Voda

Člověk proti vodě, voda proti člověku

Bangladéš

140 milionů obyvatel147 570 km2

Bangladéš vysoká hustota obyvatelstva

velká chudoba (72 místo z 94 nejchudších zemí světa podle HPI)

Human Powerty Index

definován OSN

1

3213

1

PPPHPI

P1 - pravděpodobnost, že se člověk po narození nedožije 40 let

P2 - procento negramotnosti

P2 - procento lidí bez přístupu ke zdravotně nezávadnému zdroji pitné vody a procento dětí s podváhou

Bangladéš jedna z největších říčních delt na světě

časté ničivé cyklóny, záplavy a sucha

hlavním zdrojem obživy zemědělská výroba

Pitná voda

před rokem 1970 - většina "pitné" vody z mělkých ručně kopaných studní, rybníků a řek vysoké procento případů úplavice, dětské obrny, amébových onemocnění a břišního tyfu, vysoká dětská úmrtnost

program UNICEF - vrtání trubkových studní - podzemní voda bez mikrobů

v roce 2003 - 97% "pitné vody" z podzemních zdrojů (8 - 12 milionů studní)

počet bakteriálních onemocnění poklesl

v roce 1993 první popisy největší epidemie otravy As na světě

www.dainichi-consul.co.jp/english/arsen.htm, “Arsenic Calamity of Bangladesh”, On-line Arsenic Page, Dainichi Consultant, Inc., Gifu, Japan,2000.

BangladéšZdroje arsenu

Teorie 1 - důsledek lidské činnosti

oxidace arsenopyritu (FeAsS) ve zvodnělé vrstvě

pumpováním se sníží hladina vody na úroveň vrstvy bohaté na arsenopyrit

zvodnělá vrstva se nasytí kyslíkem a započne oxidace, při níž se uvolní ve vodě rozpustné sloučeniny As

Kritika

arsenopyrit se obvykle nevyskytuje v horních zvodnělých vrstvách

při oxidaci FeAsS je pravděpodobnější záchyt As v této vrstvě na částicích FeOOH než jeho uvolnění do vody

znečištění As se nevyskytuje v mělkých ručně kopaných studních

BangladéšZdroje arsenu

Teorie 2 - "přirozený proces"

redukce FeOOH - mikrobiální proces

uvolnění zachyceného As

Argumenty pro

koncentrace As ve vodě koreluje s koncentrací rozpuštěného Fe a s koncentrací uhličitanů - produkty redukce FeOOH

potvrzení přítomnosti redukujících bakterií ve zvodnělé vrstvě

Teorie 3 - vliv zemědělské činnosti

zvýšená spotřeba fosfátových hnojiv

vyluhování As rozpuštěnými fosfáty

BangladéšZdravotní následky kontaminace vodních zdrojů As

Rahman 2003 - odhadovaný nárůst počtu nádorových onemocnění (zejména rakovina kůže) v současné generaci v důsledku nadlimitní expozice As - 290 000

Chen and Ahsan 2004 - předpoklad zdvojnásobení počtu úmrtí na rakovinu jater, močového měchýře a plic

Hyperkeratinóza

keratin – vláknitá bílkovina lidského těla zejm. v kůži, nehtech a vlasech, Jeho množství se v buňkách pokožky zvyšuje při jejich rohovatění - keratinizaci, u zvířat je k. rovněž v rozích kráva, koza aj.

nadměrná tvorba keratinu - zrohovatění kůže

Melanóza

melanin – barevná látka pigment obsažená v kůži, vlasech, duhovce oka. Jeho množství určuje zbarvení hnědé oči, černé vlasy a zvyšuje se v kůži vlivem ultrafialového záření, před jehož účinky chrání. Výchozí látkou k syntéze m. je tyrosin.

hyperpigmentace

BangladéšOdstranění As z vody

koagulace, koprecipitace, adsorpce

soli Fe nebo Al s oxidačním činidlem

membránové filtrace

nanofiltrace a reversní osmóza (nevhodné pro silně znečištěné vody, odstraní i jiné minerály, nízká výtěžnost, vysoké provozní náklady)

iontovýměnná filtrace

nevhodné pro vody s vysokým obsahem sulfátů, zasolování půd v místě úpravy

neodstraní As ve formě AsO33-

adsorpce na aktivované alumině

granule Al2O3 s velkým povrchem

největší účinnost při pH 5,5 - 6

fosfáty a fluoridysnižují účinnost adsorpce As

Aralské moře

Aralské moře

Aralské moře před rokem 1960 čtvrté největší jezero světa

plocha 68 km2, objem 1090 km3

průměrná hloubka 16 m, maximální hloubka 58 m, oblasti s hloubkou přes 30 m pouze 4% plochy

dva přítoky - Amu Darya a Syr Darya

salinita 10 g/L (1/3 salinity oceánu)

po roce 1960

rozhodnutí centrálních orgánů SSR o masivním rozšíření ploch pro pěstování bavlníku - díky klimatu nemožné bez masivních závlah

překotné navyšování zavlažovaných ploch - masivní nárůst počtu obyvatel v oblasti

snížení přítoku vody do Aralského jezera - vysychání (90% vody v oblasti na zavlažování)

Indikátory kvality prostředí v oblasti Aralského Moře (Aral Sea Basin)

Indikátor Jednotka 1960 1980 1990 2000Předpověď (2020)OptimistickáPesimistická

Populace

Zavlažovaná plocha

Zavlažovaná plocha

Spotřeba vody

Zavlažování

Spotřeba vody na ha

Spotřeba vody na osobu

HDP

milion

tisíce ha

ha/osoba

km3/rok

km3/rok

m3/ha

m3/osoba

miliardy USD

14,4

4510

0,32

60,61

56,15

12450

4270

16,1

26,8

6920

0,26

120,69

106,79

15430

4500

48,1

33,6

7600

0,23

116,27

106,4

14000

3460

74,0

41,5

7890

0,19

103,8

93,6

11860

2501

54,0

54,054,0

93309330

0,170,17

104,5104,5

86,886,8

93009300

19351935

109109

70,070,0

93009300

0,120,12

117,0117,0

96,796,7

1040010400

16701670

77,077,0

VICTOR DUKHOVNY, GALINA STULINA, The Scientific Information Centre of the Interstate Commission for Water Coordination (SIC ICWC) of Central Asia

Aralské moře vysychání

mezi lety 1960 - 2003 - pokles plochy o 75 % a objemu o 90 %

vzrůst salinity 2 až 6-krát

River inflow to Large Aral 1950 - 2002

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Year

Riv

er

infl

ow

(k

m3/y

ea

r)

Y. Shibuo, J. Jarsjö, G. Destouni, C. Prieto, 2007, Helsinki

Gulnara Roll, 2003

Y. Shibuo, J. Jarsjö, G. Destouni, C. Prieto, 2007, Helsinki

Aralské mořeMechanismus a důsledky vysychání

stavba přehrad na přítocích - vysychání delty - pokles spodní vody

vznik 50 000 km2 silně zasolených pláží - solné bouře transportují sůl až na vzdálenost 1000 km (transport 13 - 231 mil tun soli ročně)

eroze zasolené půdy - prachové bouře

neúnosná kontaminace vody a půdy pesticidy

regionální změny klimatu - přímořské klima se mění na vnitrozemské a pouštní, nárůst průměrné teploty, teplotní rozpětí -30 až +45 °C

vymizení mokřadů - pokles biodiverzity

vyhynutí nejméně 25 druhů ryb

http://www.intute.ac.uk/sciences/worldguide/satellite/2560.jpg

Vzestup průměrné roční teploty v oblasti Aralského moře

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

1901 1911 1921 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 2001Year

Cel

siu

s

annual average10yrs average20yrs average

original data from Climatic Research Unit

Y. Shibuo, J. Jarsjö, G. Destouni, C. Prieto, 2007, Helsinki

Aralské mořeZdravotní následky

97% ze 700 000 žen v Karakalpakstanu - anemie (nutriční důvody), podvýživa spojena i s tuberkulózou

mikrobiální kontaminace vody a hygienické návyky příčinou vysoké četnosti břišního tyfu, úplavice a virové hepatitidy

onemocnění jater a ledvin v důsledku vysoké salinity pitné vody

prach s vysokým obsahem pesticidů pravděpodobnou příčinou respiračních potíží, zánětů oka, a rakoviny hltanu a jícnu

nejvyšší úmrtnost kojenců v zemích bývalého SSR

Mrtvé moře hladina 417 m pod hladinou moře

hloubka 400 m

40 km od Amánu, 35 km od Jeruzaléma (800 m.n.m.)

Řeka Jordán

Déšť90 mm

Vypařování1,500 mm

10% přítok do mrtvého moře

Mrtvé moře - hydrologické poměry

Povrch zaplaveného území

Současnost = 622 km2

Historicky = 1050 km2

Mrtvé moře

Přítok spodní vody

Přítok spodní vody

90% zavlažování a pitná voda

Mrtvé moře

http://siteresources.worldbank.org/INTMENA/Images/RDSRecedingShore.bmp

pokles asi 1m/rok 650 MCM, což je 1/3 spotřeby vody v Izraeli, nebo 1/2 spotřeby vody v Jordánsku

Projekt "Red - Dead sea channel"

Projekt "Red - Dead sea channel"

Red - Dead sea projectMožné dopady míchání vod Mrtvého a Rudého moře - srážení sádrovce (vody se nebudou mísit)

možná destrukce ekosystému Rudého moře - korálové útesy

možná kontaminace zdrojů podzemní vody slanou mořskou vodou - důsledek zemětřesení

možný rozvoj řas a sinic v Mrtvém moři

"Peace Valley" - 3 mil lidí, 200 000 hotelových pokojů

vysoká cena projektu - nutnost spolupráce Izraele a Jordánska

vysoká energetická náročnost provozu

Financováníprojektu Red - Dead sea (výzkum dopadů)

(prosinec 2008, US $ million)

France 4.0Greece 1.0Italy 2.7Japan 2.0S. Korea 1.0Netherlands 1.5Sweden 3.0USA 1.5Total 16.7

Čína - Tři soutěsky

Čína - Tři soutěskyCharakteristika

stavba 1993-2009

výška hráze 185 m, délka hráze 2,3 km

délka vzdutí 660 km, zaplavená oblast 625 km2

při výstavbě přesídleno 1,3 mil lidí

zaplaveno 13 velkoměst, 140 měst a 1350 vesnic

předpokládaný elektrický výkon 22 000 MW (blok Temelína - 1000 MW)

1/9 čínské spotřeby elektrické energie

údajně ušetří spotřebu 30-40 mil tun uhlí ročně

údajné snížení emisí skleníkových plynů o 100 mil tun ročně, oxidů síry o 1 mil tun ročně, ....

snížení emisí prachu a těžkých kovů

http://www.cnn.com/WORLD/asiapcf/9805/08/china.doomed.river/index.html

Čína - Tři soutěskyProtipovodňové opatření

v posledních 100 letech zemřelo při záplavách na Yangze více než 1 000 lidí - přímé oběti + oběti následných hladomorů

Kritika

protipovodňová ochrana a výroba elektrické energie vyžadují jiný režim provozování vodního díla

masivní odlesnění oblasti bude zvyšovat odtok vody z krajiny

v povodňové oblasti masivně stoupla ohrožená populace

změna lokálního klimatu - méně dešťů v přímém okolí přehrady, větší množství srážek v okolních horách

prudká změna hladiny v přehradě - seismické otřesy

eroze půdy - zanášení přehrady sedimenty

sucho na dolním toku řeky - vysychání delty u Žlutého moře (zasolování půdy)

Čína - Tři soutěskyProtipovodňové opatření

Kritika

nejničivější povodeň v oblasti v roce 1998

zahynulo 3 000 lidí, bez domova 14 000 000 lidí

zničeno 25 000 000 ha zemědělské půdy

příčinou masivní odlesnění oblasti při stavbě přehrady

Čína - Tři soutěskyLodní doprava

předpokládané zvýšení lodní přepravy z 10 na 100 mil tun ročně

snížení ceny přepravy o 30 - 35%

zvýšení bezpečnosti dopravy přes oblast soutěsky

http://mvdb.id.au/wp-content/images/three_gorges/17-Three_Gorges_Dam-Ship_Lock.JPG

vliv na čistotu vody?

Čína - Tři soutěskyČistota vody

v zaplavené oblasti zbyly četné továrny, skládky a doly

řeka Yangze byla významnou skládkou komunálního i průmyslového odpadu

3 000 závodů 1 000 mil tun odpadu ročně (9 000 t toxického odpadu)

zpomalení toku ze 4m/s na 0,3 m/s

masivní nárůst populace a průmyslové výroby v oblasti přehrady

horní tok kontaminován P - zemědělská a důlní činnost (zejména přítok Xiangxi)

Čína - Tři soutěskyOhrožené druhy živočichů

likvidace hnízdišť kriticky ohroženého jeřába bílého (Grus leucogeranus)

říční delfín Baiji (Lipotes vexillifer)

jeseter jihočínský (Acipenser dabryanus)

Vodní květ Sinice (Cyanobacteria)

autotrofní prokaryotické organismy

nejstarší fotosynetizující organismy (3,5 miliardy let - prekambrium)

schopnost přežívat v extrémních podmínkách (pouště, horké prameny, polární oblasti)

teplotní rozmezí přežívání (-30 až +85 °C)

200 rodů, několik tisíc druhů

nepohlavní rozmnožování

jednobuněčné i vláknité struktury

Vodní květ Toxiny sinic - cyanotoxiny

obvykle nejsou vylučovány, uvolňují se při rozkladu (lysis) buněčné stěny (smrt buňky)

toxiny se uvolňují zejména ze zestárlé populace a při likvidaci sinic (např. pomocí modré skalice)

produkce toxinů maximální při teplotách mezi 18-25 °C; nízké (10 °C) nebo vysoké teploty (30 °C) snižují produkci toxinů.

vysoká produkce toxinů při extrémních hodnotách pH

při vysoké koncentraci P zvýšená produkce toxinů u kmenů produkujících hepatotoxické látky, kmeny které neváží dusík (Microcystis) produkují toxiny z zejména ve vodách bohatých na dusík

z hlediska toxického účinku hepato-; neuro- a cytotoxiny a iritanty

z hlediska struktury cyklické peptidy (hepatotoxiny microcystin a nodularin); alkaloidy (neurotoxiny saxitoxin a anatoxin) a lypopolysacharidy

Nostoc

Vodní květ Microcystin a nodularin

cyklické peptidy produkované sinicemi rodu Microcystis, Anabaena, Planktothrix, Nostoc a Anabaenopsis (microcystin) a Nodularia (nodularin)

microcystiny (asi 60 kongenerů) jsou ve vodě rozpustné, těžko přecházejí přes buněčnou membránu - facilitovaná difúze

silné hepatotoxiny, promotory tvorby tumorů - podezřelý z jaterní karcinogeneze

perzistentní - ve vodě i ve vyschlé pobřežní pěně přetrvávají měsíce, vydrží var, pomalá degradace vlivem UV záření - rychlejší v přítomnosti huminových kyselin, rozklad některými bakteriemi (Spingomonas - 90% rozklad microcystinu během 2 - 10 dní)

WHO limit pro pitnou vodu 0,01 g.L-1 (odvozeno od rizika jaterní rakoviny - Oberholster et al., 2004)

HCN - LD50 Mouse i.p. 2990 g/kg Aflatoxin B1 - LD50 Rat i.p. 4 200 g/kg

Vodní květ Neurotoxiny

Anatoxin-a

Anabaena (Anabaena flos-aquae), Planktothrix (Oscillatoria), Aphanizomenon, Cylindrospermum a také Microcystis sp.

stabilní ve vodě rozpustný bicyklický amin

účinný agonista acetylcholinu na nikotinových receptorech nervosvalové ploténky - tetanické křeče

chronická expozice nízkým koncentracím - malformace plodu u křečka, zástava růstu

LD50 mezi 200-250 g/kg

Vodní květ Neurotoxiny

Anatoxin-a (S)

Anabaena flos-aquae and Anabaena lemmermannii

přírodní organofosfát - blokáda acetylcholin-esterázy (podobně jako nervově paralytické plyny-viz. soman, sarin ap.)

LD50 okolo 20 g/kg bw (myš i.p.)

Saxitoxin

více známé od mořských dinoflagelát (rudý příliv - otrava mušlemi)

karbamátový alkaloid - blokáda sodíkových kanálů (paralýza)

Vodní květ Dráždivé látky - lipopolysacharidy (LPS)

vnější strana buněčné membrány Gram negativních bakterií

zejména část složená z mastných kyselin má schopnost vyvolávat podráždění a alergické reakce u lidí a zvířat

LPS sinic jsou obvykle méně toxické než LPS bakterií (Salmonela)

LPS - aktivátory makrofágů (produkce cytokinů, růstových faktorů a reaktivních sloučenin kyslíku - ROS)

Balená voda

Balená voda

Environ. Sci. Technol. 2007, 41, 1560-1563