Obciążenie krytyczne

W badaniu zanieczyszczenia powietrza ładunek krytyczny definiuje się jako „ilościowe oszacowanie narażenia na jedno lub więcej zanieczyszczeń , poniżej którego zgodnie z obecnym stanem wiedzy nie występują znaczące szkodliwe skutki dla określonych wrażliwych elementów środowiska ”.

Badania zanieczyszczenia powietrza w odniesieniu do ładunków krytycznych koncentrowały się na zanieczyszczeniach azotem i siarką . Po wyemitowaniu tych zanieczyszczeń do atmosfery są one następnie osadzane w ekosystemach . Zarówno depozycja siarki, jak i azotu może zakwaszać wody powierzchniowe i gleby . Ponieważ dodana kwasowość obniża pH wody, ma to negatywny wpływ na zdrowie ryb i bezkręgowców. Siarka i azot, jako środki zakwaszające, mogą zmieniać zawartość składników odżywczych w glebie poprzez usuwanie wapnia i uwalnianie toksycznego glinu, co dodatkowo wpływa na rośliny i zwierzęta. Depozycja azotu może również działać jako nawóz w środowisku i zmieniać konkurencyjne interakcje roślin, sprzyjając w ten sposób wzrostowi niektórych gatunków roślin i hamując inne, potencjalnie prowadząc do zmian w składzie gatunkowym i obfitości . Depozycja azotu przyczynia się do wzbogacenia w składniki odżywcze ekosystemów słodkowodnych, przybrzeżnych i ujść rzek , co może powodować toksyczne zakwity glonów , śmierć ryb i utratę różnorodności biologicznej . Zanieczyszczenia powietrza wpływają na podstawowe usługi ekosystemowe , takie jak oczyszczanie powietrza i wody, rozkład i detoksykacja materiałów odpadowych oraz regulacja klimatu.

Kiedy depozycja jest większa niż ładunek krytyczny substancji zanieczyszczającej dla określonej lokalizacji, uważa się to za przekroczenie ładunku krytycznego, co oznacza, że ​​fauna i flora jest narażona na zwiększone ryzyko szkód ekologicznych. Niektóre elementy ekosystemu są bardziej wrażliwe na depozycję niż inne; w związku z tym ładunki krytyczne można opracować dla różnych elementów ekosystemu i reakcji, w tym (między innymi) przesunięć okrzemek, wzrostu inwazyjnych gatunków traw, zmian w chemii gleby, pogorszenia zdrowotności lasów, zmienionej i zmniejszonej różnorodności biologicznej oraz jezior i zakwaszenie strumienia.

Historia, terminologia i podejście stosowane do obliczania obciążeń krytycznych różnią się w zależności od regionu i kraju. Poniżej omówiono różnice między podejściami stosowanymi w krajach europejskich iw USA.

Europa

W krajach europejskich ładunki krytyczne i podobna koncepcja poziomów krytycznych były szeroko stosowane w ramach Konwencji EKG ONZ w sprawie transgranicznego zanieczyszczania powietrza na dalekie odległości z 1979 r . Przykładowo protokół z Göteborga z 1999 r. do konwencji LRTAP uwzględnia zakwaszenie (wód powierzchniowych i gleb ), eutrofizację gleb i ozon przygruntowy oraz emisje dwutlenku siarki , amoniaku , tlenków azotu i niemetanowych lotnych związków organicznych ( NMLZO). W przypadku zakwaszenia i eutrofizacji zastosowano koncepcję ładunków krytycznych, natomiast w przypadku ozonu w warstwie przyziemnej zastosowano poziomy krytyczne.

należy najpierw zdefiniować ekosystem docelowy , aw nim (np. las ) zidentyfikować wrażliwy „element” (np. tempo wzrostu lasu). Kolejnym krokiem jest powiązanie statusu tego pierwiastka z pewnym kryterium chemicznym (np. kationów zasadowych do glinu , Bc/Al) oraz granicą krytyczną (np. Bc/Al=1), której nie należy przekraczać. Na koniec należy stworzyć model matematyczny (np. prosty model bilansu masy, SMB), aby można było obliczyć poziomy depozycji, które powodują, że kryterium chemiczne osiąga dokładnie granicę krytyczną. Ten poziom depozycji nazywany jest ładunkiem krytycznym, a różnica między bieżącym poziomem depozycji a ładunkiem krytycznym nazywana jest przekroczeniem.

Na początku ładunki krytyczne były często obliczane jako pojedyncza wartość, np. ładunek krytyczny kwasowości. Obecnie często oblicza się dwuwymiarową funkcję obciążenia krytycznego, przy czym oś x to osadzanie N, a oś y to osadzanie S. Koncepcja obciążeń krytycznych jest stanu ustalonego i dlatego nie zawiera żadnych informacji dotyczących tego, ile czasu potrzeba, zanim efekty staną się widoczne. Uproszczoną ilustracją aspektów dynamicznych jest funkcja obciążenia docelowego, czyli obciążenia, przy którym kryterium chemiczne odzyskuje się przed wybranym rokiem, rokiem docelowym. Zatem dla lat docelowych w najbliższej przyszłości funkcja obciążenia docelowego jest niższa niż obciążenie krytyczne, a dla lat docelowych w odległej przyszłości funkcja obciążenia docelowego zbliża się do funkcji obciążenia krytycznego.

Obliczanie funkcji obciążenia krytycznego i funkcji obciążenia docelowego obejmuje kilka uproszczeń i dlatego można je postrzegać jako koncepcję ryzyka: Im wyższe przekroczenie, tym większe ryzyko wystąpienia niekorzystnych skutków i istnieje pewne ryzyko, że przekroczenie zera nadal będzie prowadzić do niekorzystnych skutków.

Stany Zjednoczone

W Stanach Zjednoczonych, podczas gdy przed 2000 r. różne podmioty dyskutowały o obciążeniach krytycznych, wysiłki były niezależne i chaotyczne. Jednak w 2010 roku, po serii warsztatów na temat obciążeń krytycznych w latach 2003-2005 i powołaniu komitetu ad hoc w 2006 roku, krajowe wysiłki zostały zjednoczone poprzez utworzenie Komitetu Naukowego ds . Program Depozycji ( NADP ). CLAD to wieloagencyjna grupa składająca się z federalnych i stanowych agencji rządowych, organizacji pozarządowych, organizacji zajmujących się badaniem środowiska i uniwersytetów. Cele CLAD to: ułatwienie wymiany informacji technicznych na tematy związane z obciążeniami krytycznymi wśród szerokiego grona odbiorców obejmujących wiele agencji/podmiotów, wypełnienie luk w rozwoju obciążeń krytycznych w USA, zapewnienie spójności w rozwoju i wykorzystaniu obciążeń krytycznych w USA oraz promować zrozumienie podejścia do obciążeń krytycznych poprzez opracowywanie materiałów informacyjnych i komunikacyjnych.

Federalni zarządcy gruntów, tacy jak National Park Service , US Forest Service i US Fish and Wildlife Service , wykorzystują ładunki krytyczne do: identyfikacji zagrożonych zasobów, ukierunkowania badań i działań monitorujących, informowania o planowaniu i innych działaniach związanych z zarządzaniem gruntami, oceny potencjalnego wpływu wzrost emisji i opracować strategie redukcji zanieczyszczeń. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska rozszerza wykorzystanie ładunków krytycznych do ocen i opracowywania zasad, w tym uwzględniania ładunków krytycznych przy ustalaniu krajowych standardów jakości otaczającego powietrza .

Stany Zjednoczone przyjęły dwa podejścia do tworzenia obciążeń krytycznych: empiryczne i ustalone obciążenia krytyczne bilansu masy. Empiryczne ładunki krytyczne są wyprowadzane na podstawie obserwacji reakcji ekosystemów (takich jak zmiany w różnorodności roślin, poziomach składników odżywczych w glebie lub zdrowiu ryb) na określone poziomy depozycji. Zależności te są tworzone za pomocą badań dawka-odpowiedź lub poprzez pomiar odpowiedzi ekosystemu na rosnące gradienty depozycji w przestrzeni lub czasie. Obciążenia krytyczne bilansu masy w stanie ustalonym pochodzą z matematycznych modeli bilansu masy w założonych lub modelowanych warunkach równowagi. Stan stacjonarny może zostać osiągnięty daleko w przyszłości. Modele używane do określania obciążeń krytycznych w stanie ustalonym różnią się pod względem złożoności w odniesieniu do reprezentacji procesu, ale mogą obejmować chemię wody i gleby, tempo wietrzenia gleby mineralnej, dane dotyczące osadzania się i dane dotyczące odpowiedzi ekologicznej.

Azja

W Azji do oszacowania obciążeń krytycznych zastosowano zarówno podejście empiryczne, jak i podejście do bilansu masy w stanie ustalonym. Empiryczne ładunki krytyczne zostały po prostu określone jako poziomy depozycji z raportowanym występowaniem w terenie szkodliwych skutków ekologicznych. Model bilansu masy w stanie ustalonym oblicza obciążenie krytyczne ekosystemu w długim okresie, definiując dopuszczalne wartości pierwiastków wypłukiwanych z ekosystemu.

Chociaż empiryczne ładunki krytyczne azotu zostały dobrze podsumowane dla Europy i Stanów Zjednoczonych, w Azji nadal istnieje duża niepewność ze względu na bardzo ograniczone i krótkoterminowe badania eksperymentalne z zastosowaniem stosunkowo wysokich poziomów azotu. W regionach (np. wschodnie i południowe Chiny), w których historyczna depozycja azotu była już bardzo wysoka, a być może nawet wyższa niż rzeczywisty ładunek krytyczny, badania eksperymentalne mogą nie dać ilościowego określenia ładunków krytycznych, ponieważ nastąpiły już znaczne zmiany ekosystemu. Ponadto wartości ładunków krytycznych mogą się znacznie różnić w zależności od różnych reakcji biologicznych lub chemicznych ekosystemu, takich jak zmiany fizjologiczne, zmniejszona różnorodność biologiczna, zwiększone wypłukiwanie azotanów i zmiany w mikroorganizmach glebowych. Empiryczne obciążenia krytyczne zostały oszacowane dla niektórych lasów i łąk w Chinach, ale wartości dla wielu innych ekosystemów pozostają niezbadane. Wraz z pojawiającymi się eksperymentami polowymi, w najbliższej przyszłości możliwe będzie lepsze oszacowanie obciążeń krytycznych.

W Azji Południowej i Wschodniej, obejmującej Chiny, Koreę, Japonię, Filipiny, Indochiny, Indonezję i subkontynent indyjski, najpierw obliczono i zmapowano ładunki krytyczne w ramach modułu wpływu azjatyckiej wersji Informacji o regionalnym zanieczyszczeniu powietrza oraz model symulacyjny (RAINS-Asia) oparty na podejściu bilansu masy w stanie ustalonym. Następnie w wielu krajach azjatyckich, takich jak Japonia, Rosja, Korea Południowa, Indie i Chiny, obliczono obciążenia krytyczne z wyższą rozdzielczością. Chociaż podobne metody stosowano w Azji, jak w Europie, podejście do bilansu masy w stanie ustalonym zostało ulepszone dzięki uwzględnieniu osadzania kationów zasadowych. Obciążenia krytyczne bilansu masy w stanie ustalonym zostały wykorzystane do wyznaczenia stref kontroli kwaśnych deszczy i stref kontroli zanieczyszczenia dwutlenkiem siarki w Chinach. W niedalekiej przyszłości ładunki krytyczne będą szerzej stosowane do kierowania strategiami ograniczania emisji.

  1. ^ Nilsson, J. i P. Grennfelt. 1988. Ładunki krytyczne dla siarki i azotu. Sprawozdanie z warsztatów UNECE/Rady Nordyckiej, Skokloster, Szwecja. marzec 1988.
  2. ^ ab , Greaver, TL, TJ Sullivan, JD Herrick, MC Barber, JS Baron, BJ Cosby, ME Deerhake, RL Dennis, J.-JB Dubois, CL Goodale, AT Herlihy, GB Lawrence, L. Liu, JA Lynch i KJ Nowak. 2012. Ekologiczne skutki zanieczyszczenia powietrza azotem i siarką w USA: co wiemy? Granice w ekologii i środowisku 10:365-372.
  3. ^ Driscoll, CT, GB Lawrence, AJ Bulger, TJ Butler, CS Cronan, C. Eagar, KF Lambert, GE Likens, JL Stoddard i KC Weathers. 2001. Depozycja kwaśna w północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych: źródła i nakłady, skutki ekosystemów i strategie zarządzania. BioScience 51:180-198.
  4. Bibliografia Linki zewnętrzne _ -W. Erisman, M. Fenn, F. Gilliam, A. Nordin, L. Pardo i W. De Vries. 2010. Globalna ocena wpływu depozycji azotu na różnorodność roślin lądowych: synteza. Zastosowania ekologiczne 20:30-59.
  5. Bibliografia Linki zewnętrzne _ , L. Liu, JA Lynch, KJ Nadelhoffer, SS Perakis, MJ Robin-Abbott, JL Stoddard, KC Weathers i RL Dennis. 2011. Skutki depozycji azotu i empirycznych ładunków krytycznych azotu dla ekoregionów Stanów Zjednoczonych. Zastosowania ekologiczne 21:3049-3082.
  6. . ^ abc Liu , XJ, L. Duan, JM Mo, EZ Du, JL Shen, XK Lu, Y. Zhang, XB Zhou, CE He i FS Zhang 2011. Depozycja azotu i jej wpływ na środowisko w Chinach: przegląd. Zanieczyszczenie środowiska 159:2251-2264.
  7. ^ ab . Duan, L., Q. Yu, Q. Zhang, Z. Wang, Y. Pan, T. Larssen, J. Tang i J. Mulder 2016. Depozycja kwasu w Azji: emisje, depozycja i wpływ na ekosystem. Środowisko atmosferyczne 146:55-69.
  8. ^ Hettelingh, JP, H. Sverdrup i D. Zhao. 1995. Wyprowadzenie obciążeń krytycznych dla Azji. Zanieczyszczenie wody, powietrza i gleby 85(4):2565-2570.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Critical_load&oldid=981088640 ”