Wydano z pomocą finansową Polskiej Akademii Nauk
TR EŚĆ ZESZY TU 11 (2191)
S z a b u n i e w i c z B., N arząd chłodzący k re w d o p ły w a ją c ą do mózgu . • 245 R c ś c i s z e w s k a E., K o profagi i p ad lin o że rc y w śród chrząszczy . . . . 248 W ó j c i k i e w i c z M., P a p a t e o d o r u D., P rz y ro d n ic z e s k u tk i zanieczysz
czenia w ód słodkich ściek am i p rze m y sło w y m i i m iejsk im i . . . . 252 L a c h H., K r a w c z y k S., D z i u b e k K., L i p o f u s c y n y ...256 E p l e r P., B i e n i a r z K., R z ad k ie f o rm y ro zro d u i ró żn ic o w an ie się płci
u ry b ... 258 K o s t r a k i e w i c z L., P ię tra k lim a ty c z n e w P ien in a ch polskich . . . . 260 Ż y ł k a A., Ż ółw z i e l o n y ...262 R e m b a l s k i A., E d m u n d M assalski i św ięto k rzy sk i ośro d ek p rzyrodniczy 263
D robiazgi przy ro d n icze
Z m ian y w tra n sp o rc ie zaw iesiny p o w o d o w an e działalnością gospodarczą (J. D u d z i a k ) ... 265 Je z io ra P litw ic k ie (K. S z u lc z y ń s k i ) ... 266 P ad lin o żern o ść u żółwi greck ich tŁ. B orow iec, D. T arn a w sk i) 267
R o z m a ito ś c i... ...
R ecenzje
V. F r e n y ó : T ajem n ic e życia ro ślin (A. P a s z e w s k i) ...269 T he O rb is E ncyclopedia of B ird s of B rita in an d E uropę (A. Ja siń sk i) 270 J. C l o u d s l e y - T h o m p s o n ; A n im a l M ig ratio n (A. Ja siń sk i) . . 271 C h ro ń m y p rzy ro d ę ojczystą (Z. M )... 271
S p i s p l a n s z
la . LE L EK K O ZO D O J C a p rim u g u s europaeus L. F ot. W. P u ch alsk i Ib. PAR A K RZY ŻÓ W EK A n a s p la ty rh y n c h o s L. Fot. W. P u ch alsk i
II. D RZEW O STA N ŚW IER K OW Y w lesie k o m u n a ln y m m ia sta B ytom ia, zam ie
ra ją c y pod w p ły w em przem y sło w y ch zanieczyszczeń p o w ietrz a. Fot. W. R aw ieki I lia . ŻU RA W IN A BŁO TN A O xyco ccu s ą u a d rip e ta lu s G ilib. Fot. Z. Zwoilińska I llb . BAŻYNA C ZA RN A (ow ocująca) E m p e tr u m n ig ru m L. F ot. Z. Z w olińska
IV. JEZIO R O LU BY G O ŚC — re z e rw a t p rz y ro d y w le śn ic tw ie M irachow o k. K artuz.
Fot. J. M asicki
O k ł a d k a : P IE S IE C A lo p e x lagopus w szacie zim ow ej. S p itsb erg en . Fot. A. B a
liń sk i
O R G A N P O L S K I E G O T O W A R Z Y S T W A P R Z Y R O D N I K Ó W IM. [ K O P E R N I K A
(Rok założenia 1875)
LISTOPAD 1979 ZESZYT 11 (2191)
BOŻYDAR SZABUNIEW ICZ (G dańsk)
NARZĄD CHŁODZĄCY KREW DOPŁYW AJĄCĄ DO MÓZGU
P ta k i i ssaki są zw ierzętam i hom ojoterm i- cznymi. T em peratura ich ciała jest term o- regulacyjnie utrzym yw ana n a poziomie stałym , w pew nym stopniu niezależnie od tem peratu
ry otoczenia. Do zjawisk życiowych trudnych do w ytłum aczenia należy zdolność zachowywa
nia stałej tem peratury zwierząt, których skóra jest p o k ry ta „ciepłym ” futrem i które żyją w obszarach pozostających w dzień pod dzia
łaniem silnej insolacji. Owca, wielbłąd, antylo
pa nie mogą, jak gryzonie, schronić się do nory przed grzejącym działaniem słońca. Mimo te r
micznie izolującego futra, zw ierzęta te spraw nie oddają otoczeniu ciepło produkow ane w ich w nętrzu w przem ianach metabolicznych.
W w ysokiej tem peraturze otoczenia odda
wanie ciepła drogą przewodzenia i promienio
w ania jest nikłe lub niemożliwe. Pozostaje tym zw ierzętom tyliko korzystanie z chłodze
nia parow aniem . Ilość ciepła oddawanego tym sposobem zależy od wielkości powierzchni zwil
żonej wodą i konw ekcji pow ietrza. S traty cie
plne mogą zachodzić ze skóry zwilżanej w y-
Egz. ob, ^ \ % \ )
dzieliną gruczołów potowych, albo z pow ierz
chni dróg oddechowych osuszanych w entyla
cyjnym powietrzem. Koń poci się w ydatnie i jego główną fizjologiczną „chłodnicą” jest powierzchnia skóry. Pies nie poci się, a jego chłodnicą są płuca i prowadzące do nich drogi oddechowe. Przy w spółdziałaniu przystosowań term oregulacyjnych powierzchnie te umożli
w iają pozbywanie się ciepła przem ian spoczyn
kowych naw et w tem peraturach bliskich lub nieco wyższych od tem p eratu ry organów we
w nętrznych.
Szczególne dalsze trudności sta ją przed gos- poidanką cieplną ustroju, gdy przem iany ulega
ją przyśpieszeniu na skutek w ytężonej pracy fizycznej, na przykład w ucieczce przed dra
pieżcą, albo w pogoni za zdobyczą. Poziom ustrojow ych przem ian podnosi się wówczas 10, 20 i więcej razy w porów naniu ze spoczynko
wym. Problem przegrzania organizmu staje się
ostry. Jeśli oddawanie ciepła na zew nątrz jest
utrudnione, zwierzę okazuje się niezdolne do
długotrwałego w ysiłku. Tak jest na przykład
z królikiem albo z am erykańskim strusiem pam - pasowym reą (Rhea). Dłuższy bieg zabija wów
czas zwierzę. Nowsze spostrzeżenia w ykazują, że o ile źródłem ciepła w p racy są kurczące się mięśnie, o tyle organem szczególnie w rażliw ym na przegrzanie okazuje się mózg.
Poziom przem ian tkanki mózgu jest wysoki.
O rgan ten produkuje znaczne ilości energii i jego tem p eratu ra, tak u zw ierząt jak u ludzi, jest o parę dziesiątych stopnia wyższa od tem p e ra tu ry k rw i tętniczej dopływ ającej do móz
gu. K rew jest dla mózgu środowiskiem chło
dzącym. Doświadczalne ożywienie przepływ u krw i przez mózg, łatw e do w yw ołania poda
niem do oddychania pow ietrza o zaw artości kilku procent C 0 2, obniża różnicę tem p eratu ry pom iędzy tkankam i mózgu a dopływ ającą do nich krw ią. Gdy podczas ciężkiej p racy fizy
cznej te m p eratu ra ciała zw yżkuje, te m p eratu ra mózgu podnosi się również, u trzym ując się znowu nieco ponad poziomem tem p eratu ry krw i tętniczej. Niedawne doświadczenia C. R- Taylora i C. P. Lym ana w ykonane w A fryce na tam tejszych dw ukopytnych w ykazały, jak bardzo różna może być gospodarka cieplna ssaka, zakłócona w zrostem produkcji energii zachodzącym podczas biegu.
D iagram na ryc. 1 przedstaw ia zm iany tem p e ra tu ry ciała podczas biegu u gazeli Thomsona i u oryksa w edług danych zaw artych w p ubli
kacji w ym ienionych autorów . Badania zosta
ły w ykonane n a zw ierzętach trzym anych w nie-
Ryc. 1. T e m p e ra tu ra ciała gazeli (C azella th o m so n ii) i an ty lo p y ory k s (T aurotragus o ry x ) n a ty c h m ia st po biegu z p ręd k o śc ią 25 km /godz. C iężar b a d a n y c h gazeli p rze cię tn ie 15 kg (w n a tu rz e d o ro słe w aż ą 7—30 kg).
C iężar p rze c ię tn y b ad a n y c h o ryksów 200 k g (okazy w n a tu rz e 150—1000 kg). S ch em aty czn y ry su n e k p o k a z u je dw ie a lte rn a ty w n e m ożliw ości zm ian te m p e ra tu r y pod w p ły w em p ra c y . P ierw szą p rz e d sta w ia ją lin ie p ro ste: p rzy ro st te m p e r a tu ry ciała obliczony z w ielkości p rz e m ia n zw ierzęcia (w edług ilości p o c h ła n ia n eg o tle n u ) p rz y założeniu, ż e zw ierzę w okresie p rac y n ie o d d a je ciep ła n a z e w n ą trz i że ca łe ciepło s p a la ń ogrzew a organizm . D ru g ie a lte rn a ty w n e roz
w iąz an ie p rze d sta w io n e je s t p u n k ta m i p e łn y m i (ga- zela) albo k ó łk a m i (oryks) i p o k az u je rzeczy w istą te m p e r a tu rę c ia ła m ierzo n ą w o dbytnicy. R óżnica p o m ię
dzy o b u a lte rn a ty w n y m i p e z io rra m i tm p e r a tu r y je s t m ia rą s tr a t ciep ln y ch zachodzących podczas p ra c y (bie
gu). L iczby do sc h e m a tu z a cz erp n ię te z p u b lik a c ji T a y lo ra i L y m a n a, 1972
woli, ale przyzw yczajonych do ludzi i obytych z w arunkam i badań, które w różnych form ach w ykonyw ano n a nich przez przeciąg p aru lat.
Do badań gospodarki cieplnej podczas pracy fizycznej zw ierzęta te trenow ano przez p rze
ciąg p aru miesięcy. Biegi ich odbyw ały się na kolistej bieżni, k tó rej tor był wyznaczony bam busowym ogrodzeniem. Specjalnym pilotowym urządzeniem norm owano prędkość biegu zwie
rzęcia po torze. W różnych doświadczeniach tempo biegu wynosiło 10 do 40 km/godz.
Zw ierzęta te w natu rze poruszają się niekiedy w tem pie prędszym niż 40 km/godz. Biegi doświadczalne, w różnych tem pach, trw ały różnie długo. Po upływ ie zaprogram owanego czasu, bieg p rzeryw ano ustaw ianiem poprze
cznej przegrody. T em peratury uwidocznione na ryc. 1 były mierzone w odbytnicy n aty ch m iast po zakończeniu biegu. Liczby przedsta
w iają przeciętne z szeregu pom iarów dokona
ny ch po biegach różnego trw ania.
Z ry c. 1 widać, że podczas biegu tem p eratu ra ciała gazeli szybko rosła, trzym ając się na wysokości tylko niewiele niższej niż tem pera
tu ry obliczone d la w arunków , w których en er
gia cieplna w cale nie jest oddaw ana n a zew
n ą trz i grom adzi się w organiźmie. Gazela pod
czas biegu staje się rezerw uarem ciepła. Po
m iary w ykazują, że pocenie się i parow anie wody z jej skóry są m inim alne. T em peratura jej ciała rośnie podczas pracy w prost propor
c jo n a ln ie do czasu. Gdyby bieg trw ał dłużej, m usiałoby dojść do skutków przegrzania. Taki w ypadek zdarzył się -istotnie. Jedna z gazel podczas doświadczenia nie u stała w swym bie
gu aż do kom pletnego wyczerpania. J e j tem p e ra tu ra w odbytnicy doszła (według liczb autorów ) do 47,2°. Zwierzę dostało drgaw ek i zginęło pomimo prób ratow ania sztucznym chłodzeniem jego ciała. Gazele są sprinteram i.
Bieg ich może być szybki, ale gromadzenie się ciepła w u stro ju prędko doprowadza do zabu
rzeń w ośrodkach nerwowych.
Zupełnie inaczej oryks. P rzy ro st tem pera
tu ry obliczony z założeniem że ciepło nie jest oddaw ane na zew nątrz (ryc. 1) jest propor
cjonalny do trw ania biegu. P rzyrost jest po
w olniejszy niż u gazeli dla te j sam ej prędko
ści. T em p eratu ry rzeczywiste, mierzone w od
b y tnicy w skazują natom iast tylko nieznaczny w zrost, rzędu 0,5°, naw et po 20 m inutach bie
gu (25 km/godz.). Pracujące mięśnie produkują ciepło, ale jego pozbyw anie się powiększa się rów nież odpowiednio. Odprowadzanie ciepła na zew nątrz dochodzi do sk u tk u głównie poce
niem się i parow aniem ze skóry. Spraw dzili to Taylor i Lym an, umieszczając na skórze zw ie
rz ą t czujniki m ierzące ilość wydzielonego po
tu. O ryks jest długodystansowcem . Podobnie jak nasz koń poci się on w ydatnie. Jego orga
nizm jest zabezpieczony p rzed przegrzaniem podczas biegu.
K rew chłodząca m ięśnie i ogrzew ająca cia
ło gazeli dopływa również do mózgu. W chw i
li dokonyw ania sw ych pom iarów Taylor i Ly
m an wiedzieli już, że niektóre zw ierzęta w p e
w nych okolicznościach m ają mózg chłodniej-
szy od reszty ciała. Postanow ili oni zbadać jak pod tym względem zachowuje się gazela.
W tym celu, metodami chirurgicznym i, wgo- ild oni tym zwierzętom sizereg czujników ter- m istrowych w różnych m iejscach ciała: w móz
gu, na sikorze i we w nętrzu różnych tętnic.
T em peratura była mierzona telem etrycznie.
Ryc. 2 przedstaw ia rezu ltaty jednego z do
świadczeń.
Ryc. 2. T e m p e ra tu ra ciała w m ózgu i w tę tn ic y szyjnej (prow adzącej k re w do mózgu) u gazeli pod
czas 7 m in u t biegu z p ręd k o śc ią 40 km /godz. i później
szego w ypoczynku. Czas zero oznaczono od chw ili rozpoczęcia biegu. P ięć m in u t przed biegiem poziom te m p e ra tu ry m ózgu b y ł w yższy niż w tę tn ic y . P occzas biegu stosunki uleg ły od w ró cen iu : te m p e ra tu ra k rw i rośnie pręd k o , m ózgu w o lniej. Po biegu te m p e ra tu ra m ózgu je s t blisko o 3° niższa. Po godzinnym w ypo
czynku (nie pokazano w diag ram ie) stosunki w yjściow e zo stały w p rzy b liżen iu przyw rócone
W ynik takich doświadczeń był jednoznaczny.
T em peratura ciała gazeli podczas prędkiego biegu szybko rośnie. T em peratura mózgu nato m iast — o w iele wolniej. W doświadczeniu z ryc. 2 tem peratura mózgu nie osiągnęła na
w et 41°, gdy tem p eratu ra krw i „centralnej”
(serca i w ielkich tętnic) dochodziła do 43-44°.
Jak widać, w brew grom adzeniu się ciepła w organizmie, mózg zachowuje tem peraturę względnie niską. Podobne pom iary w ykonane na oryksach w ykazały w mózgu tem peratury stale wyższe od k rw i cen traln ej.
Fakt, że tem peratu ra mózgu w niektórych okolicznościach byw a niższa niż reszty ciała, był spostrzegany znacznie wcześniej pirzez róż
nych eksperym entatorów . Zjawisko to nie zwróciło w iększej uw agi fizjologów i rzadko było poruszane, ponieważ mniemano, że rezul
ta ty takie należy przypisać jakim ś błędom metodycznym. U trzym yw anie się tem p eratu ry mózgu ponad tem p eratu rą krw i tętniczej wy
daje się n aturaln ym następstw em przem ian metabolicznych. N atom iast spadek tem p eratu
ry mózgu poniżej krw i tętniczej, a więc istnie
nie jakiejś ustrojow ej chłodni, w ydaw ał się zupełnie nieprawdopodobny.
Ja k nadm ieniliśm y, w czasie gdy Taylor i Lym an w ykonyw ali swoje doświadczenia, fak t chłodzenia mózgu był dla niektórych okoli
czności potw ierdzony, chciaż nadal mało zrozu
m iały. Nowsze badania w ykazyw ały, że n a-
l*
rząd krążenia u zw ierząt homojoterm icznych posiada szereg osobliwych przystosowań, do których jak się okazało należy także urządze
nie chłodzące krew tętniczą doprowadzaną do mózgu. Odkrywcami tego urządzenia są J. N. H ayw ard i M ary A. Baker. Odkrycie nastąpiło przy okazji spraw dzania pew nych niezgodności dotyczących te m p eratu ry mózgu.
Według niektórych zapatryw ań ośrodki ukła
du nerwowego w ykazujące zwiększoną ak ty wność m iały ulegać czynnościowemu ogrza
niu. Tymczasem pom iary dokonywane przez Haywarda i M. Baker nie w ykazyw ały tego.
T em peratura różnych okolic m ózgu była w ich pom iarach zawsze nieco wyższa od tem peratu
ry krw i tętniczej. Miało to miejsce tak pod
czas snu badanych zwierząt, jak po Obudze
niu się lub w stanach pobudzenia. A utorzy oi badali najpierw króliki i małpy. Tem peraturę mierzono w tętnicach szyjnych, w tętnicach mózgowych, w różnych okolicach mózgu i in
nych miejscach ciała. T em peratura krw i „cen
tra ln e j” nie różniła się od tejże tętnic mózgo
wych. Tkanki mózgu m iały tem peraturę sta
le wyższą niż krew tętnicza. W ahania tem pe
ra tu ry mózgu zachodziły równolegle do ogrze
wania albo chłodzenia ustrojow ej krw i (w skó
rze, płucsch).
Wszystko zgadzało się dopóki nie przedsię
wzięto badań na owcy, n a kotach i na psach.
Okazało się wówczas, że u tych zw ierząt w nie
których okolicznościach mózg jest chłodniejszy od krw i tętniczej. Dalsze pom iary wykazały, że w takich przypadkach krew tętnic mózgo
w ych jest chłodniejsza od krw i wielkich tętnic prowadzących krew do serca.
Gdy ten fakt, dla niektórych okoliczności, stwierdzono ponad wszelką wątpliwość, przy
pomniano sobie o szczególnym organie, który zwrócił uwagę Herofilusa jeszcze 300 lat przed n.e. Badał on czaszkę owcy i u jej podstawy spostrzegł organ złożony ze splotu naczyń krwionośnych. Organ ten był znany również Galenowi, podobnie Wezaliuszowi. Wiedziano już w tedy, że człowiek tego organu nie posia
da. Narządowi przypisyw ano rolę przetw arza
nia „ducha życiowego” (spiritus vitalis) na
„ducha zwierzęcego” (spiritus animalis). Bada
nia P. M. Daniela i wsp. w r. 1953 w yjaśniły, że u owiec i kotów organ ten ma postać sieci cudownej (rete mirabile) tętniczej: szerokie lakuny utworzone przez żyły zaw ierają w swym w nętrzu sploty naczyń tętniczych. Wielkie tę
tnice prowadzące krew do mózgu dzielą się na mniejsze gałęzie, które tw orzą sieci zanu
rzone w krw i żylnej. Tętnice sieci cudownej m ają cienkie ściany. Ze splotu sieci cudownej biorą początek gałęzie tętnicze dostarczające krew do zespołu tętnic podstawy mózgu. Stąd odchodzą wielkie tętnice mózgowe. Do system u tętnic podstawy mózgu należy szereg naczyń połączonych anastomozami w tzw. pierścień tętniczy mózgu Willisa. Pod postacią takiego stylizowanego pierścienia przedstawiono te sto
sunki na schemacie ryc. 3.
M. A. Baker ze współpracownikam i w yjaśniła,
że do lakun żylnych otaczających sieć cudowną
dopływa krew głównie ze śluzówek nosa. Zawi
łe cieśnie pow ietrzne jam y nosa nie tylko za
trzy m u ją pył, ale chłodzą przepływ ającą tam krew . Ochłodzona krew odbiera potem ciepło od k rw i tętniczej n a jej drodze od serca do naczyń mózgowych. Również u psa, także u w il
ków, hien, fok istn ieją podobne urządzenia, jednak nie m ające postaci oddzielnego organu.
U człowieka dostrzec można jakąś szczególną zależność biegu tętnic podstaw y mózgu i zatok żylnych znajdujących się w oponie tw ardej.
Specjalne pom iary w ykazały, że u owcy i kota k rew tętnic mózgowych po przebyciu sieci cudow nej jest chłodniejsza od krw i tętnic cen
tralnych.
Ryc. 3. U proszczony i sty lizo w a n y sc h em a t dw óch ro d za jó w d o p ły w u k rw i tę tn iczn ej do m ózgu n a w zor
cu m a łp y (Ma) i ow cy (Ow), w ed łu g sc h em a tó w r y su n k o w y ch H a y w a rd a i B ak er. SN—śluzów ka nosa, W—p ie rśc ie ń W illisa, UN—u k ła d n e rw o w y (mózg), R —sieć cudow na tę tn ic za o rg a n u chłodzącego k rew , C—tę tn ic a szyjna, V—tę tn ic a kręg o w a, J —żyła szyjna.
S trz a łk i w sk a z u ją k ie ru n e k p rą d u k rw i
J a k więc widać, u n iektórych ssaków w ytw o
rzył się szczególny narząd chłodzący krew tę tniczą płynącą do mózgu. Funkcjonow anie narządu wym aga dopływ u chłodnej krw i spły
w ającej z górnych dróg oddechowych w jej pow rotnej drodze do serca. Pow ierzchnia ślu
zówek ty ch dróg jest terenem granicznym dwóch głów nych poprzednio w spom nianych
„chłodnic” : potow o-skórnej i w entylacyjno- -płucnej. Chłodzenie krw i w tym granicznym regionie w ym aga z jednej stro n y dostatecznej w entylacji przez pow ietrze o m ałej wilgotności,
z drugiej dostatecznie obfitego przepływ u krw i przez śluzówki, a więc szerokości łożysika n a
czyniowego. W idzieliśmy na przykładzie bie
gnącej gazeli jak istotne może to mieć znacze
nie dla ustroju, którego tem peratu ra szybko zw yżkuje. M. A. Baker ze w spółpracow nika
m i w ykazuje, że efekt chłodzenia w niektórych okolicznościach byw a w ydatny również u zwie
rz ą t nie pracujących fizycznie. T em peratura mózgu zw ierząt posiadających narząd chło
dzenia w ydatnie zależy od szerokości łożyska naczyniowego śluzówki nosa. Przepływ krw i przez to łożysko zależy od oporu naczyń krw io
nośnych, regulowanego przez nerw ow y układ autonom iczny. O kazuje się, że istnieje szereg odruchów zm ieniających ten opór, a w n astę
pstw ie także stopień chłodzenia mózgu. W śnie na przykład naczynia nosa są rozszerzone i tem p eratu ra mózgu jest niska. Z chw ilą p rze
staw ienia się na stan czuwania, naczynia nosa zw ężają się, a tem p eratu ra mózgu podnosi się.
Inne zm iany tow arzyszą stanom pobudzenia albo p racy fizycznej. Fizjologiczne znaczenie tego chłodzenia dla pracy ośrodków mózgo
w ych nie jest znane, ale praw dopodobnie nie jest obojętne.
Zarówno w spom niana autorka, jak niektórzy inni zn ajdują u owcy i kota znaczne różnice te m p eratu ry mózgu i reszty ciała. Różnice się
gają p a ru stopni. Tak w ydatny efekt m usi być b rany pod uwagę z pew ną ostrożnością. P rąd k rw i w tętnicach jest prędki, rzędu 10 cm/sek., i czas przebyw ania porcji k rw i w organie chło
dzącym może m ierzyć tylko małe ułam ki sekundy. Pow staje pytanie, czy czas ten w y
starcza do tak w ydatnego ochłodzenia. Spraw a w ym aga spraw dzenia, tym bardziej że zbliże
nie się łożyska żylnego i tętniczego może mieć niejedno ustrojow e znaczenie. Znane są przy
padki przenikania substancji (np. horm onal
nych) pow stałą tak drogą. Stosunki są gatun
kowo, jak się okazuje, bardzo różne i poznanie ich może wnieść niejedno do zrozum ienia u stro jowego znaczenia organu chłodzącego krew płynącą do mózgu.
E L Ż B IE T A R O SC ISZ E W SK A (K raków )
KO PRO FA G I I PA D LIN O Ż ER C Y W ŚRÓD CHRZĄSZCZY
T rz eb a p rzy z n ać, ż e n az w y n ie k tó ry ć h chrząszczy, ja k : g n o je k czy g ra b a rz , n ależ ąc y ch do k oprofagów (form od ży w iający ch się naw ozem ) czy n ek ro fag ó w (padlinożerców ) budzą w n a s n ie p rz y je m n e skojarzenia.
Są to je d n a k bardzo in te re s u ją c e i pożyteczne ow ady, oczyszczające środow isko z ro zk ła d a ją c e j się m a te rii org an iczn ej i w y k az u jąc e w iele osobliw ości.
O k o p ro fa g a c h szczególnie ciek a w ie p is a ł J. H . F a - b re, fra n c u s k i entom olog, ży jący n a p rz e ło m ie X V III i X IX w ieku. M a u ric e M a e te rlin k tak się o n im w y ra z ił: „H e n ri F a b re je s t n ajw y ż sz ą i n ajc z y stsz ą ch w a
łą, ja k ą w tej chw ili po siad a cyw ilizow any św iat, je d n y m z n a jb a rd z ie j św iatły ch , n a jw sp an ia lsz y ch p o etó w p rz y ro d n ik ó w ”. W La v ie des insectes F a b re n ie zw y k le b a rw n ie o p isu je g nojarze, k tó re ja k m ów i:
m im o że p ra c u ją w c h a ra k te rz e śm ieciarzy, to je d n a k dzięki p ię k n ej lin ii, w sp a n ia łe m u połyskow i i ciekaw ej o rn a m e n ta c ji sta n o w ią p ra w d z iw ą ozdobę w p u d ełk ac h kolek cjo n eró w .
Do koprofagów , w śród chrząszczy, należy w y m ie
n io n y ju ż g nojek (C reophilus m a xillo su s L.) (S ta p h y - linidae), żyw iący się o bornikiem , ja k rów nież słynny
sk a ra b eu sz (Scarabaeus sacer L.j (Scarabaeidae), u zn a
w an y przez sta ro ż y tn y c h E g ip c jan za ow ada świętego.
A m u lety w k ształcie sk a ra b eu sz a um ieszczono w grobo
w cach zm arłych, w ty m n a w e t faraonów , jako sym bol nieśm iertelności. W rzeczyw istości je d n ak , sk arab eu sz p row adzi życie ró w n ie prozaiczne ja k gnojek, gdyż podobnie ja k on odżyw ia się naw ozem . O w ad te n je d n a k nie zjad a od ra z u naw ozu, k tó ry z n a jd u je , ale fo rm u je z niego k u le i toczy do sw ojego gniazda u k ry tego pod p o w ierzch n ią ziem i (ryc. 1). Chrząszcze te po m agają sobie w za jem n ie w toczeniu kul, choć zda
rza się, że k ra d n ą je sobie n aw z aje m , gdy je d en z nich przez chw ilę nie uw aża. J e s t to je d n a k bard ziej zaba
w a niż p rzyw łaszczenie sobie cudzej w łasności, gdyż zazw yczaj ju ż po ch w ili znow u raz em w zgodzie toczą kulę. Z apobiegliw ość sk arab eu szy u w idacznia się szcze
gólnie w tro sk liw ej opiece n ad potom stw em . W porze godow ej sam ica toczy ta k dużą kulę, że u ra s ta ona do w ielkości pięści. N astę p n ie fo rm u je ją n a k sz ta łt g ruszki i do niej sk ła d a jed n o ja jo (ryc. 2, 3). G ru - szkow aty k sz ta łt za p ew n ia n a jb a rd z ie j op ty m aln e w a ru n k i w ilgotności, te m p e ra tu ry i d ostępu tlen u , za chow ując m ożliw ie n ajw ięk sz ą objętość m a teria łó w odżyw czych d la larw y . W tej skom plikow anej opiece n ad potom stw em sta ro ż y tn i E g ip c jan ie w idzieli w pływ sił n ad p rzyrodzonych; p rzy p isy w a li skarabeuszom w ielk ą m ądrość i rozsądek.
E u ro p ejsk im o dpow iednikiem egipskich skarabeuszy je s t ciepłolubny g a tu n ek S y s ip h u s sh a e ffe ri L., któ
rego nazw a ro dzajow a (Sysip h u s) w sk azu je n a u sta -
Ryc. 2. P odziem na kom ora z u form ow anym na k ształt gruszki p o k arm e m dla la rw y
Ryc. 3 P rzek ró j przez „gruszkę” u k az u ją cy położenie ja ja (strzałka)
w iczną pracę. C hrząszcz te n żyje n a piaszczystych p astw isk ach , gdzie grom adzi zapasy p o k arm u podo
bn ie ja k sk arab eu sz w p ostaci kul. P otom stw em opie
k u je się rów nież bardzo podobnie ja k jego k rew n ia k . J a k się w ięc okazuje, zw yczaj toczenia k u l z n aw o zu i chow ania ich pod pow ierzch n ią ziem i je s t dość pow szechny u koprofagów . J e s t to uzasadnione, gdyż zw ierzęta te dążą do zm agazynow ania m ożliw ie n a j
w iększej ilości po k arm u , dążąc rów nocześnie do za
chow ania ja k n ajm n iejszej jego pow ierzchni, a w iado
mo, że k sz tałt k u li n a jle p ie j spełnia te n w aru n ek . W arstw a ziem i p rz y k ry w a ją c a zapasy izoluje je w p e
w n y m stopniu od n ad m iern eg o n ag rz a n ia i, w kon
sekw encji, szybkiego ich psu cia się. N iektóre g n o ja - rze toczą k u le tylko d la la rw . W edług F a b re ’a, g a tu nek Copris hispanus L. (ryc. 4) z dziw acznym rogiem um ieszczonym n a głow ie, niezw ykle żarłoczny, n a co dzień nie toczy kul. Z azw yczaj w ychodzi n a poszu
k iw an ie p o k a rm u nocą lu b w ieczorem i bezpośred
nio pod znalezionym naw ozem b u d u je sobie „jad a l
n ię” w ielkości sporego ja b łk a , do k tó re j pospiesznie w ciąga swój sk a rb i d e le k tu je się n im , dopóki zap a
sy nie zostaną całkow icie w yczerpane. Nie zostaw ia nic n a zapas, ja k to m a zw yczaj p rzezorny sk a ra beusz, ale gdy przychodzi p o ra sk ła d a n ia ja j (w m a
ju), sam iec i sam ica b u d u ją bardzo sta ra n n ie obszer
niejsze niż do tej pory gniazdo, gdzie grom adzą zap a
sy, k tó ry ch o stateczn a po stać p rzy b ie ra k sz ta łt zbliżo
n y do kuli (ryc. 5). S am iec opuszcza n o rę w cześniej niż sam ica, k tó ra p rzebyw a w niej aż do w ylęgu m ło
dego pokolenia chrząszczy, z k tó ry m i raz em w ychodzi na pow ierzchnię.
Ryc. 1. T oczenie k u li przez sk a ra b eu sz a (wg F a b re 1923)
Ryc. 4. C opris h isp a n u s L. A) sam iec, B) sam ica, C) sam iec i sam ica grom adzą z a p asy p o k a rm u d la la rw
(wg F a b re 1923)
R ów nie tro sk liw ie , choć w nieco o d m ie n n y sposób, o p ie k u je się sw ym p o to m stw em żuk g nojow y (C eo- tru p e s stercorarius L.). C hrząszcz te n n ie toczy k ul, lecz z a k ła d a gniazdo w ziem i bezpośrednio po d zn a le
zioną g ru d k ą naw ozu, pod w a ru n k ie m , że gleba w ty m m ie jsc u je s t w y sta rc za jąc o m ięk k a. N a jp ie rw w ygrze
b u je w n iej p ionow y k o ry ta rz n a głębokość około p ół m e tra (długość c ia ła chrząszcza w ynosi około 2,5 cm ), a n a stę p n ie sam ica w y g rz e b u je boczne cho
dnika. Do ta k p rzy g o to w an ej sp iż a rn i ow ady te p a k u ją n aw ó z zb ity w dziesięcio o en ty m etro w e szitabki. W y
lę g a ją c e się la rw y m a ją p o k a rm u pod d o sta tk ie m . B ardzo dobrze ro zw in ię ty in s ty n k t o p iek u ń czy m o
żn a o b serw o w ać u n ie k tó ry c h p ad lin o ż e rn y c h c h rz ą szczy, n a p rz y k ła d u g ra b a rz y (N ecrophorus). Ic h n a zw a w iąże się z za k o p y w an iem do ziem i d ro b n y c h p a - d ły c h zw ie rząt (m ysz, k re t, m a ły ptak). P a d lin a służy d o ro sły m o w adom i ich la rw o m za pożyw ienie, ja k rów n ież je s t m iejscem sk ła d a n ia ja j. P rz y p a trz m y się ja k ra d z ą sobie z za k o p y w an iem i e w e n tu a ln ie tra n sp o rte m , n ie ra z n a sp o rą odległość, k ilk a k ro tn ie w iększych od siebie zw ierząt. L eo n B e rtin (La iHe des a n im a u x , 1949) p o d a je p rz y k ła d za k o p an ia przez 4 oka
zy N ecrophorus, w ciągu p ięćdziesięciu dni, k o lejno:
d w óch k re tó w , czterech żab, trz e c h ptak ó w , dw óch szarańczy, je lit ry b y i dw óch k a w a łk ó w w ą tro b y w o
łow ej.
W edług o b se rw a c ji L orus, J. M ilne i M a rg e ry M il-
Ryc. 5. S am ica C opris h isp a n u s p o zo stająca w norze f o rm u je o sta tn ią k u lę (wg F a b re 1923)
n e (1976), p a ra g ra b a rz y znalazłszy p a d łą m ysz lu b n iedużego p ta k a n a ty c h m ia st za b ie ra się do zagrze- b y w a n ia ich n a k ilk a cen ty m e tró w pod p ow ierzchnię ziem i (ryc. 6). Je że li ziem ia je s t w ty m m iejscu zbyt tw a rd a , przenoszą p a d lin ę w in n e m iejsce. O dbyw a się to w te n sposób, że ow ady p o d p ełza ją pod sw oją zdo
bycz, k ła d ą się n a grzbiecie i silnym i odnóżam i tu ło w iow ym i p rz e su w a ją ją w o b ra n y m k ie ru n k u . Do za- g rz e b y w a n ia chrząszcze te u ży w a ją w szystkich sześciu odnóży tu ło w io w y c h , k tó ry m i ro zg rze b u ją ziem ię i roz- p u lc h n ia ją ją n a tyle, że ułożone up rzed n io przez o w a
d y g rzb ie tem do ziem i zw ierzę, stopniow o się w n iej zapada. Z ach o w an ie się g ra b a rz y stan o w i d la w sp ó ł
czesnych etologów a rg u m e n t d la te o rii o istn ien iu p e w n y c h oznak in te lig e n c ji u ow adów . P o tra fią one bo w iem rozpoznaw ać i u su w ać przeszkody p rz y za- g rz e b y w a n iu p o k arm u . P rz ek o n u je n a s o ty m dośw iad
czenie w spom nianego ju ż w yżej znakom itego b adacza obyczajów ow adów F a b re ’a (jakkolw iek on sam u w a ża ł zach o w an ie g ra b a rz y za instynktow ne). Jego ek s
p e ry m e n t polegał n a p rzy w ią zy w an iu m artw eg o k r e ta do p a lik a lin k ą z ra fii, ta k że n ie m ógł on w paść do w yko p an ej pod n im przez g ra b a rz y jam k i. G ra b a rze zaw sze p rze cin a ły lin k ę, zdob y w ając w te n sposób u p a trz o n e pożyw ienie.
W tr a k c ie z a g rzeb y w a n ia p ad lin y , g rab a rz e fo rm u ją ją n a k s z ta łt zbliżony do k u li, u su w a ją z niej sierść (lu b pió ra), a n a gó rn y m biegunie ta k sp rep a ro w a n ej b ry ły tw o rzą zagłębienie, w k tó ry m będzie się g ro m a
d z ił p ły n n y p o k arm z ro zk ła d a ją c e j się p ad lin y . Roz
k ła d przy sp ieszo n y je s t przez w stę p n e, pozajelito w e tra w ie n ie enzym am i p ro teo lity czn y m i w yd zielan y m i z je lita środkow ego. Po u tw a rd z e n iu śc ian kom ory, ow ady tw o rz ą w je j g órnej ścianie w nękę, do któ rej sam ica s k ła d a ja ja .
C hrząszcze n a ogół n ie tw o rzą społeczeństw i d la
tego n ie w iele w iem y o ich życiu socjalnym . N ecro
p h o ru s m oże służyć ja k o p rzy k ła d chrząszcza o n a j
w yżej u k sz ta łto w a n y m w te j g ru p ie ow adów życiu społecznym . T w orzy on „rodzinę”, w k tó rej sam iec i sam ica w sp ó ln ie b u d u ją gniazdo i p rzy g o to w u ją poży
w ie n ie d la la rw , k tó ry m i rów n ież razem się o p ie k u ją . G ra b a rz e g ro m ad z ą pożyw ienie d la la rw jeszcze p rze d k o p u la c ją i złożeniem ja j, co m a m iejsoe dop ie
ro po w sp ó ln y m zb u d o w an iu k o m o ry i zakopaniu w n ie j p ad lin y . O p iek a n ad potom stw em je st u d zia
łe m w ró w n y m sto p n iu sam ca i sam icy, co u ow adów je s t ró w n ież zja w isk ie m rza d k im . K a rm ie n ie la rw zw iązan e je s t ze sp e c ja ln y m ry tu a łe m . M ianow icie, je d e n z ow adów u sta w ia się obok b ieg u n a z p ły n n y m p o k a rm e m i p o c ie ra ją c p o k ry w a m i o brzeg jednego z seg m en tó w odw łoka, w y g ry w a „m elodię” oznaczają
cą p o rę je d zen ia. W ów czas la rw y , zu p e łn ie ja k p isk lę ta , in sty n k to w n ie w y c ią g a ją p rz e d n ią część ciała k u do ro słem u ow adow i, k tó ry w yssaw szy z te j osobli
w ej .k o n s e rw y ” p ły n n y po k arm , p o d aje go ko lejn o sw oim podopiecznym . Po k ilk u d n ia c h la rw y d w u k r o tn ie lin ie ją , po czym tra c ą zdolność słyszenia w spo
m n ian eg o w yżej sy g n a łu , oznajm iającego posiłek i od te j p o ry z a cz y n ają odżyw iać się sam e. Rodzice p rz y g o to w u ją jeszcze d la la rw poziom e k o ry tarze , w k tó ry c h n a s tą p i p rzep o czw arczan ie i dopiero w ted y op u szczają gniazdo.
W iadom o, że opieka n a d p o to m stw em je s t u zw ie
r z ą t in sty n k to w n a . Je d n a k tru d n o n ie u lec p ew n em u w zru sze n iu , p rz y g lą d a ją c się te j sferze życia om ów io
n y c h „ s a n ita riu sz y p rz y ro d y ”.
R yc. 6. K o lejn e sta d ia za g rzeb y w a n ia pad lin y przez p a rą g rab a rz y (szczegółowy o p is w tekśoie)
M A R IA N W Ó JC IK IE W IC Z , D IM IT R IO S PA PA TEO D O R U (K raków )
PR ZY R O D N IC ZE SK UTKI ZA N IECZY SZCZEN IA WÓD SŁODKICH ŚCIEKAM I PRZEM Y SŁO W Y M I I M IEJSKIM I
Bo k to o zn a jm i czło w ie k o w i co p o te m będzie pod słońcem
E k lezjastes
W oda je s t je d n ą z n a jp o sp o litszy c h su b sta n c ji w o ta cz ają cy m n a s św iecie. Je st g łó w n y m czynnikiem d ec y d u ją cy m o istn ie n iu życia n a Ziem i. B yła p ie rw o tn y m śro d o w isk iem życia, z n iej w yw odzą się w szy
stk ie g ru p y św ia ta organicznego. W szelkie procesy i re a k c je w żyw ych o rg an iz m ac h zachodzą w środo
w isku w odnym .
O rg an izm ludzki p odobnie ja k zw ierzęcy za w ie ra śre dnio 80% w ody (od 60 do 97%). C złow iek po u tra c ie 10% w o d y u leg a h alu cy n acjo m , gdy stra c i 6—8% to ulega póło m d len iu , a po u tra c ie 12% w ody—u m ie ra.
R o śliny m ogą zgrom adzić w sw oim o rg an iz m ie do 90%
w ody.
C ałość p ow łoki w odnej Z iem i nazy w am y h y d ro sferą, k tó ra z a w ie ra 1 460 m in k m 3 w ody (99% w ody zm agazynow ane, 1% w ody b ęd ą ce w obiegu m a ły m i dużym ). M iędzy lą d am i i ocean am i tr w a ciąg ła w y m ia n a w ody (ryc. 1). Z achodzi sta ła ró w n o w a g a m ię dzy ilo ścią w ody p a ru ją c e j z p o w ierz ch n i ziem i a o p a
dam i.
D la życia biologicznego n a lą d zie i g o sp o d a rk i czło
w iek a d e c y d u ją c e zn aczen ie m a ją sło d k ie w o d y śró d lą dow e (k o n ty n en taln e ), z n a jd u ją c e się w obiegu (wo
dy sło d k ie — w 1 1 z a w ie ra ją m n ie j n iż 1 g roz
puszczonych su b sta n c ji chem icznych). O bieg w ody w p rzy ro d zie w y w o łu je słoneczna e n e rg ia cieplna.
D zięki n ie j w oda p a r u je do a tm o sfe ry , a n a s tę p n ie p o w ra ca n a p o w ierz ch n ię oceanów i ląd ó w w p ostaci opadów , z k tó ry c h znaczna część p rzechodzi po tem w p a rę w odną częściowo poprzez tra n s p ira c ję ro ślin n ą.
P o zo stała część w ody opadow ej o d p ły w a p o w ierz ch n io wo lu b pod p o w ierz ch n ią ziem i i służy ona do zaspo
k o je n ia po trzeb człow ieka i jego gospodarki.
O ne d e c y d u ją o p ro cesach żyoiow ych w b iosferze (strefie życia n a ziem i), k tó r a z a w ie ra coraz m niej d obrej w ody i je s t system aty czn ie niszczona p rzez n a szą ludzkość. T em po o dnaw ialnośoi w ody zależy od sposobu w y k o rz y sta n ia p rzez człow ieka. G dy bezpo
śre d n im u ży tk o w n ik iem je s t fito sfe ra , do głosu d ocho
dzi obieg m a ły — lokalny, gdy człow iek u ży tk o w u je p u n k to w o — obieg duży dochodzi do głosu i w ty m w y p a d k u tem po o d n aw ialn o ści w o d y je s t d łu g ie, p rz e chodzi przez fazę oceaniczną obiegu.
W obiegu w ody g łów nym je j k o n su m e n te m są ro śliny, k tó re p o trz e b u ją je j d la sw ojej biom asy. Na w y p ro d u k o w a n ie 1 t suchej m a sy ro ślin u p ra w n y c h p o trze b a 400-900 m 3 w ody. P rz y fo to sy n te zie — szata ro ślin n a ziem i zużyw a i jed n o cześn ie oczyszcza ro cznie 650 k m 8 w ody. Na p o w ierz ch n i ziem i w y stę p u ją te re n y o sta ły m lu b o kresow ym n ie d o sta tk u w ody i sta n o w ią one 60% p o w ierz ch n i lądów . N ato m ia st 35 m in k m 2 zalicza się do obszarów suchych.
Pod w zględem h ydrologicznym n asz k r a j je s t zam k n ię ty m , oznacza to, że n ie m ożna liczyć n a in n ą w o
d ę ja k tylk o n a tę , k tó rą o trz y m u je się z opadów .
S u m a opadów rocznie w ynosi 190 k m 3 (190 m ld m 3).
Je że li w eźm iem y pod uw agę śre d n i roczny opad j a ko o rie n ta c y jn y m ie rn ik suchości i w ilgotności to : 16%
p o w ierz ch n i k r a ju m a k lim a t u m ia rk o w a n ie suchy (250-500 m m ), 68% p o w ierzch n i k r a ju m a k lim a t za m ało w ilg o tn y (500-700 m m ), 16% pow ierzch n i k r a ju m a k lim a t u m ia rk o w a n ie w ilg o tn y (700-1000 mm).
P o lsk a je s t p a ń stw e m ubogim w w ody p o w ierzch n io w e i p ro b le m w ody je s t pow ażniejszy n iż w in n y c h k r a ja c h leżących w ty c h sam ych szerokościach geo
g raficz n y ch . Na 1 m ieszk ań ca p rz y p a d a rocznie ok.
1660 m 3 w ód p o w ierzchniow ych, co sy tu u je n a s n a 22 m ie jsc u w E uropie.
B io rąc pod uw agę n ie ró w n o m iern ą ilość opadów , ró ż n a w ielkość odpływ ów (średni o d p ły w rze k am i śre d n io w yn o si ok. 60 m ld m 3 w ody) w poszczególnych
lly c . 1. S c h e m a t obiegu dużego i m ałego w ra m a c h cyk lu hydrologicznego
częściach k r a ju , b ra k w iększych zasobów wód po d ziem nych, w y stę p o w a n ie n ie doborów w odnych n a te re n a c h c e n tra ln e j P olski (w ododział W isły i O dry) w ok resie le tn im , m ożna przypuszczać, że po upły w ie k ilk u d ziesiątk ó w la t w y stą p ią duże tru d n o śc i zapo
trz e b o w a n ia n a w odę.
P o trz eb y w odne w P o lsce są stosunkow o duże, bo w ynoszą 26 m ld m 8 i sta n o w ią ok. 45% zasobów d y sp ozycyjnych zm agazynow anych w w odach p ły n ą cy c h (lotycznych). M im o ograniczonych zasobów, zużycie w ody sta le w z ra sta (w la ta c h 1961-1972 z 5,6 do 11,8 m ld m 3). N ajp o w a żn ie jsz y m pob o rcą w ody je s t p rz e m y sł (63% — 7,4 m ld m 3, w ty m 1 m ld m 8 w ody je s t tr a c o n e bezpow rotnie), k tó ry p o trz e b u je je j do celów ch ło d n iczy ch i technologicznych. N a w y p ro d u k o w an ie 1 t a lu m in iu m zużyw a 1200 m 3 w ody, 1 t stre p to m y cy n y — 2 m in m 3 w ody, a w p rzem y śle chem icznym zużyoie w ody n a 1 t w y ro b u w ynosi 20-2500 m 3.
G o sp o d ark a k o m u n a ln a zużyw a 14% globalnego za
p o trz e b o w a n ia w ody. P rz ec iętn y pobór w ody d la za
o p a trz e n ia m ia st w y n o si rocznie 10-30 m 3 n a 1 m ie szkańca. N ato m ia st u d ział ro ln ic tw a w g lo b aln y m z a p o trz e b o w a n iu w ynosi 2,3%. N a sk u te k w zro su i in te n sy fik a c ji ro ln ic tw a, po b ó r w ody tu ta j je s t coraz w iększy. W oda tu je s t k o nieczna do n o rm aln y ch p ro cesów życiow ych. N a w y p ro d u k o w a n ie 1 1 z ia rn a psze
n ic y p o trze b a 400 m 8 w ody, p ro d u k c ja 1 kg m ięsa w o łow ego zuży w a 6000 1 wody.
Z e w zro stem zużycia w ody (przy n ie k o rz y stn y c h w a ru n k a c h m eteorologicznych) w y stą p i w naszym k r a ju d e fic y t w ody. W celu jego p o k ry cia oraz zw iększenia d y spozycyjności w ód (obecnie w ynosi 57 m ld m 3) b u d u je się zb io rn ik i re te n c y jn e (m ają one pojem ność
2,7 m ld m 3, co stan o w i ok. 5% średniego o dpływ u rocznego), a ta k ż e p rzep ro w ad z a się p rze rz u ty wód.
N ajin ten sy w n iejsz a p rz e m ia n a środow iska człow ie
k a n a s tę p u je przez gosp o d ark ę zasobam i w odnym i.
Człow iek g o sp o d a ru je w odą przez m agazynow anie je j, och ro n ę w ód p rze d zanieczyszczeniam i i n ad m iern y m p odgrzaniem , obniża fale pow odziow e, w y ró w n u je o d p ły w , zw iększa re te n c ję g ru n to w ą, grom adzi w ody podziem ne. Z agrożenie wód to w ciąganie coraz w ię
kszej ilości w obieg u ży tk o w a n ia przem ysłow ego, ko
m unalnego i rolniczego. W oda ta je st w znacznym sto p n iu n a ra ż o n a n a n ie k o rz y stn e zm iany ilościow e i jakościow e. D eg rad a cja jak o ści wód polega n ajcz ę
ściej n a ic h zanieczyszczeniu chem icznym , m echnicz- n y m , biologiczno-organicznym .
N iebezpieczeństw o zanieczyszczenia w ód p ow ierz- dhniow ydh je s t w iększe niż się n a pozór w y d aje . W o
da je s t czyn n ik iem , k tó ry k sz ta łtu je te re n , p ra c u je d la człow ieka, leczy, k a rm i i w w y n ik u zanieczyszcze
n ia tra c i sw o ją w arto ść gospodarczą, użytkow ą i spo
łeczną. O becnie środow isko w odne ulega:
a) sk a że n iu — zanieczyszczeniu przez określone su b sta n c je p o w o d u jące g w ałto w n ą d eg ra d ację jakości wody,
b) za tru c iu — zanieczyszczeniu toksy czn em u d z ia ła ją cem u n a org an izm y żyw e w w odach pow ierzchnio
w ych.
Z ja w isk a te m ogą być pow odow ane p rzez czynniki n a tu ra ln e i sztuczne (antropogeniczne). Do czynników zag rażający ch czystości wód n ależ ą: odpady lotne, s ta łe i ciekłe (ścieki) zw iązane z d ziałalnością człow ieka, odpady ro ln e pochodzące ze stosow ania naw ozów m i
n e ra ln y c h , środków o ch ro n y ro ślin , w alk ą z ch w a sta m i oraz o dpady hodow lane (obornik, gnojow nica).
N ajpow ażniejsze zniszczenia w ekosystem ach w od
n y c h p o w o d u ją ścieki. S ą to w ody zużyte p o w stające w w y n ik u działalności życiow ej i p ro d u k cy jn e j czło
w ieka, w ody opadow e o d p ły w ając e do k an a liz ac ji z t e ren ó w zagospodarow anych. Z w ięk szająca się ilość ście
ków w m ia rę ro zw o ju m ia st i p rze m y słu stanow i d u
ZASILANIE 191.4 km3
Parowanie, fra n s p ira cja , gosp od a rcze zużycie wody
0,3 k m 3
OOPtYW 53,6 km 3
Ryc. 2. B ilan s w od n y P olski w n o rm aln y m cyklu rocznym
że zanieczyszczenie w ód pow ierzchniow ych, pow odu
ją c w yniszczenie biocenozy w odnej i ham o w an ie p ro cesów sam ooczyszczania. W oda zdolna je st oczyścić się ze ścieków bez in g e re n c ji człow ieka. W p ad ające do niej ścieki i odpady p o w o d u ją n ag ro m ad zen ie się su b sta n c ji o rganicznej, k tó ra zostaje w ciąg n ięta do obiegu m a te rii ekosystem u w odnego. O rganiczne su b sta n c je ściekow e są su b stra te m d la rozw oju m ik ro o r
ganizm ów , k tó re ją m in e ra liz u ją i w w y n ik u czego zo staje p rzyw rócona rów now aga biologiczna.
Sam ooczyszczanie w ody je s t to szereg n a stęp u jący c h po sobie procesów biologicznych,-' k tó re w odę za n ie
czyszczoną d o p ro w ad zają znow u do sta n u p rzy d a tn o ś
ci. Sam ooczyszczanie sk ła d a się z trz e c h faz:
F aza I
F aza II
F aza III
w y stę p u ją p rocesy red u k c y jn e, n a s tę p u je stopniow e zan ik a n ie tle n u , p o ja w ia się siark o w o d ó r i am oniak. W fazie te j n a
stę p u je rozkład w ęglow odorów , tłuszczów i białk a. W ykazują tu ta j działalność b a k te rie sap ro fity czn e (S ph a ero tilu s natans) am eby, w iciow ce, orzęski oraz grzyby ściekow e (Lep to m itu s i Mucor).
■ w y stę p u ją tu ta j procesy b iooksydacyjne czyli u tle n ie n ia su b stan cji rozpuszczonych w w odzie o ra z silna m in e raliz ac ja. W f a zie te j n ajw ięk szą ro lę sp e łn ia ją glony autotrofficzne.
ścieki są zlikw idow ane (zm ineralizow ane) i w zb io rn ik u w odnym p o ja w ia ją się zbio
ro w isk a w ielogatunkow e.
Duże zanieczyszczenie ścieków niszczy n a tu ra ln e zbio
ro w isk a organiczne, a n a ic h m ie jsc e p o ja w ia ją się u g ru p o w a n ia gatu n k ó w przystosow anych do w ód sil
n ie zanieczyszczanych (ryc. 3). G dy ścieki za w ierają su b sta n c je tru ją c e będące p ro d u k tam i różnych syntez i re a k c ji chem icznych, w ted y n a s tę p u je niszczenie ró w now agi ekologicznej, h am ow anie ro zw oju m ik ro flo ry d ecy d u jącej o procesie sam ooczyszczania oraz n a s tę p u je o sła b ie n ie czynnika regulującego fu n k cjo n o w an ie elem entów biocenozy w odnej.
W zb io rn ik ach w ód stojących o b se rw u je się proces eutrofizacji. N a sk u tek w zbogacenia wód w m in e ra ln e sk ła d n ik i pokarm ow e, n a s tę p u je m asow y rozw ój ro ś
lin w odnych głów nie p lan k to n o w y ch , co doprow adza do n ad m iern ej p ro d u k c ji su b stan cji organicznej (za
chodzą tu ta j zm iany w u g ru p o w a n ia ch organizm ów w odnych i stosunków fizykochem icznych wód), i zm niejszania zaw artości tlen u . W okresie zim y w y s
tę p u je silny d eficyt tle n u pod lodem , d oprow adzający do śm ierci ryb.
W w odach stojących o zn ak ą eu tro fiz ac ji są „zakw ity w ody” w yw ołane najczęściej m asow ym rozw ojem si
nic (A p h a n izo m en o n flos aquae, M icrocystis aerugi- nosa, O scillatoria rubescens). W n ie k tó ry ch je ziorach a m ery k a ń sk ic h b io in d y k a to ram i n a ra s ta ją c e j e u tro fi
zacji je st zooplankton i fito fla n k to n : B o sm in a corego- n ilongispina , B. longirostris, B rach io n u s calyciflorus).
W o sta tn ic h d ziesiątk a ch la t o b se rw u je się d u że przyspieszenie tego procesu, spow odow ane p rzed e w szystkim dopływ em wszelkiego ro d za ju ścieków (m iejskich, przem ysłow ych, rolniczych). Je st to sztucz
n a e u tro fiz ac ja zw iązana n ieodłącznie z rozw ojem cy
w ilizacji. S ilny rozw ój glonów (np. sinice O scillatoria rubescens) n a s tę p u je p rz y dużych k o n o e n tra c ja c h zw ią
zków fosforow ych, azotow ych, potasow ych, sodow ych.
P row adzi to do w yczerp y w an ia tle n u i p o ja w ien ia się
Ryc. 3. O rg an izm y w sk aźn ik o w e w ód zanieczyszczo
ny ch : 1—8 — b a k te rie (4, 5, 7, 8 — b. sia rk o w e , 6 — S p h a e ro ty lu s natans), 9, 11 — sinice, 10, 13, 14 — w iciow ce b ez b arw n e, 12 — eu g len a , 15—24 orzęski, 25 — kolonie b a k te rii S p h a e ro tilu s natans, 26 — la r w a m u c h ó w k i E ristalis, 27 •— k o lo n ie b a k te rii n a o b u m a rły m liściu, 28 — w ro tek , 29 — am eb a , 30 — sk ą -
poszczet T u b ife x , 31 — la rw a och o tk i C h iro n o m u s siark o w o d o ru , a n a s tę p stw e m tego je s t w y g in ię cie o r
gan izm ó w zw ierzęcych w d a n y m zb io rn ik u w odnym . O graniczenie rozw oju e u tro fiz a e ji p olega n a w y eli
m in o w a n iu m in e ra ln y c h sk ła d n ik ó w p o k arm o w y c h z oczyszczonych ścieków k o m u n a ln y c h , p rzem y sło w y ch , w ód o d p ad o w y ch o raz n a zah am o w a n iu o d p ły w u ty c h s k ła d n ik ó w z te re n ó w rolnych.
P od w zględem d z ia ła n ia ścieków n a o rg an iz m y ży
w e m ożna je podzielić n a ścieki o rg aniczne ro z k ła d a l- n e o raz n a ścieki n ie d a ją c e się rozłożyć przez d ro b n o u stro je . C echą c h a ra k te ry sty c z n ą ścieków organ iczn y ch je s t zaw arto ść rozpu szczaln y ch i n ierozpuszczalnych zw iązków o rg an iczn y ch ja k w ęglow odanów , bdałka, tłuszczów . S u b sta n c je te są m in e raliz o w an e n a d w u tle n e k w ęgla, am o n iak , az o ta n y i wodę.
Z e w zględu n a pochodzenie w y ró ż n ia m y : 1) ścieki m ie jsk ie (bytow o-gospodarcze), 2) ścieki przem ysłow e.
Ś cieki m i e j s k i e niszczą n a tu r a ln e zespoły o rg an iz
m ó w w odnych, a ta k ż e w n o szą ró w n ież zag ro żen ie h i
gieniczne. P rz e c ię tn ie z a w ie ra ją w 1 m 3 azo tu — 80g, p o ta su — 60 g, fo sfo ru — 20 g. Do ścieków , m ie jsk ich m ogą p rze n ik a ć b a k te rie coli, ty fu su , cholery, g ru ź li
cy. Z n a n e są p rz y p a d k i ro z p rz e strz e n ia n ia się w odą d u r u brzusznego, czerw onki, w ąg lik a, w iru só w choro
b y H einego-M edina, żółtaczki zakaźnej. Ś cieki tego ty p u p o w o d u ją ta k że zanieczyszczenia w ód podziem nych.
N a 890 m ia st i osiedli, w k tó ry c h is tn ie je k a n a liz a c ja ,
ty lk o 250 p o sia d a oczyszczalnie ścieków (Tuszko — 1972).
Ś cieki p r z e m y s ł o w e p o w sta ją podczas różnych pro cesó w p ro d u k c y jn y c h i przetw ó rczy ch (reak cje ch e
m iczne, d esty la c ja , filtra c ja , m ycie, m oczenie, rozpusz
czanie, czyszczenie a p a r a tu ry , chłodzenie ag reg ató w itd.) N ależą tu ta k ż e w ody ko p aln ian e. Pod w zględem ilości p rze w y ż sza ją ścieki m iejskie. T em po ilości ście
k ó w p rze m y sło w y ch odpow iada w przy b liżen iu d y n a m ice w z ro stu za p o trze b o w a n ia w ody przez przem ysł.
S ą g łó w n y m źró d łem zw iązków tru ją c y c h w w odach p o w ierzchniow ych. P o sia d a ją ró żn o ro d n y skład, w k tó ry m najczęściej w y stę p u ją :
a) Sole m e ta li ciężkich (Cu, C r, Z n, Hg) d ziała ją toksycznie n a biocenozę i proces sam ooczyszczania oraz o późnieją p ro cesy ro z k ła d u su b sta n c ji w ęglow ych.
b) O leje m in e ra ln e w y stę p u ją w ściekach p rze m y słow ych w p o staci zem ulgow anej, p o g arsz ają zapach i sm a k w ody, u le g a ją tru d n o biologicznem u rozkładow i.
c) F en o le sta n o w ią n a jb a rd z ie j szkodliw ą g ru p ę za
nieczyszczeń p rzem ysłow ych. D zia ła ją toksycznie n a flo rę i fa u n ę ekosystem ów w odnych. N a d a ją w odzie n ie p rz y je m n y sm a k i za p ac h (chlorofenole). D latego te ż stężen ie ic h w w odzie n ie pow inno p rzek raczać 0,01 m g/l. F en o le w y stę p u ją głów nie w ściekach p rz e m y słu chem icznego.
d) Ś ro d k i o chrony ro ślin (owadobójcze, g rzybobój
cze, chw astobójcze) pochodzą ze spływ ów pól u p ra w n y c h oraz z a k ła d ó w chem icznych.
e) S u b sta n c je b iogenne są to zrwiązki azotow e, fos
fo ro w e pochodzące ze ścieków przem ysłow ych, ze s p łu k iw a n ia p ó l u p ra w n y c h . P ow o d u ją one m asow y roz
b ó j glonów (eutrofizację).
W edług obliczeń W ierzbickiego, za k ła d y p rze m y sło w e w y d a la ją ścieki w n a s tę p u ją c y m składzie:
n ia
II. DRZEWOSTANŚWIERKOWY w lesie komunalnymmiasta Bytomia, zamierającypod wpływemprzemysłowychzanieczyszczeńpowiietr Fot.W. Rawio
R ów now ażna pod w zględem BZT liczba m ieszkańców dla n iek tó ry ch ścieków przem ysłow ych
Rodzaj produkcji Ustalona jednostka
produkcyjna
Równoważna liczba mieszkańców
Mleczarnie z produkcją sera 1000 1 mleka 50—250
Cukrownie 1 t buraków 120—250
Jadłodajnie 1 t odpadów 550
Roszarnia lnu 1 t słomy lnianej 750—1150
Browary 1000 1 piwa 300—2000
Pralnie 1 t bielizny 700—2500
Fabryki celulozy 1 t celulozy 3000—4000
K ro c h m a ln ie 265g N /m 3 95g P 2Os/m 3 486g K 20 /m 3
D rożdżow nie 520 „ 200 „ 1520 „
R zeźnie 290 „ 102 „ 142 „
Ścieki są w iększą groźbą d la zasobów w ody aniżeli susza. Ich od d ziały w an ie toksyczne może być szybkie, pow olne, k u m u lu ją c e się przez dłuższy okres czasu w o rg an iz m ac h żyw ych, n im w y stą p ią o b ja w y z a tru cia. W ściekach du żą rolę o d g ry w a ją d e te rg e n ty czyli su b stan cje pow ierzchniow o czynne (środki piorące i środki do m ycia naczyń). O ne są źródłem 50% fosforu w w odach pow ierzchniow ych. D ete rg en ty n a w e t w m a łych ilo ściach są szkodliw e dla życia biologicznego ekosystem u w odnego, np. 1 m g ty c h zanieczyszczeń w 1 1 w ody niszczy p la n k to n , zaś 5 m g/l za b ija ryby.
Ścieki m iejskie, przem ysłow e za w ierają cenne m a te
ria ły odpadow e, k tó ry c h w y k o rz y sta n ie m oże być o p ła
calne. O istn ie n iu dużej zaw artości sk ład n ik ó w p o k ar
m ow ych w ściekach n ie c h p o słu ż y n a stę p u ją c y p rz y k ła d . Do je zio ra M endola rocznie d opływ a ściekam i kom u n a In o - pr.zemysłowyimi: 21 000 kg azotu, 7700 'kg fosforu, śc iek a m i m ie jsk im i d o p ły w a : ,13 700 kg N, 3600 kg P, n a to m ia st spływ ro ln iczy do sta rc za : 23 600 kg N i 9 000 kg P.
W Polsce ścieki m a ją zastosow anie w naw ożeniu łąk, k tó re w ilościach 600 m m n a 1 h a za w ierają:
312 mg N, 72 m g P 20 5, 72 m g K 20 , co w 100% po k ry w a p o trze b y ro ślin łą k o w y ch n a te zw iązki.
N ajw iększym w y tw ó rc ą ścieków „w tó rn y ch ” je s t ro l
nictw o, k tó re o d b ie ra od p rze m y słu chem icznego w iel
k ie ilości naw ozów m in e ra ln y c h i p re p a ra tó w ochrony ro ślin i zu ży tk u je je dla zw iększenia plonów . Część tych p ro d u k tó w sp ły w a do rzek i zbiorników w odnych w czasie opadów .
M im o w ielkiego p o stęp u w zakresie oczyszczania ścieków , n a d a l nie w iem y dok ład n ie, ja k ie sk u tk i dla św ia ta żyjącego m oże pow odow ać k u m u lo w a n ie n ie któ ry ch zw iązków chem icznych. W iadom o je st, że za
nieczyszczenia z a w ierając e śro d k i toksyczne w y trą c a ją poszczególne g a tu n k i org an izm ó w z biocenozy. Po
w o d u ją zm iany w środow isku w odnym jego zm iany pH , w y trą c a ją z ro ztw o ru e le k tro lity (kw asy, zasady, N H S, H2S itd.). P rz y jm u je się, że 1 m 3 nieoczyszczonych ścieków w p ro w ad zo n y ch do w ód pow ierzchniow ych p o w oduje zanieczyszczenie 15 — 30 m 3 wody.
Rozwój gospodarczy k r a ju pow odow ać będzie w zrost zanieczyszczeń w ód p o w ierzchniow ych. W 1975 r. było 5,8 m ld m 3 ścieków , a za 15 la t p rze w id u je się w zrost do 12,5 m ld m 3 ścieków (1990 r.).
P rz y jęto ocenianie sto p n ia zanieczyszczenia ścieków na p o d sta w ie za p o trzeb o w an ia, w zględnie zużycia tlenu w p ro ce sac h ro z k ła d u i m in e ra liz a c ji zw iązków orga
nicznych. Na p odstaw ie w arto śc i biochem icznego za
p otrzebow ania tle n u (BZT), m ożna porów nyw ać ścieki przem ysłow e ze ściekam i bytow o-gospodarczym i — np.
cu krow nia z przero b u 1 t b u rak ó w d a je ty le ścieków co 120-400 m ieszkańców w ciągu doby.
P opraw ie jakości wód służyć b ęd ą zm iany tech n o logii p ro d u k cji zm n iejszające ilości zanieczyszczeń, szersze stosow anie łatw o ro z k ła d aln y c h d etergentów , środków o ch ro n y roślin, p rze strzeg a n ie w łaściw y ch m e
tod naw ożenia gleb, sk ła d an ie odpadów k o m u n aln y ch i przem ysłow ych, ro zw ija n ie rolniczego w ykorzystania ścieków oraz pow iększenie eksp lo atacy jn ej sp raw n o ś
ci oczyszczalni ścieków.
R ozszerzenie i udoskonalenie te c h n ik i oczyszczania ścieków je s t podstaw ow ym zad an iem o chrony wód.
Spośród m etod stosow anych do lik w id a cji lu b o g ra n i
czania sku tk ó w zanieczyszczenia w ód w yróżnia się oczyszczanie: m echaniczne, chem iczne, biologiczne. O- czyszczanie biologiczne o dgryw a n ajw a żn iejsz ą rolę i polega n a w y korzystaniu organizm ów do ro zk ła d an ia i u su w an ia su b stan cji zanieczyszczającej. U żyw a się tu b a k te rie (szczególnie p rz y ściekach m iejskich), g rzy
by z ro d zaju F usarium , O ospora (ścieki przem ysłow e), glony (P h o rm id iu m , XJlotrix stigeodonium , okrzem ki, zielenice) i p ierw otniaki.
W ody pow ierzchniow e w n aszy m k ra ju są bardzo siln ie zanieczyszczone. U dział p rze m y słu w zanieczy
szczeniu wód ściekam i w ynosi 68%. Na d ru g im m iejscu z n a jd u je się gospodarka k o m u n aln a (37%). Oczyszcza
n iu podd an y ch je st ok. 43% ścieków , resz ta o d p ro w a
d zan a je s t w p ro st do wód p o w ierzchniow ych bez oczyszczania. O dra n a całej długości je st n ie p rz y d a tn a do u żytkow ania kom unalnego, W isła zaw iera 35%
w ody n ie n ad a ją ce j się do celów gospodarczych, je d y nie n a odcinkach poniżej P ilicy, N idy, B zury i S krw y po T o ru ń zaw iera w ody n ie całkow icie zanieczyszczo
ne.
W naszym k ra ju podzielono w ody w edług stopnia czystości n a : n a d a ją c e się do hodow li ry b łososiow a
tych, p rz y d a tn e do spożycia przez ludzi (kom unalne), m ożliw e jeszcze do w y k o rz y sta n ia ty lk o w ro lnictw ie, do w ykorzystania je d y n ie w przem yśle, w ody ścieko
w e — zabójcze dla życia. S ta n w ód m ożna sklasyfiko
w ać n a stęp u jąco : rzek i n a 16,3% sw ej długości m a ją w ody I k lasy , 26,0% — II klasy, 26,8% — III k la sy oraz 30,9% długości zn a jd u je się poza k la sy fik a c ją jako n ad m ie rn ie zanieczyszczone. W jezio rac h sp ra w a za
nieczyszczenia jest ta k że pow ażna (30% jezior m a w o
d y czyste, pozostałe są zanieczyszczone, a połow a z n ic h je st zanieczyszczona w sposób n adm ierny).
P roblem em stało się p o stęp u jące zasolenie w ód W i
sły i O dry. S pow odow ane to je s t głów nie przez w ody 2*
