspodjelu slatke vode u hidrosferi.

• Razjasniti što se podrazumijeva pod korištenjem voda i objasniti vidove korištenja voda za

ljudsku upotrebu.

• Objasniti potrebe suvremenoga društva za pitkom vodom.

• Objasniti efekte urbanizacije na vodne zalihe.

5.1. Raspodjela i ukupna količina vode na Zemlji

Prema nekim procjenama, na Zemlji se nalazi ukupno oko 1 386 milijuna km3 vode. Ova voda

se nalazi u različitim oblicima i agregatnim stanjima, a rasporeñena je u: atmosferi, hidrosferi,

litosferi i biosferi.

Od ukupne količine vode na Zemlji, 97,47% vode na Zemlji je slano, a 2,53% čini slatka voda

(slika 5.1). Najveći dio vode nalazi se u hidrosferi, čak 98,31%, a preostali dio od 1,69% vode

otpada na litosferu (1,6889%), atmosferu (0,0010%) te biosferu (0,0001%).

Slika 5.1 Raspodjela slane i slatke vode na Zemlji

71

Ukupna količina slatke vode na Zemlji je 35 milijuna km3, a od te količine čak 69,9% je

zarobljeno u obliku vječitoga snijega i leda. Oko 30% od ukupne količine slatke vode na

Zemlji javlja se kao podzemna voda, a ostatak od 0,1% javlja se kao: površinska slatka voda,

“vezana” slatka voda u tlu i organizmima i voda u atmosferi.

Ukupna količina vode na Zemlji je nepromjenjiva, meñutim, raspodjela vode u Zemljinim

podsustavima mijenjala se kroz geološku prošlost. Bilo je razdoblja kad je mnogo više vode

bilo u morima ili kad je znatno veća količina vode bila u obliku leda i snijega. Za raspodjelu

vode na Zemlji, od velike važnosti je činjenica da dio vode na Zemlji neprestano prelazi iz

jednoga podsustava u drugi u okviru hidrološkoga ciklusa, koji opisuje kruženje vode kroz

atmosferu i na Zemljinoj površini. U svojem najjednostavnijem obliku, hidrološki ciklus može

se prikazati kao slijed prelaženja vode iz atmosfere na kopno i njezino vraćanje u atmosferu.

Kretanje vode u globalnom hidrološkom ciklusu može se prikazati i brojčanim pokazateljima

(slika 5.2).

Godišnji volumen vode, koji se evaporacijom gubi iz oceana i mora iznosi oko 505 000 km3.

U oblacima dolazi do kondenzacije, stvaraju se oborine koje padaju natrag u oceane i mora te

Slika 5.2 Kretanje vode u globalnom hidrološkom ciklusu (podaci iz Gleick, 1993)

72

na kopno. Ukupna količina oborina koja padne nazad u mora i oceane iznosi oko 458 000

km3, a preostali dio od 47 000 km3 padne na kopno.

Godišnji volumen vode, koji se evapotranspiracijom gubi s kopna u atmosferu, iznosi 72 000

km3, a ako se ovom volumenu pribroji i 47 000 km3 vode, koja kao vodena para putuje

oblacima iz smjera mora i oceana prema kopnu, tada ukupni volumen vode koji padne na

kopno iznosi 119 000 km3.

Od 119 000 km3 vode koja padne na kopno, oko 60% ili 72 000 km3 ispari, a 40% ili 47 000

km3 vraća se u more ili oceane kao površinska ili podzemna voda.

Na globalnom planu, količine vode nisu problem, problem je dostupnost vode u pravo vrijeme

i u pravom obliku u pojedinim područjima. Voda je resurs koji se nalazi u čvrstoj, tekućoj ili

plinovitoj fazi na ili ispod površine Zemlje. Zavisno od lokacije, vrijeme zadržavanja vode

može biti od nekoliko dana u atmosferi do nekoliko tisuća godina u dubokim vodonosnim

slojevima ispod površine Zemlje. Značajno je navesti da je više od 99% vode na Zemlji

neupotrebljivo za ljude, npr. voda u morima i oceanima, ili zbog načina vezanja vode u

okolišu, npr. voda vezana u snijegu i ledu, voda u tlu ili voda u organizmima.

Brzim rastom svjetske populacije na Zemlji, kao i zbog sve bržega industrijskog razvoja, rastu

i sve veće potrebe za vodom. Danas je prosječna potrošnja vode po stanovniku u svijetu oko

700 m3/god, a ukupna potrošnja vode u svijetu u 2000. godini iznosila je 6000 km3. Iako je

prosječna količina obnovljivih resursa površinskih i podzemnih voda procijenjena na oko 47

000 km3/god, raspodjela ovih resursa je izrazito neujednačena na Zemlji. Kao primjer navodi

se činjenica da količina obnovljivih vodnih resursa u južnoj Americi iznosi oko 12 200

km3/god, odnosno 25% od ukupne količine obnovljivih vodnih resursa na Zemlji, a u Africi

su te količine oko 4 600 km3/god, što čini manje od 10% od ukupnih količina.

5.2. Površine pod vječitim snijegom i ledom

Površine pod vječitim snijegom i ledom općenito se mogu podijeliti u dvije velike skupine: a)

led na kopnu i b) led u moru.

Led na kopnu nalazi se u obliku ledenih pokrova ili planinskih ledenjaka, a nastaje od

snježnog pokrivača koji pod tlakom novih naslaga snijega najprije prelazi u zrnati led, tzv.

firn, a potom u kompaktni, ledenjački led. Cijeli proces transformacije obično traje od 10 do

20 godina.

73

Najveći ledeni pokrivač prekriva praktički cijelu Antarktiku. Led na Antarktici čini oko 87%

od ukupne količine leda na Zemlji, što iznosi 21,141,000 km3. Debljina ledenoga pokrova na

Antarktici mjestimice prelazi i 4200 m.

Drugi po veličini ledeni pokrov nalazi se na otoku Grenlandu, s ukupnim volumenom od

2,500,000 km3 leda. Srednja debljina ledenoga pokrova na Grenlandu iznosi 2135 metara, a

procjenjuje se da je maksimalna debljina ledenoga pokrova izmeñu 3200 i 3400 m.

***************************************************************************

Primjer. Formiranje ledenoga pokrova na Grenlandu započelo je prije otprilike 3 milijuna

godina, kada klima postaje sve hladnija na Zemlji i kada se javljaju prvi tragovi ledenjaka u

planinskim obalnim područjima (slika 5.3).

Do toga vremena klima na Grenlandu je bila suha i vruća. Početkom zadnjega ledenog doba u

pleistocenu, prije 2 milijuna godina, područja koja su u vrijeme zime bila pokrivena snijegom,

ostaju zaleñena tijekom cijele godine i javljaju se prvi tragovi planinskih ledenjaka. Od tada,

ledenjaci zauzimaju sve veću površinu i uskoro pokrivaju cijelu površinu otoka. Kopnena

Slika 5.3 Faze nastanka ledenog pokrova na Grenlandu

74

područja ispod ledenjaka postupno tonu zbog sve veće težine ledenjaka. Nakon završetka

ledenoga doba, ledeni pokrivač se postupno topi u rubnim područjima, tako da danas ledenjaci

više ne zauzimaju obalna područja na Grenlandu.

***************************************************************************

Ostatak leda, u obliku ledenih kapa, pokriva manje dijelove krajnjih sjevernih predjela

Sjeverne Amerike, Europe i Azije.

Kad akumulirana masa leda postane debela, ledenjak se počinje kretati prema nižim

dijelovima terena. Kretanje ledenjaka odvija se kao: plastično tečenje i kao bazno klizanje.

Plastično tečenje ledenjaka odvija se zbog velikih tlakova u masi leda, uslijed čega dolazi do

klizanja po kliznim plohama u pojedinim kristalima leda. Ovaj tip klizanja je kratkotrajan i

odvija se u djeliću sekunde, a ima red veličine od nekoliko milijuntih dijelova milimetra.

Meñutim, budući da se odvija istodobno u velikom broju kristala, cijela masa leda se plastično

deformira poput tijesta.

Bazno klizanje ledenjaka odvija se duž čvrste stijenske podloge. Zbog velike težine ledenjaka,

na kontaktu leda i čvrste podloge dolazi do otapanja leda, a formirani sloj vode značajno

smanjuje trenje i omogućava klizanje leda po stijenskoj podlozi. Bazno klizanje ledenjaka

može biti vrlo brzo, pa tako brzina klizanja pojedinih ledenjaka na Grenlandu iznosi i do 40

m/dan. Kretanje ledenjaka omogućava da značajan dio leda dolazi u niže i toplije predjele,

gdje se led u toplijem dijelu godine topi i stvara potoke i rijeke, a jedan dio vode se u obalnim

predjelima infiltrira u podzemlje.

Led u moru može biti povezan s dijelom ledenoga pokrova na kopnu i tada se taj led naziva

ledeni sprud. U rubnim dijelovima Antarktike, debljina ledenih sprudova iznosi i do 1000 m.

Jedan dio leda u moru otkida se od ledenih sprudova ili kopnenih ledenjaka i ulazi u more kao

ledena gromada. Drugi dio leda u moru nastaje smrzavanjem morske vode pri niskim

temperaturama. Kompaktni led u moru saliniteta 24,7o/oo nastaje u moru pri temperaturama

koje su niže od +1,33 0C, a pri tom se iz morske vode izdvaja sol te nastaje slatkovodni led.

Zbog efekta staklenika, globalno zagrijavanje sve više utječe na smanjivanje ledenoga

pokrova. Istraživanja grenlandskoga ledenog pokrova, koja provodi američka agencija za

istraživanje svemira, NASA, pokazala su da se debljina pokrova smanjuje za oko jedan metar

na godinu, odnosno da se količina leda svake godine smanji za 51 km3.

***************************************************************************

Zanimljivost. U prvoj fazi procesa otapanja ledenjaka, količina leda se u stvari povećava, a ne

smanjuje. Naime, rastom temperature dolazi do sve jačega isparavanja morske vode i sve

intenzivnijih oborina koje padaju i na površinu koja je prekrivena ledenjacima. Oborine koje

75

padaju na površinu ledenjaka dijelom se pretvaraju u led, tako da je količina leda koja se gubi

topljenjem iz ledenjaka manja nego količina koja se stvara zbog jakih oborina. U kasnijoj fazi,

proces otapanja leda ipak postaje dominantan i količina leda se sve više smanjuje.

***************************************************************************

Istraživanja koja su provedena na Ohio State University, u SAD-u, pokazala su da se količina

leda na planini Kilimanñaro u Africi smanjila za oko 82% u usporedbi s količinom koja je bila

registrirana 1912. godine, a trećina leda otopila se u zadnjih 10 godina. Zbog globalnoga

zatopljenja, predviña se da za 15 godina neće biti ledenjaka u Africi i tropskom i suptropskom

dijelu Južne Amerike i Azije.

Od ukupne količine leda na Zemlji, oko 0,83% nalazi se u zamrznutom tlu i permafrostu. Pod

pojmom permafrost podrazumijeva se svaka stijena ili tlo, koja je više od 2 godine izložena

temperaturi nižoj od 00 C. Debljina permafrosta može se kretati od 1 do 1000 m. Permafrost

pokriva 24 % kopnene površine na sjevernoj Zemljinoj polutki (slika 5.4).

Odreñivanje točne lokacije i veličine permafrosta je složeno. U tradicionalnom pristupu

odreñivanja lokacija pokrivenih permafrostom polazilo se od pretpostavke da je temperatura

tla približno jednaka temperaturi zraka, meñutim, kasnije se pokazalo da se ove dvije

temperature razlikuju. Utvrñeno je da u nekim područjima nije utvrñena pojava permafrosta,

iako je srednja temperatura zraka iznosila ispod 00 C. Primjerice, pokazalo se da se permafrost

ne javlja na područjima koja su prekrivena ledenjacima ili površinskim vodotocima.

Za razliku od permafrosta, zamrznuto tlo javlja se u trajanju do 15 dana u godini. U zimskom

razdoblju, čak 55% kopnenih površina na sjevernoj polutki je prekriveno zamrznutim tlom.

Zalihe vode u permafrostu su malene i praktički neiskoristive, no trajno otapanje permafrosta,

koje se dogaña kao posljedica globalnoga zatopljivanja, može posredno dugoročno utjecati na

bilancu vode na Zemlji. Naime, procijenjeno je da je oko jedna trećina od ukupne količine

ugljika koje se nalazi u tlu na Zemlji, “zarobljeno” u permafrostu arktičkoga i priarktičkog

područja. Otapanjem permafrosta dolazi do raspadanja organskih tvari koje on sadrži, pri

čemu nastaju: ugljik dioksid, metan i drugi staklenički plinovi, koji se oslobañaju u amosferu i

pospješuju efekt staklenika, odnosno globalno zatopljivanje, što ima značajne posljedice za

otapanje ledenjaka, ali i za globalnu raspodjelu vode na Zemlji.

76

Slika 5.4 Karta raspodjele permafrosta na sjevernoj Zemljinoj polutki, M:1:75 000 000 (prema Brown et al., 1998, 2001)

77

5.3. Podzemna voda

Podzemne vode u globalnoj raspodjeli vode čine najveći dio slatke vode u tekućem stanju. Da

bi se podzemna voda mogla koristiti na ekonomski isplativ način, ona se mora nalaziti u

vodonosniku, odnosno u propusnim stijenama kroz koje u prirodnim uvjetima može protjecati

znatna količina vode.

Vodonosnici u magmatskim i metamorfnim stijenama su za R. Hrvatsku praktički bez značaja,

a važnu ulogu imaju u dijelovima Brazila, Argentine, Meksika, SAD-a, Skandinavije i u

nekim dijelovima Afrike. U magmatskim intruzivnim i metamorfnim stijenama podzemna

voda se javlja u pukotinskim sustavima i zoni trošenja, dok se u magmatskim efuzivnim

stijenama i u piroklastičnim materijalima podzemna voda nalazi u porama s primarnom

poroznosti.

Vodonosnici u čvrstim sedimentnim stijenama mogu se nalaziti u klastičnim sedimentnim

stijenama: pješčenjacima, konglomeratima i brečama, ili u okršenim karbonatnim stijenama,

kao što su vapnenci i dolomiti. Nubijski pješčenjaci, koji se prostiru na teritoriju četiri afričke

države: Čada, Egipta, Libije i Sudana, pripadaju u najveće vodonosne sustave na svijetu. Radi

se o starim mezozojskim vodonosnicima koji su nastali u geološkoj prošlosti taloženjem u

vodenim sredinama: rijekama, jezerima i močvarama. Podzemna voda je pod tlakom i

vjerojatno konatna, ali postoje indikacije i za recentno prihranjivanje plićih dijelova

vodonosnoga sustava. Trenutne količine vode koje se crpe iz ovoga vodonosnog sustava

iznose oko dvije milijarde i tri stotine milijuna m3/god.

Krški vodonosnici su od izuzetnoga značaja za R. Hrvatsku, budući da je 50% naše zemlje

prekriveno kršem (slika 5.5). U krškim vodonosnicima nalaze se strateške rezerve Hrvatske,

koje po količini i kakvoći mogu zadovoljiti potrebe vodoopskrbe cijelih regija.

Vodonosnici u nevezanim sedimentnim stijenama, u šljuncima, pijescima i siltovima, nalaze se

uz velike riječne tokove kao što su: Amazona, Nil, Rajna ili Dunav te uz još tisuće drugih

rijeka i potoka i sigurno čine najvažnije rezervoare podzemnih voda na Zemlji. Ovi

vodonosnici se nalaze na području sjeverne Hrvatske, u dolinama rijeka Save i Drave te u

brežuljkasto-brdovitom području u meñurječju ovih rijeka. Za njih je karakteristična

slojevitost naslaga te postupan porast temperature i saliniteta s dubinom te je moguće

razlikovati dvije hidrogeološke zone u vertikalnom profilu:

• Prvu hidrogeološku zonu čine stijene do oko 200 m dubine, a prirodna kakvoća podzemne

vode zadovoljava standarde za pitku vodu nakon adekvatne obrade,

78

• Drugu hidrogeološku zonu čine stijene na dubinama većim od 200 m, koje su zasićene

brakičnom ili slanom vodom i povišene su mineralizacije i temperature.

Na velikim otocima kao što su: Novi Zeland, Britansko otočje, Borneo, Sicilija ili Korzika

podzemne vode se nakupljaju i kreću isto kao u priobalnim dijelovima kontinenata. Njihova

količina i dinamika ovisi o klimatskim uvjetima te o hidrološkim i hidrogeološkim

značajkama. Na malim i vrlo malim otocima, količina slatke podzemne vode uvjetovana je: klimatskim,

topografskim, geološkim, hidrogeološkim, pedološkim i vegetacijskim značajkama na otoku.

Prema definiciji UNESCO-a iz 1991. godine, površina na malim otocima ne prelazi 2000

km2, a površina na vrlo malim otocima ne prelazi 100 km2. Svi hrvatski otoci prema ovoj

definiciji pripadaju u male i vrlo male otoke. Otok Krk, naš najveći otok, ima površinu od

svega 410 km2.

Slika 5.5 Hidrogeološka karta Republike Hrvatske, M1:300 000 (prema Biondić et al., 1996)

79

Na malim otocima problem je pojava miješanja slatke i slane vode. Morska voda zbog veće

gustoće potiskuje slatku vodu koja se tijekom kišnoga razdoblja akumulira u podzemlju.

***************************************************************************

Primjer. Odnos položaja slatke i slane vode u pješčanom otoku. U idealnim uvjetima, kada je

otok izgrañen od jednoličnoga homogenog i izotropnog pijeska, odnos slatke i slane vode

može se prikazati Ghyben-Herzbergovom relacijom:

ffs

fs hh

ρρ

ρ

+= (11.1)

hS – debljina stupca podzemne vode ispod srednje morske razine (m),

hf – debljina stupca podzemne vode iznad srednje morske razine (m),

ρf – gustoća slatke vode (≈ 1000 kg/m3),

ρS – gustoća slane vode (≈ 1025 kg/m3),

hs ≈ 40 hf, odnosno za svaki metar stupca slatke vode iznad razine mora, proteže se 40 m

slatke vode ispod morske razine.

U praksi, stijene nisu homogene i izotropne, a značajan je i utjecaj plime i oseke te difuznoga

miješanja slatke i slane vode. Morska voda prodire na različite udaljenosti kroz pukotine

različitih dimenzija i nagiba. Granica izmeñu slatke i slane vode je u stvari zona bočate vode,

u kojoj se salinitet smanjuje prema unutrašnjosti otočkoga podzemlja, a promjena razine

morske vode utječe na promjenu odnosa slatke i slane vode (slika 5.6).

Slika 5.6 Odnos slatke i slane vode u otočkom vodonosniku s vodnim licem pod atmosferskim tlakom

80

Na odnos slatke i slane vode može značajno utjecati i crpljenje podzemne vode. Uslijed

pretjeranoga crpljenja može doći do konusnoga podizanja slane vode i zaslanjenja otočkoga

vodonosnika.

***************************************************************************

5.4. Rijeke

Rijeke čine tek 0,006 % od ukupne količine tekuće slatke vode na Zemlji. Količina vode koja

protječe rijekama prvenstveno ovisi o: geološkim, topografskim i klimatskim faktorima, a

značajan utjecaj imaju i tip i zastupljenost vegetacije te korištenje zemljišta u slivnom

području, uključujući i izgradnju akumulacija i rezervoara.

Geološki faktori, koji utječu na količinu otjecanja riječnim koritom, uključuju: tip tla ili

stijena u slivu, mineraloški sastav, erozijske procese u slivu i strukturne značajke tla ili

stijene.

***************************************************************************

Primjer. U slučaju da u slivu prevladavaju glinovita tla ili čvrste stijene male propusnosti, bez

izraženih diskontinuiteta u stijenskoj masi, kao kompaktni vapnenci i dolomiti ili magmatske

stijene, infiltracija oborinske vode je zanemariva. Tada je površinsko otjecanje vode u slivu,

koji obiluje površinskim vodama, vrlo brzo.

U pijescima, šljuncima i stijenama s dobro izraženom pukotinskom ili pukotinsko-

kavernoznom poroznosti, poput okršenih vapnenaca i dolomita, infiltracija oborinske vode je

velika, a površinsko otjecanje vode u slivu je praktički zanemarivo. Primjerice, u krškim

terenima u pravilu nema znatnijih površinskih vodotoka, jer se najveći dio oborinskih voda

vrlo brzo infiltrira u podzemlje kroz raspucalu i okršenu površinu terena. Postoje meñutim i

slučajevi kada se javljaju površinski vodotoci u kršu (slika 5.7), a to se dogaña ako:

a) unutar krša postoje dijelovi terena izgrañeni od slabije propusnih naslaga, kao što su

fliške naslage; rijeke teku do dijela terena koji je okršen, zatim poniru u podzemlje i

nakon odreñenoga puta kroz pukotinske sustave i špilje ponovno se javljaju na

površini kao krški izvori.

b) erozija djeluje na riječno korito, koje je spušteno do baze okršavanja, tj. na razinu

ispod koje u podzemlju više nema praznih prostora koji bi mogli primiti riječnu vodu;

riječni tok se javlja na maloj nadmorskoj visini i blizu utoka u more.

81

***************************************************************************

O značajkama topografije u slivu ovisi: brzina vode u rijekama, stupanj infiltracije oborinske

vode u tlo ili stijenu i količina vode u rijeci. Strmiji reljef utječe na veći pad rijeke i povećanje

specifičnoga dotoka vode.

Od klimatskih faktora, koji utječu na količinu vode u rijekama, vrlo važan je tip oborine koji

pada u sliv. Razlikuju se:

- Ciklonske oborine – nastaju kao posljedica snažnih vrtložnih strujanja u atmosferi,

olujna su karaktera i velikoga intenziteta;

- Konvektivne oborine – nastaju podizanjem toploga zraka koji je bogat vlagom iznad

Zemlje, pri čemu dolazi do kondenzacije i brzoga stvaranja oborina, a mogu biti i

većega intenziteta od ciklonskih;

- Orografske oborine – nastaju podizanjem toploga zraka uz planine, a redovito su jače

na uzlaznoj nego na silaznoj strani planine.

U klimatske faktore, osim tipa oborine koji pada u sliv, pripadaju: intenzitet oborine, odnosno

količina oborine u odreñenom vremenu, trajanje oborine, raspodjela oborine po slivnom

području, učestalost oborine i faktori koji utječu na evapotranspiraciju, kao: temperatura

zraka, vjetar i relativna vlažnost zraka.

***************************************************************************

Zanimljivost. Najdulja rijeka na Zemlji je Nil, ukupne duljine toka 6 484 km i srednjim

Slika 5.7 Pojava površinskih vodotoka u kršu: a) vodotok u karbonatnim stijenama; b) vodotok u flišu (modificirano prema Ford & Williams, 1996)

82

protokom na ušću od 1584 m3/s. Rijeka Amazona, koja ima za oko 150 km manju duljinu

toka od Nila, ima čak 113 puta veći srednji protok na ušću nego rijeka Nil.

Rijeka Sava je najveća hrvatska rijeka, koja ima izrazito nesimetričan sliv, jer se 75% sliva

nalazi na desnoj obali rijeke. Ukupna duljina Save je 945 km, od toga 562 km u Hrvatskoj.

Maksimalni protoci su u proljeće i kasnu jesen, a minimalni sredinom ljeta. Srednji godišnji

protok Save na ulazu u Hrvatsku je 340 m3/s, a na izlazu iz Hrvatske 1200 m3/s. Rijeke

jadranskog sliva karakteriziraju kratki riječni tokovi, zbog krške grañe terena. Najdulja rijeka

jadranskoga sliva je Cetina, duljine oko 100 km, a najkraća je Ombla (Dubrovačka rijeka),

čija je duljina toka samo nekoliko stotina metara.

***************************************************************************

5.5. Jezera

Jezera čine 0,26% od ukupne količine tekuće slatke vode na Zemlji. Sva jezera na Zemlji

prekrivaju oko 2,100,000 km2 površine, te sadrže oko 180,000 km3 vode. Prema postanku

jezera mogu biti: tektonska, vulkanska, ledenjačka, krška, riječna, meteoritska i umjetna.

Velika jezera redovito su tektonska, gdje je do nastanka jezerskoga bazena došlo tektonskim

lomovima i spuštanjem odvojenih dijelova terena.

Jezera vodu dobivaju oborinama, utokom rijeke, površinskim otjecanjem u slivu, izviranjem

izvora koji se nalaze na obali ili unutar jezerskoga bazena, a gube je evaporacijom te

površinskim i podzemnim otjecanjem. Tamo gdje je isparavanje veće od dotoka svježe vode,

dolazi do postupnoga porasta koncentracije otopljenih minerala u vodi, pa jezera postaju

brakična ili slana. Brakičnim se smatra jezero u kojem voda u jednoj litri sadrži izmeñu 1 i 10

grama otopljenih minerala, a ako je koncentracija otopljenih tvari veća od 10 grama, jezero je

slano.

***************************************************************************

Primjer. Znamenitosti Mrtvoga mora. Mrtvo more, koje se na hebrejskom jeziku izgovara

Yam Hamelakh, što u prijevodu znači Slano jezero, smješteno je izmeñu Izraela i Jordana.

Dugačko je 55 km, široko izmeñu 3 i 18 km, a površine 1000 km2. Nastalo je u dubokoj

tektonskoj depresiji na trasi sirijsko-afričkoga tektonskog loma prije 6000 godina, kada je

područje jezera utonulo za oko 700 m ispod tadašnje razine Sredozemnoga mora. Danas se

razina jezera nalazi na 412 m ispod srednje razine Sredozemnoga mora. Jezero se nalazi u

području s pustinjskom klimom, s visokim temperaturama i praktički bez kiše. Temperatura

83

površinskoga sloja ljeti doseže do +35 0C. Jezero se obnavlja vodom rijeke Jordan, koja se u

njega ulijeva na njegovoj sjevernoj obali. Kako je rijeka Jordan relativno mala rijeka, a oko

50% njezine vode sporazumno potroše Izrael i Jordan prije njezina ušća u Mrtvo more,

isparavanje iz jezera je znatno veće od dotoka, tako da se povećava koncentracija mineralnih

tvari otopljenih u vodi. Na sjevernoj strani jezera nalaze se i brojni sumporni izvori, a

posljedica je veliki salinitet jezerske vode koji u prosjeku iznosi oko 30% (što je 10 puta više

od saliniteta Sredozemnoga mora).

***************************************************************************

Zanimljivost. Najstarije i po količini najveće slatkovodno jezero na svijetu je Bajkalsko

jezero. Površina ovoga jezera iznosi 31 500 km2, a najveća registrirana dubina iznosi 1637 m,

što ga čini najdubljim jezerom na svijetu. Površina sliva iznosi čak 570 000 km2, što je gotovo

deset puta više od površine Hrvatske. U jezero se ulijeva više od 544 potoka, rječica i rijeka, a

osim dotjecanja iz sliva, jezero se napaja i neposredno oborinama koje padnu na površinu

jezera. Dio vode dotječe i podzemno i preko podvodnih izvora ulazi u jezero. Ovakav

hidrološki režim, uz veliku slivnu površinu jezera, zaslužni su što je 20 % svjetskih zaliha

površinskih slatkih voda sadržano u Bajkalskom jezeru.

***************************************************************************

Hrvatska ima samo 14 jezera čija površina prelazi 0,5 km2. Od toga broja gotovo polovina

otpada na umjetna jezera izgrañena u dvadesetom stoljeću.

***************************************************************************

Primjer. Vransko jezero na otoku Cresu. Vransko jezero je jedinstveni fenomen u Europi.

Površina jezera iznosi 5,3 km2. Razina vode u jezeru nalazi se na nadmorskoj visini od 16

metara nad morem, a jezero je duboko 75 metara, što znači da se čak oko 60 metara jezerske

vode nalazi ispod morske razine. Voda u jezeru je slatka, odlične kakvoće. Količina vode u

jezeru je procijenjena na 220 milijuna m3. Oko 140 l/s koristi se za vodoopskrbu naselja na

otocima Cres i Lošinj, a dio vode iz jezera gubi se evaporacijom, što znači da mora postojati

sustav stalnoga obnavljanja jezerske vode, meñutim mehanizam obnavljanja do danas nije

točno utvrñen.

Ozbiljna istraživanja jezera i pokušaji tumačenja mehanizma njegova obnavljanja započela su

još u devetnaestom stoljeću kada su Lorenz (1859. g.) i Mayer (1873. g.) dali zemljopisni opis

jezera i prve ideje o podrijetlu jezerske vode. Poljak je 1947. godine po prvi puta

argumentirano iznio ideju o regionalnom dotoku podzemne vode u jezero, čak i iz udaljenih

kopnenih prostora. Toj ideji suprotstavili su se Bonacci (1993. g.) te Ožanić i Rubinić (1994.

84

g.), koji su smatrali da sva voda potječe iz lokalnoga sliva površine 24 km2. No kako su

zabilježeni izvanredni porasti razine jezera u vrijeme kada u neposrednom slivu nije bilo kiše,

a analizom uzorka vode iz bušotine na udaljenosti od 200 m od jezera utvrñene su velike

razlike u fizikalno-kemijskim značajkama podzemne vode i vode iz jezera, bit će potrebno

provesti dodatna istraživanja koja bi trebala rasvijetliti mehanizam obnavljanja vode u

Vranskom jezeru.

***************************************************************************

5.6. Korištenje voda i vidovi korištenja voda za ljudsku uporabu

Ljudi su od davnine rabili vodu uglavnom za piće i eventualno za navodnjavanje. S

napretkom čovječanstva i povećanjem broja stanovništva na Zemlji, povećavala se potreba za

vodom. Voda postaje temeljem razvoja moderne ljudske civilizacije, a gospodarski interesi za

vodom postaju sve veći. Postupno se razvija korištenje voda, odnosno zahvaćanje, crpljenje i

uporaba površinskih i podzemnih voda za različite namjene, pri čemu je vodoopskrba javni

interes. Pod pojmom vodoopskrbe podrazumijeva se pridobivanje, transport i distribucija

vode koja se rabi za piće, pripremu hrane, higijenske potrebe, industrijsku proizvodnju i

komunalne potrebe. Prosječna opskrbljenost stanovništva vodom iz javnih vodoopskrbnih

sustava u R, Hrvatskoj iznosila je 76% u 2002. godini, što znači da se iz javne vodoopskrbe

opskrbljuje oko 3,35 milijuna stanovnika. Stupanj prosječne opskrbljenosti vodom znatno je

povećan u odnosu na 1990. godinu kada je iznosio 63%. Ostali vidovi korištenja vode:

• proizvodnja električne energije,

• navodnjavanje,

• uzgoj riba,

• plovidba i plovni putovi,

• korištenje mineralnih i geotermalnih voda,

• korištenje vode za sport i rekreaciju i

• korištenje vode u pogonske svrhe,

podložni su utjecajima tržišta. Što se tiče korištenja vode za pogon mlinova i pilana ono je

danas zanemarivo, ali dio objekata ima etnološki značaj.

85

5.7. Potrebe suvremenoga društva za pitkom vodom

Razvoj vodoopskrbe prati i sve veća potreba suvremenoga društva za kvalitetnom pitkom

vodom. Suvremeni način života i sve veći rast životnoga standarda stanovništva, naročito u

urbanim sredinama, značajno utječe na povećanje srednje potrošnje vode po stanovniku.

Naime, minimalna količina vode koju odrasla osoba mora konzumirati tijekom dana iznosi od

dvije do pet litara, ovisno o klimatskim uvjetima i fizičkim aktivnostima, meñutim stvarna

potrošnja vode je stotinjak puta veća. Potrebe za vodom u prosječnom domaćinstvu, u

razvijenim zemljama svijeta, kreću se od 20 do 40 litara dnevno po stanovniku. Podaci iz

novije literature pokazuju potpuno drugačiju situaciju u pojedinim zemljama u Europi. Naime,

podaci pokazuju da prosječna potrošnja vode u domaćinstvima varira od 108 l/stanovniku/dan

u Belgiji do čak 264 l/stanovniku/dan u Švicarskoj. Ako se uzme u obzir i potrošnja vode za

potrebe industrije, komunalnih djelatnosti (pranje ulica, zalijevanje zelenih površina i dr.),

tada je potrošnja još veća i kreće se od 166 l/stanovniku/dan u Belgiji do čak 402

l/stanovniku/dan u Švicarskoj.

***************************************************************************

Primjer. Prema podacima gradskih institucija Grada Zagreba, koji su potvrñeni u nekim

studijama razvoja vodoopskrbe grada, specifična potrošnja vode za Grad Zagreb trebala bi se

u bliskoj budućnosti kretati u rasponu od 480-560 l/stanovniku/dan. Ova tendencija je u

suprotnosti sa strategijom upravljanja vodnim zalihama u Europi. Prema podacima iz 1998.

godine, u zemljama EU prosječno se troši oko 250 l/stanovniku/dan vode, s daljnjom

tendencijom smanjenja.

***************************************************************************

5.8. Efekti urbanizacije na vodne zalihe

Kombinirani efekti urbanizacije, industrijalizacije i rasta stanovništva mijenjaju prirodni

okoliš i uzrokuju promjene u hidrološkom režimu te dovode do narušavanja ekološke

ravnoteže na utjecajnom području. Tipične promjene koje su uzrokovane procesima

urbanizacije uključuju:

- klimatske promjene;

- promjene u površinskom otjecanju;

- promjene u kakvoći voda;

86

- promjene u okolišu i ekosustavima, uključujući smanjenje bioraznolikosti.

Utjecaji velikih urbanih sredina na lokalnu mikroklimu odavno su poznati i nastaju kao

posljedica povećane emisije stakleničkih plinova i toplinske energije u atmosferu, zagañenja

zraka te promjena u strujanju zraka zbog velikih grañevina i transformacije površina u

urbanim sredinama. Ovi utjecaji očituju se u povećanju količine oborina u urbanim sredinama

za oko 10 do 30% te u povećanju temperature u gradskim sredinama za oko 4 do 7 0C, što

utječe na povećanje evapotranspiracije za oko 5 do 20%.

Betonizacijom površina i zbog povećane količine oborina u urbanim sredinama, dolazi do

povećanja površinskog otjecanja, naročito u vrijeme jakih kiša. U takvim uvjetima, sustavi

odvodnje oborinskih voda, naročito ako se radi o sustavu mješovite odvodnje voda koji

uključuju oborinske vode i otpadne vode industrije, postaju preopterećeni i dolazi do

onečišćenja površinskih i podzemnih voda.

Pitanja za vježbu:

1. Smatrate li da na Zemlji ima dovoljno zaliha pitke vode i što biste naveli kao glavno

ograničenje za njihovo korištenje? Kako biste objasnili tezu da na globalnom planu,

količine vode nisu problem, problem je dostupnost vode na pravom mjestu i u pravo

vrijeme te u pravom obliku? Što je, po vašem osobnom mišljenju, potrebno napraviti da se

promjene negativne tendencije u raspodjeli pitkih vodnih zaliha u svijetu?

2. Pretpostavite da radite kao prostorni planer i da ste dobili u zadatak odrediti načine

korištenja voda u nekom riječnom slivu. Pretpostavite da ste odredili nekoliko grupa

potencijalnih korisnika i da ste svjesni činjenice da morate pomiriti konflikte vezane za

korištenje voda. Navedite moguće konflikte i kako bi ih riješili? Koje kriterije biste uzeli u

obzir prilikom odreñivanja prioriteta u korištenju voda, pod pretpostavkom da morate

uvažiti potrebu očuvanja ekološke ravnoteže u slivu, ali i nužnost ekonomskoga i

gospodarskoga razvoja na utjecajnom području?

3. Navedite koje su tendencije u potrošnji pitke vode u razvijenim zemljama, a koje u

tranzicijskim zemljama kao što je Republika Hrvatska? Koji bi, po vašem mišljenju, bili

ograničavajući faktori za povećanje potrošnje pitke vode u Hrvatskoj, bez obzira na

činjenicu da naša zemlja ima veliko bogatstvo prirodnih zaliha pitke vode.

4. Smatrate li da je moguće zaustaviti efekte urbanizacije na vodne zalihe? Na koji način

biste primijenili princip održivog razvoja u cilju zaštite vodnih zaliha u kraju iz kojeg

dolazite?

87

6. ENERGETSKI RESURSI I ALTERNATIVNI IZVORI ENERGIJE

Obrazovni ciljevi:

• Prikazati razliku izmeñu potreba i dostupnosti energetskih resursa na Zemlji.

• Prikazati neobnovljive izvore energije.

• Objasniti razloge korištenja nuklearne energije i njen utjecaj na okoliš.

• Prikazati geološke uvjete za iskorištavanje geotermalne energije, načine korištenja

geotermalne energije i moguće utjecaje na okoliš.

• Prikazati i objasniti obnovljive (alternativne) izvore energije.

6.1. Potrebe za energijom u suvremenom društvu

Rast potreba za energijom i energetskim resursima u svijetu slijedi eksponencijalni trend od

druge polovine 20. stoljeća. Prema nekim predviñanjima, ukupna potrošnja svjetske energije u

2010. godini bit će oko 490 bilijardi (1015) Btu jedinica. Ako se ovaj podatak usporedi s

podatkom o svjetskoj energetskoj potrošnji u 1970. godini od “samo” 207 bilijardi Btu

jedinica, tada je vidljivo da današnje energetske potrebe značajno nadmašuju energetske

potrebe od prije samo nekoliko desetljeća.

***************************************************************************

Zanimljivost.

Za lakšu usporedbu energetske vrijednosti različitih goriva koristi se British Thermal Unit

(Btu). Jedan Btu je energija potrebna da se 1 funta (1 pound = 0,4536 kg) vode zagrije za

jedan stupanj fahrenheit (1°F = 0,5556°C).

1 Btu = 1055,8 J

1 barel (115,6 litara) sirove nafte = 5 800 000 Btu

1 kilovat-sat (kWh) električne energije = 3 412 Btu

1 litra dizelskog goriva = 36 720 Btu

1 litra benzina = 32 757 Btu

1 m3 prirodnog plina = 36 241 Btu

***************************************************************************

Od ukupne svjetske energetske potrošnje, 39% otpada na naftu, 23% na plin te 24% na ugljen,

što znači da fosilna goriva pokrivaju 86% svih potreba za energijom u svijetu (slika 6.1).

88

Slika 6.1. Udjeli različitih izvora energije u ukupnoj svjetskoj energetskoj potrošnji

Ostatak pokrivaju nuklearna energija s 6% i obnovljivi izvori energije s 8%. Fosilna goriva,

uz nuklearnu energiju, pripadaju u neobnovljive izvore energije.

Neobnovljivi izvori energije dostupni su u ograničenim količinama, a osim toga onečišćuju

okoliš. Sagorijevanjem fosilnih goriva oslobaña se velika količina CO2 koji je staklenički plin

i utječe na globalno zagrijavanje Zemlje. Nuklearna energija u normalnim uvjetima korištenja

nije štetna za atmosferu, meñutim, tvari nastale kod nuklearnih reakcija ostaju radioaktivne

godinama, pa čak i stoljećima, i trebaju biti uskladištene i čuvane uz maksimalne mjere zaštite

okoliša.

Potrebe za svim oblicima energije, pa tako i za fosilnim gorivima, bit će u budućnosti još više

izražene. Prirodne zalihe fosilnih goriva sve su manje i teže dostupne za eksploataciju. Prema

nekim procjenama, do danas je iscrpljena polovica svjetskih zaliha nafte, a vjeruje se da će

znatno pomanjkanje nafte na svjetskom tržištu uslijediti oko 2020. godine.

6.2. Nuklearna energija dobivena u procesima fisije

U zadnja tri desetljeća nuklearna energija ima značajnu ulogu u proizvodnji električne

energije. Trenutno se pomoću nuklearne energije stvara oko 16% od ukupno proizvedene

električne energije u svijetu.

nafta (39%) plin (23%)

ugljen (24%) nuklearna energija (6%)

energija vode (7%) obnovljiva energija (1%)

89

Nuklearna fisija je cijepanje ili raspad teške atomske jezgre uslijed bombardiranja atoma

neutronima, pri čemu se jezgra atoma cijepa na dvije manje jezgre. Za razliku od fisije, fuzija

je spajanje jezgre lakših atoma, koji formiraju teži atom, uz oslobañanje energije. Za sada je

jedino proces fisije komercijalno isplativ i dostupan za širu primjenu.

Od 250 izotopa koji se prirodno javljaju, svega 20 se spontano raspada, a kod ostalih se može

inducirati raspad. Kod nekih izotopa, raspad atomske jezgre može se značajno ubrzati i na taj

način povećati količina energije koja se oslobaña u reakciji. U modernim nuklearnim

reaktorima danas se najviše koristi 235U, s 92 protona i 143 neutrona.

Jezgra izotopa 235U, nakon početnoga induciranja raspada jezgre bombardiranjem s

neutronima, raspada se u dvije lakše jezgre i oslobaña dodatne neutrone te energiju. Neki od

novonastalih neutrona mogu inducirati proces fisije u drugim jezgrama 235U, što uzrokuje

oslobañanje dodatnih neutrona i energije, tako da se cijeli proces nastavlja u lančanoj reakciji

(slika 6.2).

Slika 6.2. Raspad teške atomske jezgre izotopa 235U u procesu fisije

Kontrolirana lančana reakcija, koja je u stvari kontinuirano, umjereno oslobañanje energije,

predstavlja osnovu za nuklearne reaktore koji su bazirani na procesu fisije. Energija koja se

oslobaña prilikom reakcije zagrijava vodu koja cirkulira kroz jezgru reaktora, a toplina koja se

90

oslobaña iz jezgre prenosi se kroz izmjenjivač topline, pri čemu nastaje para koja pokreće

turbine koje proizvode električnu energiju.

Lančanom reakcijom nekih izotopa koji nisu radioaktivni, mogu nastati radioaktivni izotopi.

Na primjer, raspadom izotopa 238U, kojega u prirodi ima čak 99,3% od svih izotopa urana,

nastaje radioaktivni plutonij; raspadom 332Th nastaje radioaktivni 333Th itd.

Od ukupnoga prirodnog urana, samo 0,7% otpada na izotop 235U. Prirodna ruda urana mora

biti podvrgnuta procesima kojima se obogaćuje koncentracija ovoga izotopa na nekoliko

postotaka, da bi se mogao koristiti u nuklearnim reaktorima.

6.3. Geologija uranskih ležišta

Širom svijeta, oko 95% poznatih rezervi urana nalazi se u sedimentnim ili meta-sedimentnim

stijenama (djelomično metamorfoziranim taložnim naslagama). U zadnjih nekoliko godina

uran se najčešće eksploatira iz tri osnovna tipa naslaga: a) pješčenjaka impregniranih s

mineralima urana; b) žila uranskih minerala u pukotinama sedimentnih stijena; c) riječnih

taložina ili taložina u deltama, starim više od dvije milijarde i dvije stotine milijuna godina.

Manje količine urana nalaze se u magmatskim stijenama. Graniti i karbonati mogu biti

naročito bogati s uranom, u koncentracijama od nekoliko ppm do nekoliko desetaka ppm. U

granitima, uran se javlja u kasnijem stadiju kristalizacije magme, jer se njegovi veliki atomi

ne mogu ugrañivati u kristalnu rešetku silikatnih minerala koji nastaju u ranoj fazi

kristalizacije. Uobičajena koncentracija urana u granitima je oko 4 ppm. Za vrijeme trošenja

stijena bogatih uranom, uran se otapa u vodenoj otopini i vrlo često se javlja kao UO2+

ukoliko je otopina bogata kisikom. Takva otopina bogata uranom često se procijeñuje kroz

krovinske stijene do podzemne vode. U slučaju da podzemna voda obogaćena uranom teče

kroz reduktivnu vodonosnu sredinu, u kojoj su prisutne organske tvari ili sulfidni minerali,

tada se otopljeni uran taloži i koncentrira u takvim reduktivnim zonama. Ruda urana, da bi

bila ekonomski isplativa, mora sadržavati 400 do 2500 puta veće koncentracije urana od

prosječnih prirodnih koncentracija.

Svjetske procjene rezervi uranskih ruda se drastično razlikuju ovisno o izvoru podataka, jer

uran ima stratešku važnost za pojedine zemlje, koje se brinu za tajnost podataka. Meñutim,

procjene OECD-a iz 2002. godine su da svjetske rezerve urana iznose oko dva milijuna i pet

stotina tisuća tona.

91

6.4. Potencijalni rizik za okoliš zbog korištenja nuklearne energije

U normalnim uvjetima, proizvodnja i korištenje nuklearne energije u reaktorima bi trebala biti

sigurna i bez značajnijih posljedica za okoliš. Meñutim, rizik od šteta na nuklearnom reaktoru

zbog akcidentnih situacija ili terorističkih napada, nije zanemariv. Jedan od najozbiljnijih

problema povezanih s havarijama na nuklearnom reaktoru je gubitak rashladne vode, koja

cirkulira kroz reaktor, uslijed čega može doći do pregrijavanja i topljenja jezgre reaktora.

Topljenjem jezgre obično dolazi do proboja otopljene mase jezgre i goriva kroz zaštitne

objekte i do oslobañanja visokog stupnja radijacije u okoliš. Čak i u takvim uvjetima, dakle

potpunog gubitka rashladne vode i topljenja jezgre, reaktor ne bi eksplodirao poput atomske

bombe. Osnovni razlog je činjenica da u nuklearnim elektranama dolazi do kontrolirane

lančane reakcije, za razliku od atomske bombe, kod koje se dogaña nekontrolirana reakcija i

naglo raspadanje obogaćenog urana u trajanju od nekoliko sekundi.

***************************************************************************

Primjer. Do danas su poznate dvije velike katastrofe povezane s havarijama na nuklearnom

reaktoru: Černobilj i Otok Tri Milje. Havarija u Černobilju dogodila se 26.04.1986. godine u

tadašnjem SSSR-u, a današnjoj Ukrajini. Eksplodirao je reaktor broj četiri, koji je formirao

radioaktivni oblak koji se proširio na veliki dio Europe. Prilikom eksplozije razrušena je

aktivna zona reaktora i tijekom 10 dana trajao je aktivni stupanj havarije, praćen intenzivnim

oslobañanjem radijacije. Oslobañanje radijacije konačno je zaustavljeno tek nakon što je u

studenom 1986. godine reaktor stavljen u betonski “sarkofag”. U akciji sanacije nuklearne

elektrane u Černobilju sudjelovalo je oko 200 000 ljudi, od kojih je 27% zadobilo trajne

posljedice zbog utjecaja radijacije.

Manje štetna za ljude i okolicu bila je havarija na Otoku Tri Milje, koja se dogodila

28.03.1979. godine u Pensilvaniji, u SAD-u. Tamo se zbog niza pogrešaka i sigurnosnih

propusta pregrijao i djelomično rastopio jedan od nuklearnih reaktora, što je rezultiralo

manjim ispuštanjem radijacije u atmosferu. Za sada još nije dokazana nikakva štetna

posljedica te radijacije za ljude, ali je taj dogañaj znatno utjecao na predodžbu o sigurnosti

nuklearne energije.

***************************************************************************

Naročito veliki problem kod izgradnje nuklearne elektrane predstavlja pronalaženje

odgovarajuće lokacije buduće elektrane. Naime, ako je lokacija elektrane u blizini naseljenih

mjesta, tada je u slučaju incidentnih situacija rizik za ljude zbog radijacije izuzetno velik. S

druge pak strane, ako je nuklearna elektrana smještena predaleko od naseljenih mjesta, tada je

92

gubitak energije zbog prijenosa energije na udaljena područja vrlo velik i može prelaziti do

10% od ukupne količine proizvedene energije.

Potencijalni rizik za zdravlje i život ljudi javlja se i tijekom rudarenja i procesa konverzije i

obogaćenja urana. Radnici koji rade na poslovima u kojima su u direktnom kontaktu s

uranom, vrlo često obolijevaju od različitih oblika malignih bolesti, zbog stalne izloženosti

vrlo visokom stupnju radijacije. Ako je jalovina uranske rude izložena utjecajima

atmosferilija i procjeñivanju oborinske vode prema površinskim recipijentima ili do

podzemne vode, tada se štetni utjecaji urana proširuju i izvan kruga rudnika ili tvornice u

kojoj se obogaćuje uran.

U novije vrijeme sve je više prisutna opasnost od krañe radioaktivnoga i otrovnog plutonija,

koji se takoñer koristi kao nuklearno gorivo, a može poslužiti za izradu nuklearnog oružja.

Kao i svi procesi proizvodnje energije iz neobnovljivih izvora i nuklearne elektrane proizvode

otpad. Kod njih je to radioaktivni otpad i vruća voda. Budući da nuklearne elektrane ne

proizvode ugljični dioksid, njihovom upotrebom se ne povećava efekt staklenika.

Radioaktivni otpad dijeli se na dvije osnovne kategorije: nisko-radioaktivni i visoko-

radioaktivni otpad. Većina nuklearnoga otpada je nisko radioaktivni otpad. To su: obično

smeće, alati, zaštitna odjela i ostalo. Taj se otpad kontaminira s malom razinom

radioaktivnoga praha ili čestica, a mora se čuvati na način da ne doñe u kontakt sa

predmetima izvana.

Pravi problem kod nuklearnih elektrana je ostatak iskorištenog goriva koji je visoko-

radioaktivni otpad i mora se skladištiti u specijalnim bazenima (gdje voda hladi nuklearno

gorivo i djeluje kao štit od radijacije) ili u suhim kontejnerima. Starije i manje radioaktivno

gorivo skladišti se u suhim skladištima. Tamo se zatvara u specijalne betonske armirane

kontejnere.

Odlaganje radioaktivnoga otpada je problem koji do danas nije u potpunosti rješiv. Naime,

radioaktivni materijal ne može biti tretiran u kemijskim reakcijama, zagrijavanjem, tako da

postane neradioaktivan. S obzirom na ovu činjenicu, on se razlikuje od većine drugih

kemijskih toksičnih otpadnih tvari, koje se različitim procesima mogu razgraditi do stupnja

kada postaju neškodljive za ljude i okoliš. Drugi bitan problem s radioaktivnim otpadom je

činjenica da do danas nije postignut konsenzus oko najbolje lokacije i načina odlaganja

otpada. Trenutno, radioaktivni otpad se odlaže na privremena odlagališta i pokušavaju se

primijeniti različite metode sigurnoga pohranjivanja takvog otpada, meñutim kapaciteti ovih

odlagališta su gotovo do kraja popunjeni i neophodno je hitno pronaći nova i sigurnija

rješenja.

93

6.5. Geološki uvjeti nastanka geotermalne energije

Korištenje geotermalne energije, odnosno prirodne topline iz Zemljine unutrašnjosti, započelo

je 1904. godine u Italiji, iskorištavanjem vruće pare za zagrijavanje objekata. Iako se od tada

geotermalna energija koristi u razne svrhe, njeni potencijali su golemi i još nedovoljno

iskorišteni. Prema nekim procjenama, samo 1% ukupne geotermalne energije uskladištene u

Zemljinoj kori prelazi za 500 puta količinu energije koja bi se dobila od ukupnih zaliha

prirodnoga plina i nafte u svijetu.

Proizvodnja prirodne topline u unutrašnjosti Zemlje je proces koji je do danas samo

djelomično objašnjen. Područja na Zemlji, gdje se javljaju tzv. geotermalne zone vezane su uz

vulkanizam ili granice tektonskih ploča, a radi se o područjima gdje je prirodni dotok topline

prema površini iznimno velik.

Postupni rast temperature s povećanjem dubine ispod Zemljine površine mjeri se u

stupnjevima po metru i naziva se geotermalni gradijent. Veliki geotermalni gradijent

pokazuje da je izvor topline u unutrašnjosti Zemlje vrlo blizu površine.

***************************************************************************

Primjer. U Republici Hrvatskoj, geotermalni gradijent u Panonskom bazenu iznosi G=0,049

°C/m, a u Dinaridima oko 0,018 °C/m, što je manje od europskoga prosjeka, koji iznosi oko

0,030 °C/m. U Dinaridima se ne mogu očekivati otkrića značajnijih geotermalnih ležišta.

Moguća su otkrića voda sa temperaturama na površini prikladnim za rekreativne i balneološke

namjene. Vode takvih karakteristika su otkrivene u Istarskim Toplicama, Splitu, Omišu, Sinju

i Dubrovniku. Geotermalni gradijent na panonskom području je znatno veći od europskoga

prosjeka, pa se na ovom području može očekivati, pored već otkrivenih geotermalnih ležišta,

pronalaženje novih geotermalnih ležišta. Općenito, geotermalni potencijali u Hrvatskoj dijele

se u tri skupine:

1. srednje temperaturni rezervoari s temperaturama od 100 do 200 °C;

2. niskotemperaturni rezervoari s temperaturama od 65 do 100°C i

3. geotermalni izvori s temperaturom vode ispod 65 °C.

Najpoznatija ležišta s geotermalnom vodom toplijom od 100 °C u panonskom dijelu Hrvatske

su: Velika Ciglena, Lunjkovec, Ferdinandovac, Rečica i Babina Greda (slika 6.3).

94

Slika 6.3. Geotermalna ležišta u R. Hrvatskoj

***************************************************************************

Na temelju uvjeta nastanka i načina pojavljivanja, razlikuje se nekoliko tipova geotermalnih

ležišta: hidrotermalna konvekcijska ležišta; vruća magmatska ležišta, ležišta pod geostatskim

tlakom i normalna (hladna) ležišta podzemne vode.

Hidrotermalna konvekcijska ležišta su karakterizirana s propusnim slojem u kojem cirkulira

promjenjiva količina tople vode. Postoje dva osnovna tipa hidrotermalnih ležišta: ležišta u

kojima prevladava para i ležišta u kojima prevladava vruća voda.

Ležišta u kojima prevladava para su ležišta u kojima se nalaze vruća para i voda (slika 6.4).

Slika 6.4 Hidrotermalna ležišta u kojima prevladava vruća para

95

Blizu površine, gdje je tlak niži voda u potpunosti prelazi u paru, koja se može direktno

zahvaćati u turbinama za proizvodnju električne energije. Ova ležišta imaju polagano

prihranjivanje podzemne vode, tako da vruća stijena u potpunosti pretvara podzemnu vodu u

paru. Ova ležišta su relativno rijetka.

U ležištima u kojima prevladava vruća voda, površinska temperatura vode je veća od 150°C, a

voda cirkulira bez pare (slika 6.5).

Slika 6.5 Hidrotermalna ležišta u kojima prevladava vruća para

U trenutku kada se vruća voda zahvaća bušotinom, pod tlakom izlazi prema površini i u zoni

smanjenoga tlaka samo djelomično se pretvara u paru te na površinu izlazi mješavina vruće

vode i pare. Prije primjene pare u turbinama za proizvodnju električne energije, vruća voda se

mora u potpunosti odijeliti od pare, a zatim se vraća nazad u ležište.

Vruća magmatska ležišta sastoje se od vruće stijene koja nije u termalnom kontaktu s

podzemnom vodom. Takva ležišta mogu sadržavati rastopljenu magmu na temperaturama od

650 do 1200°C ili značajne količine vruće, suhe stijene. Vruća magmatska ležišta sadrže više

uskladištene topline od bilo kojega drugog tipa geotermalnih ležišta, meñutim, zbog toga što

im nedostaje medij koji će toplinu prenijeti na površinu, primjerice cirkulirajuća podzemna

voda, najčešće je potrebno vodu injektirati kroz bušotine direktno u ležišta i nakon toga

zagrijanu vodu crpiti na površinu.

Ležišta pod geostatskim tlakom nastaju u uvjetima kada nepropusni slojevi zaustave ili većim

dijelom onemoguće prirodnu toplinsku cirkulaciju prema površini. Pogodni geološki uvjeti za

nastanak ovoga tipa ležišta javljaju se vrlo brzim taloženjem i naknadnim tonjenjem labilnoga

sedimentacijskog prostora, u kojem dolazi do taloženja sedimenata znatnih debljina. U takvim

96

uvjetima, duboka podzemna voda nalazi se pod visokim tlakom, a zbog geotermalnoga

gradijenta je i znatno zagrijana. Ova ležišta imaju veliki potencijal za proizvodnju električne

energije zbog nekoliko razloga:

- sadrže termalnu energiju vruće vode koja se može crpiti na površinu;

- voda pod tlakom ima znatnu mehaničku energiju koja može biti iskorištena za pokretanje

hidrauličkih turbina;

- ova voda sadrži znatne količine otopljenoga metana koji se može eksploatirati zajedno s

vrućom vodom.

Normalna (hladna) ležišta podzemne vode koriste se u hladnim krajevima u kojima je razlika

izmeñu prosječne srednje temperature zraka i temperature podzemne vode relativno velika.

Razvijeni su ureñaji koji omogućavaju razmjenu topline izmeñu podzemne vode i zraka, zbog

razlike u njihovim temperaturama, što omogućuje zagrijavanje objekata u hladnijim

razdobljima u tijeku godine.

6.6. Načini korištenja geotermalne energije i mogući utjecaji na okoliš

Najčešće korištenje geotermalne energije ostvaruje se konvektivnim prenošenjem topline

pomoću fluida, koji je obično topla voda ili smjesa vrele vode i pare, uz nazočnost raznih

primjesa, kao što su: plinovi, soli i minerali. Toplinska energija geotermalnoga ležišta

sadržana u geotermalnom fluidu kod nekoga tlaka i temperature, koristi se izravno za

zagrijavanje ili za pretvorbu u električnu energiju.

Geotermalni fluid u obliku vruće vode ili pare, temperature iznad 120°C, svoju latentnu

toplinu pretvara u mehanički rad, odnosno električnu energiju. Prednosti korištenja

geotermalne energije u proizvodnji električne energije su:

- geotermalne elektrane, isto kao elektrane na vjetar i solarne elektrane, nemaju izgaranje

goriva za proizvodnju pare koja pokreće turbine;

- geotermalne elektrane zauzimaju puno manje prostora po proizvedenom megawattu, nego

što ga zauzimaju ostali tipovi elektrana. Kod geotermalnih instalacija nisu potrebni riječni

nasipi niti sječa šuma, a isto tako nema rudnih tunela, otvorenih okna, otpadnih hrpa ili

razlijevanja nafte.

Geotermalna energija se još uvijek većim dijelom koristi direktno, što znači bez pretvorbe u

neki drugi oblik energije, a manje za proizvodnju električne energije. Izravna upotreba

toplinske energije zamjenjuje energente koji onečišćuju zrak i okolinu. Izravno korištenje

97

geotermalne energije može se primijeniti u razne svrhe, a najčešće za grijanje prostora, gdje

se energija geotermalnoga izvora direktno ili preko izmjenjivača topline dovodi do potrošača

topline. Najviše je zastupljeno grijanje zgrada, stanova ili cijelih naselja.

Termalna voda niže temperature i mineralizacije može se vrlo uspješno primijeniti za

navodnjavanje i/ili zagrijavanje obradivih površina pri uzgoju agrikultura. Upotrebom

termalne energije u staklenicima smanjuju se troškovi proizvodnje koji iznose i do 35% udjela

u troškovima ukupne proizvodnje.

Štetni utjecaji korištenja geotermalne energije relativno su zanemarivi i većinom se odnose na

emisije plinova koji se crpe zajedno s toplinskom energijom iz unutrašnjosti Zemlje. Srećom,

korištenje geotermalne energije ne zahtijeva značajne probleme s transportom i rafiniranjem

sirovina, kao što je to slučaj s fosilnim gorivima. U usporedbi s klasičnim termoelektranama,

emisije stakleničkih plinova u atmosferu iz geotermalnih elektrana su zanemarive; za istu

količinu proizvedene električne energije, geotermalne elektrane emitiraju samo oko 1%

dušičnih spojeva i oko 5% ugljik dioksida emitiranih iz termoelektrana na ugljen.

Problemi za okoliš vezani za korištenje geotermalne energije mogu se javiti s otpadnim

vrućim vodama iz geotermalnih ležišta, koje su izrazito korozivne.

6.7. Obnovljivi (alternativni) izvori energije

Za razliku od neobnovljivih izvora energije, kojih ima u ograničenim količinama i koji

onečišćuju okoliš, obnovljivi ili alternativni izvori energije mogu se praktički neograničeno

koristiti i ne zagañuju okoliš u tolikoj mjeri kao neobnovljivi izvori.

Osim geotermalne energije, najznačajniji obnovljivi izvori energije su:

• energija vode,

• bioenergija,

• energija vjetra i

• energija Sunca.

Energija plime i oseke te energija valova manje su značajni obnovljivi izvori energije.

Osim energije vode, glavni problemi kod obnovljivih izvora energije su cijena i mala količina

dobivene energije. Potencijali obnovljivih izvora energije su golemi, ali trenutna tehnološka

razvijenost nije na razini koja bi omogućavala isključivo njihovo korištenje. U budućnosti se

očekuje njihov snažan razvoj, zbog nekoliko razloga:

98

• obnovljivi izvori energije imaju vrlo važnu ulogu u smanjenju emisije ugljičnoga

dioksida u atmosferu;

• povećanje udjela obnovljivih izvora energije povećava održivost energetskih sustava,

a pomaže i u poboljšavanju sigurnosti dostave energije na način da smanjuje ovisnost

o uvozu energetskih sirovina i električne energije;

• očekuje se da će obnovljivi izvori energije u bliskoj budućnosti postati ekonomski

konkurentni konvencionalnim izvorima energije.

Energija vode (hidroenergija) je najznačajniji obnovljivi izvor energije, a ujedno i jedini koji

je ekonomski konkurentan fosilnim gorivima i nuklearnoj energiji. U posljednjih tridesetak

godina proizvodnja električne energije u hidroelektranama je utrostručena, ali je time udio

hidroenergije u ukupnoj proizvodnji električne energije povećan za samo 50% (sa 2,2% na

3,3%). Procjenjuje se da je danas iskorišteno oko 25 % svjetskoga hidroenergetskog

potencijala.

***************************************************************************

Primjer. U strukturi elektroenergetskoga sustava Hrvatske, više od polovice izvora čine

hidroelektrane. Zbog toga Hrvatska pripada meñu vodeće zemlje u proizvodnji energije iz

obnovljivih izvora. Razvoj energetskoga korištenja vodnih snaga u Hrvatskoj započinje još

1895. godine s prvom hidroelektranom izgrañenom na Skradinskom buku na rijeci Krki -

današnjom HE Jaruga. Godine 1904. izgrañena je nova HE Jaruga instalirane snage 5,4 MW.

Potom slijede HE Miljacka, izgrañena 1906. godine (Manojlovac) na rijeci Krki, HE Ozalj,

izgrañena 1908. godine na rijeci Kupi, HE Kraljevac, izgrañena 1912. godine na rijeci Cetini

itd. Prve hidroelektrane koje su povećale snagu elektroenergetskoga sustava, izgrañene iza

Drugoga svjetskog rata, bile su HE Vinodol, HE Zavrelje kod Dubrovnika i HE Ozalj 2.

Danas je u pogonu 21 hidroelektrana.

***************************************************************************

Biomasa ili bioenergija je obnovljiv izvor energije, a čine je tvari biljnoga i životinjskog

porijekla. Može se izravno pretvarati u energiju izgaranjem te tako proizvesti vodena para za

grijanje u industriji i kućanstvima te dobivati električna energija u malim termoelektranama.

Fermentacija u alkohol zasad je najrazvijenija metoda kemijske konverzije biomase. Bioplin

nastao fermentacijom bez prisutnosti kisika sadrži metan i ugljik te se može upotrebljavati kao

gorivo. Glavna prednost biomase u odnosu na fosilna goriva je manja emisija štetnih plinova i

otpadnih voda. Dodatne su prednosti zbrinjavanje i iskorištavanje otpada i ostataka iz

99

poljoprivrede, šumarstva i drvne industrije, smanjenje uvoza energenta, ulaganje u

poljoprivredu i nerazvijena područja i povećanje sigurnosti opskrbe energijom.

***************************************************************************

Primjer. Predviña se da će do sredine 21. stoljeća udjel biomase u potrošnji energije u svijetu

iznositi izmeñu 30 i 40%. Švedska je primjerice 1998.g. dobivala iz korištenja biomase 18%

energije, a Finska 10%. Prema dokumentima EU predviña se da će do 2010. godine

proizvodnja energije iz biomase u odnosu na ostale obnovljive izvore energije iznositi 73%.

Ukrajina ima instalirane kapacitete od 320 MW za dobivanje struje upravo korištenjem

biomase. U Hrvatskoj za sada još nije dovoljno razvijen sustav iskorištavanja bioenergije,

osim drva za grijanje prostorija i vode.

***************************************************************************

Energija vjetra je transformirani oblik sunčeve energije. Sunce neravnomjerno zagrijava

različite dijelove Zemlje i to rezultira različitim tlakovima zraka, a vjetar nastaje zbog težnje

za izjednačavanjem tlakova zraka. Postoje dijelovi Zemlje na kojima pušu takozvani stalni,

odnosno planetarni vjetrovi i na tim područjima je iskorištavanje energije vjetra najisplativije.

Dobre pozicije su obale oceana i pučina mora. Pučina se ističe kao najbolja pozicija zbog

stalnosti vjetrova, ali cijene instalacije i transporta energije sprečavaju takvu eksploataciju.

Kao dobre strane iskorištavanja energije vjetra ističu se visoka pouzdanost rada postrojenja,

nema troškova za gorivo i nema zagañivanja okoliša. Loše strane su visoki troškovi izgradnje

i promjenjivost brzine vjetra.

***************************************************************************

Primjer. Njemačka prednjači u proizvodnji električne energije iz vjetra sa 8 750 MW, a to je

više od jedne trećine ukupno instalirane snage vjetrenjača u svijetu. Od ukupne proizvodnje

električne energije u Danskoj, 14% je proizvedeno u vjetro-elektranama. Namjera Danske je

da se 50% energetskih potreba kućanstava zadovolji iskorištavanjem energije vjetra do 2030.

godine. U SAD-u je trenutno instalirano 6 374 MW vjetrenjača. Tako mala instalirana snaga u

gospodarski najjačoj zemlji svijeta rezultat je tradicionalnoga američkog oslanjanja na fosilna

goriva. U Hrvatskoj je iskorištavanje energije vjetra tek u začetku. Naime, smatralo se da

instaliranje generatora na vjetar ne bi bilo isplativo čak ni na nekim otocima gdje vjetar puše

gotovo cijelu godinu. Unatoč tome, izgrañena je vjetro-elektrana na otoku Pagu, koja je u

pogonu od 2004. godine, a ukupne je instalirane snage 5.95 MW. Druga vjetro-elektrana, koja

je ušla u pogon krajem 2006. godine, nalazi se na lokaciji Trtar - Krtolin u Šibensko -

kninskoj županiji, a ukupne je instalirane snage 11,2 MW. Prema Strategiji energetskog

100

razvitka Republike Hrvatske (NN 38/02), planirana izgradnja vjetro-elektrana u Hrvatskoj do

2010. godine iznosi oko 73 MW instalirane snage.

***************************************************************************

Korištenje direktne energije Sunca ili solarne energije je poznato već 2 500 godina. Stari Grci

su posebno dizajnirali svoje domove da bi mogli koristiti Sunčevu energiju, baš kao i indijanci

u SAD-u koji su svoje nastambe gradili na mjestima na kojima je izloženost Suncu bila

najveća, čime su koristili energiju Sunca za zagrijavanje svojih domova tijekom zimskih

razdoblja.

Ukupna količina solarne energije koja dolazi do Zemlje je izuzetno velika. U globalnom

mjerilu, količina solarne energije koja u samo dva tjedna dolazi do Zemlje ekvivalentna je

ukupnim zalihama fosilnih goriva na Zemlji. Pod optimalnim uvjetima, na površini Zemlje

može se dobiti 1 kW/m2, a stvarna vrijednost ovisi o lokaciji, godišnjem dobu, dobu dana,

vremenskim uvjetima itd.

Postoji nekoliko osnovnih principa iskorištavanja Sunčeve energije. Solarni kolektori

pretvaraju sunčevu energiju u toplinsku energiju vode, fotonaponskim ćelijama energija

Sunčeva zračenja direktno se pretvara u električnu energiju, a u velikim energetskim

postrojenjima često se koristi fokusiranje sunčeve energije.

Pitanja za vježbu:

1. Kada su ljudi tek počeli koristiti fosilna goriva, nije se znalo gotovo ništa o njihovom

štetnom utjecaju na okoliš, a u vrijeme snažnog industrijskoga rasta u prvoj polovici

20. stoljeća o zaštiti okoliša se i nije vodilo previše računa. Pretpostavite da je situacija

u to vrijeme bila nešto drugačija i da je napravljena znanstveno utemeljena studija o

utjecaju fosilnih goriva na okoliš. Smatrate li da bi se i u takvom slučaju korištenje

fosilnih goriva jednako razvijalo u prošlom stoljeću? Koji bi preduvjeti po vašem

mišljenju trebali biti ispunjeni da u potpunosti prevlada korištenje čistih energija?

2. Neki ljudi smatraju da sigurnost nuklearnih elektrana nije tehnološko pitanje, već ovisi

o ljudskom faktoru, odnosno da je moguće izgraditi takvu elektranu koja će imati vrlo

mali rizik od pojave akcidentnih situacija, a ljudski faktor je taj koji predstavlja

potencijalnu opasnost. S tim u vezi, postoje razmišljanja da se voñenje tehnoloških

procesa u budućnosti u potpunosti povjeri kompjuterima i senzorima u reaktoru.

Slažete li se s ovim mišljenjem? Objasnite svoj stav.

3. Smatrate li da je moguće koristiti izvore energije u skladu s koncepcijom održivoga

razvoja, a pri tome zadovoljiti rastuće potrebe za energijom? Na koji način bi

101

Republika Hrvatska trebala planirati iskorištavanje energetskih izvora u budućnosti?

Smatrate li da je za malu zemlju kao što je naša moguće u potpunosti zadovoljiti

ciljeve zaštite okoliša? Objasnite.

102

7. UVOD U ONEČIŠĆENJE I ZAGAðENJE, TOKSIČNOST I PROCJENA RIZIKA

Obrazovni ciljevi:

• Prikazati promjene u kakvoći okoliša koje su nastale ljudskim djelovanjem.

• Objasniti što je zagañenje i zašto je važno razumjeti mehanizme i uzroke koji dovode do

zagañenja u okolišu.

• Razumjeti zašto se javlja zagañenje i kada postaje štetno za ljude i okoliš.

• Prikazati tvari koje zagañuju okoliš i glavne izvore zagañenja.

• Prikazati transformaciju zagañivala u okolišu.

• Objasniti na koji način se procjenjuje rizik od izloženosti nekoj kemijskoj tvari.

• Razumjeti ulogu zakonodavstva i preventivnih mjera u smanjenja zagañenja u okolišu.

• Objasniti toksičnost kemijskih tvari i faktore koji utječu na toksičnost.

• Utvrditi značaj epidemioloških studija prilikom utvrñivanja rizika za zdravlje ljudi.

7.1. Ljudi i prirodni sustavi u interakciji

Ljudi mijenjaju Zemlju. To je činjenica koja je danas neosporiva i temeljena na brojnim

dokazima. Današnji stupanj i veličina različitih antropogenih utjecaja koji djeluju na promjene

u ekosustavima na Zemlji, bitno se razlikuju od onih kakvi su se javljali tijekom geološke

prošlosti. Promjene koje su u recentno vrijeme zabilježene na Zemlji takve su da ih moderna

znanost ne može u potpunosti razumjeti niti dokučiti njihove posljedice na okoliš. Primjeri za

ove tvrdnje su svuda zamjetni:

- od 30 do 50% površine na Zemlji je promijenjeno ljudskom aktivnošću;

- koncentracija ugljičnoga dioksida u atmosferi je narasla za više od 30% od početka

industrijske revolucije;

- više od polovice svih svjetskih resursa slatke vode ljudi koriste za svoje potrebe;

- više od ¼ svih vrsta ptica na Zemlji je izumrlo zbog utjecaja čovjeka itd.

***************************************************************************

Primjer. Neki ljudi dijele mišljenje da moderna tehnologija može u potpunosti zamijeniti

prirodne zemaljske sustave i njihovu funkciju za razvoj života na Zemlji. Godine 1991.

napravljen je eksperiment. Izgrañena je zatvorena struktura nazvana “Biosfera 2”, kao

samostalna jedinica namijenjena za održanje života na drugim planetima, koja je trebala

103

oponašati uvjete života na Zemlji. Ova jedinica koštala je oko dvije stotine milijuna američkih

dolara i prostirala se na površini od oko 1,27 ha, a sadržavala je mini ekosustave, kakvi danas

postoje na Zemlji: močvaru, ekvatorsku prašumu, pustinju, savanu s rijekama, mali umjetni

ocean s koraljnim grebenima, voćnjak i poljoprivredno tlo s raznim kulturama. Osmero ljudi

živjelo je u ovoj jedinici potpuno izolirano od vanjskoga svijeta, gotovo dvije godine. Prva

godina je prošla dobro, meñutim u drugoj godini propala je ljetina, a sadržaj kisika se smanjio

s 21% na 14%. Naime, pretjerana količina organske tvari u tlu u potpunosti je apsorbirala

kisik iz zraka, uslijed čega je količina ugljičnoga dioksida naglo porasla na razinu koja

uništava moždane funkcije. Od svih biljnih vrsta, samo su se neke vrste vinove loze i alge

prilagodile na nove uvjete života u “Biosferi 2”, a ostale su polako odumirale.

Na primjeru “Biosfere 2” pokazalo se da je lako narušiti ravnotežu u osjetljivom zatvorenom

sustavu. Koliko god bila velika i planet Zemlja je zatvoren sustav, osjetljiv na zagañenje.

***************************************************************************

Bez očuvanja prirodnih sustava nema niti života na Zemlji. To je paradigma koja je

prihvaćena u modernom društvu i koja je temelj održivoga razvitka. Značajan doprinos u

očuvanju života na Zemlji daje fantastično mnoštvo životinja, biljaka i mikroorganizama, koje

održava ekološku ravnotežu i opstanak ljudi na Zemlji. Sveukupnost živih organizama, koja

obuhvaća raznolikost unutar vrsta, meñu vrstama i ekosustavima na odreñenom području,

naziva se biološka raznolikost (eng.: biodiversity). Neki od organizama, koji djeluju kao

saprofitni organizmi, primjerice gljivice i bakterije, razgrañuju prirodni i ljudski otpad i

neophodni su za život na Zemlji. Čak i krupniji organizmi, kao što su strvinari, mogu biti

značajni za razgradnju i uklanjanje mrtvih organizama na nekim područjima, pa prema tome i

za očuvanje ekološke ravnoteže. Pojedine vrste, koje su značajne čak i za život ljudi, danas

kroz istrebljenja i zagañenja izumiru brzinom i do stotinu puta većom nego što je prirodni

stupanj izumiranja pojedinih vrsta, a glavni uzrok je čovjek.

Ujedinjeni narodi su u 2000. godini, kroz Program za okoliš (eng.: United Nations

Environment Programme, UNEP), pokrenuli milenijsku procjenu održivosti pojedinih

ekosustava (eng. millenium ecosystem assessment): šuma, kontinentalnih voda, obala,

pustinja, poljoprivrednih tala, u cilju procjene održivosti pojedinih ekosustava i utjecaja

čovjeka na njih. Na projektu, koji je službeno započeo 2001. godine, a trajao je do 2005.

godine, radilo je preko tisuću i pet stotina znanstvenika iz cijeloga svijeta. U završnom

izvještaju, koji je publiciran 2005. godine pod nazivom: “Ekosustavi i ljudski boljitak” (eng.:

Ecosystems and human well-being), ocijenjeno je da je utjecaj čovjeka presudan za održivost

prirodnih ekosustava, a ekosustavi u velikoj mjeri utječu na zdravlje i kvalitetu života ljudi.

104

7.2. Zagañenje u okolišu

Zagañenje (eng.: pollution) u okolišu je promjena stanja okoliša koju izaziva bilo koja tvar ili

energija koja je unesena, ispuštena ili odložena u tlo, vodu ili zrak u količinama koje

onemogućavaju daljnje korištenje prirodnih resursa i koje štetno djeluju na okoliš. Pojam

zagañenje treba razlikovati u odnosu na pojam onečišćenje (eng.: contamination). Onečišćenje

u okolišu je prisutnost neke tvari ili energije u okolišu, u količinama kojima se mijenjaju

korisna svojstva i kakvoća prirodnoga resursa, meñutim bez dokazanoga štetnog utjecaja na

okoliš, a daljnje korištenje prirodnoga resursa je neograničeno ili uvjetno ograničeno. Dakle,

zagañivalo (eng.: pollutant) je tvar ili energija koja uvjetuje nastanak zagañenja u okolišu, dok

je onečišćivalo (eng.: contaminant) tvar ili energija koja mijenja korisna svojstva i kakvoću

prirodnoga resursa, ali bez dokazanoga štetnog djelovanja na okoliš. Pritom ipak ne treba

zanemariti mogućnost nastanka kroničnih efekata od dugotrajnoga izlaganja nekoj štetnoj

tvari, makar u malim količinama.

Moderne analitičke metode omogućavaju detektiranje industrijskih kemikalija bilo gdje u

okolišu: tlu, vodi, zraku, hrani, pa čak i u tijelima ljudi, životinja i biljaka. Kumulativni

utjecaji zagañivala, koja se pojedinačno nalaze u malim koncentracijama u okolišu, mogu

ponekad izazvati neželjene štetne efekte za pojedine sastavnice okoliša. U slučaju da se radi o

istovrsnim kemijskim tvarima, sa sličnim mehanizmima reakcije i djelovanjima na okoliš,

tada zbroj njihovih koncentracija može ukazivati na postojanje potencijalne opasnosti. Ako se

radi o kemikalijama koje nemaju slične mehanizme reakcije, u odreñenim uvjetima one mogu

iskazati sinergistički efekt, gdje jedna kemikalija može značajno povećati štetno djelovanje

neke druge kemikalije, iako pojedinačno nemaju štetne posljedice za okoliš.

Da bi neka tvar ili energija postala zagañivalo ili onečišćivalo, ona mora u značajnim

količinama, na umjetan način, dospjeti u okoliš. Na primjer, nafta u tankeru neće se smatrati

zagañivalo sve dok se ne dogodi havarija na tankeru i nafta se izlije u okoliš; sintetički lijek

koji se primjenjuje svakodnevno u zdravstvu postat će zagañivalo tek ako se preko otpadnih

voda ispusti u rijeke i uzrokuje genetske ili kancerogene promjene na vodenim organizmima.

Bilo koja tvar, prirodna ili sintetička, može postati zagañivalo u okolišu, meñutim, sintetičke i

industrijske kemikalije su one koje najviše utječu na kakvoću okoliša i zdravlje ljudi.

Ponekad su zagañenja u okolišu toliko intenzivna da se direktne posljedice očituju kroz

katastrofalne štetne utjecaje na fizički okoliš, koji se manifestiraju kroz akutne i kronične

efekte na ljude te biljni i životinjski svijet. Indirektne posljedice kod ljudi očituju se u

promjeni percepcije prema značaju dogañaja zagañenja za ljude i okoliš.

105

***************************************************************************

Primjer:

Jedna od najtežih ekoloških nesreća dogodila se 1984. godine u indijskom gradu Bophalu,

zbog katastrofalne eksplozije, koju je uzrokovao izrazito toksičan, lako isparljivi pesticid

(metil-izocijanat) koji reagira vrlo burno s vodom. Nesreća se dogodila 2. prosinca u tvornici

pesticida, koja je bila u vlasništvu američke tvrtke Union Carbide, i to nakon što je voda došla

u kontakt s oko 189 000 litara pesticida. Eksplozija je rezultirala oslobañanjem 40 tona

pesticida u zrak, uslijed čega je trenutno poginulo oko 2 500 ljudi, a u sljedeća tri dana još

oko 8 000. Dugotrajne posljedice ove nesreće bile su još strašnije. Do 2003. godine umrlo je

gotovo 20 000 tisuća ljudi, a 150 000 ljudi kronično je obolilo od neuroloških bolesti i bolesti

respiratornih organa. Ispitivanja kakvoće podzemne vode, koja su provedena u obližnjim

zdencima u 1999. godini, otkrila su da je podzemna voda zagañena živom, u koncentracijama

koje su 20 000 do 6 000 000 puta veće od maksimalno dozvoljene. Podzemna voda je jedini

izvor pitke vode za lokalno stanovništvo, a posljedice dugotrajnoga konzumiranja zagañene

vode kod ljudi očituju se učestalim pojavama karcinoma, oštećenjima moždanih stanica,

malformacijama na tek roñenoj djeci itd.

***************************************************************************

Izuzetno je značajno razlikovati zagañivalo od otpada. Pod otpadom se misli na tvari koje su

izgubile svoja korisna svojstva po prvobitnoj namjeni, odnosno materijal kojem je prošao

vijek trajanja. Otpad može postati zagañivalo, ako dospije u okoliš u štetnim količinama, ali

otpad se može i reciklirati i tada mu se vraćaju korisna svojstva i prvobitna namjena.

Ako se izuzmu dogañaji namjernoga ispuštanja ili odlaganja štetnih tvari u okoliš, zagañenje

nastaje zato što nijedan proces nije 100% efikasan. Na primjer, ljudsko tijelo ne može

iskoristiti 100% hrane koju čovjek pojede svaki dan, niti može iskoristiti svu potencijalnu

energiju u hrani u korisnu energiju, već dio postaje otpadna energija. Vlakna u hrani neće se u

potpunosti razgraditi u probavnom traktu, već kao otpadne fekalne tvari izlaze iz ljudskoga

organizma. Enzimi u organizmu razgrañuju hranu u molekule, koje se dalje prenose krvlju u

druge organe, ali dio molekula se izbacuje urinom iz tijela kao kemijski otpad.

Prilikom sagorijevanja motornih goriva, npr. benzina, ugljikovodici reagiraju s kisikom iz

zraka i dolazi do nastanka ugljik dioksida i vode kao krajnjih produkata sagorijevanja. Pri tom

se javljaju i nusprodukti reakcije, kao što su policiklički aromatski ugljikovodici i čaña , koji

nastaju zbog nedovoljnoga sagorijevanja goriva. Ukoliko motorno gorivo sadrži nečistoće

poput metala ili sumpora, tada u reakciji s kisikom nastaju metalni oksidi i sumpor dioksid.

106

7.3. Tvari koje zagañuju okoliš

Gotovo bilo koja kemijska ili biološka tvar ili čak energija (u obliku povišene temperature),

bez obzira javlja li se prirodno u okolišu ili ne, može postati zagañivalo, pod uvjetom da

dospije u okoliš u količinama koje su štetne za ljude i životinjske i biljne organizme. Primjeri

za tvari koje se često nalaze u okolišu kao zagañivala su:

a. organske kemijske tvari: nafta, pesticidi, organska otapala;

b. anorganske kemijske tvari: nitrati, kloridi, teški metali (Hg, Pb, Cd);

c. organometalni kompleksi (nastaju vezivanjem ugljikovog atoma za metalni atom): metil-

živa, tetraetil-olovo;

d. radioaktivne tvari: radioaktivni izotopi: 235

U, 226

Ra;

e. biološke tvari: mikroorganizmi (bakterije, virusi), poleni biljaka.

Dio kemijskih tvari, kao što su sintetičke organske i anorganske tvari, proizveo je čovjek i

zbog toga ih je relativno lagano detektirati kao zagañivala, ako se pojave u okolišu. Meñutim,

u okolišu se javljaju i organske i anorganske tvari koje su prirodnoga porijekla, a one

zagañuju okoliš najčešće u promijenjenim uvjetima zbog različitih antropogenih utjecaja.

***************************************************************************

Primjeri. Radioaktivni element radon je plin bez boje i mirisa, a nastaje raspadom radija. Iako

je prisutan u vrlo malim koncentracijama u zraku, može se nakupljati u grañevinskim

objektima u koje dolazi isparavanjem iz tla ili stijene na kojoj je temeljena grañevina. Budući

da je radon radioaktivan, a ujedno i radiotoksičan i kancerogen, ako se udiše uzrokuje rak

pluća i na drugom je mjestu uzročnika raka, odmah iza duhanskoga dima.

Pojava arsena u prirodnim podzemnim vodama rezultat je otapanja minerala arsenopirita

(FeAsS), arsenolita (As2O3), ili realgara (As2S2), koji se nalaze u sedimentnim i vulkanskim

stijenama. Od anorganskih oblika, arsen se najčešće javlja u podzemnim vodama u obliku

trovalentnoga arsenita (As3+) te peterovalentnog arsenata (As5+). Na oblik pojavljivanja

spojeva arsena u vodi utječu pH i redoks potencijal. Arsenat je dominantan u površinskim

vodama, za razliku od arsenita koji je zastupljeniji pri reducirajućim, anaerobnim uvjetima u

podzemnim vodama. Zbog svoje velike toksičnosti, arsen je vrlo nepoželjan element u vodi i

najviša dozvoljena koncentracija arsena u vodi je 10 µg/l.

***************************************************************************

Zagañivala rijetko ostaju fiksirana na mjestu nastanka, ona se transportiraju vodom, tlom ili

zrakom. Najveći utjecaj zagañivala na okoliš nastaje na mjestu nastanka zagañivala, meñutim

107

negativni efekti mogu se evidentirati tisućama kilometara daleko. Zagañivala koja se

transportiraju vodom ili zrakom čak prelaze administrativne granice susjednih država, pa čak i

kontinente. U takvim uvjetima teško je kontrolirati pojavu zagañenja iz nepoznatih izvora

zagañenja.

***************************************************************************

Primjer. Kisele kiše.

Kisele kiše nastaju reakcijom plinova: SO2 i NOx, koji reagiraju s vodenom parom u zraku i

nastaju sumporne i dušične kiseline, koje se ponekad transportiraju na velike udaljenosti prije

nego što padnu s kišom na površinu Zemlje.

Primjer. Efekt “skakavca” (eng.: grasshopper efect).

Insekticid DDT je vrlo intenzivno korišten u nekim zemljama Latinske Amerike sve do

početka sedamdesetih godina prošloga stoljeća. Nakon primjene na poljoprivrednom tlu, on je

podložan procesima evapotranspiracije, a vjetrovi koji pušu na američkom kontinentu nose ga

prema sjeveru, prema SAD-u. U trenutku kada topli vjetar s juga američkoga kontinenta doñe

u hladnije krajeve, dolazi do kondenzacije vlage i taloženja DDT-a. Nedavna ispitivanja u

sjevernim predjelima u Kanadi, pokazala su da su u nekim tlima prisutne visoke koncentracije

DDT-a i drugih otpornih organskih zagañivala, koja su porijeklom s juga kontinenta.

***************************************************************************

7.4. Izvori zagañenja u okolišu

Paradigma: “Ja sam, stoga zagañujem”, najbolje opisuje brojnost različitih izvora zagañenja u

okolišu. Izvori zagañenja se mogu podijeliti u:

a) aktivne i potencijalne (ukoliko se razmatra zagañenje voda);

b) stacionarne i mobilne (ukoliko se razmatra zagañenje zraka),

a postoje i različite druge podjele i tipovi izvora zagañenja.

U tablici 1 prikazani su primjeri za najčešće izvore zagañenja i tvari kojima zagañuju okoliš.

108

Tablica 1. Izvori zagañenja i zagañivala okoliša

Izvori zagañenja Zagañivala

cestovna motorna vozila ispušni plinovi, motorna goriva i ulja

kemijska, prehrambena i tekstilna industrija otpadne vode iz interne kanalizacije, sirovine, otpadne

krute tvari

poljoprivreda nitrati, pesticidi

propusna kanalizacijska mreža otpadne fekalne ili oborinske vode, industrijske

otpadne vode

odlagališta otpada i spalionice krute i tekuće otpadne tvari, emisije plinova u

atmosferu (metan, CO2, SO2, NOx)

termoelektrane CO2, SO2, NOx, radioaktivne tvari koje se nalaze kao

akcesorne u ugljenu: uran i torij

grañevinski radovi kruti i tekući otpad

željeznica zaštitna sredstva protiv korova (herbicidi)

vojne vježbe ili ratne operacije radioaktivne tvari (bojne glave djelomično obogaćene

uranom), naftni derivati, bojni otrovi

7.5. Transformacije zagañivala u okolišu

U vrlo hladnim područjima, kao što su Artik ili Antartik, organska zagañivala su postojana i

ne razgrañuju se. U umjerenim i toplim područjima organska zagañivala prolaze kroz procese

razgradnje.

U razgradnji i uklanjanju organskoga otpada naročito pomažu saprofitni organizmi, bakterije i

gljivice, koje se hrane organskim ostacima. Proces razgradnje organske tvari u aerobnim

uvjetima naziva se mineralizacija, a krajnji produkti razgradnje organskih zagañivala u

okolišu su voda i ugljik dioksid. U anaerobnim uvjetima, ne dolazi do mineralizacije

organskoga zagañivala, a krajnji produkt razgradnje je plin metan.

U procesu razgradnje organskih tvari, fizikalni faktori mogu utjecati na povećanje brzine

razgradnje organskih zagañivala. Najznačajniji fizikalni faktori su:

a) ambijentalna temperatura;

b) Sunčevo ultraljubičasto zračenje;

c) kretanje valova - dinamika valova utječe na podizanje istaložene organske tvari na

površinu.

Anorganska zagañivala se ne razgrañuju u procesu mineralizacije, već prolaze kroz kemijske

promjene. Primjer je željezo, koje u dodiru s kisikom korodira, a proces korozije pripada u

109

reverzibilne kemijske reakcije. Zagrijavanjem korodiranog željeza na visokim temperaturama

dolazi do oslobañanja kisika iz korodiranoga željeza.

7.6. Procjena rizika od utjecaja zagañivala na okoliš

U današnje vrijeme, zagañivanje okoliša postaje jedan od temeljnih problema s kojima se

suočava ljudska civilizacija. Jedini način da se čovječanstvo uspješno bori s tim gorućim

problemom je reduciranje sve veće emisije različitih zagañivala u okoliš.

Procjena rizika je moderna tehnika, koja se intenzivno primjenjuje u zadnjih nekoliko

desetljeća, a obuhvaća: procjenu rizika od utjecaja pojedinačnih zagañivala na okoliš (eng.:

individual chemical risk assessment) te komparativnu procjenu rizika na okoliš (eng.:

comparative risk assessment).

Kod procjene rizika od utjecaja pojedinačnih zagañivala na okoliš, pažnju treba obratiti na

faktore koji utječu na povećani rizik od pojedinih kemijskih tvari:

a) perzistentnost (otpornost) kemijske tvari u okolišu - vrlo otporne kemijske tvari su metali,

ali i neki organski spojevi koji se vrlo sporo razgrañuju. Teško razgradivi organski spojevi

su na primjer DDT i dioksini kao grupa kemijskih spojeva koji su vrlo otporni i vrlo

toksični. 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioksin ili TCDD nastaje spaljivanjem kemijskih

spojeva na bazi klora s ugljikovodicima);

b) bioakumulacija (eng.: bioaccumulation) - sposobnost akumuliranja zagañivala, kao što su

DDT i teški metali, u pojedinim organima u biljkama ili životinjama;

c) toksičnost ili otrovnost

Ako kemijska tvar ima sve navedene karakteristike, onda se radi o potencijalno vrlo rizičnom

zagañivalu.

Komparativna procjena rizika na okoliš sastoji se u usporeñivanju rizika od utjecaja

zagañenja uzrokovanoga različitim kemijskim tvarima (primjerice rizik od zagañenja s

aromatskim ugljikovodikom benzenom u odnosu na rizik od zagañenja olovnim spojevima) te

u usporeñivanju različitih manifestacija nastanka zagañenja u okolišu, s ciljem klasifikacije

rizika prema opasnosti za okoliš.

Komparativna procjena rizika često se koristi kako bi se dogañaji zagañenja usporeñivali i s

pojavama koje su vezane za druge antropogene utjecaje (primjerice izumiranje biljnih i

životinjskih vrsta).

110

U primjeni ove metode, procjena rizika nije temeljena isključivo na znanstvenim principima i

metodama. U obzir se uzimaju i drugi kriteriji kao što su: sustavi vrijednosti šire društvene

zajednice, stupanj potencijalne opasnosti po kvalitetu i standard života na nekom području ili

ekonomski kriterij.

Rezultati komparativne procjene rizika iz UNEP-ove studije za 2000. godinu, pokazali su da

su najveći problemi u okolišu povezani sa zagañenjem voda i zraka, globalnim zatopljivanjem

te rastom svjetske populacije i prekomjernim iskorištavanjem prirodnih resursa.

7.7. Uloga zakonodavstva i preventivnih mjera u smanjenju zagañenja u okolišu

Zakonskim propisima ureñuje se način gospodarenja i upravljanja pojedinim tvarima koje su

potencijalna zagañivala okoliša. U Hrvatskoj postoji jedinstven Zakon o zaštiti okoliša (NN

br. 110/07) kojim se, izmeñu ostaloga, ureñuju: “načela zaštite okoliša i održivog razvitka,

zaštita sastavnica okoliša i zaštita okoliša od utjecaja opterećenja”.

U Europskoj Uniji postoji cijeli niz Direktiva koji reguliraju sprečavanje i kontrolu zagañenja

na izvoru zagañenja, prije upuštanja u okoliš, npr. IPPC Direktiva – Direktiva o cjelovitoj

prevenciji i kontroli zagañenja (eng.: Integrated Pollution Prevention and Control).

Prevencija zagañenja (eng.: pollution prevention) je moderan koncept u zaštiti okoliša, tzv.

koncept druge generacije (eng.: second generation concept), koji se temelji na smanjenju

količine otpada kao potencijalnoga zagañivala u okolišu.

Prevencija zagañenja je na vrhu hijerarhijske ljestvice upravljanja otpadom i postupno

zamjenjuje koncept prve generacije (eng.: first generation concept), koji je nastao u drugoj

polovici dvadesetoga stoljeća, a temeljio se na gradnji sustava koji će kontrolirati zagañenje

na mjestu nastanka, prije emisije u okoliš (eng.: end-of-pipe control).

Prva faza u prevenciji zagañenja je sprečavanje emisije potencijalnoga zagañivala u okoliš

(primjerice premazivanjem sa zaštitnim sredstvima rezervoarskoga prostora s kemikalijama,

redovitom kontrolom materijala; izgradnjom betonskoga zaštitnog okna oko rezervoarskog

prostora itd.).

U drugoj fazi, opasne kemijske tvari u proizvodnom procesu zamjenjuju se s tvarima koje su

neškodljive za okoliš (primjerice vrši se zamjena opasnih organskih otapala za čišćenje metala

s neopasnim otapalima na bazi vode).

Razvoj novih kemikalija koje će biti neopasne za okoliš u skladu je s konceptom dizajn za

okoliš (eng.: design for the environment). Cilj je razviti proizvod koji će biti:

111

- što dužeg vijeka trajanja;

- neopasan za okoliš;

- lako razgradiv s mogućnošću recikliranja.

Prevencija zagañenja je značajna, meñutim, ponekad nije moguće u potpunosti izbjeći

stvaranje otpada kao potencijalnoga zagañivala. Kao novi koncept u zaštiti okoliša uvodi se

pojam industrijske ekologije (eng.: industrial ecology), koja u potpunosti redefinira pojam i

značenje otpada. Koncepcija je bazirana na ideji da materijal koji je otpad u jednom

proizvodnom procesu može biti svrsishodno upotrijebljen u drugom proizvodnom procesu.

Kao primjer može poslužiti grad Kalundborg u Danskoj, koji razrañuje model tretiranja

otpada kao korisnog nusprodukta u procesu koji je nazvan industrijska simbioza, gdje se

otpadni materijal, energija, pa čak i otpadna voda prodaje i koristi kao sirovina.

7.8. Toksičnost tvari

Toksičnost je sinonim za otrovnost neke tvari. Toksične tvari uzrokuju štetne posljedice za

ljude, biljke ili životinje, na način da mijenjaju njihove vitalne metaboličke funkcije, odnosno

utječu na promjene u procesima izmjene tvari u organizmima.

Opasne tvari mogu biti otrovne, ali se ne smiju poistovjetiti s toksičnim tvarima. Opasne tvari

mogu biti i korozivne, reaktivne, zapaljive, radioaktivne ili infektivne.

Pod pojmom toksin podrazumijeva se otrovni proizvod metabolizma patogenih

mikroorganizama, ali i biljaka i životinja (primjerice zmijski ugriz ili paukov ugriz).

Toksičnost neke kemijske tvari ovisi o raznim faktorima:

- količini toksične tvari koja je dospjela u organizam (ili dozi toksične tvari);

- načinu unosa toksične tvari u organizam (kroz dulje vrijeme ili trenutno);

- zdravlju organizma;

- starosti organizma;

- spolu organizma.

U vrlo malim količinama, neke toksične tvari mogu se koristiti kao lijekovi.

***************************************************************************

Primjeri.

Botulinski toksin (najjači poznati toksin), koji nastaje u nekim vrstama namirnica ako nisu na

pravilan način prerañene, može imati vrlo povoljno djelovanje prilikom liječenja upala mišića

ili zglobova.

112

Kurare je prirodni toksin koji koriste uroñenici u Amazonskim prašumama za premazivanje

vrhova strelica ili koplja, a koristi se za liječenje upala mišića, naročito nakon operacija.

Atropin je toksin koji nastaje iz biljaka roda Solanaceae (ponoćna biljka) i koristi se kao

protuotrov za bojne otrove koji djeluju na živčani sustav organizama ili kao protuotrov za

liječenje posljedica uslijed trovanja organofosfatnim pesticidima.

***************************************************************************

Kemijske tvari, koje su korisne za zdravlje i život ljudi, mogu ponekad biti toksične.

***************************************************************************

Primjer. Nutrijenti su kemijski sastojci hrane koji su bitni za pravilno funkcioniranje

organizma i imaju vrlo značajne funkcije:

a) stvaraju izvor energije za metabolizam;

b) stvaraju strukturne materije potrebne za zaštitu ili podršku organizma: kosti, mišiće,

tetive, kožu;

c) imaju učešće u regulaciji tjelesnih procesa, uključujući metabolizam, rast, saniranje

oštećenja i reprodukciju.

Ipak, neki nutrijenti u visokim koncentracijama mogu biti toksični, a primjer je natrijev klorid

(NaCl) kuhinjska sol, koji u velikim količinama može djelovati smrtonosno na malu djecu,

može utjecati na povišenje krvnoga tlaka, jer zadržava tekućinu u tijelu, a može i uzrokovati

rak želuca, što je kronični efekt u slučaju dugotrajnoga uzimanja soli u velikim količinama.

***************************************************************************

Gotovo sve kemijske tvari u odreñenim količinama mogu biti toksične. Čak i prekomjerno

uzimanje vode za piće može djelovati smrtonosno zbog narušavanja osmotske ravnoteže u

ljudskim stanicama.

Akutna toksičnost javlja se kao štetan efekt u organizmu nakon jednostrukoga uzimanja ili

izloženosti nekoj kemijskoj tvari. Posljedice akutnoga trovanja javljaju se trenutno, a očituju

se povraćanjem, nesvjesticom, srčanom aritmijom itd.

Kronična toksičnost nastaje uslijed dugotrajne izloženosti organizma nekoj toksičnoj tvari u

malim količinama, a posljedice kroničnoga trovanja mogu se javiti nakon što je organizam bio

izložen kroz dulje vrijeme štetnom djelovanju neke toksične tvari.

Najpoznatiji kronični efekt vezan je uz nastanak karcinoma, koji se javlja čak 15 do 25 godina

nakon što je organizam bio izložen toksičnom djelovanju neke tvari. Na primjer, leukemija,

rak bijelih krvnih zrnaca, nastaje uslijed dugotrajne izloženosti organizma aromatskom

ugljikovodiku benzenu (C6H6); rak na plućima nastaje uslijed izlaganja organizma

radioaktivnom elementu radonu itd.

113

Tvar koja ne uzrokuje akutnu toksičnost može u nekim slučajevima uzrokovati kroničnu

toksičnost. Jednostruko izlaganje živinim parama nakon što se razbije živin termometar neće

ostaviti štetne posljedice, meñutim dugotrajno izlaganje živinim parama može ozbiljno

naštetiti središnjem živčanom sustavu.

Izloženost organizma djelovanju toksičnih tvari može se očitovati, osim kroz sumarni i

sinergistički efekt, takoñer i kroz stimulirajući te antagonistički ili suprotan efekt.

Stimulirajući efekt djelovanja toksičnih tvari nastaje kada kemijska tvar (1), koja nema štetan

utjecaj na specifični organ, pojačava djelovanje kemijske tvari (2) koja je već toksična za taj

organ.

Antagonistički ili suprotan efekt nastaje kada kemijska tvar (1) interferira s kemijskom tvari

(2) i pobija njeno toksično djelovanje, odnosno djeluje kao protuotrov. Drugi tip

antagonističkog efekta javlja se kada dvije kemijske tvari reagiraju meñusobno i nastaje

produkt koji je manje toksičan (trovanje nekim teškim metalima može se ublažiti dodavanjem

specijalne uljne tekućine kemijskog sastava C3H8OS2, koja veže na sebe metalne ione i

umanjuje njihovo toksično djelovanje).

Sistemski efekti djelovanja toksičnih tvari očituju se kroz absorpciju tvari u organizam:

- inhalacijom u pluća – najbrži način ulaska toksične tvari u organizam;

- unašanjem u probavni trakt kroz hranu – iz probavnoga trakta toksične tvari ulaze u

krvotok do jetre koja prima najveću dozu tvari;

- absorpcijom kroz kožu – koža pruža dobru zaštitu, ali neke toksične tvari kao pesticid

paration se vrlo dobro absorbiraju u organizam.

Nakon absorpcije, toksične tvari se distribuiraju krvotokom do organa, a pojedini organi su

različito osjetljivi na različite toksične tvari:

- živčani sustav je osjetljiv na toksično djelovanje žive i olova;

- centralni živčani sustav osjetljiv je na visoke koncentracije benzena, koji izaziva stanje

narkoze.

Da bi se organizam oslobodio toksičnih tvari, u njemu se odvijaju metabolički procesi,

odnosno biotransformacija tvari koja omogućava njihovo izbacivanje iz organizma. Jetra i

bubrezi su naročito aktivni u procesima biotransformacije, meñutim u jetri mogu nastati čak i

toksičnije tvari od onih što su prvobitno ušle u organizam. Primjer je reakcija benzena s

kisikom, uslijed čega nastaje benzen oksid, koji razara koštanu srž.

Izlučivanje toksičnih tvari iz organizma ovisi o načinu na koji su toksične tvari ušle u

organizam:

- topive kemikalije u vodi se izlučuju urinom;

114

- netopive tvari u vodi organizam nastoji transformirati u topive, a ostatak netopivih tvari se

iz jetrene žući transportira u probavni trakt i napušta tijelo kao fekalije.

Lokalni efekti djelovanja toksičnih tvari se javljaju isključivo na kontaktu toksične tvari s

kožom, očima, plućima ili probavnim traktom.

***************************************************************************

Primjer. Kiselina iritira kožu (korozivni efekt) u točki gdje je ostvaren direktan kontakt s

kožom. Reaktivni plinovi kao što su formaldehidi (koristi se u proizvodnji smola i boja, a u

vodenoj otopini kao konzervans) takoñer mogu pokazivati lokalne efekte na mjestu dodira s

kožom, ali pokazuju i sistemske efekte, nakon što su absorbirani u organizam.

***************************************************************************

Biodostupnost (eng.: bioavailability) označava dostupnost toksične tvari u prirodnim

uvjetima, u kontekstu procjene rizika od utjecaja toksičnih tvari. Na biodostupnost utječu

fizikalni i kemijski faktori.

***************************************************************************

Primjer. Fizikalni faktori koji utječu na biodostupnost nekih organskih spojeva.

Neki vrlo toksični kemijski spojevi, kao što su polklorirani bifenili (PCB) ili policiklički

aromatski ugljikovodici (PAH) snažno su vezani za čestice tla ili sedimenta, pa čak i

absorbirani u strukturu čestica. Oni postaju dostupni za unos u organizam jedino ako se

direktno unose hranjenjem u organizam.

Primjer. Kemijski faktori koji utječu na biodostupnost žive.

Elementarna živa ako dospije u ljudsko tijelo neće biti absorbirana u organima, budući da je

slabo topiva i razgradiva, nego će se u relativno kratkom vremenu odstraniti iz ljudskoga

tijela. Meñutim, ako je živa vezana za organske spojeve, nastaje metil-živa koja je vrlo topiva

i brzo se absorbira, a izrazito je toksična.

***************************************************************************

Neke toksične tvari mogu se zadržavati dugo vrijeme u nekim ljudskim ili životinjskim

organima, a odstranjuju se iz organizma postupno i kroz duže vrijeme.

***************************************************************************

Primjer. Olovo se akumulira u kostima kroz duže vrijeme, a do oslobañanja olova može doći

na primjer za vrijeme trudnoće, kada majčine kosti oslobañaju kalcij koji se ugrañuje u fetus,

ali istovremeno oslobañaju i velike količine olova iz svojih kostiju.

Neke organske tvari, kao primjerice perzistentni pesticid DDT, mogu se dugo vrijeme

zadržavati u masnom tkivu bez štetnih posljedica, a oslobañanje se dogaña za vrijeme

topljenja masnoće kada se oslobaña i DDT, koji tada uzrokuje trovanje organizma.

115

***************************************************************************

Kada se zagañivalo akumulira u organizmu u koncentraciji koja je viša nego u susjednom

okolišu, tada se za to zagañivalo kaže da je bioakumulirano u organizmu.

***************************************************************************

Primjer. Poliklorirani bifenili (PCB) i dioksini bioakumuliraju se u masnom tkivu. Stroncij,

fluorid i olovo se bioakumuliraju u kostima. Kadmij se veže za proteine i bioakumulira u jetri,

bubrezima i drugim mekanim tkivima.

***************************************************************************

7.9. Značaj epidemioloških studija

Epidemiologija je znanost koja istražuje uzroke bolesti, njihovu raspodjelu u ljudskoj

populaciji i faktore koji utječu na raspodjelu bolesti. Epidemiološke studije su vrlo bitne jer

direktno utvrñuju rizik po zdravlje ljudi od neke kemijske tvari.

Provoñenjem epidemioloških studija na relativno malom uzorku, nije moguće čvrsto dokazati

da je neka toksična tvar uzrok pojave bolesti, ali je moguće naznačiti strogu zavisnost ili

korelaciju izmeñu potencijalnoga uzroka (toksične tvari) i posljedice (bolesti). Epidemiološke

studije je teško provoditi, jer postoje brojni faktori koji umanjuju njihovu točnost:

- kumulativni efekti različitih toksičnih tvari (nije moguće odrediti rizik od jedne tvari);

- stvarna izloženost ljudi nekoj tvari (kako je kvantificirati?);

- studije koje provode lokalne zajednice (radi se o pojedinačnim istraživanjima na malom

broju ljudi u ograničenom području).

***************************************************************************

Primjer. U devedesetim godinama dvadesetoga stoljeća provedene su dvije opsežne studije,

koje su se pokazale vrlo uspješne. U prvoj studiji je dokazana veza izmeñu pretjeranoga

uzimanja vitamina A za vrijeme trudnoće kod žena i ozbiljnih defekata u tek roñenoj djeci

(utvrñeni su defekti na ekstremitetima i srčani defekti). U drugoj studiji utvrñeno je da

nedostatak vitamina B u trudnica uzrokuje odvajanje hrptene moždine od koštanoga tkiva i

nedovoljan razvoj mozga u djeteta.

***************************************************************************

Procjena rizika od neke kemijske tvari je proces koji sistematski ispituje prirodu i veličinu

rizika. Rizik od neke toksične tvari ovisi o stupnju izloženosti i toksičnosti, odnosno

otrovnosti tvari koja se procjenjuje.

116

U procjeni rizika od kemijskih tvari, zdravstveni efekti tvari na ljude mogu se podijeliti u

dvije kategorije:

- zdravstveni efekti koji ne uzrokuju rak;

- zdravstveni efekti koji uzrokuju rak.

***************************************************************************

Primjer. Procjena rizika za tvari koje uzrokuju rak.

Procjena rizika za pojedine karcinogene spojeve traje oko 4 do 6 godina i košta nekoliko

milijuna dolara. Procjena rizika odvija se u 4 faze:

1. Identifikacija opasnosti od mogućih karcinogenih tvari - potrebno je koristiti se

postojećim informacijama:

a. dostupnom literaturom o kemijskoj tvari koja se istražuje;

b. rezultatima laboratorijskih ispitivanja na životinjama;

c. epidemiološkim studijama;

d. podacima o proizvedenim količinama ispitivane tvari;

e. podacima o broju ljudi koji su mogli biti izloženi štetnom djelovanju tvari.

2. Procjena izloženosti karcinogenoj tvari – potrebno je odrediti:

a. izvor kemikalije (zrak, voda, tlo);

b. na koji način se javlja izloženost (kroz hranu, pitku vodu ili zrak);

c. najugroženiju populaciju;

d. stupanj ugroženosti djece.

3. Procjena doze koja je toksična za laboratorijske životinje; laboratorijske životinje se

podvrgavaju intenzivnim ispitivanjima, u kojima se utvrñuje faktor učinka nastanka

karcinoma (eng.: cancer potency factor). Za tvari koje nisu karcinogene, odreñuje se

nekoliko referentnih koncentracija:

a. najveća doza koju životinje toleriraju bez negativnih efekata (eng.: No

Observed Adverse Effect Level – NOAEL);

b. faktor sigurnosti (od 100 do 1000);

c. Referentna doza za ljude (NOAEL/faktor sigurnosti) ili maksimalna

dozvoljena koncentracija (MDK).

4. Karakterizacija rizika od kemijskih tvari: na temelju rezultata identifikacije opasnosti

od kemijskih tvari, procjene izloženosti i procjene doze radi se procjena rizika,

izražena kao vjerojatnost da će izloženost nekoj tvari kroz ljudski vijek (70 godina)

prouzročiti karcinom.

117

Pitanja za vježbu:

1. Razmotrite sljedeće tvrdnje:

a) Alarmantna je činjenica da je na planeti Zemlji prisutno još vrlo malo lokacija na

kojima nije utvrñen antropogeni utjecaj. Naše zdravlje, zdravlje naše djece i kakvoću

okoliša opasno ugrožavaju štetni utjecaji koje je prouzročio čovjek. Potrebno je

prisiliti različite industrije da maksimalno koriste preventivne mjere zaštite okoliša,

odnosno da dokažu da kemikalija koju proizvode ili koriste nema štetan utjecaj na

okoliš. Za sve kemikalije, koje se trenutno nalaze na tržištu, potrebno je trenutno

provesti epidemiološke studije.

b) Ne smijemo se previše brinuti oko onečišćenja u okolišu. Nemoguće je, a osim toga i

preskupo, u potpunosti reducirati emisije onečišćenja u okoliš. Osim toga, neke tvari

koje onečišćuju okoliš javljaju se i prirodno u okolišu, pa je vrlo teško odijeliti

antropogeni utjecaj od prirodnoga sadržaja neke tvari. Trebali bi naše materijalne i

ljudske resurse usmjeriti na rješavanje visoko rizičnih problema u okolišu, kao što su

prirodni hazardi ili smanjenje utjecaja globalnih klimatskih promjena. Ako i

povučemo neku kemijsku tvar iz opticaja i zamijenimo je s nekom drugom kemijskom

tvari, za koju trenutno nema dokaza da onečišćuje okoliš, nove studije u budućnosti

možda će pokazati da štetan utjecaj te druge tvari ipak postoji.

Slažete li se s bilo kojom od ovih dviju tvrdnji i zašto?

2. Na primjeru grada Kalundborga u Danskoj vidjeli ste primjenu novog koncepta u

zaštiti okoliša, pod nazivom industrijska ekologija. Probajte pronaći još neke primjere.

Na koji način bi se mogao koncept industrijske ekologije primijeniti u Hrvatskoj i koji

bi preduvjeti pri tom trebali biti ispunjeni?

118

8. ONEČIŠĆENJE I ZAGAðENJE VODA

Obrazovni ciljevi:

• Razumjeti uzroke koji dovode do zagañenja voda.

• Objasniti što su standardi kakvoće voda i zašto su važni.

• Objasniti utjecaj urbanizacije na kakvoću voda i pojavu zagañenja voda.

• Prikazati ponašanje nekih organskih zagañivala u podzemnim vodama i metode njihove

sanacije.

• Prikazati zakonske okvire za prevenciju zagañenja voda u Hrvatskoj i Europi.

• Objasniti integrirani monitoring kakvoće voda u okviru nove koncepcije zaštite voda u

Europskoj Uniji.

8.1. Uzroci koji dovode do zagañenja voda

Zagañenje voda, u najširem smislu, predstavlja smanjivanje kakvoće vode uslijed naknadno

primljenih primjesa. Prema intenzitetu promjene kakvoće vode, razlikuju se onečišćenje vode

i zagañenje vode. Općenito se pod pojmom onečišćenje vode smatra svaka promjena kakvoće

vode koja nastaje unašanjem, ispuštanjem ili odlaganjem u vode hranjivih i drugih tvari,

utjecajem energije ili drugih uzročnika, u količini kojom se mijenjaju korisna svojstva vode,

pogoršava stanje vodenih ekosustava, i ograničuje namjenska uporaba vode. Pod pojmom

zagañenje vode smatra se degradacija kakvoće vode fizičkim, kemijskim, biološkim ili

radiološkim onečišćenjem do stupnja pri kojem je nemoguće korištenje vode za piće, odnosno

pri kojem voda postaje štetna po ljudsko zdravlje.

Uzroci zagañenja i onečišćenja podzemnih voda uvijek su vezani uz različite oblike ljudske

aktivnosti (slika 8.1), a izvori zagañenja voda generalno se mogu podijeliti u aktivne i

potencijalne.

Aktivni izvori zagañenja su oni za koje je sigurno da emitiraju zagañenje u vode, a mogu biti

stalni i povremeni. Stalni ili kontinuirani izvori zagañenja emitiraju zagañenje cijelo vrijeme

promatranja i na njih većinom ne utječu prevladavajući hidrološki uvjeti. U ove izvore

zagañenja pripadaju:

a) točkasti izvori - industrijski efluenti, ureñaji za pročišćavanje otpadnih voda, drenažne

rudničke vode, riblje farme, septičke jame;

119

b) raspršeni ili difuzni izvori – poljoprivredna aktivnost na navodnjavanim površinama.

Slika 8.1. Izvori zagañenja podzemnih voda (modificirano prema Zaporozec & Miller, 2000)

U stalne izvore zagañenja često pripadaju i oni izvori zagañenja koji bi, u idealnim uvjetima,

trebali pripadati grupi potencijalnih izvora zagañenja, primjerice propusna kanalizacijska

mreža. Takoñer, ovdje mogu pripadati i odlagališta komunalnoga i industrijskog otpada te

divlja odlagališta otpada i napuštene šljunčare ispunjene raznovrsnim otpadom. Površinske

vode, ukoliko su opterećene industrijskim i komunalnim otpadnim vodama, takoñer pripadaju

u kategoriju stalnih izvora zagañenja.

Neke vrste zagañivala, kao što su klorna otapala, imaju veliku gustoću i relativno malu

viskoznost, što im omogućava vrlo brzo vertikalno procjeñivanje kroz vadoznu zonu, ali i

kroz saturiranu zonu vodonosnika, do neke nepropusne podine. Dio zagañivala, koji ostaje

zarobljen na krutom matriksu stijene ili tla i postupno se otapa u podzemnoj vodi, čini stalni

izvor zagañenja podzemne vode.

Povremeni izvori zagañenja emitiraju zagañivalo samo u jednom dijelu promatranja, ovisno o

prevladavajućim hidrološkim uvjetima, a naročito u vrijeme intenzivnih i jakih oborina. Ovi

izvori zagañenja se takoñer dijele na točkaste i difuzne izvore:

120

a) točkasti izvori – lokacije istjecanja oborinskih otpadnih voda, odlagališta jalovine u

otvorenim površinskim kopovima, odlagališta stajskoga gnojiva i ostalog otpadnog

materijala s farmi;

b) difuzni izvori – poljoprivredna aktivnost, sustavi odvodnje oborinskih otpadnih voda,

pošumljavanje.

Potencijalni izvori zagañenja u normalnim prilikama uopće ne emitiraju zagañivala, već do

njihove emisije može doći zbog havarija, kvarova, nepažnje ili drugih iznimnih okolnosti.

***************************************************************************

Primjer. Na zagrebačkom području, u potencijalne izvore zagañenja mogu se ubrojiti i

obrtničke radionice te aktivne i napuštene šljunčare. Na lokacijama obrtničkih radionica, često

se odlažu bačve s otpadnim motornim uljima i opasnim kemikalijama te stare automobilske

karoserije i motorni dijelovi. U slučaju havarije ili nepažnje, postoji opasnost od izlijevanja

opasnih efluenata na površinu tla te njihovog procjeñivanja u podzemlje.

Na lokacijama aktivnih i napuštenih šljunčara, često je odstranjen zaštitni pokrovni materijal

vodonosnih naslaga i vrlo često podzemna voda na tim lokacijama izvire na površinu. U

slučajevima havarija ili naknadnoga odlaganja otpada u napuštenim šljunčarama, dolazi do

intenzivnoga i kontinuiranog zagañenja podzemne vode.

***************************************************************************

8.2. Standardi kakvoće voda

Čista i pitka voda vrijedan je i nezamjenjiv prirodni resurs, čiji je značaj za život i zdravlje

ljudi neprocjenjiv.

U zadnjih nekoliko godina, razvojem suvremenih analitičkih tehnika moguće je detektirati

prisutnost različitih organskih i anorganskih spojeva i elemenata u vodi u koncentracijama od

nekoliko dijelova mase na milijardu (ppb) ili čak bilijun dijelova mase (ppt). Pitanje koje se

može postaviti glasi: “Koliko opasni mogu biti tako niski sadržaji kemijskih ili bioloških tvari

u vodi za zdravlje ljudi”? Suvremena znanost još uvijek ne može odgovoriti na ovo pitanje sa

100% sigurnošću. Moguće je provesti procjenu rizika da neka tvar u odreñenoj koncentraciji

neće prouzročiti štetne pojave za ljude. Takva procjena rizika obično se provodi u okviru

ekotoksikoloških ispitivanja na biljkama i životinjama, na temelju kojih se nastoji utvrditi

referentna doza za ljude koja neće biti štetna za ljudsko zdravlje. Jednom utvrñena referentna

doza predstavlja maksimalno dopuštenu koncentraciju (MDK) tvari u vodi i u stvari odreñuje

121

standard kakvoće vode za analiziranu tvar. Standardi kakvoće voda često se razlikuju u

zakonskim propisima pojedinih zemalja ili organizacija. Kao primjer navodi se standard pitke

vode za olovo, koji prema hrvatskom Pravilniku o zdravstvenoj ispravnosti vode za piće

(N.N. br. 47/08) i europskoj Direktivi za pitke vode (eng.: Drinking Water Directive,

98/83/EC) te propisima Svjetske zdravstvene organizacije (eng.: World Health Organization,

WHO) iznosi 10 µg/l, a u propisima američke Agencije za zaštitu okoliša (eng: United States

Environmental Protection Agency, USEPA) iznosi 15 µg/l. Kao primjer za organske kemijske

tvari, navodi se standard za pesticid atrazin, koji prema propisima USEPA iznosi 3µg/l, a

prema europskoj Direktivi za pitke vode iznosi samo 0,1µg/l.

Standardi kakvoće voda, koji su odreñeni s obzirom na rizik za ljudsko zdravlje, nisu realni

pokazatelji stvarnoga antropogenog utjecaja, koji uzrokuje onečišćenje ili zagañenje voda.

Naime, kriteriji koji su primjenjivani prilikom odreñivanja standarda kakvoće za pitke vode

ne odražavaju stvarnu osjetljivost pojedinih prirodnih ekosustava na promjene kakvoće voda

uzrokovane ljudskom aktivnošću. Stoga je potrebno odrediti i tzv. geokemijske ili prirodne

bazne vrijednosti pojedinih tvari. Geokemijska ili prirodna bazna vrijednost (eng.:

background concentration) je relativna mjera za razlikovanje izmeñu koncentracije prirodnoga

elementa ili spoja i koncentracija koje su posljedica antropogenoga utjecaja u realnom skupu

uzoraka (slika 8.2).

Slika 8.2. Utjecaj prirodne varijabilnosti koncentracije tvari na kakvoću podzemne vode

122

U nekim slučajevima loša kakvoća podzemne vode ne znači ujedno da je podzemna voda

onečišćena ili zagañena. Naime, loša kakvoća može biti posljedica prirodno povišenih

koncentracija, a ne antropogenoga utjecaja. Stoga je, prije donošenja zaključaka o onečišćenju

ili zagañenju podzemnih voda, potrebno definirati prirodne bazne vrijednosti tvari u

podzemnoj vodi, kako bi se utvrdilo porijeklo povišenih koncentracija.

Geokemijska bazna vrijednost predstavlja prirodnu varijabilnost nekoga kemijskog sastojka u

odreñenim prostornim uvjetima koje karakterizira homogenost, poglavito klimatoloških,

litoloških i pedoloških karakteristika. Odreñivanje geokemijske bazne vrijednosti je korisno

radi odreñivanja povišenoga sadržaja nekog kemijskog sastojka u istraživanom mediju, koji

može predstavljati opasnost po ljudsko zdravlje ili prirodne ekosustave.

Generalno, mogu se razlikovati geokemijske i statističke metode za odreñivanje geokemijskih

baznih vrijednosti. Geokemijske metode se baziraju na interpretaciji bazne vrijednosti nekoga

elementa ili spoja iz pojedinačnih uzoraka ili profila uzoraka. Pri tom je bitno poznavati i

dodatne parametre kao što su: pH vrijednost, sadržaj ugljika i sumpora te sadržaj pojedinih

izotopa. Ovaj pristup zahtjeva ekspertno poznavanje geokemijskoga ponašanja istraživanoga

elementa u sasvim odreñenim prirodnim uvjetima koji uključuju i paleookolišne uvjete.

Geokemijska bazna vrijednost se odreñuje kao fiksna vrijednost (srednja vrijednost ili

medijan), a prirodna varijabilnost koncentracija razmatranoga elementa ili spoja se u pravilu

ne odreñuje.

Statistička metoda se bazira na odreñivanju funkcije razdiobe vjerojatnosti promatranoga

elementa ili spoja, a time i njegove varijabilnosti (slika 8.3).

U prirodnim uvjetima, bez antropogenoga utjecaja, razdioba učestalosti podataka odgovarat

će normalnoj razdiobi. U stvarnosti, na razdiobu podataka utječe više procesa, od kojih neki,

kao posljedica antropogenoga utjecaja, mogu dovesti do pozitivnih anomalija koje se na

funkciji razdiobe prikazuju kao pozitivna asimetrija normalne krivulje. Korištenjem

statističkih metoda mogu se otkloniti ove anomalije te dobiti reducirani niz podataka koji se

označava kao antropogeno neporemećen.

Geokemijske bazne vrijednosti se obično odreñuju za neko ograničeno i homogeno područje,

kao koncentracijski rasponi koji pokazuju prirodnu varijabilnost podataka, a unutar kojih

treba tražiti pravu baznu vrijednost. Prema tome, odreñivanje bazne vrijednosti neke kemijske

tvari provodi se na način da se odreñuje prirodni niz vrijednosti u okviru kojega postoji 95%

vjerojatnost da se nalazi prava bazna vrijednost. Gornja ili donja granica na funkciji razdiobe

vjerojatnosti pojavljivanja baznih vrijednosti naziva se granična vrijednost (eng.: threshold

123

value) i predstavlja standard kakvoće neke tvari za prirodne ekosustave na promatranom

području (slika 8.3).

Slika 8.3 Primjer odreñivanja baznih vrijednosti primjenom statističke metode

Okvirnom Direktivom o vodama Europske Unije i novom Direktivom za podzemne vode

propisana je obveza odreñivanja baznih i graničnih vrijednosti za kemijske tvari, na temelju

kojih će se procjenjivati stanje kakvoće voda u vodnim cjelinama.

8.3. Utjecaj urbanizacije na kakvoću voda i pojavu zagañenja voda

U urbanim sredinama, kakvoća površinskih i podzemnih voda najviše je ugrožena od

industrijskih, komunalnih i oborinskih otpadnih voda. Akutni utjecaji pokazuju se naglo i

intenzivno na mjestu ispuštanja otpadnih voda u prirodne recipijente, a naročito su izraženi u

sušnim razdobljima, kada su procesi razrjeñenja u recipijentima površinskih voda minimalni.

Visoke koncentracije razgradive organske tvari, amonijaka i teških metala, kao i patogenih

mikroorganizama uzrokuju zagañenje površinskih voda, a time i podzemnih voda koje su u

direktnoj hidrauličkoj vezi sa zagañenim recipijentom.

Kumulativni utjecaji ispuštanja otpadnih voda u površinske recipijente očituju se postupnim

pogoršanjem kakvoće vode, koje postaje očigledno tek nakon što neki od parametara kakvoće

dosegnu kritičnu graničnu vrijednost ili maksimalnu dozvoljenu koncentraciju (MDK).

Primjerice, postupno povećanje razgradive organske tvari u površinskom recipijentu može biti

124

posljedica procesa koji se dogañaju u reduktivnim uvjetima, na graničnoj površini sedimenta i

vode, na dnu rijeke, a količina razgradive organske tvari je izražena kao sedimentna potreba

za kisikom (eng.: sediment oxygen demand). Ovi procesi su naročito izraženi u prisutnosti

sedimenata koji se talože iz suspenzije, nakon ispuštanja otpadnih voda. Oni mogu rezultirati

oslobañanjem hranjivih i toksičnih tvari iz sedimenta, uslijed čega može doći do drastičnoga

smanjenja količine kisika u vodi, što dodatno ugrožava prirodnu ekološku ravnotežu u rijeci.

Primjerice, prirodni sadržaj otopljenoga kisika u rijekama kreće se izmeñu 6 i 10 mg O2/l, a u

rijeci Savi sadržaj kisika može pasti i ispod 2 mg O2/l, prije svega zbog organskoga

onečišćenja koje nastaje zbog ispuštanja otpadnih voda u Savu (slika 8.4).

Slika 8.4. Utjecaj otpadnih voda na smanjenje otopljenoga kisika u vodi rijeke Save na lokaciji mjernih postaja Oborovo i Petruševec u Zagrebu (modificirano prema Nakić, 2003)

O prisutnosti onečišćenja ili zagañenja od otpadnih voda svjedoče brojni pokazatelji ili

indikatori zagañenja.

Jedan od najznačajnijih indikatora zagañenja je sadržaj otopljenoga kisika, koji se drastično

smanjuje ako je u vodi prisutno organsko zagañenje. Na prisutnost organskoga zagañenja

ukazuje biokemijska potreba za kisikom, BPK (biochemical oxygen demand, BOD), koja

ukazuje na količinu kisika potrebnu da se biološki razgradi organska tvar uz pomoć

mikroorganizama. Iako BPK nije najpouzdaniji pokazatelj količine organskih tvari u vodi,

naročito kad voda sadrži nerazgradive organske tvari ili tvari koje ometaju rast

125

mikroorganizama, on još uvijek služi za dimenzioniranje ureñaja za pročišćavanje otpadnih

voda. Pokazatelj količine organske nerazgradive tvari u vodi je kemijska potrošnja kisika,

KPK, koja se izračunava iz potrošnje oksidacijskoga sredstva nužnoga za potpunu razgradnju

organske nerazgradive tvari.

Indikatori zagañenja od otpadnih voda su i nutrijenti, dušik i fosfor, koji mogu uzrokovati

eutrofikaciju površinskih voda, zbog povećanja količine hranjivih tvari u njima. Osim

različitih toksičnih tvari, kao što su ugljikovodici i teški metali, u otpadnim vodama je sve

više modernih sintetičkih organskih kemikalija, poput lijekova i hormona. Ove tvari ometaju

rad sustava za unutarnje izlučivanje, a naročito su štetne za reproduktivne sposobnosti kod

riba.

8.4. Gusta organska zagañivala koja se ne miješaju s podzemnom vodom (DNAPL)

Utjecaj urbanizacije vidljiv je i u porastu koncentracija različitih zagañivala, a naročito

organskih tvari, u podzemnim vodama. Vrlo opasne i kancerogene tvari su gusti organski

spojevi koji se ne miješaju s vodom (eng.: Dense Non Aqueous Phase Liquid, DNAPL), u

koje pripadaju: industrijska otapala, katrani, industrijske otpadne tvari, poliklorirani bifenili

PCB, ulja i neki pesticidi u nerazrijeñenom stanju.

Klorna industrijska otapala su naročito opasne tvari u podzemnoj vodi, jer imaju veliku

gustoću, malu viskoznost i srednju topivost. U najpoznatija klorna otapala pripadaju

trikloretilen i tetrakloreten. Gustoća klornih otapala kreće se u prosjeku od 1,33 do 1,47

g/cm3, što ih čini gušćim od vode (gustoća vode je 1 g/cm3), a viskoznost se kreće u rasponu

od 0,44 do 0,9 cp (centipoise; 1centipoise = 10-3 Pa·s (pascal sekunda)). Veća gustoća, a manji

viskoznost od vode, čini ih naročito pokretljivim u zasićenom vodonosnom sloju. Naime,

kada klorno otapalo doñe u kontakt s podzemnom vodom, ono će se širiti vrlo brzo u dublje

dijelove vodonosnika, do nepropusne podine. Budući da je topivost klornih otapala relativno

mala, prilikom vertikalnoga procjeñivanja dio otapala će se zadržati u uljnoj fazi na dijelu

krutoga stijenskog matriksa. Meñutim, klorna otapala su ipak djelomično topiva u podzemnoj

vodi, tako da će se uljna faza, koja se zadržala na krutom matriksu, postupno otapati. Ukupna

topivost klornih otapala veća je za 104 do 105 puta u odnosu na maksimalno dozvoljene

koncentracije u pitkoj vodi, koja prema hrvatskom Pravilniku o zdravstvenoj ispravnosti vode

za piće (N.N, br. 47/08) iznosi 10 µg/l za trikloretilen i tetrakloreten. Na taj način, uljna faza,

126

koja se većim dijelom zadržala po cijelom profilu vodonosnika, postaje novi izvor zagañenja,

koji stvara kontinuirani oblak zagañenja kroz dulje vrijeme (slika 8.5).

Slika 8.5. Gibanje gustih organskih zagañivala u podzemnoj vodi (modificirano s www.wfdvisual.com)

Iako se danas smatra da klorna otapala predstavljaju najznačajniji i najveći problem s obzirom

na zagañenje podzemnih voda, ona su relativno kasno detektirana u podzemnim vodama.

Naime, prvi dokazi za postojanje otopljenih organskih spojeva u podzemnoj vodi, kao

metabolita klornih otapala, pronañeni su tek kasnih 70-tih godina prošlog stoljeća u SAD-u i

Njemačkoj, a tek krajem 80-tih godina uvidjelo se da uljna faza, adsorbirana na čestice

krutoga matriksa, predstavlja izvor zagañenja podzemnih voda. Prvi rad o postojanju gustih

organskih spojeva, koji se ne miješaju s vodom (DNAPL), u vodonosnicima objavio je

njemački znanstvenik Friedrich Schwille. On je u razdoblju od 1977. do 1984. godine proveo

brojna istraživanja, koja su 1984. godine rezultirala prvom objavljenom knjigom, pod

nazivom: “Gusta klorna otapala u poroznom i pukotinskom mediju; modelski eksperimenti”

(eng.: Dense chlorinated solvents in porous and fractured media; model experiments).

Sanacija zagañenja podzemnih voda od klornih otapala je vrlo skup i dugotrajan proces.

Pritom se razlikuje:

127

a) remedijacija (eng.: remediation), koja označava bilo koji stupanj poboljšanja kakvoće

zagañene podzemne vode;

b) obnova (eng.: renovation), kojom se kakvoća podzemne vode poboljšava do stupnja

koji zadovoljava standarde za pitku vodu;

c) rekonstrukcija (eng.: restoration), kojom se otopljena organska otapala u potpunosti

odstranjuju iz podzemne vode.

Danas postoje različite metode sanacije podzemne vode od klornih otapala. Možda najčešće

primjenjivana metoda je metoda crpljenja i tretiranja (eng.: pump and treat), kojom se

zagañena voda crpi na zdencima koji se nalaze nizvodno od izvora zagañenja, a zatim se

crpljena voda kemijski tretira do stupnja koji zadovoljava odreñene kriterije ili standarde,

najčešće standarde za pitku vodu.

Ova metoda, koja je poznata i kao aktivna metoda sanacije, uspješna je za kontrolu izvora

zagañenja te za čišćenje oblaka zagañenja, koji se širi nizvodno od izvora zagañenja, meñutim

s ovom metodom nije moguće u potpunosti odstraniti uljnu fazu, koja je adsorbirana na

stijenskom matriksu. Prema tome, opasnost od ponovnoga zagañivanja podzemnih voda

postoji od trenutka prestanka crpljenja i pročišćavanja zagañene podzemne vode.

Druga metoda sanacije je zadržavanje izvora zagañenja s nekom nepropusnom barijerom,

primjerice bentonitno-cementnom barijerom, kojom se dio vodonosnika u kojem se nalazi

adsorbirana uljna faza fizički odjeljuje od preostaloga dijela vodonosnika. Ovaj tip sanacije

pripada u pasivne metode sanacije. Zadržavanjem izvora zagañenja na opisani način,

omogućava se odvajanje oblaka zagañenja od izvora zagañenja. Potpuno odstranjivanje

otopljene faze iz vodonosnika ovisi o lokalnim geološkim i hidrogeološkim značajkama te o

fizikalno-kemijskim značajkama otapala, tako da vrijeme sanacije, koje ovisi o prirodnim

uvjetima u vodonosniku, može varirati u rasponu od jedne do stotinu godina.

U novije vrijeme sve više se primjenjuje propusna reaktivna barijera (eng.: Permeable

Reactive Barrier, PRB), koja je temeljena na zadržavanju klornih otapala na propusnoj

barijeri, koja se sastoji od materijala koji je ispunjen sitnozrnatim željeznim granulama. Ovu

metodu patentirao je 1989. godine Robert W. Gillham sa Sveučilišta Waterloo, a uspješnost

metode je potvrñena na preko stotinu lokacija širom SAD-a, Kanade, Europe, Japana i

Australije.

128

8.5. Zakonski propisi o zaštiti voda od onečišćenja i zagañenja u R. Hrvatskoj i Europi

Podloga za zaštitu voda od onečišćenja i zagañenja u R. Hrvatskoj su zakonski propisi, kojima

se površinske i podzemne vode štite od štetnoga utjecaja ljudskih aktivnosti. Važeći zakon

koji regulira gospodarenje površinskim i podzemnim vodama na području R. Hrvatske je

Zakon o vodama (N.N. br. 153/09). On zajedno s Državnim planom za zaštitu voda (N.N. br.

8/99.) daje zakonske osnove iskorištavanja voda, zaštite voda i zaštite od štetnoga djelovanja

voda, i predstavlja krovni dokument iz područja vodnoga gospodarstva. No i u okviru drugih

zakona, kao što su primjerice: Zakon o zaštiti okoliša (N.N. br. 110/07), Zakon o zaštiti

prirode (N.N. br. 70/05, 139/08), Zakon o otpadu (N.N. br. 178/04, 111/06, 60/08, 87/09),

Zakon o komunalnom gospodarstvu (N.N. br. 26/03, 82/04, 178/04, 38/09, 79/09), Zakon o

prostornom ureñenju i gradnji (N.N. br. 76/07, 38/09) i Zakon o rudarstvu (N.N. br. 75/09),

nalaze se odgovarajuće odredbe, koje u domeni cjelokupnoga teksta zakona štite vode od

negativnih utjecaja i aktivnosti koje mogu proizlaziti iz radnji propisanih zakonom.

U Europskoj Uniji, temeljna direktiva koja štiti vode od onečišćenja i zagañenja je Okvirna

Direktiva o vodama (eng.: Water Framework Directive, WFD 2000/60/EC). Donošenjem

Okvirne Direktive o vodama u prosincu 2000. godine, promijenila se koncepcija upravljanja

vodnim resursima u Europi. Ovom Direktivom postavljen je zahtjev da se vodnim resursima

upravlja na integralni način, na razini pojedinih riječnih bazena. Okvirna Direktiva o vodama

postavila je veliki izazov pred države članice Europske unije, jer zahtijeva da se do 2015.

godine moraju poduzeti maksimalne moguće mjere kako bi vodni resursi u zemljama

Europske unije zadovoljili standarde koji su propisani ovom direktivom.

***************************************************************************

Primjer. Pored odredbi iz Okvirne Direktive o vodama, režim zaštite podzemnih voda od

zagañivanja propisan je u okviru drugih direktiva i dokumenata Europske Unije: stare

Direktive za podzemne vode (eng.: Groundwater Directive 80/68/EEC), Direktive za nitrate

(eng.: Nitrate Directive 91/676/EEC), Direktive za odlagališta otpada (eng.: Landfill

Directive 99/31/EC), Direktive za pitku vodu (eng.: Drinking Water Directive 80/778/EEC),

Direktive o zaštiti biljaka (eng.: Plant Protection Products Directive 91/414/EEC), Direktive

za biocide (eng. Biocidal Products Directive 98/8/EC).

***************************************************************************

Novom Direktivom za podzemne vode (eng.: Groundwater Daughter Directive 2006/118/EC)

utvrñuju se specifične mjere za ispunjenje ciljeva zaštite okoliša u dijelu koji se tiče

sprečavanja i kontrole zagañenja podzemnih voda. Ona propisuje donošenje zajedničkih

129

kriterija i procedure za odreñivanje dobroga kemijskog stanja za cjeline podzemne vode, na

temelju postojećih standarda kakvoće iz drugih europskih direktiva, poput nitrata i aktivnih

sastojaka u pesticidima, kao i na temelju graničnih vrijednosti koncentracija tvari za koje ne

postoje propisani standardi kakvoće u okviru postojećega zakonodavstva Europske unije.

Nova Direktiva propisuje donošenje zajedničkih kriterija za odreñivanje značajnih uzlaznih

trendova tvari, koje su odreñene kao zagañivala, i početne točke za promjenu trendova, a

propisuje i donošenje mjera za sprečavanje ili ograničavanje unosa zagañivala u podzemne

vode (slika 8.6).

Slika 8.6 Temeljne odredbe nove Direktive za podzemne vode EU

8.6. Integrirani monitoring kakvoće voda

Monitoring kakvoće voda je sustavno praćenje i prikupljanje podataka o kakvoći površinskih

ili podzemnih voda na nekom području. Da bi monitoring voda bio učinkovit on prije svega

mora biti reprezentativan. To znači da odabir lokacija i parametara za praćenje kakvoće voda

mora biti temeljen na konceptualnom modelu tj. konceptualnom razumijevanju sustava u

kojem se provodi monitoring. Tek na osnovi detaljno razrañenoga konceptualnog modela

moguće je utvrditi lokacije na kojima će se provoditi monitoring te učestalost uzimanja

uzoraka. Dakle, broj lokacija i učestalost monitoringa ne mogu biti proizvoljno i paušalno

odreñeni, već ovise o pouzdanosti prihvaćenoga konceptualnog modela, o zabilježenim

trendovima kakvoće voda te o posljedicama koje mogu nastati u slučaju da prihvaćeni

konceptualni model, a time i monitoring voda, nije u stanju realno prikazati kakvoću voda.

130

Pri odabiru lokacija i parametara za praćenje kakvoće podzemnih voda nužno je uzeti u obzir

činjenicu da su vodonosni sustavi u najvećem broju slučajeva heterogeni, te da postoji znatna

varijabilnost raspodjele hidrogeoloških parametara, ali i kakvoće podzemnih voda u takvim

sustavima. Prema tome, za realno prikazivanje kakvoće podzemnih voda, nužno je dizajnirati

monitoring koji će na odgovarajući način opisivati trodimenzionalnu prirodu vodonosnih

sustava.

Okvirna Direktiva o vodama i smjernice za njeno provoñenje razlikuju dva tipa

konceptualnoga modela. Prvi je regionalni, a drugi lokalni. Regionalnim konceptualnim

modelom utvrñuje se broj lokacija na kojima se provodi monitoring, gustoća monitoring

mreže i učestalost uzimanja uzoraka. Lokalni konceptualni model mora pokazati prihvatljivost

svake pojedinačne lokacije, prvenstveno s obzirom na lokalne uvjete dinamike i kakvoće

podzemnih voda, koji ovise o: lokalnim hidrogeološkim značajkama, utjecaju crpljenja na

varijabilnost razina ili kakvoće podzemnih voda te o korištenju zemljišta, tj. općenito o

pritiscima u priljevnom području.

Prilikom odreñivanja monitoringa kakvoće podzemnih voda, nužno je uzeti u razmatranje

postizanje ekoloških ciljeva za pridružene površinske vode ili kopnene ekosustave. To znači

da monitoring za površinske vode i kopnene ekosustave te monitoring za podzemne vode

moraju biti integrirani na onim područjima na kojima je dokazana njihova povezanost i

meñuzavisnost. Budući da dotjecanje vode u rijeke i jezera najčešće ovisi o baznom dotoku,

odnosno dotoku podzemne vode, moguće je da se pravilnim odabirom lokacija za praćenje

kakvoće površinskih voda, ujedno prati i kakvoća podzemnih voda.

Praćenje utjecaja zagañivala na kakvoću podzemne vode provodi se kroz monitoring

onečišćenja ili zagañenja u zoni tla, nezasićenoj i zasićenoj zoni, tj. kroz obrambeni

monitoring (eng. defensive monitoring), koji je karakterističan za lokalne uvjete, odnosno

primjenjuje se u uvjetima kada je potrebno motriti točkaste ili difuzne izvore zagañenja u

lokalnom mjerilu. Ovaj tip monitoringa temelji se na konceptualnom modelu vodonosnoga

sustava te na razumijevanju interakcije zagañivala s podzemnom vodom. Monitoring utjecaja

lokalnih izvora zagañenja potrebno je provoditi uzimajući u obzir: katastar izvora zagañenja,

lokalne hidrogeološke značajke, geokemijske značajke tla i nezasićene zone, vrstu zagañivala

i značajke unosa zagañivala u podzemnu vodu, prostornu raspodjelu zdenaca na crpilištima i

topografiju terena. Pritom je potrebno napomenuti da unos zagañivala u podzemne vode može

biti direktan ili indirektan. Direktan unos zagañivala u podzemne vode nastaje kada se izvor

zagañenja nalazi u zasićenoj zoni, a indirektan unos zagañivala u podzemne vode nastaje kada

je izvor zagañenja na površini terena, u zoni tla ili nezasićenoj zoni. Izbor lokacija za

131

provoñenje monitoringa mora obuhvatiti: industrijska postrojenja, obrtničke radionice,

odlagališta komunalnoga i industrijskog otpada, divlja odlagališta i šljunčare ispunjene

otpadom.

Pitanja za vježbu:

1. Smatrate li da je moguće umanjiti ili u potpunosti eliminirati opasnost od zagañenja voda

u urbanim područjima? Koje mjere zaštite voda su potrebne da bi vodnim resursima

upravljali u skladu s konceptom održivog razvoja?

2. Probajte razraditi plan za provedbu ekotoksikološke studije za kemijsku sintetičku tvar i

za tvar koja se prirodno javlja u vodama u cilju procjene rizika od zagañenja i odreñivanja

referentnih doza za ljude i ekosustave. Smatrate li da postoji značajna razlika u postupku

za ove dvije vrste tvari? Zašto?

3. Na koji način bi proveli sanaciju nekog vodonosnika koji je zagañen s klornim otapalima?

Smatrate li da je tehnološki moguće i ekonomski opravdano provesti sanaciju podzemne

vode do faze rekonstrukcije? Objasnite.

132

9. ONEČIŠĆENJE I ZAGAðENJE ZRAKA

Obrazovni ciljevi:

• Objasniti uzroke onečišćenja zraka i posljedice za okoliš i ljudsko zdravlje.

• Prikazati izvore onečišćenja zraka.

• Prikazati klasifikaciju zagañivala u atmosferi s obzirom na njihovo porijeklo.

• Objasniti značajke najvažnijih zagañivala u atmosferi.

• Objasniti uzroke koji dovode do nastanka kiselih kiša i prikazati njihove utjecaje na okoliš.

• Razumjeti utjecaj klimatskih faktora i topografije na pojavu onečišćenja zraka u urbanim

sredinama.

• Objasniti uzroke nastanka smoga.

• Prikazati na koji način se provodi monitoring kakvoće zraka.

9.1. Uzroci pojave onečišćenja zraka i posljedice za okoliš i ljudsko zdravlje

Zrak je naziv za mješavinu plinova koji tvore zemljinu atmosferu, a sadrži oko četiri petine

dušika i jednu petinu kisika, dok su količine ostalih plinova neznatne ili u tragovima. Budući

da je Zemljina atmosfera dinamički medij, u kojem se promjene dogañaju vrlo brzo, ljudi su

od davnine odlagali svoje otpadne tvari u atmosferu, najčešće kroz spaljivanje otpada. S

naglim razvojem urbanizacije i industrijalizacije, velike količine otpadnih tvari svakodnevno

se otpuštaju u atmosferu. Do onečišćenja zraka dolazi u trenutku kada se procesi razgradnje

štetnih tvari u atmosferi ne odvijaju dovoljno brzo, što uzrokuje njihovo akumuliranje, a

zagañenje zraka nastaje kada koncentracije odreñenih zagañivala u zraku dosegnu razine koje

uzrokuju njegovu toksičnost. Zagañivala mogu ući u atmosferu kroz prirodne ili umjetne

(antropogene) emisije, a razgrañuju se prirodnim procesima i u hidrološkom ciklusu.

Ljudi su odavno uočili postojanje onečišćenja ili zagañenja zraka, naročito u urbanim

sredinama. Kisele kiše se prvi puta spominju u 17. stoljeću, a do 18. stoljeća ljudi su znali da

su za uništavanje biljaka u Londonu odgovorni smog i kisele kiše. Početkom industrijske

revolucije u 18. stoljeću zagañenje zraka postaje naročito izraženo. Još 1868. godine, britanski

liječnik Henry Hyde Salter je u svojoj knjizi “O astmi; njena patologija i liječenje”, po prvi

puta povezao zagañenje zraka i pojavu respiratornih alergija. Na konferenciji o javnom

133

zdravstvu, koja je održana 1905. godine, liječnici po prvi puta uvode riječ smog, kojom

označavaju mješavinu dima i magle.

Procjenjuje se da godišnje u svijetu umire tri milijuna ljudi od posljedica zagañenja zraka, što

predstavlja oko 5% od ukupne smrtnosti. Mnoge epidemiološke studije pokazuju direktnu

povezanost stope mortaliteta s povećanom koncentracijom lebdećih čestica koje nastaju

izgaranjem goriva, čiji je promjer manji od 10 µm. Izlaganje takvim česticama povećava rizik

od akutnih respiratornih infekcija, posebice u djece koja su posebno ugrožena skupina, jer im

je respiratorni sustav još uvijek u razvoju te je osjetljiviji na štetne utjecaje iz okoliša.

9.2. Izvori onečišćenja zraka

Mnoga zagañivala u atmosferi imaju prirodno porijeklo. Prirodne emisije zagañivala mogu

nastati oslobañanjem plinova SO2 i H2S iz vulkana ili uslijed biološkoga raspadanja organske

tvari u močvarištima, pri čemu se oslobaña H2S. Povišena koncentracija ozona u donjim

dijelovima atmosfere može nastati kao posljedica nestabilnih meteoroloških uvjeta u

atmosferi. Do emisije različitih čestica može doći uslijed požara i oluja. Iako su brojni

prirodni izvori onečišćenja i zagañenja zraka, njihov utjecaj na kakvoću zraka je uglavnom

manji od utjecaja antropogenih izvora, naročito u urbanim sredinama.

Izvori onečišćenja zraka dijele se na dva osnovna tipa:

1. nepomične ili stacionarne;

2. pokretne ili mobilne.

Nepomični ili stacionarni izvori imaju stalne lokacije emisije onečišćenja, a dijele se u:

točkaste, povremene i površinske izvore onečišćenja.

Točkasti izvori emitiraju onečišćenje s točno odreñene lokacije, kao što su dimnjaci ili

termoelektrane.

Povremeni izvori emitiraju onečišćenje s otvorenih površina koje su izložene procesima

djelovanja vjetra, poput prljavih ulica, farmi, deponija ili površinskih kopova.

Površinski izvori emitiraju onečišćenje iz nekoliko različitih izvora unutar točno definiranoga

područja, primjerice s industrijskoga područja.

Pokretni ili mobilni izvori emitiraju onečišćenje u pokretu, odnosno u kretanju. Primjer za

ovaj tip izvora onečišćenja su prijevozna sredstva koja su pokretana fosilnim gorivima,

primjerice automobili, brodovi, vlakovi, avioni itd.

134

9.3. Klasifikacija zagañivala

Glavna zagañivala zraka javljaju se u plinovitom stanju ili u obliku čestica. Najvažnija

zagañivala u plinovitom stanju su: sumpor dioksid (SO2), dušični oksidi (NOx), ugljik

monoksid (CO), ozon (O3), plinoviti organski spojevi (eng.: volatile organic compounds,

VOC), sumporovodik (H2S) i fluorovodik (HF). Zagañivala u obliku čestica su organske ili

anorganske tvari, koje mogu biti u čvrstom ili tekućem stanju, a promjera su manjeg od 10 µm

(PM-10; eng.: Particulate Matter) ili 2,5 µm (PM-2,5).

Zagañivala zraka su klasificirana u primarna i sekundarna zagañivala, s obzirom na njihovo

porijeklo.

Primarna zagañivala su sve one tvari koje različiti izvori zagañenja direktno emitiraju u

atmosferu, a obuhvaćaju: zagañivala u obliku čestica, sumpor dioksid, dušične okside, ugljik

monoksid i ugljikovodike.

Sekundarna zagañivala nastaju kada primarna zagañivala reagiraju sa spojevima koji se

nalaze u prirodnim uvjetima u atmosferi. Primjer za sekundarna zagañivala je ozon (O3), koji

nastaje u urbanim područjima u reakcijama izmeñu primarnih zagañivala, sunčeve svjetlosti i

prirodnih atmosferskih plinova.

9.4. Značajke najvažnijih zagañivala u atmosferi

Sumpor dioksid (SO2) je bezbojni plin, bez mirisa i lako topiv u vodi. U nizu kompleksnih

reakcija može prijeći u sulfate (SO4), u formi finih čestica koje se naknadno talože i na taj

način uklanjaju iz atmosfere. Procjenjuje se da se oko 30% SO2 uklanja iz atmosfere na taj

način. Drugi vrlo važan proces transformacije sumpor dioksida u zraku je proces oksidacije, u

kojem SO2 prelazi u sumpornu kiselinu (H2SO4), koja sudjeluje u nastanku kiselih kiša.

Glavni izvor emisije SO2 u atmosferu je izgaranje fosilnih goriva, prvenstveno ugljena.

Smatra se da na taj način nastaje oko 2/3 sumpor dioksida. Industrija, a naročito: rafinerije,

tvornice papira, aluminija i cementa, drugi su vrlo važan izvor SO2 u atmosferi.

Emisije sumpor dioksida u atmosferu uzrokuju štetne posljedice za ljude, životinjske i biljne

organizme i materijale. Visoke koncentracije SO2 u zraku izazivaju kod ljudi pojavu kroničnih

respiratornih bolesti, a kod biljaka se često javljaju oštećenja tkiva, naročito u mladih biljaka.

135

Sumporna kiselina oštećuje pročelja zgrada, korodira metale te oštećuje boju na zidovima i

fasadama zgrada.

***************************************************************************

Primjer. U Hrvatskoj je najveći dio emisije SO2 posljedica izgaranja goriva u

termoenergetskim objektima i postrojenjima za pretvorbu energije (35%). Emisija SO2 uslijed

izgaranja goriva u industriji doprinosi ukupnoj emisiji SO2 s oko 34%, dok promet doprinosi

s oko 12%.

Emisije SO2 u zrak u R. Hrvatskoj znatno su smanjene u razdoblju od 1990. do 2002. godine.

Trend smanjenja u Hrvatskoj sličan je trendu koji je prisutan u cijeloj Europi.

***************************************************************************

Dušični oksidi (NOx) javljaju se u nekoliko različitih oblika. Dušik dioksid (NO2) je žuto-

smeñi do crvenkasti plin iritantnoga mirisa i najznačajniji je oblik dušičnih oksida. Različitim

procesima u atmosferi NO2 može prijeći u NO3 i dušičnu kiselinu (HNO3) koja sudjeluje u

nastanku kiselih kiša. Gotovo 100% dušik dioksida emitirano je u atmosferu iz antropogenih

izvora, uglavnom prilikom izgaranja fosilnih goriva, a glavni izvori zagañenja zraka dušik

dioksidom su cestovna vozila i termoelektrane na ugljen i plin. Dušik dioksid pripada u

skupinu zagañivala koja uzrokuju nastanak smoga.

Dušik dioksid je vrlo toksičan i korozivan. Opasnost po zdravlje ljudi od povišenih

koncentracija NO2 u zraku je vrlo velika. Uzrokuje iritaciju i oštećenje dišnih putova, a

dodatno utječe na slabljenje prirodnih mehanizama obrane organizma od drugih vrsta

zagañivala i čestica koje mogu nositi kancerogene tvari. Utjecaj NO2 očituje se i kroz jačanje

simptoma alergijskih respiratornih oboljenja, pa je tako veća učestalost pojava peludne

groznice i napada astme u urbanim sredinama, gdje je veća koncentracija NO2 u zraku, u

odnosu na ruralne sredine. Visoke koncentracije NO2 u zraku štetno djeluju i na biljke, kroz

usporavanje rasta biljaka i oštećenja tkiva na listovima.

***************************************************************************

Primjer. Najveći udio u emisiji NOx u Hrvatskoj imaju cestovni promet (41%) te ostali

pokretni izvori zagañenja i strojevi (23%). Iz stacionarnih izvora emitirano je 34% ukupne

emisije dušičnih oksida.

Emisije dušičnih oksida u zrak u Hrvatskoj neprestano rastu od 1992. godine, zbog rasta broja

vozila i prometa na cestovnim prometnicama. U zadnjih nekoliko godina, uzlazni trend rasta

emisija dušičnih oksida u zrak je ublažen zbog sve većeg udjela vozila s katalizatorom u

ukupnom broju vozila.

***************************************************************************

136

Ugljik monoksid (CO) je bezbojni plin, bez mirisa, koji je izrazito toksičan za ljude i životinje

u vrlo malim koncentracijama. Od ukupne količine CO, gotovo 90% u atmosferu dolazi iz

prirodnih izvora, a ostalih 10% nastaje za vrijeme požara, izgaranjem fosilnih goriva u

strojevima te u procesima u kojima se ne dogaña potpuno sagorijevanje organske tvari.

Toksičnost CO je posljedica fizioloških efekata u organizmu. Hemoglobin veže CO čak 250

puta brže nego kisik, pa već vrlo male koncentracije CO usporavaju vezanje kisika za

hemoglobin. Efekti toksičnosti kod ljudi su: vrtoglavica i glavobolja, a često dolazi i do smrti,

naročito u ljudi koji imaju srčane bolesti, anemiju ili respiratorne bolesti. Toksični efekt se

pojačava na većoj nadmorskoj visini, gdje je sadržaj kisika u zraku prirodno niži.

***************************************************************************

Primjer. Oko 99% emisije ugljik monoksida u R. Hrvatskoj je posljedica izgaranja goriva.

Najviše emisije CO dolaze iz mobilnih izvora zagañenja: 49% iz cestovnoga prometa te 9% iz

ostaloga prometa. Od stacionarnih energetskih izvora, najveći doprinos u emisiji CO imaju

mala kućna ložišta, koja koriste niskokvalitetne ugljene i ogrjevno drvo.

Emisije CO u zrak u R. Hrvatskoj postupno se smanjuju od 1997. godine, zbog sve većega

udjela vozila s katalizatorom u ukupnom broju vozila.

***************************************************************************

Ozon (O3) i druga fotokemijska oksidacijska sredstva nastaju iz atmosferske reakcije sunčeve

svjetlosti sa zagañivalima kao što su dušik dioksid. Ozon je bezbojni, nestabilni plin,

slatkastoga mirisa i najčešće je fotokemijsko oksidacijsko sredstvo. Glavni izvori

fotokemijskih oksidacijskih sredstava, a naročito ozona su izgaranje fosilnih goriva i

industrijski procesi koji proizvode NO2. Poznato je da ozon u stratosferi, kao ozonski omotač,

štiti Zemlju od ultraljubičastoga sunčevog zračenja, meñutim, u blizini površine Zemlje ozon

je zagañivalo.

Ozon, kao jako iritacijsko sredstvo, pogoršava respiratorne funkcije kod ljudi koji boluju od

astme, smanjuje elastičnost plućnih tkiva, izaziva osjećaj neugode u prsima itd. Slični efekti

djelovanja ozona javljaju se i kod životinja. Kod biljaka ozon stvara mrlje na listovima (starije

biljke su osjetljivije nego mlañe), utječe da vrhovi iglica kod crnogoričnoga drveća postaju

smeñe boje i odumiru, smanjuje urod grožña i kukuruza itd.

***************************************************************************

Primjer. U R. Hrvatskoj je na snazi Uredba o ozonu u zraku (N.N. br. 133/05), kojom se

utvrñuju granične i tolerantne vrijednosti za koncentracije ozona u zraku, kako bi se izbjegli,

spriječili ili smanjili štetni učinci za zdravlje ljudi i okoliš. Praćenje kakvoće zraka regulirano

je Pravilnikom o praćenju kakvoće zraka (N.N. br. 155/05).

137

Mjerenja ozona započela su u Zagrebu 1999. godine, a u Rijeci 2001. godine. To su jedina

dva grada u R. Hrvatskoj u kojima se mjeri ozon. U 2001. i 2002. godini na jednoj mjernoj

postaji u Zagrebu izmjerene su povišene koncentracije ozona, pa je okolni zrak bio II.

kategorije kakvoće, a stanovništvo je bilo izloženo umjereno onečišćenom zraku.

Koncentracije ozona u Rijeci bile su niske tijekom razdoblja mjerenja, a okolni zrak bio je na

razini I. kategorije kakvoće. Koncentracije ozona u Rijeci pokazuju padajući trend.

***************************************************************************

9.5. Uzroci i posljedice nastanka kiselih kiša

Kisele kiše su globalni problem na Zemlji i nastaju uglavnom kao posljedica izgaranja fosilnih

goriva, ugljena i nafte, u kojima dolazi do emisije velikih količina sumpor dioksida i dušičnih

oksida. Ukoliko SO2 i NOx reagiraju s vodenom parom u zraku, nastaju sumporne i dušične

kiseline koje padaju s kišom na površinu Zemlje kao vlažne kiseline (eng.: wet acid) (slika

9.1).

Slika 9.1 Nastanak kiselih kiša i njihov utjecaj na ekosustave

138

Ukoliko SO2 i NOx ne reagiraju s vodenom parom u zraku, tada suhe čestice SO2 i NOx

padaju na površinu Zemlje i naknadno reagiraju s vodom u tlu te stvaraju suhe kiseline (eng.:

dry acid). Kisele kiše imaju pH vrijednost ispod 5,6, zbog utjecaja jakih kiselina na pH

oborinske vode. Potencijalni utjecaj kiselih kiša na okoliš zavisi od: geoloških značajki, tipa

vegetacije i sastava tla.

Naročito osjetljiva područja su ona u kojima tlo, stijena ili voda, na koje padaju kisele kiše,

nemaju mogućnost neutralizacije kiselina. Graniti imaju slabu sposobnost neutralizacije i vrlo

lako se troše uslijed djelovanja kiselih kiša. Za razliku od granita, karbonati koji sadrže

mineral kalcit, imaju vrlo veliku sposobnost neutralizacije. Kalcij karbonat, CaCO3, reagira s

vodikovim ionima u kiseloj vodenoj otopini pri čemu nastaju hidrogenkarbonatni ioni, a

sadržaj vodikovih iona postupno se smanjuje.

Kisele kiše uzrokuju brojne štetne posljedice na vegetaciji. Ovi utjecaji očituju se u

reduciranoj plodnosti tla, jer se izlučuju nutrijenti zbog djelovanja kiselina, a kiseline

oslobañaju toksične sastojke u tlo. Kisele kiše uzrokuju štetne posljedice i na jezerskim

ekosustavima, jer nastaju poremećaji u životnim ciklusima riba, žaba i rakova, te na

grañevinama, jer dolazi do trošenja grañevinskoga kamena.

9.6. Faktori koji utječu na zagañenje zraka u urbanim sredinama

Zagañenje zraka u urbanim sredinama ovisi o: stupnju emisija štetnih tvari u atmosferu,

topografiji te klimatskim uvjetima, koji odreñuju stupanj koncentracije i transporta pojedinih

zagañivala te stupanj njihove transformacije u manje štetne spojeve.

Klimatski uvjeti u velikoj mjeri utječu na veličinu i učestalost pojave štetnih učinaka

zagañivala u zraku. Do zagañenja zraka dolazi naročito u uvjetima kada je prisutna

ograničena cirkulacija zraka u donjim dijelovima atmosfere, zbog nastanka temperaturne

inverzije. Inverzija nastaje kada hladni sloj zraka stagnira ispod sloja toploga zraka. Općenito

se razlikuju dva tipa temperaturne inverzije, koji mogu dovesti do zagañenja zraka.

Prvi tip inverzije nastaje kada se topli zrak iz kontinentalnih suhih područja spušta niz

obronke planina prema moru, čime uvjetuje stvaranje privremene temperaturne inverzije.

Planine djeluju kao barijere za cirkulaciju zraka i sprečavaju prodiranje zagañenoga zraka,

koji se nalazi iznad urbanih područja, dalje prema unutrašnjosti (slika 9.2).

139

Slika 9.2 Prvi tip temperaturne inverzije

U odreñenim slučajevima, u blizini barijera, dolazi do nastanka efekta dimnjaka, koji

omogućuje da se dio zagañivala u zraku kreće preko vrhova planina i prodre prema

unutrašnjosti kontinenta. To se naročito dogaña u slučajevima kada su prisutne velike debljine

onečišćenoga zraka koji postupno prodire na više nadmorske visine zbog jakih vjetrova koji

pušu s mora prema kopnu (slika 9.3).

Slika 9.3 Efekt dimnjaka u blizini visokih planina

140

Drugi tip inverzije nastaje kada se iznad mase stagnirajućega hladnog zraka u zatvorenoj

kotlini nalazi oblačni sustav, koji sprečava prodiranje sunčeve energije i postupno se sve više

zagrijava zbog djelomične absorpcije sunčeve energije. Nastaje sloj toploga zraka, koji djeluje

kao barijera za hladni zrak. Istovremeno, pri površini tla zrak se sve više hladi, a ako je

vlažnost zraka relativno velika, hlañenjem zraka može nastati debeli sloj magle. Zbog

hlañenja zraka ljudi sve više koriste fosilna goriva za zagrijavanje domova i u industriji te se

na taj način emitira značajna količina zagañivala u zrak. Zagañenje zraka će rasti sve dok

iznad kotline postoji temperaturna inverzija (slika 9.4).

Slika 9.4 Drugi tip temperaturne inverzije

Smog nastaje u uvjetima kada na relativno ograničenom području postoji više izvora

zagañenja zraka koji kumulativno doprinose razvoju smoga. Razlikuju se dva tipa smoga:

Sumporni smog (londonski smog ili sivi zrak) nastaje izgaranjem ugljena u velikim

termoelektranama, pri čemu se oslobaña sumpor dioksid iz ugljena, koji reagira sa sitnim

česticama čañe koje nastaju izgaranjem ugljena (slika 9.5a).

Fotokemijski smog (Los Angeles (LA) smog ili smeñi zrak) nastaje reakcijom dušičnih oksida,

lakoisparljivih ugljikovodika (VOC) i sunčeve energije u urbanim sredinama, u kojima je

prisutna temperaturna inverzija i postoji intenzivan promet. Ovaj tip smoga je karakterističan

za velike urbane sredine, kao što su gradovi Los Angeles u SAD-u ili Mexico City u Meksiku

(slika 9.5b).

141

Slika 9.5 Nastanak smoga: a) sumporni; b) fotokemijski

***************************************************************************

Primjer. Kriza u Londonu iz 1952. godine, povezana s nastankom smoga.

U prosincu 1952. godine, nad Londonom se nadvio veliki oblačni sustav koji je sprečavao

prodiranje sunčeve energije u niže slojeve atmosfere. Vlažnost zraka je porasla na 80%, a

temperatura je naglo pala na ispod 10C. Razvila se vrlo gusta magla, a hladnoća i vlažnost

zraka povećali su potrebu za grijanjem kućanstva. Budući da se u to vrijeme većinom koristio

ugljen za zagrijavanje, povećala se i emisija pepela, sumpor dioksida i čañe u zrak.

Stagnirajući zrak uskoro je postao zagañen, ali ne samo zbog grijanja, već i zbog ispušnih

plinova iz automobila. U vrijeme najveće krize, od 4. do 10. prosinca 1952. godine, oko četiri

tisuće ljudi je umrlo od posljedica zagañenja zraka. Na kraju je priroda, a ne čovjek, riješila

problem; zagañenje zraka se smanjilo u trenutku kada su se promijenili vremenski uvjeti,

odnosno kada je nestao oblačni sustav iznad grada.

Kriza u Londonu nastala je kada su vremenski uvjeti i izgaranje velikih količina fosilnih

goriva onemogućili transformaciju zagañivala u londonskom zraku, zbog velike zasićenosti

zraka sa štetnim plinovima i česticama. S vremenom, koncentracija sumpor dioksida je

142

postajala sve veća, a zbog velike vlažnosti zraka povećao se i sadržaj kiselina u zraku, koje su

pogubno djelovale na ljude i vegetaciju.

Nakon 1952. godine, čišći plin je postupno zamijenio ugljen za zagrijavanje i od tada je

pojava smoga u Londonu znatno manja nego prije.

***************************************************************************

9.7. Monitoring kakvoće zraka

Monitoring kakvoće zraka provodi se u gradovima i naseljenim mjestima u cilju zaštite

ljudskoga zdravlja. Na područjima kulturnoga i prirodnog naslijeña mjere se koncentracije

onečišćujućih tvari koje mogu štetno utjecati na osjetljive okolišne sustave, autohtone biljne i

životinjske vrste te bioraznolikost. Mjerenja kakvoće zraka u urbanim sredinama i

industrijskim područjima provode se kako bi se procijenilo povećanje razina koncentracija

onečišćujućih tvari u jače onečišćenim područjima, ali i s ciljem ispunjavanja meñunarodnih

obveza R. Hrvatske, prema Pravilniku o praćenju kakvoće zraka (N.N. br. 155/05). Razina

onečišćenosti zraka prati se mjerenjem koncentracija onečišćujućih tvari u zraku s

instrumentima za automatsko mjerenje i uzorkovanjem. Instrumenti za automatsko mjerenje

omogućavaju kontinuirano mjerenje koncentracija onečišćujućih tvari u zraku. Diskretna

mjerenja kakvoće zraka provode se uzimanjem uzoraka iz:

a) komora, za mjerenje fluksa plinovitih onečišćujućih tvari iz tla prema atmosferi;

b) teflonskih posuda, za utvrñivanje prisutnosti azbesta u zgradama;

c) sondi, za mjerenje sadržaja plinova iz industrijskih dimnjaka.

Rezultati mjerenja i uzorkovanja vrednuju se prema propisanim graničnim, tolerantnim i

ciljnim vrijednostima razina onečišćivala u zraku.

Stalno mjerno mjesto opremljeno je prikladnom opremom za sakupljanje, pohranjivanje,

obradu i prijenos podataka u informacijski sustav kakvoće zraka. Informacijski sustav

kakvoće zraka u R. Hrvatskoj vodi Agencija za zaštitu okoliša, a nadzire ga Ministarstvo

zaštite okoliša, prostornog ureñenja i graditeljstva. Stalna mjerna mjesta u naseljenim

područjima, gdje dolazi do onečišćenja zraka zbog emisije sumpor dioksida iz većih izvora

onečišćenja, opremljena su mjernim instrumentima za mjerenje satne i deset minutne

prosječne vrijednosti koncentracija onečišćujućih tvari.

Pri ocjenjivanju razine onečišćenosti zraka, mjerenje koncentracija onečišćujućih tvari u zraku

može se nadopuniti rezultatima modeliranja kakvoće zraka.

143

Pitanja za vježbu:

1. Razmotrite Londonsku krizu iz 1952. godine. Smatrate li da je čovječanstvo iz toga i

sličnih dogañaja izvuklo nekakvu pouku? Smatrate li da je ovaj dogañaj aktualan i u

današnje vrijeme i može li se i na kojim područjima ponoviti takav dogañaj negdje

drugdje u budućnosti?

2. S aspekta zaštite okoliša, najbolji način za smanjenje emisija zagañivala u zrak je

prevencija zagañenja. Prevencija zagañenja temelji se na smanjenju količine otpadnih

tvari u procesu proizvodnje, što u nekim slučajevima može zahtijevati i uvoñenje novih,

čišćih tehnologija. Što prevencija od zagañenja zraka znači za našu zemlju? Probajte

pronaći odgovarajuće podatke za kakvoću zraka za veća mjesta u Hrvatskoj. Što biste vi

učinili kako bi poboljšali stanje kakvoće zraka u mjestu iz kojega dolazite?

3. U nekim razvijenim zemljama, lokalna ili državna vlast izdaje dozvole za emisije

pojedinih onečišćujućih tvari u atmosferu, koje se mogu prodavati ili kupovati na tržištu.

Budući da je samo odreñeni broj dozvola dostupan na tržištu, ovakva mjera značajno

ograničava emisiju zagañivala do željene razine, koja je propisana u zakonskim aktima tih

zemalja. Neki stručnjaci za zaštitu okoliša ne podržavaju ovakav način rješavanja

problema s kontrolom emisija, jer vjeruju da neki bogati i moćni, koji sebi mogu priuštiti

kupovanje velikoga broja dozvola, na taj način izbjegavaju svoje obveze i odgovornosti

prema očuvanju okoliša. Što vi mislite o takvom pristupu? Navedite njegove pozitivne i

negativne aspekte.

144

10. GLOBALNE KLIMATSKE PROMJENE

Obrazovni ciljevi:

• Objasniti ulogu znanosti u proučavanju globalnih promjena na Zemlji.

• Prikazati alate i metode koje se koriste za proučavanje globalnih klimatskih promjena na

Zemlji.

• Razumjeti bilancu energije Zemlje.

• Objasniti efekt staklenika.

• Prikazati globalne promjene temperature na Zemlji tijekom geološke prošlosti.

• Prikazati potencijalne efekte globalnoga zatopljivanja.

• Razumjeti značaj ozonskoga omotača za opstanak života na Zemlji.

10.1. Globalne promjene i “Znanost o Zemljinom sustavu”

Sve do nedavno smatralo se da ljudske aktivnosti uzrokuju promjene samo u lokalnom i

regionalnom mjerilu. Današnje znanje o Zemljinom sustavu i njenim podsustavima pokazuju

da je cijela planeta zahvaćena globalnim promjenama, prvenstveno klimatskim promjenama.

U novije vrijeme pojavila se nova znanstvena disciplina pod nazivom: “Znanost o Zemljinom

sustavu” (eng. Earth system science), koja proučava meñudjelovanje Zemljinih podsustava:

atmosfere, hidrosfere, litosfere i biosfere, i njihovu ulogu u razvoju i opstanku života na

Zemlji. Područja istraživanja ove znanstvene discipline obuhvaćaju: tlo i stijene kao Zemljine

materijale, atmosfersku kemiju, ciklus ugljika, hidrološki ciklus, transport topline i Sunčevo

zračenje, radi proučavanja globalnih procesa na Zemlji. Drugi važan cilj ove znanstvene

discipline je predviñanje globalnih promjena na Zemlji, naročito onih koji se dogañaju u

rasponu od nekoliko desetljeća do jednoga stoljeća, te razlikovanje promjena koje su

uzrokovane prirodnim i antropogenim utjecajima.

Promjene u globalnom sustavu, koje se mogu uočiti za života pojedinca, u trajanju do stotinu

godina, nazivaju se promjene prvog reda. Promjene drugog reda javljaju se u razdoblju u

kojem postoje mjerenja nekog prirodnog procesa, najčešće u trajanju do nekoliko tisuća

godina. Promjene trećeg reda javljaju se u razdoblju od nekoliko desetaka tisuća godina, što

odgovara pojedinim fazama ledenih doba u geološkoj prošlosti. Duža razdoblja, u kojima se

145

dogañaju promjene četvrtoga i petog reda, trajanja su do nekoliko milijuna godina, a

koreliraju s razvojem većih ledenih doba u geološkoj prošlosti.

10.2. Alati i metode za proučavanje globalnih klimatskih promjena na Zemlji

Sedimentne naslage, koje su taložene na poplavnim ravnicama, u jezerima, močvarama i

morima, često sadrže organske tvari koje omogućavaju odreñivanje starosti naslaga i upućuju

na vrstu i obilje organizama u pojedinim razdobljima geološke prošlosti. Slojevi sedimentnih

stijena pokazuju promjene u taložnim okolišima, vrsti materijala i organizama i sadrže

pokazatelje klimatskih promjena na Zemlji. Ove pokazatelje koristi paleoklimatologija,

znanost koja se bavi proučavanjem klimatskih promjena na Zemlji tijekom geološke prošlosti.

Marinski sedimenti imaju veliku ulogu u razumijevanju temperaturnih promjena oceanske

vode tijekom geološke prošlosti, kao i bioloških i kemijskih promjena koje se dogañaju u

oceanskim bazenima tijekom proteklih milijuna godina.

Riječni sedimenti imaju značajnu ulogu u razumijevanju velikih voda i poplava i na taj način

pomažu u odreñivanju njihovih povratnih razdoblja.

Sedimenti poplavnih ravnica i jezerski sedimenti ukazuju na promjene u vegetaciji. U takvim

sedimentima vrlo često se mogu pronaći ostaci polena, koji upućuju na tip i obilje vegetacije.

Ostaci polena mogu se pronaći i u zasebnim slojevima leda, a proučavanjem razvoja

ledenjaka, debljine i sastava leda, moguće je zaključivanje o intenzitetu oborina u nekom

prošlom vremenu. Mjehurići zraka, koji su ostali zarobljeni u ledenjacima, pružaju

informacije o koncentraciji ugljik dioksida u vrijeme formiranja leda, a time omogućuju i

odreñivanje starosti leda. U ledenjacima je moguće pronaći i neke teške metale, poput olova

koje je istaloženo iz zraka, ali i neke druge kemijske spojeve koji mogu biti korisni za

razumijevanje procesa koji su se odvijali u atmosferi tijekom geološke prošlosti.

Dendrokronologija je znanost koja proučava godove na ostacima drva i na taj način pomaže u

rekonstrukciji prošlih dogañaja. Širina pojedinačnih godova i druge informacije mogu

ukazivati na hidrološka i klimatska obilježja lokacije. Primjerice, pažljivom analizom

koncentričnih prstena moguće je utvrditi učestalost pojavljivanja sušnih i vlažnih razdoblja.

Ova metoda je pomogla u odreñivanju klimatskih promjena tijekom zadnjih 12 000 godina u

mnogim dijelovima svijeta.

Proučavanje dinamike i kemijskoga sastava voda u oceanima, morima, jezerima ili

podzemnim vodama ima veliki potencijal za odreñivanje vremena zadržavanja, odnosno

146

starosti vode, ali i paleoklimatskih uvjeta na Zemlji tijekom geološke prošlosti. U suvremenim

istraživanjima ovih značajki često se koriste prirodni traseri ili traseri u okolišu (eng.:

environmental tracers). Neki radioaktivni izotopi ili boje mogu se koristiti za odreñivanje

dinamike i starosti vode. Antropogeni kemijski spojevi, kao što su klorofluorougljici ili

freoni, spojevi sastavljeni od klora, fluora i ugljika koji se koriste kao rashladna sredstva i

sirovina za proizvodnju polistirena (plastičnih masa), koriste se za odreñivanje starosti mladih

podzemnih voda. Otopljeni plinovi u podzemnoj vodi mogu poslužiti za odreñivanje paleo

temperatura u umjerenim i tropskim klimatskim područjima.

Sustavno praćenje i redovito prikupljanje podataka za specifičnu svrhu, u konkretnom slučaju

podataka koji služe za odreñivanje obilježja i učestalosti pojave klimatskih promjena tijekom

geološke prošlosti, naziva se monitoring. Monitoring u realnom vremenu (eng.: real-time

monitoring) je prikupljanje podataka o nekom procesu koji je aktivan, odnosno koji traje u

vrijeme monitoringa. Monitoring kemijskog sastava atmosferskih plinova i monitoring

temperature i kemijskog sastava mora i oceana u realnom vremenu služe za utvrñivanje

trendova i promjena te za kalibraciju i testiranje podataka iz geološke prošlosti.

U novije vrijeme sve više je izražena primjena globalnih matematičkih modela, naročito

Globalnih modela cirkulacije (eng.: Global Circulation Models) u atmosferi. Ovi modeli

koriste se kao prva aproksimacija za rješavanje kompleksnih problema, a predviñaju koja će

područja na Zemlji biti vlažnija ili suša u bliskoj budućnosti, na temelju specifičnih, recentnih

promjena u atmosferi. Za njihovu izradu potrebno je koristiti superračunala velike brzine i

memorije, meñutim krajnji rezultati su vrlo nesigurni i dvojbeni. Osnovni problem u

korištenju ovih modela je činjenica da su ulazni podaci o temperaturi, relativnoj vlažnosti i

strujanju vjetrova usrednjeni na relativno velikom području, odnosno prostorna diskretizacija

modela je vrlo gruba. Prosječna veličina ćelija u numeričkom modelu je veličine dvije ili tri

Hrvatske, prema tome točnost rezultata modela je vrlo problematična. No unatoč ovoj

činjenici, ovi modeli osiguravaju informacije koje su neophodne kako bi se procijenila Zemlja

kao sustav i utvrdili podaci koji su potrebni za poboljšanje modela.

10.3. Bilanca energije Zemlje

U planetarnom mjerilu, Zemlja se može smatrati dijelom velikoga Sunčevog energetskog

sustava. Bilanca energije Zemlje (eng.: Earth’s energy balance) predstavlja ravnotežu izmeñu

Sunčeve energije koja dolazi na Zemlju i energije koja odlazi sa Zemlje natrag u svemir (slika

147

10.1). Iako Zemlja presreće samo mali dio ukupne energije koju Sunce emitira u svemir, ta

količina energije dovoljna je za održanje života na Zemlji, a pokreće i mnoge procese na ili u

blizini Zemljine površine, uključujući hidrološki ciklus, oceanske valove i cirkulaciju zraka u

atmosferi u globalnom mjerilu.

Slika 10.1 Bilanca energije Zemlje

Razlika izmeñu količine energije koja sa Sunca dolazi na Zemlju i količine energije koju

Zemlja stvara u svojoj unutrašnjosti najbolje se može prikazati na primjeru geotermalne

energije. Naime, ukupna količina geotermalne energije koja nastaje u unutrašnjosti Zemlje

čini svega 1% od ukupne količine energije koja dolazi sa Sunca.

Energija Sunca dolazi na Zemlju u obliku elektromagnetskoga zračenja, brzinom svjetlosti od

oko 300 000 km/s. Različiti oblici elektromagnetskoga zračenja razlikuju se u njihovim

valnim duljinama. Zbroj svih mogućih oblika različitih valnih duljina naziva se

elektromagnetski spektar. Oblici s valnim duljinama preko jednog metra uključuju radio

zrake, a oblici s valnim duljinama manjim od vidljivoga dijela spektra uključuju rendgenske

zrake i gama zrake. Oblici u vidljivom dijelu spektra imaju valne duljine od 0,4 do 0,7 µm.

148

Što je tijelo toplije, ono emitira više elektromagnetske energije. U stvari, količina energije

koju neko tijelo emitira mijenja se na četvrtu potenciju u zavisnosti od promjene površinske

temperature tijela. Primjerice, ako se površinska temperatura tijela povisi za dva puta, količina

energije koju tijelo emitira povisit će se za šesnaest puta. Površinska temperatura tijela

takoñer utječe i na tip zračenja koju ono emitira. Toplija tijela emitiraju zračenja s manjim

valnim duljinama, za razliku od hladnijih tijela koja emitiraju zračenja većih valnih duljina.

Sunce većinom emitira zračenja u vidljivom dijelu spektra, dok Zemlja emitira zračenje u

infracrvenom dijelu spektra.

10.4. Efekt staklenika

Temperatura na Zemlji najvećim dijelom ovisi o tri faktora:

- količini sunčeve energije koja stiže na Zemlju;

- količini sunčeve energije koja se reflektira od Zemlje i stoga je Zemlja ne absorbira;

- atmosferskoga zadržavanja topline koja se reflektira od Zemlje.

Absorbirana Sunčeva energija zagrijava Zemljinu atmosferu i površinu, a nakon absorpcije i

refleksije sa Zemlje odlazi u svemir u obliku infracrvenoga zračenja duge valne duljine.

Vodena para i nekoliko drugih atmosferskih plinova poput ugljik dioksida, metana i

klorofluorougljika zadržavaju dio energije koja se reflektira od Zemlje i stoga zagrijavaju

atmosferu (slika 10.2).

Iz toga razloga, Zemlja je znatno toplija nego što bi bila da je sva energija koja je reflektirana

od njezine površine “pobjegla” u svemir. Zadržavanje topline u atmosferi uz pomoć

atmosferskih plinova naziva se efekt staklenika (eng.: greenhouse effect). Važno je

napomenuti da je efekt staklenika prirodan proces koji se javljao tijekom milijuna godina na

Zemlji, ali i drugim planetima Sunčevoga sustava. Da nema zadržavanja topline u atmosferi,

temperatura na Zemlji bila bi za oko 33 0C manja u odnosu na današnju temperaturu i sva

površinska voda bila bi u zamrznutom stanju.

Pojavu prirodnoga efekta staklenika uzrokuju vodena para i male čestice vode u atmosferi.

Meñutim, potencijalno globalno zatopljivanje zbog ljudske aktivnosti povezano je s ugljik

dioksidom, metanom, dušičnim oksidima i klorofluorougljikom. U zadnjih nekoliko

desetljeća, atmosferska koncentracija ovih plinova značajno je porasla. Ovi plinovi nazivaju

se još i staklenički plinovi.

149

Slika 10.2. Efekt staklenika

Godišnji rast ugljik dioksida u atmosferi je 0,5 %, a udio ugljik dioksida u globalnom

zatopljivanju zbog ljudske aktivnosti je oko 60 %. Glavni uzrok rasta CO2 je izgaranje

fosilnih goriva, a prosječne koncentracije u atmosferi kreću se oko 350 ppm. U 18. stoljeću,

na početku industrijske revolucije, koncentracija CO2 u atmosferi bila je “samo” 280 ppm-a.

Udio metana u globalnom zatopljivanju je oko 15%, a njegov godišnji porast u atmosferi je

manji od 1%. Smatra se da je glavni antropogeni uzročnik pojave metana u atmosferi

raspadanje biomase, primjerice u odlagalištima otpada, proizvodnja ugljena i prirodnoga plina

te poljoprivredna proizvodnja, kao što je uzgoj riže i stoke.

Preostali udio, od 25%, u globalnom zatopljivanju čine: klorofluorougljici (12%), ozon (8%) i

dušični oksidi (5%). Zanimljivo je napomenuti da je godišnji porast klorofluorougljika u

atmosferi čak 4%. Većina antropogenih dušičnih oksida nastaje primjenom umjetnih gnojiva

na poljoprivredna tla, a značajan udio ima i izgaranje fosilnih goriva. Klorofluorougljici se još

uvijek koriste u hladnjacima i u bočicama sprejeva.

150

10.5 Globalne promjene temperature na Zemlji: dokazi za trend zagrijavanja

Pleistocensko ledeno doba započelo je približno prije 1,65 milijuna godina i od tada se često

mijenjala srednja godišnja temperatura na Zemlji, a s time i klima. Važno je razlikovati klimu

od vremena. Klima je prosječno stanje vremena nad nekim mjestom ili manjim ili većim

područjem Zemlje u nekom dužem vremenskom razdoblju. Vrijeme je dnevna promjena

faktora kao što su temperatura, oborine ili vjetar.

Klima na odreñenoj lokaciji nije samo neka prosječna temperatura ili količina oborina. Klimu

često karakteriziraju i sezonski ili povremeni ekstremni vremenski dogañaji, kao što su

monsunske kiše u Indiji ili uraganski vjetrovi u jugoistočnom dijelu SAD-a. Globalne

promjene u temperaturi imat će značajne posljedice na raspodjelu glavnih klimatskih zona na

Zemlji. Pravi uzroci globalnih klimatskih promjena su kompleksni i do danas nisu u

potpunosti objašnjeni. Danas je poznato da se značajne promjene mogu dogoditi vrlo brzo,

čak i u razdoblju od svega nekoliko desetaka godina.

Promjena klime na Zemlji dogañala se redovito tijekom geološke prošlosti. U zadnjih milijun

godina redovito se javljaju klimatski ciklusi, koji se ponavljaju svakih 100.000 godina, a u

okviru njih ponavljaju se i ciklusi kraćega trajanja od 40.000 i 20.000 godina. Ove cikluse je

1920. godine po prvi puta identificirao Milutin Milanković (slika 10.3.).

Ciklusi koji se ponavljaju svakih 100.000 godina nastaju kao posljedica promjena u Zemljinoj

orbiti oko Sunca. Ovi ciklusi koreliraju s razdobljima glacijala i interglacijala.

Ciklusi koji se ponavljaju svakih 40.000 i 20.000 godina posljedica su promjena u nagibu i

kolebanju Zemljine osi.

Milankovićevi ciklusi objašnjavaju dugotrajne klimatske cikluse, meñutim, njihov efekt na

količinu sunčeve energije koja dolazi na Zemlju nije dovoljan da bi mogao u potpunosti

objasniti velike klimatske promjene koje su se dogañale tijekom geološke prošlosti.

Milankovićeve cikluse treba promatrati kao prirodne mehanizme koji zajedno s drugim

procesima mogu stvarati klimatske promjene. Kraći ciklusi su takoñer zabilježeni i postoje

odreñene indikacije o pojavi ciklusa koji se ponavljaju svakih 1.500 godina, kroz zadnjih

nekoliko tisuća godina. Ako su pretpostavke o prirodnim ciklusima ispravne, tada je potrebno

razlikovati globalno zagrijavanje uzrokovano prirodnim mehanizmima od zagrijavanja koje je

posljedica ljudske aktivnosti.

Trend zagrijavanja na Zemlji traje od 1750 godine do 40-tih godina dvadesetoga stoljeća,

kada je zagrijavanje na kratko prekinuto. Od 70-tih godina dvadesetoga stoljeća trend

151

zagrijavanja je ponovno prisutan. U zadnjih 140 godina, globalna srednja temperatura je

porasla za oko 0,5 0C.

Slika 10.3. Klimatski ciklusi u zadnjih milijun godina geološke prošlosti Zemlje (prema Keller, 2000)

Dodatni dokaz za globalno zagrijavanje dolazi od proučavanja ledenjaka na Zemlji. Rast i

otapanje ledenjaka u korelaciji je s trajanjima ledenih doba tijekom geološke prošlosti. Za

vrijeme ledenoga doba u pleistocenu, ledenjaci su pokrivali gotovo 30% površine Zemlje.

Danas, u vrijeme interglacijala, svega oko 10% površine Zemlje je pokriveno ledenjacima.

Zabilježeno je da se velika većina ledenjaka nalazi u fazi topljenja, a tek vrlo mali broj

ledenjaka raste.

***************************************************************************

Primjer. U Švicarskoj je 1967. godine zabilježen rast 31 ledenjaka, a 55 ledenjaka bilo je u

fazi topljenja. U 1993, u fazi rasta bilo je svega 6 ledenjaka, a čak 73 ledenjaka je bilo u fazi

topljenja. Slično je zabilježeno i u Italiji. U 1981. godini u fazi rasta bilo je čak 25 ledenjaka,

152

a svega 10 ledenjaka je bilo u fazi topljenja. U 1993. godini, u fazi rasta bilo je svega 6

ledenjaka, a 127 ledenjaka je bilo u fazi topljenja.

***************************************************************************

Zbog nesigurnosti u predviñanju veličine utjecaja stakleničkih plinova na pojavu efekta

staklenika, budući trendovi globalnoga zagrijavanja su prilično nesigurni. Pouzdano se može

reći da se trend zagrijavanja nastavlja, meñutim pouzdanost predviñanja buduće temperature

značajno se smanjuje ekstrapolacijom krivulje trenda u budućnosti.

***************************************************************************

Primjer. Globalni mehanizam cirkulacije oceanske vode može imati značajan utjecaj na

klimatske promjene na Zemlji. Radi se o cirkulaciji oceanske vode, koja se dogaña u

globalnom mjerilu i obuhvaća pojas vode s količinama koje su stotinu puta veće od količine

vode koja teče rijekom Amazonom (slika 10.4).

Slika 10.4 Globalni mehanizam cirkulacije oceanske vode na Zemlji

Oceanska voda, temperature od 12 do 13 0C, kreće se u Atlantskom oceanu prema sjeveru i u

blizini Grenlanda hladi se na temperaturu od 2 do 4 0C. Hlañenjem oceanske vode povećava

se salinitet i gustoća vode, što uzrokuje njeno tonjenje prema dnu. Strujanje vode od

Grenlanda prema jugu i dalje prema istoku odvija se neposredno uz dno oceana. U Tihom

oceanu hladna struja se diže prema površini, gdje se zagrijava i struji ponovno prema zapadu.

Količina tople vode i toplina što je isijava ovaj topli pojas oceanske vode zagrijava Europu na

5 do 10 0C višu temperaturu nego što bi bila da nema ovoga pojasa.

***************************************************************************

153

Primjer. El Nino je prirodni klimatski fenomen koji se javlja u prosjeku svakih nekoliko

godina i traje 12 do 18 mjeseci. Do pojave ovoga fenomena dolazi zbog promjene u

cirkulaciji tople oceanske struje, koja umjesto od istoka prema zapadu, struji od zapada prema

istoku. Zbog promjene u cirkulaciji oceanske struje dolazi do nagloga povišenja topline zbog

velikoga isparavanja vode iz oceana u atmosferu, što uzrokuje pojavu prirodnih hazarda na

globalnoj razini: uragana, poplava, klizišta, suša itd. El Nino se javlja u tropskom pojasu

Pacifika, a posljedice su vidljive u cijelom ekvatorijalnom pojasu.

Suprotan efekt, odnosno pojava neobično hladne oceanske vode naziva se La Nina. Na

primjer, za vrijeme trajanja La Nine, zimske temperature su niže od prosječnih temperatura u

sjevernim dijelovima hemisfere.

El Nino i La Nina predstavljaju prirodne poremećaje u cirkulaciji oceanske vode, koje utječu

na strujanja zračnih masa u atmosferi i pojave ekstremnih dogañaja, a posljedice su vidljive na

globalnoj razini.

10.6. Potencijalni efekti globalnoga zatopljivanja

Procijenjeno je da ukoliko se emisija stakleničkih plinova udvostruči u budućnosti, prosječna

globalna temperatura zraka će porasti za 1,2 0C. Specifične posljedice ovoga rasta temperature

je teško predvidjeti, meñutim izvjesna je promjena u raspodjeli globalnih klimatskih zona i

povišenje razine mora i oceana.

Globalni rast temperature zraka može značajno promijeniti raspodjelu oborina, vlažnost tla i

druge klimatske faktore koji su značajni za poljoprivredu. Predviña se da će neka sjeverna

područja, poput Kanade i istočne Europe postati još produktivnija, dok će područja na jugu

postati još suša. Meñutim, produktivnost poljoprivrednoga tla ne ovisi samo o raspodjeli

klimatskih zona, već i o plodnosti tla, što znači da su posljedice klimatskih promjena

nepredvidive.

Globalne klimatske promjene mogu promijeniti i učestalost i intenzitet ekstremnih prirodnih

dogañaja, poput uragana ili jakih oluja. Zagrijavanjem oceana stvara se dodatna količina

energije koja “hrani” ove opasne prirodne procese, i oni postaju velika prijetnja za život i

imovinu ljudi.

Globalne klimatske promjene mogu utjecati i na promjene u biosferi, a ovaj utjecaj je u

potpunosti nepredvidiv. Već sada su zabilježene ove promjene, a primjeri su mnogobrojni:

pojave komaraca koji prenose malariju i "denga" groznicu u Africi, Južnoj Americi,

154

Centralnoj Americi i Meksiku; leptiri i ptice koji migriraju sve više u sjevernije predjele;

crnogorične šume javljaju se na sve većim nadmorskim visinama itd.

Rast razine mora i oceana, zbog globalnoga zagrijavanja, je potencijalno ozbiljan problem.

Prema nekim procjenama, tijekom 21. stoljeća očekuje se njihov rast od 40 do 200 cm.

Rast razina mora i oceana od “samo” 40 cm može imati ozbiljne posljedice za okoliš. Takav

rast će uzrokovati pojačanu obalnu eroziju na plažama, a progresivno napredovanje erozije

prema unutrašnjosti ojačat će ranjivost prirodnih i antropogenih struktura od ekstremnih

prirodnih procesa.

Procesi erozije obala su ozbiljan problem u mnogim dijelovima svijeta, a značajnim rastom

razina mora i oceana, sadašnji stupanj erozije mogao bi se udvostručiti. Čini se neizbježnim

da takav rast mora pratiti i povećano ulaganje u zaštitu i prevenciju od erozije u naseljima i

gradovima u obalnim područjima.

10.7. Smanjivanje ozonskoga omotača oko Zemlje

Ozon (O3) je elementarni oblik kisika, kod kojega se kisik pojavljuje u molekulama koje se

sastoje od tri atoma. Nastaje u atmosferi prilikom električnih pražnjenja i djelovanjem

ultraljubičastih zraka (UV zrake).

Ozon se u znatnijim količinama nalazi u višoj atmosferi i to u visinama od oko 10 do 50 km.

Taj sloj više atmosfere naziva se ozonosfera. Ozon u višoj atmosferi nastaje kroz dvije faze. U

prvoj fazi, molekula kisika, koja se sastoji od dva atoma, absorbira ultraljubičasto Sunčevo

zračenje, te stoga fotodisocira na pojedinačne atome kisika.

O2 + hν O + O (10.1)

gdje je:

hν - energija fotona UV zračenja, čije su valne duljine manje od 240 nm,

h - Planckova konstanta, h = 6,625x10-34 Js,

ν - frekvencija zračenja (s-1)

U drugoj fazi dolazi do kolizije atoma i molekule kisika, uz prisutnost trećega tijela (m), i

nastaje ozon.

O2 + O + m O3 + m. (10.2)

Najviše ozona nastaje u ekvatorijalnom pojasu, na visinama iznad 25 km. To je područje u

kojem je postignuta ravnoteža izmeñu raspoloživoga kisika, čija koncentracija opada s

155

visinom, i Sunčevoga UV zračenja, koje raste s visinom. Ozon se atmosferskim gibanjima

prenosi prema polovima. Stoga se najviše ozona (oko 6x1012 molekula/cm3) nalazi u tropskim

područjima na visini od 25 km, dok je nad polovima maksimum ozona zabilježen na 18 km

visine.

Premda je količina ozona u atmosferi relativno mala (maksimalne koncentracije ozona u

zraku ne prelaze 10 ppm-a), njegova važnost za život na Zemlji je ogromna. Osim ozona niti

jedna druga tvar u atmosferi ne absorbira UV zračenje u rasponu od 240 do 290 nm. Kad ozon

ne bi bio prisutan u atmosferi, Sunčevo ultraljubičasto zračenje bi oštetilo genetski materijal

na površini Zemlje, a fotosinteza u biljkama bi bila onemogućena. Zbog svojih absorpcijskih

svojstava ozon ima važnu ulogu u bilanci energije Zemlje, te utječe na termalnu strukturu

atmosfere.

Posljednjih desetljeća puno pažnje pridaje se problemu ozonskih rupa, odnosno smanjenju

ozonskoga omotača oko Zemlje. Sredinom sedamdesetih godina dvadesetoga stoljeća, nad

Antarktikom je u ozonosferi uočeno veliko smanjenje koncentracije ozona, u odnosu na ranija

razdoblja. Kemičari atmosfere pripisuju to smanjenje antropogenoj emisiji klorofluorougljika

(CFC, freoni). Hipoteza iz 1974. godine objašnjava fotodisocijaciju freona u atmosferi i

nastanak klora, koji potiče lančanu reakciju koja dovodi do smanjenja ozona.

Cl + O3 ClO + O2 (10.3)

ClO + O Cl + O2 (10.4)

Atomi klora reagiraju s molekulom ozona i nastaje klor oksid (ClO) i molekula kisika. U ovoj

kemijskoj reakciji se uništava ozon. U drugoj reakciji, klor oksid reagira s atomom kisika i

nastaje klor i molekula kisika. Klor se ponovno oslobaña i reagira s novom molekulom ozona.

Procjenjuje se da tijekom jedne do dvije godine, koliko je srednje vrijeme zadržavanja atoma

klora u atmosferi, jedan atom klora može uništiti do 100 000 molekula ozona. Važno je

naglasiti da klor nije i jedina kemijska tvar koja može uništiti ozon. Druge tvari, kao što su

brom i dušični oksidi takoñer prolaze kroz slične kemijske reakcije kao i atom klora.

Važnost hipoteze iz 1974. godine dramatično je naglašena u 1985. godini, s otkrićem

Antarktičke ozonske rupe. Najveće smanjenje koncentracije ozona (ponegdje čak do 99%)

uočeno je na visinama od 14 do 19 km iznad Zemljine površine.

Pitanja za vježbu:

1. Razmislite i objasnite na koji način globalne klimatske promjene mogu utjecati na ljude i

okoliš, naročito u područjima u kojima je izražen eksponencijalni rast stanovništva.

156

2. Razmislite na koji način bi odgovorili onima koji smatraju da su problemi u okolišu, kao

što su: rast ljudske populacije na Zemlji, globalno zagrijavanje, smanjenje ozonskoga

omotača oko Zemlje i kisele kiše, zapravo pretjerivanja pretjerano revnih udruga i

pojedinaca koji promiču zaštitu okoliša te da bi se ljudi u stvari trebali baviti problemima

gospodarskoga i ekonomskog razvoja te smanjenja rasta kriminala u svijetu.

157

11. LITERATURA

Artiola, J.F., Pepper, I.L. & Brusseau, M. (2004): Environmental Monitoring and

Characterization, Elsevier, Inc.

ASCE/UNESCO Task Comitee (1998): Sustainability criteria for water resource systems.

American society of civil engineers, Reston, Virginia.

Bell, F.G. (1999): Geological Hazards: their assessment, aviodance and mitigation, E & FN

SPON, London.

Bonnaci, O. (1993): The Vrana Lake Hydrology (Island of Cres – Croatia). Water Res. Bull.,

407-414.

Brown, J., O.J. Ferrians, Jr., J.A. Heginbottom, and E.S. Melnikov (1998, revised February

2001): Circum-arctic map of permafrost and ground ice conditions. Boulder, CO:

National Snow and Ice Data Center/World Data Center for Glaciology. Digital media.

Commission Mondiale sur l’eau pour le XXIème siècle (2000): Rapport au Forum de La

Haye, Conseil Mondial de l’Eau, Marseille.

EKONERG (2005): Emisija onečišćujućih tvari u zrak na području Republike Hrvatske,

Izvještaj za Ministarstvo zaštite okoliša, prostornog ureñenja i graditeljstva, Zagreb.

Ford, D.C. & Williams, P.W. (1996): Karst Geomorphology and Hydrology, Chapman &

Hall, London.

Gleick, P.H. (1993): An introduction to global fresh water issues. In Water in crisis, ed. P.H.

Gleick, pp. 3-12. Oxford University Press, New York.

Goulden, M.L., S.C. Wofsy, J.W. Harden, S.E. Trumbore, P.M. Crill, S.T. Gower, T. Fries,

B.C. Daube, S.-M. Fan, D.J. Sutton, A. Bazzaz, & J. W. Munger (1998): Sensitivity of

boreal forest carbon balance to soil thaw. Science 279: 214-217.

Hardin, G. (1968): The Tragedy of the Commons, Science, 162:1243-1248.

Harremoës, P. (1988): Stochastic models for estimation of extreme pollution from urban

runoff, Water Resources, No. 22, 1017-1026.

Hill, M.K. (2004): Understanding Environmental Pollution, 2nd edition, University Press,

Cambridge.

Institut za medicinska istraživanja i medicinu rada (2005): Izvještaj o stanju zraka u Republici

Hrvatskoj s ciljem uspostave informacijskog sustava zaštite okoliša Republike

Hrvatske. Izvještaj, Zagreb.

Keller, E.A. (2000): Environmental Geology, 8th edition, Prentice Hall, New Jersey.

158

Keller, E.A. (2002): Introduction to environmental Geology, 2th edition, Prentice Hall, New

Jersey. Jelavić, B. (2004): Strategija energetskog razvitka Republike Hrvatske, u: (Dvornik, S. &

Horbat, V. – urednici): Forumi o održivom razvoju, interkulturni dijalog aktera o

održivim razvojnim usmjerenjima u zaštiti okoliša u Hrvatskoj i regiji, Fondacija

Heinrich Böll, Zagreb.

Kiersch, G.A. (1964): Vaiont Reservoir disaster. Civil Engineering 34: 32-39. (citirano u

Keller, 2002).

Kiersch, G.A. (1965): The Vaiont Reservoir disaster. Mineral Information Service 18(7):

129-38

Leopold, A. (1949): A sand County Almanac, Oxford University Press, New York.

Lorenz, R. (1859): Der Vrana See. Petermans Georg. Mitt,. 1, Gotha.

Lovelock, J. (1988): The ages of Gaia. New York, W.W. Nortin&Co (citirano u Keller, 2000).

Lyell, C. & Secord, J.A. (1998): Principles of geology, Penguin Classics; Abridged edition

(first published 1830.-1833.).

Maidment, D. R. /ed./ (1993): Handbook of Hydrology. McGraw-Hill Inc., NewYork,NY.

Maksimović, Č. & Tejada-Guibert, J.A. (2001): Frontiers in urban water management, IWA,

London.

Marsalek, J., Rocfort, Q., Savić, D. (2001): Urban water as a part of integrated catchment

management – In: Maksimović, Č., Tejada-Guibert, J.A. (ed.), 2001.: Frontiers in

urban water management, IWA, London.

Matschullat, J., Ottenstein, R. & Reimann, C. (2000): Geochemical background – can we

calculate it? Envirom. Geol. 39, p. 990-1000.

Mayer, D. (1980): Mogućnost zagañivanja vodonosnih slojeva kao posljedica

hidrodinamičkih značajki na području užeg porječja Save u SR Hrvatskoj, Doktorska

disertacija, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb.

Mayer, D. (1993): Kvaliteta i zaštita podzemnih voda, Hrvatsko društvo za zaštitu voda i

mora, Zagreb.

Mayer, D. (2004): Voda od nastanka do upotrebe, Prosvjeta, Zagreb.

Mayer, E. (1873): Der Vrana See auf der Insel Cherso. Mitt, 1, Georg. Ges., 16, Wien

Montgomery, C.W. (2006): Environmental Geology, 7th edition, McGraw-Hill Companies,

New York.

Nakić, Z. (2003): Uzroci i posljedice promjene kakvoće podzemne vode na zagrebačkom

159

području, Doktorska disertacija, RGN fakultet, Zagreb.

Ožanić, N., Rubinić, J. (1994): Analiza hidrološkog režima Vranskog jezera na otoku Cresu.

Hrv. Vode, 2/8, 535-543.

Poljak, J. (1947): Izvještaj o geološkim istraživanjima područja jezera Vrana na otoku Cresu.

Fond stručne dokumentacije, IGI, Zagreb.

Roche, P-A., Valiron, F., Coulomb, R., Villesot, D. (2001): Infrastructure integration issue –

In: Maksimović, Č., Tejada-Guibert, J.A. (ed.), 2001.: Frontiers in urban water

management, IWA, London.

Salter, H. H. (1868): On Asthma: Its Pathology and Treatment. John Churchill & Sons, 2nd

edition, London.

Schwille, F. (1988): Dense Chlorinated Solvents In Porous and Fractured Media Model

Experiments. Translated by J.F. Pankoww. Lewis Publishers, Chelsea, Mi.

Sewell, H.G. (1977): Environmental Quality Management. Prentice-Hall Inc., New York.

Srebrenović, D. (1986): Primjenjena hidrologija, Tehnička knjiga, Zagreb.

Strategija energetskog razvitka Republike Hrvatske (Narodne novine br. 38/02)

Strategija upravljanja vodama (Narodne novine br. 91/2008)

UNESCO (1978): World Water Balance and Water Resources of the Earth, UNESCO Series

Studies and Reports, No 25, Paris.

Vitousek, P.M., Mooney, H.A., Lubchenco, J. & Melilli, J.M. (1997): Human domination of

Earth’s ecosystems. Science, 277, 494-499.

White, L., Jr. (1967): The historical roots of our ecological crisis. Science 155, 1203-1207

(citirano u Keller, 2000).

Williams, P.J., and M.W. Smith. (1989): The frozen earth: fundamentals of geocryology.

Cambridge, UK: Cambridge University Press.

Wilson, E.M. (1983): Engineering Hydrology, Macmillan, London.

Zaporozec, A. & Miller, J. C. (2000). Ground-Water Pollution. UNESCO, Paris, France, 24

pp.

Zhang, T., R.G. Barry, K. Knowles, F. Ling, & R.L. Armstrong. (2003): Distribution of

seasonally and perennially frozen ground in the Northern Hemisphere. In Permafrost.

Phillips, Springman, and Arenson, eds. Swets and Zeitlinger.

Žugaj, R. (2000): Hidrologija, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Zagreb.