EUTROFIZACE: PROCES, PŘÍČINY, DŮSLEDKY, ŘEŠENÍ - ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ - 2025

Eutrofizace je nadbytek živin přispěly k tělu vody, vytváří populační exploze řas, sinic a vodních rostlin. Tento jev zase způsobuje pokles rozpuštěného kyslíku ve vodě, a proto ovlivňuje život pod vodou.

Rozpuštěný kyslík se snižuje v důsledku snížené fotosyntézy ponořených řas a rostlin. K tomu dochází jak v důsledku blokování slunečního světla v důsledku proliferace povrchových rostlin, tak i vyšší míry spotřeby kyslíku těmito populacemi.

Akumulace řas eutrofizací.

Eutrofizace může nastat v důsledku přírodních příčin, když se zmenší velikost nebo průtok vodního útvaru nebo výjimečné deště, které přenášejí nutriční zatížení na vodní útvary. Ve většině případů však k eutrofizaci dochází z lidských (antropických) příčin.

Problém eutrofizace roste po celém světě a na více úrovních jej trpí více než polovina světových jezer. Podobně se v důsledku výskytu tohoto jevu šíří mrtvé zóny v mořích a identifikuje více než 700 z nich.

Proces

Eutrofizace začíná přidáním neobvyklého množství živin do vody, zejména dusíku (N) a fosforu (P). Tyto příspěvky mohou pocházet z přírodních i lidských (antropických) zdrojů, ale v každém případě jsou produktem a příčinou ekologické nerovnováhy.

Zvýhodněné organismy

Výjimečný příjem nezbytných živin pro růst rostlin podporuje rozvoj invazivních vodních rostlin a řas. Může se jednat o fytoplankton i o makro řasy a dochází také k proliferaci cyanobakterií.

Šíření řas eutrofizací. Zdroj: Felix Andrews (Floybix)

Tyto organismy mají vysokou rychlost reprodukce a rychle rostou, takže s dostatečným množstvím živin mají konkurenční výhody. Rostou na povrchu vodní hladiny a pokrývají celou plochu.

Světlo

Plovoucí řasy a vodní rostliny, které pokrývají povrch, zabraňují pronikání slunečního světla do spodních vrstev vody. Z tohoto důvodu nemohou ponořené řasy a rostliny fotosyntetizovat a začít umírat.

Rozpuštěného kyslíku

Blokování fotosyntézy pod vodou touto povrchovou proliferací rostlinné hmoty také znamená snížení rozpuštěného kyslíku ve vodě. Kromě toho jsou jiné zdroje rozpuštěného kyslíku, jako je výměna s atmosférou, omezeny v důsledku blokování vyvolaného povrchovou hmotou rostliny.

Poptávka kyslíku

Pod povrchem se zvyšuje aktivita rozkládajících se organismů, zejména bakterií a archaea. To znamená zvýšení poptávky po rozpuštěném kyslíku, což je sníženo.

Zvýšení rozkladné aktivity je důsledkem většího zásobování organickou hmotou v důsledku exploze povrchové populace. Ovlivňuje také nárůst úmrtí podvodních organismů.

Vnitřní příspěvek organické hmoty a vnějšího znečištěného odtoku vyžaduje více kyslíku pro jeho biochemickou stabilizaci (Biochemical Oxygen Demand). Když je nedostatek kyslíku, hromadí se rozložená organická hmota, celý ekosystém prochází krizí a život zmizí.

Příčiny

Eutrofizace je způsobena přísunem živin vyšším, než je obvyklá rovnováha ekosystému. K čemuž může dojít jak z přírodních, tak z umělých příčin, i když první z nich jsou vzácné.

- Přirozené příčiny

V moři

Hluboké proudy studené vody mohou způsobit populaci fytoplanktonu výbuchem tím, že přitahují živiny z mořského dna na povrch (nahoru). Stejně tak jsou řasové květy nebo květy přirozeným jevem způsobeným různými faktory, které podporují růst fytoplanktonu.

Za takových příznivých podmínek dochází k neobvyklému nárůstu populace dinoflagelátů a rozsivek. Některé druhy mikrořas jsou neškodné a prospěšné, ale jiné jsou toxické řasy, jako jsou dinoflageláty rodu Alexandrium.

Tato toxicita je způsobena emisemi toxinů, jako je saxitoxin, ciguatoxin a gonyatoxiny, mikrořasami.

Ve sladké vodě

Řeky v jejich odvození podél kanálu vytvářejí meandry nebo označené křivky, které někdy zůstávají izolované. Tímto způsobem se produkují podkovové laguny, které jsou napájeny dešťovou vodou, odtokem nebo periodickým přetékáním řeky.

V těchto vodních nádržích je vyšší koncentrace živin než řeka, protože nedochází k odtoku. Proto se vyskytují přirozené eutrofizační jevy s množením řas a vodní vegetace.

- Antropické příčiny

Nejdůležitější příčinou eutrofizace dnes je kontaminace vodních zdrojů lidskou činností. Zejména odpadní vody bez dostatečného čištění a rozptýlené znečištění ze zemědělství, které je nejdůležitější na světě.

Hnojiva a pesticidy

Chemická hnojiva sestávají ze sloučenin speciálně vytvořených tak, aby poskytovaly základní živiny pro růst rostlin. Hlavní složení hnojiva zahrnuje dusík (N), fosfor (P) a draslík (K).

Eutrofizace. Zdroj: F. lamiot (vlastní práce)

V zemědělských systémech je aplikace těchto produktů neefektivní, takže téměř 60% je omýváno odtokovou vodou. Tyto živiny končí ve vodních útvarech, jako jsou řeky nebo konečně jezera a oceány, transportované odtokovou vodou.

Městské odpadní vody

Odpadní vody z domácností, kanceláří a továren poskytují velké množství organických látek a anorganických látek, které podporují eutrofizaci. Domácí odpadní vody nesou velké množství organických látek, které, pokud nejsou ošetřeny, se dostanou do vodních útvarů.

Mýdla a čisticí prostředky používané v osobní hygieně, v domácnostech a dalších zařízeních zahrnují také fosforečnany a dusičnany.

Kyselý déšť

Odvětví vypouští do atmosféry plyny obsahující oxidy dusíku. Tyto plyny při reakci s vodní párou produkují kyseliny, které se vysrážejí a dostávají se do vodních útvarů.

Tyto sloučeniny jsou dalším zdrojem dusičnanů, které jsou jednou z hlavních živin podporujících růst rostlin.

Globální oteplování

Nárůst globálních teplot podporuje eutrofizaci, protože teplé vody podporují množení řas a vodních rostlin. Na druhé straně množství rozpuštěného kyslíku klesá úměrně se zvyšováním teploty vody.

- Přispívající faktory

K vývoji eutrofizace přispívají i další faktory, včetně nedostatečné mobility vody, mělké hloubky, nízkého průtoku a vysokých teplot vody. Čím méně vody je ve vodním ekosystému nebo čím je její obnovovací rychlost pomalejší, tím rychleji dosáhne nasycení živin.

Důsledky

Eutrofizace je vážný problém, který postihuje hlavně sladkovodní ekosystémy, ale vyskytuje se také v mořských ekosystémech. Na celém světě má přibližně polovina jezer určitou úroveň eutrofizace a mnoho řek i pobřežních oblastí má kvůli této příčině mrtvé oblasti.

- Zmizení života v ekosystému

Hlavním důsledkem eutrofizace je pokles biologické rozmanitosti v ekosystému a nakonec zmizení vodního života. V raných stádiích přebytek živin podporuje proliferaci napadajících organismů, které za těchto podmínek vykazují rychlý růst a reprodukci.

Eutrofizace v řece Potomac (Spojené státy americké). Zdroj: Alexandr Trubetskoy

Pokud tyto druhy převládají, vysídlují ostatní druhy v ekosystému a snižují jejich biologickou rozmanitost. Jak eutrofizace pokračuje, podmínky na hladině pod vodou se stávají nepříznivými pro život a organismy odumírají.

Tímto způsobem zmizí ponořené ryby, řasy a rostliny, jakož i další vodní organismy kvůli nedostatku kyslíku a světla. Konečným cílem, pokud eutrofizace pokračuje, je téměř úplné zmizení vodního života.

Toxické plyny

Aktivita anaerobních bakterií produkuje toxické plyny, jako je sirovodík, což způsobuje velké úmrtí vodních organismů.

Dopad v celé oblasti

Dopad se vztahuje na suchozemské ekosystémy, protože živé bytosti, které jsou závislé na vodní hladině, zahynou nebo migrují. To je způsobeno jak ztrátou zdroje potravy, tak poklesem kvality pití vody.

- Snížení produkce potravin

V eutrofizovaných oblastech se produkce potravin snižuje s klesajícím rybolovem, protože prvními ovlivněnými organismy jsou ryby. Tito jsou v případě řek a moří nuceni opustit oblast, zatímco v jezerech nakonec zmizí.

- Ztráta zdrojů pitné vody

Pitná voda musí splňovat podmínky kvality, včetně hladiny rozpuštěného kyslíku, pH a nepřítomnosti organických a anorganických nečistot. Když dojde k eutrofizaci, voda v ekosystému snižuje obsah rozpuštěného kyslíku a hromadí velké množství rozkládající se organické hmoty.

To zase poškozuje zdraví a způsobuje špatné pachy a změny barvy, což je neslučitelné s jeho použitím jako pitné vody. PH vody se mění a stává se kyselejší díky přítomnosti organických kyselin.

Zdravotní stav

Veřejné zdraví může být ovlivněno spotřebou pitné vody z eutrofických vodních útvarů. Kromě toho proliferace určitých mikrořas přispívá toxinům do vody a organismů, které ji konzumují.

Podobně nárůst anaerobních bakterií generuje emise toxických plynů, jako je sirovodík a metan.

- Snížení turistické aktivity

Vodní ekosystémy jsou důležitými póly turistické atrakce, vytvářející zdroje práce a místního rozvoje. Tyto přínosy jsou ohroženy eutrofizací, protože ovlivňují jak biodiverzitu, tak krajinné hodnoty oblasti.

- Hospodářské ztráty

V důsledku výše uvedeného vede eutrofizace k velkým ekonomickým ztrátám, pokud jde o snížený rybolov, příjmy z cestovního ruchu a spotřebu vody.

Řešení

Řešení eutrofizace je třeba hledat z hlediska prevence tohoto jevu a jeho nápravy.

- Prevence

Výchozím bodem pro prevenci eutrofizace je povědomí občanů o jeho existenci, příčinách a důsledcích. Občané tak mohou lobovat za přijetí nezbytných opatření.

Vyvarujte se kontaminace vodou

Základním řešením problému eutrofizace z antropických příčin je snížení znečištění vody. Z tohoto důvodu je nutné před vypouštěním do vodních útvarů provést odpovídající čištění domácích a průmyslových odpadních vod.

Je také nutné kontrolovat další nepřímé zdroje znečištění vody, jako jsou emise plynů, které vytvářejí kyselé deště.

Nový model zemědělství a chovu hospodářských zvířat

Znečištění vody způsobené zemědělskými a živočišnými činnostmi je rozptýlené, to znamená, že znečišťující zdroje nelze přesně identifikovat. Takovým způsobem, že řešením problému přínosu znečišťujících látek těmito činnostmi je změna technologických výrobních schémat.

Je zapotřebí zemědělství, které využívá méně vstupů, zejména hnojiv a herbicidů, sloučenin, které přispívají k dusitanům a fosfátům do vody. Zemědělské systémy s uzavřenou cirkulací živin, jako je hydroponie, jsou tak méně znečišťující z hlediska příspěvků do ekosystémů.

Je rovněž třeba věnovat pozornost nakládání s organickým odpadem, sběru a čištění odpadních vod v systémech živočišné výroby.

- Náprava

Jakmile probíhá proces eutrofizace vodního útvaru, existuje několik alternativ k odstranění problému.

Extrakce rostlinné hmoty

Vzhledem k množení plovoucích vodních rostlin, jako je lenna (Lennaceae), bora (Eichhornia crassipes) nebo jiné, je možné provádět programy sběru. To spočívá v masivním odstraňování rostlin z povrchu vodního útvaru pomocí tažných mayů.

Čištění vody

V těžkých případech kontaminace může voda podstoupit očištění recirkulací z vodního útvaru do čistíren.

Biologická kontrola

Existují některé organismy, které konzumují řasy a vodní rostliny, které se proliferují při eutrofizaci. Byly použity heterotrofní pastvy na pastvu, to znamená, že konzumují mikrořasy, aby omezily populace, které se proliferují při eutrofizaci.

Stejně tak byla houba Cercospora piaropi používána ke kontrole eichhorních crassipes, plovoucího angiospermu, který se šíří za eutrofních podmínek.

Chemická kontrola

Způsobení flokulace a vysrážení mikrořas je alternativou, zejména v případech toxických květů řas. Toho je dosaženo přidáním produktů, jako je chlornan sodný (NaOCl), jíly (kaolinit) nebo kombinací, jako je polyaluminiumchlorid, s bentonitem. Tyto produkty přitahují a přilnou k mikrořasám a vytvářejí vločky nebo hmoty, které se poté vysrážejí na dno.

Příklady oblastí s eutrofizací

Eutrofizace v Kaspickém moři. Zdroj: Jeff Schmaltz, tým rychlé reakce MODIS, NASA / GSFC

- Mořské mrtvé zóny nebo oblasti

Program OSN pro životní prostředí naznačuje existenci více než 700 mrtvých oblastí ve světových oceánech. Tyto mrtvé zóny jsou způsobeny nízkou koncentrací rozpuštěného kyslíku v důsledku eutrofizace a jejich odhadovaná plocha je větší než 240 000 km².

Mrtvá zóna Mexického zálivu

Jednou z nejrozsáhlejších mořských mrtvých zón na světě je tzv. Mrtvá zóna Mexického zálivu. Je to více než 20 700 km² moře, které má vážné problémy s eutrofizací, s množením plovoucích makro a mikrořas.

Hlavní příčinou eutrofizace této oblasti jsou znečištěné vody řeky Mississippi, která má ústa v Perském zálivu. Mississippi protéká velkou část zemědělské zóny v Severní Americe a je povodí s velkým množstvím zemědělských znečišťujících látek.

- Černé moře

V tomto vnitrozemském moři mezi Evropou a Asií byl od 70. let 20. století zaznamenán nárůst řas. To má za následek pokles populací mělkých vodních druhů.

Podle informací Evropské agentury pro životní prostředí dochází každé léto v důsledku aktivity řas k hypoxickým a anoxickým jevům. To vše kvůli eutrofizaci živinami poskytovanými zemědělskými a průmyslovými činnostmi v povodí tohoto moře.

Citlivost na eutrofizaci

Vzhledem k tomu, že je vnitrozemské moře, jehož jediným nepřímým oceánským spojením je kanál Bospor, je obnova vod velmi pomalá. To spolu s vysokou úrovní kontaminace v povodích, které ji živí, činí zvlášť náchylnou k eutrofizaci.

Ve skutečnosti se průměrné koncentrace dusičnanů a fosfátů zvýšily 18krát od roku 1960 do roku 1992. Největší podíl znečišťujících látek pochází z povodí řek Dunaj, Dněpr a Dněstr.

- Jezero Valencie

Toto jezero, nazývané také jezero Los Tacariguas, se nachází v severním centru Venezuely o rozloze 344 km². Tvoří endorheické povodí, tedy uzavřené, o rozloze 3140 km². Mnoho z jeho přítoků prochází městy v centru země, jako je Valencie a Maracay, s vysokou populací a průmyslovými zónami.

Povodí Valencie (Venezuela). Zdroj: Fev

Většina městských a průmyslových odpadních vod je vypouštěna do řek přeměněných na odvodňovací kanály bez dostatečného čištění. To má za následek obrovské množství znečišťujících látek, které se hromadily po celá desetiletí, včetně organických a anorganických živin.

Od roku 1974 se koncentrace dusíku zdvojnásobila a fosfor se v jezeře ztrojnásobil. Nachází se nad tím, co je povoleno ve 146% pro dusík a 250% pro fosfor. To vše způsobilo rozsáhlý fenomén eutrofizace, který je nyní velmi pokročilý.

Reference

1. Band-Schmidt, CJ, Bustillos-Guzmán, JJ, López-Cortés, DJ, Núñez-Vázquez, E. a Hernández-Sandoval, FE (2011). Současný stav studie škodlivých květů řas v Mexiku. Hydrobiologické.
2. Calow, P. (Ed.) (1998). Encyklopedie ekologie a environmentálního managementu.
3. Margalef, R. (1974). Ekologie. Vydání Omega.
4. Odum, EP a Warrett, GW (2006). Základy ekologie. Páté vydání. Thomson.
5. Romero, J. (2017). Studium historického chování organických látek a živin přispívaných přítokovými řekami jezera Los Tacariguas. University of Carabobo, Fakulta strojního inženýrství, Ředitelství studií pro absolventy, Magisterské studium environmentálního inženýrství.
6. Ruiz-Vanoye, JA a Díaz-Parra, O. (2015). Shluky mrtvých zón v moři. Science Magazine.
7. Sar, EA, Ferrario, ME a Reguera, B. (Eds., 2002). Škodlivé květy řas v americkém jižním kuželu. Španělský oceánografický ústav.
8. Světový institut zdrojů, eutrofizace a interaktivní mapa hypoxie. (Jak je vidět na 7. února 2020). Převzato z: https: //www.wri.org/our-work/project/eutrophication-and-hypoxia/interactive-map-eutrophication-hypoxia