Aineiden kierto Flashcards
Hiilen kierto lyhyesti
- Yhteyttävät kasvit, levät ja syanobakteerit sitovat erpäorgaanista hiilidioksidin hiiltä fotosynteesissä orgaanisiin yhdisteisiin (esim. glukoosiin).
- Eliöt (kuluttajat) vapauttavat hiilen takaisin epäorgaaniseen muotoon soluhengityksessä. (osa hiilestä menee biomassan kasvattamiseen)
- Eliöiden kuollessa niiden sisältämät orgaaniset hiiliyhdisteet hajotetaan ja hajottajien toiminnan tuloksena hiili vapautuu hiilidioksidina takaisin ilmakehään (ja metaanina esim märehtijät CH4)
Hiilen pitkäaikaisvarastot
fossiiliset polttoaineet (öljy, maakaasu, kivi- ja ruskohiili) = uusiutumattomat energialähteet -syntyneet kun 50-300 milj vuotta sitten eläneiden eliöiden hiiliyhdisteet ovat fossiloituneet kovassa paineessa ja lämpötilassa.
Hiilen lyhytaikaisvarastot
kasvillisuus, maaperä (humus), meret, turve
metaanihydraatti
meren pohjassa, hiiltä sitoutunut metaanihydraatteihin kun anaerobisessa hajotustoiminnassa syntynyt metaani jää vesimolekyylien muodostaman “häkin” sisään.
hiilinielu
= hiilivarasto esim. meret ja meret jotka sitovat hiiltä ilmasta
missä muodossa on suurin osa maapallon typestä?
epäorgaanisena typpikaasuna N2 ilmakehässä
biologinen typensidonta
typpikaasu ei ole suoraan eliöiden käytettävissä (N-N kolmoissidos vahva!) -> tumattomien mikrobien avulla typpi saadaan sidottua ilmakehästä ekosysteemiin
mitkä eliöryhmät voivat sitoa ilmakehän kaasumaista typpeä?
- maaperässä ja kasvien juurinystyröissä elävät typensitojabakteerit
- syanobakteerit
- pelkistävät N2 ammoniakiksi, joka veteen liuetessaan muodostaa ammoniumioneja NH4+
miten salamointi liittyy typen sidontaan?
salamoinnin korkea energia katkaisee N2 kolmoissidoksen, vapaat typpiatomit reagoivat hapen kanssa muodostaen (NOx) typen oksideja, jotka reagoivat veden kanssa muodostaen nitraatteja (NO3-), jotka päätyvät sadeveden mukana maaperään = abioottinen typensidonta
nitrifikaatio
aerobinen prosessi, josta nitrifikaatiobakteerit saavat energiaa (kemosynteesi): hapettavat ammoniumtypen (NH4+) ensin nitriitiksi (NO2-) ja edelleen nitraatiksi (NO3-)
denitrifikaatio
anaerobinen prosessi, jossa denitrifikaatiobakteerit pelkistävät ylimääräistä nitriitti- ja nitraattityppeä (typen oksideiksi, pieni määrä) ja typpikaasuksi, joka vapautuu takaisin ilmakehään
missä muodossa kuolleista eliöistä vapautuva typpi on?
NH4+ (ammoniumioni)
Mitkä kaksi alkuainetta ovat tärkeimpiä kasviravinteita?
Fosfori ja typpi
Mistä ja miten fosfori vapautuu sekä otetaan käyttöön?
Kallioperästä: kallioperän mineraaleista fosforia rapautuu pikkuhiljaa sateen ja auringon säteilyn vaikutuksesta maaperään ja vesistöihin –> syntyy epäorgaanisia fosfaattieja PO4(3-) –> tuottajat muuttavat fosfaatit orgaaniseksi fosforiksi –> kuluttajille –> lopuksi hajottajat vapauttavat sen fosfaatteina maaperään tai vesistöön
rehevöityminen
Liiaallisesta ravinnesaannista (N ja P) johtuva perustuotannon kasvu ekosysteemissä, esim. planktonlevien määrän lisääntyminen
hajakuormitus
maatalouden, metsätalouden, kaukokulkeuman ja haja-asutuksen aiheuttamaa, laajalta pinta-alalta ja eri lähteistä tuleva ravinnekuormitus
pistekuormitus
suurten yksittäisten päästölähteiden, kuten kalanviljelylaitosten, jätevedepuhdistamoiden ja teollisuuslaitosten ravinnepäästöt
rehevöitymisen vaikutuksia
- johtaa muutoksiin ravintoketjuissa, kun toiset lajit runsastuvat ja toiset vähenevät
- esim. veden sameneminen: näköaistin varassa saalistavien lajien ravinnonsaanti vaikeutuu (peto- ja arvokalojen (ahven,hauki,lohi) vähentyminen, särkikalojen runsastuminen)
- matalat järvet ja ranta-alueet voivat kasvaa umpeen
- lisääntynyt eliömäärä ja kuolleiden eliöiden orgaanisen aineen hajottaminen kuluttavat happea vesistöjen pohjaosissa, tämä pahenee talvisin kun veden kierto heikkoa eikä happea liukene ilmakehästä jääpeitteen läpi–>keväällä voi paljastua hapenpuutteen aiheuttamia kalakuolemia
- kesäisin kerrostuneisuus voi aiheuttaa happikatoa kun lämmin pinta-vesi ja viileä pohjavesi ei sekoitu–>voi johtaa sisäiseen kuormitukseen kun sedimenttiin sitoutunut fosfori vapautuu vapautuu veteen hapettomissa oloissa
ulkoinen kuormitus
vesistöön, sen ulkopuolelta valumavesien mukana tulevat ravinteet ja muut vesiekosysteemille haitalliset aineet
sisäinen kuormitus
vesistöjen pohjasedimenttiin kertyneiden ravinteiden (P) ja aineiden vapautumista takaisin veteen hapettomissa oloissa
happamoituminen
= maaperän tai vesistön alentunut kyky neutraloida happoja
- johtuu happamoittavien yhdisteiden laskeumasta
- suomessa kallio-ja maaperä luontaisesti hapan -> matala puskurointikyky -> ekosysteemit herkkiä happamoitumiselle
- rikki ja typpi!
kuivalaskeuma
sis. typen ja rikin oksideja
märkälaskeuma
typen ja rikin oksidit liuenneet veteen, muodostaen typpi ja rikkihappoa
happosade
sadeveden mukana tuleva hapan laskeuma
-sadevesi luontaisesti hieman hapanta (ilman CO2 reagoin veden kanssa muodostaen hiilihappoa)
mistä happamoituminen johtuu
- ilman rikki- ja typpiyhdisteet ja maaperän ammonniakkiyhdisteet
- ihmisen toiminta niiden takana: teollisuus, energiantuotanto, liikenteen päästöt, maatalous
- meren happamoituminen:liukeneva CO2
mitä happamoittuminen aiheuttaa?
Vaikutukset etenkin metsäekosysteemiin:
- ravinteiden huuhtoutuminen pois juurten ulottuvilta
- raskasmetallien liukeneminen maaperästä
- etenkin havupuiden vaurioituminen: neulasten vahakerros vaurioituu joten veden haihtuminen lisääntyy, kasvitaudit, tuholaiset
- rikkidioksidi vaikuttaa suoraan soluihin ja viherhiukkasiin vähentäen fotosynteesiä
- -> harsuuntuminen
Vesiekosysteemiin:
- merten happamoituminen liittyy CO2 tason kasvuun: CO2 liukenee jatkuvasti meriveteen muodostaen hiilihappoa -> pH laskee
1. vesistön pH:n lasku muuttaa raskasmetalleja liukoisiksi (esim. Alumiini aiheuttaa kaloille kidusvaurioita..)
2. kalkkikuoristen eliöiden (äyriäisten ja korallieläinten) kuoren rakentamiseen tarvittava kalsiumkarbonaatti liukenee meriveteen
mikä on hyvä happamoitumisen bioindikaattori?
jäkälä, koska sillä ei ole juuria joten saa ravinteensa sadeveden mukana (siksi ohutpintakerros vain päällä, joka vaurioituu saasteista ja jäkälä katoaa)
monistressiteoria (happamoitumisen yhteydessä)
happamoitumisen monet haittavaikutukset vahvistavat toistensa vaikutuksia
kasvihuoneilmiö
- syntyy kun ilmakehään kertyneet kasvihuonekaasut muoodstavat maapallon ympärille lämpösäteilyä pidättävän kerroksen
- auringosta tuleva säteily läpäisee tämän kaasukehän ja lämmittää maan pintaa, mutta lämmenneen maan tuottama lämpösäteily ei pitempiaaltoisena pääse karkaamaan kaasukehän läpi avaruuteen, vaan heijastuu takaisin ja jää lämmittämään maata
tärkeimmät kasvihuonekaasut
H2O, CO2, CH4, N2O (ilokaasu)
- tärkein luonnollinen kasvihuonekaasu: H2O (ihminen ei kuitenkaan vaikuta tähän, joten tätä ei pidetä ilmastonmuutoksen kannalta tärkeimpänä)
- lisäksi alailmakehän otsoni O3, ja CFC-yhdisteet
paljonko CO2 pitoisuus noussut teollisella ajalla
40%
-vuonna 2019 vähän päälle 400ppm
mitä CFC yhdisteet tekevät?
kloorifluorihiiliyhdisteet
- kylmälaitteissa ja ponnekaasuissa käytetty
- päätyessä ilmakehään, niistä irtoavat klooriatomit hajottavat yläilmakehässä otsonia ja toimivat alailmakehässä kasvihuonekaasuina
tärkeimmät haitalliset aineet (3kpl)
öljy, ympäristömyrkyt, muovi
tärkeimmät ympäristömyrkyt
- raskasmetallit (kadmium, lyijy, elohopea)
- haitalliset orgaaniset yhdisteet (POP-yhdisteet)
- eivät hajoa/hajoavat erittäin hitaasti luonnossa
- haitallisia eliöille jo pieninä pitoisuuksina
kertyminen
hajoamattomien ympäristömyrkkyjen kertyminen eliön kudoksiin sen elämän aikana
rikastuminen
= ympäristömyrkkyjen pitoisuudet kasvavat noustessa kohti ravintoketjun huippua
kadmium ja sen tärkeimmät päästölähteet
- raskasmetalli, joka kertyy maaperästä kasveihin ja elimistössä munuaisiin ja maksaan + myös luustoon)
- päästölähteet: sinkkimalmien jalostuslaitokset, terästeollisuus ja kivihiilen poltto
lyijy ja sen tärkeimmät päästölähteet
- raskasmetalli, joka kertyy hermokudokseen, aiheuttaen hermosto ja kasvuhäiriöitä etenkin kasvuikäisille
- päästölähteet: liikenne, (teräs ja kemian)teollisuus, energiantuotanto sekä metsästyksessä käytetyt lyijyhaulit
elohopea ja sen tärkeimmät päästölähteet
- raskasmetalli, joka kertyy erityisesti vesiekosysteemeissä: kertyy sisävesien petokaloihin esim vanhoissa hauissa voi olla korkeita pitoisuuksia
- eliöillä aiheuttaa kehityksellisiä hermostovaurioita lyijyn tapaan + sydäntauteja, sekä sitoutuu tehokkaasti proteiineihin
- päästöjä enemmän luonnollisista lähteistä, kuin ihmisen toimesta: rapautuminen, tulivuorenpurkaukset, kivihiilen poltto, teollisuus
- vesistöjen anaerobiset bakteerit muokkaavat epäorgaanista elohopeaa orgaaniseksi metyylielohopeaksi, joka rikastuu ravintoketjussa
POP-yhdisteet
= persistent organic pollutants
eli haitalliset orgaaniset yhdisteet
- rasvaliukoisia ja pysyviä, eliöihin kertyviä ja ravintoketjussa rikastuvia
- karsinogeenisiä ja toimivat hormonihäiritsijöinä
-kaukokulkeutuvia eli kulkeutuu ilmavirtausten mukana etenkin napa-alueille
- tärkeimmät POP-yhdiste ryhmät: DDT, PCB-yhdisteet ja dioksiinit
DDT
= Diklooridifenyylitrikloorietaani (DDT)
= ihmisen tarkoituksella valmistama hyönteismyrkky, joka liukenee orgaanisiin liuottimiin ja elimistössä kertyy pääasiassa rasvakudokseen
-haittavaikutuksia: karsinogeeni, akuutti myrkytystila, maksan entsyymien toimintahäiriöt & lisääntymishäiriöt
-kaukokulkeutuu malaria-alueilta!
-kertyy rasvakudokseen
PCB-yhdisteet
= polyklooratut bifenyylit
- ihmisen valmistamia yhdisteitä, jotka nykyisin kielletty
- vapautuminen kuitenkin edelleen kaatopaikkojen vanhoista kylmälaitteista, muuntajista ja kondensaattoreista
- rasvaliukoisia, sitoutuu tehokkaasti maahiukkasiin ja vesistöjen sedimentteihin
- elimistössä kertyvät rasvakudokseen ja maksaan
- haittavaikutukset: lisääntymis- ja kehityshäiriöt, hormonitoiminnan muutokset & karsinogeeni
dioksiinit ( ja furaanit)
ympäristömyrkkyjä, joita ei ole valmistettu tarkoituksella: niitä esiintyy yhdisteiden epäpuhtauksina sekä orgaanisten yhdisteiden ja kloorin reagoidessa erilaisissa poltto- ja teollisuusprosessissa.
- dioksiinit supermyrkkyjä: aiheuttavat eliöstä riippuen kehityshäiriöitä, maksavaurioita ja syöpää + paljon muita fysiologisia vaikutuksia
- kertyy esim. maksaan + useisiin muihin kudoksiin
hormonihäiritsijät
- esim. muoveissa käytetty bisfenoli-A, eräät lääkeaineet, dioksiinit, PCB-yhdisteet ja DDT
- bisfenoli-A muistuttaa kemialliselta rakenteeltaan estrogeenia -> pääsee soluihin estrogeenireseptorin kautta
- aiheuttaa esim. kalojen sukupuolen vaihtumista ja muilla eläinlajeilla lisääntymisongelmia
mistä/mikä rikastumisen yleensä aiheuttaa?
myrkkyjen orgaanisuus (POP-yhdisteet ja metyylielohopea) eli voivat kertyä elöihin tehokkaasti
miten kertyminen ja rikastuminen eroaa toisistaan?
kertyminen eliön kudokseen
rikastuminen: orgaaniset ympäristömyrkyt varastoituvat elöiden kaikkiin kudoksiin, ja päätyvät suurempina määrinä petojen ruuansulatukseen -> sieltä imeytyvät orgaanisuutensa vuoksi tehokkaasti / pääsevät solukalvojen läpi elimistöön (pitoisuudet kasvaa trofiatasolla ylemmäs siirryttäessä)
ilmastonmuutos
kasvihuonekaasujen aikaansaama kasvuhuoneilmiön voimistuminen
ilmastonmuutoksen vaikutukset ja mekanismit
- ilmaston muutos lämmittää merivesiä -> johtaa veden lämpölaajenemiseen
- lämpötilan kohoaminen kiihdyttää jäätiköiden sulamista -> nostaa merenpintaa
- kasvukausi (ajanjakso, jonka aikana vuorokauden keskilämpötila pysyvästi yli +5C) pidentyy -> uusia tuhohyönteisiä, kevään hallayöt vahingoittavat liian aikaisin kasvamaan lähtenyttä kasvillisuutta, sademäärät lisääntyvät
- kuivuuden lisääntyminen tropiikissa -> sadon menetykset, nälänhätä ja metsäpalot
- ääri-ilmiöt lisääntyvät esim. tulvat ja mutavyöryt (yksi syy tähän on el nino-ilmiö, joka on jaksottainen merivirtojen muutosilmiö)
- eliöiden kannalta lämpötilamuutokset eri vuodenaikoina saattavat johtaa muutoksiin mm. talvehtimisessa ja tulokaslajien tulemisessa uudelle alueelle aiheuttaen kilpailua
- hiilidioksidin liukeneminen meriin vähenee jos niiden lämpötila nousee (meret ovat ainakin vielä tärkeitä hiilinieluja)
hiilinielu
hiilivarasto, joka sitoo enemmän hiilidioksidia kuin mitä se tuottaa (meret, kasvillisuus ja suot ovat tärkeimmät hiilinielut)
kasvihuonekaasujen tärkeimmät päästölähteet
- CO2
- fossiilisten polttoaineiden poltto energiatuotannossa ja liikenteessä
- orgaanisen aineen poltto metsien raivauksen, soiden kuivattamisen yms. yhteydessä - CH4
- karjakasvatus: anaerbisten mädättäjäbakteerien toimesta
- kaatopaikat: eloperäisen jätteen hajotessa anaerobisesti
- ikiroudan sulaminen - N2O
- typpilannotteiden käyttö ja maaperän mikrobitoiminta (nitrifikaatio ja denitrifikaatio)
- karjatalous: karjanlanta
- autojen moottorien polttoprosessit ja katalysaattorit - CFC ja HFC
- kaatopaikat: vanhat kylmälaitteet, ponnekaasut, palonestoaineet, vaahtomuovit
mistä pienhiukkaset (ilmansaasteet) ovat peräisin?
- polttoprosessit (liikenne, energiantuotanto ja pienpoltto eli kodin tulisijat)
- katupöly (nastarenkaiden jauhaessa asfalttia ja hiekoitushiekka)
- kaukokulkeuma (esim. metsä ja turvepaloista mutta myös suurkaupunkien päästöistä)
miksi pienhiukkaset ovat vaarallisia?
niihin voi sitoutua haitallisia aineita esim. raskasmetalleja ja hiilivetyjä, ja niillä on erittäin hyvä kyky kulkeutua syvälle hengitysteihin
mitä häkä tekee ja miten sitä syntyy?
voi aiheuttaa häkämyrkytyksen: häkä syrjäyttää hapen punasoluissa, jolloin hapenpuute aiheuttaa pahoinvointia, päänsärkyä, hengenahdistusta ja lopulta tajuttomuutta
häkää syntyy epätäydellisestä palamisesta
mitä vaikutuksia otsonilla fysiologisesti? mistä otsonia vapautuu “ihmisten ilmoille”?
- hengitysteissä se vaurioittaa soluja ja vaikeuttaa kaasujen vaihtumista keuhkoissa -> aiheuttaa pahoinvointia, päänsärkyä, hengenahdistusta ja väsymystä
- silmien limakalvot: silmien punoitus ja vuotaminen
- voi pahentaa astamaa ja mahdollisesti aiheuttaa syöpää
- otsonia vapautuu ilmaan liikenteen pakokaasuista
mitä haittaa öljystä on ympäristölle/eliöille?
- öljyn kertyminen turkkiin/höyhenpeitteeseen
- > lämmöneristyskyvyn menetys - öljy sisältää PAH-yhdisteitä, jotka rasvaliukoisena pääsee suoraan soluun sisälle (karsinogeenejä)
- rantojen pilaantuminen (vuodessa n. 150 pientä öljyonnettomuutta)
mistä ftalaatteja ja bisfenoli-A:ta tulee?
näitä irtoaa mikromuovista elimistössä
biosidi
torjunta-aine/pieneliöitä sisältävä tuote, jolla torjutaan haitallisia eliöitä
neonikotinoidi
tuholaismyrkyissä käytettävä tehoaine luokka (myrkyllinen etenkin pölyttäjille kuten mehiläisille)
esim. glyfosaatti, joka on rikkakasvien torjunnassa maailmanlaajuisesti käytetty
feromoni
ihmisen tai eläimen lähettämiä kemiallisia viestiaineita, jotka vaikuttavat saman lajin muiden yksilöiden käyttäytymiseen tai hormonitoimintaan.
voidaan hyödyntää tuhohyönteisten torjuntaan tekemällä tuhohyönteisiä houkuttelevia feromoniansoja
kiertoviljely
viljakasvin vaihto vuosittain, jotta talvehtivien tuhohyönteisten munista ja koteloista ei ole haittaa kun viljakasvi on vaihtunut toiseen koska ne ovat erikoistunut yleensä tiettyyn viljakasviin vaan
kateviljely
pellon tai kasvimaan paljaat multa-alueet peitetään esim. ruoho tai olkisilpulla, joka estää rikkakasvien itämistä
intergoitu torjunta
sekä biologisten että kemiallisten torjuntakeinojen hyödyntäminen (viljelyssä)
