A környezetszennyezés folyamatai 3) immisszió Immisszió: a szennyezı anyag/energia káros hatásának megnyilvánulása Formáa: külsı hatás vagy inkorporáció Alanya: ember, növények, állatok, természeti tárgyak, emberi alkotások Hatások élettelen anyagokra: fizikai átalakulás kémiai változás A közismert környezetkárosító hatások immisszióa összetett: erózió, felmelegedés, sugárzások, za stb. A hatások az átalakult anyag mennyiségével és/vagy a koncentrációváltozásokkal ellemezhetık, gyakran azokkal arányosak. 1
Immisszió hatás biológiai rendszerekre Az immisszió biológiai hatása vonatkozhat ökorendszerre faokra egyedekre A hatás érheti az adott helyen és idıben élı populáció egyedeit szomatikus hatás a következı generáció(ka)t genetikus hatás Az immissziós hatások elleni intézményes védelem az ember kivételével az ökorendszerekre (természetvédelem) és a faokra (diverzitás fenntartása) tered ki. Az embert egyedi védelem illeti meg. (Biodiverzitás Egyezmény 1993. Rio de Janeiro) 2
Immisszió hatás biológiai rendszerekre Példa az összetett hatásra: felszíni víz hıterhelése (erımő hőtıvizének kibocsátása) A felmelegedés akár 4-5 mg/l -rel is csökkentheti az oldott oxigén mennyiségét. Közvetlen hatások: Fokozódik a vízi növények aktivitása, ami az oxigén elvonás fokozódását okozza, a felszínen elterülı magasabb hımérséklető víz pedig az oxigén felvételét akadályozza. Az oldhatóság növekedése következtében az összes sótartalom növekedhet. Fokozódik a vízben levı toxikus anyagok hatása, ezáltal csökken a letális értékhez tartozó koncentráció nagysága. 10 o C-os hımérséklet emelkedés átlagosan megkétszerezi a biokémiai reakciók sebességét. Közvetett hatások: Életelenségek zavarai (légzés fokozódása, fotoszintézis növekedés, egyedfelıdési rendellenességek) A mérgezéssel szembeni csökkenı ellenállás Zavarok a szaporodásban és a kritikus felıdési szakaszokban A populációk összetételének változása 3
Immisszió biológiai rendszerekben Kompartmentek (rekeszek): az inhomogén élettelen rendszerekben (tala, kızet) és az élılényekben meghatározhatók olyan morfológiailag vagy funkcionálisan ól elkülönülı részek, melyekben az inkorporált szennyezés eloszlása homogénnek tekinthetı. Ez a feltételezés ami sok esetben megegyezik a tapasztalattal - a kvantitatív viszonyok leírására arányosságok vagy differenciálegyenletek alkalmazását teszi lehetıvé. 4
Migrációt követı immisszió biológiai rendszerekben Idáig tart a migráció 5
Immisszió biológiai rendszerekben A kompartmentek közötti anyag- és energiaáram leírható: - Krónikus (Folyamatosan fennálló) helyzetben sztatikus arányosságokkal (CF módszer: concentration factors) - Akut (Csak rövid ideig fennálló, pl. baleseti) helyzetben dinamikus differenciál-egyenletekkel (SA módszer: system analysis) A hatás a káros anyag mindenkori koncentrációától függ. 6
Immisszió biológiai rendszerekben CF módszer Példa : takarmányból felvehetı fémionok koncentrációa ember által fogyasztott állati szövetekben c sz = F Q c F Q c sz : koncentráció a szövetben [mól/kg] : takarmány fatáa c : koncentráció a takarmányban [mól/kg] Q: fogyasztás [kg/nap] F: átviteli (transzfer) tényezı [nap/kg] egyensúlyban F függ: a szennyezést képezı vegyülettıl a szennyezést felvevı szövet metabolizmusától c 7
Immisszió biológiai rendszerekben - CF módszer F transzfer együttható te, hús és toás célszövet -re (nap/kg) Elem (vízoldható vegyület) Te (tehén) Hús (tehén) Élelmiszer fatáa Hús (sertés) Hús (tyúk) Toás (tyúk) Kobalt 0,00007 * 0,0001* 0,002 2 0,1 Stroncium 0,0028 0,008 0,02 0,08 0,2 Jód 0,01 0,04 0,003 0,01 3 Cézium 0,0079 0,05 0,24 10 0,4 *: szervetlen vegyületek 8
Immisszió biológiai rendszerekben - SA módszer Egyes növényi részek szennyezettsége egy gyors légköri kontaminációt követıen 9
dc dt i = Immisszió biológiai rendszerekben - SA módszer k i *c k i * c Egyszerő dif. egyenlet az i -edik rekeszre, ahová rekeszbıl van be- és kiárat i Jódkinetikai kompartment modell a szarvasmarha esetén 10
Immisszió biológiai rendszerekben - SA módszer Inkorporáció az emberi szervezetben: belégzés vagy lenyelés útán 1 2 3 át át ki ki ki Belégzés: 3 szekvenciális kompartment: orr-garat (NP), légcsı-hörgık (TB), tüdı (P) finomabb felosztásokat is alkalmaznak Lenyelés-emésztés: 4 szekvenciális kompartment: gyomor (S), Vékonybél (SI), felsı vastagbél (ULI), alsó vastagbél (LLI) 11
Immisszió biológiai rendszerekben - SA módszer dc dt dc dt inkorporáció 1 = cin Q k12.. C k C 2 = k12 C1 k23. C2 k2o. 1 1o kiürülés a 2. kompartmentbe k értékek: sebességi együtthatók. C kilépés a metabolikus rendszerbıl 2 1 C 1 : A szennyezı koncentrációa az 1. kompartmentben [mól/kg] Q bemenı anyagáram [kg/s], [m 3 /s] C 2 : A szennyezı koncentrációa a 2. kompartmentben [mól/kg] Az inkorporáció befeezése után az 1. kompartment egyenletében csak kiürülési tagok maradnak c in : koncentráció a bemenı anyagáramban [mól/kg] 12
Immisszió biológiai rendszerekben - SA módszer Integrálegyenlet és grafikona az 1. kompartmentre. c. Q C = 1 exp( ( k k12 + k1o C [mól/kg] I. szakasz: felvétel és kiürülés ( k ). )) in 1 12+ 1o t C 1,max II. szakasz: kiürülés Hatás: a koncentráció integrálával, azaz az éppen elenlévı káros anyag mennyiségével arányos t [óra] C ( ( k + k ). )) 1= C1,max. exp 12 1o t 13
Immisszió biológiai rendszerekben példák a seti hatásokra A fémtoxicitás molekuláris mechanizmusai 1. A mérgezı fémionok kapcsolódnak az enzimmolekulák funkciós csoportaihoz. [Ólommérgezés vérszegénység - az ólomionok a hemoglobin bioszintézisében ható enzimek mőködését gátolák.] 2. A szükséges fémiont egy mérgezı kiszoríta az enzim aktív helyérıl. [Az alumíniumionok a magnézium aktiválta enzimekben a magnéziumionok helyébe lépnek- foszfátanyagcsere zavar - oszteomalácia (csontlágyulás)] [Kadmium cink versengés, a gyorsabban beépülı, erısebb kötést létesítı kadmiumion válik az enzim integráns részévé - rendkívüli csonttörékenység] 3. Megváltozik a biomolekuláknak a funkció szempontából elınyös térbeli felépítése. [A DNS konformációváltozásának következményei lehetnek: rák, torzfelıdés - kadmium, berillium, higany hatására] 4. A hidrofil fémionból lipofil molekula képzıdhet - be tud utni a setek belseébe. [Higany -baktériumok hatására metilhigany-klorid - súlyos károsodást okoz az agysetekben és a központi idegrendszerben.] 14