TNFORr MATO~ RIUM Obsah Ucelený přehled problematiky ekologie, vztahy mezi organismy a prostředím, podmínky života v přírodě, vývoj lidské civilizace, ovzduší a klima, znečišťováni vod, energie, látky, odpady s ohledem na lidskou společnost a zachování přírody. Lektorovali: RNDr. Eva Lišková, CSc., doc. RNDr. Karel Pivnička, DrSc. Is' edition © doc. RNDr. Mariin Braniš, CSc, 1997 2"J edition © doc. RNDr. Martin Braniš, CSc., 1999 ISItN KO-86073-52-1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.3 t .3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3 1.6.4 1.6.5 1.6.6 PŘEDMLUVA........................... 9 ÚVODEM............................. U ZÁKLADY EKOLOGIE.......... ........... 13 Historie ekologie.......................... '3 Organismus a prostředí....................... 13 Život a jeho vlastnosti....................... 13 Autotrofní a helerotrofní organismy.................. 14 Přizpůsobeni (adaptace)....................... 14 Přírodní výběr, domeštikace a genetické inženýrství........... 15 Snášenlivost (tolerance)....................... 16 Konvergence a divergence...................... 18 Otázky.............................. 19 Podmínky života v přírodě...................... 19 Abiotické vlivy........................... '9 Biotické vlivy........................... 23 Vliv času............................. 24 Životní podmínky a ekologická nika.................. 24 Otázky.............................. 26 Zdroje energie a látek v přírodě................... 26 Energie.............................. 26 Látky............................... 27 Koloběh látek v přírodě....................... 27 Otázky.............................. 35 Jedinec, druh, populace - vztahy mezi jedinci a druhy.......... 36 Jedinec v přírodě.......................... 36 Druh............................... 36 Populace organismů........................ 36 Lov, sběr, úroda a výtěžek...................... 40 Vztahy mezi organismy....................... 40 Otázky.............................. 43 Společenstva a ekosystémy..................... 43 Společenstvo........................... 44 Potravní vztahy ve společenstvu................... 45 Ekosystém............................ 50 Vývoj společenstev a ekosystémů (sukcese).............. 50 Hlavni ekosystémy Země - biomy.................. 51 Stabilita společenstev a ekosystémů................. 55 5 1.6.7 1.7 1.7.1 1.7.2 1.7.3 1.7.4 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4 Krajinná ekologie......................... 56 Otázky.............................. 58 Ekologie jako vědecká i užilá disciplína................ 58 Ostrovní ekologie......................... 58 Invázni ekologie.......................... 59 Palcoekologie........................... 59 Využití poznatků ekologie v praxi.................. 60 Otázky.............................. 62 NAUKA O ŽIVOTNÍM PROSTŘEDÍ................ 63 Základní pojmy........................... 63 Vznik a vývoj lidské civilizace.................... 64 Vývoj člověka........................... 64 Vliv činnosti člověka na prostředí.................. 65 Změny ve společnosti........................ 69 Otázky.............................. 70 Růst lidské populace........................ 70 Rozšířeni člověka na Zemi..................... 70 Exponenciální růst......................... 71 Hlavní faktory růstu počtu obyvatel.................. 72 Demografická revoluce....................... 73 Otázky.............................. 76 Ochrana biologické rozmanitosti Země................ 77 Počet druhů na Zemi........................ 77 Vznik nových druhů (speciace).................... 78 Zánik druhů (extinkce)....................... 79 Vyznám organismů pro člověka................... 81 Ochrana přírody.......................... 83 Otázky.............................. 84 Ovzduší a klima.......................... 84 Složení atmosféry......................... 84 Skleníkový jev........................... 85 Ozonová vrstva.......................... 87 Změny klimatu a poškozování ozonové vrstvy způsobené činností člověka ............................. 89 Znečištění ovzduší......................... 91 Otázky.............................. 96 Využívání a znečišťováni vody.................... 97 Charakteristika vody........................ 97 Využitelné množství vody...................... 98 Počet obyvatel a dostatek vody.................... 99 Znečištění vody.......................... 101 Otázky.............................. 107 Využívání půdy a produkce potravin................. 108 Složení půdy............................ 108 Plocha půdy na Zemi........................ 109 Změna struktury půdy a její poškozování............... 109 Ochrana půdy........................... 1]4 2.7.5 2.8 2.8.1 2.8.2 2.8.3 2.8.4 2.9 2.9.1 2.9.2 2.9.3 2.9.4 2.9.5 2.10 2.10.1 2.10.2 2.10.3 2.10.4 3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 Půda a produkce potravin......................j|| Otázky.............................. Energie, látky a odpady.......................j j1 Energie a její využití........................ Zdroje energie........................... Prostředí a hmota.........................J~ Odpady.............................. Otázky.............................. Zdraví lidí a životní prostředí.................... l" Přirozená a civilizační rizika..................... J~j Vlivy prostředí ovlivňující zdraví.................. j^í Účinky vlivů prostředí působící na zdraví............... 137 Vztah dávky škodliviny a jejího účinku................ >*J Dobrovolná a vynucená zdravotní rizika................ j+l Otázky.............................. 142 Lidská společnost a prostředí.................... '^2 Ekonomický rozvoj a zachováni přírody................ ™ Rozdíly mezi bohatými a chudými státy................ J43 Udržitelný rozvoj společnosti . . . ................. j** Nástroje společnosti k ochraně prostředí............... ™ Otázky.............................. 147 ŽIVOTNÍ PRO STŘE O í ČESKÉ REPUBLIKY...........148 Charakteristika území .......................J4j! tri:......148 Kllm;l........................... .dB Obwatelstvo...........................}™ Výroba..............................[f Doprava............................. Znečištění složek prostředí.....................|^ Ovzduší.............................., - , ,r ,„ .......156 Voda......................... Horninové prostředí a půda.....................jj^J ;-c;>'..........................:::::: 16. Odpady............................. Ochrana přírody a krajiny......................|vj Historie a současný stav . ...................... Problémy ochrany přírody v České republice.............lbi Hodnoceni ochrany životního prostředí a výhledy do budoucna......16+ Příčiny zlepšováni a zhoršování stavu životního prostředí........ Financování ochrany životního prostředí...............j~j Otázky............................... Přehled důležitých zákonů a některých dalších obecně závazných předpisů na ochranu životního proslředí v ČR.................lfl" POUŽITÁ A DOPORUČENA LITERATURA............169 Předmluva Učebnice, která se Vám dostává do rukou, je určena především pro studenty, kteří neměli dosud možnost se blíže seznámit se základy ekologie a ochrany životního prostředí. Úroveň textu předpokládá ukončené základní vzděláni a průměrné znalosti žáků, kteří pokračují ve studiu na středních i na odborných školách. Text je použitelný pro samostatný předmět, jehož hlavní náplní je ekologie :i ochrana životního prostředí, nebo z něho mohou být použita jednotlivá témata v jiných předmětech, např. v biologii, zeměpisu, chemii, ale i v občanské výchově nebo v základech humanitních věd._Řada kapitol bude vhodná Í pro různá lečhnoíogická, lesnická, zemědělská a podobná učiliště. Konečně lze text využít jako zdroje informaci pro zájmové kroužky, či pro poučeni mimo výuku ve škole. Pokud bude učebnice využita pro samostatný předmět (povinný ČÍ výběrový), je důležité, aby byly obě části probrány po sobě, tak aby ekologie předcházela komplexnějšímu tématu, kterým je ochrana životního prostředí. 'Některé informace se v textu objevují na více místech (zmínky o kyselých .srážkách apod.). Je to proto, aby bylo možné jednotlivé kapitoly použít nezávisle na jiných kapitolách. Každá kapitola je samostatným celkem, který může být {i když to nelze vzhledem k provázanosti témat vždy doporučit) vyňat z kontextu -ttslalní látky. Žádná učebnice, ani tato, není vyčerpávajícím zdrojem informaci. Nemůže a ani nechce nahradit výuku zavedených předmětů. Proto ve školách, kde je pravidelně vyučována biologie, zeměpis a chemie, lze doporučit učiteli i studentům používat k doplněni informace i učebnic těchto předmětů a dalši literatury. V biologii je možné převzít informace o genetické podstatě druhů, životě parazitů, mechanismu mutací apod. Geografie může doplnit informace o hydrologickom systému, klimatu, půdách i dalších charakteristikách prostředí a společnosti na úrovni globálni, kontinentální, regionálni i v rozměru naši republiky. Chemie poskytne základní poznatky o podstatě vody, reakcich v atmosféře, pH, oxidaci a redukci atd. Bude-li zvolen tento přístup, naučí se studenti pracovat s více zdroji informaci, což je potřebné nejen pro dalši praxí v oblasti ochrany životního prostředí, ale i pro dalsi studium na vysokých školách. (Ť0 Pokud loje možné, doporučuji doplnit výuku besedami s odborníky, exkurzemi do přírody, do botanických a zoologických zahrad, návštěvami muzeí a výstav týkajících se příslušné problematiky. Vhodné je také zařazeni videofilmů. Radu významných akcí a dlouhodobých programů pro školy nabízejí centra ekologické výchovy a další nevládní organizace. 9 K rozšírení učiva lze doporučit četbu domácích časopisů, které se ochrany životního prostředí přímo nebo nepřímo dotýkají (Eko, Odpady, Vodní hospodářství, Ochrana přírody. Živa, Vesmír, Nika, Geografické rozhledy apod.). Lze využít i informační materiály velkých průmyslových podniků (ČBZ), nebo nevládních odborných center (SEVEN). Výborným zdrojem pro různé diskuse a cvičení je využití údajů ze statistických ročenek o slavii životního prostředí v České republice i v jiných zemích nebo mezinárodních seskupeních (EU, OĽCD ald.)- Drahé vydání bylo upraveno a doplněno na základě recenzí doc. RNDr. Karla Pivničky, DrSc, z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a RNDr. Evy Liškové, CSc, z Pedagogické fakulty Univerzity Karlovy, kterým touto cestou děkuji. Řada námětů a připomínek recenzentů byla respektována. Do upraveného textu byla zařazena kapitola o životním prostředí České republiky s tabulkami, které lze doplňovat údaji i v dalších letech. Byly přidány i další příklady a řada informací byla aktualizována. Některá navrhovaná doplněni však vzhledem k omezenému rozsahu publikace nebylo možné do stávajícího textu zařadit. Podrobnosti tedy doporučuji vyhledat v odborné literatuře. Některé nejdůležitější publikace jsou zde uvedeny v seznamu literatury. Nezbytným předpokladem pro plné využití témat z této učebnice je vlastni iniciativa učitele i zájem a aktivní práce studenta. Životni prostředí i lidská společnost jsou dynamické, slále se proměňující systémy. Neustále se objevují nové údaje, informace a teorie. Pouze jejich aktivní vyhledáváni a studium nových poznatků vede k plnému uspokojení učitele i žáka. Autor Úvodem Charakteristika ekologie Organismy se ve svém prostředí nevyskytují náhodně. Vždy můžeme nalézt určité souvislosti mezi typem a vlastnostmi prostředí (teplotou, vlhkostí, půdou apod.) a tvarem těla, způsobem výživy a dalšími vlastnostmi určitého živočicha nebo rostliny. Studovat organismus a všechny stránky jeho života bez toho, aniž bychom vzali v úvahu okolní prostředí, není myslitelné. Výsledkem by bylo zjednodušené poznání. Základní vědeckou disciplínou, která se zabývá studiem života, je biologie. Kkologie (z řeckého oikos - dům, obydlí, okoli, logos - nauka, věda) je jedním / biologických oborů. Hlavnim a společným objektem studia biologie a ekologie jsou živé organismy. Zatímco biologický obor jako je anatomie studuje stavbu léla a fyziologie se zabývá studiem funkcí orgánů, lkáni a buněk, zkoumá ekologie vztahy mezi organismy a jejich prostředím. Úkolem vědců - ekologů je popsat a vysvětlit tyto vztahy a principy vztahů zobecnit do pravidel a teorií, líkology zajímá nejen vztah organismů k neživému prostředí, ale i vzájemný vztah a soužití organismů. Nejnižší jednotkou, kterou ekologie zkoumá, je jedinec a jeho vazby na okolní prostředí i na ostatní organismy. Nejvyšši kategorii je ekosystém - soubor všech faktorů živé i neživé přírody, které se vyskytuji vc stejné době na stejném území a které spojuji složité vazby. Ekologie a nauka o životním prostředí O ekologii se také v širších souvislostech hovoří jako o předmětu, který se zabývá vztahy člověka k prostředí a k ostatním organismům v tomto prostředí žijícím. Tento směr si většinou všímá více nepříznivých vlivů činností člověka na přírodu, a to nejen na živé organismy, ale i na ovzduší, vodu, půdu, ale i vlivů na zdraví samotného člověka. I když tento obor vychází vždy ze základů ekologie, jedná se o nauku o životním prostředí. Vzájemné postavení ekologie a nauky o životním prostředí lze přirovnal ke vztahu mezi původně biologickými disciplínami - anatomii a fyziologií na jedné straně a medicínou (lékařskou vědou) na straně druhé. Zatímco anatomie a fyziologie zkoumají stavbu a funkci 10 11 normálního, zdravého organismu, lékaře zajímá organismus nemocný, tj. vc stavu změn navozených nějakým zevním nežádoucím vlivem (infekcí, zraněním, otravou). Také nauka o životnim prostředí zkoumá přírodu - organismy a prostředí včetně člověka, v okamžiku nějaké nežádoucí změny. Nezabývá se ledy výskytem ryb a jejich způsobem života, ale např. vlivem znečištění vody na úhyn ryb, stejně jako předmětem zájmu ekologie není pěstováni a růst lesa, ale odumírání stromů následkem kyselých srážek apod. Hlavním vlivem, který nepříznivě působí na přírodu, je však většinou člověk sám a jeho činnosti, kterými prostředí poškozuje. Podobně jako lékařská věda není jednotným oborem, ale oborem skládajícím se z mnoha specializaci (vnitřní lékařství, chirurgie, dermatologie atd.), platí totéž o nauce o životnim prostředí. Oba obory jsou především nástrojem k řešení konkrétních problémů. Nauka o životním prostředí odhaluje nejen podstatu nových dějů (proč lesy odumírají), ale bledá k nim praktická řešeni jejich nápravy (vysazování určitých druhů odolných dřevin v postižených oblastech). Může navrhnout postupy ke zmírněni poškozováni přírody (odsíření elektráren), a zejména doporučuje preventivní opatřeni, která jsou nejúčinnějšími nástroji při péči 0 životní prostředí (jak uspořil energii). V této učebnici bude odděleně, ale v úzké návaznosti, pojednáno o ekologii jako o základním vědním oboru, který sc zabývá vazbami mezi organismy a prostředím, a teprve potom o základech nadstavbového oboru, kterým je nauka o životním prostředí. Bez základů ekologie není možné pochopit většinu složitých vztahů a jevů, které probíhají v prostředí kolem nás. Složitost těchto jevů vzrůstá s velikostí studovaného prostoru a s množstvím vazeb mezi složkami prostředí a organismy v něm žijících. Je zřejmé, že snáze pochopitelné jsou vztahy na úrovni jednoduchého celku, např. rybníka, pole, lesa, řeky nebo města, než vzájemné vazby na úrovni celé planety. O globálních vztazích toho ještě mnoho nevíme, ale naše poznatky jsou dostatečné, abychom byli schopni odhadnout připadne následky lidské činnosti na celoplanetární systém. Máme mnoho důkazů o vlivu freonů na ozónovou vrstvu ve stratosféře a víme, že skleníkové plyny, především oxid uhličitý, přispívají ke globálnímu oteplováni. Dostupnejšou i poznatky o šíření znečištění atmosféry na velkou vzdálenost, je znám účinek zvyšování užíváni fosforečných detergentů (pracích a mycích přípravků snižujících povrchové napětí vody) na změny v ekosystémech řek, jezer i příbřežních moří. Základními poznatky o těchto i dalších problémech lidstva a přírody se budeme zabývat v následujícím textu. 12 Základy ekologie 1.1 Historie ekologie Vztahy v přírodě byly známé už dávným lovcům a sběračům, stejně jako prvním zemědělcům před mnoha tisíci lety. Podle písemných záznamů se však i> první zobecnění pokoušejí až stáři Řekové. Zkoumáni přírody, organismů a vztahů mezi nimi se věnují filozofové a lékaři Hippokralcs (460-370 př. Kr.) ;i Kmpedoklés (493-433 př. Kr.), později i velký myslitel, filozof a zakladatel lady vědeckých disciplín Aristoteles (384-322 př. Kr.). Podrobnějším studiem potravních řetězců a populací se začiná v 17. a 18. století zabývat Holanďan Antoni van Leeuwenhoek (čti Lévnhúk), průkopník využíváni světelného mikroskopu. Vztah organismů k prostředí a jejich vývoj .nidiije v 19. století i britský biolog Charles Darwin, jehož teorie evoluce přírodním výběrem je uznávána do dnešní doby. Z Darwinových myšlenek vycházela celá řada jeho následovníků. Základy ekologie položil a poprvé v r. 1866 tohoto terminu použil německý biolog Ernst Haeckel, který v mnohém vycházel z Darwinova díla. Ekologie je definována jako zvláštní odvětví biologie na mezinárodním botanickém kongresu v r. 1910 v Bruselu a k bouřlivému rozvoji ekologie dochází zejména v 50. ,i 60. letech 20. století. 1.2 Organismus a prostředí 1.2.1 Život a jeho vlastnosti Život je zvláštní forma existence hmoty charakterizovaná dále uvedenými základními vlastnostmi. • Látková výměna (metabolismus). • Dráždivost - schopnost reagovat na změny v prostředí a vést informaci o těchto změnách do příslušných center nebo výkonných orgánů těla. • Dědičnost znaků, rozmnožování (reprodukce) - umožňuji uchovávat dědičnou informaci a přenášet ji z generace na generaci. • Vývoj (evoluce) - znamená postupné změny genetické informace, které umožňuji přizpůsobit se změnám podmínek prostredí a úspěšně v nich přežívat. 13 Hovořímc-li o určitém organismu, máme na mysli obvykle charakteristického zástupce některého druhu rostliny, živočicha, houby nebo bakterie. Za druh považujeme všechny jedince, kteří jsou nositeli stejné (ve skutečnosti velmi podobné) dědičné informace a kteří při vzájemném křížení dávají plodné potomstvo s toutéž genetickou výbavou. 1.2.2 Autotrofnť a heterotrofní organismy Podle způsobu získávání látek a energie dělíme organismy na dvě hlavní skupiny, a to na autotrofní (sám se živící, samostatně si vytvářející výživu) a heterotrofní (živici se jinými organismy). Oba termíny mají základ v řeckých slovech autos - sám, samo; heteros - jiný, různý; trofé - výživa. Autolrofní organismy. Mezi autotrofní řadíme především zelené rostliny. Jsou to organismy, které získávají energii ze slunečního záření a využívají ji v procesu zvaném fotosyntéza k tvorbě složitých ústrojných (organických) látek (sacharidů, bílkovin, tuků atd.) z oxidu uhličitého, vody a ostatních neústrojných (anorganických) látek, které nazýváme živiny. Heterotrofní organismy. Za heterotrofní organismy pokládáme ty, které nejsou schopny vytvářet stavební a zásobní látky svých těl samy pouze z neústrojných látek a sluneční energie jako rostliny, a musí se proto živit těly, částmi těl nebo produkty látkové výměny jiných organismů. 1.2.3 Přizpůsobeni (adaptace) Naši planetu obývá velké množství nejriiznčjších druhů organismů, jejíchž počet jen těžko odhadneme. Biologové dosud popsali nebo pojmenovali pouze část z nich. Organismy se od sebe liší nejen velikostí, tvarem těla a barvou, ale také způsobem života, tj. vazbou na okolní prostředí. Rozličné rostliny rostou na různých půdách, jiní živočichové žijí v mořské vodě, jiní na souši nebo v bažinách či jeskyních. Některé organismy mohou přežit, rozmnožovat se a zanechat potomstvo jen v určitých podmínkách, v jiných všakne. Hovoříme o tom, že některé podmínky jsou pro organismy vhodné a jiné nevhodné. Tím způsobem jsou organismy svému okolí přizpůsobeny, neboli jsou na podminky v okolí adaptovány. Adaptací rozumíme přizpůsobení podmínkám, s nimiž byl určitý druh ve styku v minulosti. Obrázek 1 ukazuje životaschopnost určitého druhu v závislosti na vybraném faktoru prostředí (teplota) a rozpětí jeho adaptace. V rozmezí, na něž je druh přizpůsoben, dochází nejen k potřebnému růstu, ale i k rozmnožování. Mimo hranice přizpůsobení druh buď hyne, nebo přežívá pouze v podobě semen, spor, popř. upadá do zimního nebo letního spánku. rozmnožovaní růst přežívání růst přežívání přežívaní / \ i optimum / i 1 ■ —-"i j : t, \ u u. Qbr 1 Adaptace organismů k tepelným podmínkám prosí ředí ( ■ teplota- / - teplota nevhodná pro život; ís - teplota urŕosna pro přežiti; pro rast a přežilí; í, - teplota optimální pro přežití, růst i rozmnožovaní; p ■ organismů teplota vhodná životni projevy Adaptace je tedy každé přizpůsobení umožňující organismu existovat za podmínek daných v minulosti v jeho stanovišti tak, že má co největší užitek z živin u energie, které jsou tam dosažitelné. Je zároveň nejlépe chráněn před nepřáteli :i nepřízni klimatu. 1.2.4 Přírodní výběr, domestikace a genetické inženýrství V dlouhé historii vývoje organismů sc podmínky měnily postupně nebo náhle. Organismy, které nebyly schopny se přizpůsobit, vyhynuly. Naopak ty, které změnu podmínek snášely, dále rostly a množily se. Stálý tlak prostředí, za něhož vývoj organismů probíhal a probíhá, je nazýván přírodním výběrem. Změny v prostředí jsou hlavním hnacím motorem vývoje. Všechny organismy, které dnes na Zemi žijí, se nevyvíjely pouze pod vlivem a tlakem přírodních faktorů. Do přirozeného vývoje a výběru zasáhl před více než deseti tisíci lety i člověk. Od okamžiku, kdy začal chovat domácí zvířata a pěstovat kulturní plodiny, vybíral vhodné druhy k rozmnožování a měnil záměrně podminky jejich života. Zpočátku se snažil pouze vyloučit některé nepříznivé vlivy prostředí. Za sucha rostliny zavlažoval, půdu hnojil a vytrhával konkurenční rostliny - plevel. V dobé nedostatku prikrmoval ochočená zvířata uskladněnou potravou, vybudoval stáje pro případ nepřižne počasí a zabíjel šelmy, které jeho stáda ohrožovaly. Po nějakém čase začal člověk vědomé šlechtit -křížit vhodné jedince. Proces, při kterém člověk záměrně mění podmínky vývoje, růstu a života některých organismů, sc nazývá domestikuce. Schopnost ovlivnit vývoj je patrná např. na množství plemen psů. Několik druhů divokých psů, mezi něž patří i vlk a šakal, bylo během asi deseti tisíc let vyšlechtěno v několik desítek a možná stovek plemen, které by sc v přírodě bez zásahu člověka nikdy nevyvinuly a patrně mnoho z nich by nikdy přirozené podmínky nepřežilo. Totéž piati i pro další domácí zvířata jako jsou ovce, skot, holubí apod. I desítky až stovky různých odrůd pšenice byly vyšlechtěny pravděpodobně z jednoho nebo několika málo druhů plané rostoucí rostliny. Nepřirozený výběr organismů vrcholil v posledních několika desetiletích schopností člověka přímo zasahovat do genetické informace nesené v nukleových kyselinách buněčného jádra. Složitými laboratorními postupy lze vkládat do jader buněk bakterií i vyšších organismů nové geny, které umožňuji produkci žádaných látek nebo změny vlastností šlechtěných druhů. K rozmnožováni savců bylo až donedávna nezbytné splynutí samčí a samicí pohlavní buňky. Při klonováníjt ale vývoj embrya umělo vyvolán v neoploze-né vaječné buňce (oocytu), která byla zbavena vlastního jádra, na jehož místo bylo vpraveno jádro tělesné (somatické) buňky. Genetická výbava takto vzniklého jedince je totožná s genetickou výbavou dárce jádra somatické buňky. Zatím se v experimentu podařilo klonováním rozmnožit ovce, skot a několik dalších druhů laboratorních savců. Manipulaci s genetickým materiálem v jádře organismů nazýváme genetické inženýrství. 1.2.5 Snášenlivost (tolerance) Organismy nejsou přizpůsobeny pouze přesným a neměnným podmínkám. Někteří jedinci a některé druhy snášejí širší rozpětí faktorů prostředí, na něž jsou adaptovány, jiné nikoli. Tuto snášenlivost označujeme jako toleranci. Tolerance k faktorům prostředí, ale i k vyšším koncentracím znečisteniu v prostředí, se však nelíši pouze mezi různými druhy, ale též mezi starými a mladými jedinci téhož druhu nebo mezi jedinci s různou tělesnou kondici. Zdravé organismy jsou většinou tolerantnější než organismy nemocné. Na obrázku 2 je ukázáno rozpětí snášenlivosti k teplotním rozdílům u tolerantních druhů a netolerantních nebo málo tolerantních druhů. Chladnom ilný velmi tolerantní druh znázorněný na obrázku křivkou C H je schopen přežívat v daleko širším rozpětí teplot, než málo tolerantní teplomilný druh znázorněný křivkou T (viz kap. 1.3). Mezi tolerantní druhy ryb patří např. okoun. Vyskytuje se téměř po celém toku řek, i v údolních nádržích. Snáší znečištěnou nebo stojatou vodu s menším obsahem kyslíku, žije však i v čistších a proudících vodách. Naproti tomu lipan je 16 rozmnožování růst přežívání růst přežívání prežívaní smrt CH T ■ i y ', i i ľ-H ()hr 2 Příklad tolerance k teplotě u chlaunomilncho (CH) a teplomilného (T) organismu | lenloln- p - životní projevv organismů; o,. o2 - teplotní optima pro žtvot (nejvySSi teplota v „íř! eWadnomilný organismus sotva přežívaje optimální teplotou pro teplomllnejst orga n ismus) žralok paryba tučňák pták < )br. 3. Konvergence tvaru těla u vodních organismů VYSOKÁ ŠKOLA PEDAGOGICKÁ V HRADCI KRÁLOVÉ ústřední knihovna druh méně tolerantní. Jc citlivý nejen ke znečištěninám ve vodě, ale také kobsa-nou vodou V yStřÍnádl a řekách s rychle tekouc'' cistou a dobře prokysliče- 1.2.6 Konvergence a divergence Mohlo by se zdát, že pro každý typ prostředí (napr. sladkovodní, mořské, ovzduší, půda) nebo určitý rozsah podmínek prostředí (m'7ké teploty, vysoký tlak), existuje vždy jeden nejlépe přizpůsobený druh. Vývoj organismů ukazuje, že k podobným podmínkám mohou být přizpůsobeny i velmi vzdálené druhy (obr. 3). Přizpůsobení různých druhů organismů jednomu typu prostředí říkáme konvergence. Naopak jeden druh se může během vývoje rozdělit na několik druhů, nabízeji--li podmínky jednoho stanoviště mnoho možností, jak se uživit, najít úkryt, vyhnout se nepřátelům, a tak přežít. Takové rozdělení - divergenci jednoho druhu původní pozemní druh pěnkavy z Jižní Ameriky Obr. 4, Divergence Darwinových pětikav na Galapágách 18 ukázal už v minulém století anglieký přírodovědec Charles Darwin na pěnka-- ľ li z ostrovů Galapágy. Jeden druh, který sc na ostrovy dostal z pevniny, dal v/.niknout semenožravým, hmyzožravým i všežravým typům (obr. 4). ( Házky Jaké jsou hlavni vlastnosti živých organismu? Jaký je rozdíl mezi autotrofními a hele rotrofnimi organismy? Kteří savci u nás přespávají zimu a kteří nikoli ? Uveďte příklad tolerantního a méně tolerantního organismu. Uveďte příklad konvergence u organismů schopných létat, pohybovat se pod vodou či pod zemí. Zjistěte, kdy člověk začal s ochočováním domácích zvířat či pěstováním kulturních plodin (kukuřice, brambory, meruňky, holubi, slepice apod.). Odkud tyto druhy pocházejí? 1.3 Podmínky života v přírodě (organismy jsou přizpůsobeny celé řadě podmínek. V přírodě se však žádný r faktorů prostředí (tlak, teplota, záření) nevyskytuje samostatně, vždy jde o kombinaci a současné působeni celé řady vlivů. Jde především o vlivy: • ahiotické - vlivy neživé přírody, tj. fyzikální a chemické, • biotické - představují přímé nebo nepřimé působeni ostatních organismů, ať už stejného druhu nebo jiných druhů, • čas - všechny procesy a změny probíhají v určitém čase. 1.3.1 Abiotické vlivy 1'yzikální vlivy Sluneční záření. Jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících život na Zemi je sluneční záření. Jde o širokou škálu různých typů záření (elektromagnetického zářeni), které se od sebe odlišuje vlnovou délkou (tab. 1). Teplota. Život většiny organismů je omezen teplotou. Životni pochody mohou podle dosavadních poznatků probíhat v teplotním rozsahu asi od -200 do i .Í00 °C. Většina organismů všaksnáši teplotní rozdíly jen v určitém omezeném rozsahu, asi -50 až +50 °C. Bakterie, které žijí v hloubkách oceánů při úsli horkých pramenů o teplotě až 300 "C, nejsou schopny života v chladných vodách. Pstruzi z bystřin a potoků nemohou přežívat v teplých vodách středních a dolních toků řek. 19 Tah. 1. Elektromagnetické záření Vlnová délka Charakteristika (název) 1 až 15 km 200 až 1 000 m 2 až 100 m 0,1 až 2 m 1 až 100 mm 10 Si 1 000 um 0,75 ar, 10 um 350 až 750 mn 100 až 350 nm 1 až 100 nm 0,01 až t nm 0,000 1 až 0,01 nm dlouhé vlny (rozhlasové) st řeci ní vlny krátko a velmi krátké vlny Honzovy vlny radarové vlny a mikrovlny tepelné sáláni IR - infračervené zářeni viditelné světlo U V - ultra fialové světlo měkké záření X tvrdé zářeni X měkké řároní gama tvrdé záření gama elektromagnetická složka kosmického záření 1 kin = 1 000 ni; 1 m - 1 000 mm; 1 mm = 1 000 nm; 1 um - 1 000 Organismy, které snášejí větší výkyvy teploty prostředí, se nazývají euryterm-ní (potkan, sýkora koňadra, smetanka lékařská), ty, které snášejí jen velmi malé kolísání teplot, nazýváme stenotermni (lední medvěd, banánovník)'. Na obr. 2 je eury ternu íí druh chladnomilný a stenotermni druh teplomilný. Někteří živočichové upadají na zimu do spánku a tráví luk ze svých podkožních zásob. Takový způsob přežití v zimě se nazývá hibernace. Přežití vysokých teplot v letním období v úkrytu ve stavu klidu, tzv. letni spánek, se nazývá esti-vace. Reakcí na změny teploty prostředí je i stěhování ptáků na zimu do teplejších oblastí. Rada rostlin přežívá nepříznivé teplotní podmínky v podobě semen, oddenků, hlíz nebo cibulek. Některé rostliny maji v listech nemrznoucí látky a přečkávají mírné mrazy bez úhony (pór, růžičková kapusta). Podle schopnosti reagoval na změny vnější teploty změnami teploty těla lze rozdělil organismy na dvě skupiny. Na homoiorermní, které jsou schopny i při výkyvech vnější teploty udržovat relativně stálou tělesnou teplotu, a na poikih-termní, jejichž vnitřní teplota je při vnějšich změnách nestálá. HomOíoTeTnuíí organismy jsou obvykle schopny regulovat teplotu vytvářením tepla díky vlastním metabolickým procesům, proto se také označuji jako endotermní, poikilo-termní organismy, které jsou 2ávislé na vnějších zdrojích tepla, se též nazývají exotermni. Mezi homoiotermní (endotermní) patři savci a ptáci, k poOdjoiexrn- _ Předpony eury- a ywi.) se užívají i v souvislosti s řadou dalších faktorů. Vždy vyjadřují širokou toleranci nebo úzkou toleranci k danému faktorii, Například organismy steiiohalinní jsou ty, které snášejí jen velmi úzké rozpěli koncentrace solí v prostředí atd. 20 ...... (ĽXOterjmnŕmjpatrí všechny ostatní organismy (nižší obratlovci, rostliny, In mhy a jednobuněční). Ve skutečnosti není toto rozdělení přesné. I mezi poiki-loicrmnimi se nacházejí druhy, které mohou do značné míry vnitřní teplotu reguloval tím, že po určitou omezenou dobu vytvářejí teplo vnitřními metabolickými procesy (některý létající hmyz jako vážky a včely). Naopak i mezi ptáky a savci litou druhy, které po určité období nevyužívají vnitřních procesů k udržování '.lak- teploty (např. netopýři při odpočinku v chladnu výrazně snižují teplotu těla, ,i ■.eiri tak energetické zásoby metabolismu). Přizpůsobení se různým teplotám je patrné u některých příbuzných nebo podobných druhůsavců (například lišky). Ekologové zjistili, že jedinci žijící v chladnějších oblastech mají menší tělesné výběžky (uši) i končetiny, než jejich při-lui/.ni nebo podobni z teplejších oblasti. Toto pravidlo se nazývá Allenovo pravidlo. |'ro některé druhy, ale v omezenější míře než Allenovo pravidlo, platí, že jedinci nebo příbuzné druhy žijici v chladu jsou větší než jejich protějšky z teplejších oblastí - Bergmannovo pravidlo. Obě pravidla vysvětlují tělesné změny tím, že druhy žijící v chladnějších krajinách vyzařují méně tepla díky menšímu tělesnému povrchu v poměru k objemu těla než jejich protějšky žijící v teplejších krajinách. Světlo. Slunce je i zdrojem světla. Světelné záření je nezbytným zdrojem ener-l'jc pro základní životní proces na Zemi, kterým je fotosyntéza rostlin. Tímto pochodem rostliny z vody, oxidu uhličitého a dalších látek (živin) vytvářeji zá-I. ladní stavební a zásobní látky svých těl, která jsou pak zdrojem potravy (látek ii energie) pro další organismy. Nejen rostliny jsou však vázány na světlo. Někte-n živočichové jsou aktivní ve dne a jiní v noci. Některé vlnové délky slunečního /.ářeni jsou pro živé organismy částečně škodlivé. Ultrafialové záření. Jc většinou zachycováno ve vyšších vrstvách atmosféry (ve stratosféře) a je životu nebezpečné. Omezuje fotosyntézu a může poškodit pokožku (viz kap. 2.5.3). Itentgenové záření, záření gama a kosmické záření. Jsou také pro život nebezpečná. Tlak. Organismy žijící na souši jsou přizpůsobeny k poměrně stabilnímu atmosférickému tlaku (normálni atmosférický tlak měřený při hladině moře je 1013 hPa). Tato hodnota se mění do jisté míry se změnami počasí a s nadmořskou výškou. Se vzrůstající nadmořskou výškou se atmosférický tlak snižuje. Daleko více jsou na určitém tlaku závislé organismy žijící v moři. Počítáme-li . hmotnosti vody 11=1 kg, pak najeden dm: v hloubce 1 m pod hladinou působí hmotnost 10 kg, v hloubce 10 m už hmotnost 100 kg a 100 m pod hladinou váži vodní sloupec už l 000 kg. illubokomořské organismy žijící v hloubkách i přes 10 km snášejí obrovské linky. Takové organismy by však nepřežily na mělčinách, kde je tlak vodního sloupce daleko menší. 21 Proudění. Voda ani ovzduší nejsou téměř nikdy v klidu. U obou těchto typů prostředí musíme vždy uvažovat o vlivech proudění. Mnohé druhy živočichů i rostlin jsou přizpůsobeny tvarem těla k životu v silném proudu, jiné jsou adaptovány na podmínky v klidném prostředí. Pro mnoho druhů rostlin je proudění vzduchu, tj. vítr, nezbytné k rozšiřování jejich semen nebo spor (obr. 5). Opylo-vání mnoha rostlin (vrby, lísky, topoly, trávy) je zprostředkováno větrem. Voda. Život vznikl pravděpodobně v moři, protože všechny důležité fyziologické funkce organismů jsou vázány na vodní prostředí. Vodu v různém množství obsahují všechny buňky, tkáně a orgány. Organismy sc od sebe liší i vztahem k přítomnosti vody ve vnějším prostředí. Rozeznáváme rostliny suchomilné, mokradní a vodní. Bez přítomnosti vody nebo vlhka by nepřežili obojživelníci^ neboť kladou vajička do vody, kde sc vyvíjejí i jejich larvy. Naopak mnozí plazi vyžadují k životu spíše suché podmínky. Voda je pro život organismů významným faktorem také v podobě srážek a vzdušné vlhkosti. Tropické deštné lesy rozšířené v blízkosti rovníku Afriky, Asie, Jižní Ameriky i Austrálie jsou typickým příkladem vegetace, která vyžaduje stálé deště a vysokou vlhkost vzduchu. Chemické vlivy Kyslík. Pro většinu rostlin a živočichů je nezbytný stálý přísun kyslíku. Kyslík se v atmosféře Země začal pravděpodobně vytvářet již asi před 2 miliardami let jako vedlejší produkt fotosyntézy prvotních organismů. Jeho množství v atmosféře je již dlouhou dobu velmi stabilní, a je tedy jednou ze základních chemických látek, které jsou k životu potřeba. Oxid uhličitý. Rostliny získávají uhlík pro stavbu těl z oxidu uhličitého, kte- i y I voři velmi stálou součást atmosféry. Bez jeho přítomnosti by nebylo rostlinné produkce, na níž jsou závislí živočichové nazvaní býložravci a celý řetězec dal-iiili organismů. Soli. V půdě i ve vodě je přítomna celá řada soli, jejichž obsah může značně 11 ilfsat. Podle toho rozlišujeme vysokou nebo nízkou salinitu. Podle závislosti 11,1 množství soli ve vodě rozeznáváme ryby sladkovodní, mořské a brakické. tylo druhy žiji obvykle při ústi velkých řek a snášejí různé koncentrace solí. Mohou však také žít určitá období ve slané mořské vodě a v jiném období ve Mlodké říční vodě. Halofyty nazýváme rostliny, které jsou na vysoký obsah soli v pudě přizpůsobeny. Kyselost. Kyselost (pH) je pro řadu organismů důležitým faktorem prostředí, který rozhoduje o jejich výskytu na různých stanovištích. Kyselost nebo zásadi-losl vody a půdy je častým omezujícím nebo potřebným faktorem. Živiny. Významnými chemickými látkami, obzvláště pro rostliny, houby ii bakterie, jsou nejrůznějši živiny, tj. látky většinou jednoduché, ve vodě rozpustné, obsahující dusik, fosfor, síru, draslík a dalši, tzv. biogenní prvky, z nichž |0 vytvářeno tělo organismů. Podle obsahu živin můžeme půdu, vodu a další *llbstráty, z nichž čerpají organismy živiny, dělit na chudé - oligotrofní, středně i .1 x ihacené - mezotrofni a živinami bohaté - eutrofní. Ostatní látky. K chemickým vlivům lze počítat i látky, které se v prostředí přirozeně nevyskytují nebo se vyskytují v nižších koncentracích, popř. v jiných poměrech a formách. Vzroste-li jejich koncentrace následkem činnosti člověka, pak lylo látky považujeme za škodlivé, znečišťující. Řada druhů je na škodliviny velmi citlivá a reaguje na ně, např. únikem z dosahu působení, ale také otravou nebo smrti. Za znečišťující můžeme považovat jak látky jedovaté (sloučeniny některých kovů - rtuti, kadmia, olova), tak příliš zásadité nebo kyselé (oxid siři-i n y ze spalování uhlí, který se podílí výraznou měrou na vzniku kyselých srá-íek), prach, který ucpává průduchy a ve větším množství může omezit dýcháni rostlin. I nadměrně vysoké koncentrace látek, které jsou jinak žádoucí pro růst organismů (živiny), jsou považovány za škodlivé, a tedy znečišťující. 1.3.2 Biotické vlivy Jit Přiiný biotický vliv. Představuje těsnou vazbu dvou nebo více druhů organismů na sebe, např. jde o přítomnost cizopasníků (parazitů) v těle hostitele nebo 0 vztah kořisti a dravce. Nepřímý biotický vliv. Je to vztah, kdy si organismy navzájem ovlivňuji .i nuiii abiotické či přímé biotické faktory. Příkladem může být zastínění rostlin rostoucích v podrostu lesa korunami vysokých stromů nebo potravní konkuren- 22 23 ce dvou odlišných diuhú selem, býložravců apod. Podrobně budou všechny tyto vazby probrány v oddíle vztahy mezi organismy. 1.3.3 Vliv času Všechny fyzikální, chemické a biotické vlivy neprobíhají stále stejnou silou a nejsou vázány pouze na jeden okamžik. Oběh Země kolem Slunce a otáčení naší planety okolo své osy ovlivňovaly po stovky miliónů let takřka všechny živé i neživé systémy. Biologické hodiny. Přizpůsobení organismů a načasování nej různější c h projevů a jejich soulad s planetárním časem označujeme jako biologické hodiny. Hlavními cykly jsou sezónní cykly a cykly 24hodínové, tj. denní cykly. Odpoví-dá-li pravidelnému přírodnímu cyklu změn nějaká pravidelná změna v chování nebo metabolismu nějakého organismu, pak hovoříme o biologickém rytmu. Sezónní cykly. Za sezónní cykly považujeme čtyři roční období nebo také období dešťů a sueha. Odpovídajícím rytmem v životě organismů může být kvetení rostlin a zrání jejich semen nebo plodů v určitém ročním období, nebo podzimní stěhování ptáků z našich zeměpisných šířek na jih a jejich návrat na počátku jara. Druhým typem rytmu může být migrace obrovských stád afrických býložravců do savan po období dešťů a jejich cesta zpět před začátkem období sucha. Obdobný rytmus je patrný také u zvířat, která hibernují - přečkávaji ve spánku nepříznivé zimní obdohi (jezevec, křeček, sysel, ježek apod.). Denní cyklus. Tenlo cyklus je typický pro řadu rostlin. Otevírají květy ve dne, kdy jsou aktivní opylovači, kteří přenášejí pyl, a uzavírají je na noc. Rostliny a živočichové nerozeznávají pouze rozdíl mezi dnem a nocí, ale také délku slunečního dne. Mnoho vyšších rostlin kvete za dlouhého dne, v pozdním jaru a v létě (pelyněk, bodlák) a jiné zase za krátkého dne, brzy na jaře (prvosenky, podléšky, dýmnivky), či na podzim (ocúny). Ostatní cykly. Schopnost reagovat na pravidelný cyklus osvitu sluncem (fo-lopcriodicita) nemusí být jediným příkladem rytmů v přírodě. Mořští živočichové a rostliny žijící v příbojové zóně u břehů velmi citlivě reaguji na střídání přílivu a odlivu. Například slávka jedlá, jeden z nejhojnějších mlžů skalnatých pobřeží, uzavírá při odlivu své lastury a dokáže přežít na suchých kamenech a útesech mimo vodu až do přílivu, kdy lastury opět otevírá. 1.3.4 Životní podmínky a ekologická nika Životní podmínky. Soubor veškerých faktorů, které určitý organismus využívá, v nichž žije, roste, rozmnožuje se a udržuje životaschopné potomstvo (světlo, teplota, typ půdy, potrava, dostatek prostoru), nazýváme životními podmínkami. 24 T I ,i Idý organismus ovšem nevyžaduje jenom určitý typ prostředí, ale také určité lu/iirií jednotlivých faktorů (rozsah teplot, velikost potravy, koncentrace živin, m.-pľií vlhkosti atet). Ekologická tiika. Ekologové tento celý soubor podmínek, typický projeden kiuikrélni druh, nazývají ekologickou nikou (obr. 6). Ekologická nika není pouze nim ke stanoviště, na němž určitý druh žije, aleje také typ potravy, kterému ililvá tento druh přednost, popř. i denní nebo roční doba, v níž se jedinci druhu na m i ili-m stanovišti vyskytují, živi se a rozmnožuji. Přiklad. V africké savaně žiji na stejném stanovišti (území) jak různé druhy niililop, tak i žirafy. Obě skupiny však maji rozdílnou ekologickou niku, neboť itnlilopy spásají traviny a žirafy listy stromů, Výr a jestřáb se vyskytují ve stejných místech lesa. Důležitou složkou potravy obou druhů jsou menší ptáci, které |i .li.i!) loví ve dne, ale výr v noci. Ekologickou nikou jestřába je stejný les, čás-i . ne slejná potrava, ale jiná denní doba lovu. Na stejném místě skalního útesu ii.de/iiome kvést na jaře lařicí skalní a v létě nelřesky. Rozdílná je ročni doba Výskytu rozmnožovacích orgánů - květů. Obr. 6. Schéma faktorii vytváfejicich ekologickou niku 25 Prekrývaní nik. Určitá ekologická nika není obvykle vyhrazena pouze jedinému druhu. Niky se mohou překrývat. A tak se na louce ve stejných podmínkách vyskytuje několik druhú tráv a jiných bylin, které rostou, kvetou a uvolňují semena v jednu dobu. Jestřáb a krahujec mohou hnízdit v jednom lese a lovit stejné druhy ptáků, káně a poštolka mohou na stejném poli lovit stejné druhy hlodavců. Jejich niky se tedy překrývají. V obou případech se ale menší z uvedených dvojic ptáků (krahujec a poštolka) živi menší kořistí a překryti nik není velké. Druhy, jejichž ekologické niky se překrývají, si při získávání živin nebo potravy konkurují. Otázky i 1. Jak ovlivňuje sluneční záření život na Zemi? 2. Jak jsou ke zménám teploty přizpůsobeny rostliny a jak živočichové? 3. Vyhledejte obrázky několika druhů Mek z různých zeměpisných oblasti a porovnejte jejich tělesné tvary a velikost. Ověřte, zda a do jaké míry platí Allenovo a Bergmannovo pravidlo. 4. Uveďte přiklad některých přírodních rytmů. 5. Uveďte příklad rytmu, který' není přímo řízen slunečním zářením. 6. Co je ekologická nika ? Uveďte příklad různé ekologické niky dvou organismů žijících na jednom místě. 1.4 Zdroje energie a látek v přírodě Hmota (látky) ani energie nevzniká a nezaniká. Jejich vztah upravuje několik fyzikálních zákonů, z nichž nejdůlcžitější je zákon zachováni hmoty a energie. Ani v prostředí na Zemi nemůže tedy žádná látka a energie samovolně vznikat a zanikat. 1.4.1 Energie Ke všem projevům života je třeba nějaké energie. Energie nevzniká, ani nezaniká, je možno ji pouze přeměňovat z jedné formy na druhou. Při jakékoli přeměně energie z jednoho typu na druhý se vždy určitá část přeměňuje v teplo (tzv. zbytkové nebo odpadní teplo), které nelze dále využít (pouze dočasně napomáhá k udrženi tělesné teploty některým organismům). Znamená to, že žádný přenos není stoprocentně účinný. Energii tedy nedokážou živé systémy (podobně jako žádné jiné i člověkem zkonstruované systémy) recyklovat. Život na Zemi je podmíněn neustálým přísunem energie. I mtgie slunečního záření. Základním zdrojem energie na zemi je Slunce. '.I.....sčnl záření, především jeho část - viditelné světlo, částečně i ultrafialové | Infračervené zářeni (víz tab. 1), prochází na povrch Země. Zářeni v rozsahu |i| < I 11 /11<- 400 až 700 mm je zdrojem energie pro fotosyntézu rostlin. 1.1.2 Látky I hnuta je v přírodě přítomna v podobě atomů a molekul nejrůznějších látek, ii ii> od jednoduchých - anorganických, až po nejsložilějši - organické. Orga- .....■, jsou složeny z hmoty (látek) a pro vývoj, růst a rozmnožování různé látky I ii il libuji. Odebírají je ze svého okoli, po nějakou dobu je poutají ve svých tělech i luku výsledek metabolismu některé látky do prostředí uvolňuji. Látky, z nichž |ľ |o]kli tělo složeno, přecházejí do prostředí i po smrti daného jedince (není-li .- I n 11 u rady dalších, zde nezmíněných) je jejich koloběh nezbytným predpokladmi pro existenci života. U většiny organismů tvoři podstatnou část jejich těl Vllllll. 1,4.3 Kotoběh látek v přírodě Na povrchu Země se snad žádná látka (sloučenina, prvek) nevyskytuje pouze n.i lednem místé, v jedné podobě a bez ovlivnění dalšími látkami či organismy. Vnilni proudy v mořích a v řekách přenášej í každým okamžikem obrovská množ-.Ivi látek. Podobnou roli hraje i vítr v atmosféře. Během hominotvomých po-I hodů se mění povrchové vrstvy zemského pláště a pohybují celé pevninské desky. Itiogeochernické cykly. Všechny tyto procesy způsobuji pohyb nejrůznějších l.ilrk na Zemi a jejich dostupnost pro organismy ve formě živin. Jelikož se těchto procesů společně účastní biologické, chemické i geologické děje, nazýváme ko-liilx-h látek na Zemi biogeochemickými cykly. Biogeochemické cykly také mů-/i nic nazvat koloběhem živin. 26 27 Cykly prvků důležitých pro život jc velmi obtížné beze zbytku popsat na úrovni pole, lesa, kraje nebo státu. K porozumění je nutný globální, tj. celoplanetární pohled. Horninový cyklus Lze říci, že nejpůvodnčjší z cyklů je tzv. horninový cyklus. Ten je „poháněn" mocnými silami a řízen složitými mechanismy, které jsou dány: • klimatickými vlivy, • aktivitou zemského nitra (jádra a pláště), • následnými pohyby pevninských (litosférických) desek. Průběh horninového cyklu. Žádný koloběh nemá začátek a konec. Pro potřebu popisu zvolíme jako počátek cyklu erozi. Eroze jc rozrušování hornin na jemné částečky, které jsou přenášeny větrem a vodou. Určitá množství se usazují na dně potoků, řek a jezer. Většina orodovaného materiál u jc odnášena řekami clo moře. Tam se drobné částečky ukládají (sedimentují) a jsou tlakem nebo oxidy železa, křemíku či vápníku zpevňovány. Sedimentární horniny jsou unášeny spolu s příslušnou pevninskou (litosférickou) deskou. Litosférické desky se na některých místech Země přes sebe přesouvají. Ty části, které se dostávají do větších hloubek, se vysokými teplotami a tlakem mění na horniny metamorfované. Mohou být buď vyzdviženy při horotvorných procesech na povrch, nebo ve velkých hloubkách kůry roztaveny na magma, které opět na jiných místech uniká na povrch jako vyvřelé horniny. Erozi opět cyklus pokračuje a částice jsou větrem či vodou přenášeny a míšeny a ukládají se na povrchu Země v jiných oblastech nebo v jezerech, řekách i mořích. Od dob vzniku života na Zemi přispívaly více nebo méně v různých obdobích k horninovému cyklu i živé organismy. Především v mořích byla po dlouhá období ukládána obrovská množství schránek jednobuněčných i mnohobuněčných organismů (rozsivky, dírkonošci, měkkýši). Byly tak vytvořeny i několik km silné vrstvy (zejména vápenců). Podobnou horninotvornou funkci měly i prvohorní a druhohorní rostliny, které při procesu uhelnatěni daly vzniknout uhelným slojím. Některé usazeniny mohly být jako součásti pevninových desek v hloubkách přetaveny na magma nebo přeměněny (metamorfovány) na jiný typ horniny. Geologický čas. Koloběh hmoty v horninových cyklech jc velmi složitý a dlouhodobý. Naše poznání omezuje malá probádanost zemské kůry a zvláště nedostupnost hlubších vrstev, tedy zemského pláště a zejména zemského jádra (obr. 7). A tak procesy v nich probíhající jsou stále zahaleny rouškou tajemství. Také proces přetváření hornin je mnohonásobně delší než délka života člověka, delší i než život několika posledních generací, kdy mohl člověk horninotvorné procesy poznávat za pomoci moderních vědeckých metod. Koloběh látek v horninách se řídí tzv. geologickým časem. Základními měrami jsou zde nikoli hodiny, dny a roky, ale miliony až stovky milionů let. Obr. 7. Vnitřní stavba Země průměr Země 12 756 km Koloběh vody V/nik vody. Na horninový cyklus je úzce vázán koloběh vody, která jc pro Uvol na Zemi nezbytná. Pravděpodobně již v období chladnutí zemského povr-lni se z něklerých hornin uvolňovala vázaná voda, která se postupně srážela na Bi ivrchu planety a dala vzniknout oceánům, jezerům a řekám. Voda se stala sou-i u /čínské atmosféry, půdy, vytvořila polárni i horské ledovce a podzemní r. .kuny. Vodni plášť Země, tzv. hydrosféra, vznikl následkem postupného uvol- .....lini vody ze zemského nitra, jeho odplynením. Změny skupenství vody a její pohyb na Zemi umožňuje sluneční energie. řásti koloběhu vody. Koloběh vody rozdělujeme na několik zásadních částí. 11 l.ivni zásobárnou vody jsou světová moře a oceány. V nich je obsaženo více niv. '17 % celkového objemu vody na zemském povrchu. Zbylá necelá 3 % vody lihsalmji ledovce, podzemní voda, půdní voda, řeky a jezera (povrchová sladká v. u la), atmosféra a živé organismy {tab. 2). i,il< ' Množství vody na Zemi Zdroj oceány (97,28 %) ledovce (2,1 %) podzemní voda (0,57 %) jezera, řeky, organismy (0,014 %) iiniiľiľŕra - páry (0,001 %) Objem [km3] 1 348 000 000 29 000 000 8 000 000 200 000 13 000 29 Spolu s vodou cirkuluje na zemském povrchu nejen celá řada rozpustných i nerozpustných látek, vodík a kyslík (z nichž je molekula vody tvořena), ale také teplo. Oceán je obrovským zásobníkem tepla. Rozdíly v dodávce sluneční energie (tepla) mezi dnem a nocí a hlavné v jednotlivých ročních obdobích jsou hlavním hnacím motorem pozemského klimatu. Můžeme říci, že právě existence světového oceánu a koloběh vody zabezpečují poměrnou stálost globálního klimatu, tak potřebnou pro udržování života na naší planetě. Na koloběh vody, na horninový cyklus, na procesy v atmosféře a v posledních desetiletích i na činnost člověka jsou vázány koloběhy dalších hlavních biogenních prvků, uhlíku (C), dusíku (N), siry (S) a fosforu (P). Cyklus uhlíku Uhlík je spolu s kyslíkem a vodíkem základním stavebním prvkem organických látek - uhlovodíků, a tedy i živých těl. Koloběh tohoto hlavního biogenního prvku je jedním z klíčových cyklů podmiňujících život na Zemi. Výskyt uhlíku. Uhlik je vázán především jako oxid uhličitý (C02) v atmosféře, v rozpustných uhličitanech ve vodě a také ve forme uhličitanů (zejména uhličitanu vápenatého CaCO.) v mocných vrstvách vápenců. Jeho nemalá část je obsažena v biomase (biotnasa je souhrnný termiti pro těla živých organismů bez jejich anorganických schránek) i v odumřelých tělech (v tzv. mrtvé biomase) v podobě humusu nebo ve fosilních palivech (uhlí, ropa). Uhlík je také součástí dalších sloučenin, jako je metan, oxid uhelnatý apod. Průběh cyklu uhlíku. Z atmosféry přechází oxid uhličitý do povrchových vrstev oceánu, kde se vyskytuje buďjako rozpuštěný CO,, nebo ve formě zmíněných uhličitanů. Atmosférický C02 je v procesu fotosyntézy hlavním zdrojem uhlíku pro zelené rostliny. Dýcháním se dostává opět clo atmosféry. Ne všechen uhlík je však organismy vydýchán. Rostlinná těla (a uhlik v nich obsažený) se stávají potravou býložravců, ti pak potravou masožravců. Odumřelá těla rostlin i živočichů se dostávají do půdy, do mokřadů, do vody. V rozkladných dějích se v půdě z mrtvých těl vytváří humus (ve vodě organický sediment). Z něho činností rozkladačů vznikají jednoduché organické a anorganické látky a opět oxid uhličitý. Z půdy, z mokřadů i z vody je postupně CO, opět uvolňován do atmosféry. Ne vždy je vsakbiomasa mrtvých těl rozložena a přirozeně „recyklována". V některých geologických údobích bylo v podobě biomasy mrtvých těl uloženo obrovské množství uhlíku buď v rozsáhlých mokřadech, nebo mořských lagunách, a postupně se přeměnila v uhlí a ropu, nebo ve zbytcích schránek těl v podobě vápenců (CaC03), obr. 8. Narušení cyklu uhlíku. Člověk dnes zasahuje do přirozeného koloběhu uhlíku. Mezi hlavní vlivy patři především spalování fosilních paliv, což je velmi rychlé uvolňováni uhlíku, který byl postupně nahromaděn za velmi dlouhá období milionů až desítek milionů let. Dalším faktorem je i odlesňovaní a obdělá- Obr. 8. Cyklus uhlíku unit půdy. Při těchto činnostech se opět uvolňuje značné množství volného oxidu uhličitého. Do atmosféry také uniká větší množství metanu (CH4), např. I Ifislcdku chovu dobytka a ze skládek odpadů. Jak zvyšování koncentrace C02, i,l , metánu v atmosféře může mít nepříznivé vlivy na stabilitu klimatu. Podrobní |i |c Iento problém popsán v top. 2.5.4. i yklus dusíku Výskyt dusíku. Dusík (N) je nejhojnéjším plynným prvkem zemské atmosfé-, Inko volný dusík (N2) tvoří více než 3/4 objemu všech plynů v ovzduší. Důle-ifílé jsou však i další plyny obsahující dusík, i když jejich množství v ovzduší je 11 hni malé - oxid dusný (N20), oxid dusnatý (NO), oxid dusičitý (N02) a amo-IJJnk (NH,), Dusík je důležitý biogenní prvek, je součástí aminokyselin, bílko-| m. nukleových kyselin (nositelů dědičné informace). V horninách se dusík ne-| v.kyluje v takovém množství jako např. uhlík. Pouze některé nerosty (ledky) i>h || vysoký obsah dusíku. Části koloběhu dusíku. Vzdušný dusík jsou schopny vázat tzv. nitrifikačni mikroorganismy a přeměňovat ho na rozpustné dusíkaté látky (nejčastěji dusič-Htmy), které jsou pouze v této formě přijatelné jako živiny pro autotromí orga- 30 31 nismy (rostliny). Rostliny začleňují dusík do stavebních a zásobních látek svých těl. Odtud dusík přechází buď do dalších organismů (v podobě rostlinné potravy), nebo po odumření těl zpět do prostředí, do půdy nebo vody. Dusíkaté látky se do prostředí dostávají také jako zplodiny metabolismu živočichů (exkrementy, moč, močovina, kyselina močová). V půdě je dusík vázán v humus a může z něj být opět uvolněn do ovzduší denitrijikačnimi mikroorganismy. Tak se jeho cyklus uzavírá. K produkci dusíkatých látek přispívá určitou měrou i vulkanická činnost. splachy z poli (eutroflzacg) Obr. 9. Cyklus dusíku Negativní vlivy človeka. Celkem stabilní koloběh dusíku a jeho sloučenin může být člověkem narušen zejména neúměrnou aplikací dusíkatých hnojiv, a to jak průmyslových (ledky), tak i statkových. Dusík z hnojiv je vyplavován z půdních horizontů do potoků, řek a jezer, kde je příčinou nepřirozeného zvyšování obsahu živin, tzv. eutrojizace (podrobně viz kap. 2.6.4). Dalším závažným narušením dusíkového cyklu jsou spalovací procesy. Dusík je za normální teploty netečný plyn. Za vyšších teplot (přes 500 °C) se slučuje s kyslíkem a vytváří oxidy. Některé tyto plyny mohou hrát roli při zesi továru skleníkového jevu nebo při narušování ozónové vrstvy. Navíc, při reakcích s vodou na kyseliny, jsou jednou z příčin kyselých srážek (obr. 9). i i * In \ siry i n-.i i koloběhu síry. Podobně jako u dusíku hrají v koloběhu síry významnou W|| mikroorganismy. Sirovodík (H,S) bývá konečným produktem mikrobiální i innosti, která probíhá zpravidla ve vodním prostředí nebo v mokřadech | J líních a v omezené míře i v půdě. Mikroorganismy v oceánu vytvářejí složi-■ i i NloiiČenimi - dimetylsulfid (CH3SCH(). Obě látky jsou nakonec v atmosféře ii. v-.i/m oxidovány až na oxid siřičitý (SO,). Po další oxidaci a reakcích v atmo-i. 11 m jako součást srážek sira dostává zpět do půdy, kde je spolu s ostatními iM/pir.mými sírany vtažena do koloběhu a stává se součástí minerální výživy 11111 V horninách a minerálech se sira vyskytuje i v podobě sirniků. /.výšení koncentrace oxidu siřičitého v atmosféře. Přirozený obsah síry i. [ech rostlin a živočichů je paradoxně vlastně jednou zhlavních příčin nepři- .-.....hu obohacování atmosféry oxidem siřičitým. Fosilní paliva, jako je uhlí I im|i,i, která nejsou ničním jiným než „mrtvou biomasou", obsahují vždy určité mm ijtstvi síry. Spalováním těchto paliv, zejména v posledních dvou stoletích, se I n n li il é oxidu siřičitého dostává do planetárního koloběhu síra, kíerá se v prvo- i.....mha druhohorních rostlinách hromadila po miliony a snad i desítky milionů li I Množství síry v ovzduší ze spalování fosilních paliv je dnes dokonce vyšší, m | |e přirozený únik oxidu siřičitého z činných sopek a horkých minerálních lil iiineiiů (obr. 10). CHjSCH, - ctimetylsutfid Obr. 10. Cyklus siry Cyklus fosforu Na rozdíl od dusíku, uhlíku a síry není v cyklu fosforu žádná sloučenina, která by se vc významném množství v plynné formě vyskytovala v ovzduší. Tato skutečnost výrazně zpomaluje a omezuje jeho pohyb v koloběhu. Výskyt fosforu. Fosfor se na Zemi vyskytuje především v horninách a minerálech (apatit a fosforit), v podobě rozpustných solí (fosforečnanů) je obsažen ve sladké i mořské vodě a v půdě. Fosfor je důležitou součásti těl rostlin i živočichů. Kromě toho, že sc vyskytuje v kostech obratlovců, hraje významnou roli v metabolismu všech živých organismů. Je významný při přenosu a uchováni energie v buňkách. organismy atmosféra )« odpadní vody živiny rostlinám a rozklad těl organismu voda (řeky a jezera) spiachy z poli oceány mořské usazeniny Obr. 11. Cyklus fosforu Na koloběhu fosforu se podílejí i mořšti ptáci lovící ryby. Tkáně mořských ryb totiž obsahují značné množství fosforu. V některých oblastech Země tvoří trus mořských ptáků při pobřežích pevnin a ostrovů mocné vrstvy, které se těží jako vynikající fosforečné hnojivo, tzv. guáno. Negativní vlivy člověka. Díky člověku lze nalézt v celkem pomalém fosforovém cyklu některé nepřirozené rysy. Člověk využívá fosforečnanů v největší míře jako hnojivo a také jako součást detergentů, tj. nerůznějších čistících a pracích prostředku s odmašťovacími účinky. Oba způsoby použití vedou dříve nebo později k vyplavení fosforu do vodních toků, a jsou buď odneseny do moří, nebo 34 i i i 11 y v sedimentech přírodních jezer a umělých nádrží. Na jedné straně je lil ili nlií' straně je jednou z příčin nepřirozeného zvyšování obsahu živin ve vo- ilrti h Nepřítomnost vzdušné části koloběhu výrazně omezuje především rychlost, juknu se může fosfor opět dostávat do forem přístupných živým organismům. pt;| ud jsou rozpustné i nerozpustné fosforečnany odplaveny řekami do moři • i nu uloženy v sedimentech, je jejich návrat do koloběhu vázán na velmi dlou-ii. horninový cyklus {obr. 11% Kulobčh ostatních prvků i 11 miř výše uvedených prvků kolují v prostředí na Zemi i další prvky a slou-.......v Většinou jsou vázány na koloběh vody, na horninový cyklus nebo na l In . některého z uvedených prvků. Cesty, kterými na naší planetě v prostředí ......luizeji, nejsou tak zřejmé nebo jednoznačné, a tak je pro složitost a mnohdy .....losi nelze uvést. Protože nejsou procesy v atmosféře, litosféře a biosféře inl' ivaué, na mnoha místech se cykly hlavních prvků přirozeně navzájem stýka-|i i prolínají. Spalováním fosilních paliv zasahuje člověk současně dokonce do III luiloliěhů, a to uhlíku, siry a dusiku. Koloběh biogenních i abiogenních prvků jc dokladem toho, jak dynamický | | .i i ivázaný je celý systém přírody, Í když jc obvykle tradičně dělen na systémy i i nu systém živý a neživý. .Inkou roli v koloběhu vody má oceán? d K čemu využívají zelené rostliny oxid uhličitý? .' Čím narušuje Člověk koloběh dusíku ? II Popište cestu, kterou se dostává do ovzduší síra při spalování uhlí. •> ('o je guáno a jak vzniká? Který důležitý biogenní prvek je v guánu obsažen? 35 1.5 Jedinec, druh, populace - vztahy mezi jedinci a druhy 1.5.1 Jedinec v přírodě Jedinec - základní ekologická jednotka. Základní ekologickou jednotkou, která vstupuje do konkrétních vztahů s okolními podmínkami a živými organismy, je určitý jedinec, tj. jeden živočich, jedna rostlina, bakterie, houba apod. Na okolních podmínkách a na schopnostech (přizpůsobeni) tohoto jedince záleží, zda bude mit dostatek potravy, úkrytu a partnerů pro přežití a rozmnožování. Každý jedinec má svůj metabolismus (výměnu látkovou), nese v rozmnožovacích orgánech svou dědičnou (genetickou) informaci a využívá určitá množství energie a živin. Buňka, tkáň, orgán. Nejjednodušším jedincem schopným samostatného života je vlastně buňka. Příkladem může být celá řada jednobuněčných organismů (trepka velká, krásnoočko). Většinou se však jedinec skládá z několika nebo mnoha buněk, které pak tvoří tkáně a orgány, a ty nejsou schopné samostatného života. 1.5.2 Druh Jedinci, kteří mají shodnou genetickou výbavu, tj. stavbu těla, metabolické pochody, podobné nároky na potravu a úkryt, jimž je společná ekologická nika a při rozmnožování dávají vznik plodnému potomstvu, jsou členy jednoho druhu. Některé druhy jsou si příbuzné, mají společné předky, jiné jsou vývojově velmi vzdálené. Vždy je však způsob života pro všechny jedince určitého druhu typický. Druh můžeme jednoduše definovat jako soubor sobě podobných jedinců, kteří tuto svou podobnost (tělesnou i metabolickou) předávají z generace na generaci. 1.5.3 Populace organismů Skupina jedinců jednoho druhu, kteří žiji (rostou) v určité době na určitém místě (v určitém prostředí) se nazývá populace2. Jedinci této populace spolu 2 Populační ekologie byla jako odvětvi ekologie velmi dobře propracována pro stadium popu laci živočichů. U rostlinných populací je někdy těžké vymezit jedince, mnoho rostlin se rozmnožuje nejen pohlavně, ale i nepohlavne (/, oddenků, hlíz). Pro rostliny je nepřesný pojeni migrace, neboť i když se rostliny samy nepohybují, semena a spory mnoha druhů jsou pasivní roznášeny na velké vzdálenosti vodou, větrem a různými živočichy. , ľ i .|i do mnoha kontaktů, ať už jde o rozmnožování, získávání živin nebo M lioky na úkryt. Vilíluisl populace. Populace mohou v příznivých podmínkách růst (přibývá i |i i lineu), nebo mohou naopak v nepříznivých podmínkách snižovat počet-i Velikost populace (její početnost) ovlivňuji tři hlavní faktory. • porodnost (natalita) - porodností se početnost populace zvyšuje, a je-li I di,pozici dostatek prostoru a potravy, také se rozšiřuje. • 1 iiiiluost (mortalita) - úmrtnost naopak počet jedinců v populaci snižuje, i pňsobi tak jako protiklad a vyvážení porodnosti. • Pohyb jedinců (migrace) - na početnost populace také působí, když se jedin- I přemísti mimo dosavadní místo (emigrace), nebo naopak z jiných oblastí Ak uiisla naší populace přibudou (imigrace). II každé populace můžeme určit dva hlavni ukazatele růstu. Je to početnost fgputace a hustota populace. Počclnost vyjadřuje celkové množství jedinců li ne populaci a hustota počet jedinců na určilou plochu. II iisl populace. Populace rostou, když převládá porodnost nad úmrtností. Děje n I /a výhodných podmínek prostředí, dostatku potravy a prostoru, popř. i za i kého ilaku predátorů. I Kponenciální růst. V ideálních podmínkách, tj. když má populace dostatek i- i|r(i v v i prostoru (jedinci si nekonkurují), vliv případného predátora je zane-ii. ih Iný a porodnost převládá nad úmrtností, populace roste. Představme si po-, |)| i i. klerá má na počátku sledovaného období 100 jedinců, a po prvním časo- ......seku, který sledujeme, 200, po druhém 400, po třetím 800, 1 600 atd. 1 mu ime-li počáteční velikost populace jako NB, po jednom časovém úseku Nt, M| N , po uplynutí r časových úseků N. \Viali mezi početností v různých časových intervalech pak můžeme vyjádřit i.....Iuchou rovnicí: i di R (Izv. čistá růstová rychlost vztažená na jedince); v našem případě 2, vyja- ii n|. /e na jednoho jedince původní populace připadají 2 v populaci v následu-ii. in easovém úseku. Platí tedy i rovnice: Výsledná křivka připomíná tvarem písmeno J {obr. 12). Takový typ růstu je i.....i u rychle se množících populaci, které osídluji prázdné prostředí (viz eko- |i i i nika). Typickým příkladem je růst bakterie v kultuře na Petriho misce, m Im zvyšování početnosti populace králíků dovezených do Austrálie v 18. slo-Iľtl Každý takový růst ovšem dříve nebo později konči, a to bud drastickým 1)1 ,inm stavu populace v důsledku zrněn podmínek, nebo vlivem nemoci či 37 f exponenciální růst nosná kapacita čas Obr. 12. Křivky růstu populace parazita. Rust do nekonečna neni v omezeném prostoru Země možný (ani na jednotlivých stanovištích). Nosná kapacita prostředí. Známe-li počet jedinců určitého druhu na nějakém místě, vyloučíme-li možnost migrace a převažuje-li porodnost nad úmrtností, populace roste. Je-li tomu naopak, početnost populace klesá. Množství jedinců v omezeném prostoru obvykle neroste neomezeně. Vždy jsou nějaké hranice, za které už růst populace není možný. Hlavním problémem u neomezeného růstu hustoty jedinců v populaci je dostatek živin (potravy) a dostatek prostoru. Čím více jedinců se podílí na dostupných zdrojích, tím větší konkurence vzniká uvnitř populace. Dostupnost živin, prostoru a ostatních faktorů určuje počet jedinců daného druhu, který může určité území unést. Tento počet je označován jako nosná kapacita prostředí. Jde vlastně o horní hranici, za níž už nově narození (vy lihli, vyrostlí) jedinci nemají dostatek potravy nebo prostoru na přežití. Omezený (logistický) růst. Křivce, podle které roste populace v omezujících podmínkách, říkáme logistická nebo sigmoidálni. Připomíná tvarem písmeno S (viz obr. 12). Růst takové populace můžeme popsat již velmi složitými matematickými rovnicemi. Počátkem růstu populace je exponenciální fáze, která přechází do fáze brzděného růstu. Blížili se počet populace nosné kapacitě, zpomaluje svůj růst, až se v okamžiku dosažení léto nosné kapacity růst zastavuje. ■ M. i h- I i počet pod nosnou kapacitu, růst se opět zvyšuje. Přesáhne-li nosnou t i|in. II11, počet se snižuje. V matematických rovnicích je vložením určitého členi i (n|lňlrno'\ že čistá růstová rychlost se snižuje tak, jak roste velikost popula-| I nliu je u většiny populací zabezpečeno, že zdroje prostředí nebudou příliš ■ ipuny a populace nevymřou. I iiiVui nosné kapacity prostředí je v mnoha případech velmi složité a pro řadu i,........eiiiožné, Matematické vztahy, které vysvětlují růst populací rozlišných jfllllfl v různých podmínkách, jsou i přes svou složitost jen velmi přibližné i I l.i nevystihuji chování všech druhů, které člověk dosud studoval. Nosná i ipfli ita mni fyzikálním faktorem, ale faktorem ekologickým. Je závislá na kaž-.|, m ili uhii, jeho vlastnostech a na řadě podmínek prostředí. 2ádná populace ...... .-, rhi izolovaná a její členové mají většinou možnost rozšířeni do jiných Řitní i Iniczujicinii faktory pro růst populaci nejsou jen její samotni členové, ale .lilii .MU- jsou i vlivy ostatních organismů. Kolísání početnosti populací. Žádná populace nemá k dispozici ideální pod- ......I v Početnost populaci a hustota u vělšiny přirozených populací kolísá, což |i< ilitim nestejnou nabídkou potravy a živin v časovém rozpětí, klimatickými plulllliiknmi a řadou dalších proměnlivých faktorů prostředí. Typickým přikla-I m může být kolísání početnosti populace káněte v závislosti na početnosti i ipillneu hraboše polního, nebo kolísání počtu štik v jezeře v závislosti na početli, i 11 plolice. Vltnlitu populace. Vitalita (životaschopnost) populace je také ovlivněna poli m |< (lineu. Při nízkých počtech (několik desítek až set jedinců) je v populaci .....)žnost příbuzenského křížem, a tedy i přenášení recesivních nežádou- ii h mutací. V takové populaci je také méně vloh pro přizpůsobeni se případným -.........n prostředí. Kritický počet jedinců je u různých druhů odlišný a nelze jej jl ilimiliiše stanovit jedním číslem pro všechny organismy. Ke snížení počtu dru-i.i |iuil kritickou hranici může dojít nejen vlivem přírodních katastrof (požáry, iiupir sopek, zátopy), ale také vlivem činnosti člověka (introdukce cizího pre-,l.n i n a nebo parazita, fragmentace stanovišť, otrava prostředí nežádoucími látkami, odchytem a lovem apod.). Struktura populace. Každou populaci můžeme charakterizovat nejen podle i uvedených kritérií, ale také podle veku jedinců. V nčklerých populacích |«ri v.i/uji slarši jedinci, j inde mladší, u některých je věková struktura rovnoměrní! ťftívazuji-li v populací staří jedinci, může být populace ohrožena vymřením. i úd v populaci rozlišujeme poměr samců a samic, hodnotíme její složení podii ni)hltívi, V mnoha populacích je ustáleno po určitou dobu i postaveni jedinců. I ľ ivih ime pak o hierarchii nebo o sociální struktuře populace. Iluslola a rozmístěni populace. Počet jedinců určitého druhu v závislosti na i. .I.....(ploše) určuje hustotu populace. Vyjadřuje se v počtu jedinců na jed- fliillm plochy (m2, km2) nebo média (m3 vody, vzduchu, půdy). 3 g 39 V monokulturách nebo v početných populacích, kde existuje silná konkurence mezi jedinci stejného druhu, jsou jedinci rozmístěni na daném úzcmi přibližně rovnoměrné (jednotlivé stromy ve smrkovém lese). U některých populací jsou jedinci rozmístěni náhodně, u jiných jsou sdruženi ve skupinách (kopytnici vc stádu apod.), 1.5.4 Lov, sběr, úroda a výtěžek Člověk loví a sbírá celou řadu druhů, jejichž populace žiji v přirozených nebo polopřirozených podmínkách (lovná zvěř v lesích, ryby v oceánech, ústřice v mělkých mořích). Zájmem hospodáře nebo lovce je maximální výtěžek za současné maximální možné obnovy dané populace, pokud možno po co nejdelší dobu. Maximální výtěžek. Maximálního výtěžku může být samozřejmě dosaženo, je-H odlovena, sebrána, či jinak přivlastněna celá populace žádoucího organismu. To však může být učiněno pouze jednou, neboť pak daná populace nemá možnost reprodukce. Ekologické výzkumy ukázaly, že nejlepším řešením je znát alespoň přibližně velikost využívané populace a její přírůstky. Reprodukce populace. Reprodukce populace je u mnoha sledovaných druhů nejvyšší, když je populační hustota mezi maximem a minimem, tedy přibližné střední. Tehdy je také nejvyšší přírůstek, zejména pro nízkou vnitrodruhovoii konkurenci (viz dále). Při vysokých hustotách je konkurence vysoká a přírůstek jedinců menší. Při lovu z malé populace může dojít ke snížení počtu jedinců pod kritickou úroveň a k její likvidaci. 1.5.5 Vztahy mezi organismy Vztahy mezi organismy se dají rozdělit na dva základní typy. Jde jednak o vztahy mezi jedinci téhož druhu - vnitrodruhové, jednak mezi jedinci rozdílných druhů - mezidruhové. Řada různých vztahuje založena na stejných základech - mohou se tedy uskutečňovat jak mezi jedinci stejného druhu, lak i mezi druhy odlišnými. Mnoho dalších vztahů však může probíhat pouze u druhů různých. Konkurence (kompeticc). Základním vztahem, kdy soupeří jedinci stejného druhu nebo různých druhú o podmínky k životu, je konkurence (neboli kompeti-ce). Soupeřit mohou o prostor, světlo, vodu, potravu a řadu dalších faktorů prostředí. Typickým příkladem konkurence v rámci jednoho druhu je soutěž o partnera k účelu rozmnožování (boje jelenů v říji o laně) a soupeřeni o teritorium (většina pěvců obhajuje teritorium typickým hlasitým zpěvem). V konkurenční soutěži většinou platí, že uspěje jedinec lépe vybavený, silnější, schopnější a přizpůsob" 40 ' i in však platí jednoduché pravidlo, že získává len, kdo přichází první. To ■ 'i i hýl přiklad stromů rostoucích v lese. Jedinec - strom, který vyroste dřivc, ■ i 11 ,i přistup ke světlu, a získává tedy proti svým menším příbuzným výhodu i lili i pl isunu sluneční energie, kterou využije pra svůj růst. Na jeho místo se ■ li>.( a I jiný jedinec, až když ten větší a starší odumře, ztrouchniví a spadne, lim uvolni své místo dalším stromům. Rostliny si však mohou konkurovat i ny nebo používat k odpuzení jiných druhů nejrůznějši výměšky z kořenu 'inHii pelyněk, pýr nebo akát). i 'ni tunice může vést k úplnému potlačení jiného druhu, nebo dosažení rov-' neho stavu, a soupeřicí druhy mohou přežívat jeden vedle druhého (koexi-i m ľ| l'i imIiicc. Mezi druhy je velmi častý vztah predace. Jde o vazbu, kdy se jeden •i .mi mis stává kořistí druhého. Predátor je ten, kdo se druhým organismem i i In chíiorem může být býložravec i mäsožravce. V typickém případě ma- nivi i při získávání potravy svou kořist napadají a zabíjejí, kdežto býložrav-•■ i v i na částech jiného organismu a nemusí jeho životaschopnost příliš " llvllll. i přizpůsobení organismů, které sestávají polravoujiných, považujeme nej-..... i i ochranná opatření proti predátorům. Mnoho rostlin má na listech ■ 'in n li nejrůznějši ostnité výrůstky. Jiné rostliny obsahují jedovaté nebo ne-ii...... hilky, které řadu býložravců odrazují (česnek, cibule). U živočichů se .....In lada přizpůsobeni, jak predátora oklamat nebo odpudit. Může jito zbar- iii iv.u léla nebo o zapáchající výměšky. Moucha pestřenka je zbarvená jako • ■ i i ikIď. střevlíků vypouští v nebezpečí zapáchající a palčivou tekutinu. Plil i/i!ismus. Některé organismy se také mohou přiživovat na tělech nebo itluklech látkové výměny jiného druhu. Tento vztah - parazitismus je často 11 ni.m za zvláštní typ predace. Parazit a jeho hostitel jsou spolu v daleko i" i i vazbě než predátor a kořist. Pravý parazit je vždy heterotrofní organis-l'ľ tuže nikdy nezískává výživu v procesu fotosyntézy. Některé parazitující • ■ ľ m (ledy fotosyntetizující) rostliny, např.jmeli, jsou proto nazývány polopa-•. m v Kc svému životu od hostitele potřehují pouze některé minerální látky roz-i n ilŕiié ve vodě. i plekými parazity jsou organismy, které žijí buď uvnitř těla hostitele (endo-i i/.lli), nebo na jeho povrchu (ektoparaziti) a živi se jeho tělními tekutinami, ......... částmi těla nebo tělního pokryvu (peří, chlupy, šupiny). Některé orga- lliy i'.uii parazity pouze v určitém vývojovém stadiu, někteři paraziti mohou || i vii i- hostitelů. lUini. Larvy blechy obecné žijí volné a živí se organickými zbytky obsaženi ml v prachu a nečistotě. Dospělé blechy (ektoparaziti člověka) se živi lidskou i liikn přiklad endoparazita může sloužit motolice krevnička močová. Vyvo-' Ifí.ké záněty močového měchýře i přilehlých orgánů. Dospělí jedinci žiji ve .........m žile (samička v tělní rýze samečka). Oplozené samičky se stěhuji krví 41 do kapilár močového měchýře. Vajíčka prolrhávají háčky stěny kapilár a odtud se dostávají do moče a z těla ven (obr. 13 a 14). Přenašeči chorob. Řada parazitů, zejména těch, kteří se živi tělními tekutinami a krvi, může při sání přenášet nebezpečné choroby. Ve středověku to byly právě blechy, které přenášely morové bakterie. Dnes u nás patři mezi přenaácčc původců nebezpečných nemoci klíšťata, která při sání krve mohou přenést viry způsobující záněty mozkových blan a bakterie, které jsou původcem lymské borreliózy. Mutualismus. Různé druhy však mohou spolu žít a využívat výhod, které jim spolužití přináší. Oboustranné výhody se promítají do snadnějšího získávání 1 potravy, lepšího růstu, přežívání nebo úspěšností v rozmnožování. Tento typ vztahu se nazývá mutualismus. Symbióza. Nejčastějšírn příkladem mutualismu je symbióza - pevné soužití dvou druhů organismů. Některé druhy zelených řas a hub prorůstají a tvoři lišejníky. Vzájemná vazba je tak pevná, že lišejníky jsou běžně pokládány za samostatné organismy a popisovány jako zvláštní druhy. Pevná vazba je vyvinuta také mezi bakteriemi schopnými vázat dusík a některými vikvovitými rostlinami (hrách, fazole). Bakterie žijí v uzlících na kořenech rostlin a umožňují lépe vyu II ilimík. V zájemně výhodná jsou soužití střevních mi kroorgan ismů a hostitelů vazby jsou známé u přežvýkavců nebo 11 termitů. V obou případech je III, I dodavatelem potravy a symbiotický mikroorganismus rozkládá celuló- .111 se tím živí a zároveň zpřístupňuje živiny i svému hostiteli. 1.11/1 Aoopcrace. Volnější vazbou je souhra mezi hmyzem i některými ptačími 1 I v. toucími rostlinami, tzv. protokooperace. Opylovači se nejen rozliě-Ml 1 vriuími šťávami a pylem živi, ale také opyleni významně napomáhají, lil upylovačů a kvetoucích rostlin je v mnoha případech tak dokonalý, že 1 Mi iiit iliou provádět pouze určité druhy se zvláštními uzpůsobeními (dlouhé 1 ,. 1 hloupky a košíčky na končetinách apod.). I woperace. Některé organismy spolu dokonce přímo spolupracují (kooperu-IHloiilrický pták medozvčstka se živí voskem, včelími larvami a medem. 1 iji 1/ věsí ka nedokáže sama hnízda divokých včel rozbít. Proto upozorňuje svým n 11 n paviány a jezevcům příbuzné medojedy a láká je k hnízdu včel. Ti II 1 hopni hnízda z dutin stromů vydobýt. Při jejich hostině se uživi téžmedo-11.1 V oblastech, kde hnízda divokých včel vybírají domorodci, spolupracu- .....In/věštka i s nimi. < Mázky I Co ovlivňuje růsipopulace? • 1 vxvěllete pojem nosná kapacita. Které přírodní faktory ji určují? Uveďte pti klad. i 1 > co soupeří druhy v přírodě? I 4 11veďte přiklad vnitrodruhové konkurence. ■ 11 veďte příklad symbiózy. ii <'<> je parazit, poloparaz.it? i r. Společenstva a ekosystémy Nijiúznější vztahy mezi jedinci i populacemi rozličných druhů se vyvíjely hm dlouhé období. Není tedy divu, že jsou nejrůznějši organismy spojeny ||| mi mnoha vazeb. Týká se to zvláště těch, které žijí na stejných stanovištích, n ■ ivaji společné zdroje výživy. Tyto vazby tak z různých druhů a populací 1... 1,11 v vl vářeji společenství, kde jeden druh závisí některým ze svých životních 1 ■ 1 ■.|< v 1 i na organismu druhém. Soubor populací na sebe vázaných druhů označu-i |tic |«ko společenstvo (též se užívá termínu biocenóza). 1 iiriiiůsmy však v prostředí nežiji samy. Vždy jsou vázány na nějaké fyzikální .. luiiiické podmínky, tedy na okolní neživou přírodu. *Společcnstva žijící v ur-.....I prostředí, k němuž jsou přizpůsobeny, označujeme spolu s těmito charak- 43 teristickými faktory neživé prírody jako ekosystémy. Při změně zevnich vliv (teploty, srážek, lidské činnosti) se také skladba společenstev i ekosystémů může měnit. 1.6.1 Společenstvo Charakteristika společenstva. Společenstvo je soubor populací různých or ganismů (rostlin, živočichů, mikrobů apod.), který žije v určitém čase na určitém území nebo v určitém prostoru. Jde nejen o lesní, luční, jezerni, jeskynní spole čenstva, ale také o společenstvo symbiotických organismů ve střevě přežvýkav-ců, či termitů aj. Společenstva můžeme rozlišovat na různých úrovních, podle systematické příslušnosti, tj. např. společenstvo ptačích druhů, společenstvo půdních roztočů nebo společenstvo stromů v lese, podle stanovištních charakteris tik, např. společenstvo skalnatého výběžku v jezeře, nebo společenstvo dna vodního toku či nádrže (benthos), společenstvo volné se vznášejících organismů ve vodě (planktón). Nejčastěji bývají obě kritéria spojena (např. společenstvo bezobratlých ze dna potoků, tzv. makrozoobenthos). Ekologie studuje, jak jsou jednotlivá společenstva rozšířena, jak vznikají, jaké podmínky je ovlivňují, jaká je produktivita společenstva, tj. kolikbiomasy (hmoty těl organismů) určité společenstvo na daném území za časovou jednotku vyprodukuje. Diverzita. I když jsou společenstva více než jen souhrn všech druhů nebo jedinců a vazeb mezi nimi, je jednou z nejdůležitějších charakteristik rozmanitost druhů - diverzita. Čím více druhů, tím vice vazeb a tím lépe je využitá energie v potravních vztazích. Dominantní druhy. Všechny druhy nejsou pro funkci (existenci) společenstva stejně důležité. Hlavní, tj. dominantní druhy jsou pro pochody ve společenstvu významnější než druhy vedlejší (vzácné a obvykle i malé). Dominantní druhy se podílejí daleko větší měrou na toku energie a biomasy (hmoty) společenstvem. V lučním společenstvu budou zřejmě významnější některé druhy trav než ojedinělé kvetoucí byliny. V tomtéž společenstvu bude mít v roli primárních konzumentů (býložravců) větší význam početná populace hrabošů než pár zajíců. V roli mäsožravce bude pak funkci dominantního článku plnit spiše lišku a lasička než rys nebo vlk. Časové členění aktivity druhů. Ne všechny druhy (populace druhů) jsou ve společenstvu činné po celý den nebo rok. Takřka ve'všech společenstvech jsou patmé určité rozdíly mezi dnem a noci nebo v ročních obdobích. Tyto rozdíly jsou pro společenstva charakteristické a opakují se pravidelně - periodicky. Vy sokou aktivitu zelených rostlin (producentů) zaznamenáme ve dne, řada druhů živočichů je aktivní naopak v noci. V hnízdním období začíná většina ptačich stromové patro keřové patro bylinné patro mechové patro kořenové patro Obr. 15. Patrovitóst v lesním společenstvu ........,< pévem označovat svá teritoria ráno, většina netopýrů patři mezi soumrač- . ||| iihy, Všechny tyto organismy jsou ale členy jednoho hlavního společenstva. ProNtorové členění aktivity druhů. Tak, jak je možné rozdělit různé projevy ...... nm ve společenstvu do různých časových úseků, lze je odlišit i prosloro- lášlě ve velkých společenstvech). Nejlcpšim příkladem je patrovitóst |i nim společenstvu. Ve vzrostlém listnatém lese můžeme rozeznat kořenové, umí (mechové), bylinné, keřové a stromové patro (obr. 15). Podobnou vrs- ......,1 vykazuji také jezerni společenstva, kde v různých hloubkách žijí odliš- i r.inismy. |,(i.2 Potravní vztahy ve společenstvu i, ilnotlivé populace druhů, které tvoří společenstvo, nejsou náhodnou sbir- i.......jianismů. Vždy spolu souvisí prostřednictvím vzájemných vazeb. Druhy i mi ve společenstvu na sebe vázány především prostřednictvím potravních sítí, in.li/ je přenášena energie a látky, přičemž hlavním zdrojem energie je sluneč-... m. Studium společenstev se proto velmi často soustřeďuje na potravní Mhy mezi jedinci a populacemi, které společenstvo vytvářejí, ľi iMlucenti a konzumenti. Autotrofni organismy žijící ve společenstvu (ze-i.....t istltny) nazýváme producenty, neboť produkují látky potřebné pro jiné or- -14 45 ganismy. Býložravce, kteří spotřebovávají rostlinnou potravu, nazýváme konzu menty prvního řádu. Konzumenty vyššího řádu jsou šelmy a dravci. Dalším ty^ pem organismů jsou ty, které rozkládají těla uhynulých rostlin a živočichů nebo produkty jejich metabolismu. To jsou rozkladací - destruenti (saprotrofní organismy živící se na mrtvých tělech). Některé z nich, zvláště bakterie a houby, jsou schopny rozkládat složité organické látky (sacharidy, bílkoviny, tuky apod.) zpěl na jednoduché anorganické látky, které slouží jako živiny pro růst rostlin. Potravní řetězec a potravní síť. Přesun látek i energie obsažené v chemických vazbách organických látek mezi rostlinami, býložravci, masožravci a rozkladací (bakteriemi, houbami, roztoči, žížalami), se nazývá potravní řetězec (obr. 16). Podle typu organismů, které se na jeho struktuře podílejí, rozeznáváme dva hlavní typy potravních řetězců, a to tzv. pastevné' kořist nicky (také pastevní) řetězec a rozkladný (dekompoziční) řetězec. První typ charakterizuje posloupnost od rostlin, přes býložravce k masožravcům. Výsledkem činnosti organismů jsou složité organické látky - stavební látky těl, druhý typ řetězce navazuje na předchozí a jeho výsledkem je rozklad složitých organických látek mrtvých těl organismů (a některých zplodin jejich metabolismu, např. trusu). V obou řetězcích navíc spolupůsobí další typy organismů v roli parazitů. rostliny (semena, oddenky, hlízy, plody) býložravci (hlodavci, kopytníci] šelmy (lasička, liška, rys) opadané listy, zbytky rostlin půdní živočichové (žížaly, hmyz) ptáci (kos, drozd) draví ptáci (sovy, krahujec, sokol) fytoplankton zooplankton ryby živící se planktonem ~~ plaz, pták, savec, člověk živící se rybami polní plodiny (obilniny, píce; ^skot, prasata drůbež 0 člověk Obr. 16. Příklady různých potravních řetězců V..- fotosyntéza pastva predace producenti (/i-lcné rostliny) konzumenti I. řádu (býložravci) konzumenti II. řádu (masožravci) paraziti živiny Obr. 17. Potravní sítě p Irozených i člověkem ovlivněných systémech přírody jsou vždy všechny m nu ilcné typy organismů (býložravci, masožravci, rozkladací) ve vzájemné i In , neboť jedni jsou potravou druhých a nemohou se ve svých funkcích na-11 i li Potravní vazby nejsou jednoduché lineární řetězce, jsou daleko složitější i |Hiiváz;inějši, a tak se hovoří o potravních sítích (obr. 17). I Hermetické ztráty. Potravní řetězec nebo potravní síť jsou jak přenosem lá-' i lil. přenosem energie. Z termodynamických zákonů je zřejmé, že se při kaž-If m přechodu polravy z organismu na organismus (přeměna z jedné formy na titulu ni) část energie ztrácí v podobě nevyužitelného zbytkového tepla. Není tedy ..... né, aby bylo v potravě předáno do vyšši potravní hladiny více (nebo í stejně) lil i |íle, než je v ní obsaženo. A tak se množství předávané energie průchodem pnliuvťiim řetězci postupně snižuje. Kdyby nebylo neustálé dodávky energie i loholo koloběhu zvenku, přestal by život existovat. I nu neustálým základním zdrojem energie je sluneční záření, kterého využí->u|i /clené rostliny ve fotosyntéze. Ve skutečném potravním řetězci je převod || i m- velmi málo účinný. Z celkové energie dopadající na povrch listů využijí lnu- rostliny při fotosyntéze pouze asi jednu setinu (asi 1 %). Býložravci vyu-Hjl energii rostlinné potravy asi z 10 % (tedy jednu desetinu) a masožravci cner-■ I masa býložravců s účinností max. 20 % (dvě desetiny): 0,01 x 0,1 x 0,2 = 0,000 2 '(- 0,02 %). -16 47 Propočtem zjistíme, že se od Slunce k poslednímu článku energetické pyramidy dostalo velmi malé množství energie, pouze dvě setiny procenta. Přičemž účinnost, s jakou využiji rostliny energii slunečního zářeni, nazýváme účinnost produkce a účinnost, s jakou využijí energii rostlinné potravy býložravci a s jakou využijí svou kořist masožravci, účinnost asimilace. Abychom ale mohli stanovit skutečný přenos energie z jedné úrovně potravního řetězce do druhé, musíme vzít v úvahu ještě ztráty, ke kterým dochází tím, že není všechna poživatelnii ěi zpracovatelná hmota těl přijata ve formě potravy. Účinnost, s jakou využijí býložravci a masožravci nabízenou potravu, nazýváme účinnost konzumace. Tělo ke své stavbě využije vždy jen část potravy, část zůstává zcela nevyužita, část ji' strávena a přechází do výkalů, část je vydýchána. Příklad. K vytvoření 1 kg těla (svaloviny, kostí, šlach a dalších orgánů) šelmy je třeba více kilogramů těla kořisti. Šelma nikdy nevyužije celou kořist. Velká kosti a kůže se zbytky svaloviny zůstanou na mršinách bez využiti. Také k vytvoření jednoho kilogramu tělesné hmoty těla býložravce je třeba více kilogramů rostlinné potravy. Živí-li se býložravce listy určité rostliny, pak stonky a kořeny zůstanou nevyužité, část poživatelných rostlin je pošlapána apod. Vztah mezi těmito úrovněmi je přirovnáván k pyramidě. V nižších částech je více hmoty biomasy - než ve vyšších. Jako příklad mohou posloužit následující zjednoduše-ne počty. Pícniny z louky o rozloze asi 5 ha a hmotnosti okolo 10 tis. kg uživí po dobu jednoho roku asi 4 býložravce o celkové hmotnosti přibližně 1 tis. ky a ti slouží po dobu jednoho roku za potravu jedné šelmy o hmotnosti asi 50 ky (obr. 18). dravý pták 1 600 ppm dravá ryba 1 500 ppm dg^Lip. male ryby fí5& 10ppm planktón 5,3 ppm DDT ve vodě 0,02 ppm Obr. 18. Potravní pyramida Obr. 19. Vzrůst koncentrace DDT v potravním řetězci ('otravní pyramida a koncentrace škodlivin. Každá vrstva potravní pyra- ■ i luh vždy spotřebuje více energie a hmoty z vrstvy nižší, než sama poskytne i v ySši. Tato zákonitost je příčinou zvyšování koncentrace škodlivé látky, t1. < .i iníi In vlastnost, že se v některých tkáních těl organismů ukládá. Čím vice r.inivv je třeba pro vyšší hladinu potravní pyramidy, tím více škodliviny se i.li konzumenta ukládá. < ilľ.Jihitjc-li např. voda jednu jednotku toxické látky, je v drobných organis- .....Il, kieré ve vodě žiji (v planktónu), asi 150x vice toxinu; v malých rybách, | f- d iď planktonem živi, jc ještě 3x více; v dravých rybách, které se živi menšími |p I více a v rybožravýeh ptácích, kteří se živi malými i velkými dravý-H i •. b.niti, je škodliviny ještě o něco více. Celkem se tak koncentrace některých l ■ ntých látek, např. pesticidů používaných na ochranu rostlin, po průchodu i h.iviiiiii řetězcem zvýší až 80 tisíckrát! {obr. 19). V nej vyšších hladinách po- .....pyramidy, tj. u masožraveů, může hladina škodlivin dosáhnout kritického ivi a způsobovat smrt nebo narušovat některé životní pochody. Vysoké ■I. uliv některých pesticidů v tělech dravých ptáků způsobují ztenčování vaječ- ■ li iikořápek. Mnoho vajec tak přijde při hnízdění nazmar. Hlubiny. Společenstva charakterizovaná stanovištními podmínkami nejsou i i«hr vždy oddělena přesnými hranicemi. Velmi často postupně přechází jed-|.....|Hilu£cnstvo do druhého. Jsou však také výjimky. Hranice lesa a louky bývá tg 49 ostřejší, ještě znatelnější je hranice mezi jezerem a pobřežním porostem. Na těchto okrajích bývá druhová rozmanitost obvykle vyšši než v obou sousedících společenstvech. Tato hraniční, lemová, kontaktní nebo přechodová pásma se nazývají ekotony a společenstva, která zde žijí, označujeme jako společenstva ekotonová, 1.6.3 Ekosystém Definice ekosystému. Hlavní společenstva, v nichž se vyvinul systém potravních (látkových a energetických) vazeb, nemohou existovat bez sluneční energie a bez dalších faktorů prostředí - vody, půdy, živin apod. Souhrn živých a mži vých složek, které se vyskytují v určité dobé a v určitém prostoru a mezi nim ti dochází ke koloběhu látek a toku energie, bez výrazné závislosti na okolí, se nazývá ekosystém. V ekosystémech za pomoci sluneční energie z anorganických živin, vody a oxidu uhličitého vytvářejí autotrofní organismy hmotu svých těl. Tato primární produkce slouží za potravu heterotrofním organismům - konzumentům. O rozklad těl rostlin i živočichů se starají rozkladací. V půdě a ve vodě jsou přítomny živiny, které jsou opět spotřebovávány, nebo jsou součástí větších koloběhů -biogeochcmických cyklů. Přirozené a nepřirozené ekosystémy. Za ekosystémy nepovažujeme pouze přírodní oblasti, jako jsou jezera, lesy, stepi, mokřady, pouště apod., ale také systémy, které jsou do jisté míry ovlivněny člověkem. Patří sem pole, louky, kulturní' lesy (plantáže), obhospodařované rybníky apod. Tyto nepřirozené celky se od přírodních ekosystémů odlišují tím, že je do nich vkládána energie navíc, mimo hlavní zdroj, jímž je sluneční záření. Za dodatkovou energii můžeme považovat práci strojů, umělé zavlažování, ošetřování proti škůdcům apod. V těchto ekosystémech neni ovlivňován pouzo tok energie, ale i koloběh látek. Člověk dodává v podobě hnojiv živiny, ale na druhé straně odebírá značnou část produkce ve formě úrody. Člověk svou čin ností ovlivňuje také vysokou stabilitu většiny umělých ekosystémů. 1.6.4 Vývoj společenstev a ekosystémů (sukcese) Podmínky vývoje společenstev. V dlouhých časových obdobích se spolc čenstva mění - vyvíjejí v závislosti na postupných změnách klimatu, hornino tvorných procesech, ale i na činnosti člověka. Vyvíjejí se také společenstva, ktj rá vznikla po přirozené nebo po umělé přírodní katastrofě. Vyvíjí sc a mění společenstvo původně obhospodařované člověkem (pole, rybník, kulturní les), když jej člověk přestane ovlivňovat. Příklad. Opuštěný rybník zarůstá rákosem, odumřelé rostliny klesají na dno, vytváří se vyšší vrstvy bahna, nepřítéká-li voda, rybník postupně vysychá. 50 i Iných místech vyrůstají z náletů semen vrby. Postupně s vysoušením iji další stromy (olše, jasan) a nakonec se z rybníka stává přirozený list- H lim. 'min isť. Skladba druhů a velikost jejich populací se spolu se změnami pro- ii ninií, dokud nedosáhne nejvýhodnějšiho, tj. rovnovážného stavu mezi ži- i neživou složkou. Takový postupný vývoj se nazývá sukcese. i . > niuí (primární) a druhotná (sekundární) sukcese. Vyvíjí-lí se spole-.....a obnaženém povrchu, který nebyl v minulosti ovlivněn jiným spole- II lvem, nazývá se primární sukcese. Tento typ vývoje společenstva můžeme .....val nejen na nově vytvořeném sopečném ostrově v moři, ale také v blíz- 11 I n Iských sídel a v intenzivně využívané nebo poškozené krajině. Jako pří- ,1.....h: posloužit opuštěná výsypka povrchového dolu, která není rckultivo- ii i i lu holé ploše se nejdříve usadí odolné řasy, lišejníky a nenáročné byliny. Hl I mě se objevují břízy a vrby. Opadané listy a tlející rostliny jsou základem ■ iM .u Sukcese na takových plochách trvá několik desítek let, v přírodě i né- III i.ileti, sukcese po ústupu ledovce až tisíc let. ľ..| inl z oblasti byla odstraněna původní vegetace, ale zachovala se půda i i ymi sporami a semeny, jde o sukcesi sekundární. K té docházi např. na .......velí pastvinách, na nichž původně rostly listnaté nebo smíšené lesy, které i (Mi i věkem vykáceny. K druhotné sukcesi přirozených společenstev dochází , |i im v člověkem neovlivněném lese apod. klimax. Stabilizované společenstvo, kde jsou vazby organismů mezi sebou i i!jem půdou, klimatem (teplotou, srážkami) a ostatními faktory prostředí i .1, u.-, se nazývá klimax. Ekosystém v lakovém rovnovážném stavu se ozna-I ii i j mém klimaxový ekosystém. u, * Hlavní ekosystémy Země (biomy) miilni ekosystémy Rozdíly v teplotě, množstvi srážek a vlastnosti půd v různých oblastech světa li|l polohu hlavních světových ekosystémů, které se nazývají biomy Země. ii jsou rozloženy na pevninách v určitých zónách, nazývají se také hlavní irické {term - lat. země, pevnina) neboli zonální ekosystémy (obr. 20). Iiindra. Tundra je bezlesá krajina porostlá většinou mechy, lišejníky, odolnými u iivaini á pouze misty keřovitými vrbami či břízami. Rozkládá se ve stude-III piismu při severním polárním kruhu, kde teplota vystupuje nad bod mrazu n- několik týdnů v roce, a půdy, promrzlé do velké hloubky, rozmrzají i. plejšim období pouze na povrchu. Srážky jsou nepříliš vysoké. Z velkých n /de žiji sobi, z menších lumíci, polární lišky a zajíci. 51 I «Jn». kle o severní oblasti Sibiře, Kanady a Aljašky porostlé především jeh-linl ,1111 lesy. Teplota vystupuje nad bod mrazu většinou 3 až 4 měsíce v roce. I učni mnoho a půdy jsou většinou kyselé s vysokou vrstvou těžko rozloži-......pmlanky z jehličnatých stromů. Častá jsou i rašeliniště. n in chladného a mírného pásma. Rozkládají se od Černého moře až po ......(ku a Čínu. Vc středu Severní Ameriky se nazývají prérie. Místy se vy- I |u|l v .(věrnějších částech Jižní Ameriky (Argentina, Uruguay), kdesenazý-'|i \mmpy. Půdy jsou vysychající a bohaté na vápník (černozeme) a člověk je i K pěstování obilí. Tuhé zimy a nízké srážky umožňují přežívat předenu n ,i vinným společenstvům. V těchto oblastech žila velká stáda býložravců, |||i| In/oni v Americe a sajgy v Asii. .....ulť lesy mírného pásma. Je to původní typ lesa, který se vyskytoval ' ni celém území naší republiky před příchodem člověka. Oblast je charak- ii ni l i střídáním ročních období a větším množstvím srážek. Půdy jsou větši- ii I......iisoviléhnědozemě. Nejčastějšími rostlinnými druhy byly listnaté ačás- III i jehličnaté stromy - buky, duby, habry, javory, ojediněle jedle, borovice mi l i Většina těchto lesů již byla změněna na kulturní smrkové lesy určené 1 Imi dřeva. I Milnlisté krovinaté lesy. Vyskytují se v Evropě, hlavně ve Středozemí, i ililmiiii, v Chile, v jižní Africe a také v Jižní Austrálii. Rostou v sušších ji|i i i. 11 oblastech s dostatečnými dešti, především během mírných zim. Rost-i i u většinou keřovité, s tuhými listy, např. některé duby, vavříny a olivy, lllny maji většinou dlouhé kořeny, které i v obdobích letního sucha obstará-i|i \ I tlni / velkých hloubek. Půdy jsou často zbarveny do hnedočervená a obsa-ini|i i I. i,i,i lek vápníku. Díky pastvě, která probíhá ve Středozemí již několik tisíc i'l rovinaté lesy v Evropě téměř vymizely. ľiiii.lé a polopouště. Jsou charakteristické pro oblasti tropů, kde jsou velmi i inižky a kamenité nebo písčité půdy. Tvoří okolo 20 % celkové rozlohy ...... Život je v nich omezen pouze na několik málo odolných rostlin a žívoči- ir/i největši patří Sahara a Arabská poušť. Pouště jsou i v Mexiku, Jižní litr a v Austrálii. hiiplcké opadavé lesy a savany. Jsou rozšířeny ve střední Africe, Jižní llic a částečně i v jižní Asii a Austrálii. Rok se zde rozděluje na období 1 mi období sucha. Rozsáhlé plochy travina krovín doplňují osamocené stro-Hi ho hajky, popř. přecházejí v řídký les. Půdy maji často dobře vyvinutou iimm luimusovitou VTStvu. Typickými obyvateli afrických savan jsou velcí i i il.o sloni, nosorožci, žirafy, zebry, antilopy, lvi a gepardi. Oblasti jsou , l ilnviii tlakem člověka. Zvláště v Africe jsou velké plochy vypalovány |il.......ovány na pole. Protože rolníci většinou nemají dostatek prostředků na ■ -i •!■ m i řádné obhospodařování, mění se postupně savany a řídké lesy v pouště iliipuušlě. i .|ľ onstva. Odolnost (rezistence). V některých ekosystémech jsou vazby uvnitř spole-iVustva i mezi společenstvem a neživými faktory prostředi velmi silné a naru-k)ní je velmi obtížné. Taková společenstva označujeme jako odolná - rezistentní. Pružnost (rezilience). Některá společenstva jsou sice narušitelná snadno, ale [ychle se vrací po ukončení působení nepříznivých podmínek do původního stáni V tomto případě jde o společenstva pružná. Stabilitu uvedených typů můžeme přirovnat k chováni pevné látky. Za rezis-ii Mni je pokládána látka s odolností podobné sklu. Je velmi pevná, ale při nad-iiiŕmé zátěži se rozpadá. Naproti tomu pružnost bývá přirovnávána k předmětu gumy. Snadno ztrácí tvar, ale zase se do původního stavu navrací. V přírodě se PV -i-iii nikdy nevyskytuji společenstva jednoho nebo druhého typu. Vždy jde ■ ■ ixloinost obsahující vice nebo méně obě charakteristiky. Velmi stabilní a odol-ii.i společenstva jsou lesy. Jsou rezistentní k menším změnám, ale po větším narušení trvá velmi dlouho, než se navrátí do původního stavu, pokud se k němu uiIh-c navrátí (tropické deštné lesy). I "nižná společenstva se vyskytuji v podmínkách, kde jsou pravidelné záplavy, i ilxlobí sucha nebo požáry. Jde např. o společenstva příbojových zón moří nebo ' stepi a savany, které procházejí obdobími sucha, nebo i požárů. Organismy 1'iiv.ivaji nepříznivou dobu v podobě semen, oddenků nebo v úkrytu. Nastanou-li vhodné podmínky, opět se probouzejí k životu. Zranitelná společenstva. Existují však ekosystémy, které na silné porušení Vtv/cb nejsou schopny reagovat, neobnoví se a jsou natrvalo nebo na dlouhou llobu zničeny. To platí především pro oblasti s velmi stálým klimatem a pro |M>leěenstva s velmi specializovanými druhy, kde se vazby ustálily během velmi dlouhého období. Mezi taková společenstva patři i tropické deštné lesy. Rostliny ii živočichové jsou na sebe velmi úzce a pevně vázáni. Stačí přerušit jednu t vazeb, nebo vnést do společenstva významný rušivý činitel (kácení, vypalováni) a celý systém se dostává do krize. Stabilita těchto ekosystémů není pružná, Vltľ.by mezi organismy a okolním prostředím se chovají „jako sklo", a jsou tedy Velmi zranitelné činností člověka. Monokultury. K málo stabilním společenstvům patří i některé monokultury -l'oiečenstva, v nichž významně převažuje jeden druh. V přírodě se vyskytují i ulka. Jsou však typické pro společenstva obhospodařovaná člověkem. Stabili- 54 55 ta těchto společenstev je udržována člověkem. Pole S obilím nebo kulturní smrkový les jsou typickými umělými monokulturami. Nízký počet druhů zároveň znamená malý počet vazeb mezi organismy navzájem a mezi organismy a prostředím. Jsou-li naše smrkové porosty napadeny škůdcem nebo vystaveny silně znečištěnému ovzduší, struktura společenstva se rychle rozpadá, les hyne. Smíšené lesy jsou v našich podmínkách proto daleko stabilnější. Škůdci na smrku v takovém případě napadnou pouze některé jedince a struktura lesa zůstává zachována. Smíšené lesy jsou odolnější i vůči imisím oxidu siřičitého. Nejvyšší koncentrace se totiž vyskytují v zimě, kdy jsou listnaté stromy v období klidu, fotosyntéza neprobíhá. Naproti tomu asimilační orgány stálezelených jehličnanů jsou imisemi ohroženy po celý rok, nebof fotosyntéza u nich probíhá neustále. 1.6.7 Krajinná ekologie Jedním z moderních odvětví ekologie je krajinná ekologie. Základní ekologické poznatky o toku energie a látek ve společenstvech a ekosystémech využívá k charakteristice, k analýze a k hodnoceni krajiny. Považuje krajinu za vyšší celek, než je ekosystém. Krajina. Krajinu definujeme jako část zemského povrchu, která tvoři společně se společenstvy organismů jednotný trojrozměrný celek (horstvo, pahorkatina, nížina, pouštní krajina apod.). Krajina je chápána jako jednotný celek zemského povrchu vymezený lidským horizontem. Krajinná ekologie posuzuje lidskou činnost jako nedílnou součást dějů, které v přírodě probíhají. Krajinné prvky. Pro své analýzy rozlišuje krajinná ekologie tři hlavní typy útvarů v krajině. Matrice je základni (nosná) charakteristika studovaného prostora (rozsáhlý les, step, velké jezero, mokřad). Matrice je nejrozsáhlejší a nej-propojenější útvar, který obklopuje ostatní útvary a rozhodujícím způsobem usměrňuje tok látek a energie v krajině. Plošky jsou části území lišící se výrazně od okolní matrice (jezírko v lese nebo mýtina v lese, skalnatý výchoz v rovině, malý ostrov v jezeře). Plošky působí v krajině jako stanovištní ostrovy. Liniové útvary - koridory prolínají v krajině matrici nebo spojují v krajině plošky {řeky, údolí, okraje lesa). Krajinné prvky v kulturní krajině. Krajinné prvky nemusí být vázány pou ze na krajinu přirozenou. Matricí může být velký obdělávaný lán obili, v němž je např. hájek stromů ploškou, a liniovým útvarem je polní cesta se stromořadím. Linie jsou chápány většinou jako cesty k migraci organismů nebo proudění živin. Často jsou liniové útvary v přirozené i kulturní krajině zásadními překážkami. Prudký proud široké řeky či dálnicemi s doprovodným oplocením jsou pro mnoho organismů nepřekonatelné útvary. Naopak, některé organismy nejsou Bílfozenými liniovými útvary (koridory) příliš ovlivňovány. Semena řady roštím ..■ šíři vzduchem bez ohledu na překážky. I pláci létají bez omezení napříč li K uloiy. Pro svou schopnost zachycovat dusíkaté látky jsou malé plošky a zvláště n 1< koridory v intenzivně obhospodařované krajině i nevítaným rezervoárem ■nii ilných plevelů aruderálních rostlin. Z ekologického pohledu je ale jejich role i li mi i. Jejich ekotonový charakter a malé narušování člověkem napomáhá udr- ■ i vyšší biologickou diverzitu v krajině. Typy krajiny. Povrch Země je dnes do značné míry ovlivněn činností člověka. V.....oba oblastech se již nesetkáme s přirozenou a člověkem nedotčenou králi...... Podlé míry, kterou člověk ovlivňuje své okolí, rozeznáváme řadu kra- i um vi li typů. Neovlivněná krajina je označována jako přírodní nebo také přiro- • mi krajina. Tento typ krajiny existoval až do doby, kdy se začalo rozvíjet |i r.ii-vectví a zemědělství. V současné době se přírodní krajina vyskytuje jen nuiiiivkovitě, především na odlehlých a málo přístupných místech, např. ve i Rukých horách (Himaláje), v oblasti tropických deštných lesů (Amazonie) | v Antarktidě. Pfirodni krajina byla však postupně odlesňována, vznikala v ní stálá sídla, .....niv ji těžba, hrazení řek, stavba hrází atd. Krajina, na jejímž vytváření se KkIIIcI svou činností člověk, je označována jako kulturní krajina. Podle intenzi-it u typu lidské činnosti můžeme dále kulturní krajinu rozdělit na několik dální h podtypů. Obhospodařovaná (kultivovaná) krajina je typ, v němž činnost i'liivéka je i přes pravidelné hospodařeni v souladu s přírodními podmínkami, úiliel krajiny není dotčen, v krajině je zachována určitá míra autoregulačních (iiiiiiioudržovacíeh, podle autos - řecky sám, samo, regulare - latinsky řídit, udr-ínviil, usměrňovat) schopností a stability. Přírodní společenstva nejsou příliš Ohrožena lidskou činností. Taková krajina je typická pro oblasti s menši hustotou ■ In v>atcl. Z lidských činností převládá lesnictví a zemědělství. U nás je tento typ | i|iny zachován v pahorkatinách, např. na Českomoravské vrchovině, v podhů-i Šumavy a Novohradských hor. Narušená (degradovaná) krajina je. typem s narušenou schopností autoregu- i ii o, Původní nebo přírodě blízká společenstva nejsou stabilní a jsou trvale ohro- mí lidskou činností. V tomto typu krajiny převládá intenzivní zemědělství, je in přítomen průmysl, hustá síť komunikací, probíhá těžba surovin. Taková kraji-H i .<■ nachází zejména v blízkosti lidských sídel většího rozsahu. /pustošená (devastovaná) krajina je charakterizována velkou koncentrací tě- ii líních a průmyslových aktivit. Morfologie povrchu je změněna. Koryta řek lOU regulována, napřimována, a dokonce překládána. Přírodní a přírodě blízká .I>• ilečenstva se v ní nevyskytují, ostrůvkovitá vegetace obsahuje hlavně rumištní druhy. Prostředí je kontaminováno nejrůznějšími škodlivinami. Příkladem je ii n.ľ. oblast Podkrušnohoří s vysokou koncentrací chemického a energetického BfŮinyslu a výskytem rozsáhlých povrchových dolů hnědého uhlí. Pro klasifikaci krajinných typů se používají také jiné způsoby členění (měst-l.i, příměstská, venkovská krajina apod.). 56 57 Otázky 1. Co je společenstvo, co je ekosystém ? 2. Cojso ú dom inan tni druhy s po le čenstva ? 3. Uveďte přiklad prostorového a časového členění dějů ve společenstvu, 4. Jak postupuje potravním řetězcem hmota a jak energie ? 5. U veďte příklad nějakého skutečného potravního řetězce nebo pyramidy. | 6. Vysvětlete, jak se zvyšuje obsah škodlivin v potravním řetězci. 7. Porovnejte rozšíření světových biomů s podnebnými pásy definovanými v geografii, popř. s biogeografickými oblastmi rozšíření druhů. V čem se shoduji nebo neshodují a proč? 8. Uveďte příklad lidské činnosti, která negativně některé biomy ovlivňuje. 9. Vytvořte plánek (mapku) okolí školy nebo bydliště a pokuste se vyznačit matrici, plošky a koridory. Vyznačte tok živin a energie. Jsou koridory funkční („ tok " genetické informace) ? 1.7 Ekologie jako vědecká i užitá disciplína Klasická ekologie se zabývá vztahy mezi organismy a prostredím na čtyřech hl avních úrovních: jedinec - populace - společenstvo - ekosystém. V současné dobč je rozšířena o mnoho dalších směrů, jako je ekologie krajinná, ostrovní, invázni, aplikovaná apod. 1.7.1 Ostrovní ekologie Velmi zajímavými oblastmi pro studium vztahů v přírodě jsou ostrovy, které jsou od jiných ostrovů i od pevniny odděleny rozsáhlým oceánem. Vliv společenstev sousedních ostrovů lze mnohdy zanedbat. To umožňuje ekologům sledovat ustálené vztahy v uzavřených systémech. Ostrovní ekologie studuje především vztah počtu druhů a hustoty populací k velikosti plochy ostrova. Z výzkumů ostrovní ekologie vyplývá, že se zmenšující se plochou ostrova se zmenšuje i druhá rozmanitost a klesá počet jedinců v populacích. Ostrovní vztahy na pevnině. Ostrovní vztahy se uplatňuji i na uzavřených plochách uvnitř odlišného prostředí na pevnině. Pro osamocené ostrůvky zachovalé přírody uprostřed lánů polí, v krajině devastované těžbou, pro malé parky uprostřed měst, ale i pro chráněná území s nedotčenou nebo málo narušenou přírodou obklopená kulturní krajinou platí většinou pravidla, jako pro izolované ostrovy. Čím jsou menší, tím méně druhů a jedinců na nich může přežívat a rozmnožovat se. Na menších plochách nemohou žít velké druhy, neboť pro udrženi potřebně velké populace není k dispozici dostatek potravy. Řada velkých druhů savců obhajuje svá teritoria proti jedincům stejného druhu, a proto na malém území lícní soužili většího počtu možné. 1.7.2 Invázni ekologie Přirozené invaze. Přírodní procesy, ale i člověk jsou příčinou řady katastrof, které narušují nebo zcela ničí původní přirozená stanoviště. Sopečný výbuch, uměle založený nebo přirozeně vzniklý požár, sesuv svahů, nové vytvořený sopečný ostrov a další náhodné vlivy mohou zcela změnit tvář velkých území, Invaze nových druhů na tyto změněné plochy nebo obnova původních společenstev z nenarušeného okolí jsou zajímavé procesy, které ekologové studují. Nepřirozené invaze. V posledních staletích, kdy člověk cestuje po Zemi na dlouhé vzdálenosti, přenáší s sebou řadu cizích druhů organismů. Tyto zavlečené nepůvodní druhy mohou často ohrozit domácí druhy. Takové umělé invaze do-::ud působí problémy ve světě i v naší republice. Britští kolonizátori, kteří v 18. století dorazili do Austrálie, přivezli spolu :. mnoha kulturními rostlinami i domácí skot a králíky. Králíci se za několik desetiletí rozmnožili tak, že jejich nespočetné populace ničily úrodu na polích a spásaly trávu domácímu skotu i původním býložravcům - klokanům. Za invazní druhy můžeme pokládat i několik druhů rostlin, které byly původně dovezeny jako okrasné druhy do zahrad, odkud se již bez pomoci člověka rozšířily do volné přírody. U nás mezi ně patři postupně se šířící bolševník velkolepý v západních a severozápadních oblastech České republiky a v poslední době netýkavka Roileova, rdesno japonské a sachalinské, či křidlatka japonská. Trnovník akát, který byl do Evropy dovezen jako okrasná a medonosná rostlina již v 17. století a dnes běžně roste v teplejších oblastech středních Čech, i mandelinka bramborová (zavlečená s brambory), která osídlila během posledních 60 let téměř celý svět, mají svůj původ v Severní Americe. Jde o druhy, které u nás bez větších potíží zdomácněly. Jejich invazi můžeme považovat za velmi úspěšnou. 1.7.3 Paleoekologie Tak, jak se vyvíjely různé druhy organismů, vyvíjela se také jejich společenstva a spolu s podnebím a dalšími fyzikálními faktory prostředí i celé ekosystémy. Ze zkamenělých (fosilních) nálezů zbytků organismů, tvaru jejich těla a z toho, s jakými dalšími organismy jsou v horninách nacházeny, usuzují paleo-ekologové na způsob života a vazby ve společenstvech dávno vyhynulých. Velké sloje uhlí slouží nejen k získání paliva, ale poskytuji paleoekologům informace o dávných mokřadních společenstvech rostlin. O složeni fauny moří 58 59 před stovkami miliónů let podávají důkazy mocné vrstvy vápenců, vytvořené ze schránek prvoků, měkkýšů a dalšícíi bezobratlých organismů. 1.7.4 í Využití poznatků ekologie v praxi Ekologie je věda, která může pomoci v současné době řešit řadu praktických problémů. Produkční ekologie. S využitím ekologických poznatků se můžeme setkat všude tam, kde člověk hospodaří v přírodních podmínkách s populacemi nebo společenstvy, z nichž chce mít nějaký užitek, ale je závislý především na přísunu sluneční energie, koloběhu živin a podnebí. Hlavním cílem člověka je samozřejmě zvyšování výnosů. Produkční ekologie se uplatňuje ve výzkumu zemědělském, rybářském i lesnickém. Boj se škůdci. Také boj se škůdci a plevely3 může být významně zlepšen při kombinaci využívání pesticidů a přirozených potravních vztahů mezi predáto-Tem a kořistí. Nadměrné používání chemikálií může totiž vyhubit nejen škůdce, ale i jeho přirozeného nepřítele. Ztská-li škůdce odolnost (rezistenci), je pak velmi obtížné zvládat jeho přemnožení. Ekologové ukazuji, že v mnoha případech je vhodnější nechat působit proti škůdcům jejich přirozené nepřátele. Územní systém ekologické stability krajiny (tíSES). Tento systém vychází z poznatků krajinné ekologie. Rozeznává v krajině celky (biocentra) a linie (biokoridory) na úrovni nadregionálni, regionálni a lokální, které jsou nezbytné pro život typických i vzácných organismů a společenstev a které mají umožnit prostup hmoty, energie, živin i genetické informace v krajině. Úlohou systému je udržet určitý krajinný ráz a jeho estetické hodnoty, zejména v krajině inlenzinvě obhospodařované, tedy nestabilní (k udržení je třeba velké množství dodatkové energie). Ekotechnologie. Novým směrem využiti poznatků ekologie v procesech, při nichž se využívá přirozených schopnosti společenstev zpracovat nadbytečné ži- s "1'ermíii škůdce nebo plevel je kategorií, kterou je třeba používat pouze v souvislosti s poškozováním a újmou člověkem Vytvořených systémů nebo člověkem obhospodařovaných a využívaných přírodních zdrojů. V přirozených společenstvech tato kategorie nemá své místo. V potravních sítích se vždy vyskytují organismy, které se živí těly nebo produkty metabolismu jiných organismů. Je lak zajištěn koloběh látek v ekosystému. Přemnoženi těchto druhů v přirozených podmínkách je vždy dočasné. Rozšíření a udržováni velmi početných populaci těchto „škodlivých" organismů způsobuje svou činností člověk sám. V chráněných nebo v člověkem nedotčených oblastech je třeba k druhům jinde považovaným zá škůdce a plevele přistupovat jako k „běžným" druhům se svým významem pro celé společenstvo, jehož jsou součástí. 60 vlny k růstu, jsou ekotechnologie. K čištění odpadních vod, v nichž nejsou obsa-r.niy toxické látky (zejména vody z potravinářského průmyslu nebo menších lidských sídel), je výhodné používat umělé mokřady. Tato voda, znečištěná or-|i:itiickými látkami a sloučeninami dusíku a fosforu, je vynikajícím zdrojem výživy vodních a tnokřadních rostlin. Narostlé rostliny můžeme sklízet a komín istovat. Pravidla pro využívání přírodních procesů. K tomu, aby přírodní procesy dlouhodobě umožnily využívat obnovitelné přírodní zdroje, musíme dodržovat i Lidu pravidel vycházejících z poznatků ekologie. Správné ekotechnologické procesy využívají především pozatky o stabilitě ekosystémů. Stejné tak je nutno respektovat pravidla při všech zásazích do prostředí nebo pfi využíváni přírodních ekosystémů k produkci určené pro člověka. • Neplýtvat energií, využít sluneční energii vhodně zvolenými rostlinami (pole v horských oblastech vyžadují více dodatkové energie než louky). • Využívat uzavřených koloběhů látek, recyklovat a využívat beze zbytku dostupné látky, např. užívat slámu k podestýlce a z ní vzniklý hnůj ke hnojení polí. • Zachovávat rozmanitosti tvarů, struktur i rozmanitost organismů (remízky a meze v krajině mohou snížit erozi půdy, zadržují vodu a jsou sídlem přirozených regulátorů škůdců), • respektovat citlivost na zevní vlivy, které mohou narušit činnost společenstva a ekosystému, tj. neužívat příliš průmyslové chemické látky k ošetřováni zemědělských kultur, neboť jejich kumulace může být pro člověka i ostatní organismy škodlivá. Navíc může vyvolat odolnost škůdců nebo hubit jejich přirozené predátory. • Nepřekročit nosnou kapacitu prostředí a schopnost organismů neutralizovat některé nežádoucí vlivy (přírodní toky a nádrže svou samočisticí schopnosti mohou dosti úspěšně neutralizovat některé odpady, ale jen do určité míry. Po překročeni mezí se samočisticí schopnosti snižuji. Člověk pak musí investovat do drahých, a ne zcela účinných klasických technologii). • Počítat s omezenou pružností a odolnosti ekosystémů ke změnám podmínek (zavlečeni cizích druhů může s sebou přinést dosud neznámé choroby pro domácí organismy, vyčerpaná půda se těžko a draze rekultivuje). ííkologie se v současné době bouřlivě vyvíjí. K tradičnímu studiu organismů v přírodě přistupuje i pokusná práce v laboratořích nebo na pokusných plochách. Ekologové dnes využívají počítačovou techniku k modelování vztahů organismů v populacích a společenstvech. Bez znalostí základů ekologie si neumíme dnešni moderní biologii vůbec představit. Neobejdou se bez ni ani rybáři, zemědělci a lesníci, kteří využi vaji přírodních procesů k produkci potravin a pěstovali i lesa. Ekologie je i nezbytným zázemím pro ty, kdo plánují a provádějí obnovu (revitalizaci) devastované krajiny. 61 Otázky I L 4. 5. f i Zjistěte, kde se ve Vašem okolí vyskytuje některý z invazních druhů (netýkavka Roileova, trnovník akát, křídlatka japonská) a zaznamenejte výskyt do mapy. Vyskytují se ve Vašem okolí nějaké zkameněliny? Ze kterého období pocházejí, jak asi vypadalo prostředí v době jejich života ? Zjistěte, zda existuje zpracovaný plán územního systému ekologické stability (USES) pro okolí Vašeho města nebo školy. Zhodnoťte význam biokoridorů a biocenter. Podle znalostí terénu doporučte změny a úpravy. Je možné, aby se u nás v přírodě udržely životaschopné populace medvědů, vlků či rysů ? S přihlédnutím k teorii ostrovní ekologie stanovte omezení, popř. vytipujte oblasti, kde to je možné. Jaká jiná omezení znemožňuji výskyt velkých šelem v naší republice? Který z uvedených způsobů využití přírodních zdrojů je více závislý na přírodních podmínkách (nebo více závislý na lidské činnosti): chov prasat, pěstování vojtěšky, pěstování lesa? Uvedte důvody. Napište seznam všech nutných činností (strojů) pro jednotlivé typy „ výroby " vedoucí od započetí produkce do získání konečného produktu (maso, píce, dřevo). Zhodnoťte slovy výši energie vkládané do činnosti, která je nutná k dosažení konečného produktu a zvažte časový aspekt. Diskutujte o termínech škůdce a plevel ve vztahu k člověku a k přirozeným dějům ve společenstvu. Nauka o životním prostředí .i Základní pojmy 62 Charakteristika nauky o životním prostředí. Nauka o životním prostředí mni zvláštni nová vědecká disciplína. Je založena především na znalostech ekologie, tj. na vztazích organismů k jejich prostředí a vztazích organismů mezi icbou. Do všech těchto vztahů je začleněna i činnost člověka, a to jak jeho činní >st pro přírodu prospěšná, tak činnost, která živou i neživou přírodu poškozuje. Nauka o životním prostředí zkoumá základní mechanismy působení člověka na společenstva a neživé složky prostředí (vodu, půdu, ovzduší, horniny). Na zákla-ilě těchto poznatků navrhuje, jak nežádoucím vlivům člověka předcházet, popř. jak již vzniklé chyby nespravovat. Nauka o životním prostředí je interdisciplinární (mezioborová) - využívá poznatky mnoha dílčích přírodovědných, technických, lékařských a společenskovědních oborů. Mezioborové studium umožňuje získat široký přehled o dějích v prostředí a nalézt souvislosti s funkcemi lidské společnosti. V takto široce pojaté oblasti nelze jít do podrobností a do potřebné hloubky. Proto se ochrana životního prostředí odvolává na obory jako jc ekologie, klimatologie (nauka 0 podnebí), pedologie (nauka o půdách), demografie (nauka o lidské populaci) ii využívá základní poznatky těchto a dalších oborů. Poškozování přírody člověkem. Člověk mnoha svými činnostmi přírodu poškozuje bud přímo (těžba dřeva, surovin, stavba silnic, provoz měst), nebo přirozené pochody a vztahy ovlivňuje tak, že se společenstva, krajina i složky prostředí postupně mění díky následkům druhotných změn. Například při spalování simatého uhlí vznikají nejen oxid uhličitý a uhelnatý, ale i oxidy síry a dusíku, které jsou příčinou kyselých dešťů. Ty pak působí na živé organismy 1 na neživou přírodu, ale také na stavby a stavební materiály z vápence, pískovce i železa. Zvláště citelné poškození zřetelně vidíme na kulturních památkách. Z některých výrobních procesů nebo z odpadového materiálu se do prostředí dostávají přírodě cizí, nepřirozené látky. Mnohé z těchto látek jsou pro organismy a pro život člověka škodlivé a mluvíme pak o chemickém znečištění (kontaminaci) jedovatými (toxickými) látkami. Někdy ovlivňuje člověk prostředí přímo, ale pozvolna v dlouhých časových obdobích. Krok po kroku tak snižuje iičinnost původních přirozených mechanizmů (např. samočisticí schopnosti vody), stejně jako rozmanitost druhů nebo produkci společenstev. V těchto případech dochází k postupné degradaci prostředí. 63 Monitoring. Ke sledování těchto změn byla vyvinuta celá řada metod. Pravidelné a cílené měření a sběr údajů se nazývá monitoring. Monitorování není jen sledování obsahu škodlivin v ovzduší nebo ve vodě, ale i získávání údajů o prostupování těchto látek potravními řetězci a také o jejich dopadu na člověka. Kromě škodlivin se pravidelně monitoruji i změny přirozených faktorů, tj. teploty, oxidu uhličitého a ozonu, Tyto informace nás mají upozornit na změny v celoplanetárních pochodech nezbytných pro život člověka a celé biosféry. Cílem monitorování je získání údajů využitelných v praxi nebo vc vědeckém bádání. Měřit cokoli v přírodě pouze pro měření samo je nákladné a často zcela zbytečné. 2.2 Vznik a vývoj lidské civilizace 2.2.1 Vývoj člověka Podle fosilních nálezů se v třetihorách (přibližně před 45 mil. lety) v oblasti dnešní Číny vyskytovala řada druhů pravěkých opic - primátů. Do tohoto období klade současná paleontologie počátky vzniku skupiny lidoopů, z níž vzešli předci dnešního člověka. Ramapithccus. Za prvního blízkého předka vědci považují až zástupce rodu Ramapithecus žijícího v období asi před 14 mil. lety. Obýval střední a východní Afriku a připomínal spíše dnešní gorily nebo šimpanze. Australopithecus. Na konci třetihor, přibližně před 3,5 mil. lety, se v Africe objevují australopitékové (Australopithecus africamts - opoělověk). Pro tyto předky člověka byla již charakteristická vzpřímená chůze a používání primitivních nástrojů (kostí, rohů, zubů zvířat a větví). Horno habilis - člověk zručný. První přímí předci člověka (rodu Horno -člověk) se objevují v Africe asi před 2,1 mil. lety. Dokázal použivat jednoduché nástroje - pěstní kliny, které si upravoval z nalezených kamenů. Horno erectus - člověk vzpřímený. Zástupci této linie se během čtvrtohor rozšířili postupné do Asie a později i do Evropy. Jejich počet se zřejmě postupně zvyšoval v souvislosti s migrací do nových, severněji položených oblastí. Asi před 500 tis. až 400 tis. lety začal člověk (mladší formy Horno erectus) vědomě užívat oheň, jak o tom svědčí nálezy z dlouhodobě užívaného sídliště „pekingského člověka" v Číně. llomo erectus patři k nejvýznamnějším stupňům vývoj člověka, neboť od něj vede vývojová linie již k druhu Horno sapiens - člověku moudrému. Horno sapiens. Nálezy nejstarších forem Horno sapiens - neandrtálců - jsou datovány před 300 tis. až 250 tis. lety Většinou žili v Africe a v teplých oblastech 64 /;//>. 3. Vývoj Člověka Třetihory Předchůdci človčka (první nálezy) rozšíření savců vyšší primáti odlišováni předků človčka Kiiiiiapithecus (14 mil. let) \«stralopitliecus (3,5 mil. let) Horno habilis (2 mil. let) Období palcocén eocén oligocén miocén pliocén Př. n. 1. 55 až 65 mil. 37 až 55 mil. 23 až 37 mil. 12 až 23 mil. 2 až 12 mil. Čtvrtohory llomo erectus (1,5 mil. let) llomo sapiens (250 tis. let) Domů sapiens sapiens (40 tis. let) moderní člověk pleistocén - doby ledové holoeén - doba poledová 2 mil. až 10 tis. 10 tis. |lžni a jihovýchodní Asie. V Evropě zasahovalo jejich rozšíření do Středomoří, výjimečně i severněji. V poslední době se objevuje stále více důkazů o tom, že i f>věk neandrtálský byl pravděpodobně samostatný druh, a nemusel tedy být l>i imým předkem člověka současného (tah. 3). 2.2.2 - Vliv činnosti človčka na prostředí l.o vecko-sběračské období Až do neolitu, tj. do mladši doby kamenné (7 tis. až 5 tis. let př. n. 1.), můžeme považovat populaci člověka za populaci vyššího primáta, která žije v souladu . určitým ekosystémem. Důsledky lidské činnosti byly pravděpodobně (až na některé výjimky) srovnatelné s jinými přirozenými vlivy. Dočasné - vratné změny. Kočující tlupy zanechávaly v krajině pouze běžné .lupy po hledání potravy, po lovu nebo po stavbě dočasných příbytků z přirozeného materiálu. Změny, ke kterým došlo v ekosystému, byly tedy dočasné, vratné, místně omezené, a dnes prakticky nerozeznatelné. Jediným zdrojem energie / přírody, který člověk pro svou potřebu dokázal využít, byla jeho vlastni síla. ()d objevu ohně, k němuž došlo před 500 tis. lety, mohl využít i energii biomasy. lato energie je vlastně energie sluneční, převedená procesem fotosyntézy do chemických vazeb zásobních látek, např. dřeva, které bylo spalováno. Počáteční i ilxlobi lidské existence se podle pravděpodobného způsobu života nazývá období lovecko-sběračské, neboť často spíše než lovem, získával předchůdce člověku svou obživu sběrem a živočišné bílkoviny podobným způsobem jako hyeny n sii|)ové, tj. využitím zbytků masa z úlovků šelem. 65 r Vliv na okolí. Lovecko-sběračským způsobem se živili pravděpodobně již australopitékové, Horno habilis a Horno erectus i rané formy druhu Horno sapi-ens - neandrtálci, a to až do mezolitu, tj. do doby asi před 12 tis. až 10 tis. lety, Kromě prokázaného vlivu na vyhubení některých velkých savců v období před 40 až 50 tis. lety, kdy člověk v Evropě lovil ve velkém mamuty, koně, srstnató nosorožce a losy, nezměnily tehdejší lidské populace na tvářnosti Země prakticky nic. Kromě primitivních nástrojů a ojedinělých kosterních pozůstatků stí o našich předcích nezachovaly žádné podrobnější informace. Přibližně před 10 tis. až 12 tis. lety, tedy po poslední době ledové, se výrazné oteplilo, a to umožnilo některým skupinám již moderního člověka (Horno sapi-ens Sapiens) dlouhodobější pobyt v jedné oblasti, a především jeho rozšíření na I dosud nehostinný sever Euroasic a Severní Ameriky. Původně kočovné tlupy se na konci čtvrtohor (v období holocénu) postupně usazuji, začínají využívat půdu k pastvě domestikovaných zvířat a k pěstování plodin. Archeologické nálezy I potvrzují kultivaci některých plodin již v době asi před 17 tis. lety (tab. 4). Tab. 4. Počátky kultivace některých plodin na Zemi Plodina Oblast Období obiloviny (pšenice, jeímea) Blízký východ před 17 tis. lety rýže Thajsko Indie Japonsko přeri 12 tis. lety před 9,5 tis. lety před 7,5 lis. až 5 tis. lety kukuřice, fazole Střední Amerika před 10 tis. až 4 tis. lety slunečnice Severní Amerika před 5 tis, lely Zeměděhko-pastevecké období Toto období trvá od tzv. neolitické revoluce'' (přechod od kočovného způsobu života a k zakládáni trvalejších sídel a počátek zemědělství) až prakticky do středověku. " Studium vývoje člověka, zejména studium kultury (včetně výroby a užívání nástrojů) používá zavedených termínfi paleolit (starší doba kamenná), mezolit (střední doba kamenná) a neolit (mladší doba kamenná'). Paleolit zaujímá celý pleistocén a trvá statisíce let. Člověk využívá jen hrubých kamenných nástrojů. Mezolit spadá do počátečního období holocénu, kdy se výrazně otepluje klima. Významné je rybářství a používání složitějších kamenných a kostěných nástrojů. Neolit je období, z něhož pocházejí první záznamy o trvalých sídlištích, pěstováni zemědělských plodin, pastvě a výrobě keramiky. Přechod od používání klasických kamenných nástrojů a lovu zvěře k usedlému životu se proto nazývá neolitická revoluce. Nové zdroje energie. Člověk již dokázal energii transformovat z jedné formy |Q druhé. Využíval vodní kola a větrné mlýny, pro hutě vyráběl dřevěné uhlí, i il iil použit tažná zvířata. V /.nik agroekosystému. Okolní přirozené ekosystémy ovlivňoval i usměrňo-.iiitiii jejich produkce. Pravidelná sklizeň úrody a pastva jsou vlastně nepřirození ni, každoročně se opakujícím odběrem biomasy, dodatkovou energií je např. I.....|cní, obdělávání (okopávání, orba) a zavlažování. Vzniká agroekosystém, tj. iniliipiirozený ekosystém a monokulturními porosty (osetými jednou plodinou), i n iv s výjimkou několika málo zvláštních případů (jehličnatá tajga, rákosiny) .......i v přírodě obdoby. 11 vnlé změny. Člověk tohoto tzv. zemědělsko-pasteveckého období způsobil nu n y trvalejšího charakteru, a často změny nevratné. Proto nacházíme po Činili mil člověka stále více dokladů. Jde především o těžbu v lomech a dolech, zbyt-i Inveb a opevnění sídel, zavlažovacích kanálů apod. Člověk zemědělec a pasii .i značně zastihl i do rozšíření a genetické výbavy některých druhů organismů. Ptl pěstování rostlin byla původní vegetace odstraněna, stabilita svrchní vrstvy llňily byla prakticky každoročně měněna okopáváním a orbou, odvodňováním mim zavlažováním byl změněn vodní režim. I Mízováním polí a pastvin získala celá řada rostlinných druhů příhodné pro-iíiiIí pro uchycení a šíření. Konkurovaly pěstovaným plodinám a člověk je za-i il odstraňovat a hubit. Pro jiné druhy organismů (rostlin, živočichů, hub i mik-n lni) byly monokultury vhodným zdrojem živin a potravy. I proti těm se musel i. In li jši zemědělec bránit, chtěl-li uchránit většinu úrody pro sebe. S vývojem zemědělství se tedy rychle šíří druhy, které označujeme jako škud-■ ■ ,i plevele. Šlechtěním a domestikací byly vytvořeny formy a druhy, které by n. byly vznikly v přírodě přirozenou cestou. Navíc se člověk zřejmě pokoušel nu vil konkurenci původních nebo příbuzných druhů skotu, ovcí, koz a koni lim. Že je lovil nebo odháněl z vhodných pastvin. Tak začal zasahovat i do přiro-,.ih- biologické rozmanitosti stanovišť, tj. do skladby a funkce ekosystémů. Pasivu, kumulace lidských sídel a nárůst populace měly za následek první vážné .měny prostředí. První ekologické katastrofy. Klasickým příkladem významného poškození prostředí je zřejmě desertifikace (změna půdy na poušť) rozsáhlých oblasti \ povodí Eufratu a Tigridu za dynastie Ur-III (2150 až 2000 let př. Kr.). Vysoký mi par ze zavlažovaných půd způsobil postupné hromadění solí, zavlažovací vodou byla odnášena humusovitá povrchová vrstva půdy. To byly patrně hlavní důvody drastického poklesu výnosů a konce významné kultury. Mezopotámie se Ml. stává prvním příkladem ekologické katastrofy v dějinách lidstva. Urbanizace. Nový způsob získávání obživy, kdy namísto sběru a lovu potravy člověk začíná potraviny produkovat, byl velmi náročný. Zahrnoval celý složi-i v systém činností, od odlesňovaní, přes orbu, setí, zavlažováni, sklizeň, usklad- 66 a vi j- p v 'g> g 'g g-.g-a i S 1 E S ■u X: tí n u !K -3 ■ j-T3 i u Ti J t3 P 6S iiování a transport potravin, který vyžadoval postupné vyšší organizaci společnosti. A tak začala postupně vznikat centra řízení a organizace, velké sidelní komplexy neboli města - faktický zdroj civilizace. Vytvářeni velkých měst (urbanizace) začalo již asi před 5 tis. lety. Průmyslové (industriálni) období Zatím největší změny v prostředí způsobil člověk v posledních 400 letech, loto období bývá výstižně nazýváno jako průmyslové neboli industriálni období. Charakteristické je využívání strojů a technologií, transformace, transport a využívání energie, převážné z fosilních paliv. Globální změny. Průmyslovou činností jsou způsobeny změny, které již nejsou pouze místní (lokálni), ale dotýkají se větších oblastí, jsou regionální, ä dokonce zasahují celou planetu, maji rozsah globální. Kromě neobnovitelných zdrojů energie a látek se snižuje i biologická rozmanitost přírody. Změny jsou velmi často nevratné a přenášejí sc z generace na generaci. Vliv člověka na prostředí je přehledně shrnut do tab. 5. 2.2.3 Změny ve společnosti Celý vývoj člověka až do doby kamenné byl řízen přirozeným výběrem a člověk se vyvíjel jako ostatní organismy, pod tlakem podmínek prostředí. V in-iluslriálním období přestává přirozený výběr hrát svoji důležitou roli. Zvýšení průměrného věku člověka. Výrazné se zvyšuje průměrný věk lidi, a to především diky užívání nových léků a péči o novorozené a nemocné jedince. Zavedeni zdravotní péče a její postupné zdokonalování je také zásadním faktorem pro růst počtu obyvatel. Růst počtu obyvatel. Tento růst není v souladu s předchozím přizpůsobením člověka. Zatímco v lovecko-sbéračském období, které trvalo řádově stovky tisíc let, byl člověk přizpůsoben životu v menších kočovných skupinách (pravděpodobně s výraznou dělbou činnosti), v období minulých 10 tis. let se postupně usadil a začal budovat sídla. Přesto je období zemědělsko-paslevecké značně podobné předchozímu, neboť valná většina obyvatel žije v menších skupinách m ímo centra, tedy vlastně na venkově, v blízkosti přirozených nebo polopřiroze-ných stanovišť. Vysoká koncentrace obyvatel. Zásadní změny se týkají období industriálni-ho, kdy dochází k vysoké koncentraci obyvatel, anonymitě ve společnosti. Rodinná nebo kmenová dělba činností prakticky neexistuje a je možné, že mnoho tzv. sociálně patologických jevů plyne pravděpodobně právě z takto pozměněné původní struktury společnosti. Odhadnout všechny možné následky nepřítomnosti přírodního výběru je v případě dnešního člověka velmi obtížné. 69 Otázky 1. Kdy se nu Zemi objevuje první zástupce rodu Horno ? Zjistěte z jiných učebnic nebo knih, jaký vedl způsob života. 2. Jaké jsou rozdíly mezi třemi fázemi vývoje lidské společnosti ? 3. Co bylo příčinou neolitické revoluce (usazení člověka)? 4. Objasněte způsob šíření různých druhů, které jsou dnes považovány za škůdce. Diskutujte o jejich původní roli v přirozených společenstvech. 5. Co je příčinou prodlužujícího se průměrného věku člověka? 6. Socioekonomická geografie rozlišuje tři fáze interakce lidské společnosti a přírody (determinační, konkurenční a kooperační). Vyhledejte podrobnější informace o těchto termínech a porovnejte je se zde uvedeným členěním vývoje lidské civilizace. 2.3 Růst lidské populace 2.3.1 Rozšíření člověka na Zemi Migrace druhu Ilomo erectus. Dnešnímu rozšíření člověka na Zemi předcházelo několik významných migraci již v dávné minulosti. Naším nejvčtším migračním předkem byl palrnč Horno erectus, který se přibližně před 1 mil. let rozšířil z oblasti východní Afriky až do jihovýchodní Asie. Nejstarší nálezy tohoto druhu pocházejí z východní Afriky z období asi před 1,6 mil. lety. V Číně byly jeho zůstatky datovány do období před 700 tis. lety. Růst populace Horno sapiens. Původní populace předků člověka i samotného druhu Horno sapiens žily v dobách před neolitickou revolucí v souladu s okolním prostředím. Početnost jednotlivých skupin byla zřejmě omezována běžnými faktory prostředí (dostupností potravy, klimatickými podmínkami, pohyblivostí z místa na místo, predátory). Po ústupu poslední doby ledové a s přechodem k usedlému způsobu života řada těchto limitujících podmínek vymizela. Rozinách populace Horno sapiens sapiens. Dostatek potravy (pěstování polních plodin a chov domácích zvířat) a možnost stálého úkrytu, a tím i dokonalejší péče o potomstvo, byly patrně zásadními faktory pro další růst populace. Mírné klimatické podmínky navíc umožnily postupné rozšiřování zemědělské půdy, a tedy i stěhování člověka do dalších oblasti, a omezily tak konkurenci jednotlivých skupin. Početnost lidské populace se zřejmě v minulosti nikdy nepřiblížila hranici nedostatku potravy, prostoru, úkrytů, míst pro rozmnožování. Dalšímu růstu tedy nestálo nic v cestě. Podmínky pro rozvoj civilizace. 1 když se za počátky rozmachu lidstva ozna- i ují nejrůznéjšimi okamžiky (užívání ohně, výroba nástrojů, domestikace rostlin ii živočichů, vynález kola, pily apocl.), jde zřejmě o postupný proces umožněný Jedinečnou stálostí holocenního klimatu v kombinaci s vhodnou sociálni struk-inioii lidských tlup, pohybem po dvou končetinách a rozvojem mozku. Tyto ideální podmínky byly jakýmsi vývojovým experimentem, v němž bylo |ii:ivtlěpodobně dost času na to, aby člověk metodou pokusu a omylu své schopnosti rozvíjel. .'..3.2 Exponenciální růst Neolitická revoluce byla spíše následkem neobvykle vhodného klimatu, než nějakého skoku v lidském vývoji. Rekonstrukce ukazují, že přibližně před 15 tis. Idy, na samém začátku zemčdělsko-pastcveckého období, žilo na Zemi pouze u a 5 až 15 mil. obyvatel. Od té doby lidská populace stále roste. Neobvyklost neomezeného růstu populace. Neomezený růst populace jedni <\id druhu je jev v přírodě velmi neobvyklý. I při vhodných podmínkách dosáhne početnost vždy hranice nosné kapacity prostředí a dále se udržuje na určité ■.liilé hladině (viz obr. 12). Situace je podobná růstu populace bakterii v dostatku živného média. Každá bakterie dá vzniknout dělením dvěma dceřiným buňkám, ly čtyřem, osmi, šestnácti atd. Protože se rozmnožováni zúčastňuje stále větší počet jedinců, roste počet nově narozených exponenciálně. Exponenciální růst l/.c snadno pochopit také prostřednictvím následujícího příběhu. Chudý rolník učil bohatého vladaře hru v šachy. Nežádal za to nic jiného, než aby postupně na jednotlivá polička šachovnice o 64 polích kladl panovník každý den vždy dvojnásobek zrn rýže, než na políčko předchozí. Pouze z nevědomosti panovník na tuto smlouvu přistoupil a po skončení prvního dne položil do rohu hrací desky první zrnko. Svůj slib však nemohl splnit. Celkové množstvi zrnek rýže na konci výuky by totiž bylo 2° + 21 + 22 + .... + T\ Limitující laktory růstu. Za normálních podmínek se v každé populaci exponenciální růst postupně zpomaluje v závislosti na nosně kapacitě prostředí (se vzrůstajícím počtem je stále větší konkurence o omezené zdroje potravy, prostoru, úkrytu). Se zvýšením množství zplodin metabolismu, které daný organismus do prostředí produkuje, může dojít k drastickému omezení exponenciálního růs-n z důvodu náhlé změny podmínek. U řady druhů může být limitujícím fakto-lem také přístup ke světlu, teplu, přítomnost predátora apod. Zdá se, že prvotním nepříznivým úkazem je tedy prozatím neukončený růst lidské populace (obr. 21). Je zřejmé, že již dosavadní' počet obyvatel na Zemi je neobvyklým jevem, který způsobuje nemalé problémy nejen člověku (nedostatek potravin v některých částech světa), ale také okolní přírodě. 70 71 počet obyvatel v mld. 35 000 př. n. !. Horno sapiens sapiens 10 000 pí. n. 1. neolitická revoluce 6 750 př. n. I. zemědělská sídla v Mezopotámii 3 800 př. n. t. první státní útvary v Egyptě 2 700 př. n. I. první sumerská města 800 př. n. /. městské státy v Řecku -2000 -1500 -1000 500 1000 -i-r-0 1500 2000 -500 0 letopočet Obr. 21. Růst populace člověka 2.3.3 Hlavní faktory růstu počtu obyvatel Nárůst populace člověka souvisí s civilizovaností společnosti. Nejznatelnější růst je totiž zaznamenán od fáze industrializace. Důkladná péče o potomky, zabezpečení potravy a lékařská péče jsou hlavními podpůrnými faktory růstu. Naíalita a mortalita. Podobně jakou přirozených populací jiných živočichů hraji zásadní roli při růstu lidské populace dva ukazatele. Je to naíalita - porodnost (z latinského natus - narozený) a mortalita - úmrtnost (z latinského morta-litas - smrtelnost, smrt). Natalita a mortalita se obvykle vyjadřují jako počet narozených, popř. zemřelých jedinců na 1 tis. obyvatel za rok. Průměrný přírůstek. Z rozdílu nalality a mortality snadno odhadneme přírůstek, který se vyjadřuje v procentech celé populace za 1 rok. Průměrný přírůstek za určité období můžeme také vypočíst z počtu jedinců na počátku sledovaného období a na jeho konci. Vezmeme-li jako výchozi hodnotu 500 mil. obyvatel na počátku našeho letopočtu a srovnáme ji s počtem obyvatel v r. 1800 (1 mld.), dostaneme pro toto dlouhé období, v němž se počet obyvatel zdvojnásobil, průměrný roční přírůstek 0,05 %. Pro obdobi mezi r. 1800 a 1930, kdy přibyla na Zemi další miliarda 72 l\tl>. 6. Přírůstky v počtu obvvatel Země Počei Rok Příiůslek 1 mld. za období 500 mil. 0 - 1 mld. 1800 více než 10 tis. let 2 mld. 1930 130 let 3 mld. I960 30 let 4 mld. 1975 15 let 5 mld. 1987 12 let 6 mld. 1999 12 let obyvatel, je to už 0,77 % průměrného ročního přírůstku. Zatím nej vyšší hodnoty dosáhl průměrný přírůstek v období mezi léty 1960 a 1970 (2,22 %). Údaje jsou uvedeny v tab. 6. Zdvojení populace. Průměrný přírůstek obyvatel může naznačit jeho dalši i iisl. Pro hodnotu přírůstku lze jednoduše stanovit i dobu potřebnou ke zdvojení dané populace. Jestliže se v r. 1992 na 1 tis. osob narodilo 27 dětí (natalita = 2,7 % za rok) a ve stejném období 10 lidí z 1 tis. zemřelo (mortalita 1 % za rok), pak n stý roční přírůstek činí 1,7 %. Při současném přírůstku (1,7 %) je doba zdvojeni přibližně 40 let (tab. 7). To znamená, že v r. 2035 bude při zachováni současných trendů na Zemi téměř 12 mld. obyvatel. Ukazuje se, že hlavním hnacím motorem exponenciální populační exploze (zdrojem pravidelného přírůstku) není samotný vzrůst porodnosti, ale především pokles úmrtnosti, a to zejména úmrtnosti kojenecké. Významným faktorem je i prodloužení délky života a rostoucí úroveň zdravotní péče. Vah. 7. Časy zdvojen Rychlost růstu 1 % za rok] 0,1 0,5 1 2 3 4 5 7 10 Čas zdvojeni Iroky] 700 140 70 35 23 IS 14 10 7 2.3.4 Demografické změny Složení a vývoj populace člověka zkoumá demografie (z řeckého démos - lid a grafein - psát, popisovat). Při zkoumání problematiky růstu lidské populace /jistíme, že růst počtu obyvatel na světě není rovnoměrný. Některé země mají hlavní fázi růstu za sebou, v jiných zemich počet obyvatel stále roste (viz tab. 8). I lemogra fické analýzy dohalily jeden ze základních mechan ismů, který snad může lidstvo před přelidněním zachránit. Jejím demografická transformace. 73 Tab. S, Vývoj portu obyvatel světa Oblast Počet obyvatel |mld.] 1950 2000 Jižni Amerika Scvemi Amerika Asie Čína Indie Evropa Oceánie Afrika Země bývalého SSSR 165 (7 %) 166 (7 %) 1376 (55 %) 555 (22 %) 35S (14%) 392 (16 %) 13 (5 %) 224 (9 %) 180 (7 %) 546 (9 %) 297 (4 Sfj) 3 549 (58 %) 1 256 (21 %) 964 (16 %) 512 (8 3) 30 (5 %) 872 (14 %) 313 (5 %) Celkem rozvinuté země rozvojové země svět 832 (33 %) 1 684 (67 %) 2 516(100 %) 1 277 (21 %) 4 846 (79 %) 6 123 (100 7c) Demografická transformace. Země, v nichž se porodnost a úmrtnost takřka vyrovnaly (bylo dosaženo tzv. nulového populačního růstu), jsou země průmyslově rozvinuté, s vysokou úrovni lékařské péče a se systémem sociálních jistot ve formě penzí, podpor, pojištění, s vysokou zaměstnaností žen a kvalitní úrovní vzdělání. Tyto země dnes označované za země tzv. bohatého severu již prodělaly tzv. demografickou transformaci (užívá se i termínů demografický přechod nebo demografická revoluce). Pro tento proces je charakteristický dlouhodobý pokles počtu děti v rodině, zvýšení věku matek a jejich společenského uplatnění, i změny v sociálním prostředí. Země, které prošly demografickou transformací, vykazují nízkou porodnost i úmrtnost. Některé země se nacházejí v první fázi demografického přechodu. Pro ty je charakteristická nízká úmrtnost, diky zlepšené lékařské péči a omezení kojenecké úmrtnosti, ale přetrvává zde poměrně vysoká porodnost. Postavení ženy je chápáno jako role rodičky. Uplatněni žen v zaměstnáni je nízké. Tradice vyžadují vysoký počet dětí v rodině a častý je odpor proti plánování rodiny a antikoncepci. To je případ mnoha zemi Asie a Latinské Ameriky. Na opačném pólu jsou země tzv. chudého jihu (rozvojové země), které mají velmi vysokou porodnost, ale také relativně vysokou úmrtnost, hlavně kojeneckou. Prozatím je velmi obtížné určit, kdy projdou všechny země světa demografickou revoluci a kdy se počet obyvatel na zemi ustálí. Omezení růstu populace. Teoreticky je možné omezit populaci člověka rychlým snížením reprodukce. Taková omezeni však ve většině zemí s vysokou porodností naráží na řadu bariér společenského, náboženského nebo kultovního charakteru. Jedním z nejzávažnějších objektivních důvodů je však to, že v chu- 74 i lých rozvojových zemích je početnější rodina výhodnější jak pro shánění obživy, lak i nejlepší „sociální zabezpečení" pro stárnoucí rodiče. Rada pokusů o omezení porodnosti skončila bez valných výsledků. Pouze v Číně bylo dosaženo určitého úspěchu. Tulo zemi však nemůžeme počítat mezi zaostalé rozvojové země a navíc zde hraje roli silný vliv státu na jednotlivce ■i rodinu. I drastické změny v přírůstku počtu obyvatel by však nezabezpečily okamžité zastavení růstu populace. Jak lze zjistit z tab. 7, i okamžitý pokles přírůstku na 1 % by v příštím století znamenal nárůst na 12 mld. obyvatel Země. Rozložení populace v prostoru. Samotné počty obyvatel na Zemi málo vypovídají o průvodních jevech nárůstu populace a zvláště rozložení v prostoru. Téměř nulového růstu bylo dosaženo v zemích, které představují necelých 10 % světového obyvatelstva. Od r. 1995 patři k těmto zemím i Česká republika, k největšímu růstu počtu lidí dochází v zemích tzv. třetího světa, tedy v oblastech, kde klimatické podmínky a stabilita ekosystému nedovolují další zvyšováni produkce potravin, a pokud ano, pak na úkor unikátních částí přírody, jako jsou tropické deštné lesy, savany a pobřežní společenstva. Koncentrace průmyslu a vznik obchodních a politických center jsou hlavním důvodem k tomu, že se v rozvojových státech obyvatelstvo z chudého venkova ve velkém množství stahuje do měst. Zvyšování počtu obyvatel měst a rozšiřování zastavěné plochy bude nejspíše jedním z hlavnich problémů počátku třetího tisíciletí. Růst počtu obyvatel ve městech. Přibližné na počátku našeho století žilo v městech (sídlo s více než 2 500 obyvatel), necelých 15 % světové populace. V r. 1950 už 20 % a v r. 1985 41 %. V r. 2020 bude ve městech žit kolem dvou líetin veškerého obyvatelstva světa. Vzroste počet měst s více než 10 mil. obyvatel ze současných 15 na 25 (odhad pro Mexiko - hlavní město stejnojmenného státu po r. 2000 - je více než 25 mil. obyvatel, dnes má kolem 17,5 mil. obyvatel). Nosná kapacita Země. V souvislosti s přesunem obyvatel do mčsl a také S nárůstem populace v místech s omezenou možností výroby potravin musíme uvažovat o nosné kapacitě naší planety. Nosnou kapacitu je možné chápat jako prostor - plochu, která může určitou populaci uspokojit produkcí potravin, nezbytnými zdroji surovin i místem k bydlení. Nosná kapacita není dána pouze počtem obyvatel na jednotku plochy, ale také typem spotřeby, jakou obyvatelé na daném území mají. Ncjrůznějši odhady stanovuji nosnou kapacitu Země od 7,5, 12 až na 50 mld. obyvatel. Tyto údaje jsou pouze odhadem, neboť není jasné, pro jaký typ spotřeby zdrojů byl odhad učiněn. Pokud se bude spotřeba obyvatel světa vyrovnávat se spotřebou zboží a energie obyvatel v bohatých státech, zbývá na Zemi opravdu málo k dělení, ncchccme-li zničit zbylá území tropických deštných lesů, Sibiře či Antarktidy. 75 Industrializace rozvojových zemí. Nosná kapacita naší planety bude velmi úzce souviset s pravděpodobnou postupnou industrializací i méně rozvinutých zemí naší planety. Průmyslový rozvoj v těchto oblastech světa bude na jedné straně znamenat postupné zpomalování růstu obyvatel, na straně druhé zvýšeni osobní spotřeby, a tím i zvýšenou soutěž o zdroje surovin, energie i o odbytiště. Je otázkou, zda zdroje Země budou stačit i pro další spotřebitele. Průmyslově rozvinuté země, i když početně nedosahují ani 1/5 světa, spotřebovávají daleko více zdrojů než početnější zbytek světa. Zároveň produkují více, než mohou samy spotřebovat. Příklad. Následující stručný přehled o hospodařeni zemí Organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj (OECD) z r. 1996 zachycuje údaje z 26 průmyslové rozvinutých států světa. Tyto státy představuji: 16 % populace světa, 24 % plochy pevniny, 50 % světové spotřeby energie, 72 % produkce světového hrubého národního produktu, 73 % produkce chemických výrobků, 73 % dovozu lesních produktů, 78 % provozu automobilů. Prognóza. Za současného růstu počtu obyvatel jc v budoucnosti třeba počítat spiše se vzrůstajícím mezinárodním napětím, zejména při soupeřeni o zdroje nebo s prohlubováním ekonomických rozdílů mezi průmyslovými a méně rozvinutými zeměmi. V některých oblastech světa, kde je industrializace málo pravděpodobná, povede současné uspořádání světa zřejmě k dalšímu růstu populace. Dojde patrně ještě k silnějšim migračním pohybům, a to hlavně do měst a do více industrializovaných zemi. Možným východiskem se zdá být přehodnocení způsobu hospodaření v bohatých průmyslových zemích a nastoupení cesty dlouhodoběji udržitelného způsobu využíváni přírodních zdrojů. Otázky 1. Jaké přírodní a společenské změny umožnily nárůst populace ? 2. Co je porodnost a úmrtnost? Jak ovlivňují růst populace? 3. Jak je možné popsal a vysvětlit demografickou revoluci? 4. Proč roste počet obyvatel ve městech ? 5. Jak vysvětlíte rozdíly v růstu populace v ekonomicky chudých a málo industrializovaných (rozvojových) a bohatších industrializovaných (rozvinutých) zemích? 2.4 Ochrana biologické rozmanitosti Země Snaha zasvěceně a odborně popsat rozmanitost a krásy živé přírody jc známa již od časů Aristotelových. První biolog, který se pokusil popsat a pojmenovat /ijici organismy, byl přírodovědec Carl Linné zc švédské Upsaly. Ve svém díle Systema Naturae z r. 1758 zaznamenal a pojmenoval okolo 9 lis. druhů rostlin a živočichů. Od té doby se tisice biologů pokoušelo a pokouší nalézt a popsat další nové druhy. 2.4.1 Počet druhů na Zemi Systematické biologické obory, jako je zoologie, botanika, mykologie, mik-inbiologie, dnes registrují necelých 1,5 mil. druhů žijících organismů. Totomnož-.'.Ivi je jen části z celkového počtu, který jc odhadován na 5 až 30 mil. organismů. Současná věda z nich dosud popsala maximálně 30 %, ale spíše jen 5 % (lab. 9). ( Hlhaduje se také, že asi 2/3 z tohoto množství patří do třídy hmyzu. Stupeň poznání druhů. Skupiny organismů nejsou probádány a taxonomic-ky poznány do stejné míry. Velmi dobře jsou známy skupiny vyšších cévnatých rostlin, motýlů nebo obratlovců. Z těchto skupin nápadných organismů bylo popsáno asi 80 až 90 % žijících forem. Málo vime o virech, bakteriích, prvocích, řasách, houbách a o některých skupinách bezobratlých, např. o roztočích či ploš- Tab. 9. Počet popsaných druhů organismů Název viry (pouze odliatí) bakterie a jednobuněčné organismy bez pravého jádra (prukaryota) houby včetně 18 tis. druhů žijících v symbióze s řasami v lišejnících řasy vyšší rostliny prvoci živočichové (bez členovců a strunatců) členovci (hlavně hmyz a korýši) strunatci (hlavně obratlovci) z toho: ryby obojživelníci plazi ptáci savci Počet Celkem všechny organismy 1 000 4 800 69 000 26 900 248 500 30 800 115 800 874 200 43 900 18 150 4 200 6 300 9 100 4 000 1 414 900 tenčích. Více toho známe o organismech suchozemských. O životě v oceánech, zvláště ve velkých hloubkách, je známo velmi málo. Zatím je popsáno asi I % mořských mikrobů. Skupina, která hraje pravděpodobné jednu z klíčových rolí v biogeochemických cyklech látek, tak zůstává prakticky nepoznána. Jednoduché to však není ani na pevnině. Většina suchozemských druhů se vyskytuje v málo přístupných nebo neprobádaných končinách tropických deštných lesů. Odhaduje se, že přibližně 1/2 až 2/3 neznámých druhů žije právě v tropických deštných lesích. Biologická diverzita. Rozmanitost živých forem, tj. biologická diverzita, nezahrnuje pouze biologický druh. Každý organismus je vybaven určitou dávkou genetické informace, počtem genů, jejichž množství se pohybuje v rozmezí asi 1 lis. u bakterií až 400 tis. i více u některých vyšších rostlin. Typický savec, jako je myš domácí, má přibližně 100 tis. genů. Počet druhů na Zemi a množství jednotlivých genů v jejich chromozomech je pouze části biologické díverzity naši planety. Každý druh se vyskytuje vc formě populací, a ty jsou složeny z velmi těžko odhadnutelného množství jedinců. S malými výjimkami nenalezneme dva geneticky shodné jedince téhož druhu. Rozrůzněnost platí také pro vyšší stupně organizace - pro společenstva, jejichž množství a různorodost na zeměkouli je obrovská. Značná pestrost forem života znamená i rozmanitost v potravních sítích a vztazích mezi organismy. I při stejném počtu druhů ve dvou odlišných ekosystémech, např. ve vodním a sucliozemském ekosystému, bude nejen různý počet vrstev potravní pyramidy (tropických úrovní), ale také odlišnost vazeb mezi nimi. Například vodní planktón nemá v suchozemských podmínkách svůj protějšek. 2.4.2 Vznik nových druhů (speciace) * i Počet druhů nebyl na Zemi vždy stejný. Odhady založené na paleontologie- ' kých nálezech ukazují, že za dobu existence života na Zemi mohlo na naší planetě žit dohromady okolo 500 až 1 500 mil. druhů organismů. Srovnáme-Ii tuto hodnotu se současným stavem, tedy5až30mil. druhů, znamená to, že 95až99 % druhá, které kdy na Zemi žily, vymřelo. Vymírání a vznik nových druhů je přirozeným procesem. Nové druhy obvykle vznikají jedním ze dvou odlišných způsobů. Polyploidie. Velmi malá část rostlinných druhů může vzniknout procesem zmnoženi chromozomů, který sc nazývá Polyploidie. Vyšší organismy mají v jádrech dvě sady stejných chromozomů - jsou diploidni. Při děleni jádra, kdy se počet chromozomů zdvojuje, však může náhodně dojít u některých buněk ke špatnému rozdělení a všechny chromozomy přecházejí do jedné dceřiné buňky, která se stává tetraploidní. Polyploidni organismy nejsou často schopny vytvářet plodné potomky s rodičovským druhem, a tak jsou považovány za nové druhy. Geografická speciace. Obvyklejším, ale dlouhodobějším procesem, je tzv. geografická speciace. Dojde k ní, když je populace rozdělena nepřekonatelnou překážkou (rameno řeky, záliv moře, horský hřbet apod). Během oddělení se může uplatnil náhodná změna genetické informace (mutace), která i po vymizeni geografické bariéry znemožní opětné zkřížení dřívějších sesterských populaci. Nový druh může vzniknout na základě náhodné vhodné mutace u části jedinců populace, aniž by existovala zásadní geografická bariéra. Umožňuje-li navíc nová mutace (změna některé vrozené vlastnosti) lepší přizpůsobení stávajícím podmínkám (adaptaci), je nový druh ve výhodě proti druhu původnímu. Vývoj nových druhů je dlouhodobým procesem vytváření mezidruhových bariér. Princip vzniku nových druhů tkví v přírodním výběru náhodné vhodné nebo „neškodné" mutace, která odlišuje nový druh od původního. Vývoj nového druhu může trvat desítky až stovky tisic generací. 2.4.3 Zánik druhů (extinkce) Podobně jako je přirozeným jevem vývoj nových druhů, je i jejich vymíráni (extinkce) logickým následkem přírodního výběru. Populace, jejichž jedinci nejsou přizpůsobeni mčnícint se podmínkám (při změně podmínek se neuplatnila žádná vhodná mutace), vymírají. Na základě neustálého vznikání a zanikání druhů se složeni biosféry v průběhu asi 600 mil. let existence mnohobuněčných organismů pravděpodobně mnohokrát zásadně změnilo. Druhy neschopné přizpůsobit se změněným podmínkám jsou z další evoluce vyřazeny - vymírají, přičemž mohou nebo nemusí dát vzniknout dalším příbuzným druhům. Druhy bez vývojového pokračování označujeme za slepé vývojově větve. Vymírání druhů v pravěku Postupný vývoj a vymírání druhů bylo několikrát narušeno jejich liromadným vymíráním. V období od prvohor do třetihor lze zjistit 5 až 6 velkých zlomů, které znamenaly zásadní snižení biologické rozmanitosti. Pravděpodobně k nej-většímu z nich došlo ke konci permu před 250 mil. let, kdy vymizelo asi 52 % čeledí mořských živočichů, tj. asi 77 až 96 % tehdy žijících druhů. Rovněž na konci křídy (v přelomu druhohor a třetihor), asi před 65 mil. let došlo k masovému úbytku asi 11 % čeledi organismů, hlavně velkých druhů ještěrú - dinosaurů. Obměna společenstev. Stálá obměna druhů během dlouhodobého geologického vývoje Země znamenala i obměnu společenstev. V jiných klimatických, lyzikálnťch i geografických podmínkách existovaly i jiné ekosystémy. Paleontologie dokládá, že některé životní formy (i vztahy mezi organismy) nemají dnes svůj protějšek. Byly unikátní ve své době, tak jako je řada druhů unikátnch i dnes. 78 79 Vymírání druhů v novověku Před vznikem moderní lidské civilizace nedosáhlo v dlouhodobém průměru vymírání druhů více než 9 % druhů za 1 mil. let, což je asi 1 druh za 5 let, až 2 druhy za rok (pro 2 až 20 mil. druhů žijících na Zemi). Tato rychlost vymírání je zanedbatelná ve srovnání s úbytkem druhů v dnešní době, který je způsobován člověkem. Podle dokladů Světového ochranářského monitorovacího centra (WCMC) a Světové unie pro ochranu přírody (IUCN) bylo v době od r. 1600 do r. 1993 vyhubeno 485 druhů popsaných živočichů a 584 známých druhů rostlin. 3 565 druhů živočichů a 22 137 druhů rostlin je považováno za ohrožené vyhubením. Ubývání druhů pokračuje zvyšujícím se tempem. Kromě popsaných druhů totiž mizí i druhy nepopsané, a tedy i nepoznané. Pokud za tři a půl století zmizelo asi 1 000 známých druhů z 1,5 mil. popsaných, kolik jich vymizelo ze zbývajících asi 25 mil. neznámých druhů? Hlavní příčiny ohrožení biologické různorodosti Země tkví v exponenciálním růstu lidské populace. Od této skutečnosti se odvíjejí všechny ostatní druhotné příčiny. Změny přirozených stanovišť. Jsou dlouhodobě způsobovány především odlesňovaním, odvodňováním, zavlažováním, těžbou surovin, výstavbou měst a průmyslových závodu, stavbou komunikací, erozí půdy i rozdělováním větších celků - fragmentací biotopů. K nejdrastičlějšimu ovlivnění biosféry dochází v oblasti tropických deštných lesů. Podle biogegrafických údajů se odhaduje rychlost úbytku na 1 druh za 1 den, až 1 druh za 1 hodinu. To znamená, že asi za třicet let bude vyhubeno 33 až 50 % druhů. Valná většina takto rychle zmizelých druhů zůstane pro člověka zcela nepoznána. Podobný osud čeká pravděpodobně i pobřežní zóny - přirozené písečné pláže, mangrovové porosty, korálové útesy. Hlavní příčinou ubývání druhuje znečištění pobřeží i mělkých moří a zvýšená eroze břehů. Tyto biotopy by mohly být ohroženy i zvýšením hladiny oceánu vyvolané globálním oteplováním. Kontaminace prostředí cizorodými látkami. Průmyslovými hnojivy, pesticidy, radioaktivními látkami, ropnými produkty, polychlorovanými bifenyly (PCB) i těžkými kovy mohou být kontaminovány všechny složky prostředí, tj. oceány, sladkovodní ekosystémy, ovzduší, půda i horniny, a tím následně snížena životaschopnost organismů. Lov, odchyt a sběr. Značné ovlivněni některých populací venvých savců je známo již z období posledního zalednční a těsně po něm, kdy nadměrný lov mohl být jednou z příčin vymizeni napr. mamuta. Řada organismů je dosud lovena jako významná složka potravy, jiné z důvodů sportovních, farmaceutických i kultovnich. Exotické druhy rostlin a živočichů jsou sbírány také jako dekorativní předměty nebo chovány v zajetí {motýli, lastury, pokojové rostliny, plazi, papoušci). Zavlečeni (introdukce) cizích druhů. Člověk rozšiřuje vědomě nebo nevědomě po celé Zemi nejrůznějši nepůvodní druhy (např. u nás mandelinka bramborová, ondatra, jelenec viržinský, akát, bolševník, netýkavka Roileova, křídlat-ka japonská). Ty mohou narušit vztahy v původních společenstvech organismů. Často zabírají ekologické niky na organismy se slabší schopností konkurovat. Králíci a pes dingo se stali v Austrálii velkými konkurenty místních živočichů. Může také docházet k narušení genofondu při vzájemném křížení (hybridizaci) příbuzných druhů. Války. Zhoubný vliv na organismy mají válečné konflikty. V období 1962 až 1971 během války ve Vietnamu bylo použito celkem 72 354 m3 herbicidů, z toho 60 594 m3 na lesy, 1 550 m3 na jiné porosty a 10 210 m3 na zemědělské plodiny. Zasažená plocha představuje celkem 1,7 mil. ha lesů, 150 tis. ha mangrovů. Navíc bylo 325 tis. ha lesů zničeno buldozery a 8,1 mil. ha lesů záměrně bombardováno. Ve střední Africe byly během válečného konfliktu v polovině 70. let loveny volně žijící druhy velkých savců jako potrava, i když byly přísně chráněny zákonem. Výsledky jaderného konfliktu je těžké si vůbec představit. 2.4.4 Význam organismů pro člověka Navzdory všem negativním lidským vlivům vzrůstá zájem o uchování přírodních hodnot, které člověku nabízejí živé organismy. Ekonomické důvody. K péči o organismy má člověk hlavně ekonomické důvody. Již několik tisíciletí jsou některé organismy využívány jako domestikované druhy plodin a zvířat v zemědělství (obr. 22). Ze známých asi 250 tis. druhů vyšších rostlin je přibližně 3 tis. druhů užíváno k obživě. Pouze 20 až 30 druhů je intenzivně pěstováno. Světová produkce těchto rostlin představuje 95 % lidské výživy. Podobně to platí o několika málo desítkách domácích zvířat. Nové plodiny a domácí zvířata můžeme nalézt pouze v přírodě. Různé dřeviny byly a jsou významným stavebním materiálem, vlákna užívaná v textilním průmyslu jsou jak rostlinného (bavlna, sisal, konopi), tak i živočišného původu (vlna, hedvábí). Kaučuková hmota, i když je v současné dobé nahrazována synteticky, jc čistým biologickým produktem. Biomasa rastlín je využívána i k produkci energie (spalování dřeva, výraba bioplynu a tzv. bionafty). Metabolické procesy kvasinek jsou základními biotechnologiemi. Některé kmeny bakterií jsou schopny meta-bolizovat ropu a ropné produkty, a čistit tak kontaminované půdy a vody. Řada látek produkovaných rostlinami nebo mikroby má zásadní účinek na buňky, tkáně i orgány člověka. Používají se jako léčiva. Vědecká hodnota druhu. Každý druh má svou vědeckou hodnotu, kterou nese v podobě informace o stavbě, funkci, vývoji i o začlenění do prostředí. Považujcme-li vznik života na Zemi za unikátní Tys v okolním vesmíru, pak biosféra na Zemi je obrovská databanka informací o úspěšných strategiích přeží- 80 81 raní organismů v nejrůznějších podmínkách pro stamilióny let. Experimentální biologické obory zkoumají životní procesy u modelových druhů organismů hlavné /. důvodu zlepšení zdraví člověka a prodloužení jeho věku. Estetické a etické (citové) důvody. Různé organismy mohou být pro člověka zdrojem radosti, vzorem krásy a umělecké inspirace. Místa v nenarušeném území jsou pro řadu lidí místem odpočinku a rekreace. Do oblasti života v přírodě se promítá řada zálib a koníčků, jako např. fotografování, sbírání přírodnin, sportovní lov. Je známo, že kontakt dětí se zvířaty a rostlinami, jejich poznávání, chov, pěstování snižuje případnou agresivitu v dospělosti. Mezi člověkem a zvířaty vzniká často velmi silné citové pouto. Provázanost přírodních dějů s životem člověka. Hlavním důvodem pro ochranu biosféry je především provázanost jednotlivých přírodních dějů s životem člověka. Organického původu jsou přirozené mechanismy vyvinuté za miliardy let a zajišťuji koloběh látek, příznivé klimatické podmínky, recyklaci nebo likvidaci většiny odpadů, dostupnost vody i vzduchu, i zdroje energie (uhlí, ropa) vzniklé v minulosti. Kyslík v ovzduší je výsledkem činnosti zelených rostlin. Tyto ekologické služby biosféry zahrnuji i přirozený boj se škůdci, zaručuji opy-lováni kulturních rostlin apod. Půdní mikroorganismy, houby, rostliny i živočichové zajišťuji provzdušnění, zkypření i hnojení, tj. úrodnost půdy. Kořeny rostlin jsou ochranou proti erozi. Bez těchto služeb, které poskytuje příroda zdarma, by pravděpodobně žádná forma obdělávání a hnojení nebyla schopna zajistit základní vlastnosti půdy pro pěstování plodin ve velkém. 2.4.5 Ochrana přírody Vzácné, jedinečné, původní, ohrožené i potřebné druhy člověk dnes chráni téměř na celém světě. Ochrana přírody je chápána obvykle odděleně ve dvou rovinách. Jednak jde o ochranu vzácných, zajímavých a ohrožených druhů rostlin a živočichů (ochrano druhová), jednako snahu zachovat jedinečné nebo člověkem nedotčené oblasti (ochrana územní - ekosystémová). V prvním případě, kdy je středem zájmu konkrétní druh, zákon většinou zakazuje jedince sbírat, lovit (živočich) nebo trhat (rostlina), popř. jakkoli ovlivňovat vývojová stadia chráněných druhů. Ve druhém připadě je vymezeno určité území, v němž platí řada omezení pro různé lidské aktivity (stavba průmyslových podniků, intenzivní hospodaření na polích a v lesích, budováni dálnic, vodních dél apod.). Chránit však musíme nejen jednotlivé druhy a jejich společenstva, ale také jejich stanoviště. Pro záchranu živé přírody v celé její rozmanitosti je proto třeba propojit ochranu druhovou s ochranou ekosystémovou. Instituce pro ochranu přírody. Nejúčinnějši je ochrana druhů i společenstev v původních místech výskytu, v dobře organizačně zajištěných chráněných úze- 83 mích - rezervacích. V takových oblastech jsou společenstva pod stálým dohledem správy území, je v něm prováděna inventarizace (soupis druhu), kontrola výskytu jednotlivých druhů, pro území je připraven i tzv. plán péče a jc v něm většinou umožněn vědecký výzkum. Návštěvní řád přesně stanovuje možnosti pohybu v chráněných územích. V některých případech však musíme ohrožené druhy přenést do umělých podmínek nebo mimo původní oblast jejich výskytu. K tomu slouží botanické a zoologické zahrady, lesni obory, kultury mikrobů a se-semenné banky. Velmi často se některé instituce specializuji jen na určité druhy. Historie ochrany přirody. V minulosti se omezovala ochrana přirody spíše na využitelné zdroje (dřevo, lovná zvěř, pitná voda). Skutečná ochrana přírody začala až vyhlašováním rezervací. První byla založena v r. 1832 v USA ve státě Arkansas. Jedny z prvních evropských rezervací vznikly v polovině 19. století v jižních Čechách na území panství Bukwoyů a Schwarzenbergů. Mezinárodní dohody o ochraně přírody. Mezinárodně je ochrana přírody zabezpečena řadou dohod (konvencí). Mezi nejvýznamnější patří napr. Ramsar-ská konvence o ochraně mokřadních území světového významu z r. 197J, Washingtonská konvence o mezinárodním obchodu s ohroženými volně žijícími rostlinnými a živočišnými druhy - CITES z r. 1973 a Bonnská konvence o ochraně migrujících druhů zvířat z r. 1979. Dosud nejrozsáhlejším pokusem o ochranu biologické rozmanitosti na Zemi je Úmluva o biodiversitě. V souvislosti s konáním Konference Spojených národů o životním prostředí a rozvoji, pořádané v Rio de Janeiro v červnu 1992, ji podepsalo 153 států světa. ľúb. 10. Složení atmosféry Plyn Hodnoty objemové [ppm] Hodnoty hmotnostní [ppm] 780 900 (78,09%) 755 100 0^ 209 500 (20,95 %) 231 500 Ar í) 300 (0,93 %) 12 800 360 (0,036 %) 552 Me 18 12,5 He 5,2 0,72 CH4 1,5 0,9 Kr 1 2,9 N,0 0,5 0,8 Hj 0,5 0,03 o; 0,4 0,6 Xe 0,08 0,36 S02 0,000 3 až 0,05 stopová množství CFC stopová množství stopová množství kých hub, pylová zrnka, mikroorganismy) a řadu znečišťujících látek. Ostatní plyny, včetně hlavních znečištěn in, tvoří pouze nepatrná (stopová) množství (tah 10), Členění atmosféry. Podle teplotních charakteristik se od zemského povrchu směrem clo vesmírného prostoru člení atmosféra na troposféru (od povrchu do H až 15 km), stratosféru (do 50 až 55 km), mezosféru (do 80 až 90 km), lermosfé-ru (asi do 400 km) a exosféru (nad 400 km). Otázky 1. 2. 3. 4. 5. Jaký je přibližný poměr počtu známých a neznámých druhů organismů ? Jak vznikají nové druhy a jak zanikají? Jaké důvody má člověk k ochraně rostlin a živočichů? Co jsou „ ekologické" služby biosféry? Jaký je rozdíl mezi druhovou a ekosystémovou ochranou ? 2.5 Ovzduší a klima 2.5.1 Složení atmosféry Podobně jako u některých dalších planet sluneční soustavy vyskytuje se i okolo Země plynný obal - atmosféra. Atmosféra obsahuje celou řadu plynů (hlavně dusik, kyslík a argon), vodní páru, polétavé částečky - aerosoly v pevném i kapalném skupenství, živé organismy, popř. části jejich těl (vlákna mikroskopic- 2.5.2 Skleníkový jev Pokud by byl zemský povrch stejnorodý, teplý vzduch by stoupal z oblasti rovníku a rozléval by se směrem k pólům. Na jeho místo by se tlačil studený vzduch z vyšších zeměpisných šířek. Cirkulace vzdušných mas na obou polokoulích by byla podobná. Díky velkému množství vzájemně se kombinujících faktorii jc však proudění hlavních vzdušných mas podstatně složitější. Vlivy vytvářející klimatické podmínky na Zemi. Hlavní příčinou pohybu vzduchu jsou rozdíly teplot vznikající nerovnoměrným ozářením Země Sluncem během denních a ročních obdobi nestejné rozložení pevnin a oceánů, různá odra-zivost povrchu vody, ledovců, pevniny i oblaků, rotace Země či tření vzdušných mas o její povrch. Kromě těchto stabilních faktorů hraje roli i celá řada nepravidelných vlivů - náhlé změny sluneční aktivity nebo sopečná činnost. Celý chod „atmosférického stroje" je také závislý na cirkulaci vody v oceánech. Toto všechno jsou vlivy, které vytvářely a vytvářejí klimatické podmínky na Zemi. Princip skleníkového jevu. Jedním ze základních procesů, který udržuje na Zemi poměrně stálé teplotní podmínky vhodné pro život, je mechanismus průni- 84 85 sluneční zářen povrch Země Obr. 23. Skleníkový jev 1 - část slunečního zářeni se odráží od atmosféry a oblaků; 2 - část se odráží od vodních ploch, sněhu a ledu; 3 - část je pohlcena povrchem Země, vyzářena do atmosféry jako tepelné (infračervené) záření a skleni kovýmí plyny zadržena ku, zadržování a výdeje slunečního záření přes atmosféru. Všeobecně je znám pod pojmem skleníkový jev (efekt), obr. 23. Od Slunce k Zemi směřuje neustálý proud elektromagnetického záření širokého spektra, od krátkovlnného kosmického záření až po dlouhé rádiové vlny (viz tab. 1). Většina krátkovlnného a dlouhovlnného záření je však pohlcena v atmosféře. Světelné záření se částečně odráží od svrchních vrstev atmosféry, ale jeho značná část proniká na zemský povrch. Zde se opět část zářeni odrazí (zejména od vodní hladiny a od sněhu a ledu), ale většina je pohlcena povrchem Země. Ten se díky tomu zahřívá. Země tedy sálá teplo (infračervené zářeni), které ovšem neprochází atmosférou do kosmického prostoru snadno jako záření světelné. Infračervené záření je některými plyny v atmosféře po určitou dobu zachycováno a vysíláno zpět k povrchu Země i do kosmického prostom. Nejde proto o pohlcování a hromaděni tepla v atmosféře, ale o snížení jeho úniku zpět do kosmického prostoru. Země stejné množství energie, které od Slunce přijímá, opět do kosmického prostoru vyzařuje. Rovnováha mezi příjmem a výdajem je ustálena na úrovni, kdy přízemni vrstvy atmosféry jsou vlastně stále ohřátý dočasně zadrženým teplem. Protože je účinek těchto plynů připodobňován k efektu skel kryjících skleník (světlo sklem skleníku prochází bez větších překážek, zahřívá půdu ve skleníku, ale teplo sklem prochází jen v omezené intre a pomalu), nazývají se skleníkové plyny. Patří mezi ně především vodní para, oxid uhličitý, metan, ale i další složky atmosféry (tab. 11). Skleníkový jev je jevem přirozeným, působícím na Zemi stovky milionů, mozna miliardy let. Hlavní roli v zachycování infračerveného zářeni má rozptýlená vodní pára a oxid uhličitý. Plyn Účinnost [%\ vodní pára oxid uhličitý troposférický ozon oxid dusný metan ostatní plyny 62 22 7 4 2,5 2,5 2.5.3 Ozonová vrstva Ultrafialové záření. Jednou ze složek slunečního záření je i ultrafialové (U V) záření, které má kratší vlnovou délku než viditelné světlo (tah. 1 a tab. 12). Toto záření je nebezpečné, protože zpomaluje až blokuje proces fotosyntézy, přímo poškozuje rostlinné i živočišné tkáně a způsobuje vážné škody na zdraví člověka. Na zemský povrch ho dopadá jen mizivé množství. Převážná část UV záření je pohlcována vysoko vc stratosféře, v oblasti 15 až 40 km nad povrchem Země. Mechanismus vzniku ozonové vrstvy. Na své cestě prostorem k Zemi se ve stratosféře ultrafialové záření poprvé setkává s molekulami kyslíku a svou energií je rozbíjí na jednotlivé atomy. Ty však rychle reagují s okolními molekulami kyslíku a vzniká molekula větši - tříatomová molekula ozonu (03). Molekuly ozonu jsou však další složkou UV záření zase rozbíjeny (obr. 24). Energie zářeni je využita na rozklad molekuly a mění se na teplo. Oba děje vzniku a zániku ozonu jsou v rovnováze. Tab. 12. Ultrafialové záření Typ Vlnová délka [um] Škodlivost pro buňky Pohlcení v atmosféře UV-A UV-B UV-C 320-400 280-320 180-280 neškodné smrtící smrtící málo silně zcehi l mm - 1 000 jam (mikrometrů); 1 um = l 000 nm (nanometrů) 86 87 povrch Země Obr. 24. Vznik ozónového štítu Země Ozonu prilis ncpřibývá ani neubývá. Ozonový štít Země tedy není nějakou pevnou strukturou a stálou vrstvou určitého plynu, ale vlastně soustavou fotochemických reakcí alornů a molekul kyslíku podmíněnou ultrafialovým zářením: * UV 180 až 240 nm O,------------>o + o o2 + o------------> o3 UV 200 až 320 nm °,------------>o2 + o Ozon se nevyskytuje pouze ve výškách mezi 15 až 40 km nad zemským povrchem. Asi 90 % ozonu je obsaženo ve stratosféře, kde tvoří ozonový štít a chrám Zemi před pronikáním Škodlivého ultrafialového záření. Asi 10 % je ho v troposféře, kde vzniká přirozeně především vlivem blesků. Ve výškách Í5 až 25 km je ho asi 3/4 objemu. Měření obsahu ozonu. Celkem je ozonu v atmosféře velmi málo. Kdyby se veškerý ozon shromáždil na povrchu Země, vznikla by vrstvička o síle asi 3 mm Obsah 03 se měří v Dobsonových jednotkách (DU). Sto Dobsonových jednotek odpovídá právě sloupci 1 mm 03 při povrchu Země. 2.5.4 Změny klimatu a poškozování ozonové vrstvy způsobené činností člověka Přirozené složení atmosféry i základní děje, které pomáhají udržovat na Zemi podmínky vhodné pro život (skleníkový jev a ozonová vrstva) byly po nástupu industrializace v minulých dvou staletích, a zvláště v období rozvoje nových technologii posledních desetiletí, významně narušovány činnosti člověka. Zesílení skleníkového jevu Činností člověka se prokazatelně zvyšuje obsah jak přirozených skleníkových lilyiui (CO^, CH^, N^L-troposférického ozonu), tak i dalších plynů, které v daleko větší míře pohlcují infračervené záření unikající ze Země {tub. 13). často jde o zcela umělé produkty. Zvýšili se množství plynů schopných zadržovat teplo, znamená to, že se zvýší i teplota při zemském povrchu a dojde postupně ke globálnímu oteplování. Následky globálního oteplování. ■Oj^pJoysámjiUn^ m_ůže mít dalekosáhlé následky. Uvažuje se o postupném rqztávání jvysokohorských i polárních ledovců, našlěčSeih~zvýsení hladiny světového oceánu, o změnách klimatických pochodů (zejména srážkového režimu) v řadě oblasti. Asi před dvaceti lety byl odhadnut nárůst oxidu uhličitého o 55 %, metanu o 15 %, oxidu dusného o 6 %, halogenovaných uhlovodíků o 24 %. Proti zesilování skleníkového efektu působí paradoxně dalši následek spalování fosilních paliv - uvolňování oxidu siřičitého. Ten má schopnost vytvářet v troposféře tzv. kondenzační jádra a zvyšovat tak oblačnost, od niž se sluneční záření odráží. Sluneční záření tak nemá možnost pronikat na povrch Země a ohřívat ho, a nemůže být tedy v podobě tepla pohlceno skleníkovými plyny. I když považujeme S02 za znečištěními ovzduší, jeho „ochlazovaci" účinek nelze zcela opominout. ľtib. 13. Přirozená a nepřirozená produkte skleníkových plynů Plyn Přirozená produkce Nepřirozená produkce oxid uhličitý dýchání rostlin a živočichů, rozklad organických látek v půdě, zvetrávaní, vulkanická činnost, uvolňování z oceánů spalování fosilních paliv, odlesňovaní a vypalováni lesů (tropy) a půdní eroze meian v mokřadech jako bahenní plyn, tlení, vulkanická činnost těžba zemního plynu a uhlí, pěstováni rýže, chov dobytka, skládky odpadů oxid dusný uvolňování z oceánu, pochody v atmosfére, přirozeně lesní požáry spalování fosilních paliv, hnojení dusíkatými hnojivy 89 Tab. 14. Nejznámŕjäi freony, halony a chlorované uhlovodíky s negativními vlivy na ozónosféru Látka Životnost v troposféře [roky] vzorec označení Cl-Cl, CF2CI2 CHF Cl CF2C1-CFC1, CF2CI2-CF2CI CF,-CF2Č1 CF,ClBr CPBr CCi^ CC13-CII CFC-11 (freon 11) CFC-12 (freon 12) CFC-22 (freon 22) CFC-113 (freon 113) CFC-114 (freon 114) CFC-115 (freon 115) H-1211 (halon 1211) H-1301 (halon 1301) telrachlórmetan metylchloroform 75 až 76,5 110 až 139 14 až 22 90 až 92 185 380 12 až 25 101 až 110 50 až 67 6,5 až 8,5 Poškozováni ozonové vrstvy Tvorba a koncentrace ozonu ve stratosféře i troposféře může být do značné míry ovlivňována i člověkem. Ačkoli ozonový štít poškozují i stratosférické bouře, výbuchy sopek, sluneční protonově bouře a průlety meteoritů, zásadním vlivem— se stává především činnost člověka. Jde o zkoušky jaderných zbraní v atmosféře," průlety letadel ve vyšších vrstvách troposféry i ve stratosféře, á hlavně o prodúk~~ ci halovaných uhlovodíků, chlór-fluórokarbonů, tzv. freonů (rab. 14). Freony. Freony jsou výhodné chladicí kapaliny a nosná média pro spreje a těsnicí pěny. Jsou to sloučeniny stálé a netoxické. Jejich stálost jim umožňuje setrvávat v atmosféře až stovky let. I když by bylo užívání těchto látek ihned zastaveno, následky jejich působení ponesou i příští generace. Chlór, fluór, bróm. Chlór a částečně i další halogeny (fluór, bróm), které mohou také být součástí freonů, reaguji s ozonem a způsobují jeho rozklad, přičemž samy mohou vstoupit do reakce až 30 OOOkrál. Jeden atom chlóru tak může rozrušit až 30 tis. molekul ozonu. Do podobných reakcí mohou však vstupovat i jiné plyny: Cl + 03-------->cio + o„ O + CIO--------->Cl + 0„ O + 03------------>2 0,. Ozonové díry. Vážné úbytky ozonu byly pozorovány hlavně na jižnim pólu nad Antarktidou a nad velkými městy. Oblasti se sníženou koncentrací ozonu se nazývají ozonové díry. Tudy proniká na povrch Země UV zářeni ve zvýšené míře a může poškodit rostlinné i živočišné tkáně nebo narušit proces fotosyntézy. I když na možnost ovlivněni stratosférického ozónu poukazuji vědci již od počátku 70. let, byla první důkladná měření úbytků ozónu nad Antarktidou provedena až v letech 1985 až 1987. Ještě donedávna se uvažovalo o přirozené pří-lomnosti ozonové díry (zejména nad Antarktidou na konci zimy), nebof i z moře Isou uvolňovány látky obsahující chlór (HC1, CH3C1) i bróm; reakce snadně-|i probíhají na ledových krystalcích stratosférických oblaků vyskytujících se v polárních oblastech častěji než jinde. Poslední výzkumy dokazují, že na úbyt-< ich ozonu ve stratosféře se podílejí stále větší měrou právě halogeny uvolňované z freonů a halonů. Mezinárodní úmluvy o ochraně ozonové vrstvy. V ážnost situace vyjadřuje celá řada mezinárodních konvencí, které byly na ochranu stratosférické ozonové vt.stvy přijaty. Jde o Vídeňskou dohodu z r. 1985, kterou podepsalo 21 států (tzv. lámcová dohoda o ochraně ozonové vrstvy), Montrealský' protokol z r. 1987, klerý přijalo 24 stitů, stanovuje konkrétní velikost redukce výroby a spotřeby halogenovaných uhlovodíků (vstoupil v platnost 1. 1. 1989), Londýnská konference signatářů Montrealského protokolu zr. 1990 (připojila se i tehdejší ČSFR) icvidovala a zpřísnila přijatá opatřeni. Od r. 2000 smějí být freony užívány pouze v případech, kdy není jiná alternativa, ne však déle než do r. 2040. 2.5.5 Znečištění ovzduší Kromě dusíku, kyslíku a několika dalších hlavních plynů se v atmosféře vyskytují i stopová množství mnoha dalších plynů. I bez přispěni člověka jsou zdrojem oxidu siřičitého (SO,), oxidů dusíku (označované vzorcem N05), amoniaku (NH3) i metanu (CH4) nejrůznější přírodni procesy. Přirozené zdroje atmosférických příměsí. Největším přirozeným zdrojem nejrůznějších plynných sloučenin a aerosolu je oceán. Kromě pohlcováni a výdaje CO je oceán hlavním zdrojem N,0, sirovodíku (H,S) a chlorovodíku (HCl), který je uvolňován z mořské soli. Biologické procesy v oceánu jsou dokonce zdrojem některých chlorovaných uhlovodíků, např. CH3C1. Také vegetace je přiloženým zdrojem některých látek. Vedle produkce C02 při dýcháni a 02 při fotosyntéze rostliny uvolňují i metan, CO, aldehydy, ketony, organické peroxidy, lerpeny a izopren. Tyto látky mohou být někdy i příčinou vzniku aerosolů a mohou snížit viditelnost. Požáry lesů, křovin a stepí mohou být přirozeným zdrojem celé řady látek známých ze spalování fosilních paliv. Do ovzduší se uvolňuje celá škála látek vulkanickou činnosti (SO,, CO,, HCl, NH4, prašný aerosol) a činností mikroorganismů (H2S, N20, CH(). Zdrojem oxidů dusíku (NOs - NO, N02, N20) a ozonu mohou být i blesky. Nepřirozené zdroje atmosférických příměsí. K uvedeným přirozeným procesům významně přispívá činnost člověka. Jde předevšim_q.s77rt/ovflc//jroí:e.vy, jako je vypalování lesů, spalování fosilních paliv, topení dřevem. Významná je i produkce potravin - pěstování rostlin a chov domácích zvířat. Znečištění ovzduší zasahuje do mnoha zásadních přirozených mechanismů. Kyselé srážky Přitotnnost silných anorganických kyselin ve srážkové vodě byla prokázána již dávno. Produkty spalovacích procesů, zejména SO, a NO , postupně v atmosféře oxidují a reagují s vodou až na kyselinu sírovou a dusičnou. V podobě sněhu, deště, rosy a námrazy je známe jako kyselé srážky. Vlivy kyselých srážek. Týlo srážky ohrožují lesy, okyselují jezera a toky (oliro-žcní života ryb a planktónu), degradují půdy (ohrožení půdních organismu, změna chemismu půdy). Kyselými srážkami není poškozována pouze příroda. Kyseliny obsažené v kyselých srážkách reaguji s řadou materiálů a způsobují jejích korozi. Výrazně tak mohou být poškozeny i stavby, sochy i jiné historické památky ve městech. Odsíření. Účinky kyselých srážek mohou být sníženy pouze tehdy, když bude do ovzduší vypouštěno méně oxidů síry a dusíku. Jedním ze způsobů, které umoP liují významně omezit emise oxidu siřičitého z velkých zdrojů, jako jsou tepelné elektrárny spalujici hnědé simaté uhlí, je odsíření. Nejběžnějším procesem je tzv. odsíření mokrou cestou, kdy se do spalin vstřikuje jemně mletý vápenec s vodou. Tento proces umožňuje zachytit unikající spaliny tím, že oxidem siřičitým vzniká sádrovec. Zjednodušeně lze princip reakce uvést takto SO, + CaCO, ->CO +CaSO, Odsíření uvedenou metodou má asi 90 % účinnost. Způsobů odsířeni je několik, ale žádný z nich neřeší problém úplně. Sádrovec vzniklý při reakci vápence se sírnatými spalinami bývá zpracováván na sádru a dále na sádrokartonové desky, které maji velmi dobré využití ve stavebnictví. Do ovzduší je ale uvolněno více oxidu uhličitého (z vápence), který je významným skleníkovým plynem. Odsíření proto není dokonalá metoda zabraňující znečištění ovzduší, ale jen posouvá problém do jiné úrovně. Jedinou skutečné účinnou metodou ke snížení koncentrace škodlivin vznikajících při spalování sírnatého uhlí je omezení tohoto způsobu výroby elektrické energie. Toho je možno dosáhnout hlavně úsporami energie, přechodem na alternativní zdroje energie a nahrazenim stávajících technologií příznivějšími pro životní prostředí. Smog i Kombinací mnoha typů lidské činnosti a klimatických faktorů vzniká ve městech a průmyslových oblastech znečištění nazývané smog (z ang. smoke a fag -' kouř a mlha). Rozeznáváme dva typy smogu. 92 Obr. 25. Smog nud průmyslovým městem Zimní (londýnský) smog. Tento smog dostal jméno podle situací známých /. Londýna už od 18. a 19. století. Vzniká za mlhavých dnů nebo při teplotních inverzích (studená vrstva vzduchu se drží při zemi a teplejší je nad ní), při spalování pevných paliv s vysokým obsahem popelovin a siry. Skládá se z prašného, acrosolti (jemné částečky popílku a sazi), SO, a CO. Podle přítomnosti obou 93 uvedených plynných škodlivin, které mají redukční vlastnosti, se také zimní smog nazývá redukční. Smog se objevuje zejména v zimě a má prokazatelný vliv na zhoršení zdravotního stavu, zejména na vyšší výskyt bronchitídy, astmatu a dalších dýchacích potíží i na zvýšeni úmrtnosti. Dokud budou k topeni využívána tuhá paliva, bude se tzv. londýnský smog v zimních obdobích vyskytovat jak ve větších městech (v Praze, Ostravě, Teplicích, Mostě, Chomutově a Ústí nad Labem), tak i v každé vesnici (obr. 25). Letní (losangclský) smog. Vzniká za intenzivního slunečního svitu, kdy na zplodiny ze spalo vacích motorů, zejména NO^, CO a uhlovodíky působí UV~ záření. Vytváří se ozon, který vstupuje do složitých, tzv. fotooxidačnich reakcí ža vzniku aldehydů, kyseliny dusičné, peroxidů a řady dalších látek. Celá směs působí nejen dráždění oční rohovky a spojivky, sliznic dýchacích cest a zhoršeni plicních funkci, ale i ztráty rostlinné produkce a poškozováni uměleckých památek. Losangelský smog (nazvaný podle místa, kde byl poprvé zaznamenán a studován) se vyskytuje především v létě a během teplých podzimních i jarních dnů. Pro vysoký obsah peroxidů a ozonu, které mají silné oxidační účinky, a podle významné účasti slunečního záření při reakcích v ovzduší, se také letni smog nazývá fotooxidační. Situace u nás. I když produkce oxidů síry v posledních letech významně poklesla, stálé využívání simatého uhlí v lokálních topeništích ve městech i na vesnicích a nedokonale odsířené elektrárny budou na našem území příčinou zimního smogu i v budoucnu. Zlepšení může přinést jak modernější spalovací technologie, tak především šetření energií a hledáni alternativních zdrojů vytápění a produkce elektřiny. Vysoký nárůst automobilové dopravy zejména od počátku 90. let 20. století způsobuje, že se v řadě našich měst vyskytuje letní smog čím dál častěji a koncentrace škodlivin vzrůstá. Jedinou ochranou proti jeho vzniku je omezení využívání automobilů v individuální a nákladní dopravě a upřednostnění hromadné dopravy jak ve městech (metro, tramvaje, trolejbusy), tak i mimo města na delší vzdálenosti (železnice). Teplo, hluk a radioaktivita Na znečištění ovzduší se podílejí i fyzikální faktory, jako je teplo, hluk a radioaktivita. Tepelné znečištěni ovzduší. Nad velkými městy a průmyslovými centry má ovzduší obvykle vyšší teplotu, díky soustředění nejrůznějších spalovacích, ale i chladicích procesů. Změna teploty (tepelné znečištění atmosféry) může znamenat i změnu místních klimatických poměrů, změnu tvorby oblačnosti a místní bouřky. Vliv hluku. Hluk, který je přenášen vzduchem, způsobuje hlavně doprava, využívání strojů a nástrojů, často také hlasitá reprodukovaná hudba. S vysokými hladinami hluku se setkáváme především ve městech. Při vyšších intenzitách výrazně ovlivňuje zdraví člověka (podrobněji v kap. 2.9.2). Zdroje radioaktivity. Do ovzduší se dostává z geologického podloží nebo ze stavebního materiálu též radon (Rn). Zvýšenou radiaktivitu může způsobit i ha7 várie jaderných elektráren, vyhořelé jaderné palivo a pokusy s jadernými zbraněmi. V naší republice je doložen výskyt radiaktivních popílků z tepelných elek-iráren, které spalují velká množství uhlí se stopovým množstvím radioaktivních prvků. '/.nečištění ovzduší vnitřních prostorů Ovzduší uvnitř domů, bytů a škol bývá znečištěno nejrůznčjšími látkami. Velkou nevýhodou uzavřených prostorů je často jejich nízká větratelnost. Produkty spalování. Nej významnějším i škodlivinami vnitřních prostor jsou produkty spalování vznikající při vaření, kouřeni a topení. Jde o oxidy dusíku, oxid uhelnatý, benzo-a-pyren a prašně částice. V domácnostech, kde se užívá k vařeni, topení i ohřevu vody zemní plyn nebo svítiplyn, lze zjistit vysoké koncentrace NO,. Stavební materiály a vybavení bytů. Různé chemické látky těkavé povahy se uvolňují z nábytku, koberců, bytových doplňků i ze stavebního materiálu. Jde uapř. o styrén z plastů a umělých vMkmJormaldehyd z tmelících pryskyřic dřevovláknitých desek. Z prostředků užívaných k čištění a konzervaci textilií se uvolňuje tetrachlóretylen a tetrachlórmetan, popř. paradichlúrbenzen. Většina těkavých látek tohoto typu způsobuje podráždění sliznic, ale i nervové poruchy a může přispět k tvorbě rakoviny. Klasický dřevěný nábytek je vhodnější. Nejen že obsahuje malé množství těkavých látek, ale napomáhá také vyrovnávat hladinu vlhkosti v bytě. Ze stavebních a tepelných izolací se do ovzduší dostávají jemná azbestová vlákna s prokazatelné kancerogenními účinky. Významným faktorem znečišťujícím vnitřni prostředí je i tabákový kouř. Alergeny. Na znečištění ovzduší sc podílejí i významné alergeny - části těl roztočů, vlákna a spóry plísní i některé patogénni mikroorganismy. Radon. V některých málo větraných místnostech může být i vysoká koncentrace radonu, který se může dostávat do obytných prostorů z geologického podloží a ze stavebního materiálu (který může být vyráběn z radioaktivních popílků). Pracovní prostředí. Daleko více je znečištěno ovzduší v průmyslových provozech než v obytných místnostech a v kancelářích. Výše uvedené látky se mohou vyskytovat v daleko vyšších koncentracích a navíc k nim přistupuji další 94 95 látky, např. těžké kovy, organická rozpouštědla a faktory fyzikálni podstaty, jako je vysoká teplota, oslnení, hluk, vibrace apod. Emise a imise Znečišťující látky unikající ze zdrojů (např. z komína nebo výfuku automobilu) označujeme jako emise. Jakmile se dostanou do ovzduší, účastni se dalších chemických reakcí nebo se přenášejí z místa na místo; nazýváme je imisemi. Emise škodlivin je vždy daleko koncentrovanější než škodlivina ve formě imise. Po přechodu do ovzduší a přenosu jsou totiž znečisťující látky vždy naředěny neznečištěným nebo málo znečištěným vzduchem. Sledování a měření znečištění ovzduší Koncentrace škodlivin v ovzduší jsou sledovány obvykle skupinou jednotných měřicích stanic, tzv. monitorovací sítí. V ČR tvoří hlavní monitorovací síť stanice Českého hydrometeorologického ústavu. Své sítě má i hygienická služba, jednotlivé stanice mohou provozovat také průmyslové podniky, místní a okresní úřady či vědecké ústavy. Moderní síť monitorovacích stanic jc plně automatizovaná. Údaje o znečištění ovzduší se přenášejí do centrální databáze pevnými telefonními linkami většinou v intervalech jedenkrát za půl hodiny. Pro další využití se nejčastěji vypočítávají denní (24hodinové), měsíční a roční průměry. Koncentrace hlavních škodlivin (NOs, S03 a prašného aerosolu) se vyjadřuje nejčastěji v u g/m3 (mikrogramy na metr krychlový). Nej vyšší přípustný denní limit (přípustné znečištění ovzduší vyjádřené jako průměr za 24 hod. měření) je v naší republice pro NO 100 ug/m3, pro S02150 ug/m1 a pro prašný aerosol také 150 jig/nr1. Otázky 1. Vysvětlete princip skleníkového efektu. Které činnosti člověka napomáhají 1 jeho zesíleni a jak ? 2. Jaký je mechanismus funkce ozonového štítu Země? I 3. Co jsou freony a jak působí rozklad ozonu? 4. Jak vznikají kyselé deště? 5. Jaký je rozdíl mezi letním a zimním smogem ? 6. Lze nalézt informace u některých atmosférických škodlivinách (SOy NO^ Ofreony, radon atd.) také v učebnici chemie, kterou používáte? Co je tam uvedeno ? 7. Pokuste se v hodině chemie vypočítat, kolik tun S02 vyprodukuji naše uhelné elektrárny, když průměrný obsah síry v uhlí je í % a roční spotřeba u h lije 50 mil. t. Zjistěte také, kolik bude nutno vytěžit vápence (při 90 % obsahu CaC03) pro neutralizaci, tj. odsíření i tuny SO,, a kolik CaSO: (sádrovce) přibude. Napište na toto téma úvahu. Využívání a znečišťování vody 2.6.1 Charakteristika vody Vznik hydrosféry. I když se voda na Zemi vyskytuje ve všech třech skupenstvích, je pro vznik života nejdůležitější přítomnost kapalného skupenství. Za velké množství vody vděčíme především postupnému odvodňování zemského nitra (kap. 1.4.3). Během miliard let se z hornin, které se dostávaly na povrch, uvolňovala do ovzduší voda. Při chladnutí měnila voda skupenstvi a postupným vysráženim vznikly oceány, řeky, jezera a později i ledovce. Význam vody. Voda a její koloběh úzce souvisí s procesy v atmosféře. Oceán je obrovským rezervoárem tepla, které získává ze slunečního záření. Se zpožděním několika měsiců až desetiletí ho opět uvolňuje do atmosféry. Pohyb vodních mas o různé teplotě je jedním zimácích kol klimatického stroje. Blízkost oceánu také významně ovlivňuje místní klima (oceánské a pevninské podnebí). Kromě této zásadní funkce v globálním měřítku má voda význam také pro funkci živých organismů, protože je základní stavební látkou živých těl. Organismy obvykle obsahuji okolo 60 % ale často i 99 % vody. Chemické vlastnosti vody. Chemicky se molekula vody skládá ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku. Molekuly vody vylvářeji mezi sebou pevné vazby, které dále ovlivňuji její fyzikální a chemické vlastnosti. Díky pevným vazbám mezi molekulami vody se udrží její pevné skupenstvi při normálním tlaku až do 0 °C a kapalné skupenství od 0 až do 100 °C. Voda na naší planetě sc nevyskytuje takřka nikde v čistém stavu, tj. jako voda destilovaná. Vždy jsou v ní přítomny různé příměsi a rozpuštěny různé sloučeniny. Nejvíce obsahuje chloridy, sírany, bromidy a uhličitany (Na+, Mg2*, Ca2*, K*), ve vodě jsou rozpuštěny i plyny (CO,, O,). Nejvčtši zásobárnou vody je oceán. V mořské vodě je rozpuštěna řada solí. Mezi prvky, které se ve vodě nejčastěji vyskytuji, patří hlavně chlór, sodík, hoř-čik, síra, draslík a vápnik {tah. 15). Tah. 15. Obsah deseti nejtastejších prvků ve vodě nu Zemi Prvek Množství prvku [mgj\ vodyl Prvek Množství prvku [mg/l vodyl Cl 19 000 K 380 Na 10 500 Br 65 Mg 1 350 C 28 S 855 S r 8 Ca 400 B 4,6 1 mg = 0,001 96 97 8 2.6.2 Využitelné množství vody Zdroje použitelné vody. Více než 97 % vody je slané a je součásti světového oceániL. Není proto vhodná ani k pili, k zavlažování, ani pro řadu dalších možných způsobů využití. Teoreticky má člověk k dispozici obrovské množství sladké vody v podzemí, v ledovcích, v jezerech a v řekách (viz tab. 2). Ne všechna tato voda je ale dosažitelná a technicky získatclná. Stabilní roční odtok. Množství, které koloběh dovoluje opakovaně použit, je jen ta část, která sc každoročně vrací z pevnin do oceánů - tedy jen nepatrné množství, asi 40 tis. fan* vody ročně (obr. 26). Toto množstvi nazýváme stabilní roční odtok. Všechnu tuto vodu nemohou rostliny, živočichové a člověk využít, protože největší podíl odteče v podobě přívalových vod po prudkých deštích (26 tis. km3), další část odteče řekami a potoky z neobydlených oblastí (5 tis. km3). To znamená, že člověk může každoročně využít asi 9 tis. km3 vody. Roční spotřeba vody na osobu. Odhaduje se, že na světě se ročni spotřeba na osobu pohybuje mezi 7 až 8 tis. m3. Všechno obyvatelstvo světa tak spotřebuje asi 3 až 4 tis. km3 vody ročně, což je méně než polovina vody, kterou můžeme atmosférická vlhkost 13 000 sníh a ledovce 29 000 000 • srážky nad pevninou 110 0Q0 srážky nad oceánem 390 000 vypar z oceánu 430 000 podzemní voda 8 000 000 Obr. 26. Množství vody v globálním koloběhu (km3) 98 i idebírat, asi desetina stabilního odtoku a jen zlomek toho, co nalézáme v dalších rezervoárech vody, např. v podzemí. Rozdělení zdrojů vody. Srážky, rychlost výparu, zásoby podzemní vody ani odtok nejsou rozprostřeny rovnoměrně. Tato nerovnoměrnost je hlavní příčinou obav o dostatek pitné či užitkové vody pro člověka. Díky vysokým srážkám má např. každý Kanadan možnost využít až 120 tis. m3 za rok, naproti tomu obyvatel Malty má k dispozici průměrně asi 70 m-' za rok. V mnoha oblastech světa žijí lidé v ještě nepříznivějších podmínkách. Někde může sucho trvat i několik let, jinde jsou naopak některá území často zaplavována následkem vysokých srážek. Dostupnost vody v České republice. 1 když naše republika nepatři ke srážkově chudým oblastem, jsou ve skutečnosti atmosférické srážky naším jediným zdrojem vody. Přítok řekami ze sousedních zemí je zanedbatelný. Podle dlouhodobých průměrů se objem vody získaný ze srážek pohybuje okolo 52,7 km3 ročně. Zdálo by se, že je u nás mnoho pramenných oblastí, a tedy i dostatečné množství kvalitní čisté vody. Tuto vodu je však nutno pro dalši použiti zachycovat v údolních nádžích. Je tu i možnost využívat podzemní zdroje vody. Její zásoby jsou ale závislé na místních srážkách. Znamená to, že je u nás dostatek vody dán především dostatečným množstvím srážek a jejich vhodným zadržením. Z celkového objemu ročních srážek pouze asi 2,7 % přispívá k obnově podzemních /.drojů vody, 28,8 % (asi 15 km3 ročně) tvoři povrchový odtok a 68,5 % připadá na výpar a půdni vláhu. Naše naprostá závislost na srážkách se projevila několikrát v minulosti, naposled v obdobi, které začalo v r. 1989. Srážkový deficit začal narůstat na jaře 1989 :i mel své maximum v r. 1994. V nejsušších měsících byly nádrže v Čechách naplněny z 50 až 70 %, na Moravě ze 40 až 65 %. Zásoby v Brněnské přehradě byly však v té době pouze 10 %. Drastický pokles hladiny byl zaznamenáván v období 1989 až 1994 i v údolni nádrži Svihov-Želivka, zásobárny pitné vody pro Prahu, nebo v údolni nádrži Kličava, což je rezervoár pitné vody pro Kladno a okolí. Od druhé poloviny 90, let je nedostatek srážek minulých let postupně vyrovnáván zvýšenými srážkami v posledních letech. 2.6.3 Počet obyvatel a dostatek vody V mnoha oblastech svět, kde rychle roste populace a kde jsou malé zdroje vody, klesá dostupnost pitné i užitkové vody na osobu s počtem přibývajících obyvatel. Je Iřeba si uvědomit, že nejde pouze o vodu k pití, ale také o vodu nutnou k zavlažování, tj. k produkci potravin. Ve světě je 50 až 80 % celkové spotřebované vody použito pro zavlažování. Faktory ovlivňující dostatek vody. Růst populace v některých částech světa není jediným faktorem, který bude v budoucnu ovlivňovat dostatek pitné i užitkové vody v zemích, které jsou již nyní v její spotřebě pod celosvětovým průmě- 90 I Tab. í6. Spotřeba vody pro různé účely tičel Množství jídlo a piti na osobe (za den) splachovací WC (lx) koupání (1 x) výroba 1 kg papíru vypěstováni 1 kg pšenice vypěstování I kg rýže vypěstováni 1 kg bavlny produkce 1 kg masa výroba automobilu o hmotnosti 1 až 2 t 2 až .1 I 6 až 101 100 až 200 1 0,8 m3 0,6 až 1,4 m3 4,5 m3 16 mJ 30 až 60 m3 500 až 800 m3 rem. Odběr vody není závislý pouze na poctu obyvatel, ale také na způsobu jejich života. S rostoucí průmyslovou výrobou, kterou rada rozvojových zemí předpokládá, bude vzrůstat i potřeba vody pro průmysl a pro požadované zvýšení hygieny v domácnostech (tab. 16). Při střízlivém zhodnoceni situace není často z tohoto problému východiska. Rostoucí populace v suchých oblastech východní a subsaharské Afriky bude mít patrně vody stále nedostatek, jak pro osobní použití, tak i pro průmysl i zavlažováni. průmysl 45% domácnosti 24% stavebnictví 2% zemědělství 3 % doprava 12 % obchod a služby 14% / Obr. 27. Využiti pitné vody v ČR 100 Problémy s vodou v ČR. Také současný stav spotřeby a produkce pilné vody v ČR napovídá, že ačkoli je v různých obdobích znám z naší republiky srážkový deficit a zásoby pitné vody se mohou značně zmenšit, úsporná opatření jsou nedostatečná. Na konci 80. a na začátku 90. let z pražské vodovodní sítě unikalo následkem netěsností a havárií potrubí okolo 30 % pitné vody (obr. 27). 2.6.4 Znečištění vody Kvalita vody a její použití. Voda potřebná pro zavlažování nemusí mít stejné vlastnosti jako voda pitná. Pro posouzeni kvality vody existuji určitá kritéria. Nejpřisnější jsou kladena na pitnou vodu a na produkci potravin, nejmenši nároky jsou kladeny na vodu využívanou v průmyslu. Ta obvykle nesmí obsahovat velké množství pevných látek a nesmí mít korozívni účinky. Pro dopravu a energetické využití vody v přehradách je jediným limitujícím faktorem její dostatek. Každý stát má pro posouzení kvality vody celou řadu norem. Znečištění pitné vody. Dříve méia pramenila i čerpaná podzemní voda dostatečnou kvalitu, a tak mohla být po mírných úpravách použita jako pitná, V současné době je často situace horší a mnoho přirozených pramenišť a podzemních zásob vody je znečištěno. V důsledku činnosti člověka se ve vodě vyskytuji i další látky, nebo se obsah jinak přirozených látek neúměrně zvyšuje. Ncjčastější příčinou znečištění podzemních vod jsou průsaky z půdy, vypouštění odpadních vod z průmyslu nebo havárie nádrží s nebezpečnými kapalinami. Znečištění podzemních vod je dlouhodobé. Voda je zde vázána na horniny a její pohyb a výměna jsou velmi pomalé. V České republice byly znečištěny podzemní vody ve velkém rozsahu vlivem těžby uranu u České Lípy. Do zdejšího podzemí byly zvláštními vrty vtlačeny statisíce Um kyseliny sírové, dusičné a fluorovodíkové. Uran obsažený v horninách se jejich pomocí vyloužil a roztok byl vypumpováván zpět na povrch k dalšímu zpracování. Zbytky kyselin však kontaminovaly ohromná množství pro vodu propustných hornin. Následky tohoto znečištění ponesou ještě příští generace. Znečištění oceánů. Kromě stálého přítoku znečištěné vody řekami přispívá ke znečištění pobřežních oblastí moří vypouštění odpadů na volném moři, rozptylováni kalů z čistíren odpadních vod, ukládání radioaktivních odpadů a vyplachování tankerů dopravujících ropu. Havárie tankerů byly již několikrát příčinou rozsáhlých pobřežních ekologických katastrof. Znečištění vody se tak stává i globálním nebezpečím. 101 Faktory způsobující znečištění vody Patogenní organismy. Viry, bakterie, prvoci a některé dalši organismy, jako např. plísně, jsou přítomny v odpadních vodách z lidských sídel, v odpadech ze zemědělské výroby či ze skládek tuhého komunálního odpadu (TKO). Voda takto znečištěná je nevhodná k pití a často i k zavlažování, hlavně vzhledem k možnému ohrožení zdraví lidí. Tímto způsobem se mohou přenášet nákazy živočichů a rostlin. Netoxické organické látky. Odpadní vody z potravinářského, textilního a papirenského průmyslu i zemědělství mohou obsahovat tuky, bílkoviny, polysacharidy, zbytky rostlinných a živočišných tkání. Tyto jinak netoxické látky jsou ve vodě dále rozkládány. Při rozkladu je spotřebováván kyslík rozpuštěný ve vodě. Ve vodě bez kyslíku nemohou žít rostliny ani živočichové. Tato voda je vhodná pouze pro některé druhy bakterií, které jsou schopny žít v bezkyslika-tých (anaerobních) podmínkách. Takové vody zapáchají a rozklad organických látek v nich probíhá pomalu. Nadměrný obsah živin. Za živiny jsou považovány látky potřebné pro růst rostlin. Jde většinou o rozpustné soli - dusičnany a fosforečnany, které jsou obsaženy v zemědělských hnojivech, ať už průmyslových nebo statkových. Tyto látky se dostávají do vod v podobě smyvů z poli a pastvin, dusičnany též ze septiků a hnojišť. Významným zdrojem látek obsahujících fosfor jsou mycí a prací prostředky, které se do vod dostávají jako složka splaškových vod z lidských sídel. Nadměrné množství živin se označuje jako eutrofizacc (obr. 28). Ve vodách s nadměrným obsahem živin dochází v první fázi k nárůstu fytoplanktonu (fotosyntetizujících řas a sinic) a dalších vodních rostlin. Následuje pomnoženi zooplanktonu (drobných vodních heterotrofních organismů), které se řasami živi. Vzrůstá spotřeba kyslíku potřebného k dýchání pomnožených organismů i k rozkladu odumírajících těl těchto organismů. Takto znečištěné vody mají často podobný osud, jako vody znečištěné nejedovatými organickými látkami - dochází v nich ke vzniku anaerobních podmínek a omezení života ve vodě. Přebytečné množství jinak potřebných živin tak může diky nedostatku kyslíku přivodit zhroucení původních ekosystémů. Toxické kovy. Rozpustné nebo nerozpustné sloučeniny některých kovů (jako jsou Hg, Pb, Zn, Cd, Cu, Cr, Ni, As) se dostávají do vod z různých technologických procesů, při těžbě a zpracování rud a z chemického průmyslu. Často jsou Mmčástí nerozpustných částeček, s nimiž se usazují v řekách a jezerech. Postupným uvolňováním nebo rozpouštěním kontaminují vodu. Kdykoli v budoucnu jsou po náhodném zvíření usazenin zdrojem jedovatých látek. Toxické organické látky. Při zpracování ropy, uhlí, při výrobě barev a laků i při produkci a aplikací pesticidů přecházejí do vody různé organické látky. Jsou většinou ve vodě nerozpustné nebo rozpustné jen v malém množství. Patří sem polychlorované bifenyly (PCB), polyaromatické uhlovodíky, ropné látky, DDT a další pesticidy, organická rozpouštědla atd. Toxicita některých látek nemusí být vysoká, ale mohou svým zápachem či zabarvením omezit použití vody. Často jde o tak nízké koncentrace, že jejich detekce je velmi obtížná. Kyselé srážky. Při spalování uhlí, ropy a plynu vznikají oxidy síry a dusíku, plyny, které se ve srážkové vodě rozpouštějí na slabé kyseliny. S deštěm či sněhem se nakonec dostávají do vodního prostředí. Způsobují jev známý jako oky-selování (acidifikaci) vod pramenů a jezer. Kyselost (pH)5 nevyhovuje planktónu a některým druhům ryb. V některých vodách nejsou vzácností hodnoty pH 4 i méně, což je hodnota, která představuje pro řadu organismů příliš kyselé prostředí. Navíc jsou okyselcnou vodou uvolňovány z geologického podloží a půdy některé sloučeniny či prvky, které mohou být i toxické (AI). Kyselost srážek i povrchových vod se v posledních letech mírně snižuje především snížením produkce oxidu siřičitého. Řada tepelných elektráren je vybavena odsiřovacími zařízeními. Proti okyselování bylo ve Skandinávii používáno i vápnění jezer. To * Hodnota pH označuje kyselost nebo zásaditost roztoků. Neutrální jsou ty, jejichž pH je 7. Směrem k nule stoupá kyselost, odpH 7 dopH 14 stoupá zásaditost:. Normální pH srážkovýcli vod je okolo 5,5 až 6 Mírná kyselost je způsobena přítomnosti oxidů uhlíku, síry a dusíku. Hodnoty po pH 5,5 však ukazují na nepřirozené okyselování srážek. 103 47 však znamenalo přísun dalšíeh nepřirozených látek, a tak bylo od těchto zákroků nakonec upuštěno. Pevné látky ve vodě - suspenze. Vlivem eroze, zvířením usazenin, smyvů z prašných povrchů, ale také přímým vypouštěním kalů se mohou do vody dostat toxické i netoxické částečky pevných látek. Mohou se na nich uchytit i choroboplodné zárodky. Z fyzikálního hlediska mohou tyto částečky značně omezovat prostupnost vody pro světlo, a tak nepříznivě ovlivňovat fotosyntézu v hlubší vodě. Částečky přenášené vodou se nakonec usazují v rybnících, přehradních nádržích i přírodních jezerech a způsobují jejich zanášeni. Zvyšování teploty vody - odpadní teplo. Vysoká spotřeba vody pro chladicí účely v technologických procesech různých odvětví průmyslu a při výrobě energie i ohřev vody v domácnostech a její následné vypouštění do kanalizační sítě způsobuji zvýšeni teploty povrchové vody v tocích. Tyto podmínky ovlivňují skladbu společenstev vodních organismů, zvyšují rozpustnost některých sloučenin, snižují nasycenost vody kyslíkem a usnadňují přežívání choroboplodných mikroorganismů. Zásahem do teplotního režimu toků je i vypouštění vody z přehradních nádrží spodem. Vzhledem k tomu, že nejtěžši voda u dna nádrží je pouze 4 "C teplá, v zimnim období voda v řekách pod nádržemi nezamŕza a v letních měsících je nepřirozeně chladná. Tento jev lze pozorovat např. na Vltave v Praze, kde je teplota protékající vody silně ovlivněna několika přehradami. Radioaktivita. Dlouhodobým sledováním radioaktivity usazenin bylo prokázáno, že se do vody dostává řada radioaktivních látek při těžbě a zpracování uranové rudy. V ČR jde hlavně o Labe, Vltavu a Ohři, do nichž proniká radium, thorium, popř. uran. Voda může být kontaminována i po haváriích jaderných elektráren cesiem, a dokonce po zkouškách jaderných zbraní, popř. neuváženým vypouštěním radioizotopů užívaných při výzkumu. Přirozeně může do vody z hornin pronikat radon. Při delší expozici organismu radioaktivním zářením se zvyšuje možnost vzniku rakoviny. Prostorové a časové aspekty znečištění vody Znečišťování je možno rozlišit podle místa vzniku a podle doby působení. Dlouhodobé nebo také pravidelné znečištění dělíme na dva typy. Plošné znečištění. Za plošné znečištění považujeme smyvy z polí, pastvin, velkých oblastí městských a průmyslových aglomeraci. Bodové znečištění. Za bodové znečištění považujeme odpadní vody z dobře zjistitelných míst, tedy výpuste z továren, kanalizace, z čistíren odpadních vod, vody z dolů apod. Jak u znečištění plošného, lak i bodového můžeme poměrné dobře předvídat složení a koncentraci látek. Látky charakteristické pro oba typy jsou známé 104 a koncentrace dobře odhadnutelné. Původci bodového znečištění jsou velmi dobře sledovatelni a za vypouštčni odpadních vod do vod povrchových platí poplatky, při překročeni stanovených limitů i pokuty. Znečištěni z plošných zdrojů je obtížněji sledovatetné a je obtížnější přesně určit původce. Havárie. Představují neočekávané, nepravidelné a obvykle okamžité znečištění vody. Za havárie označujeme úniky nejrůznějších látek, které se dostávají do toků náhle a ve vysokých koncentracích. Havárie jsou ve většině případů vlastně zvláštním stavem bodového znečištění. Havárií nemusí být vždy únik jedovaté látky. Havárií je i náhlý vznik kyslíkového deficitu v eutrofizované nádrží a následný úhyn ryb. Nejčastější příčinou havárií je nedbalost a chybná manipulace se zařízením, dále dopravní nehody a technické závady. Haváriemi se nejčastěji dostávají do loků, nádrží i do podzemních vod ropné látky a nejrůznéjší chemikálie. Radě /.nečištění můžeme předejít dodržováním pracovní kázně a předpisů. Monitorování havárii je obtížné a mnoho havárií nebo jejich přičiň a původců zůstává nezjištěno. Znečištěná voda a zdraví člověka Znečištěná voda působí nepříznivě na zdrávi člověka a také na skladbu a životaschopnost společenstev organismů. Toxické kovy, pesticidy a PCB (polychlorované bifenyly) obsažené ve vodě většinou nepůsobí akutní otravy člověka. Mohou sc však v tělech rostlin a živočichů kumulovat a v potravním řetězci vedoucím k člověku postupně zvyšovat svou koncentraci. Akutní a chronické otravy rtutí, kadmiem a olovem většinou způsobuji otravy centrálního nervového systému, jater a ledvin. Zvýšené množství dusičnanů v pitné vodě poškozuje funkce hemoglobinu u děti. Červené krvinky nejsou schopny vázat v dostatečném množství kyslík (alimentární' methemoglobinémie). Vodou se šíři i řada nakažlivých chorob a parazitů. Znečištěné studně jsou dodnes v některých zemích zdrojem nákazy tyfem a cholerou. Ve vyspělých zemích s přísnými státními normami a hygienickou kontrolou k podobným onemocněním dochází velmi zřídka. Čištění vody Člověk sc dlouhou dobu znečištěním vody nezabýval a spoléhal na přirozené samočisticí schopnosti vod. K procesům, které umožňují postupné zlepšení kva lity, patři usazováni sedimentu, přirozený rozklad znečišťujících látek mikroorganismy, spotřeba živin řasami a přímě okysličování a hydrolýza (rozklad látek ve vodě). Mechanismus řízeného čištění odpadních vod se neliší od přirozeného mechanismu. 105 Čistírny odpadních vod. V čistírnách odpadních vodjc prvním stupněm čištěni usazování těžších částic a zachycování hrubých nečistot. Druhým stupněm jc biologické odbouráváni živin. Voda přichází do styku s řasami a mikroorganismy, které rozkládají organické látky a odstraňují do určité míry i dusíkaté živiny. Vc třetím stupni sc chemicky odstraňují látky bohaté na fosfor. Při reakci se železitými solemi sc vysráží, usadi na dně nádrží, a mohou tak být z vody odstraněny. V čistírnách odpadních vod se ovšem těžko odstraňují toxické látky, zvláště těžké kovy, které často znemožňuji použití čistírenských kalů kc kompostování a k hnojení. Voda znečištěná jedovatými látkami může způsobit odumírání mikrobů a zablokovat vlastní biologický proces čištění. Čištění v lagunách a kořenových čistírnách. Principy čištění vody v lagunách nebo v kořenových čistírnách jsou založeny na přirozených schopnostech bakterii a jiných mikroskopických organismů žijících v mokřadech rozkládat organické látky z odpadů. Vzniklé živiny jsou vodními a mokřadnimi rostlinami využívány kc stavbě jejich těl. Odpadní nebo znečištěné vody, které nesmí obsahovat vysoké množství toxických látek, jsou přiváděny do uměle vytvořených mokřadů, kde jsou zbaveny nadměrného množství živin, zákalu a často i ropných látek. Aby bylo čištění účinné, je na jednoho obyvatele třeba i několik m2 takového mokřadu. Tento způsob čištěni je náročný na zábor ploch, ale velmi šetrný k prostředí, neboť kořenové a mokřadní čistírny odpadních vod neprodukují žádný zbytkový kal, který musí být v klasickém čištění dále zpracováván, spalován nebo ukládán na skládky, a nevyžadují téměř žádnou dodatkovou energii na pohon technologických zařízeni. V USA, v západní a severní Evropě již pracuje několik set takových čistíren. Nevhodné vodohospodářské zásahy Činnost člověka nemusí vždy způsobovat jen znečištěni vody. Také nevhodné zásahy do vodního režimu v krajině mohou mít řadu negativních vlivů. Odvodňování. Odvodňování zamokrených ploch jc nepřirozené. Narovnáváni toků řeka potoků způsobuje rychlý odtok vody z krajiny, a tedy i její nedostatek, a také snižuje jejich samočisticí schopnosti (obr. 29). Zasypávání slepých ramen řek snižuje rozmanitost druhů v přírodě. Meliorace půdy znamenala mimo jiné i odvodnění velkých ploch půdy především v podhůří. Louky a lesy ztratily zadržovací schopnost a přívalové deště způsobovaly záplavy. Rychlý odtok vody z území znamená nižší přítok vody do podzemních zásobáren. Mnoho dříve odvodněných ploch je dnes nevhodných pro pěstováni obilí. Přiklad. Zasypáváni slepých ramen toku Labe a vysoušeni mokřadů pro využití takto získaných ploch k zemědělským účelům způsobilo v Polabí drastický úbytek některých vodních organismů z třídy korýšů - žábronožek a listonohů. 106 Obr. 29. Nevhodná regulace toku Tyto organismy jsou vázány na slřidavé zaplavování a vysoušení tůni, slepých ramen řek a mokřadů. Zavlažování. I nadměrné zavlažování zemědělských ploch vede ke zvýšenému výparu, a tedy i ke ztrátám vody. Typickým příkladem ekologických katastrof způsobených takovými zásahy je odvedení vod Amudarji a Syrdarji k zavlažování bavlníkových plantáží v poušti Karakum z původního směru do Aralského jezera. Následkem je nejen vysychání Aralského jezera, ale Í zasolo-vání půdy plantáží. Dalším lidským omylem byla stavba Asuánské přehrady na Nilu. Přehrada sice omezila záplavy, ale tím i přísun úrodného bahna, které zaručovalo rolníkům na dolním toku pravidelné výnosy. Erodovaná půda z horního toku však přehradu zanáší a očekává se její úplné zazemění, a tedy i likvidace. Otázky 1. Jaké jsou příčiny nedostatku vody v různých oblastech světa ? 2. Co člověk využívá při čištění odpadních vod? 3. Jak ovlivňuje spalování uhlí a dalších paliv kvalitu vody? 4. Vysvětlete pojem eutrofizace. 5. Proč je znečištění podzemních vod dlouhodobé? 6. Jaké následky mohou mít špatné vodohospodářské zásahy do krajiny? 107 2.7 Využívaní půdy a produkce potravin 2.7.1 Složení půdy Nejsvrchnější vrstvou zemské kůry je půda. S výjimkou ledovců, pouští a skalnatých oblastí pokrývá většinu povrchu pevniny. Vznik půdy. Půda vznikla a stále vzniká působením celé řady faktorů, a to jak abiogenního, tak biogenního původu. Základem půdy je povrchová vrstva zvětralé podložní (matečné) horniny. Rychlost a charakter zvetrávaní záleží na složeni horniny, tj. na jejich fyzikálních a chemických vlastnostech, a na vlivech podnebí, tj. na teplotě, proudění vzduchu a srážkách. Nezanedbatelnou roli při tvorbě půdy hrají i organismy, rostliny, živočichové, houby a mikroorganismy. Půdu je možno charakterizoval jako směs minerálních látek, které vznikají rozkladem horniny a organických látek z rozložených těl organismů. Mimo to obsahuje tato neživá část plyny, vodu (vodné roztoky látek) a živou složku (bakterie, sinice, houby, řasy, rostliny a živočichy a produkty jejich metabolismu). Živá složka půdy se nazývá edafon. Částečně rozložené části těl rostlin a živočichů spolu s výkaly půdních živočichů tvoří humus (obr. 30). povrchová opadanka humusovitá vrstva jílovitá vrstva rozrušená hornina matečná hornina Obr. 30. Pudní profil 108 Mezi půdou a prostředím (horninami, vodou, ovzduším a organismy) dochází k výměně látek (C, N, P, K, Mg, S atd.). Půda je nezanedbatelnou součástí biogeo-chemických cyklů. Typy půd. Podle klimatických podmínek a charakteru matečné horniny rozeznáváme celou řadu typů půdy. Tyto typy se liší chemickými ukazateli, zastoupením organismů, strukturou a propustností pro vodu a plyny. Typy půd sc vytvářely, vyvíjely a stabilizovaly pod vlivem mnoha faktorů. Určité typy vznikaly ve stepích a savanách, jiné typy v jehličnatých nebo listnatých lesích mírného pásma, další na pouštích a jiné v tropických deštných lesích. Vyvinuly se tak půdy suché, trvale nebo periodicky podmáčené, půdy trvale zmrzlé a řada dalších typů. Půdu jako složitý systém studuje pedologie. 2.7.2 Plocha půdy na Zemi Teprve od doby, kdy začal člověk využívat půdu k pěstováni rostlin a k pastvě domácích zvířat, dal vzniknout i půdě, tak jak ji chápeme nyní, tedy jako prostředek pro obstarávání potravy, zdroj surovin pro průmysl, k topení (rašelina), ke stavbě a k výrobě keramiky (cihlářské hlíny) apod. Člověk chápe půdu především jako zemědělskou obdělanou půdu, která je z velké části umělým systémem, který před započetím zemědělství v přírodě neexistoval. Člověk musí do tohoto polopřirozeného substrátu vkládat značné množství energie á látek, aby ho udržel stabilní a dlouhodobě produktivní, což se vždy nedaří. Pevnina a půda. Množství půdy na Zemi je dáno plochou pevniny. Z celkové plochy povrchu Země (asi 510 mil. km2) připadá na souše 29 %, tj. asi 148 mil. km2. Asi 58 mil. km2 připadá na nenarušené přirozené ekosystémy, 40 mil. km2 na ostatní neobydlená územi, asi 5 mil. km2 je plocha zastavěná a něco přes 45 lilii, km2 je zemědělská půda. Zemědělská půda. Asi 15 mil. km2 (11 % souše) je zemědělsky obhospodařováno. Z tohoto množství tvoří přibližně dvě třetiny plocha pastvin, luk, či nepravidelně obhospodařované půdy, a pouze jednu třetinu, tj. asi 15 mil. km2, můžeme považovat za intenzívně zemědělsky obdělávanou půdu (obr. 31). 2.7.3 Změna struktury půdy a její poškozování Obhospodařování. Oráním, okopáváním, hnojením, odvodňováním, nebo naopak zavlažováním a dalšími činnostmi, pozměnil člověk nejen přirozenou strukturu půdy, ale ovlivnil významně i její fyzikální vlastnosti, chemismus a složení edafonu. Stálá snaha zvyšovat úrodu mnohdy za každou cenu nevedla vždy ke zlepšení podmínek pro pěstováni, ale často k jejich zhoršení, nebo dokonce k degradaci půdního horizontu a ztrátě humusu. - 109 povrch Země pevniny zemědělská půda Obr. 31. Vztali rozlohy souše a zemědělské pudy a - povrch Země; b - pevniny; c - zemědělská půda Degradace půdy. Ztrátu biologických, chemických či fyzikálních vlastností lze pro přehlednost rozdělit do několika kategorií. Jednotlivé typy snížení kvality půdy se však, jak je obvyklé i u jiných složek prostředí, nevyskytují odděleně. Často se následek jedné změny stává příčinou druhé, popř. se některé negativní vlivy uplatňuji společně. Eroze. Je to přirozený jev, který je způsoben činností podnebních vlivů. Dochází při něm k rozrušování a transportu půdy. Narušování celistvosti povrchu půdy může způsobovat voda, vítr či mráz. Částečky půdy pak může voda nebo vitr přenášet na velké vzdálenosti. Řada typů půd je proti přirozené erozi chráněna vegetací a zpevněna kořeny. Erozi mohou zesilovat některé činnosti člověka. Po špatných agrotechnických zásazích, např. pří rozorávaní svažitých ploch, při pěstování nevhodných plodin nebo využívání půd v nepříznivých klimatických podmínkách, jsou půdní částečky větrem nebo vodou odnášeny snadněji. K půd- I 10 ní erozi patří i sesuvy půdy, často způsobené odlesnením a následným přívalovým deštěm, který nezpevnénou půdu podmáčí a vodou ztčžklé svahy se sunou do údolí. Dezertifikace (přeměna v poušť). Asi 30 % povrchu souše tvoří polopouště a pouště, z nichž část využívá i člověk. Nadměrná pastva, rozrušováni půdy kopyty dobytka, pěstování nevhodných plodin, nedostatek statkových i průmyslových hnojiv způsobuji nejen erozi, ale také vysoušení povrchové vrstvy půdy. Z půdního horizontu je odnášen nejen základní stavební materiál - půdní částečky matečné horniny, ale i humusová složka. Tak se půda v některých polopoušt-ních a stepnich oblastech světa postupně přeměňuje v poušť. Příklad. Jednou z oblastí, která je nejvíce ohrožena dezertifikací, je krajina na jižním okraji Sahary, táhnoucí se od Atlantického oceánu až po Rudé moře. Nazývá se jižní sahel. Srážky jsou zde velmi nízké, 100 až 500 mm ročně. Převážná většina srážek spadne bčhem tříměsíčního období dešťů. Tato vláha umožňuje růst suchomilné vegetaci, která je spásána velkými stády dobytka. Kopyty rozrušená země a spasený vegetační kryt umožňuje erozi a odnos humusovité složky půdy větrem. V oblasti nastávají i katastrofálni sucha, kdy jc velmi málo potravy pro dobytek. V těchto obdobích jsou převáděna stáda z místa na místo, což způsobuje ještě větší erozi a přeměnu v poušť. Následkem je úhyn dobytka a hladomoru lidí. Podmáčeni. Rozsáhlé močály, bažiny a rašeliniště jsou důkazem, že se zamokrené půdy vyskytují také přirozeně. K podmáčeni dochází i následkem nadměrného zavlažováni na nevhodných místech. V půdním horizontu je pak přebytek vody a nedostatek kyslíku. Prostředí s nedostatkem kyslíku je nevhodné pro život celé řady organismů, rozkladačů organických zbytků, které půdu zkypřují a obohacují živinami. Zasolení pudy. Voda, která je používána k zavlažování, je vždy slabým roztokem mnoha solí. V teplých oblastech při nadměrném zavlažování, když výpar převládá nad srážkami, dochází postupně ke zvýšení jejich koncentrace a ke hromadění v půdě. V pouštních a polopouštnich oblastech je tak častým následkem přemíry zavlažování postupné zasoleni půdy. Rostliny jsou velmi citlivé na obsah látek v půdě a mnoho kulturních plodin neroste nebo výrazně snižuje výnosy v půdách s jinými chemickými vlastnostmi. V půdách se změněným chemismem bývá také negativně ovlivněna funkce edafonu. Následky zasolení jsou eroze a dezertifikace. Zasolení půd byl pravděpodobně jeden z důvodů konce civilizace v Mezopotámii. O postupném zasolováni půdy se můžeme přesvědčit i doma. Na okraji květináčů s pokojovými rostlinami a na povrchu půdy se po čase usazují bílé krystalky, které vypadají spiše jako plíseň. To jsou právě soli z vody, kterou zaléváme. Voda totiž substrátem v květináči neprotéká tak, jako je tomu v půdě, ale převážná část se jí odpaří a zůstanou po ní vysrážené soli. Rostliny v takových květináčích, i když jsou dobře hnojeny, po nějaké době zpomalují růst, chřadnou a musíme je přesadit. 111 Některé soli (NaCI) se mohou v půdním horizontu shromažďovat i jako náslc dek solení komunikací. Vegetace v úzkém pásu podle silnic jeví známky neduži vostí a často odumírá. Mnohdy se na soli obohacených půdách mění složení vegetace. Převažují zde potom slanomilné, často nepůvodní druhy. Kontaminace půdy - chemická degradace. Přítomnost cizích prvků a sloučenin mnohdy významně ovlivňuje pohyb živin, mění chemické reakce a snižuje životaschopnost organismů v půdě. Za chemickou kontaminaci lze považovat nadměrné hnojení strojenými hnojivy, užívání pesticidů a průnik některých anorganických nebo organických toxických látek (těžké kovy, ropné produkty, PC U - polychlorované bifenyly). Tyto látky se nejčastěji dostávají do půdy při obhos podařování, napr. kadmium z některých průmyslových hnojiv, rtuť z mořidel osiva proti plisním. Hydraulické oleje používané v pístech zvedáků zemědělských strojů obsahují polychlorované bifenyly. Ropné látky unikají z palivových nádrží. Nebezpečí plynoucí z chemické kontaminace půdy je dvojího druhu. Na jedné straně může dojít k nahromaděni škodlivin v rostlinách, které se buď přímo, nebo přes zkrmování domácími zvířaty dostanou nakonec do lidského organismu, na druhé straně hrozí otrava půdní fauny a flóry, která má v půdě nezastupitelnou roli při rozkladu organické hmoty, kypřeni a koloběhu živin. I když prehnojení dusíkatými hnojivy můžeme pokládat za chemickou degradaci v pravém slova smyslu, je nadbytek živin častou příčinou eutrofizace půdy a rozšíření některých rumištních druhů rostlin. U nás jsou to kopřivy, bez černý apod. Změna kyselosti. Kyselina sírová a dusičná, které vznikají při spalovacích procesech reakcí oxidů dusíku a síry, se v podobě kyselých srážek dostávají do vody i půdy. Jde vlastně také o chemické znečištěni, především o změnu kyselosti půdy. Kyselé srážky usnadňují proces podzolizace, kdy jsou sloučeniny hliniku a železa vyplavovány ze svrchních půdních vrstev do spodních a půda je ochuzována o humus. Kyselé podzolové půdy se vyskytuji i přirozeně pod jehličnatými lesy. Nepřirozená změna kyselosti má za následek změnu druhového složeni rostlinných společenstev, velmi často jde o ochuzení druhové rozmanitosti. Velmi citlivé na změnu kyselosti jsou houby, které žijí v symbióze s kořeny stromů v lese (mykorhiza). Živoří-li houba, živoří též lesní porosty. Zhutnavání půdy. Působením těžkých mechanismů a používáním nadměrného množství průmyslových hnojiv na úkor hnojiv statkových dochází ke změně struktury a propustnosti půdy. Ztrácí se „pružná" a nasákavá humusová složka. Pro nedostatek humusu a stlačení půdních prostorů mají tyto půdy velmi slabou schopnost zadržovat půdní vodu. Původní drobtovitá struktura se rozpadá, půda tvoří větší množství' jemných částic, které jsou vodou a větrem snadněji erodo-vány. Půdní horizont je nedostatečně provzdušněn a nedostatkem kyslíku silně omezuje životaschopnost edafonu. Při deštích jsou z takových půd rychle vyplavena průmyslová hnojiva. Tento typ degradace půdy je charakteristický pro řadu oblastí v České republice. Zábor půdy. Značná část půdy přichází nazmar i bez působení vlivů daných obhospodařováním, tj. pěstováním zemědělských plodin a chovem dobytka. Velké 112 plochy zemědělské nebo panenské půdy jsou nenávratně zabírány pro výstavbu lidských sídel, průmyslových podniků, komunikace, těžbu cihlářských hlín a při Otevírání velkoplošných povrchových dolů a lomů. Jde vlastné o spotřebu krajiny - o její konzumaci člověkem. 1 když bývají povrchové doly a výsypky s hlu-linou často rekultivovaný (povrchové vrstvě je složitými pěstebními a technickými procesy navracena do jisté míry úrodnost), změny v krajině jsou dlouhodobé n často přesahují délku života dvou i více generaci. Důsledky degradace půdy Úbytek přirozených ekosystémů. Změna kvality půdy a její ztráty mají velký vliv na přírodu i společnost. Člověk vždy získával zemědělskou půdu na úkor přirozených ekosystémů tím, že si přizpůsoboval původní stepi, listnaté a smíšené lesy mírného pásma, později i polopotiště a dnes dokonce tropické deštné lesy. Přeměna přirozených půd v půdy zemědělské je vlastně prvotní degradaci ne jen půdního substrátu jako takového, ale i likvidací přirozených ekosystémů, kleré jsou na tento typ půdy a na klima v dané oblasti vázány. Obr. 32. Přirozený listnatý bukový les ve středních Cechách Situace v ČR. Takřka celé území České republiky bylo v minulosti kryto porostem listnatých a smíšených lesu mírného pásma (obr. 32). Kryje-li v současné době les 1/3 území naši republiky, neznamená to, žc pouze 2/3 plochy byly pře měněny na zemědělskou půdu nebo zastavěny, popř. obětovány těžbě. Přeměnou na smrkové monokultury sc změnil také charakter většiny našich lesních porostů, a lim byl změněn i charakter lesni půdy. Tropické deštné lesy. Nejdrastičtějšími změnami prochází v současné době biom tropických deštných lesů. Až do r. 1950 tvořily porosty deštných lesů asi 30 % povrchu pevniny. V polovině 90. let se rozkládají tyto lesy již jen na 6 až 7 %, což je přibližně 7,5 mil. km2. Uvážíme-li, že ročně ubývá 160 až 200 tis. km2, za 30 až 40 let mohu tropické deštné lesy zmizet z povrchu naší planety. Vliv sousedních kulturních ploch. Na přirozené půdy může mít nepřímo vliv i obhospodařování sousedících kulturních ploch. Jde zejména o průnik živin a pesticidů nebo o změnu vodního režimu díky zavlažováni nebo odvodňování (dřivé nazývané meliorace - zlepšováni půd). Výsledkem je vždy změna vegetace a následně i druhové složení fauny. Na přirozených půdách je tak ohrožena přirozená rovnováha a biologická diverzita. Snížení zemědělské produkce. Špatné zacházení s půdou, obhospodařování a kontaminace, může mít pro člověka dalekosáhlé následky - především sníženi úrodnosti, tj. zemědělské produkce. V mnoha oblastech světa je následkem degradace půdy hlad a další sociální problémy. Snižování produkce nutí člověka také k aplikaci vyšších dávek hnojiv, pesticidů a vody k zavlažování. To může druhotně vést ke kontaminaci potravin a ke znečištěni dalších složek prostředí, hornin, vody a ovzduší. V některých chudých zemích trpí půdy naopak nedostatkem vláhy nebo živin. Půdy jsou zde vyčerpávány dlouhodobým pěstováním plodin bez používání hnojiv. 2.7.4 Ochrana půdy Přeměna zemědělské půdy. V některých klimatických oblastech nejsou vhodné podmínky pro pěstováni určitých zemědělských plodin. Neúrodné nebo nedostupné plochy jsou v těchto případech přeměněny k jiným, vhodnějším produkčním účelům. K tomu dochází i v naší republice. Některé dříve nevhodně obdělávané pozemky na svazích v podhůří jsou nyní převáděny na louky nebo zalesňovány. Opatření v zemědělských oblastech. V intenzivně zemědělsky využívaných oblastech bývají často uplatňována nejrňznéjši ochranná opatření od vetrolamu (proti větrné erozi a vysychání), po zonální pěstování (plodiny nejsou pěstovány na velkých lánech několik let za sebou, ale v pásech postupně se posouvajících a střídajících po obhospodařované ploše). Pěstování polních plodin je možné i bez povrchové orby za současné podpovrchové aplikace hnojiv a osiva. Častější je dnes i využívání statkových hnojiv a kompostů. 114 2.7.5 Půda a produkce potravin Charakteristika výživy člověka. I když nemůžeme opomenout existenci lo-vecko-sběračského způsobu obživy u některých původních kmenů Afriky, Austrálie, Asie i Jižní Ameriky, obstaráváni potravy i lidská výživa se od původního způsobu našich dávných předků podstatně liší. Dnešní způsob výživy lze chata kterizovat dále uvedenými body. • Potravu si vybíráme podle chuti a zvyku. Tento výběr je dán především rodinnými a sociálně kulturními zvyky. • Potravu si před požitím připravujeme vařením, pečením, potravu si kořeníme. • Potrava je přijímána v určitých časových intervalech (snídané, oběd, večeře). • Jako potraviny slouží kromě domácích druhů i druhy cizí. Ty jsou pěstovány, chovány, loveny v oblastech daleko od trvalého pobylu, v jiných zemích i světadílech. Strava je dokonce umělá. • Člověk nejen potravu shání (sbírá a loví), ale i produkuje. • Potravu konzervujeme, skladujeme a dopravujeme na velké vzdálenosti. Všechny tyto body kladou velké nároky na pracovní kapacity, organizaci, technologie, získávání surovin a samozřejmé i na prostředí. Produkce potravin je velmi komplikovaný systém, v němž půda hraje sice zásadní, nicméně ne jedinou roli. Zemědělský systém. Z hlediska využívání prostředí a jeho ohrožení tvoří systém výroby potravin čtyři hlavni provázané složky, bez nichž by moderní výroba potravin nebyla možná. • Zdroje - půda, voda, hnojiva a pracovní sila. • Technologie zemědělské stroje, zpracování surovin, skladování i šlechtitel-ství. Jde o způsob využívání zdrojů. • Přírodní prostředí - z něho je mnoho zdrojů čerpáno („nová" půda je dnes získávána např. odlesněním či kultivací stepí). Do prostředí také odcházejí zplodiny hospodařeni - odpady a znečištění. • Instituce - společenská složka tvořená organizací, řízením, právnimi předpisy, státní regulací i politikou. Oslabení funkce jedné ze složek znamená naopak snížení produkce potravin. Je-li třeba produkci potravin zvýšit, musi se jedna nebo více složek tohoto systému zlepšit. Vzhledem k tomu, žc počet obyvatel stále roste, bude třeba hledat cesty, jak učinit produkci potravin efektivnější a výkonnější. Zvýšení produkce potravin. V různých oblastech světa není možnost kc zlepšení stejná. V bohatých průmyslově vyspělých zemích je naděje na zlepšení vyšší, než v chudých rozvojových zemích. Zvýšení výkonu lze očekávat např. v Kanadě a USA, kde lze nalézt řadu rezerv v prostředí. Je zde možné získat další půdu (třeli bod systému) a podmínky jsou dobré i pro zlepšení ve druhém a čtvrtém bodě. 115 Málo pravděpodobné je zvýšení produkce potravín v některých zemích již dnes trpících hladomorem, kde je nejen nemožné získat další půdu, ale je zde i špatné institucionální zabezpečení, technologie a přístup k dalším zdrojům. Bez mezinárodní pomoci lze v některých zemích východní a střední Afriky očekávat další hladomor a sociálni nepokoje. Nové možnosti produkce potravin Šlechtění rostlin a živočichů. K zajištění výživy bude třeba hledat nové plodiny a živočichy. Šlechtěni je však dlouhodobý proces, a tak se nezdá pravděpodobné okamžité zvýšeni produkce objevem nové, výživné a snadno získatelné plodiny. Z dnes známých asi 250 tis. druhů vyšších rostlin je asi 8 lis. jedlých, 3 tis. se jich jako potrava více nebo méně využívá, asi 150 se jich komerčně pěstuje. Pouze však jen 20 až 30 se jich podílí na 90 % celkové lidské výživy. Předpokládá se však, že i nadále bude využíváno nejvíce čtyř hlavních plodin, a to pšenice, rýže, kukuřice a brambor. Jsou to jednoleté plodiny, k jejichž pěstování je nutné každoročně narušit půdu orbou, setím a ošetřením proti chorobám. Omezení spotřeby potravin živočišného původu. Jednou z cest vedoucích k ušetření zdrojů je i omezeni spotřeby bílkovinné potravy živočišného původu. To znamená snížení produkce masa, protože asi 50 až 70 % veškeré produkce obilovin je zkrmováno domácími zvířaty, jejichž maso však tvoří pouze asi 7 % potravy člověka. Účinnost převodu z jedné hladiny potravní pyramidy na druhou je pouze 10 až 12 %,což je energeticky i ekologicky nešetrný způsob získávání potravin (obr. 18, kap. 1.6.2). Větší využití moří. Protože pouze asi 3 % potravy člověka pochází z moře, je další cestou větší využiti oceánu. Ani zde však není možné zvyšovat lov ryb do nekonečna, protože dnes průmyslově řízený rybolov způsobuje úbytek některých druhů ryb. I z moří by bylo nutno více využít spíše rostlinnou potravu. Spotřeba potravin je ale do velké míry vázána na rodinné a kulturněsociální zvyky. Přechod na rostlinnou stravu představuje v mnoha zemích výrazné změny v potravním chování lidí. Doba pro takové změny se však počítá spíše na generace. Výhled do budoucna. 1 když existuje řada možnosti, jak se zemědělskou půdou šetrně zacházet, vhodně využívat hnojiva, pesticidy i závlahovou vodu a uplatňovat pěstováni velmi produktivních plodin, bude produkce potravin a na ni navazující činnosti (skladování, konzervace, zpracování surovin, doprava) zcela jistě v budoucnu jedním z hlavních problémů lidstva i příčinou devastace přírody. Za nejzávažnější problém je nutno považovat růst lidské populace. Zejména v oblastech rostoucí populace jsou i málo vhodné klimatické podmínky, zemědělství je špatně organizováno a využívá se jen velmi málo finančních prostředků na pořízeni moderní techniky, hnojiv a pesticidů. Otázky !. Jakými činnostmi změnil človék přirozené půdy v půdu zemědělskou ? 2. Jaká je role organismů v půdě? 3. Čím může zavlažování půdě prospět a čím uškodil ? 4. Jak může kontaminace půdy chemickými látkami ovlivnit vlastnosti půdy a kvalitu potravin? 5. Jaké jsou nové možnosti produkce potravin a jaká mají omezení ? 2.8 Energie, látky a odpady 2.8.1 Energie a její využití Energie je schopnost konat práci. Energie nevzniká ani nezaniká (zákon zachováni energie). Energie se může mezi různými systémy předávat pouze ve formě tepla nebo práce. Energii nelze vyrobit ani obstarat jinak, než že využijeme nějaký její již existující zdroj. Stejně tak energii vlastně nespotřebováváme, ale pouze ji přeměňujeme na jinou formu. Při každé přeměně energie je vždy nějaká část přeměněna na nevyužitelnou energii, tzv. zbytkové teplo, které už nemůže být využito pro další transformaci. Kvalitní, tj. využitelná energie je převedena na nekvalitní, tj. nevyužitelnou. Čím složitějším způsobem energii získáváme, tím je více jejích přeměn. Za-hřívá-li např. vnitřek místnosti sluneční záření procházející oknem, jedinou ztrá-lou energie je ohřátá tabulka skla. Ostatni energie záření prochází dovnitř a zahřívá předměty i vzduch. Ziskávámc-li energii složitějším způsobem, ztráty jsou vyšší (obr. 33). Příroda i lidská společnost jsou velmi složité systémy, které by bez stálého přísunu energie brzy ztratily schopnost udržet se v činnosti. Bez zdrojů energie se neobejdeme, neboť dříve či později se získaná energie promění na nevyužitelné teplo. Slunce jako hlavní zdroj energie na Zemi. Pomineme-li energii skrytou v nitru Země, která je většinou pro procesy v živé přírodě zanedbatelná, pak jediným stálým zdrojem energie pro naši planetu je Slunce. Stejně jako celá živá příroda je. i člověk bytostně závislý na energii ze slunečního záření. Lidská společnost ke svému vývoji a udržení potřebovala stále více energie, až jí přestaly stačil zdroje energie uložené v biomase rostlin a živočichů, a začala čerpat energii i ze zásob, které se v poměru k délce lidského života vytvářely po velmi dlouhou dobu. Růst spotřeby energie. Růst spotřeby energie závisí na dvou ukazatelích. Prvním je růst populace člověka - čím je více lidí, tím je třeba více energie. Druhým je postupná změna způsobu života společnosti. S rozšiřující se industri- 116 117 účinnost vytápěni Sluncem je 30 %, ztráto tepla pfl průchodu sklem oKna pouze 10 % účinnost vytápění eleKtrJckou energii z jaderné elektrárny Je pouze 14 K, ztráta 8G % elektrickí přlmolopV /~\ úílnnost 100 % Obr. 33. Využití energie Slunce a jaderného paliva k topení ahzací a spotřebou zboží vzrůstá množství energie spotřebovávané na jednoho obyvatele. Je zřejmé, že bude-li se rozšiřovat konzumní styl života do dalších a dalších zemí, bude spotřeba energie stále růst. 2.8.2 Zdroje energie Jakjiž bylo uvedeno, hlavním zdrojem energie na Zemi je Slunce. V porovnáni s délkou existence organismů včetně člověka je sluneční energie dostupná prakticky neustále. Přímou energii Slunce (různé vlnové délky elektromagnetického záření) a energii Slunce přeměněnou na kinetickou nebo potenciální energii vody, vetru i energii skrytou v chemických vazbách stavebních organických latek dnes žijících organismů nazýváme energií obnovitelnou. Tato energie je stále nebo periodicky dostupná. Obnovitelným zdrojům energie se také říká alternativní. To proto, že představují jinou možnost (alternativu) současného využíváni neobnovitelných zdrojů (fosilních paliv a jaderné energie, viz dále). Obnovitelné zdroje energie Energie přímého slunečního záření. Přímé sluneční záření je dnes využitelné v tepelných kolektorech. Sluneční zářeni (především světlo) je absorbováno v tmavých panelech, kterým protéká ohřevné médium, nejčastěji voda. Ta je pak I tä využívána přímo jako užitková voda, nebo jako topné médium. Záření může být soustřeďováno do jednoho místa pomocí soustavy zrcadel. Teplota v ohnisku může sloužit i k tavení kovů nebo k pohonu parní turbíny. Sluneční světlo lze přímo převést na energii elektrickou pomocí tzv. fotovoltaických článků. Napětí v nich vzniká po dopadu paprsku světla (fotonů) na rozhraní dvou různých polovodičů. Nevýhodou slunečních kolektorů a fotovoltaických článků je hlavně nedostatek slunečných dnů v některých oblastech na Zemi a také poměrně malá účinnost. Při využití slunečních zrcadel je nutné obětovat velkou plochu na jejich rozmístění a také zajistit jejich neustálé natáčeni do vhodného úhlu. Foto-voltaické články jsou stále dosti drahé. Energie větru. Povrch Země je Sluncem na různých místech zahříván nerovnoměrně a rozdíly teplot vedou k proudění vzdušných mas, a tak vzniká vítr. Kinetická energie větru byla využivána již tradičně ve větrných mlýnech. Dnes je převáděna na elektrickou energii v moderních větrných elektrárnách, které tvoří několik až několik set jednotlivých vrtulových jednotek. Nevýhodou větrných elektráren je nepravidelnost v síle a směru větru, zábor půdy a také hluk, který listy vrtulí vydávají. Energie vody. Také energie vodních mlýnů a elektráren je sluneční energií transformovanou do polohové energie vodní masy nad jezem nebo nad přehradou a její pohybové energie, proudí-li vody přes turbinu nebo vodní kolo. Hnací silou pro koloběh vody je Slunce. Využitelná je také energie vln a v některých pobřežních oblastech energie mořského přílivu a odlivu. I když je vodni energie jednou z nejčistších energií (podobně jako větrná), přesto stavba přehradních nádrží do jisté miry ovlivňuje ekosystémy v zaplavených říčních nivách. Riziko protrženi hrází při havárii je u moderních přehrad málo pravděpodobné. Energie biomasy. Snad nejdéle člověkem využívaný zdroj energie je energie biomasy rostlin i živočichů. Je toenergie slunečního záření, která v procesu fotosyntézy a následných metabolických procesů přechází (transformuje se) na vnitřní energii chemických vazeb stavebních látek rostlinných a někdy dále i živo-i živočišných těl. Dřevo, pryskyřice, oleje i vosky byly užívány k topení a svícení již před tisíci lety. Biomasa může být využitelná k výrobě energie i v dnešni době. Rostlinné oleje (bionafta) a etanol z kvasných procesů je možné použit i jako pohonnou hmotu pro vozidla. Na spalování dřeva a zemědělských odpadů (slámy) existuji již výkonné kotle. Také anaerobní rozkladné procesy (za nepřístupu vzduchu) mohou poskytnout dále využitelný metan - bioplyn. V mnoha zemích rozvojového světa je spalováni dřeva dosud nejběžnějšim způsobem získávání energie pro přípravu pokrmů a k topení. Nevýhodou využívání biomasy ke spalování je samozřejmě produkce spalin, podobně jako je tomu u uhli a ropných produktů. Závažnějším důsledkem využívání biomasy dřeva k energetickým účelům je ohrožení lesů, dnes zvláště v tropech a subtropech. 119 Geotermální energie. Mimo sluneční energii lze teoreticky považovat za obnovitelný zdroj energie také zemské nitro. Teplo zemského nitra, nejčastěji využívané v podobě horkých pramenů z hloubkových vrtů, nazýváme geotermální energie. Je však dosažitelná pouze v některých oblastech světa a ne vždy jsou zdroje termálních pramenů (jsou-li přímo využívány) nevyčerpatelné. Tepelná čerpadla. Energii k vytápěni a k ohřevu vody lze získávat i pomoci tzv. tepelných čerpadel. Teplo se odebírá z vrtů, z půdy, řeky nebo jezera pomoci nízkovroucí kapaliny v plynném skupenství. Ta se v kompresoru tlakem zkapalňuje a zahřívá. Předává pak teplo vlastnímu vytápěcímu médiu, kterým je obvykle voda. V expanzním ventilu se zkapalnělý plyn rozpíná, ochlazuje a v systému trubek mimo clům opět pohlcuje okolní teplo. Celý cyklus pokračuje stlačením v kompresoru. Neobnovitelné zdroje energie Obnovitelné zdroje však nejsou v potřebné míře rovnoměrně dostupné po celém povrchu Země. Jejich získání často vyžaduje vysoké náklady a jejich účinnost není také vysoká. Proto se pozornost člověka obrátila ke zdrojům neobnovi-telným. Jsou to látky, které nejsou dostupné stále, nebo se neobnovují, a pokud se obnovují, tak rychlostí, která je daleko nižší než rychlost spotřeby (viz dále). Fosilní paliva. Největší skupinu těchto zdrojů energie tvoří tzv. fosilní paliva. Jde o energii Slunce, která byla postupně v procesu fotosyntézy ukládána do biomasy organismů před mnoha milióny let. Složitým procesem rozkladu na jednodušší organické látky a následným procesem zuhelnění (karbonizací) vznikly po bažinách s bujnou vegetací vrstvy (sloje) uhlí. Procesem ropotvorby vznikla z odumřelé biomasy planktónu a bakterií ropa. Fosilní paliva obsahují uhlík nebo uhlovodíky. Uhlí. Vyskytuje se ve třech formách, a to jako uhlí hnědé, černé a antracit. Uhlí je tvořeno převážně uhlíkem, dále vodíkem, kyslíkem, dusíkem, sírou a dalšími přimíšeninami. Některé doprovodné prvky a jejich sloučeniny jsou zodpovědné za znečištění ovzduší, k němuž dochází při spalování uhlí. Při spalováni se oxidačními procesy uvolňuje hlavně oxid uhličitý a částečně též oxid uhelna tý. Obsah siry (u černého uhlí dosahující většinou několik desetin procenta, obvykle méně než 1 %, u hnědého několik desetin, ale i několik procent) má za následek produkci SO,, při vysokých spalovacích teplotách se ze vzdušného dusíku a kyslíku tvoři oxidy dusíku. Obsah nespalitelných látek (popclovin) způsobuje, že při spalování uhlí uniká do ovzduší množství jemných částeček prachu a zbývá popel. Obsah popela tvoří 10 až 30 %, u nekvalitních typů černého a hnědého uhlí až asi 50 % hmotnosti uhlí. V uhlí je přítomna i celá řada stopových prvků, často ze skupiny těžkých kovů a radioaktivních prvků. Ty se dostávají do ovzduší s ostatními organickými a anorganickými látkami v podobě popílku a aerosolu. Hlavní nevýhodou při 120 spalování uhlí je znečištění všech složek prostředí, především ovzduší vody i půdy, kyselé srážky, devastace krajiny povrchovou (u nás Severočeská pánev) i podpovrchovou těžbou (u nás Ostravsko a Kladensko). Pouhé spalování uhlí je plýtváni surovinou, která může být použila v jiných odvětvích výroby. Ropa. Ropa jc směs kapalných uhlovodíků, pravděpodobně původem z organických zbytků vodních organismů. V rafineriích bývá zpracovávána na řadu produktů většinou sloužících k získání energie ve spalovacích motorech nebo hořácích. Znečištěni prostředi způsobuje samo zpracování ropy a posléze i spalování jejích produktů. Zplodinami jsou stejné látky jako při spalování uhli, snad s výjimkou kovů a radionuklidů. Nezanedbatelné je i znečištění v miste těžby a po trasách transportu, hlavně v moři, i v okoli skladovacích prostor. Také ropa může být využila daleko lépe jako surovina pro další zpracováni v chemickém průmyslu, a nejen jako palivo. Hořlavé břidlice a písky. Ropě podobné látky jsou obsaženy také v některých usazených horninách, které se nazývají hořlavé břidlice a písky. Uhlovodíky z těchto hornin mohou být získány tepelným rozkladem (pyrolýzou) i organickými rozpouštědly. Význam těchto zdrojů energie není lak veliký, jako ropy a uhli, neboť náklady na těžbu a zpracování jsou vyšší. Vzniká při nich také mnohem více odpadu. Rašelina. Za neobnovitelný zdroj energie je také považována rašelina, i když se jí k vytápěni a pohonu parních strojů vlastně už nevyužívá. Většina objemu její těžby nachází uplatnění v zahradnictví a v zemědělství, v omezené míře i v lázeňství. Rašelina vzniká i za současných podmínek. Proces ukládání je však ve srovnání s rychlosti těžby velmi pomalý. Těžba rašeliny často poškozuje unikátní přírodní oblasti mokřadů, na něž je vázán velký počet různých druhů rostlin a živočichů. U nás dochází k poškozováni např. v okrajových partiích CHKO Třeboňsko. Zemní plyn. Často doprovází ložiska uhli a ropy. Kromě metanu, který tvoří obvykle přes 80 %, obsahuje ještě určitá množství dalšich jednodušších plynných uhlovodíků - alkanů (asi 6%), oxid uhličitý (asi 5 %), sirovodík (1 až 2 %) a také velmi malá množství dalších plynů, mezi nimi i helium. Zemní plyn je stále více využíván, a to nejen jako palivo v domácnostech, ale i k výrobě elektrické energie a k pohonu motorových vozidel. Znečištění ze spalováni zemního plynuje daleko menší než z uhli a ropy. Neobsahuje takřka žádné škodlivé při-mišeniny, a produkce C02 při spalování je asi poloviční než u ostatních fosilních paliv. Velkou nevýhodou je omezenost jeho výskytu. Se zvyšováním spotřeby lze očekávat vyčerpání dostupných zdrojů za 100 až 200 let. Jaderné palivo. K neobnovitelným zdrojům energie patří i jaderné palivo, uran 235 a uran 238. 1 když jsou zásoby uranu na Zemi v porovnání s rychlosti jeho spotřeby daleko větší než u uhli, ropy a zemního plynu, je využiti jaderné energie stále problematické. V jaderných elektrárnách se využívá energie štěpné 121 reakce U 235. Při této reakci vznikají další radioaktivní produkty, a to krypton 92, baryum 142, plutonium 239 a další radiontiklidy {obr. 34). Plutonium může být použito dále i k výrobě jaderných zbraní. Výhodou výroby jaderné energie je, že neprodukuje žádné C02, S02, NO a popílek. Pracuje-li jaderná elektrárna dobře, není ani únik radioaktivity do pro- krypton 92 f uran A neutron \^^/ ergie baryum 141 Obr 34. Štěpení uranu 235 v jaderném reaktoru středí velkým problémem. Černobylská havárie v dubnu 1986 ukázala, jak nebezpečné je podcenění jaderného nebezpečí. Výbuch reaktoru a unik radioaktivity měl za následek poškození zdraví desetitisíců lidí a kontaminaci půdy na stovkách čtverečních kilometrů. Zhoubné mutace byly zaznamenány nejen u lidí, ale i u rostlin a živočichů. Kromě možné havárie je další velkou nevýhodou výroby jaderné energie zneškodnění vyhořelého paliva a také likvidace celého provozu jaderné elektrárny po skončení její činnosti. Radioaktivní palivo a odpady musí být ukládány na bezpečné místo hluboko pod zem, kde budou zářit ještě několik desítek tisic let. Velké škody na prostředí způsobuje těžba uranu jako u většiny neobnovitel-ných zdrojů energie. Ta se provádí jednak dolováním pod povrchem, nebo se těží v roztoku silných kyselin (sirové, dusičné a fluorovodíkové), který je zvláštními vrty vtlačen do hornin. Rozpuštěný uran se čerpá na povrch jinými vrty. Zbytky kyselin však zůstávají v podzemí a kontaminují horniny i podzemní vodu. Budoucnost energetických zdrojů Člověk dnes využívá uhlí, ropu a zemni plyn, neboť jde o zdroje dostupné, poměrně rovnoměrně rozšířené, a také proto, že technologie jejich zpracování byly vyvíjeny a užívány po velmi dlouhou dobu. Přechod na nové zdroje znamená v mnohém opustit staré zvyky a osvědčené postupy. I když jsou zásoby hlavních energetických surovin na Zemi odhadovány na více než několik set let, bude patrně stále obtížnější a dražší těžit z méně dostupných ložisek. Předpokládáme rovněž, že požadavky na energii porostou, především v rozvojových zemích světa. Energie bude zřejmě stále dražší. Oddálení energetické krize. V budoucnu lze oddáleni energetické krize řešit třemi způsoby. • Zvýšeným využíváním alternativních zdrojů energie, tj. čisté energie sluneční, větrné, vodní či geolermálni. • Získáním energie novým způsobem, např. pomoci slučování jader těžkého vodíku - jadernou fúzí (tento způsob je však stále ve stadiu pokusů). • Úsporami energie - zvýšením účinnosti při výrobě energie a zvýšením účinnosti spotřebičů. Příklad. Klasická žárovka využije pouze 5 % z dodané energie ke svíceni, zatímco fluorescenční až 25 %. U normální žárovky se tak až 95 % elektrické energie přemění na teplo a nikoli na světlo. Podobně nízká účinnost jc známa u řady zastaralých spotřebičů. Odhaduje se, že skutečně vykonaná práce u spotřebitele, v domácnosti, výrobě, či dopravě nepřesahuje 15 až 20 % primární energie, tj. energie obsažené v chemických vazbách v uhlí, ropě nebo zemním plynu. Řešení energetické krize. Jedinou skutečnou možností, jak snížit spotřebu energie a dlouhodobě ji udržet na potřebné úrovni, je kromě úspor a zvýšení efektivity především snížení spotřeby energie. Ke snížení spotřeby energie lze dojít především prostřednictvím snížení materiálni spotřeby. Řada výrobků dnešní doby jsou výrobky na jedno použiti. V dopravě je dávána přednost energeticky náročné individuální dopravě před hromadnou dopravou, velmi málo materiálů je recyklováno, a mnoho energie se tak spotřebuje na těžbu a zpracováni primárních surovin. Energií se také plýtvá, a to nejen v domácnostech. Šetrnost ve spotřebě energie a skromnost vc spotřebě zboží je tou nejzásad-nější cestou. Nevyrobené zboží totiž nevyžaduje žádnou energii. Řešení nedostatku energie spočívá nejen ve zvýšení účinnosti technologií a větším využíváním obnovitelných zdrojů energie, ale ve změně způsobu života nás všech. 122 123 29 2.8.3 Prostředí a hmota Vztah hmoty a energie. Současné představy o struktuře látek vycházejí ze zákonů klasické fyziky. Jedním z nich je zákon zachování hmotnosti, formulovaný již v polovině 18. století Lomonosovem. Hmotnost všech látek vstupujících do určité reakce je rovna hmotnosti všech reakčních produktů. Hmota (látky) za normálních podmínek nikde nevzniká ani nezaniká. Veškeré přeměny látek se dějí na základě vyvážených chemických reakcí nebo na základě změny skupenství. Lontonosov jako prvni formuloval též zákon zachování energie. Klasická fyzika od sebe oba tyto zákony oddělovala až do doby, kdy Einstein formuloval svou teorii relativity, z níž vyplynul i zákon ekvivalence hmotnosti a energie zapisovaný známým vztahem E = mc2. Látky a energii proto nelze od sebe oddělit. Všechny látky mají původ v přírodě. Získávání látek z přírody prostřednictvím těžby neznamená, žc je nějaká surovina v procesu těžby vytvořena. Každá surovina musí mít svůj zdroj. Nebere se odnikud, aleje pouze dočasně vyňata z nějakého prostředí, aby byla využita nebo zpracována a po využiti opět do prostředí vrácena. Hmota v podobě výrobku ani po využití nezaniká - stále existuje. I odpady jsou všudypřítomným průvodcem jakékoli těžby, zpracování, výroby a používání. Úplné vyčištění prostředí nebo zcela bezodpadové technologie neexistují. Jedinou možností je produkovat méně odpadu, nebo jej opět vrátit do výroby, či do koloběhu přírody. Znečištění a produkci odpadů se nelze nikdy zcela vyhnout. Je možné je pouze přesunout v čase a prostoru, nebo z jedné formy do jiné. Zdroje a suroviny Potřebuje-li člověk k výrobě předmětu železo, musí mít k dispozici nejdříve železnou mdu. Surovinou pro výrobu železa je železná ruda, zdrojem železné rudy jc horninové prostředí. Potřebuje-li člověk dřevo, získá ho pokácením stromu, který roste v lese. Surovinou pro výrobu dřevěného výrobku nebo papíruje dřevo stromu, zdrojem dřeva je les. Prvotním zdrojem látek jsou tedy určité oblasti na Zemi, kde se daná látka vyskytuje jako součást neživé nebo živé přírody. Zdroje většiny látek jsou omezeny výskytem i dobou vzniku (jak bylo uvedeno výše, látky v přírodě nevznikají z ničeho, ale opět na základě chemických reakcí, krystalizaci, usazováním atd.). Některé látky se různými procesy vytvářejí neustále nebo často - periodicky. Zdroje látek lze rozdělit na dva typy, na zdroje obnovitelné a neobnovitelné. Obnovitelné zdroje látek. Látka je stále nebo periodicky dostupná, neboť rychlost její spotřeby je burf rovna obnově, neboje menší než rychlost její obnovy (např. pokud neni les zcela vykácen, přirůstá dřevo v lese neustále): kde F je rychlost spotřeby, K - rychlost obnovy. 124 Obnovitelnými zdroji látek (surovin) jsou buď části těl rostlin a živočichů (dřevo, vláknina, kůže, vlna, bavlna apod.), nebo produkty jejich metabolismu (surový kaučuk, řepkový olej), tj. biomasa. Neobnovitelné zdroje látek. Potřebná látka neni stále nebo periodicky dostupná, přičemž rychlost její spotřeby a využití často mnohonásobně překračuje rychlost její obnovy: V»>V. s o Člověk těží a bude těžit uhlí několik stovek, max. tisíců let. Uhlí se však vytvářelo ze zbytků těl rostlin po mnoho milionů let. I v případě, že by byly dnes vhodné podmínky pro vytváření uhlí6, bylo by uhlí v té podobě, jak ho těžíme nyní, k dispozici až za několik milionů nebo desítek milionů let. Kromě fosilních paliv a ropy, které mohou sloužit nejen jako zdroje energie, ale i jako suroviny pro chemický průmysl, považujeme za neobnovitelné suroviny především rudy. V současnosti sc těží asi 100 rud kovů (Fe, Cu, AI, Zn, Cr, Pb, U atd.), nerudni suroviny (kamenivo, štěrkopísky a pisky, cihlářské hlíny, kaoliny, jíly, grafit, fluorit, CaC03 atd.), hnojiva (ledky NaNO,, Ca(N03)2, fosfáty) atd. Je často sporné, zda za zdroj považovat vodu, půdu nebo vzduch. Je-li ale surovinou každá látka, kterou člověk z prostředí potřebuje, omezená svým výskytem nebo dostupnosti, musí vynaložit úsilí a finanční prostředky na její získání; vodu a vzduch můžeme pak za určitých podmínek považovat za zdroj. Voda v přírodě je především zdrojem pitné vody. V rybníkářstvi je nutno vynaložit úsili na zadrženi vody a na hospodařeni s jejím množstvím v umělých nádržích. i když vzduch nemá žádnou ekonomickou hodnotu, neplatíme za něj, je všeobecně dostupný a není třeba na jeho získání vynaložit žádné úsilí, přesto za určitých podmínek považujeme vzduch za zdroj kyslíku. Je to v okamžiku, kdy není volně dostupný. Za stlačený vzduch v dýchacích přístrojích, které nám umožňují pobývat v místech bez vzduchu (kosmické stanice, voda, zamořené oblasti) je třeba platit. To je situace, kdy je i vzduch zdrojem. Nepřímo platíme za čistý vzduch také tehdy, vydáváme-li se za rekreací do přírody nebo do lázeňských oblasti a za tyto cesty vydáváme finanční prostředky. Pro mnoho neobnoví tehiých zdrojů platí, že jejich zásoby nemohou být člověkem využity zcela. Omezení jsou dána dostupností, technologií těžby, nebo společenskými a právními zábranami. Například část lázeňského města Karlovy Vary leží na ložisku hnědého uhlí. Ze společenského hlediska není možné toto uhlí vytěžit, neboť by s největší pravděpodobností došlo k poškozeni struktury podzemních pramenů, nebo by byl dotčen historický ráz města. Řada přírodních rezervaci je chráněna zákonem, i když leží na místě naleziště užitkové suroviny. ' Vytváření ulili je dlouhodobý proces. Uhlí vznikalo po statisíce, možná miliony let v rozsáhlých mokřadech s hustou vegetací, která po odumřeni klesala do bahna vytvořeného ze zbytků již uhynulých rostlin. Mocné vrstvy organických zbytků pak podléhaly hnití bez přítomnosti vzduchu. Vytvořené vrstvy pak byly dále přeměňovány a hutněny při dlouhodobém procesu uhelnatěni, v němž sc uplatňuji vysoké tlaky a teplota. 125 2.8.4 Odpady Každá látka má svůj zdroj, tedy již na Zemi existuje. Po skončení životnosti výrobku nemizí, ale v každém případě se vrací zpět do prostředí. Pro každou surovinu a s ní spojenou lidskou výrobní činnost lze sledovat osud využívané látky, její životní cyklus, čili jakýsi metabolický proces získání, zpra cování, využití a odstranění. Při každé přeměně získané látky však vzniká nějaký odpad (obr. 35). Odpad je následek výroby a spotřeby. Řada ekonomických schémat obsahuje pouze tři úrovně našeho „metabolismu" - surovinu, zpracování a spotřebitele. Zanedbává tu část „metabolismu", která se týká nežádoucích nebo nepouži telných látek - odpadu. Termín spotřebitel je zavádějící. Ani člověk, ani příroda ve skutečnosti nic nevytvářejí a nic nespotřebovávají, pouze přetvářejí (transformuji). Opomenutí principu koloběhu látek (tedy i zákona zachování hmoty) vede k nepochopení problému odpadů, které prostě vznikat musejí. Odpady však nevznikají pouze při těžbě a zpracování surovin pro výrobu zboží, z obalů zboží a po ukončení životnosti výrobku. Značné množství odpadů těžba odpad z těžby výroba výrobek odpad z výroby odpad z výrobku (obal) spotřebitel Obr. 35. Metabolismus spotřeby 126 Obr. 36. Člověk a jeho odpad vzniká v procesu výroby energie. Při spalování uhlí vznikají popílky. Některé naše druhy hnědého uhlí obsahují okolo 30 % popclovin. Odsíření zbaví spaliny většiny SO,. Tento plyn však nemizí. Reaguje při spalování s mletým vápencem /.a vzniku síranu vápenatého (CaS04). I když část je využitelná ve stavebnictví, většina musí být ukládána na zvláštní skládky. Pro člověka je odpad vždy něco nežádoucího a odpuzujícího (obr. 36). Z tohoto faktu také vychází definice odpadu. Definice odpadu. Odpad je chápán jako věc, které se chce její majitel či původce zbavit, nebo věc, jejíž odstranění je nutné z, hlediska ochrany životního prostředí, popř. ochrany zdraví člověka. Druhy odpadů. Pro potřeby nakládání s odpady a pro studium problematiky odpadů dělíme odpady do různých skupin podle nejrňznějších hledisek. Podle chemického složení na kyselé, zásadité, neutrální, organické, anorganické. Podle skupenství na pevné, kapalné, plynné a kaly. Podle původu na komunální (ž lidských sídel), průmyslové, zemědělské. Podle nebezpečnosti na neškodné, loxické, rádioaktívni, hořlavé atd. Obvykle však pro kategorizaci odpadů slouží 127 více kritérií, přičemž hlavním hlediskem je původ a nebezpečnost odpadů. Podle toho rozdělujeme odpady zpravidla na odpady: • rostlinného a živočišného původu - nejčastěji ze zemědělské výroby, dřevo zpracujícího a potravinářského průmyslu, • minerálního původu - odvaly z dolů, popílky s nizkým obsahem toxických látek, suť ze staveb, • z chemických procesů - kyseliny, zásady, fenoly, dehty, rozpouštědla, odpa dy s příměsi toxických kovů (Hg, Cd), • radioaktivní - odpad vzniklý při úpravě jaderného paliva, vyhořelé jaderné palivo, odpad z laboratoří využívajících radioizotopy, • z obcí (komunální) - smíšený odpad Obsahující smetky, zbytky potravin, papíru, plasty, popel, lišící se často podle typu zástavby, v níž vznikl (obr. 36). Jiné dělení odpadů vychází z typu činnosti, v níž vznikl. Podle klasifikace Organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj (OECD) se rozdělují odpady na typy: • ze zemědělství a lesnictví, • z průmyslu, • z energetiky, • z dolování a těžby, • komunální, • ostatní odpady. Zákony jednotlivých zemi obsahují oficiální katalogy odpadů. Podle uvedených typů je také s odpady nakládáno. Odpad, jakmile je vyprodukován, podléhá obvykle řadě předpisů a norem. Jelikož není možné, aby se odpad hromadil na místě vzniku, a je třeba, aby byly následky jeho produkce minimalizovány, přijímá se řada opatření k jeho zneškodnění. Při organizaci nakládání s odpady je vždy důležité určit původce a nejvhodnější způsob zneškodnění. Zneškodňování odpadů Recyklace odpadů. Příroda nezná odpad'. V koloběhu látek ekosystémem je na každém stupni určitá látka předmětem řady chemických reakcí apo vyčerpání potřebných živin a energie jsou zbytky, produkty metabolismu nebo mrtvá těla samotných organismů („odpad") zdrojem látek a energie pro další trofický 1 Někdy se jako přiklad přírodního odpadu uvádí ulili. V době svého vzniku - ukládání v mokřadech - byly rozkládající sc zbytky teoreticky vhodné jako zdroj látek pro další růst rostlin. Ukládaly sc však bez dalšího využití. To, že se nedostaly do koloběhu, ale uložily se □ znhclnatěly, je ledy jediným kritériem pro jejich přirovnávání k odpadu. V žádném případě ale nebylo organické bahno rostlinného původu škodlivé pro společenstvo, v němž vznikalo, a nebylo třeba se ho zbavit. Byly to látky, které pouze nebyly dále využity. .lupen. Procesy v živé přírodě tedy neustále látky vracejí do koloběhu, recyklují. Ve velkém měřítku jsou látky recyklovány vlastně všemi biogeochemickými procesy. Protože odpady nejsou nic jiného než výrobním a spotřebním procesem prošlá původní látka, je zřejmé, že v odpadech je skryto obrovské množství využitelných surovin. Recyklace je tedy jednou z možností, jak se zbavit odpadu, a dokonce využít v něm skryté látky a energii k další potřebě. Vzhledem k tomu, že téměř do středověku používal člověk převážně přírodní materiály, buď sám odpady recykloval, nebo k recyklaci pomáhaly děje v přírodě. Materiály, které lidé užívají dnes, jsou velmi obtížně v přírodě recyklovatelné. Podmínky recyklace. V odpadní „surovině" musí být co nejméně přimíšenin, musí být snadno transportovatelná a technologicky nepříliš náročně zpracovatelná. Základem recyklace je třídění odpadu, a to nejlépe už u jeho původce (obr. 37). Třídění smíšeného odpadu je technologicky, a tedy i finančně velmi náročné a umožňuje vytřídit jen velmi málo látek pro další zpracování (např. železné kovy, směs plastů, sklo). Pro recyklaci jsou proto vhodné tradičně sbírané kovy, sklo a papir. Pro velkou různorodost a chemické složení je prakticky nemožné ve velkém sbírat a recykloval plasty, i když určité pokusy jsou činěny s PET lahvemi. K recyklaci se hodí i použité baterie, ale i jejich zpracování je finančně náročné. Obr. 17. Počátkem recyklace je sběr a třídění odpadů 129 Biodegradabilní odpady. V ideálním případě, pokud nelze odpad recyklovat, by bylo vhodné nechat látku „zpracovat" v přirozených trofických řetězcích, tedy vyrobit ji jako biodegradabilní - rozložitelnou biologickými procesy. To platí především pro obaly, které často končí ve směsném komunálním odpadu Odpady jsou však recyklovány pouze v omezené míře a biodegradabtlita některých krátkodobě užívaných předmětů (zejména obalů) není dosud u většiny těchto produktů zajištěna. Proto přicházejí v úvahu další metody zpracování a zneškodňování odpadů. Kompostování. Odpad rostlinného a živočišného původu jc ze své podstaty biodegradabilní a velmi vhodný kc kompostování. Nejde vlastně o zneškodňováni odpadů v pravém slova smyslu, neboť je využito přirozených mikrobiálních a klimatických procesů a organická hmota je rozložena na složky vhodné k obohacování půdy živinami - ke hnojeni. Tento způsob je přírodě nejbližší a nejšetr-nčjší. Při využití rozložitelných (biodegradabilních) látek např. v obalové technice by mohly skládky i spalovny významně snížit svou kapacitu. Pro kompostování jsou nevhodné organické látky s choroboplodnými zárodky, s obsahem pesticidů nebo toxických kovů. Ty se mohou při použití kompostu v zemědělské výrobě dostat do potravin. Výhodou je pochopitelně zneškodnění celého objemu odpadní hmoty. Ředění. Původně člověk vypouštěl a ukládal odpady do prostředí bez zábran. Využíval tak přirozených samočisticích a asimilačnich mechanismů přírody. U některých odpadů je možno využit samočisticích a asimilačnich mechanismů přírody i dnes a vypouštět je do prostředi. Takové odpady (nejčastěji odpadní vody a plynné produkty spalování) jsou po určitém čase rozředěny a zneškodněny reakcemi s ostatními složkami, nebo rozloženy organismy na běžné se vyskytující látky. To je případ omezeného vypouštění např. vod s obsahem živin. Většinou však odpady nejsou jednoduché a neškodné sloučeniny, a proto musí být odpad na místo zneškodnění dopraven a před zneškodněním někdy i upraven. Doprava odpadů se musí řídit pravidly vycházejícími z jejich charakteru, nebezpečnosti pro přírodu i pro zdrávi člověka. Ředěni odpadu je nejjednodušší způsob zneškodňování odpadů, ale také způsob, který je nejvíce zneužíván pro ilegální vypouštěni kapalných a plynných odpadů do přírody. Skládkování. Nejznámě jší a snad i nejuživanější způsob je ukládání odpadu na skládky. Původně skládky (smetiště) vznikaly živelně v blízkosti lidských sídel. V současné době však není možné živelné zakládání skládek trpět. Důvodem je především velká různorodost odpadů, jejich množství, toxicita a zápach. Z neřízené skládky může do prostředí unikat řada nežádoucích škodlivin. Skládky jsou proto nyní řízené s určitými parametry propustnosti podloží, odváděni skládkové a dešťové vody a s přesným režimem ukládání. Je přirozené, že se požadavky na skládku liší podle původu a vlastností ukládaného odpadu, a to od nejmírnějších opatření pro ukládání neškodného odpadu až po ukládání odpadu 130 loxického a radioaktivního. Neškodný a tuhý komunální odpad (TKO) je obvykle před trvalým uložením pouze zhutněn. Nevýhodou skládkování je ztráta recyklovatelných surovin, znečištěni průsakovými vodami, zápach v okolí, úlet lehkých materiálů (plasty, papíry). Po uzavřeni skládky a její rekultivaci vznikají v krajině nepřirozené pahorky. Skládky laké zabíraji půdu. Výhodou skládek odpadů jc ve většině případů jednoduchost odvozu a ukládání. Rozkladnými procesy vzniká vc skládkách metan, který může být jako tzv. skládkový plyn energeticky využiván. Vitrifíkace. Toxický a radioaktivní odpad je obklopen obaly, které zabraňují úniku účinné látky nebo záření a také je musí v případě úniku dokázat dostatečně absorbovat. Jedním z nejvhodnějších způsobů likvidace vysoce toxických a radioaktivních odpadů je jejich zalévání do sklovité hmoty - vitrifíkace. Konečné uložení (zneškodněni) takových odpadů je vázáno na místa, které jsou v bezpečné vzdálenosti od lidských sídel, vegetace, zdrojů povrchové i podzemní vody. Proto je mnohdy takový odpad ukládán v podzemních prostorách. Některé odpady se zalévají též do betonových směsi nebo do živičné (asfaltové) hmoty. Zneškodňování toxických a radioaktivních odpadů je dosud velkým problémem. Důležité je nejen odpady odstranit, ale zvláště u radioaktivních látek, odstranit je na dobu několika tisíc let, než dojde k rozpadu na neškodné izotopy, které produkuji jen mizivé množství radioaktivního záření. Tepelné zpracováni odpadů. K úpravě a zneškodňování odpadů také slouží vysoké teploty, které mohou být využity k rozkladu některých látek, nebo dokonce ke spáleni odpadu a využití v nich obsažené energie. Spalování. Jde o postup, při kterém se zvláště u tuhého komunálniho odpadu využívá vysokého obsahu energie. Ve spalovnách je tak získávána i tepelná, popř. elektrická energie. Odpad je spalován za přístupu dostatečného množství vzduchu. Teplota spalováni musí být vysoká (i přes 1 000 °C), neboř při nižších teplotách se z některých plastů uvolňuji dioxiny, fosgén a další jedovaté plyny. Zbytky po vyhoření mohou být dále zbaveny některých kovů. Popel, který často tvoří pouze okolo 10 až 30 % z původního objemu odpadu, je pak uložen na ski ádky. Nejvétším problémem spalováni odpadu je zvýšení koncentrace některých závadných látek, např. toxických kovů, a tím i zvýšeni nebezpečnosti odpadu. Spalování je velmi náročné na používané technologie, neboť spaliny musí být čištěny. Výhodou je, že po spáleni jc původní objem odpadu zredukován asi na 1/3, a navíc je spalovna zdrojem tepla nebo elektrické energie pro okolí. Jak skládkováním, tak i spalováním se nenávratné ztrácí řada druhotných surovin, které by mohly po recyklaci nahradit určité množství primární suroviny. Pyrolýza. Pyrolýza je tepelný rozklad odpadu, při němž jsou bezpřístupu vzduchu nežádoucí toxické látky tepelné rozloženy na látky dále snadněji upravitelné nebo uložitelné, filtrovatclné, nebo na sloučeniny neškodné. Při tepelném rozkladu organických látek vzniká hlavně CO, a H2Ó. 131 Snižování produkce odpadů. Každý typ zneškodněni odpadů má své výlio dy i nevýhody. Při všech úvahách nakládání s odpady a o jejich zneškodňování platí, že jediným skutečným řešením není např. pouze spalování nebo skládkování, recyklace ani větši využili biodcgradabilních materiálů. Všechny tyto způsoby reaguji až na množství' a typ odpadů, které byly už vyprodukovány. Nejzá sadnčjší a také nejúčinnější je prevence, tedy sníženi jejich produkce. Snižoval produkci odpadů je možno dvěma způsoby. Snižováni materiálové náročnosti. Jde o zvyšování efektivity výroby, snižování materiálové a energetické náročnosti technologií, které se podílejí na výrobě zboži a na produkci energie pro tuto výrobu. Je to také prodloužení životnosti výrobků a omezeni produkce zboží na jedno použití, zvláště takového, které je vyrobeno z plastů. Snižování spotřeby. Spotřební způsob života vede ke stále většímu obratu zboži, obalů, a tedy i odpadu. Snížení materiální spotřeby každého z nás je tou hlavni cestou i ke sníženi produkce odpadů. Odpady a industrializace Převážná část odpadů je produkována v souvislosti s těžbou nerostných surovin a jejich zpracování na výrobky. Také ve městech je produkováno daleko větší množství tuhého komunálního odpadu než na venkově, kde je jeho značná část kompostována. S rostoucí předpokládanou industrializaci rozvojových zemi lze očekávat i nárůst produkce odpadů v těchto oblastech světa. Odpad je a bude patrně i předmětem obchodu. Ekonomicky rozvinuté a bohaté země, v nichž platí velmi přísné právní normy pro nakládání s odpady a jejich zneškodňování, se snaží vyvážet svůj odpad do zemí chudších, kde platí mírnější zákony na ochranu prostředí a kde může být dovoz odpadů důležitým zdrojem státního příjmu. Odpad byl a místy stále je bez jakéhokoli zajištění a kontroly ukládán i do moří. Předpokládáme-li postupnou industrializaci i v dalších zemích tzv. chudého jihu, je třeba, abychom spolu s technologiemi pro výrobu předali technologie a návody na zpracování odpadů a sami omezili materiální spotřebu, a tím dali příklad k následováni. Zvýšili se ještě více využívání nerostných zdrojů přírody, výroba, spotřeba a produkce odpadů bez preventivních opatření, budou zanedlouho zdroje Země vyčerpány a volná místa pokryta zplodinami metabolismu civilizace - odpady. Otázky 1. Co je základním zdrojem energie na Zemi a proč? 2. Jaký je rozdíl mezi obnovitelnými a neobnovitelnými zdroji energie ? Uveďte jejich příklady. 3. Jaké jsou možné zdroje energie budoucnosti ? Jaká mají omezení ? 132 Jmenujte některé neobnovitelné a obnovitelné suroviny pro stavbu obydlí, pro výrobu oděvů a pro přípravu hnojiv. Co je odpad? Vyskytuje se odpad i v přirozeném ekosystému? Jaké jsou možnosti využití odpadů a snížení jejich produkce? Co je největším problémem při ukládáni radioaktivních odpadů? 2.9 Zdraví lidí a životní prostředí 2.9.1 Přirozená a civilizační rizika Moderní člověk čelí v každém okamžiku života řadě předvídatelných i nepředvídatelných nebezpečí ohrožujících jeho zdraví i život. Zvyšujici se počet automobilů znamená zvýšený počet automobilových nehod. Pracovní stres a nevhodná výživa, nedostatek pohybu i infekce AIDS představuji celou škálu civilizační chorob. K těmto nebezpečím můžeme přičíst i nežádoucí zdravotní vlivy z kontaminované vody, ovzduší nebo potravin. Přirozená zdravotní rizika. Bylo by mylné domnívat se, že v minulosti, kdy byli naši předkové součástí přirozeného ekosystému, byla situace jiná. Rizika ohrožující život (včetně zdravotních rizik) byla součásti každodenní lidské činnosti. Člověk byl ohrožen nepříznivými klimatickými podmínkami a nedostatkem potravy. Běžná byla zranění a úrazy při jejím obstarávání a infekční i neinfekční nemoci. Člověk byl vystaven ohroženi ze strany velkých šelem. 1 přírodní katastrofy (povodně, požáry, sesuvy půdy, vichřice apod.) mohly hrát někdy velkou roli. Charakter současných rizik. V současné době si většinou přirozená nebez-peči neuvědomujeme. Se změnou způsobu života, bydleni, obstarávání výživy, výchovy a lékařské péče se změnily i faktory ohrožující zdraví. Přirozená rizika byla potlačena pod úroveň individuálního i společenského vědomí. Původní zdravotní rizika byla nahrazena mírnějšími, ale zato působicimi na větši počet lidí. Charakter rizika se sice změnil, ale nezměnila se reakce lidského organismu. Vlivy znečištěného prostředí lze podle působení obvykle rozdělit do čtyř skupin. • Působení nizkých dávek škodlivin na různorodou, poměrně početnou populaci na velkém území (např. zimní epizody redukčního smogu ve městech a v průmyslových oblastech). • Působeni dávek o určitých koncentracích na konkrétně definovanou populaci určitého stáří a pohlaví po velmi dlouhou dobu (expozice škodlivin v pracovním prostředí). • Působení vysokých koncentraci v jedné epizodě na relativně malou populaci (havárie výrobních technologií spojené s únikem toxické látky do vody nebo ovzduší). 133 • Dlouhodobé působení následků havárie nebo většího úniku škodlivé látky do ovzduší, vody, půdy a následná kontaminace potravního řetězce vedoucího k člověku (následky havárie jaderné elektrárny, následky vypouštěni škodlivin do pobřežních moři, kontaminace ryb v moři, kontaminace zemědělské půdy pesticidy, těžkými kovy apod.). I když je nepříznivému vlivu prostředí často vystavena velká skupina osob, na většinu tento vliv nepůsobí, nebo působí málo. Menší část je postižena dočasně, ještě méně osob onemocní neboje na dlouho postiženo. Pouze malá část na následky umírá (tab. 17). Nejzávažnějším poškozením zdraví je smrt, a dále dlouhodobá invalidita a nemocnost. Definice zdraví. Podle Světové zdravotnické organizace (WHO) je zdraví stav fyzické, duševní a sociální pohody a ne pouze nepřítomnost nemoci nebo invalidity. Hodnocení vlivů na zdraví. Při hodnoceni vlivu zevních faktorů prostředí na člověka nestačí pouze určit, zda je jedinec nemocen (postižen). Řada nemocí a zdravotních potíží se v populaci vyskytuje v určitém počtu, který je považován za normální, tj. běžný. Teprve zvýšeni nad určitou míru může mít své příčiny např. ve znečištěném prostředí. Důležité je také určit, zda jsou v postižené populaci jedinci citliví (vnímaví) a kolik jich asi ve sledované skupině je. Mezi lidmi většinou existují rozdíly vc vnímavosti, které nezáleží jen na okažilém stavu jedince, ale např. na jeho věku, barvě pleti či pohlaví. Je ale především nutné vědět, co z prostředí na člověka může působit negativně, tedy jaké jsou vlastně hlavní faktory podílející se na vzniku nemoci, nebo dokonce přispívající ke zvýšené úmrtnosti. Tab. 17. Reakce populace na nežádoucí vliv prostředí Smrt Dlouhodobá nemoc Krátkodobá nemoc nebo pracovni neschopnost Populace bez zřejmého patologického efektu 2.9.2 Vlivy prostředí ovlivňující zdraví Život vznikl a vyvíjel se za určitých přirozených podmínek, jejichž kolísání je organismus schopen do určité míry vyrovnávat. Na takový rozsah podmínek je organismus přizpůsoben (adaptován). Překročení adaptačních mezí nebo působení nepřirozených faktorů pak znamená nemoc, invaliditu nebo smrt. Záleží na množství negativní dávky a na čase působení. Podobně jako přirozené faktory Obr. 38. Vlivy prostředí na zdraví člověka vnějšího prostředí se ani antropogenní rizikové faktory nevyskytuji v prostředí oddělené. Život a zdraví člověka ovlivňuje vždy kombinace faktoru (obr. 38). Jejich účinky se mohou navzájem podmiňovat, sčítat, násobit, tlumit, nebo dokonce rušit. Pro potřeby měření, studia, stanoveni limitů a pro potřeby prevence dělíme nežádoucí faktory prostředí podle podstaty do čtyř skupin. Fyzikální vlivy prostředí. Mezi fyzikální faktory patří záření (radioaktivita, UV, světelné, infračervené, viz tab. 1), dále hluk a vibrace, atmosférický tlak, geomagnetické pole, vlhkost apod. Radioaktivní záření. V prostředí je zastoupeno především radioaktivním plynným prvkem radonem 222. Člověk se nejčastěji dostává do kontaktu s radonem v uzavřených a málo větraných místnostech, do nichž v některých oblastech radon proniká z geologického podloží. Zdrojem radonu mohou být i radioaktivní stavební materiály, např. elektrárenský popílek z některých druhů uhlí. Nejlcpší ochranou před kontaminaci ovzduší v místnostech je časté větrání. Při těžbě a zpracování surovin pro výrobu jaderného paliva (uranu 235 a 238) a ukládání vyhořelého jaderného paliva po použití v jaderných elektrárnách, po haváriích jaderných elektráren a při zkouškách jaderných zbraní (plutonium 239, stroncium 90, cesium 137) se však uvolňuje do prostředí další záření. Určitému množství nebezpečného ionizujícího záření je člověk vystaven i při některých lékařských zákrocích a při vědeckém výzkumu. Hluk a vibrace. Představují mechanické vlnění pružného prostředí (nemohou se šířit ve vakuu). Za hluk je považován jakýkoli zvuk v rozsahu lidského sluchu (asi 16 až 20 tis. Hz), který může poškodit sluchový orgán nebo ovlivnit duševní pohodu člověka. Vysoké intenzity okolo 140 dB porušují struktury vnitřního ucha mechanickou silou zvukové vlny. Nižší intenzity od 75 dB výše poškozují sluch po dlouhodobější expozici. Prostřednictvím sluchových center v mozku může dojít i k ovlivnění jiných funkci organismu. Takové účinky se označují za mimosluchové. Hluk snižuje soustředěnost, omezuje krátkodobou paměť a může způsobit zvýšeni krevního tlaku. Vibrace, tj. vlnění pod hranicí lidského sluchu, ovlivňují funkci orgánů a tkáni. Při dlouhodobém působeni se nedostatečně pro-krvují končetiny. Tlak a geomagnetické pole. Vliv tlaku a geomagnetického pole není dostatečně podrobně prozkoumán. Některé poznatky však naznačuji, že i tyto faktory prostředí mohou mít významný vliv na lidské zdraví. Chemické vlivy. Podle Americké chemické společnosti je každým rokem připraveno asi 500 nových chemických sloučenin. Zjistit vlastnosti (a toxicitu) takového množství není prakticky možné. Chemické faktory, které negativně ovlivňují zdraví člověka (ale i ostatních organismů), představují ty sloučeniny a prvky, které chápeme jako znečištění, tj. kontaminaci v pravém slova smyslu. Jde o organické a anorganické sloučeniny různé molekulové váhy a nej různějšího složeni, které se dostávají do prostředí ve větších množstvích a často pravidelně a nevhodné působí na chemickou strukturu buněk, orgánů, tkání, anebo ovlivňují metabolismus člověka. Tyto látky jsou dráždivé, žíravé, omamné a toxické, a tak působí u člověka řadu zdravotních potíží, nemocí, rakovinu i smrt. Jedná se 0 silné kyseliny a zásady, některé kovy (především Hg, Pb, Cd, Zn), polyaroma-lické uhlovodíky, organická rozpouštědla, polychlorované bifenyly (a jim příbuzné dibenzofurany, díbenzodioxiny), DDT, CO, O,, dusitany, dusičnany a tisíce dalších sloučenin. Nebezpečné chemické látky se dostávají do prostředí z různých průmyslových výrob, jako je zpracování kovů, ralinaee ropy, chemická výroba apod. Další látky jsou užívány v zemědělství při ošetřováni plodin nebo osiva, při konzervaci potravin. Také při spalování fosilních paliv a odpadů může do prostředí unikal značné množství různých sloučenin. Příkladem populace vystavené dlouhodobému působení účinkům chemických látek je obyvatelstvo Ústí nad Labem, Ostravy či Prahy. Biologické vlivy v prostředí. Víry, bakterie, paraziti, které napadají člověka, významně ovlivňuji jeho zdraví od narození až do stáří. Infekční (nakažlivé) 1 neinfekční nemoci jsou také příčinami smrti. Při velkých koncentracích obyvatel a špatných hygienických podmínkách se tyto choroby šíří velmi rychle. Mno- 136 ho nemocí přenášejí mikrobi, kteří žijí vesplašcích a průsacích ze septiků a žump. Mnoho nebezpečných onemocnění přenáší hmyz a další organismy. Společenské a kulturní vlivy. K negativním faktorům prostředí člověka náleží rodchylky od normálního společenského života. Mezi negativní sociální faktory náleží nevhodná životospráva, špatné pracovní prostředí, vysoká populační hustota, nedostatečné vzdělání a výchova, některé kulturní tradice a životní styl, ekonomická situace (chudoba) a dostupnost zdravotní péče. Za nevhodné civilizační návyky je považováno zejména požívání alkoholu, drogy a kouření. Záporným jevem spojeným s civilizací, hlavně ve velkých městech, je i kriminalita. Za nepříznivý faktor prostředí, který je dán společenskými a kultúrni mi podmínkami, lze považovat i podvýživu, nebo naopak nadbytek potravy a její špatnou skladbu. Sociální a kulturní podmínky se takřka vždy prolínají s biologickými, chemickými a fyzikálními vlivy, neboť do značné míry určují, jak a kterým vlivům bude jedinec vystaven, bude-1i schopen si rizika uvědomit, pokusí-li se jim vyhnout, neboje alespoň vědomě minimalizoval, popř. jim předcházet. 2.9.3 Účinky vlivů prostředí působící na zdraví Účinky nežádoucích faktorů prostředí nelze jednoduše zjišťovat podle podstaty daného faktoru. Rakovina - zhoubné bujení buněk těla může být způsobeno jak fyzikálním faktorem (záření), tak i chemicky (PCB), nebo í biologickým vlivem (některé viry). Účinky ledy častěji charakterizujeme podle doby působeni sledovaného faktoru, podle místa působení (orgán, soubor buněk), podle následků (alergie, otrava) nebo podle způsobu léčby zasaženého organismu nebo orgánu. Podle výše dávky a doby působení (expozice) mohou mít chemické, fyzikální a biologické faktory různě dlouhý a různě významný účinek. Akutní účinky. Za akutní je považováno okamžité působení obvykle jednorázové vyšší dávky škodliviny (chemikálie, patogenní organismy, záření). Chronické účinky. Za chronické považujeme dlouhodobé působení nižších dávek určité škodliviny o různé podstatě (dlouhodobá expozice hluku, toxické látky, UV záření apod.). Jak dlouhodobé, tak i krátkodobé účinky mohou být bud dočasné (vratné -reversibilni), poškozený orgán nebo tkáň se po ukončení působeni škodliviny nebo po vyléčeni vrací ke své původní funkci bez patrných následků, nebo trvalé (nevratné - ireversibilní), kdy se u postiženého orgánu (či jedince) nebo poškozené tkáně již plně neobnoví původní funkce nebo tvary. Škodlivost vlivů se sleduje často s ohledem na cílový orgán nebo tkáň. Rozeznáváme tak účinek na nervovou tkáň - neurotoxicitu (olovo), na ledviny - nef- 137 rotoxicitu (rtuť, kadmium, chróm, olovo), na játra - hepatotoxicilu (aflatoxiny) a pod. Po/dní účinky. Kromě akutních a chronických účinků rozeznáváme ještě tzv. pozdní účinky. Jde o účinky projevující se obvykle po dlouhé době (někdy i v příštích generacích), často bez zjevné příčinné souvislosti s expozicí nepříznivému vlivu. Sem patři účinky mutagenní, teratogenni, karcinogenní a alergenní. Mutagenní účinky. Mutagenním účinkem rozumíme schopnost škodliviny vyvolat (indukovat) mutace, tj. trvalou změnu nukleových kyselin a chromozómů v pohlavních buňkách. Změna je přenášena na potomstvo. Mutageny mohou být jak fyzikální (např. zářeni), tak Í chemické a biologické povahy. Z chemie kých mutagenů a savců byla prokázána mutagenita insekticidů, aflatoxinů, PCR. Mutagenní účinky mohou mit i léky. Karcinogenní účinky. Karcinogenní faktory mohou způsobit nádorové bujení - rakovinu určité tkáně nebo orgánu. Podobně jako mutageny jsou karcinogény mnohdy účinné v nizkých koncentracích a mohou se projevit až po letech. Mezi karcinogény patří např. benzo-a-pyren, saze a dehty vznikající spalováním fosilních paliv, sloučeniny niklu, arzénu, organická rozpouštědla (např. benzen), krystalické silikáty, vlákna azbestu, radon, aflatoxiny (toxiny produkované plísněmi Aspergillusflavus). Mnoho karcinogénu je zároveň mutageny. Teratogenni účinky. Látky, které způsobují vrozené vývojové vady člověka (i jiných živočichů) v průběhu jejich embryonálního vývoje, jsou označovány jako teratogeny. Podle období, v němž dojde k expozici, se mohou u postiženýcli děti projevit vrozené vývojové vady nejrůznčjšího stupně, od malých funkčních a morfologických poruch až po těžké strukturální vady (chybějící končetiny, srůsty apod.). Patří sem např. celá řada léků, teratogenni účinky má také např. nedostatek jódu nebo vysoký nadbytek vitaminu A, ionizující záření. Teratogeny mohou mít zároveň karcinogenní i mutagenní účinky, např. PCR Alergenní účinky. Jedním z pozdních účinků faktorů zevního prostředí je i alergická reakce. Označujeme lak obranný imunologický mechanismus s nepřirozeným průběhem. I když podstata alergických reakcí nebyla zcela vysvětlena, jde vždy o zvýšenou přecitlivělost vůči některým látkám v prostředí - alergenům. Alergie může být vyvolána širokou škálou podnětů, chemickými látkami (některými kovy), léky, bílkovinnými složkami potravy, prachem, pylem i cho-rop lodným i zárodky, plísněmi, forma Ide h y dem, částmi těl živočichů (srst savců, peří ptáků), exkrementy a částmi těl roztočů, spóry a vlákny plísní apod. Alergeny způsobuji ekzémy pokožky, střevní a dýchací potíže atd. Alergické reakce mohou mít příčinu i ve vrozených chybách v imunitních mechanismech. V poslední době poutají naši pozornost nekarcinogenní (nemutagenní a nete-ratogenní) účinky látek, které narušují některé fyziologické funkce, přičemž nejde přímo o toxické účinky. Některé lálky, např. pesticidy dieldrin, endosulfan nebo plychlorované bifenyly, mohou blokovat působení pro růst důležitých es-trogenních hormonů. Nebezpečné není, působi-li tyto látky samostatné. Při spolupůsobení dvou těchto sloučenin však jejich účinek několikatisíckrát vzrůstá, 138 2.9.4 Vztah dávky škodliviny a jejího účinku Aby si člověk zachoval zdraví, musi Z prostředí přijmout řadu důležitých látek - v/xlu, vzduch, potraviny, popř. léky. Spolu s nimi může do těla vstoupit řada látek škodlivých. Škodliviny mohou přijít do styku s organismem i samostatně -při práci v zamořeném prostředí, při náhodném požili nebo při potřísněni pokožky. Každý organismus toleruje do jisté míry odchylky od normálního složení potřebných látek v prostředí. Jsou-li ale překročeny určité hranice, zdravotní stav se zhoršuje. Dávka. Chceme-li poznat vztah mezi velikostí dávky škodliviny a účinkem na lidský organismus, musíme nejdříve zjistit, kolik se do organismu účinné látky dostane. Každá škodlivina má svůj zdroj. Z tohoto zdroje se látka (záření) šíří prostředím nějakým konkrétním médiem - vodou, vzduchem, potravinami. Také cesta vstupu škodliviny do těla může být různá. Může jít o vdechnutí, požiti, průnik kůží atd. Často je velmi jednoduché zjistit koncentraci v ovzduší, vodě nebo v potravinách. Nelze ale přesně určit, kolik se dostane do těla. Ani loto množství však není vlastni dávka (část vdechnutého vzduchu se škodlivinou je obvykle opět vydechnuta). Dávkou je až ta část, která je některými buňkami přijata. Škodlivina pak může být neutralizována nebo přeměněna metabolismem na jinou látku, rozvedena po těle, uložena (např. v tukové tkáni) nebo opět vyloučena z těla. Po dobu, kterou se setkává s buňkami těla, jim může škodit. Expozice. Organismus je ve styku se škodlivinou vždy po určitý čas. Doba, po kterou je vystavena tkáň, orgán, jedinec určilo dávce záření či hluku nebo koncentraci chemické látky, se nazývá expozice. Expozice může být okamžitá, jednorázová nebo opakovaná, krátkodobá (minuty, hodiny) nebo dlouhodobá (měsíce, roky). Působení určité dávky na organismus závisí na třech faktorech, a to charakteru látky (záření, vlnění, virus apod.), na jejím množství (koncentraci) a na dobé, po kterou působí. To, co nás obvykle na škodlivinách zajímá, však není dávka samotná, ale její účinek. Z dlouhodobého vědeckého výzkumu i ze zkušenosti plyne, že síla účinkuje většinou přímo úměrná výši dávky, tedy čím větší dávka (koncentrace), tim silnější je účinek. Velmi malá množství nebo nízké koncentrace škodlivin jsou tolerovány. Překročí-li dávka určitou velikost, dochází k reakci organismu nebo tkáně. Odumírají buňky, je omezena funkce, nebo jedinci umírají. Po dosažení určité vysoké koncentrace se již účinek nezvyšuje, nehoď dávka je smrtelná pro všechny jedince (buňky), kteří byli škodlivině vystaveni (obr. 39). Vztah dávky a účinkuje základem studia pro celý vědní obor, toxikologii. Ta většinou prostřednictvím pokusů sleduje vlivy látek, zářeni, či hluku na organismy a snaží se co nejpřesněji odhalit vztah mezi dávkou (koncentrace, intenzita působící složky) a účinkem, který se projeví nějakou negativní změnou studo- 139 96 křivka účinek - smrt jedinců nebo buněk zasažené populace (tkáně) následkem toxického účinku látky; dávka - množství či koncentrace užité toxické látky váného organismu. Změní sc funkce orgánu, odumřou buňky tkáně nebo dojde ke smrti jedince. Stanovení dávky a expozice. Stanovit dávku škodliviny nebo expozici u člověka nebo u skupiny lidí je někdy problematické. V mnoha případech existuje určité přirozené pozadí (stálý výskyt látky v prostředí, potravě, ovzduší či vodě). Je také nutno vzít v úvahu způsob života, rozdíl v expozici během dne, roku i v průběhu celého života. Různě působí cizorodé látky na starší, dospělé a děti, na ženy a muže, na jedince po námaze nebo v klidu. Účinek může zsí-lit nebo zeslabit spolupůsobení jiného vlivu prostředí. Užívání některých léků (antibiotik, chininu) zesiluje účinky hluku. Příklady problémů měření dávek. Sledujeme-li napi. vliv znečištění ovzduší na zdraví, není možné měřit pouze znečištění ovzduší venku. Člověk tráví daleko více času doma, v zaměstnáni nebo ve škole, než na ulici. Přesto se ve většině studii uvádí pouze koncentrace škodlivin z venkovního ovzduší. Zkreslení může nastat i tehdy, když při smogové situaci lidé výrazně omezí pobyt venku, užívají preventivné léky nebo vitaminy nebo odjíždějí na vikend mimo město. Může se tak stát, že sc u některých jedinců nejen zdravotní stav nezmění, ale dokonce zlepší. Podobně zkreslené výsledky může dát studie vlivu nekvalitní pitné vody na zdraví. V místech s nevhodnou pitnou vodou jsou občané obvykle o její nižší kvalitě informováni a kupují hygienicky nezávadnou balenou pramenitou vodu. Pak se může ukázat, že v oblastech s kontaminovanou vodou je méně případů zdravotních potíží, než by se dalo očekávat. Při studiu vlivu škodlivých faktorů prostředí je třeba vždy přesně charakteri- zovat cílovou populaci 1 idí (organismů) a zjistit co nejpřesněji druh látky (složení, koncentraci atd.) a dobu, po kterou na organismus působí. 2.9.5 Dobrovolná a vynucená zdravotní rizika Zdravotní rizika nepřijímáme vždy pasivné. Řada činností a s nimi spojená pmomnost škodlivin je vázána na dobrovolné rozhodnutí, jiným se můžeme jen těžko vyhnout. Chceme-li hodnotit zátěž lidského organismu vzhledem ke znečištěnému prostředí, musíme tento fakt vzít v úvahu a hodnotit i podle toho, zda je náš organismus vystaven riziku na základě svobodné volby nebo nucené. Vynucená rizika. Vynucená rizika jsou rizika, která musíme podstoupit v rámci běžného života. Takovým typem rizika je kontaminace ovzduší v místě, ve kterém žijeme, pitné vody, kterou pijeme, každodenní práce ve znečištěném prostředí. Jsou to tedy faktory a činnosti, které jsou neoddělitelnou součástí našeho prostředí a jimž se nelze vyhnout nebo uniknout. Dobrovolná rizika. Naproti tomu rizika dobrovolná jsou nepříznivé faktory, jejichž přítomnosti a účinkům se můžeme vyhnout, ale nebezpečí nerespektujeme, podceňujeme, nebo se mu dokonce dobrovolně vystavujeme. Mezi dobrovolná zdravotní rizika patří např. kouření, alkoholismus, užíváni drog a především špatně stravovací návyky (včetně složení výživy) a nevhodná životospráva. K opomíjeným dobrovolným rizikům náleží i častý poslech hlasité hudby. Také podceňováni pracovní expozice a odmítání ochranných pracovních pomůcek jsou rizika, která podstupujeme dobrovolně. Dobrovolná rizika často zkreslují a také zesilují účinky rizik nedobrovolných. Mnohdy je riziko onemocnění nebo úmrtí z dobrovolně přijímaných rizik několikanásobně vyšší než z rizik plynoucích ze znečištěného prostředí. Tabulka 18 udává příklady různých faktorů, které jsou příčinou úmrti na rakovinu. Z uvedených čísel je zřejmé, že hlavní vl iv na zhoršení zdravotního stavu Tab. 18. Podíl jednotlivých vlivů na smrti způsobené rakovinou Faktor Odhad[%] Rozsah [56] složení stravy a stravovací návyky 35 10 až 70 kouření 30 25 až 40 infekce a genetické vlivy 13 10 až 15 pohlavní živol, těhotenství 7 1 až 13 škodliviny v pracovním prostředí 4 2 až 8 alkohol 3 2 až 4 záření 3 2 až 4 znečištěni prostředí 2 méně než 1 až 5 kontakt s průmyslovými výrobky méně než 1 méně než 1 až 2 léky 1 0,5 až 3 umělá barviva, ochucování potravin méně než I Oaž 2 (úmrtí na rakovinu) má způsob života, a zejména výživa a kouření. Údaje uvedené v tabulce však neznamenají, že kontaminace prostředí cizorodými látkami představuje pro člověka zanedbatelné nebezpečí. Celá řada toxikologických a epidemiologických studií ukázala dostatečně jasně, že znečištěné prostředí může významně postihnout lidské zdrávi a způsobit i smrt. Příklady. Mezi takové případy patří i smogová epizoda, která postihla na začátku prosince 1952 Londýn, kdy z důvodu znečištěného ovzduší vzrostla úmrtnost v důsledku vzniku vážných dýchacích potíží. Podle odhadů z uveřejněných studií zemřelo v Londýně během smogového týdne následkem znečištění ovzduší 2 850 osob. Havárie 4. reaktoru v ukrajinském Černobylu, ke které došlo 26. dubna 1986, způsobila dosud největší unik radioaktivity v historii využíváni jaderné energie. Zamořeny byly tisíce čtverečních kilometrů nejen v blízkosti elektrárny, ale i v rozsáhlých částech Ukrajiny, evropské části Ruska a v Bělorusku. Vyšší radioaktivita byla naměřena téměř ve všech zemích Evropy. Na nemoc z ozáření zemřelo přímo několik desítek lidi. Pozdní následky jsou v některých ohledech srovnatelné s výbuchy prvních jaderných pum svržených na konci 2. světové války nad japonskými městy Hirošimou a Nagasaki. Mutace byly zjištěny u lidí, rostlin i živočichů. Jedním z nejzávažnějších poškození lidského zdraví byl nárůst rakoviny štítné žlázy u dětí na Ukrajině, v Bělorusku a přilehlých částech Ruska. 1. Uveďte příklad fyzikálního, chemického, biologického a společenského vlivu na zdraví člověka. 2. Co znamená akutní a chronické působení cizorodých látek na organismus? 3. Co to je teratogen? 4. Co může ovlivnit účinnost škodlivé látky na organismus? 5. Jaký je rozdíl mezi vynucenými a dobrovolnými riziky? Uveďte příklad obou druhů rizik a diskutujte o roli škodlivých faktorů prostředí a životosprávy na zdraví. 2.10 Lidská společnost a prostředí Limity růstu. Prostor, který má člověk na Zemi k dispozici, je omezený. Je dán plochou kontinentů a podmínkami vhodnými pro život. Zeměkouli nelze zvětšit a brzké osídlení jiných vesmírných těles je ještě nepravděpodobnější než trvalé osídleni mořských hlubin a polárních oblastí. Počet lidí na Zemi však poroste přinejmenšim do poloviny 21. století. Omezenost prostoru pro bydlení, pěstování plodin, stejně jako omezenost surovinových zdrojů klade před lidstvo 142 nemalé problémy. Již dnes se ukazuje, že růst populace není ve všech oblastech světa udržitelný. Udržitelný není také způsob čerpání zdrojů ani prohlubující se rozdíl mezi chudými rozvojovými a bohatými průmyslovými zeměmi. Řešení těchto problémů je však nutné, i 2.10.1 Ekonomický rozvoj a zachování přírody S postupujícím vývojem společnosti využival člověk stále více přírodních zdrojů. Vytvoření polí, pastvin a trvalých sídel znamenalo ovlivnění přírody v okoli a její postupnou přeměnu na kulturní krajinu. Zavedení průmyslové výroby způsobilo nárůst čerpáni nerostných zdrojů nejen v blizkčm okolí sídel, ale přeneslo se i do míst s bohatými nalezišti surovin, do neobydlených krajin a na mořské dno. Doprava surovin a výrobků do míst zpracováni a spotřeby vyžaduje budováni dopravních cest, překladišť a skladů, zvyšující se produkce znamená zvýšení množství odpadů a hledání míst a cest k jejich zneškodněni. Zdá se, že dalši hospodářský rozvoj zemí i jednotlivých oblastí není možný bez dalši devastace přírodní krajiny, horninového prostředí, půdy, vody, ovzduší, rostlin a živočichů. 2.10.2 Rozdíly mezi bohatými a chudými státy Boj o zdroje surovin. Hospodářský růst vždy byl a je i dnes spojen s růstem politického vlivu. Téměř neomezený přistup ke zdrojům, který mají bohaté státy světa, jim umožňuje významnou měrou ovlivňovat politickou situaci ve světě, a tím získat ještě výhodnější přístup k dalším zdrojům. Na světě proto neni stát, který by se chtěl zbavit svého politického vlivu a hospodářských výhod. Ztráty vlivu znamenají ztrátu přístupu ke zdrojům surovin, což vede ke sníženi ekonomické úrovně, a to opět k poklesu politického vlivu. Hospodářský růst je nejlepší zámkou k dosažení vlivu a zlepšení přístupu ke zdrojům. Regionální i světové válečné konflikty minulosti a současnosti nejsou většinou ničím jiným než bojem o politickou moc, tedy o možnost volného přístupu k přírodním zdrojům. Jedním z příkladů udržení přístupu ke zdrojům ropy byla i válka v Perském zálivu v r. 1992. Armády USA, Velká Británie, Francie a dalších průmyslově vyspělých zemi tam bránily nejen Irákem napadený Kuvajt, ale především možnost neomezeného nákupu kuvajtské ropy. Kdyby byl přírodních zdrojů dostatek, jejich množství nekonečné a kvalita surovin vysoká, tyto problémy by neexistovaly. Každý by si mohl brát tolik, kolik potřebuje. Důkazem omezenosti zdrojů na Zemi je právě rozdíl mezi chudými a bohatými zeměmi a také snaha některých států zasahovat do vnitřních záležitostí jiných zemi. Mnoho rozvinutých průmyslových zemí již značné části zásob surovin na svém území vyčerpalo, anebo je získávání surovin na jejich území drahé, a proto se 143 obracejí díky svému politickému ti ekonomickému vlivu na chudší země a čerpají suroviny z jejich nalezišť. Do chudších zemí se naopak vyvážejí odpady, pro které už není vhodné místo tam, kde je odpad produkován, nebo se do těchto zemí přesouvá výroba s nepříznivým vlivem na prostředí. Světové společenství se ocitá v obtížně řešitelné situaci. Na jedné straně jsou velké ekonomické rozdíly mezi zeměmi zdrojem nepokojů a nerovnováhy a na straně druhé případné vyrovnání rozdílů v ekonomické úrovni mezi rozvojovými a rozvinutými státy by znamenalo významné přehodnocení současného přístupu ke zdrojům v neprospěch bohatých rozvinutých států. Existuje nějaké schůdné řešeni tohoto problému? Hospodářské rozdělení Zeme. Země je hospodářsky rozdělena na dvě hlavni oblasti. Na jedné straně stoji rozvinuté země převážně rozložené na severní polokouli a na druhé straně chudé, tzv. rozvojové země převážně ležící na polokouli jižní. Obě oblasti mají rozdílné charakteristiky, které však vedou ke zvyšováni zátěže prostředí. • Bohaté země severu. Populace je zde vyvážená a růst počtu obyvatel je malý. Zdravotní a sociální péče je na vysoké úrovni. Ohrožení prostředí plyne zejména z vysoké a stále se zvyšující spotřeby zdrojů i energie na jednoho obyvatele - ze zvyšování materiální životní úrovně a z produkce nejrůznějších typů odpadů, • Chudé země jihu. Počet oby va tel stále roste. Zdravotní a sociální zabezpečení je na nízké úrovni. Materiální spotřeba je ve srovnáni s bohatými zeměmi nízká. Ohrožení plyne ze stále většího počtu obyvatel. Rozvojové země navíc chtějí zvýšit životní úroveň, tedy materiální zabezpečeni jednotlivců. Současný vývoj v obou oblastech naznačuje, že materiální spotřeba na Zemi stále poroste, ať už je její příčinou zvyšováni osobní spotřeby (životní úrovně) v zemích bohatého severu, nebo růst počtu obyvatel v chudších zemích jihu. Obojí bude klást velké nároky na prostředí v současnosti a omezí v mnoha směrech i uspokojování potřeb budoucích generací. 2.10.3 Udržitelný rozvoj společnosti Cesta k možnému řešeni současného nerovnoměrného uspořádání světa a k omezení dopadu dnešních problémů na život budoucích generaci vede přes udržitelný rozvoj (také se používá spojeni trvale udržitelný rozvoj) společnosti. Jde o takový rozvoj společnosti, který umožňuje současným generacím uspokojovat základní životní potřeby, nesnižuje rozmanitost přírody, zachovává přirozené funkce ekosystémů a zároveň neomezuje možnosti uspokojování životních potřeb příštích generací. Udržitelný rozvoj společnosti také předpokládá postupné snižování ekonomické nerovnováhy mezi bohatými a chudými zeměmi, přičemž respektuje i kulturní a národnostní různorodost. K dlouhodobě udržitelnému způsobu života lze přispět především následujícími činnostmi a cestami. • Zvýšením recyklace surovin a omezením čerpání surovin nových. • Zvýšením účinnosti průmyslových a energetických technologií, lepším využitím nových surovin a omezením plýtvání, vyšlechtěním výnosných plodin. • Snížením spotřeby energie, zejména z fosilních paliv a jejich nahrazením obnovitelnými zdroji (sluneční, větrná, vodní energie). • Zvýšeným využíváním přírodních nebo méně škodlivých materiálů a látek rozložitelných přírodními procesy. • Předáním nových a šetrných technologií rozvojovým zemím. • Vyšším využíváním hromadné dopravy na úkor osobní dopravy. • Plánováním rodiny v rozvojových zemích. • Zvýšenim toku informací na úkor toku látek a energie. • Změnou způsobů spotřeby zboží a skladby potravy, omezením výroby předmětů na jedno použiti, minimalizaci plýtvání potravinami, snížením osobni spotřeby luxusních výrobků náročných na zátěž prostředí. • Vysvětlováním dopadů lidské činnosti na prostředí, výchovou, vzděláváním a osvětou. Problémy k řešení. Uskutečněni uvedených cílů však není a nebude vždy snadné a schůdné. Lze si poměrně dobře představil zlepšení technologií nebo např. zvýšení objemu recyklovaných látek. Velkým problémem ale bude zavedení nebo předání šetrných technologií do rozvojových zemí. Využíváni moderních metod a strojů je významnou výhodou bohatých států. Tato přednost jc vlastně určujícím faktorem jejich bohatství. Předání moderních technologii sice znamená na jedné straně ztrátu této výhody, ale na druhé straně industrializace rozvojových zemí bude míl za následek zvýšení životní úrovně, a tím i zvýšení materiální spotřeby, a tedy i tlak na využívání dalších zdrojů přírody. I kdyby ale bylo zajištěno předání moderních lechnologií do zemí s odlišnými politickými a kulturními podmínkami, velkým problémem bude zajištěni vyškolení a vzděláni odborníků, kteří budou s novými zařízeními pracovat. Ani přesvědčování občanů ke skromnosti a omezení vlastní spotřeby není krátkodobým cílem. V mnoha případech společnost bude řešit nedostatek zvyšováním cen. Je pravděpodobné, že teprve zvýšení ceny energie z klasických zdrojů (spalování fosilních paliv) bude důvodem pro širší zavedeni např. fotovoltaic-kých článků, tepelných čerpadel a dalších, dnes poměrně drahých, alternativních zdrojů energie. Zvýšené užíváni hromadné dopravy v některých zemích Evropy je dnes spíše následek zpomalující se dopravy osobními auty, než rozumného plánování. Pokud se týká informovanosti a osvěty, je důležité, aby zájem projevovali především občané sami. Jen málo oficiálních státních kampani vede k naplněni cíle. Pouhá existence osvětových center podporovaných státem, vydávání letáků 144 145 nebo přijetí zákona o právu na informace o životním prostředí, nestačí. Aktivita občanů je nezastupitelná. 2.10.4 Nástroje společnosti k ochraně prostředí Myšlenka trvale udržitelného rozvoje se neprosadí sama o sobě. Občané musí sami chtít a musí požadovat řešení jednotlivých kroků i od svých parlamentů a vlád. Ke změně způsobu života je třeba využít demokratických nástrojů. Právní normy. Jeden z nejdůležitějšich nástrojů k uskutečňování ekologické politiky jsou právní normy - zákony. Zákony musí zabezpečil ochranu prostředí i zdraví před škodlivinami a stanovit limity, které nelze překročit při vypouštěni látek do prostředí nebo při pozměňování krajiny. V zákonech musí být také jasně určen postih a jeho výše. Ekonomické nástroje. Vedle zákonů na ocliranu prostředí musí stát využívat i ekonomické nástroje, např. nižší daně a cla za zboží a za služby příznivé pro prostředí, a vyšší daně a cla za zboží a služby škodlivější. Stát by měl poskytovat půjčky s nízkými úroky pro zavedení šetrných technologii, dotace hromadné dopravě a finanční podporu recyklačním programům, podporu vědeckých projektů apod. Informační nástroje. Vzdělávání, výchova a osvětová činnost patří mezí nástroje, jimiž mohou státní i nestátní organizace přispívat k šířeni informací 0 ochraně prostředí o významu přírodních dějů pro lidskou společnost. Kromě škol mohou k přenosu informací přispět i různé skupiny a sdružení (v ČR existuje velké množství nevládních center ekologické výchovy) a v neposlední řadě 1 sdělovací prostředky. Důležitou informací je i označování výrobků jako vhodných a šetrných, recyklovatelných nebo vratných. Označováni výrobků jako „ekologických" však může být i reklamním trikem. Důležité je vědět, která značka je udělována na základě řádného oficiálního řízení, obvykle státem řízené instituce nebo nezávislého občanského sdružení, a která n ikoli. V mnoha státech je udělována značka ekologicky šetrného výrobku po důkladném výběru spolupracujících státních a nestátních organizací. Role občana. Udržitelný rozvoj není v žádném případě pouze záležitostí státu. Nelze spoléhat ani na to, že dodržování stanovených cílů budou sledovat a zabezpečí nevládní organizace aktivistů. Ncjdůležitější je vědomí a vůle každého občana a především jeho způsob života. Úspory energie, šetrné zacházeni s věcmi, respektováni přírody a správná osobní životospráva nejen sníží finanční náročnost našeho života, ale pomůže nám i budoucím generacím zachoval Zemi v takovém stavu, v jakém jsme ji zdědili od svých rodičů, nebo dokonce současný stav ještě zlepšit. 146 Qtázky 1. Jaké jsou důkazy omezeností zdrojů ? 2. Které oblasti světa trpí chudobou a které počítá/ne mezi bohaté? Proč? 3. Jak si představujete postupné hospodářské vyrovnání mezi rozvinutými a rozvojovými zeměmi? Jaké faktory hrají důležitou roli? 4. Jaké nástroje k ochraně prostředí mají lidé k dispozici ? 5. Zjistěte, jaké nevládní organizace v blízkosti vaši školy jsou a které z nich pořádají programy pro školy. 6. Vyhledejte, které výrobky často používané v domácnosti maji označení ekologicky šetrný výrobek. Pokuste se najít i dalši značky, které informují např. o složení nebo o původu výrobku, popř. o možnosti jeho recyklace. 147 3 Životní prostředí České republiky Historické, geografické, klimatické, politické, sociální a ekonomické podmínky způsobují, ze ani naše země není ušetřena celé řady problémů, které souvisejí s poškozením životního prostředí. Populace v České republice je již dlouhou dobu stabilizována, a tak mezi hlavní problémy nepatří růst populace, ale spíše způsob využívání přírodních zdrojů, rysy spotřeby a energetická a surovinová náročnost naší výroby. 3.1 Charakteristika území 3.1.1 Klima Česká republika má atlanticko-kontinentální mírné klima s typickým střídáním ročních období. Průměrné roční teploty se pohybuji mezi 1,0 až 9,4 °C (8,8 až 18,5 °C v létě a -6,8 až +0,2 °C v zimě). Povrch země je velmi heterogenní a složitý s velkým množstvím pahorkatin. Roční rozloženi srážek vykazuje spiše kontinentální rysy. Dlouhodobé průměry ročních srážek se pohybují okolo 680 až 690 mm s minimem 410 mm v suchých oblastech a 1 500 mm ve srážkové bohatých, zvláště v horských oblastech. Sněhová pokrývka není stálá. Níže položené oblasti jsou i v zimě obvykle bez trvalé sněhové pokrývky. Na územi republiky naprší ročné v průměru 52,6 km3 vody. Pokud bychom tato čísla přepočetli na vteřinový průtok, dojdeme k hodnotě 1 668 m3.s"'. Veškeré roční srážky tedy nepředstavují více než je průtok Dunaje v Bratislavě, jehož průměrný průtok dosahuje okolo 2 000 mls'. Jelikož naší republikou neprotéká žádný velký tok, nemáme k dispozici žádný jiný zdroj vody než srážky a akumulovanou vodu v nádržích a podzemních rezervoárech. Vodní bilance je úzce závislá na ročních výkyvech srážek a každý srážkový deficit se dřivé nebo později projeví v nedostatku vody. 3.1.2 Obyvatelstvo V ČR žije nyní asi 10,3 mil. obyvatel. Hustota zalidnění je poměrně vysoká, asi 131 obyvatel na km2. Věková struktura obyvatelstva je nerovnoměrná s nápadným podílem věkových tříd v rozmezí 10 až 20 let a 35 až 45 let, a naopak s nízkým podílem dětí do 10 let a kategorie 55 až 60 let, tj. věkových skupin 148 í z prvních let 2. sv. války. Osídleni je ve srovnání s jinými evropskými zeměmi typické velkým počtem malých sídel. Celkem je v České republice více než 15 tis. sídel, přičemž jedno sídlo připadá průměrně na 5,16 km2 krajiny. Oblasti s nejvíce zatíženým životním prostředím se kryjí většinou se sídelními a průmyslovými aglomeracemi. Přibližně 2,5 mil. obyvatel České republiky žije v silně narušeném životním prostředí (Praha, Ostrava, Mostecko-sokolovská oblast, Plzeňsko či Mělnicko). Průměrný věk u mužů je dnes asi 70 let, u žen asi 75 let, což je ve srovnáni s rozvinutými zeměmi Evropy nebo Japonskem o 5 až 8 let méně. Nejčastějšími přičinami úmrtí jsou poruchy oběhového systému, dále novotvary a nemoci dýchacích cest. V oblastech se silně devastovaným prostředím, především v severních Čechách, lze v řadě případů přimo prokázat vztah mezi nízkou kvalitou životního prostředí a zvýšenim výskytu nemocí dýchacího traktu, popř. i snížení imunity či zvýšenou frekvenci výskytu alergických onemocnění dětí. 3.1.3 Výroba Pro celou republiku byla v minulosti charakteristická vysoká spotřeba energie, často i dvakrát vyšší než ve vyspělých státech srovnatelné rozlohy. Státem dotovaná cena energie, která byla získávána především v tepelných elektrárnách spalujících nekvalitní linědé uhlí, a koncentrace na lěžký průmysl (výroba železa, oceli a těžké techniky) byly hlavními důvody postupného zhoršování kvality prostředí již od konce 50. let 20. století. Změnami v ekonomice na konci 80. a na počátku 90. let (především následkem poklesu výroby) se snížila spotřeba, a tedy i produkce energie {obr. 40, tab. 19). Průmysl země se přestal orientovat na energeticky náročná odvětví těžkého průmyslu. Tyto ekonomické změny měly většinou pozitivní vliv na strukturu výroby, a tím i na stav životního prostředí. Tab. 19. Výroba elektrické energie v různých typech elektráren v TWh Typy elektráren Typy elektráren Rok Rok spalovací jaderné vodní spalovací jaderné vodní 1970 33,3 0 1J 1992 45,4 12,3 1,6 1975 44,1 0 1,8 1993 44,7 12,6 1,6 1980 50,26 0 2,4 1994 44 13 1,8 1985 54,1 2,4 1,7 1995 46,3 12,2 2,3 1986 52,58 6,2 1,9 1996 49 12,3 2,4 1987 49 10,7 2,5 1997 49,8 12,5 2,3 1988 50,4 11,8 2,1 1998 1989 51,1 12,4 1,6 1999 1990 48,5 12,6 1,5 2000 1991 47,2 12,1 1,3 149 3.1.4 Doprava - |"f!| illiiillliililllllnl CO CD CTI (d O) ■st- (33 CT> CM CO CD m íl m -r-.,------ DUM __ o -Q) C > f- L_ O vodi jade spal □ EJ [ľ o t-- o t!' —r— o cn „ cn g cd co o> ul CO o U5 r-- o CM MM1 od -(J •e J3 .o Ü tí V České republice byly tradičné využívány různé druhy dopravy. Hustá síť silnie, železnic i rozvinutá lodní doprava na Labi a Vltavě umožňovala pohyb zboží i cestujících po celém území republiky již v minulém století. K bouřlivému rozvoji letecké a silniční dopravy došlo především po 2. sv. válce, a zejména pak po r. 1989. Železnice. Již na počátku 20. století byla délka železničních trati téměř stejná jako v současné době (k r. 1996 celkem 9 435 km). V souladu s poklesem průmyslové výroby se po r. 1990 začaly snižovat požadavky na nákladní dopravu. Nejvýrazněji poklesla přeprava pevných paliv, rud, hutnických a strojírenských výrobků, snížila se i přeprava dalších substrátů (viz tab. 20). Pokles přepravovaných nákladů na železnici stále klesá. Tab. 20. Přeprava zboží v mil. t Rok Železnice Automobily Lodě 1389 192,4 223,5 1990 170,4 173 6,4 1991 132,7 83 5,9 1992 117,3 87,3 5,1 1993 123,7 70,5 4,9 1994 110,2 74,8 4,8 1995 108,9 81 4,3 1996 107,3 78,6 2,9 1997 103,4 71,2 1,6 1998 1999 2000 Silniční doprava. V současné době je na územi České republiky asi 55 500 km silnic, z toho dálnice a čtyřproudé rychlostní komunikace tvoři asi 770 km. V souvislosti s útlumem průmyslové výroby klesá po roce 1990 i objem dopravy materiálů po silnicích. Přibližně od roku 1994 se opět množství přepravovaného zboží a substrátů zvyšuje (tah. 20). Přeprava osob. Současný trend u nás sleduje osobní dopravu a vývoj v zemích Evropské Unie i v dalších vyspělých průmyslových státech světa. Výrazně se zvyšuje přeprava osobními automobily, přeprava osob vlaky a hromadnými dopravními prostředky ve městech klesá (tab. 21, 22). Prudký nárůst počtu osobních automobilů způsobuje nemalé problémy v průjezdnosti silnic, zvláště na hraničních přechodech, ve velkých městech a v jejich okolí. Růst soukromé dopravy má za následek postupný růst znečištění vlivem spalování pohonných hmot 150 151 Tab. 21. Preprava osoh v mestské hromadné dopravě (území ČR v tis. Rok 1985 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 sta rok) autobusy 1 066 283 1 084 686 1 069 699 1 049 284 1 128618 1 066 492 995 059 963 231 834 422 811 154 777 192 Počet prepravených osoh tramvaje 901 390 878 497 866 208 851 244 963 966 883 725 846 279 832 669 749 320 724 838 753 817 metro 335 151 446 088 459 361 472 002 556 503 629 164 554 867 531 402 413 442 406 127 409 761 trolejbusy 171 547 198 481 215 165 218 833 232 058 237 739 239 058 235 496 233 079 236 955 250 387 Tah. 22. Počet osobních automobilů (včetně dodávek) a autobus,, registrovaných v Čes- Rok Osobní a dodávky Autobusy 1970 685 426 13 740 1975 1 198 613 16 402 1980 1 779 425 20 255 1985 2 066 375 23 079 1986 2 123 570 23 403 1987 2 180 871 23 809 1988 2 247 710 24 416 1989 2 330 735 25 646 1990 2 411 297 26 036 Rok 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Osobni a dodávky 2 484 222 2 580 297 2 746 995 2 967 253 3 113 476 3 349 476 3 547 745 Autobusy 26 724 26 552 24 654 22 761 21 912 21 912 20 916 a častější výskyt letního oxidativního smogu. I když přeprava osob letecky postupně vzrůstá, přesto je jen zlomkem přepravy cestujících po silnicích a železnicích. Lodní doprava. Podobně jako klesá výkonnost u železniční dopravy substrátů a zboží, platí totéž pro lodní dopravu. V porovnání se silniční a železniční dopravou představuje lodní doprava pouze jednotky procent váhy a objemu přepravovaných nákladů (viz tab. 20). 3.2 Znečištění složek prostředí 3.2.1 Ovzduší Emise do ovzduší. Hlavními znečišťovateli ovzduší byly již od počátku sedmdesátých let elektrárny, teplárny, průmysl zpracování kovů, chemický průmysl a doprava. Emise SÓ2 vzrostly od r. 1950 do r. 1980 zhruba třikrát. Od r. 1989 do r. 1994 byl zaznamenán pokles téměř o 30 %. V současné době jsou emise SO, již pod úrovní 1 mil. t za rok. Stále však patříme mezi významné znečišťovatele touto škodlivinou v Evropě. Od druhé poloviny 80. let postupně klesá i emise prašného aerosolu a do jisté míry též oxidů dusíku. Emise oxidu uhelnatého a uhlovodíků se nesnižují, stagnují, nebo dokonce mírně vzrůstají (tab. 23, obr. 41). Imise. I když postupně klesá znečistení ovzduší oxidem siřičitým a prachem, koncentrace S02 a prachu v ovzduší často překračují maximální denní povolenou výši znečištění (povolené denní znečištění, tzv. imisní limit, je stanoveno pro 24hodinovou koncentraci oxidu siřičitého i prašného aerosolu na 150 pg na m3). Překročení jsou častá zvláště v severozápadních Cechách, v Praze a na Ostravsku. Imisní koncentrace oxidů dusíku (24hodinový limit pro NOa je 100 pg na nť) se pohybují těsné pod hranicí povoleného ročního limitu. Vzhledem ke stále narůstající intenzitě automobilové dopravy lze ale další nárůst této škodliviny očekávat. Kromě uvedených látek se do ovzduší dostávají nezanedbatelná množství' uhlovodíků vznikajících především při nedokonalém spalování, z nichž velmi nebezpečnejšou polycyklické aromatické uhlovodíky s karcinogenními účinky. Tab. 23. Emise hlavních škodlivin do ovzduší v tis. t Rok Tuhé látky NO x SO, CO Uhlovodíky 1987 951 816 2 164 738 139 1988 840 858 2 066 737 139 1989 673 920 1 998 885 228 1990 631 742 1 876 1 055 225 1991 592 725 1 776 1 102 227 1992 501 698 1 538 1 045 205 1993 441 574 1 419 967 204 1994 344 368 1 270 978 208 1995 201 413 1 091 874 174 1996 179 432 946 886 146 1997 128 423 701 877 181 1998 1999 2000 152 153 Tak 24. Těžba uhli v míl. t Rok Uhlí Rok Uhlí hnědé černé hnědé černé 1937 18,0 16,7 1990 81,7 22,1 1950 27,5 18,5 1991 77,5 25^8 1960 58,4 26,2 1992 68,1 24,7 1980 95,1 28,2 1993 66,0 23,9 1982 97,1 27,5 1994 65,0 22 5 1985 96,6 26,2 1995 56,0 2\fl 1986 97,4 25,7 1996 59,0 21,5 1987 96,4 25,7 1997 58,0 21,0 1988 94,3 25,5 1998 1989 89,0 25,1 1999 2000 Množstvím emisí oxidu uhličitého se radime mezi významné přispěvatele k zesílení skleníkového efektu. Do ovzduší se dostává i celá paleta těžkých kovů pocházejících ze spalovacích procesů, z hutních provozů, z výroby průmyslových hnojiv i z dopravy. Jde většinou o toxické látky. Měrná emise hlavních škodlivin. Hlavní příčinou snížení koncentrace významných škodlivin byl pokles průmyslové výroby na počátku 90. let a s ní související pokles spotřeby energie. Jelikož se většina naši elektrické energie vyrábí v tepelných elektrárnách spalujících málo kvalitní hnědé uhlí (výhřevnost hnědého uhlí se u nás pohybuje mezi 10 až 15 MJ na kg, obsah síry je obvykle mezi 0,3 % až 3 % a obsah popelovin mezi 20 % až 40 % hmotnosti, poklesla významně těžba uhlí (tah. 24, obr. 42). Pozitívni vliv na snížení emisí mají také přijaté zákony na ociiranu ovzduší. Oba tyto faktory však neovlivnily celkové měrné emise (měrné emise = množství vypouštěných škodlivin na obyvatele nebo na plochu území) natolik, abychom se vyrovnali vyspělým státům na světě. Emise téměř všech hlavních škodlivin stále 2 až 4krát přesahují měrné hodnoty na l obyvatele uváděné pro většinu zemí Evropské Unie. 3.2.2 Voda Odběr vody. Nej většími odběrateli vody z povrchových toků jsou energetika, průmysl a vodovody. I když odběry postupně od poloviny SO. let klesaji, pohybuje se odběr jednotlivých uvedených sektorů mezi 600 až 800 mil. w? ročně. Na rozdíl od řady rozvojových zemí jc odběr povrchové vody pro zemědělskou výrobu k zavlažování minimální. Hlavním odběratelem podzemní vody jsou vodovody (okolo 450 mil. m3 za rok). Průmysl, energetika, zemědělství a ostatní resorty nespotřebují více než 100 mil. m3 vody za rok. I zde odběr v dlouhodobé 156 S>1S9 'fo|J?l auaisndzojau i--1-1--1-'-' 1 ^ o o o o o o o g g tf> <=> "> ° «" n m tM m t- t- i|Os a^oiueBjoue lfc\\e\ sudoa 'Apo/v pjpedpo Tah. 25. Spotreba průmyslových hnojiv v kg/ha Rok 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 dusíkatá 99 87 97 103 86 50 50 40 58 56 61 55 Hnojiva fosforečná 78 66 69 67 53 11 11 13 10 15 12 12 draselná 77 71 67 60 47 8 7 11 13 13 8 10 perspektivě postupně klesá. Jeden z velkých problémů představují ztráty pilné vody ve vodovodních sítích (viz obr. 27). Znečištění vody. Od počátku 90. let postupně klesá znečištění vod. Množství vypouštěných nerozpuštěných látek pokleslo v období 1990 až 1995 ze 180 na 80 tis. t za rok, rozpuštěných anorganické soli z 1 000 na 800 tis. t za rok, hodnota BSK5S poklesla ve stejném období ze 160 na 60 tis. t za rok. U ropných látek byl zaznamenán pokles z 1,4 na 0,4 tis. t za rok (obr. 43). Stálým problémem zůstává znečištění sedimentů některých řek těžkými kovy a kontaminace některých velkých rezervoárů podzemních vod. Zlepšeni stavu znečištěni vod podobně jako u ovzduší způsobil pokles průmyslové výroby po r. 1990 a zásadní sníženi spotřeby průmyslových hnojiv v zemědělství (tab. 25). Tomu napomohlo omezeni dotací do zemědělské prvovýroby a výstavba stěžejních čistiren odpadních vod u velkých měst a průmyslových podniků. Jen v období 1992 až 1994 bylo investováno na výstavbu 78 velkých čistíren odpadních vod 13,8 mld. Kč. d-tnľntľľb^ rtff,ba ky,Slíkll,je mn°ŽS,VÍ ^P'i^ného kyshlcu spotřebovaného ja stan- 158 Havárie. Od r. 1988 klesá havarijní znečištění vod. Zatímco v r. 1988 bylo na našem území registrováno 584 havárií (z toho 316 ropných), od r. 1993 se udržuje počet havárií mírně nad 200 za rok. V r. 1995 bylo registrováno 243 havárií, z toho 134 ropných. Hlavním původcem havárií je doprava (přes 20 %) a hlavními přičinami jsou dopravní nehody, nedbalost a technická závada (20 %, 19,5 % a 16 %). Přetrvávajícím problémem zůstává kontaminace sedimentů některých řek a nádrži těžkými kovy a persistentními organickými látkami, např. PCB. 3.2.3 Horninové prostředí a půda Energetické a stavební suroviny. V souvislosti s poklesem průmyslové výroby klesala v průběhu let 1990 až 1993 výrazně i těžba všech zásadních nerudných a energetických surovin (kaolin, jíly, písky a štěrkopísky, sklářské pisky, vápence, stavební kámen, černé uhlí, hnědé uhlí). U všech šlo o poklesy v řádech desítek procent (20 až 50 %). To je zejména významné u hnědého energetického uhli, jehož těžba se v posledních 10 letech výrazně snížila (viz tab. 24). Byla snížena i kriticky nežádoucí těžba uranu v okolí Stráže pod Ralskcm (z 2 500 t v r. 1989 na 6001 v r. 1995). O definitivním ukončení těžby a o zahájení útlumového programu bylo rozhoclmjto v r. 1996. Těžba v chráněných územích. Velké snížení objemů těžených surovin v uvedených odvětvích neznamená, že by prostředí nebylo nadále těžbou ohroženo. Řada provozuje umístěna v chráněných územích (vápenec v Českém a Moravském krasu, kamenivo v Českém středohoři, štěrkopísky na Třeboňsku atd.). Také průzkumné aktivity k vyhledáni nových ložisek (zejména zlata) směřují v mnoha případech do chráněných území (Šumava). Zemědělská půda. Od r. 1950 clo r. 1989 poklesla výměra zemědělské půdy na jednoho obyvatele asi o čtvrtinu (z 0,57 na 0,43 ha na I obyvatele). U orné půdy došlo též k poklesu, a to z asi 0,43 na 0,31 ha na 1 obyvatele. Úbytky zemědělské půdy byly způsobeny výstavbou průmyslových podniků, těžbou surovin, stavbou přehrad, ale také zalesněním některých ploch nevhodných nebo nevyužívaných k zemědělské výrobě. Velké oblasti tak byly zalesněny např. v západním pohraničí. Průměrné hektarové výnosy obilovin ve stejném období vzrostly asi třikrát (z 2 na 6 tun na ha) a spotřeba průmyslových hnojiv stoupla z necelých 50 až téměř na 250 kg na ha (tedy pětkrát). Od r. 1990 však dochází k výraznému útlumu v používání drahých průmyslových hnojiv a pesticidů. Zátěž půdy se tedy postupně snižuje. U všech druhů hnojiv se jejich spotřeba od r. 1989 podstatně snížila (viz tab. 25). 159 3.2.4 Lesy Jak bylo uvedeno v kap. 1.6.5, původním vegetačním pokryvem na území České republiky byly převážně listnaté lesy. Přirozená skladba se vsak s postupnou přeměnou na hospodářské lesy měnila. Původní porosty byly tvořeny převážně bukem (40 %) a dubem (1S %). Z jehličnatých dřevin převládala jedle (16 %). Smrk byl zastoupen v původu ich lesích pouze asi 15 % a borovice 3 %. Současné lesy jsou však z více než 54 % tvořeny porosty smrku a borovice (18 %). Původní dominantní listnaté stromy, buk a dub, nyní pokrývají 6 % plochy lesů v republice. Zastoupení jedle pokleslo na méně než 1 % (tab. 26). Poškozování lesů. Nepřirozená skladba lesů způsobuje řadu problémů. Monokultury smrků jsou často napadány některými drevokaznými druhy hmyzu (lýkožrout smrkový, obaleč modřínový). Lesy trpí hlavně znečištěním ovzduší, oxidem siřičitým v žitně a ozónem v letních měsících. Oslabené porosty jsou náchylné k polomům. V současné době je imisemi poškozeno 70 až 90 % severomoravského, jihomoravského, středočeského a severočeského regionu. Stoprocentní poškození lesů vykazuje východočeský region. Lesy v západočeském a jihočeském regionu jsou poškozeny asi z 15 až 25 %. Se zdravotním stavem Tab. 2r> Zastoupení dřevin v lesích ČR v % Dřevina Zastoupení původní současné plánované smrk 15 55 30 borovice 3 17 20 modřín 1 3 5 jedle 16 1 5 buk 40 6 18 dub 18 6 8 osla tni listnaté dřeviny 7 11 14 celkem 100 100 100 lesa souvisí i tzv. nahodilá (vynucená) těžba dřeva, která představuje v současné době asi 2/3 celkového objemu těžby. Hlavními důvody jsou imisní a polomová poškození. V budoucnu lze předejít poškození lesů pouze výrazným snížením znečištění ovzduší z energetických technologii a zvýšením podílu listnatých dřevin. Se zvyšováním intenzity automobilové dopravy lze v příštích letech očekávat nárůst poškození lesů následkem zvyšování koncentrace ozónu jako průvodního jevu letního oxidačního smogu. 3.2.5 Odpady S aktivitou člověka je spojena i produkce velkého množství odpadů, které představují trvalé nebezpečí pro životní prostředí. Monitorování množství odpadů nebylo v minulosti prováděno ani pravidelně, ani systematicky podle zavedených metodik. Informací o produkci odpadů na území republiky j e tedy poskrovnu. Podle posledních šetření bylo v roce 1994 vyprodukováno v ČR 47 720 tis. t odpadů. Z toho 41,5 % pocházelo z průmyslu, 17,4 % z energetiky, 11,5 % ze zemědělství a lesnictví, 4,2 % tvořil komunální odpad, pouze 0,3 % byl odpad z těžby a 25,1 % byl nespecifikovaný odpad. Odlišné údaje byly zaznamenány pro r. 1995 a 1996 (tab. 27). Rozdíly v údajích ukazují nedokonalou metodu při získávání prvotních dat od původců nebo zpracovatelů odpadů spíše než prudký nárůst produkce odpadů. Odpady jsou u nás zneškodňovány převážně formou skládkování na rozdíl od většiny vyspělých zemi, kde převládá spalováni. Velmi málo odpadů je recyklováno a kompostováno (méně než 5%). Tab. 27. Produkce odpadů podle původu v mil. t Oblast Rok 1996 1995 zemědělství a lesnictví 6,2 5,5 dolování a těžba 2,4 5,0 průmysl 27,0 38,5 energetika 10,6 17,1 komunální odpad 2,0 3,2 ostal n í 25,9 19,8 3.3 Ochrana přírody a krajiny 3.3.1 Historie a současný stav První rezervace na území Čech. Již v první polovině 19. století byly na území Čech založeny přírodní rezervace. Nacházely se v jižních Čechách na území panství Bukwoyů a Schwarzenberků. Patřily k prvním rezervacím v Evropě. ŽojŠnský prales a Hojná voda vznikly v r. 1838, Boubínský prales v r. 1858. Prvním národním parkem v České republice se stal Krkonošský národní park. Zákony na ochranu přírody. V obdobi po druhé světové válce byla ochrana přírody v České republice právně zakotvena vr. 1956 přijetím Zákona o ochraně přírody č. 40/1956. V současnosti platí nová zákonná norma, Zákon o ochraně přírody a krajiny c. 114/1992 Sb. Zákon vymezuje dva typy ochrany přírody -obecnou a zvláštní. 160 161 Obecná ochrana přírody. Pod pojmem obecná ochrana přírody se rozumí ochrana prvků územního systému ekologické stability, významných krajinných prvků (lesy, nivy řek, rybníky a jezera, jeskyně, geologická a paleontologická naleziště a řada dalších útvarů), živých organismů, ale i jeskyni, paleontologických nálezů i krajiny všeobecně. Obecná ochrana přírody se vztahuje na přírodu republiky jako celek. Zvláštní ochrana přírody. Zákonem č. 114/1992 jsou přesné vymezena určitá území a vyjmenovány určité druhy organismů. Jsou to území i druhy, jejíchž ochraně je věnována zvláštní pozornost. Zákon vymezuje celkem 6 kategorií chráněných území: národní park (NP), chráněná krajinná oblast (CHKO), národní přírodní rezervace (NPR), národní přírodni památka (NPP), přírodní rezervace (PR) a přírodní památka (PP). Zákon podporuje výrazně ckosystémovou ochranu biologické rozmanitosti přírody. Druhová ochrana je zajištěna ve vyhlášce č. 395/1992. Ta stanovuje stupeň ohrožení chráněných druhů ve třech kategoriích: kriticky ohrožený druh, silně ohrožený druh a ohrožený druh. Seznam zvláště chráněných druhů obsahuje několik set rostlin (včetně hub) a živočichů. Chráněná území. Chráněná území pokrývají v České republice 11 882 km2, což představuje vice než 15 % plochy státu. Naše země se tak řadí na přední místa v Evropě, vedle Rakouska, Švýcarska a Velké Británie. V ČR jsou 4 národní parky. NP Krkonoše má rozlohu 385 km2, s ochranným pásmem 547 km2. Byl založen v r. 1963. Od r. 1992 jc biosférickou rezervaci UNESCO. NP Šumava je největším národním parkem v republice. Má rozlohu 685 km2, funkci ochranné zóny plní CHKO Šumava s 945 km2. Byl vyhlášen v r. 1991. Od r. 1990 je biosférickou rezervací UNESCO. Nejmenším a nejmladšim národním parkem je NP Podyjí, Byl založen v r. 1991. Jeho rozloha je 34 km2(s ochranným pásmem 63 km2). Nejmladšim NPje odr. 1999 České Švýcarsko. Má plochu 75 km-a rozkládá se na části CHKO Labské Pískovce. Chráněných krajinných oblasti je na našem území 24 (obr. 44). Ostatních chráněných území (tzv. maloplošných chráněných území) je celkem 1 706 (k 1. 1. 1996). Biosférické rezervace. Šest velkoplošných chráněných území má mezinárodni statut biosférické rezervace. Tyto oblasti jsou zahrnuty v celosvětové síti rezervací UNESCO. Patří sem NP Krkonoše a Šumava, CHKO Křivoklátsko, Pálavá, Třeboňsko a Bílé Karpaty. Kromě hlavni ochranářské náplně musí biosférické rezervace plnit i další úkoly. Jde především o pravidelný vědecký výzkum a také o osvětovou činnost směrem k veřejnosti, která do rezervaci přichází za poznánim přírodního bohatství. V současné době je na Zemi okolo 200 biosférických rezervaci. Snahou je zahrnout do této sítě další významné a reprezentativní krajinné oblasti. O významném rozšíření sítě chráněných území v naši republice se neuvažuje. Předpokládá se, že by na území České republiky mohl vzniknout v budoucnu ještě 1 národní park (NP Křivoklátsko ze stejnojmenné CHKO). Dvacet čtyři dnešních CHKO by mohly ještě doplnit chystané CHKO Novohradské hory a Javořická vrchovina. 162 te^y^t^T^ ráj, 9 - Jesene 10 - Jizery hory 11 - Kokoru^o 12 - Křivoklátsko, 13 - Labské pískovce, 14 - L.tovclske pumo.avi 5 - Luz.cke nory, < - Moravský kras, 17 - Orlické hory.lS - Pálavá 19^Poodří, ^^^^ CHKO Šumava, 22 - Třeboňsko, 23 - Zdarské vrchy, 24 -Železné hory, 25 - Krkonošsky národní park, 26 - Národní park Podyjí, 27 - Národní park Šumava 3.3.2 Problémy ochrany přírody v České republice Území naši země je charakteristické vysokou hustotou osídlení, velkým počtem sídel (měst, městeček a vesnic), hustou síti silničních i železničních komunikaci. V současné době u nás najdeme jen málo ploch, které by nebyly využívány pro uspokojování potřeb obyvatel. I v chráněných územích je tedy činnost člověka patrná. Těžba surovin. V řadě chráněných území nebo v jejich okolí probíhá těžba různých surovin. Na Třeboňsku se těží štěrkopísky a rašelina, v Českém středo-hoři stavební kamenivo, v Českém krasu vápenec. Problémy nejsou spojeny pouze s těžbou samotnou, tedy se změnami reliéfu a původních společenstev, ale také s dopravou materiálu, hlukem, prachem apod. Poškození lesů imisemi. Některá chráněná území jsou pod silným vlivem znečištěného ovzduší. Největší ztráty lesů v chráněných územích byly zaznamenány v CHKO Jizerské hory a v národním parku Krkonoše. Také lesy v národním parku a CHKO Šumava jsou poškozeny zvýšenými koncentracemi škodlivin přenášenými ze vzdálených zdrojů. Lesním společenstvům škodí v zimě 163 hlavně oxid siřičitý, který má svůj původ v severočeské oblasti s vysokou hustotou tepelných elektráren. I když dochází k výraznému zlepšení (mnohé elektrárny jsou dnes odsířeny), přesto jsou lesy na severu Cech poškozovány částečně našimi a částečně i polskými zdroji znečištění. V létě poškozuje lesy dálkový přenos ozónu, který vzniká ve velkých městech jako složka oxidativního smogu. Rekreace. Chráněná území jsou zároveň oblastmi turistiky a rekreace. Vysoká návštěvnost Krkonoš, a to jak v létě, ta i v zimě klade na ochranu přírody v tomto národním parku velké nároky. Hlavním problémy způsobuje neukázněnost turistů jak v létě (zkracováni a nerespektování značených cest, užívání horských kol v zakázaných územích), tak v zimě (rozmach hlučných sněžných skútrů, stavba vleků a lanovek apod.). Problémy obecné ochrany přírody zahrnují především rozvoj komunikační sítě, na kterou se vážou stavební aktivity. Podél silnic a v okolí měst vznikají nové zóny skladů, obytných čtvrtí, velkokapacitních prodejen, čerpadel pohonných hmot apod. Dochází tak k fragmentaci stanovišť, kontaminaci škodlivými látkami, hlukem, prachem a také siření nepůvodních druhů rostlin (např. rdesno sachalinské, netýkavka Roilcova). 3.4 Hodnocení ochrany životního prostředí a výhledy do budoucna 3.4.1 Příčiny zlepšování a zhoršování stavu životního prostředí Životni prostředí u nás doznává v posledních letech řadu změti. Je třeba konstatovat, že většina z nich byla pozitivních. Zlepšení situace však nenastalo ve všech případech následkem zlepšené legislativy, zvýšením investic do ochrany prostředí nebo zlepšením přístupu lidí. Zásadní změny nastaly především následkem snížení průmyslové produkce a spotřeby energie. Důležitým faktorem bylo snížení až úplné zrušení státních dotací některých odvětví národního hospodářství (zemědělství, těžkého průmyslu apod.). Zhoršení proti minulým desetiletím je třeba spatřovat zejména ve vysokém nárůstu osobních vozidel a často v živelné výstavbě, zejména v okolí větších měst. Hlavním důsledkem zvyšování osobní automobilové dopravy je opět postupné narůstání koncentrací oxidů dusíku v atmosféře a zvyšování výskytu letního smogu. S novou výstavbou se snižuje rozloha zemědělské půdy a negativně je ovlivňován i charakteristický ráz naší krajiny. 164 3.4.2 Financování ochrany životního prostředí Spolu se snižováním dotací průmyslu a zemědělství se v průběhu devadesátých let zvyšují investice směřující přímo nebo nepřímo do ochrany životního prostředí. Mezi lety 1990 až 1995 se státní výdaje na ochranu prostředí (včetně výdajů za zabezpečení pitné vody pro obyvatelstvo) zvýšily téměř třikrát (z5,lmld. Kčvr. 1990 na 14,9 mld. Kčvr. 1995).Mezi zcela zásadní investice státu patří financování čistíren odpadních vod. Do tohoto sektoru stát investoval v r. 1995 1,3 mld. Kč (v r. 1990 pouze 11,4 mil. Kč.). V r. 1995 bylo v jednotlivých sektorech investováno do ochrany životního prostředí 32 mld. Kč (9,8 mld. do ochrany čistoty vod, 18,1 mld. do ochrany vozduší, 2,7 mld. do odpadového hospodářství, 1 mld. do ochrany před fyzikálními faktory a 0,4 mld. do rekultivací). Celkově se podíl dotací na ochranu životního prostředí ze státního i nestátního sektoru zvýšil od r. 1990 do r. 1995 více než pětkrát (z 6,05 na 32 mld. Kč). I když jde o velmi výrazný nárůst, uvedené hodnoty neodrážejí věrně skutečné investice do ochrany životního prostředí. V tzv. běžných cenách, v nichž se výdaje udávají, totiž není zohledněna meziroční inflace. I když se jeví nárůst finančních objemů značný, je lépe brát v úvahu údaj o výši investic do životního prostředí jako podíl na výši hrubého národního produktu (HDP). V dlouhodobé perspektivě se podíl výdajů na životní prostředí z HDP zvýšil o něco více než dvakrát, z 1,1 % na 2,6 %. Staré ekologické zátěže. Stát bude i v budoucnu nejen stále finančně podporovat průběžné zlepšování stavu prostředí, ale i linancovat a odpovídat za dlouhodobě devastovaná a kontaminovaná území (tzv. staré ekologické zátěže). Patří sem zejména asanace neřízených skládek a odkal išť, dekontaminace podzemních vod v okolí velkých průmyslových a těžebních podniků, náprava škod způsobených těžbou uranové rudy, asanace bývalých vojenských prostor po sovětské okupační armádě, rekultivace po těžbě a také náhrada porostů a škod způsobených na lesích znečištěným ovzduším. Výdaje na odstranění starých ekologických zátěží jsou odhadovány na několik set miliard korun. Otázky 1. Porovnejte údaje o těžbě hnědého uhli a černého uhlí s údaji o emisích hlavních škodlivin a rozhodněte, u kterého druhu paliva ovlivnilo snížení těžby více produkci emisi. 2. Zjistěte z uvedených tabulek, popř. z ročenky životního prostředí České republiky a z dalších statistických publikací, jak se vyvíjely hodnoty přepravovaného zboží po železnici a po silnicích po r. 1989 (pracujte i se staršími vydáními ročenek). 165 3.5 Cím zatěžuje prostředí osobní automobilová doprava? Jaké byly následky snížení státních dotací zemědělství z pohledu ochrany životního prostredia z pohledu zemědělské výroby? Jaké jsou problémy ochrany přírody ve velkoplošných chráněných územích? Uveďte příklady, navrhněte řešení problému. Přehled důležitých zákonů a některých dalších obecně závazných předpisů na ochranu životního prostředí v ČR Životní prostředí všeobecně • Zákon č. 17/1992 Sb., o životním prostředí • Zákon ČNR č. 388/1991 Sb., o státním fondu životního prostředí, ve znění zákona ČNR ě. 334/1992 Sb. • Zákon ČNR č. 282/1991 Sb., o České inspekcí životního prostředí • Zákon č. 123/1998 Sb., opravu na informace o životním prostředí Ochrana přírody a krajiny • Zákon č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny • Zákon č. 16/1997 Sb., o podmínkách dovozu a vývozu ohrožených druhů volně žijících živočichů a planě rostoucích rostlin a dalších opatřeních k ochraně těchto druhů a o změně a doplněni zákona ČNR č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny ve znění pozdějších předpisů • Vyhláška MŽP č. 395/1992 Sb. (ve vazbě na zákon č. 114/1992 Sb. upravuje ochranu druhů organismů) • Další vyhlášky a výnosy ministerstev se týkají zřízeni národních parků, CHKO a chráněných území Ochrana ovzduší • Zákon č. 309/1991 Sb., o ochraně ovzduší před znečišťujícími látkami (zákon o ovzduší), ve znění zákona ě. 218/1992 Sb. a zákona č. 158/1994 Sb. (úplné zněni zákona č. 211/1994 Sb.) • Zákon č. 86/1995 Sb., o ochraně ozónové vrstvy Země • Vyhláška MŽP č. 117/1997 Sb., kterou se stanovuji emisní limity a další podmínky provozování stacionárních zdrojů znečišťování a ochrany ovzduší • Vyhláška MŽP č. 41/1992 Sb., kterou se vymezují oblasti vyžadující zvláštní ochranu ovzduší a stanoví zásady vytvářeni a provozu regulačních systémů a některá další opatření k ochraně ovzduší ve znční vyhlášky č. 279/1993 Sb. • Některé dalši vyhlášky ve vazbě na zákon č. 86/1995 Sb. stanovují např. množství látek poškozujících ozónovou vrstvu Země, které mohou být vyrobeny, dovezeny, nebo užívány v ČR apod. Ochrana vod - vodní hospodářství • Zákon ČNR č. 138/1973 Sb., o vodách (vodni zákon), ve znění zákona ČNR č. 425/1990 Sb., zákona č. 114/1995 Sb., zákona č. 14/1998 Sb. a zákona č. 58/1998 Sb. • Zákon ČNR č. 130/1974 Sb., o státní správě ve vodním hospodářství, ve znění zákona ČNRě. 49/1982 Sb., zákona ČNR č. 425/1990 Sb. a zákona č. 23/1992 Sb., (úplné znění zákona ČNR č. 458/1992 Sb.), ve znění zákona č. 114/1995 Sb. • Zákon č. 58/1998 Sb., o poplatcích za vypouštěni odpadních vod do vod povrchových • Nařízeni vlády ČR č. 171/1992 Sb., kterým se stanoví ukazatele přípustného znečištěni vod ve znění nařízeni vlády ČR č. 185/1996 Sb. • Nařízení vlády č. 27/1975 Sb., o ochraně před povodněmi • Další nařízení vlády a vyhlášky ministerstev upravují například ochranu oblastí přirozené akumulace vod (Jeseníky, Jizerské hory, Šumava, Žďárské vrchy. Orlické hory, Třeboňsko atd.), dále stanovuji povinnosti správců toků, plavbu, provoz veřejných vodovodů atd. Lesní hospodářství • Zákon č. 289/1995 Sb., o lesích a o změně některých zákonů (lesni zákon) • Skupina vyhlášek Ministerstva zemědělství č. 77 až 84/1996 Sb., např. o odnětí nebo omezení lesních pozemků, o lesním hospodářském plánování, o stanovení pásem ohroženi lesů emisemi, o způsobu výpočtu újmu nebo škody na produkčních funkcích lesa, o výsadbě melioračnich a zpevňujících dřevin, o lesní stráži, o udělováni licencí v lesním hospodářství apod. Ochrana zemědělského půdního fondu • Zákon ČNR č. 334/1992 Sb., o ochraně zemědělského půdního fondu (jak vyplývá z doplňků a změn zákona č. 10/1993 Sb.) • Vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 13/1994 Sb., kterou se upravuji některé podrobnosti ochrany zemědělského půdního fondu Ochrana horninového prostředí • Zákon č. 44/1988 Sb., o ochraně a využití nerostného bohatství (horní zákon), ve znění zákona ČNR č. 541/1991 Sb. (úplné znění zákona pod č. 439/1992 Sb.) a změny vyplývající ze zákona ČNR č. 10/1993 Sb. a zákona č. 168/1993 Sb. • Zákon ČNRč. 61/1988 Sb,, o hornické činnosti, výbušninách a ostatní báňské správě, vc zněni zákona ČNR 425/1990 Sb. a zákona ČNR Č. 542/1991 Sb. (úplné znění zákona pod č. 440/1992 Sb.) a zákona 169/1993 Sb. 166 167 • Zákon ČNR č. 62/1988 Sb., o geologických pracích a o Českém geologickém úřadu, ve znění zákona č. 543/1991 Sb. • Další závazné předpisy stanovuji postupy při vyhledáváni, průzkumu a využívání ložisek surovin, o projektováni, provádění a vyhodnocování geologických práci, o zajišťování důlních děl, o chráněných ložiskových územich atd. Odpady • Zákon č. 125/1997 Sb., o odpadech, ve znění zákona č. 167/1998 Sb. • Vyhláška Českého bánského úřadu č. 99/1992 Sb., o zřizování, provozu, zajištění a likvidaci zařízeni pro ukládání odpadů v podzemních prostorech • Vyhláška Ministerstva životního prostředí ě. 337/1997 Sb., kterou se vydává Katalog odpadů a stanovi další seznamy odpadů (katalog odpadů) • Vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 338/1997 Sb., o podrobnostech nakládáni s odpady • Vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 338/1997 Sb., o hodnocení nebezpečných vlastností odpadů • Vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 338/1997 Sb., kterou stanoví výše finanční rezervy na rekultivaci, zajištění péče o skládku a asanaci po ukončení jejího provozu a podrobnosti jejího vytváření a užití Nakládání s chemickými látkami • Zákon č. 157/1998 Sb., o chemických látkách a chemických přípravcích a o změně některých dalších zákonů • Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 250/1998 Sb., o registraci chemických látek • Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 251/1998 Sb., kterou se stanoví metody pro zjišťováni toxicity chemických látek a přípravků • Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 301/1998 Sb., kterou sc stanovi seznam chemických látek a chemických přípravků, jejichž výroba, uvádění na trh a používání je omezeno • Další vyhlášky a předpisy se týkají např. bližších podmínek odborné způsobilosti, zásad správné laboratorní praxe, postupů hodnoceni rizik apod. Posuzování vlivů na životní prostředí • Zákon č. 244/1992 Sb., o posuzováni vlivů na životni prostředí • Vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 499/1992 Sb., o odborné způsobilosti pro posuzování vlivů na životni prostředí a o způsohn orůběhy veřejného projednání posudku 168 Použitá a doporučená literatura Begon, M. - Harper, J. L. - Townsend, C. R.: Ekologie - jedinci, populace, společenstva. Olomouc, Vydavatelství Univerzity Palackého 1997 (český překlad podle 2. vydání). Darwin, Ch.: O vzniku druhů přírodním výběrem. Praha, ČSAV 1953 (český překlad podle 2. kritického vydání). Duvigiieaud, P.: Ekologická syntéza. Praha, Academia 1988. Färb, R: Ekologie. Praha, Mladá fronta 1977 (český překlad podle 3. revidovaného vydání). Friedman, B.: Environmental ecology. The ecological effccts of pollution, disturbance and other Stresses. Secorid edition. California (USA), Academie Press, San Diego 1995. Jeník, J.: Ekosystémy (Uvod do organizace zonálních a azonálních biomú). Praha, Karolinum 1995. Kovář, P: Ekologie krajiny. Praha, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy 1993. Kmlma, K. a kol.: Biosféra a lidstvo. Praha, Academia 1988. Losos, B. - Gulička, J. - Lellák, J. - Pelikán, J.: Ekologie živočichů. Praha, SPN 1984. Miller, G. T., Jr.: Living in the environment. An introduction to environmental science. USA. Wadsworth Publishing Company 1990. Moldan, B.: Příroda a civilizace. Životní prostředí a civilizace. Praha, SPN 1997. Moldan, B.: Životní prostredí - globálni perspektiva. Praha, Karolinum 1994. Moldan, B. - Jenik, J. - Zýka, J.: Životni prostředí očima přírodovědce. Praha, Academia 1989. Odum, E. P.: Základy ekologie. Praha, Academia 1977. Pivnička, K.: Ekologie. Praha, SPN 1986. Pivnička, K. - Bráníš, M.: Úvod do problematiky životního prostředí. Praha, Karolinum 1998. Raup, D. M.: O zániku druhů. Praha, Nakladatelství Lidové noviny 1995. Slavíková, J.: Ekologie rostlin. Praha, SPN 1986. Světová komise pro životní prostředi a rozvoj: Naše společná budoucnost. Praha, Academia 1991. Stuk, M. - Götz, A.: Krajina a životní prostředí pohledem geografie. Praha, ČEU a MZP ČR 1993. Vallin, 1,: Světové obyvatelstvo. Praha, Academia 1992. Wilson, E. O.: Rozmanitost života, Praha, Nakladatelství Lidové noviny 1995. 169