Wodny przegląd publikacji (10)

Plastik zalewa współczesny świat, jego mikro- i nanocząstki są wszędzie, a prace dotyczące tego problemu mnożą się jak grzyby po deszczu. Od samego pisania jeszcze nic się nigdy nie poprawiło, ale przynajmniej świadomość problemu rośnie. Dzisiejszy przegląd zaczynamy zatem od doniesień o drobinach plastiku w wodzie butelkowanej, a także o wykorzystywaniu plastikowych odpadów jako muszli przez kraby pustelniki. Ludzkie odpady zmieniają nie tylko zachowania zwierząt wodnych, ale również dietę bocianów – przeczytajcie, co można znaleźć w żołądkach tych ptaków. Przedstawiamy też trzy prace metodyczne – holenderską, do oceny procesów metabolicznych torfu na podstawie ciągłych pomiarów potencjału redoks; polską, do oceny zlewni zbiorników zaporowych pod kątem ograniczania ich pojemności retencyjnej oraz skandynawską, do badania preferencji konsumenckich beneficjentów elektrowni wodnych w kontekście ograniczania ich negatywnego wpływu na środowisko.

1. Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy

Qian N., Gao X., Lang X. et al. (2024). Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences. e2300582121, 121, 3.

W ostatnich dniach kilka portali branżowych przekazało wiadomość o publikacji w czasopiśmie Proceedings of the National Academy dotyczącej cząstek nanoplastiku w wodzie butelkowanej. Niby nic dziwnego. Skoro woda zapakowana jest w plastik, to dlaczego jego cząstki nie miałyby się do niej przedostawać. Skala zjawiska okazała się jednak większa, niż dotychczas sądzono. Nanoplastiki uważane są za bardziej toksyczne niż mikroplastiki, ponieważ ze względu na mniejszy rozmiar (<1 µm) łatwiej przedostają się do organizmu człowieka. Jednak nasza wiedza na ich temat jest nadal bardzo ograniczona, co wynika z braku skutecznych technik analitycznych. Rozwiązania tego problemu podjął się zespół naukowców z Uniwersytetu Columbia z Nowego Jorku, który opracował zaawansowaną technikę obrazowania optycznego do szybkiej analizy mikro- i nanoplastików z niespotykaną dotąd czułością pomiarową.

Naukowcy badali zawartość i charakterystykę tych cząsteczek w wodzie butelkowanej trzech różnych marek, zakupionych w tym samym czasie od dużego dystrybutora. Wyniki wskazują, że w każdym litrze znajduje się średnio ponad 10⁵ cząstek plastiku, z których około 90 proc. to nanoplastiki. To o rząd wielkości więcej niż ilości raportowane dotychczas. Autorzy prezentują też wyniki analizy morfologii i rozkładu wielkości cząstek w zależności od wykorzystanego tworzywa, co umożliwia identyfikację materiałów spotykanych najczęściej i tworzących cząstki różnej wielkości. Na przykład PET i PE, które stosowane są jako materiał opakowaniowy wody butelkowanej, mają podobny rozkłady wielkości drobin, z największym udziałem cząstek stosunkowo dużych (1-2 µm) w porównaniu z innymi polimerami. Inne plastiki, takie jak PA, PP, PS i PVC, które nie są materiałem opakowaniowym, ale identyfikowanym w znacznych ilościach, są najprawdopodobniej wprowadzane przed lub w trakcie produkcji wody. Pamiętajcie o tych wynikach, kiedy następnym razem sięgniecie po butelkę z wodą.

2. The plastic homes of hermit crabs in the Anthropocene

Jagiello Z., Dylewski Ł., Szulkin M. (2024). The plastic homes of hermit crabs in the Anthropocene, Science of The Total Environment, 168959.

Skoro plastik to najbardziej rozpowszechniony obecnie odpad, trudno się dziwić, że ma on szkodliwy wpływ na przyrodę. Polscy biolodzy z uniwersytetów w Warszawie i w Poznaniu podjęli temat nowego zachowania krabów pustelników, polegającego na wykorzystaniu przez te zwierzęta tworzyw sztucznych lub innych materiałów antropogenicznych jako muszli ochronnych. Ponieważ doniesienia literaturowe na ten temat nadal są dość skąpe (przegląd piśmiennictwa ujawnił dotychczas jedynie 4 publikacje), autorzy wykorzystali jako źródło informacji internetową bazę danych iEcology, która umożliwia analizę zdjęć opublikowanych w mediach społecznościowych. Na tej podstawie zidentyfikowali 386 osobników ze sztucznymi muszlami, należących do 10 z 16 gatunków lądowych krabów pustelników. Najczęściej spotykanym materiałem antropogenicznych w muszlach krabów był plastik, a konkretnie białe i czarne plastikowe nakrętki (84,5 proc. zdjęć), następnie metal i szkło. Autorzy słusznie podkreślają jednak, że badania mogą być obarczone błędem subiektywizmu, ponieważ kolor plastiku, kontrastujący z innymi materiałami antropogenicznymi lub naturalnymi, może sprzyjać częstszemu ich fotografowaniu i zwiększa prawdopodobieństwo opublikowania w Internecie.

Według autorów wybór sztucznych muszli może wynikać z czterech, niewykluczających się, mechanizmów, takich jak: sygnalizacja seksualna (sztuczne muszle mogą okazać się bardziej atrakcyjne wizualnie dla samic); waga sztucznych muszli (znacząco mniejsza niż naturalnych); sygnalizacja zapachowa (emitowany przez plastik siarczek dimetylu przypomina zapachem martwe kraby, a woń ta wykorzystywana jest do lokalizacji dostępnych muszli) oraz używanie odpadów jako kamuflażu w zanieczyszczonym środowisku. Autorzy podkreślają potrzebę dalszych badań nad zachowaniami krabów pustelników w celu określenia ich potencjalnego wpływu na trajektorie ewolucyjne.

3. Diet analysis and the assessment of plastic and other indigestible anthropogenic litter in the white stork pellets

Mikula P., Karg J., Jerzak L. et al. (2023). Diet analysis and the assessment of plastic and other indigestible anthropogenic litter in the white stork pellets. Environ Sci Pollut Res.

Ręka do góry, kto – będąc dzieckiem – wierzył, że bociany jedzą żaby. Założę się, że mamy las rąk. A tu niespodzianka – bociany jedzą… śmieci! To ptaki morskie są często wykorzystywane do monitorowania ilości połykanych śmieci, w przypadku ptaków lądowych podobne badania są rzadkością. Ornitolodzy z Niemiec, Czech i Polski poddali analizie materiał (tzw. wypluwki) zebrany latem 2020 r. ze 117 gniazd bociana białego (Ciconia ciconia), rozmnażającego się w południowej i południowo-zachodniej Polsce na terenach rolniczych, z dala od dużych wysypisk śmieci. Szczegółowa analiza wypluwek wykazała, że większość ofiar bociana białego stanowiły bezkręgowce, szczególnie z rzędów Coleoptera, Orthoptera i Hymenoptera, czyli różnego rodzaju chrząszcze i owady. Sucha masa kręgowców w wypluwkach była 3,5 razy wyższa niż masa bezkręgowców i obejmowała ptaki wróblowate, ssaki owadożerne, gryzonie i drobne gady. U ¹/₃ badanych par lęgowych w wypluwkach stwierdzono elementy antropogeniczne i były to głównie plastiki (8,4 proc.), filtry papierosów (6,9 proc.) i szkło (6,4 proc.). Okazuje się, że lądowe sieci troficzne są równie istotną drogą przenoszenia tworzyw sztucznych i innych materiałów antropogenicznych, jak wodne.

4. Redox potential is a robust indicator for decomposition processes in drained agricultural peat soils: A valuable tool in monitoring peatland wetting efforts

Boonman J., Harpenslager S. F., van Dijk G. et al. (2024). Redox potential is a robust indicator for decomposition processes in drained agricultural peat soils: A valuable tool in monitoring peatland wetting efforts. Geoderma, 441, 116728.

W numerze poprzedzającym Dzień Mokradeł (2 lutego) nie może zabraknąć wątku torfowiskowego. Ekosystemy te zajmują zaledwie 3 proc. światowej powierzchni lądów, ale przechowują ponad 20 proc. węgla organicznego. Niemal 14 proc. światowych zasobów węgla, zdeponowanego w glebach torfowych, jest zagrożona degradacją w wyniku osuszania, a rozkład torfu odpowiada za około 2 proc. antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych.

Monitorowanie procesów metabolicznych torfu, zarówno w procesie jego osuszania, jak i ponownego nawodnienia (o czym pisaliśmy też w „Wodnych Sprawach”), stanowi istotne wyzwanie i wymaga opracowania odpowiednich miar i narzędzi pomiarowych. Jednym z bardzo obiecujących wskaźników jest potencjał oksydacyjno-redukcyjny (redoks) torfu. Przydatność tego wskaźnika przetestowali naukowcy z Holandii, którzy przez trzy lata (2020-2022) prowadzili jego ciągłe pomiary in situ z zastosowaniem ponad 150 czujników na 5 rolniczych, osuszonych, mineralotroficznych torfowiskach, z których część podlegała ponownemu nawodnieniu na drodze podniesienia poziomu wód gruntowych. Pomiary te były weryfikowane danymi o składzie chemicznym próbek wody, pobieranych w terenie. Badania wykazały, że chociaż poziom wód gruntowych jest ważnym czynnikiem wpływającym na warunki tlenowe, nie wyjaśnia on pełnej dynamiki i zakresu procesów biochemicznych torfu, natomiast potencjał redoks lepiej odzwierciedlał częstość występowania i zróżnicowanie przestrzenne określonych procesów metabolicznych w glebie. Naukowcy wykazali tym samym, że pomiary potencjału redoks są skutecznym narzędziem do śledzenia procesów metabolicznego rozkładu torfu, a zaproponowana w pracy metodologia ma ogromny potencjał dla poprawy skuteczności monitorowania ilościowego skutków ponownego nawadniania torfowisk.

5. Multi-criteria assessment of factors affecting the reduction of retention capacity of dam reservoirs

Pieron Ł, Absalon D., Matysik M. et al. 2024. Multi-criteria assessment of factors affecting the reduction of retention capacity of dam reservoirs. Elem Sci Anth, 12: 1.

Przeciwdziałanie i ograniczanie zjawiska suszy wiąże się z koniecznością podejmowania szeregu działań, zarówno technicznych, jak i nietechnicznych. Elementami technicznymi jest budowa zbiorników retencyjnych, czyli infrastruktury, która często pełni także inne funkcje, np. jako ochrona przeciwpowodziowa czy obiekt rekreacyjny. Rozwiązanie to ma swoich zwolenników i przeciwników, ale nie zmienia to faktu, że zbiorniki retencyjne funkcjonują na całym świecie, a utrzymanie ich właściwej pojemności jest jednym z podstawowych zadań służących zapewnieniu optymalnej realizacji funkcji, dla których zostały zbudowane.

Do właściwego gospodarowania zbiornikami niezbędne jest rozpoznanie czynników wpływających na zmniejszenie ich zdolności retencyjnej. Hydrolodzy z Uniwersytetu Śląskiego zaproponowali metodykę wielokryterialnej oceny presji antropogenicznych i oddziaływań naturalnych wpływających na redukcję pojemności zbiornika. Swoje analizy oparli na trzech obiektach położonych w południowej części Polski: Goczałkowicach na Wiśle, Rożnowie na Dunajcu i Tresnej na Sole.

Analizę czynników, takich jak użytkowanie gruntów, gęstość sieci hydrograficznej, zagospodarowanie hydrauliczne i nachylenie terenu zlewni prowadzono z wykorzystaniem narzędzi informacji geoprzestrzennej (GIS) w siatce sześciokątnych pól o boku 2 km i powierzchni 2,593 km². System opiera się na trzystopniowej klasyfikacji rangowej każdej cechy, ocenianej w oczku siatki, co umożliwia wskazanie czynników najistotniejszych dla danej zlewni oraz średnią ocenę podatności zbiornika na wypłycanie. Dla trzech analizowanych obiektów kluczowym czynnikiem warunkującym dopływ osadów było nachylenie terenu zlewni. Jak wskazują autorzy, zaproponowane podejście do wielokryterialnej oceny zbiorników może zostać zastosowane i wdrożone w innych częściach kraju, co przyczyni się do utrzymania lub potencjalnego zwiększenia poziomu retencji wody w zbiornikach i ich zlewniach.

6. Estimating the economic value of hydropeaking externalities in regulated rivers

Ruokamo E., Juutinen A., Bin Ashraf F. et al. (2024). Estimating the economic value of hydropeaking externalities in regulated rivers. Applied Energy, 353, 122055.

Energetyka wodna jest jednym z istotnych i elastycznych źródeł energii elektrycznej, ale jednocześnie ma istotny, negatywny wpływ na środowisko. Mogłoby się wydawać, że przeciętnemu człowiekowi bardziej będzie zależało na dostępie do taniej energii niż na zachowaniu walorów przyrodniczych, ale badania ankietowe nad wyceną wartości środowiskowych wskazują, że wcale nie jest to takie oczywiste.

Dowiedli tego naukowcy z krajów skandynawskich (Finlandii, Szwecji i Danii), którzy postawili sobie za cel zbadanie preferencji ludzi w zakresie mitygacji zjawiska tzw. hydroszczytów. Hydroszczyt (ang. hydropeaking) to sposób operowania pracą elektrowni, polegający na gwałtownym uwalnianiu wody turbinowej w okresach szczytów zapotrzebowania na energię. Działanie to, chociaż uzasadnione ekonomicznie, powoduje silne wahania przepływu poniżej zbiornika zaporowego i ma bardzo negatywne skutki dla ekosystemu wodnego. Badania przeprowadzono na rzece Kemijoki w Finlandii. Wzdłuż jej biegu zlokalizowanych jest 16 elektrowni, które całkowicie ograniczyły migrację ryb oraz przyczyniły się do zniszczenia roślinności wodnej i przybrzeżnej. Badanie ankietowe przeprowadzono metodą wyborów dyskretnych na ponad 4 tys. osób mieszkających w zlewni rzeki i poza nią.

Na podstawie 396 uzyskanych odpowiedzi okazało się, że większość respondentów skłaniała się ku ograniczeniu degradującego środowisko reżimu pracy elektrowni i częściej wybierała mniej drastyczne metody alternatywne. Byli oni skłonni zapłacić dodatkowe 29-54 euro rocznie w formie zwiększonych rachunków za energię elektryczną, jeżeli miałoby się to przełożyć na poprawę stanu ichtiofauny rzeki, a także walorów rekreacyjnych i ekologicznych ekosystemu (w tej kolejności). Szacunkowe korzyści wynikające z poprawy stanu środowiska rzecznego po wprowadzeniu takich ograniczeń przewyższały koszty spowodowane zwiększoną emisją dwutlenku węgla. Zaproponowana przez autorów metoda może służyć decydentom i zarządcom wód jako źródło istotnych informacji o wartości ekonomicznej efektów zewnętrznych modyfikacji pracy elektrowni wodnych i dostarczyć wskazówek do zrównoważonego zarządzania rzekami regulowanymi na potrzeby energetyczne.