Kapitola 6: Činnost člověka ve vztahu k životnímu prostředí

6.1  Těžba nerostných surovin a její vliv na životní prostředí

6.1.1 Zdroje nerostných surovin

6.1.2  Dopady těžby nerostných surovin na životní prostředí

6.1.3  Povrchová těžba a její dopady

6.1.4  Hlubinná těžba a její dopady

6.1.5  Těžební vrty

6.1.6  Zpracování a úprava nerostných surovin

6.1.7 Těžba uranu v České republice

6.1.8  Environmentální suroviny

6.1.9  Odstraňování následků těžební činnosti

6.2  Nakládání s vodními zdroji a jejich ohrožení

6.2.1  Význam vody v antroposféře

6.2.2 Voda jako geofaktor životního prostředí

6.2.3  Vliv člověka na kvalitu a množství vody

6.3  Půdy a jejich degradace

6.3.1  Vznik a stavba půd

6.3.2  Úrodnost půd

6.3.3  Fyzikální a chemická degradace půd

6.3.4  Problematika půd v průmyslové krajině

6.4  Průmyslová činnost a její vliv na prostředí

6.4.1  Znečištění ovzduší

6.4.2  Dopady znečištění atmosféry

6.4.3  Zdroje znečištění

6.4.4  Atmosférická depozice

6.5  Energetika a životní prostředí

6.5.1  Ropa a plyn

6.5.2  Uhlí

6.5.3  Atomová energie

6.5.4  Obnovitelné zdroje energie

6.6  Narušení horninového prostředí

6.6.1  Klasifikace stupně narušení horninového prostředí

6.6.2  Povrchové přemisťování hornin a zemin

6.6.3  Podpovrchové přemisťování hornin a zemin

6.6.4  Bilance hmot horninového prostředí

6.7  Nakládání s odpady

6.7.1  Pevné odpady

6.7.2  Ostatní odpady

6.8  Role člověka v globálních klimatických změnách

Člověk jako součást složitého systému na povrchu naší planety ovlivňuje řadu procesů. Na počátku své existence byl pouhým živočišným druhem, který se přizpůsoboval okolnímu prostředí, postupem času však začal přizpůsobovat okolí podle svých potřeb. Drobné zásahy do přírodního systému představovalo získávání zemědělské půdy, postupem času přišla těžba surovin, průmyslový rozvoj a v současné době dokáže člověk provádět změny obrovských rozměrů. Ne všechny změny vedou ke zlepšení kvality lidského života, resp. činnost člověka má i odvrácenou stranu, která místy ohrožuje jeho samotnou existenci.

6.1  Těžba nerostných surovin a její vliv na životní prostředí

Potřeba nerostných surovin vyvstala ve velmi raném období lidské historie, prakticky v okamžiku, kdy se člověk naučil opracovávat kámen na jednoduché nástroje. Následovalo zpracování hlíny a jílů na jednoduchou keramiku a první zpracování kovů. Vzestup spotřeby nerostných surovin nastal při průmyslové revoluci v 18. století a od té doby se již nezastavil. Současná spotřeba je obrovská, fungování lidské společnosti je na nerostných surovinách přímo závislé.

Představíme-li si běžný den průměrného člověka, jsou nerostné suroviny hlavní součást jeho života. Při snídani si nalijeme do sklenice (křemitý písek) kávu a na talířku (jílová surovina pro porcelán) si dáme základní potraviny (jejich výroba je spojena s těžbou nezbytných hnojiv). Čteme noviny (jílové plnidlo) a oblékáme se (syntetická vlákna, ropa) a cestujeme do práce (auta se vyrábějí z kovů a ropy, silnice ropa a kamenivo) a tak lze pokračovat až do večera. Rozvoj každé společnosti se přímo či nepřímo poměřuje s možností těžby, zpracování a využití nerostných surovin.

Z hlediska dostupnosti surovin můžeme rozlišit dvě velké skupiny:

• surovinové obnovitelné zdroje jako je dřevo, biomasa, voda jsou z hlediska využitelnosti a dopadu na stabilitu ekosystémů velmi perspektivní. Obnovitelnost těchto zdrojů má různý časový horizont – voda prakticky ihned, biomasa obvykle jeden rok, dřevo desítky let.

• surovinové neobnovitelné zdroje jsou ložiska nerostných surovin, jako jsou rudy, kamenivo, ropa, zemní plyn a řada dalších. Jejich obnova je možná v geologickém časovém měřítku, tj. desítky a stovky miliónů let.

6.1.1 Zdroje nerostných surovin

Minerální nebo nerostné zdroje jsou prvky, sloučeniny, minerály nebo horniny, které lze těžit a průmyslově využívat. Z hlediska ekonomického jsou to ložiska přírodních materiálů, jejichž těžbou a prodejem vzniká zisk. Zásobami nerostných surovin máme na mysli akumulace zájmových komodit, které je možné za určitých podmínek výhledově vytěžit. Podmínky těžby závisí na mnoha faktorech: geologická pozice a technologická dostupnost ložiska, aktuální potřeba na světovém trhu, aktuální cena komodity na světové burze a další.

Vznik ložisek nerostných surovin určité velikosti, typu a koncentrace je plně závislých na geologických procesech probíhajících během vývoje planety. Ložiska surovin můžeme dělit podle řady kritérií, nejčastěji se tak děje podle jejich využití:

• prvky a kovy nutné pro rozvoj technologií, běžné jsou železo, hliník, chrom, mangan a další, mezi vzácné se počítají např. měď, zinek, olovo, uran nebo molybden,

• stavební materiály jako jsou kámen, písek, jíl, štěrk, vápenec a další,

• suroviny pro chemický průmysl, zejména ropa, plyn, fosfáty a jiné,

• suroviny pro energetiku především ropy, plyn a uhlí,

• životně důležité a zemědělské suroviny, kam řadíme kamennou sůl, a zdroje živin (fosfáty).

Z hlediska objemu těžby jsou kovy a prvky naprosto zanedbatelné a navíc 95 % jejich těžby představuje železo. Největší objemy v těžbě představují stavební a palivové suroviny. Současným problémem není ani tak objem surovinových zásob, jako spíše způsob jejich rentabilní těžby. Do popředí se velmi aktuálně dostává otázka možné recyklace při využití již vytěžených surovin.

S rostoucí světovou populací a jejím zájmem o tzv. trvale udržitelný rozvoj vzrůstá i zájem o suroviny. Nedostatek surovinových zdrojů může vést k fatálnímu narušení fungování ekonomiky státu a tím dostává těžba nerostných surovin geopolitický aspekt. Profit z vytěžených surovin však není rovnoměrně rozložen po celé populaci naší planety, např. USA představující 5 % světové populace spotřebuje 30 % vytěžených surovin. V tomto kontextu se některé suroviny stávají strategickými, tzn. jejich nedostatek by vážně narušil rozvoj ekonomiky. Typickými surovinami tohoto typu je ropa, plyn, uhlí nebo uran. Tato situace může vést a také vede ke vzniku konfliktů v mezinárodním měřítku, které často vyústí ve vojenskou konfrontaci.

Ložisko je akumulace průmyslové suroviny (dříve hlavně spojováno s rudami kovů), která může být rentabilně vytěžena a využita. S rentabilitou ložiska se spojuje několik faktorů. Prvním z nich je koncentrace zájmové složky. Některé kovy, např. hliník potřebuje koncentraci kolem 30 %, aby těžba byla rentabilní, u zlata jsou to pouhé 4 ppm. Dalším faktorem je dostupnost ložiska z hlediska způsobu těžby (povrchová nebo důlní), typ uložení (zvětraliny, sediment) nebo možnost blízkého zpracování suroviny.

Obrázek 6.1. Jedním z mnoha faktorů rentability ložiska je možný způsob těžby. Povrchová těžba je ve většině případů levnější a účinější, jako např. těžba kaolinitové suroviny v Kaznějově.

Ložiskotvorné procesy mohou být spojeny s různými geologickými událostmi. V magmatických procesech může docházet ke koncentraci mědi, kobaltu, niklu nebo zlata v magmatických krbech, nebo zájmová složka zůstává v hornině rozptýlená (diamanty v kimberlitech). Velkého významu nabývají hydrotermální ložiska kovů, která vznikají v bezprostřední návaznosti na magmatický proces nebo jsou spojeny s vývěry horkých roztoků na mořském dně. Vznik takových ložisek můžeme recentně sledovat na mnoha místech oceánského dna (tzv. bílý a černí kuřáci).

Obrázek 6.2. S magmatickými procesy jsou spojena hydrotermální ložiska, u nás například ložisko fluoritu a barytu v Harrachově.

Obrázek 6.3. V magmatickém procesu, ve značných hloubkách pod povrchem, vznikají ložiska diamantů. Matečnou horninou jsou kimberlity, které se následně těží povrchovým i důlním způsobem.

Obrázek 6.4. Na řadě míst oceánského dna můžeme pozorovat recentní vývěry hydrotermálních roztoků a vznik budoucích ložisek nerostných surovin. Tyto sopouchy se označují jako černí nebo bílí kuřáci podle typu vznikající mineralizace.

Během procesů metamorfózy může docházet k mobilizaci některých prvků a vzniku metomorfních ložisek (např. Pb-Zn, Au). Za příznivých podmínek mohou vznikat horniny používané na stavební účely nebo obsahující důležité minerály, např. azbesty nebo mastek.

Obrázek 6.5. V metamorfním procesu mohou z ultrabazických hornin vznikat významné akumulace mastku. Ložisko Zadní Hutisko v Jeseníkách.

Obrázek 6.6. Vznik grafitové suroviny je spjat výlučně s podmínkami metamorfního procesu, ložisko Konstantin u Velkého Vrbna.

Procesy zvětrávání, transportu a sedimentace vedou ke vzniku sedimentárních hornin. Některé procesy vedou k nahromadění určitých typů surovin, např. rozsypová ložiska zlata nebo platiny, ložiska písků, štěrků nebo kaolinitu. Odpařováním mořské vody v mělkých pánvích vznikají evaporitová ložiska sádrovce, anhydritu halitu nebo minerálů bóru.

Ve speciálních případech mohou přispět ke vzniku ložisek i živé organismy, např. ložiska fosfátů nebo vápenců.

Obrázek 6.7. V sedimentech se často hromadí velmi odolné minerály, např. zlato. Jeho těžba v rozsypech se provádí již několik set let a často se jedná o velmi namáhavou práci.

Obrázek 6.8. Odpařováním mořské vody během sedimentačních procesů vznikají často rozsáhlá evaporitová ložiska. Využívají se k těžbě halitu, sádrovce nebo anhydritu. Krystaly sádrovce z ložiska v Kobeřicích u Opavy.

Obrázek 6.9. Za přispění živých organismů mohou vznikat v sedimentačním procesu rozsáhlá ložiska vápenců. U nás se využívají především suroviny devonského stáří, jako např. na ložisku Mokrá u Brna.

6.1.2  Dopady těžby nerostných surovin na životní prostředí

Těžba a zpracování nerostných surovin je prakticky vždy proces, který ovlivňuje okolní prostředí a to během těžby a často i po jejím ukončení. Intenzita dopadů těžby závisí na řadě okolností, zejména na geologických podmínkách ložiska, hydrogeologickém režimu v okolí ložiska, klimatických podmínkách, topografické situaci a řadě dalších faktorů.

Prvním krokem před vlastní těžbou je průzkum ložiska. Obvykle probíhá detailní geologické mapování, odběr vzorků z povrchu i vrtnými pracemi, výkopy rýh a šachtic. Tato fáze otvírání ložiska má obvykle minimální vliv na okolní životní prostředí.

Vlastní těžba a zpracování ložiska má obvykle velmi nepříznivý vliv na krajinu, vodní zdroje, ovzduší i biosféru. Připojit se mohou i okolnosti, které nepříznivě ovlivňují obyvatelstvo a jeho majetek. Všechny tyto jevy jsou však nezbytnou cenou za suroviny, které společnost nezbytně potřebuje. Není reálné předpokládat, že těžba proběhne bez škodlivých zásahů do svého okolí, lze však tyto následky účinně zmírňovat.

Těžba nerostných surovin v České republice je poměrně rozsáhlá a můžeme s ní spojovat především tyto negativní skutečnosti:

• destrukce horninového prostředí

• změny tlaků a napětí v horninovém prostředí

• narušení hydrogeologických poměrů při těžbě

• devastace a deformace povrchu krajiny

• vytváření nových krajinných prvků

• ztráta zemědělsky využitelné půdy

Obrázek 6.10. Těžební činnost představuje významný zásah do režimu povrchových u podzemních vod. Někdy však může být úprava vodního režimu přínosem.

Obrázek 6.11. Těžební činnost představuje velmi často citelný zásah do morfologie a rázu krajiny. Lom Plešovice.

Rozsah těchto negativních vlivů si můžeme dokumentovat na dvou příkladech. Prvním je průměrná spotřeba některých surovin na jednoho obyvatele v Evropě po dobu 70 let jeho života:

• písek a štěrk 460 tun

• ropa 160 tun

• kámen 146 tun

• hnědé uhlí 145 tun

• vápenec 99 tun

• sádrovec 6 tun

• kamenná sůl 13 tun

• hliník 1,4 tuny

• měď 1 tuna, a další řada komodit.

Druhým příkladem je objem některých vytěžených surovin v České republice v roce 1997:

• černé uhlí 20 mil. tun (1 340 000 nákladních aut)

• hnědé uhlí 57 mil. tun

• vápenec 11 mil. tun

• stavební kámen 29 mil tun (téměř 2 milióny nákladních aut)

• štěrkopísek 21 mil. tun

• ropa 159 tis. tun

• grafit 25 tis. tun

• jíly 759 tis. tun a další.

Z výše uvedených čísel vyplývá, že těžba surovin je skutečně gigantická a k vytěžené surovině je třeba vždy ještě připočítat těžební odpad. U těžby některých surovin je využita jen část vytěženého objemu a vzniká odpad – tzv. hlušina. Ta se zpravidla ukládá na odvalech (haldách), které představují minimálně narušení krajinného rázu, v horších případech rizika znečištění okolního prostředí.

Obrázek 6.12. Suroviny vytěžené ale nevyužité se obvykle shromažďují na hlušinových haldách, které mohou představovat gigantické objemy materiálu. Halda dolu Barbora v Jáchymově.

6.1.3  Povrchová těžba a její dopady

Negativní vlivy jsou zásadně ovlivněny způsobem těžby – povrchovým nebo hlubinným dobýváním. Každý ze způsobů má své výhody a nevýhodu, rozhodnutí o použití daného způsobu se odvíjí od ekonomické a geologické situace na ložisku.

Povrchová těžba nerostných surovin je podstatně levnější, technicky méně náročná a rychlejší. Bohužel, obvykle přináší mnohem větší ekologická rizika a zásah do krajiny.

Povrchová těžba je obrovským zásahem do horninového prostředí, který se projevuje především změnou napětí v masívu, může vyvolat indukovanou seismicitu nebo způsobit vznik sesuvů. Téměř vždy je spojena s přetvářením reliéfu krajiny – vznikají výsypky a haldy hlušinového materiálu na straně jedné a rozsáhlé lomové deprese na straně druhé. Přemisťování obrovského množství materiálu může vyvolat subsidenci, zrychlenou erozi nebo gravitační pohyby. V české republice jsou takovým příkladem severočeské hnědouhelné pánve. Zahloubení těchto velkolomů je až 170 m pod původní reliéf, takže se jedná o místa s nejnižší nadmořskou výškou u nás. Při těžbě vysoce převažuje podíl hlušiny, takže výsypky dosahují gigantických rozměrů a rovněž výrazně mění ráz krajiny.

Obrázek 6.13. Při těžbě kaolinové suroviny dochází k rozsáhlým odkryvům a těžba se dostává až k hladině spodní vody v daném území. Ložisko Kaznějov.

Obrázek 6.14. Po ukončení těžby pyritu v proterozoických břidlicích u Hromnic vznikla vodní nádrž, která však není vhodná k rekreačním účelům. Hodnoty pH vody dokumentují její silně kyselý charakter.

Povrchová těžba má značný vliv na hydrogeologické poměr širšího okolí. Tyto vlivy nemusí být vždy negativní – při vhodné technické realizaci může být změněný režim využit pro navýšení průtoků v řekách a nádržích, jako protipovodňové opatření, pro zásobování užitkovou nebo pitnou vodou, případně pro rekreační účely. Na druhé straně může být negativně ovlivněna kvalita a množství podzemních vod. Těžba také může kontaminovat podzemní i povrchové vody nebezpečnými látkami, ohroženy mohou být i zdroje léčivých minerálních vod.

Povrchová těžba má velký vliv na atmosféru. Především je to zvýšený obsah prachových částic a kontaminace atmosféry zplodinami po trhacích pracích. Velmi často je v rozsáhlých těžebních dosaženo navýšení teplotního režimu a výsledkem je změna mikroklimatu. Nezanedbatelným negativním vlivem je zvýšená hlučnost.

Při těžbě je odstraněna veškerá vegetace a velké množství půdního profilu. Vzniká tak prostor pro rychlejší degradaci zbylých půd a zrychlení zvětrávacích procesů. Negativní vliv na biosféru a lidskou populaci je zřejmý, trhací práce mohou způsobit poškození okolních staveb.

Obrázek 6.15. Linky na úpravu zrnitosti materiálu jsou zdrojem hluku a prachu, ačkoliv se často používá technologie doprovázená skrápěním. Prašnost prostředí dokumentuje šedé zabarvení okolních stromů.

6.1.4  Hlubinná těžba a její dopady

Hlubinná těžba je obdobně devastující procesem jako těžba povrchová. Je technicky více náročná a obvykle podstatně dražší. Rozfárání horninového prostředí způsobuje zavalování důlních prostor, oživení tektonických poruch a významný zásah do vodního režimu. Čerpání důlních vod může měnit kvalitu i vydatnost podzemních zdrojů, může dojít i ke zničení zdrojů termálních a minerálních vod.

Při podpovrchové těžbě je na povrch vyrubáno značné množství hlušinové materiálu, který je skladován na odvalech, které mění ráz krajiny. Např. při těžbě polymetalických rud zůstává z každé vytěžené tuny na hlušinové haldě 970 kg materiálu, u zlata se z každé tuny využije pouze 4 – 10 g.

Významným negativním vlivem hlubinné těžby, u nás známým především na Ostravsku a Karvinsku, je změna morfologie povrchu, způsobená propadáním starých důlních děl. Vytvářejí se poklesové kotliny různých velikostí, zpravidla se jedné o pozvolný proces, který ohrožuje původní i novou zástavbu. V některých případech se povrch propadne náhle, řícením větších podzemních prostor (Zlaté Hory), někdy o desítky metrů. Náprava těchto škod je velice komplikovaná a nákladná, záchrana postižených staveb je někdy nemožná. S řícením podzemních prostor je spojen i vznik drobných zemětřesných událostí.

Obrázek 6.16. Negativním projevem důlní činnosti je propadání nadloží do podzemních prostor. Někdy se jedná o pozvolný pohyb, jindy je událost velmi rychlá. Propadlá díla ve Zlatých Horách.

Velkým rizikem po ukončení báňské činnosti mohou být úniky nahromaděných důlních plynů, po těžbě uhlí je to třeba velmi nebezpečný metan.

Důlní těžba zpravidla představuje dlouhodobější zátěž životního prostředí. K těmto zátěžím počítáme zejména:

• báňský a úpravárenský odpad

• výtoky z důlních děl a

• stability báňských děl.

K báňskému a úpravárenskému odpadu se počítají především hlušinové haldy a odkaliště vzniklá úpravou rud. Haldový materiál je zpravidla různé zrnitosti a může vedle hlušiny částečně obsahovat i materiál s obsahem toxických prvků nebo dochází k oxidaci na povrchu nestabilních minerálů. Ve spojitosti s dešťovou vodou představují nebezpečí pro okolní půdy, povrchové vodní toky i podzemní zdroje vody. Na odkalištích je uložen materiál ve formě jemného prachu a může obsahovat kromě nebezpečných prvků i chemické látky používané při zpracování rud. Taková úložiště jsou zdrojem prachu a v případě netěsnosti odkalovací nádrže představují hrozbu pro okolní půdy a vody.

Důlní činnost umožňuje nejen na povrchu, ale i v podzemí, zvýšenou interakci mezi vodami a narušeným horninovým prostředím. Běžné sulfidy snadno reagují během své oxidace a výsledkem je vznik kyselých nebo i toxických vod, které vytékají z hald nebo důlních děl. Hodnota pH těchto vod bývá velmi nízká běžně menší než 3. Je to způsobeno především vysokým podílem síranových aniontů a to do té míry, že roztoky odpovídají zředěné kyselině sírové, která rychleji narušuje horninové prostředí a kontaminuje všechny typy vod. Kontakt kontaminovaných kyselých vod s povrchovou vodou je obvykle doprovázena řadou reakcí, např. srážením solí, které jsou transportovány na značnou vzdálenost nebo sedimentují a kontaminují dnový sediment. Novotvořenými sloučeninami jsou oxihydroxidy a oxihydroxisírany Fe a Al, ferrihydrit, goethit nebo jarosit. Kyselé důlní výtoky kontaminují a reagují s půdním profilem. Probíhající reakce umožňují vznik oxidů a hydroxidů Fe a Al, sádrovce a jarositu, která v mezizrnném prostoru vytváří specifický půdní horizont. Tento proces zvyšuje kyselost půdy a mění její fyzikálně chemické vlastnosti a výsledkem je její intenzivní degradace a poškození rostlinného pokryvu.

6.1.5  Těžební vrty

Těžba nerostných surovin pomocí vrtů je běžná především u kaustobiolitů typu ropy a zemního plynu. Při této těžbě je poškození krajinného rázu zpravidla minimální, ale nebezpečí kontaminace vod a půdy těženou surovinou je značné. Obzvláště nebezpečné z hlediska kontaminace je provádění těžbě v šelfových mořích.

Pomocí vrtů se těží i pevné suroviny, které jsou uloženy v nepříznivých geologických podmínkách, ale mají vhodné chemické složení. Pomocí vrtů je do podloží zavedena chemikálie, která zájmovou surovinu rozpustí a jinými vrty se vyčerpá na povrch. Příkladem takové těžby je uran soli nebo síra. Tato těžba je velmi nešetrná, vzniká obrovská kontaminace nejen horninového prostředí, ale i podzemních vod.

6.1.6  Zpracování a úprava nerostných surovin

Těžba nerostných surovin je spjata s následnou úpravou suroviny. V této fázi se odděluje užitková složka od hlušiny a vyrábí se rudní koncentrát. U řady kovů vzniká při úpravě prakticky stejné množství odpadu, protože rentabilní těžba představuje obsahy kolem 4 ppm (např. zlato) – to znamená získaní 4 g suroviny z jedné tuny.

Základními procesy úpravy nerostných surovin jsou:

• drcení – úprava vytěžené suroviny na velikost vhodnou k získání užitkové složky. Tato činnost je obvykle spojena se zvýšenou prašností a hlukem.

• gravitační, flotační nebo elektromagnetická separace – jsou přímé metody oddělení užitkové složky. V případě flotace se používají speciální chemické látky, tzv. pěniče, které obalí užitkovou složku a udrží ji na vodní hladině.

• loužení – je proces získávání některých kovů (Au, U, Cu). Proces je velmi efektivní a je vhodný pro zpracování obrovského množství materiálu. Na druhé straně je to jeden z nejrizikovějších procesů úpravy rud, protože se používají velmi nebezpečná louhovací činidla (kyanidy, kyseliny, hydroxidy). Při jakékoliv chybě v technologii a úniku chemikálií vznikají až katastrofální ekologické škody spojené se zničením biosféry, kontaminací vod a horninového prostředí. Příkladem je nehoda na ložisku Baia Mare v Rumunsku v roce 2000.

• tavení a pražení – je tepelná úprava suroviny, která vede k získání užitkové složky. S tímto procesem je spojený únik nebezpečných látek do atmosféry, například při zpracování rtuti.

6.1.7 Těžba uranu v České republice

Uran je v současné době světovou strategickou surovinou, která je významná nejen z hlediska vojenského, ale především energetického. V České republice je velké množství uranových ložisek, která se v minulosti intenzívně těžila a na Dolní Rožínce se stále těží a to i díky stoupajícím cenám na světové burze.

Asi nejkontroverznější těžbou u nás bylo dobývání uranové hmoty z křídových sedimentů severních Čech v okolí Stráže pod Ralskem. Během 26 let (1970-96) bylo vytěženo 14 tisíc tun uranu a zároveň bylo vrty do horninového prostředí vtlačeno 4,5 mil. tun chemikálií typu kyseliny sírové, kyseliny dusičné, čpavku a kyseliny fluorovodíkové. Tyto látky rozpouštěly nejen zájmový uran, ale i horninové prostředí obecně. V oblasti jsou dvě významné křídové zvodně, které byly touto těžbou výrazně znečištěny a kontaminovány v množství kolem 190 km³ (obsah rozpuštěných látek 1–100 g/l).

Ostatní ložiska v republice byla těžena důlním způsobem a je evidováno 38 hlušinových odvalů uranové těžby (Jáchymov, Příbram, Dolní Rožínka, Olší, Okrouhlá Radouň a další). Hald z průzkumné těžby existuje několik set. Na průzkum nebo těžbu uranu bylo u nás vyhloubeno 213 šachet a vyraženo 482 štol. Největší nebezpečí představuje radioaktivita v těsném okolí hald, odkališť a úpraven koncentrátu a rovněž výtoky důlních vod.

Obrázek 6.17. Zbytky hald po těžbě uranu na dole Rovnost v Jáchymově.

Obrázek 6.18. Zbytky uranové haldy na ložisku Zadní Chodov.

6.1.8  Environmentální suroviny

Existují nerostné suroviny, které mají v řadě ohledů velký přínos pro životní prostředí, resp. zmírňují následky vlivu lidské společnosti na živou i neživou přírodu. K těmto surovinám patří zejména:

• suroviny imobilizující a odstraňující znečištění jsou zejména jíly a zeolity, příp. další látky se upravenou strukturou jako expandovaný hydrofobizovaný perlit. Tyto látky mají neuvěřitelné sorpční schopnosti, především dokáží vázat organické sloučeniny typu ropných produktů. Speciálně upravené oxidy a hydroxidy Fe a Mn dokáží do svojí struktury vázat těžké kovy.

• suroviny tvořící bariéry proti migraci znečištění jsou především jíly, které díky svým fyzikálním vlastnostem dokáží vytvořit zcela nepropustnou hranici pro migrující znečištěné roztoky. Nejlepší vlastnosti vykazuje Na-bentonit, který je schopen tvořit bariéru i pro radioaktivní látky. Některé suroviny fungují jako propustná bariéra, která dokáže procházející znečištění vázat nebo chemicky měnit (iontoměniče, oxidačně-redukční reakce).

• suroviny šetřící energii mohou na jedné straně pomáhat zlepšit tepelně-izolační vlastnosti a tím omezit úniky energie (minerální vaty, perlit, expandovaný vermikulit) nebo snižovat energetickou náročnost výroby (keramika, cihly, metalurgie a pod.).

• suroviny umožňující efektivní výživu rostlin jsou například zeolity nebo speciální jíly, které dokáží uvolňovat biogenní prvky postupně a rostliny je dokáží efektivněji využít.

6.1.9  Odstraňování následků těžební činnosti

Každé ložisko nerostných surovin je anomální nahromadění určitých prvků v horninovém prostředí a tato akumulace může mít dopad na okolní horniny i vegetační pokryv. Dostane-li se taková ložisková akumulace do povrchových oxidačních podmínek, dochází k chemickým reakcím v horninovém prostředí, kovy se dostávají do podzemních i povrchových vod a jsou implementovány i do rostlin. Toto vše probíhá určitým tempem bez přispění člověka.

Pokud se takové ložisko otevře důlní nebo povrchovou těžbou, dochází k dalšímu narušení horninového prostředí a všechny pochody zvětrávání a eroze se podstatně zrychlí. Kyselé důlní vody více ovlivňují povrchové i podzemní zdroje, při vzájemné interakci dochází obvykle ke srážení sloučenin obsahujících nebezpečné a škodlivé kovy. Kromě vod dochází ke kontaminaci půd, zcela narušen bývá vegetační kryt.

Tyto negativní jevy těžby jsou problémem především moderní těžby. Hornická díla vzniklá ve středověku obvykle nepředstavují žádné riziko, těžba sledovala pouze zájmovou žílu a docházelo jen k minimálnímu narušení horninového prostředí. Těžba 19. a 20. století je ale průmyslová a vyplácí se jen ve velkém měřítku. Proto se zde potýkáme s výše uvedenými riziky.

Obrázek 6.19. Středověká těžba sledovala pouze rudní žílu, zbytky po této těžbě jsou obvykle zanedbatelné a představují minimální riziko. Poperek u Havlíčkova Brodu.

Z hlediska hlubinné těžby rozlišujeme území na dva typy:

• území bez poddolování

• území ovlivněná hlubinnou těžbou

Hlubinnou těžbou ovlivněná území mohou být s konsolidovaným terénem v případě, že těžba byla ukončena před více jak 10 lety a reliéf je stabilní. Plochy s nekonsolidovaným terénem jsou oblasti aktivní nebo nedávné těžby, kde v důsledku poddolování stále dochází ke změnám povrchového reliéfu.

Ukončená a opuštěná důlní díla představují zátěž a riziko pro nejbližší okolí. Při povrchové těžbě zůstává především vytěžený prostor. V některých případech je zčásti zavožen hlušinovým materiálem, může být využit jako skládka různých typů odpadů a velmi často bývá zatopený a využívaný k rekreačním účelům. Důlní díla jsou konzervována zavalením vstupu, zasypáním nebo zatopením. Společným pozůstatkem obou typů těžby jsou haldy. Jejich sanace je v některých případech velmi obtížná. Kromě znečistění látkami migrující vodou hrozí i jiná rizika, např. na uhelných haldách může dojít k samovznícení a postupnému prohořívání haldy (Radvanice, Oslavany, Kladno). Uhašení takové haldy je velmi problematické a nákladné.

Obrázek 6.20. Zatopením lomu může vzniknout významná rekreační zóna, jako např. v Ejpovicích u Plzně.

Obrázek 6.21. Po těžbě je třeba zabránit přístupu do důlních děl a provést potřebná bezpečnostní opatření, historické důlní dílo v Rožanech u Šluknova.

Celkový soubor opatření technického a biologického charakteru, který vede k odstranění zdrojů i následků těžby, se obvykle spojuje pod pojem rekultivace. Dnes již povinnost těžařské společnosti provádět rekultivace vyplývá ze zákona, na starší díla se to však nevztahuje a zde je nezastupitelná role státu.

Při obnovení původního stavu krajiny po těžební činnosti se setkáme s následujícími pojmy:

• sanace je úprava prostor po těžební či jiné činnosti do stavu, který je vhodný k rekultivaci. V případě lomů je to např. úprava lomových stěn, dna  a nejbližšího okolí tak, aby nepůsobily v krajině rušivě.

• revitalizace je návrat původního stavu před těžbou. Často se jedná o řadu kompromisů, výsledkem by mělo být začlenění místa do původní krajiny.

• renaturalizace je prakticky totéž co revitalizace

• rekultivace je proces směřující k opětovnému využití poškozených ploch v krajině.

Rekultivace probíhá v několika krocích. Prvním je přípravná fáze a začíná již při průzkumu ložiska. Měla by řešit prvořadé střety zájmů a především projektovat způsob těžby vzhledem k následné rekultivaci. Další fází je těžebně technická etapa, která má rovněž preventivní charakter a měla by napomáhat snadnější aplikaci následných likvidačních prací. Vlastní rekultivační práce potom zahrnují:

• likvidace těžební činnosti

• terénní úpravy krajiny

• půdní meliorace vedoucí ke zlepšení půdních vlastností

• technická opatření k zabránění kontaminace okolních půd a vod

• technická stabilizace svahů

• výstavba případných komunikací

Obrázek 6.22. Rekultivace na haldě dolu Kukla v Oslavanech probíhá odtěžením materiálu a ten je následně použit na zasypání bývalé těžní jámy.

Nezbytným následným krokem je biologická část rekultivačních prací, která může zahrnovat:

·        navážku půdy (20 – 100 cm) na sterilní zeminy

·        osazování průkopnických plodin (jetelotravní směsi) a následně

·        vysazení a pěstování produkčních plodin (po 6 – 9 letech).

Při zalesňování se jako průkopnické rostliny používají bříza, akát nebo jeřáb. Cílovými dřevinami jsou obvykle modřín, borovice, topol, dub nebo javor.

Některá těžební díla vyžadují v rámci rekultivace speciální práce. Např. u jámových lomů musí být před zatopením provedena úprava těžebních stěn u důlní těžby je pak nezbytné rekultivovat vzniklé terénní deprese, které mohou vznikat ještě řadu let.

Obrázek 6.23. Součástí rekultivace těžebních prostor je osázení zprvu průkopnickým rostlinstvem a poté trvalejším rostlinným krytem. Opuštěné ložisko Dětaň.

6.2  Nakládání s vodními zdroji a jejich ohrožení

O činnosti vody na zemském povrchu pojednává kapitola 5. V této části se zaměříme na význam vody z hlediska environmentálního a významu pro lidskou společnost. Vodu lze chápat jako nerostnou surovinu, které je obnovitelným zdrojem. Není vázána pouze na hydrosféru, ale setkáme se s ní i atmosféře, pedosféře, litosféře a je samozřejmě velmi důležitou složkou biosféry.

Voda je součástí jejího přirozeného koloběhu, který je poháněný gravitací a sluneční energií, a může se hromadit v nejrůznější formě. Největší zásoby slané vody představuje světový oceán, značné množství je vázáno v ledovcích, v systémech podzemních akviferů, jezerech, řekách nebo půdách.

6.2.1  Význam vody v antroposféře

Z pohledu lidské společnosti má voda v antroposféře naprosto nezastupitelnou úlohu. Zatímco zásoby vody se nemění, nebo jich spíše ubývá, je spotřeba vody lidskou společností stále vyšší. Voda má pro světovou populaci zejména tyto významy:

• biologický – člověk je z 80% tvořen vodou a pro zachování všech životně důležitých funkcí potřebuje 2-3 litry denně.

• zdravotnický – základní hygienické účinky a její léčebné vlastnosti jsou naprosto nezastupitelné

• hospodářský význam je pro rozvoj společnosti jednoznačný. Voda je základem všech infrastruktur, zabezpečuje činnost řady průmyslových odvětví, je zcela nepostradatelná pro zemědělství, slouží k výrobě energie a má rovněž značný dopravní význam.

• kulturně-estetický význam vody spočívá především v krajinné ekologii a při utváření rázu krajiny.

Jednoznačně klíčový význam vody je nezpochybnitelný, přesto se lidská společnost často chová, jak kdyby jí na vodních zdrojích nezáleželo.

6.2.2 Voda jako geofaktor životního prostředí

Voda je bezesporu významným geofaktorem životního prostředí. Na straně jedné je významnou geobariérou, na straně druhé má obrovských využitelný potenciál.

Jako geobariéra může působit voda v povrchových i podpovrchových podmínkách. Povrchová voda vytváří geobariéru v těchto případech:

• trvale zamokřená území vznikají přirozeným vývojem reliéfu nebo nevhodným zásahem člověka. Výsledkem jsou trvale zamokřená území, jejichž využití je přinejmenším problematické nebo nemožné. Tato geobariéra je řešena melioracemi, výstavbou ochranných hrází a regulací říčních toků.

• povodně jsou pravidelné události v hydrologickém režimu, které často dosahují katastrofických následků. Tzv. stoleté vody mohou devastovat rozsáhlá území, často je jejich účinek podpořen nevhodnou činností člověka.

• nedostatek vody může představovat podobnou geobariéru jako její přebytek. Nedostatek vody omezuje rozvoj lidské společnosti a často je spojen s hladomorem, strádáním a nakažlivými chorobami.

Obrázek 6.24. Přívalové deště mohou vyvolat náhlé záplavy i v poušti Kalahári.

Podzemní vody představují geobariéru především v těchto ohledech:

• hladina podzemní vody je významnou geobariérou při zakládání staveb v případě, že je příliš blízko k povrchu. Taková situace velmi komplikuje technicko-stavební podmínky a je potřeba přijímat dodatečná opatření.

• agresivita podzemní vody má velký vliv na podzemní stavební konstrukce, které může silně degradovat.

• svahové pohyby jsou ve velkém množství případů spouštěny právě nadbytečným množstvím vody. Vzniká tak velký tlak v horninovém prostředí a narůstá i jeho hmotnost, kritické svahy jsou pak velmi nestabilní a náchylné ke svahovým pohybům.

Voda je rovněž velmi významným geopotenciálem. Jak bylo uveden výše, z hlediska zachování života je voda nezastupitelná, má ale další možnosti využití. Je velmi významnou obnovitelnou nerostnou surovinou. Geopotenciály vody spočívají ve dvou hlavních aspektech:

• využití léčivých účinků minerálních vod

• voda jako zdroj důležitých nerostných surovin (chloridy, jod, brom).

6.2.3  Vliv člověka na kvalitu a množství vody

Během své existence ovlivňuje lidská společnost množství a kvalitu vody ve svém životním prostředí. Nároky především na množství vody neustále stoupají a člověk dokáže provádět výrazné změny i v rámci celosvětového globálního hydrologického cyklu, v jednotlivých složkách tohoto cyklu nebo je množství vody ovlivněno lokálními zásahy technického charakteru.

Globální ovlivnění množství vody lidskou společností je v současné době velmi diskutované téma v souvislosti s možnými klimatickými změnami. Klimatické změny velmi intenzivně ovlivňují prostorový výskyt srážek, odtok a výpar, případně zvýšení extrémního výskytu některých jevů (sucha, hurikány, záplavy). Klimatické změny jsou zkoumány především prostřednictvím sedimentů v jezerech, ledovcích nebo na oceánském dně, poměrně nedávné klimatické změny jsou zaznamenány ve vývoji dřevin a zabývá se jimi dendrochronologie. Vliv člověka na klimatické změny je diskutován v kapitole 6.8.

Lokální množství dosažitelných vodních zdrojů je výrazně ovlivněno technickými zásahy do režimu povrchových i podzemních vod. Jedná se zejména o tuto lidskou činnost:

• zachytávání a čerpání pramenů

• čerpání podzemních vod vrty

• čerpání a odběr mineralizovaných vod

• regulace proudění vody na ložiscích nerostných surovin

• regulace povrchových toků

• výstavba podzemních objektů

• výstavba vodních nádrží.

Zachytávání a čerpání vod z pramenů se využívá k získávání velmi kvalitní pitné vody. Při neuváženém odběru může dojít ke snížení podzemního i povrchového odtoku a ke snížení průtoku ve vodoteči. V extrémním případě dojde k vyschnutí koryta vodotečí.

Čerpání podzemních vod je důležitým zdrojem pitné vody pro obyvatelstvo. Odebrané množství však může překročit dotační schopnost sběrného území a může dojít k významným poklesům hladiny podzemních vod, což je zpravidla spojeno s dalšími problémy:

• porušení hydraulického spojené povrchového toku a hladiny podzemních vod

• vysychání přirozených pramenů

• snížení tlaku v geologickém prostředí spojené s poklesy povrchu

• snížení průtoku povrchových vod a narušení ekosystémů

• vysychání lesních porostů.

Nadměrné čerpání minerálních vod může mít obdobné důsledky jak byly uvedeny výše, ale obvykle v mnohem menším rozsahu. Největším problémem je většinou pokles tlaku a vydatnosti mineralizovaných vod a významná změna v jejich složení.

O změnách režimu povrchových i podzemních vod při těžbě nerostných surovin bylo pojednáno v kapitole 6.1. Kromě úbytku vody v povrchových tocích může dojít k poklesu hladiny podzemní vody v důsledku zmenšení infiltrační oblasti.

Technický zásah do povrchových toků je spojen s prevencí povodňových situací, stabilizací břehů nebo zlepšení splavnosti toku. Většina technických zásahů je spojena se zkracováním a napřimováním toku, betonování koryta a břehů nebo vyrovnávání sklonu toku. Tato opatření mají za následek snížení břehové infiltrace a zmenšenou obnovu podzemních vod.

Vodní nádrže jsou prvkem, který vždy mění přirozený režim podzemních i povrchových vod. Vodní nádrže mají pro společnost značný význam jako ochrana proti povodním, zdroj vody, energie nebo k rekreačním účelům.

Kromě množství vody ovlivňuje lidská činnost i její kvalitu. Změna kvality vody může být spojena s mnoha lidskými činnostmi a s postupujícím rozvojem průmyslu se riziko případného znečištění neustále zvyšuje. Mezi činnosti, které mohou negativně ovlivnit kvalitu vod, patří zejména:

• běžný život ve městech a obcích (kanalizace, nakládání jednotlivců s různými látkami)

• průmyslová výroba nejrůznějšího typu (papírenský nebo kožedělný průmysl)

• zemědělství a lesní hospodaření (hnojiva, těžba. obdělávání)

• doprava (úniky ropných látek)

• těžba nerostných surovin a jejich zpracování

• skládkování a likvidace odpadů

• výstavba vodních děl

• turistika a rekreace

Uvedené i další lidské činnosti mohou být příčinou degradace kvality vod, která se může projevit změnou jejich biologických, chemických nebo fyzikálních vlastností. Za znečišťující látku se považuje taková, která je přítomna ve zvýšeném množství nebo její přítomnost je škodlivá pro živé organismy. Znečištěním mohou být nadlimitní obsahy těžkých kovů, radioaktivních izotopů, sloučeniny např. fosforu nebo dusíku a rovněž přítomnost virů nebo bakterií.

Odstranění znečišťující látky je často velmi komplikované. Prvním krokem je vždy nalezení a odstranění zdroje nebezpečných látek. V tekoucích vodách je obnovení kvality vody otázka několika dní, kdy znečištění prostě odteče. Větší problém nastává u jezer, přehrad nebo moří.

Znečištění vody může být klasifikováno podle typu znečišťujících látek:

• anorganické

• organické

• mikrobiologické

• radioaktibní,

nebo podle typu zdroje znečištění:

• bodové (benzinové pumpy)

• liniové (ropovody, produktovody)

• plošné (zemědělská výroba),

případně podle délky přínosu znečišťujících látek:

• jednorázové

• krátkodobé

• dlouhodobé.

6.3  Půdy a jejich degradace

Půdy byly v úvodu vymezeny jako samostatná geosféra – pedosféra. Půdy obecně jsou velmi významným geopotenciálem pro lidskou společnost, tvoří hlavní předpoklad rostlinné zemědělské výroby nebo stavebního průmyslu. Půdu můžeme definovat jako vícefázovou soustavu složenou z pevné, kapalné a plynné fáze nebo zcela jednoduše můžeme říci, že půda je oživená část zvětrávacího pláště hornin. Půdní profil tvoří hraniční vrstvu mezi litosférou, biosférou, atmosférou a hydrosférou.

Půda je z hlediska mnoha lidských činností velmi důležitou geosférou a je studována z mnoha hledisek. Předně je to možnost jejího využití pro zemědělskou a lesnickou výrobu, kdy se sledují především její vlastnosti, které ovlivňují růst rostlin (obsah živin, provzdušnění, obsah vody a další). Studium půd může být velmi důležité při vyhodnocování některých přírodních rizik – např. půdních sesuvů, zemětřesení nebo záplav. Kvalita půd má velký význam při zakládání skládek odpadů a v odpadovém hospodářství obecně, některé půdy jsou významnou „ekologickou“ surovinou. Některé stavební znaky půdy umožňují dešifrovat klimatické podmínky v minulosti ve vztahu k současným klimatickým změnám.

6.3.1  Vznik a stavba půd

Proces vzniku půd je velmi pozvolný a často komplikovaný. Základem půd jsou úlomky zvětralých hornin, které původně tvořily půdotvorný substrát (zvětralinový plášť). Složení substrátu je rozhodující pro rychlost vzniku půd a jejich chemické a fyzikální vlastnosti. Zvětrávacími procesy se mění složení původní horniny, část prvků je odnášena, některé zůstávají, dochází ke vzniku fylosilkikátů (jílových minerálů). Ze samotných horninových úlomků a produktů zvětrávání však půda nevzniká, k tomu je potřeba přítomnost půdních organismů, které iniciují zahájení půdotvorných (pedologických) procesů. Jedná se zejména o:

• humifikaci – mikrobiální a chemické procesy přeměny organických zbytků na humus

• eluviace jsou procesy vyplavování a ochuzování o některé látky, zpravidla ve formě koloidních roztoků za významného přispění vody (illimerizace, podzolizace nebo slancování)

• iluviace je opačný proces k předchozímu, tzn. hromadění určitých látek.

• oglejení je proces související s vodním režimem v půdě a se změnou redukčního nebo oxidačního prostředí, kdy dochází k rozpouštění nebo vysrážení sloučenin železa a manganu.

• solončakování je vnášení chloritdů, síranů nebo uhličitanů do půdních profilů, často z podzemních mineralizovaných vod.

• slancování je proces vymývání solí z povrchových částí a vysrážení v podloží.

Doba vzniku půd je velmi různá v závislosti na substrátu a klimatických podmínkách. Odhaduje se, že v podmínkách mírného pásmu vznikne 1 cm půdy na nezpevněném sedimentu asi za 100 let. Na pevných horninách se jedná až o desítky tisíc let.

V procesu vzniku půdy dochází k její stratifikaci a v půdním profilu vznikají tzv. půdní horizonty. Od povrchu směrem do podloží mohou být vyvinuty tyto horizonty:

• O horizont. Je složen výhradně z organického materiálu jako jsou zbytky rostlin (větve, listí, jehlice) nebo živočichů.

• A horizont. Obsahuje směs organických zbytků a minerálního materiálu. Je součástí tzv. zóny vyluhování, jsou z něho odnášeny např. jílové částice, železo nebo vápník.

• E horizont je vyvinut pouze v některých půdních profilech a je typickou zónou vyluhování. Obsahuje menší množství organického materiálu než oba předchozí horizonty.

• B horizont je typickou zónou akumulace látek z nadloží. Často bývá obohacený jílovou složkou, železem, křemíkem nebo karbonáty z nadložních vrstev.

• C horizont reprezentuje silně alterovanou matečnou horninu, obvykle ve formě balvanů nebo úlomků.

• R horizont je neporušené horninové podloží půdního profilu.

Obrázek 6.25. Schematický obrázek ideálně vyvinutých půdních horizontů.

Podle zastoupení a kvality jednotlivých půdních horizontů rozlišujeme tzv. půdní typy. Nejdůležitější z nich jsou v následujícím přehledu:

• černozemě jsou velmi úrodné půdy s humusovým horizontem A zasahujícím do hloubky kolem 80 cm. Vyvíjejí se v nížinách na spraších a málo zpevněných sedimentech.

• šedozemně jsou podobného charakteru, ale jsou významně ovlivněny illimerizací – vyplavením jílových částic.

• hnědozemě mají pod humusovým horizontem světlou ochuzenou vrstvu a v hloubce kolem 50 cm jílovou vrstvu. Vznikají především na hranici pahorkatin a nížin.

• rankery – silný humusový horizont nasedá přímo na podložní substrát. Jedná se o typické lesní půdy.

• rendziny jsou typické půdy na karbonátovém podloží. Pod humusovým horizontem je rozpadlý matečný substrát, půdy jsou vhodné pro sady a vinice.

• hnědé půdy jsou jedny z nejběžnějších. Pod humusovým horizontem a rezavou vrstvou může být prakticky libovolné podloží.

• podzoly jsou typické vyběleným horizontem pod vrstvou humusu. Jsou to typické horské půdy.

• černice jsou půdy s mocným a horizontem a v podloží s vápnitými polohami. Bývají silně zamokřené, po melioraci jsou velmi úrodné.

• nivní půdy mají slabý humusový horizont, převládá vrstva s jílovou složkou. U nás jsou běžné a zemědělsky využívané.

6.3.2  Úrodnost půd

V malém objemu půdy žije velké množství živých organismů typu bakterií, sinic, červů, hmyzu nebo i hlodavců, které mají velký význam pro provzdušnění a promísení půdních částic a uvolnění a přeměnu živin, která je využitelná pro rostliny. Úrodnost půdy je tedy poměřována především kapacitou živin typu dusíku, fosforu a draslíku, které jsou nezbytné pro výživu rostlin.

Úrodnost půd je snižována půdní erozí a vyluhováním živin, naopak je zvyšována přísunem vhodných látek např. při povodních nebo spadem vulkanického popílku.

6.3.3  Fyzikální a chemická degradace půd

Některé fyzikální a chemické pochody mohou vést k znečištění, degradaci a následnému znehodnocení a ztrátě úrodnosti půd. Řada těchto procesů má přírodní charakter, ale značná část negativních vlivů pochází z lidské činnosti nebo člověk svými zásahy zrychluje průběh přírodních procesů. Z fyzikálních pochodů jsou to zejména větrná a vodní eroze, kompakce nebo svahové pohyby, chemické pochody můžeme rozdělit na okyselení půd, salinizaci a alkalizaci půd a konečně chemické znečištění.

Vodní eroze narušuje nejsvrchnější části půdního profilu především prostřednictvím dešťových srážek, které stékají po povrchu a vytváří mělké nebo i hlubší ronové rýhy. Podle sklonu svahu a kvality substrátu (písčité a hlinité půdy) se řídí intenzita půdní eroze. Velký vliv na množství odnášených částic mají i srážkové poměry (přívalové deště jsou erozně účinnější), klimatické poměry a stupeň vegetačního krytu. Ochranou proti erozi je lesní nebo travnatý pokryv půd. Činnost člověka má na vodní erozi velký vliv. Některé činnosti mnohonásobně zrychlují procesy vodní eroze půdy. K těmto činnostem patří především těžba dřeva a odlesňování rozsáhlých ploch. Tato činnost se zpravidla provádí pomocí těžké mechanizace, takže je půdní eroze často urychlena ještě rozrušením povrchu koly nebo pásy strojů.

Obrázek 6.26. Proudící voda může degradovat půdní profil v erozních rýhách, odkud vyplavuje značné množství materiálu.

Obrázek 6.27. Při stavební činnosti dochází k přeskupování značného množství půdy. Výsledkem je zrychlená eroze a odnos části materiálu větrem nebo vodou.

Obrázek 6.28. Při vzniku polomu vzniká obrovské riziko eroze půdy, především v hornatých oblastech probíhá intenzivní vyplavování půdních částic. Západní Tatry.

Další rozsáhlou činností je zemědělské obdělávání půdy. Chybné zakládání cest, používaní nevhodných plodin nebo nesprávný směr orby nebo využívání strmých svahů pro živočišnou výrobu opět velmi zrychluje půdní erozi. Stavební činnost je další narušitel celistvosti půdního fondu, především rozsáhlé výkopové práce nebo nevhodné velkoplošné úpravy terénu. Eroze půdy se často vyjadřuje v množství za časovou jednotku z určité plochy. Například na horninách flyšového charakteru ve svazích se sklonem 6-9° je eroze 10 m³/ha/rok.

Větrná eroze ohrožuje půdy především v oblastech se silným a vytrvalým větrem. Množství odnesených částic závisí i na charakteru půdy, vyšší obsah jílových částic znamená větší odolnost půdy. Naopak erozi silně podporuje suché prostředí a malý vegetační kryt. Lidská činnost podporuje větrnou erozi půd zhruba stejným způsobem, jak bylo popsáno v předcházejícím odstavci.

Zhutnění a kompakce půd má za následek snížení jejich pórovitosti a zvýšení objemové hmotnosti. Takové půdy mají narušenou funkčnost, rostliny těžko zakořeňují a obvykle je narušen i přísun živin a vody ke kořenovému systému rostlin. Situaci podporuje zamokření půd a jejich acidifikace, ale prvotní příčinou je využívání těžké techniky při obdělávání půd.

Poškození půd nastává při svahových pohybech, kdy dojde k promíšení půdních horizontů a navíc se rozruší povrch, čímž je umožněna rychlejší větrná a vodní eroze.

Acidifikace (okyselování) půd je proces destrukce organické a minerální půdní složky provázený odnosem bazických kationtů a kovů. Mění se biologická aktivita půdy a režim koloběhu živin v půdě. Příčina je často přirozeného charakteru – kyselé horninové podloží, přítomnost sulfidických ložisek. Častou příčinou je ale lidský zásah – kyselé deště, nesprávné hnojení. Obecně jsou k tomuto poškození odolnější vápnité nebo humusem bohaté půdy.

K salinizaci a alkalizaci půd může docházet v oblastech, kde se hladina mineralizovaných podzemních vod přiblíží k povrchu. Tento proces podporuje teplé klima s vysokou evapotranspirací. Alkalizace půd se může projevit např. v oblasti těžby magnezitu.

Obecné znečištění půd je ve většině případů spojené s činností člověka. Nejčastějšími polutanty jsou kovy, organické látky, ropné produkty nebo pesticidy. V závislosti na typu znečišťující látky může dojít k poškození půdy na různě dlouhou dobu a s různým dopadem. Zdroji takového znečištění jsou především průmysl, těžba a zemědělství.

6.3.4  Problematika půd v průmyslové krajině

S narůstající populací na planetě rostou nároky na zemědělskou výrobu a průmysl. Přibližně do 18. století bylo k zemědělství využíváno ploch, které vznikly vypalováním lesů, ale rozsah této činnosti nenarušoval významně rovnováhu v krajině. Později začaly nároky na obživu obyvatel stoupat a k tomu se přidala průmyslová revoluce, využití nerostných surovin ve velkém měřítku nebo vznik průmyslových odpadů. V současné době je zemědělsky nebo průmyslově využíváno značné procento z povrchu planety a velmi pravděpodobně to není konečný stav (kácení pralesů a deštných lesů).

Z hlediska degradace půd je největší zátěží zemědělství. Odhaduje se, že za posledních 50 let bylo zemědělstvím a s ním spojenou erozí a degradací půdy zničeno kolem 10 % zemědělsky využitelné půdy. Na většině zemědělských ploch převažuje odnos materiálu nad rychlostí přirozeného vývoje půdního profilu. Při dnešní zemědělské produkci je nutné podporovat snižování erozivních prvků půdy všemi možnými prostředky:

• důsledná orba zabraňující zvýšené erozi, tzn. orba kolmo ke svážnici znesnadňuje vodní erozi

• udržování remízků a mezí, které zabraňují vodní i větrné erozi půdy. Orba v obrovských lánech je sice jednodušší technicky, ale silně podporuje degradaci půdy.

• zemědělské plochy ve svažitých oblastech by měly být zakládány terasovitě, v jednotlivých oddělených terasách se snáze udrží půdní částice a nejsou odnášeny.

• sázení více plodin a zachovávání zalesněných částí (především v tropických oblastech). Při větší vegetační pestrosti a obměně zemědělských plodin je obnova půdního fondu a živin v něm snazší.

Obrázek 6.29. Jedním ze způsobů, jak zabránit zrychlené erozi zemědělské půdy, je terasovité obdělávání polí, především v subtropických oblastech.

Pravděpodobně druhým nejvážnějším nebezpečím z hlediska degradace půd je stavební průmysl. Tento druh lidské činnosti může negativně ovlivňovat půdu v těchto směrech:

• při výstavbě se velmi často odstraňuje to nejcennější – skrývka. Jedná se o nejdůležitější část půdního profilu, často pak je promíchána a neplní původní účel, nebo velmi rychle podlehne erozi.

• při terénních úpravách jsou nerovnosti zasypány zcela odlišným materiálem a to naruší původní rovnováhu systému.

• různé typy melioračních prací mohou způsobit vysoušení půd, které pak snadno podléhají větrné erozi.

• při stavební činnosti se do půd dostává řada cizorodých nebo dokonce škodlivých látek a dochází k chemické degradaci půd.

K erozi půdy přispívá i činnost člověka, kterou lze označit jako rekreační. Destrukce neprobíhá v nadměrném rozsahu, ale místně se může jednat o desítky hektarů narušených půd. Jedná se především o nejrůznější podniky off-roadů, ralley, motocyklů a podobně. Závodní trať a její okolí podléhá půdní erozi závratným tempem. Obzvláště nebezpečná je tato činnost v blízkosti chráněných a cenných území. Určité, i když nesrovnatelně menší škody, může způsobovat i pěší turistika, např. v oblastech pískovcového podloží (viz Český ráj, Pravčická brána).

Obrázek 6.30. K erozi půdy přispívají i různé motocyklové a automobilové terénní soutěže. Narušení půdního profilu může být velmi rozsáhlé.

Obrázek 6.31. Rovněž intenzivní turistický ruch může významně přispět k erozi půdy a horninového podloží, např. v pískovcových oblastech a skalních městech. Český ráj - Hruboskalsko.

6.4  Průmyslová činnost a její vliv na prostředí

Průmyslová výroba je jedním z největších znečišťovatelů životního prostředí. Průmyslová výroba jako produkt antroposféry má největší negativní vlivy na atmosféru, hydrosféru, biosféru i litosféru.

6.4.1  Znečištění ovzduší

O znečištěném ovzduší hovoříme v případě, že atmosféra obsahuje cizorodé látky v pevném, plynném nebo kapalném stavu. Obecně všechny škodliviny v ovzduší označujeme jako exhalace. Exhalace, které s ovzduším nereagují jsou emise, vstoupí-li exhalace do reakce s ovzduším, mluvíme o imisích. Množství znečišťujících látek ve vzduchu se vyjadřuje koncentrací, zpravidla v jednotkách mg/m³.

Škodliviny v atmosféře můžeme rozlišit na částečkové (pevné a kapalné) a plynné. Pevné znečištění se obvykle vyskytuje ve formě aerosolů. Ty se vyznačují některými specifickými vlastnostmi, např. elektrickou vodivostí nebo schopností vytvářet kondenzační jádra. Průměrná doba setrvání částic v nízké atmosféře je v závislosti na srážkovém režimu od několika dnů do několika týdnů. Pevné částice v atmosféře mohou mít přírodní původ: prach ze zemského povrchu, mořská sůl, popel z lesních požárů, baktérie, viry, roztoči nebo rostlinné pyly. Podstatnou měrou se na tvorbě aerosolů podílí průmyslová a zemědělská výroba: prach z dopravy a zemědělství, těžba, spalování.

Obrázek 6.32. Jedním z největších znečišťovatelů atmosféry je průmyslová výroba.

Obrázek 6.33. Ve znečišťování atmosféry nezůstává pozadu ani energetika a spalovny komunálního odpadu.

Plynné znečištění atmosféry může pocházet z přírodních zdrojů (sopečná činnost), ale větší množství vzniká při průmyslové výrobě. Do ovzduší uniká velké množství látek různé povahy, mezi nejčastější patří:

• sloučeniny síry, zejména oxid siřičitý, sírový a sirovodík. Zdrojem oxidu siřičitého jsou zejména chemický průmysl, zpracování ropy a spalování fosilních paliv. Délka jeho setrvání v ovzduší je do 7 dnů, fotochemickou oxidací přechází na kyselinu sírovou nebo za přítomnosti alkalických kovů vznikají sírany. Oxid sírový obvykle ihned hydratuje na kyselinu sírovou. Sirovodík se do ovzduší dostává spíše přirozenou cestou – rozkladem organických látek nebo vulkanickými exhalacemi.

• sloučeniny dusíku, především oxid dusný, dusnatý, dusičitý a amoniak. Amoniak je přirozenou součástí atmosféry. Antropogenní příspěvek ze spalování fosilních paliv je zanedbatelný. Oxid dusnatý vzniká ve spalovacím procesu a samovolně reaguje na oxid dusičitý, který rovněž vzniká při spalovacím procesu nad 1000°C, tj. spalování automobilů, letadel, tepelných elektráren a spaloven. Oxidy dusíku podléhají řadě reakcí, např. přeměně na kyselinu dusičnou. Významným procesem je fotodisociace za vzniku ozónu a organických radikálů. Tento proces vede ke vzniku fotochemického smogu.

• sloučeniny uhlíku, především oxid uhelnatý a uhličitý. Oxid uhelnatý vzniká při spalovacích procesech a jeho hlavním producentem je antroposféra. Je silně jedovatý, z atmosféry je odbouráván půdními mikroorganismy. Oxid uhličitý je přirozenou součástí atmosféry a je jedním z hlavních skleníkových plynů. Průmyslová výroba je jeho významným producentem a je otázkou, do jaké míry má tato produkce vliv na globální oteplování.

• organické plyny jako jsou uhlovodíky, aldehydy nebo ketony. Tyto látky se podílí na vzniku fotechemického smogu a značná část je produktem antroposféry.

6.4.2  Dopady znečištění atmosféry

Znečišťující látky v ovzduší mají škodlivý vliv na lidské zdraví, negativně ovlivňují rostlinstvo a živočichy a mnohdy poškozují materiály ne povrchu.

Z nejběžnějších vlivů na lidské zdraví můžeme uvést látky s dráždivými účinky (oxid siřičitý a dusičitý), které způsobují dýchací obtíže a při dlouhodobé expozici se mohou vyvinout v chronická onemocnění. Další látky mohou být při vyšší koncentraci jedovaté (oxid uhelnatý, olovo) nebo rakovinotvorné (azbest).

Na znečištění ovzduší citlivě reagují především rostliny. Některé látky blokují fotosyntézu, což vede ke snižování výnosů hospodářských rostlin, dochází ke změnám růstu, zbělení nebo kroucení listů.

Poškození materiálu je dnes běžným jevem. Znečištěné ovzduší způsobuje především chemické reakce na povrchu materiálů, jejich fyzikálně-chemické zvětrávání, usazování částic a špinění materiálu.

6.4.3  Zdroje znečištění

Podle umístění rozlišujeme zdroje přízemní nebo výškové, podle jiného kritéria bodové, lineární nebo plošné. Mezi největší zdroje znečištění patří:

• spalovací procesy, kam patří především tepelné elektrárny a teplárny produkující zejména při spalování tuhých paliv oxid siřičitý a uhličitý. Plošnými zdroji jsou i domácí topeniště, ačkoliv pevná paliva silně ustupují do pozadí.

• metalurgický průmysl jako jsou ocelárny, slévárny a úpravny rud. Vedle běžných oxidů produkují prach s obsahem nebezpečných kovů a dalších zdraví škodlivých látek.

• cementárny a výrobny stavebních hmot jsou producenti především prachových částic.

• chemický průmysl může produkovat různé látky podle typu výroby

• exhalace motorových vozidel jsou typickým plošným znečištěním. Znečišťující látky se souhrnně označují jako výfukové plyny. Na jedné straně se zdokonaluje spalování současných motorů a používají se účinné katalyzátory, na straně druhé stále narůstá počet vozidel.

6.4.4  Atmosférická depozice

Látky obsažené v atmosféře ovlivňují litosféru v její nejsvrchnější části – při depozici částic atmosféry. Existují dva mechanismy – tzv. mokrá depozice, která je spjata s deštěm a sněžením a suchá depozice, kdy částice dopadají na povrch bez přispění srážek. Uvádí se, že se 750 litry srážek na metr čtverečný dopadne na povrch průměrně 10 gramů rozpuštěného i nerozpuštěného materiálu.

Ve velmi zatížené oblasti severních Čech se uvádí mokrá depozice v Krušných horách v roce 1994 11-16 kg síry 3-5 kg chloru a 9-14 kg sodíku na hektar. Suchá depozice na smrkových lokalitách představovala v témže roce na stejnou plochu 23-93 kg síry, až 19 kg chloru.

6.5  Energetika a životní prostředí

Požadavky na dodávky energie se prudce zvyšují, v současnosti zaznamenáváme obrovský rozvoj především asijského světa. Energetické zdroje lidské společnosti jsou v produkci energie závislé především na fosilních palivech. Ukazuje to příklad výroby energie v USA v roce 2004:

• topné oleje 40 %

• zemní plyn 23 %

• uhlí 22 %

• atomová energie 8 %

• voda, vítr, solární a geotermální energie 7 %.

V energetice více než jinde jsou striktně rozdělovány surovinové zdroje na neobnovitelné (ropa, plyn, uhlí, uranová ruda) a obnovitelné (voda, vítr, sluneční energie, biomasa, geotermální energie). S jednotlivými energetickými zdroji se pojí řada výhod a zároveň řada rizik.

6.5.1  Ropa a plyn

Topné oleje a topný plyn jsou paliva odvozená od ropy a zemního plynu. Přírodní plyn je z podstatné části tvořen metanem, asi z 20 % jej tvoří další uhlovodíky. Ropa je směs organických látek, které pochází z organismů pohřbených v jezerním nebo mořském prostředí. Ropa a plyn vzniká v jemně zrnitých sedimentech bohatých na organické látky, většinou jsou tyto polohy pohřbeny v hloubkách 1 – 3 km. Zvýšená teplota a tlak podmiňují procesy chemické transformace organických zbytků na kapalné nebo plynné uhlovodíky. Vzniklé látky obvykle migrují směrem k povrchu a zachytávají se v horninových pastech – obvykle silně porézních horninách překrytých nepropustnými vrstvami.

Obrázek 6.34. Schematický nákres zachyceného ložiska ropy pod nepropustnými horninamia jeho těžby.

Těžba ropy a plynu zpravidla spočívá v provrtání nepropustného nadloží a čerpání suroviny. Běžným čerpáním lze získat pouze kolem 25 % uložených zásob. K vyčerpání až 70 % ložiska je zapotřebí technologií, které jsou založeny na zvyšování tlaku v podloží nebo na chemické reakci s látkami, které se do horninového prostředí dodají. Všechny metody těžby uhlovodíků jsou spojeny se značným rizikem znečištění horninového prostředí a následně i podzemních a povrchových vod. Tato rizika jsou spojena s těžbou ve formě budování komunikací, vrtných objektů nebo mořských vrtných plošin. Další riziko představuje doprava suroviny na místo určení – ropovody, plynovody a ropné tankery. Ztroskotání tankeru nebo netěsnost na ropovodu může představovat drobné nebo až rozsáhlé znečištění moře nebo horninového prostředí. Zátěží pro životní prostředí je i zpracování suroviny na oleje, benzín, naftu nebo jiné produkty. Zpracovatelské rafinérie představují zdroj znečištění atmosféry a možný zdroj kontaminace vod a horninového prostředí. Značnou zátěží pro životní prostředí je i samotné využívání produktů – spalování topných olejů, plynu, benzínu nebo nafty.

6.5.2  Uhlí

Uhlí je fosilní palivo vzniklé přeměnou převážně rostlinných zbytků v redukčních podmínkách bažinných sedimentů lagunárního a jezerního prostředí. Podle typu a délky probíhajících chemických změn vzniká uhlí, které má různé obsahy uhlíku a síry. Na základě těchto kritérií se obvykle surovina klasifikuje. S délkou uhlotvorných procesů se zvyšuje kvalita suroviny od lignitu (nejmladší, zpravidla terciérní surovina) až po vysoce kvalitní antracit (obvykle karbonské nebo starší). Obsah síry pod 1 % se považuje za nízký, nad 3 % je klasifikován jako vysoký. Tyto obsahy jsou důležité především jako ukazatel vzniku škodlivých znečišťujících látek při spalování uhlí.

Uhlí jako suroviny představuje v současné době nenahraditelný zdroj energie. Jeho těžba a využití je však spojeno s vysokým rizikem znečištění atmosféry, hydrosféry i horninového prostředí. Vlastní těžba uhlí znamená zátěž důlními díly nebo povrchovými lomy. Při těžbě se rozrušuje horninové prostředí, dochází k intenzivnějším zvětrávacím procesům, které vedou k intenzivnímu rozkladu sulfidů obsažených v uhlí. Akutním problémem je pak kontaminace toků a podzemních vod kyselými roztoky. S dopravou vytěžené suroviny se pojí především znečištění ovzduší.

Obrázek 6.35. Těžba uhelných paliv se obvykle provádí v gigantickém měřítku a povrchový způsob s sebou přináší celou řadu ekologických  a zdravotních rizik.

Hlavním problémem pro kontaminaci atmosféry a horninového prostředí je spalování uhlí v elektrárnách a teplárnách. Ačkoliv je stále častěji používána technologie spalování ve fluidním loži s přídavkem aditiva (vápence nebo dolomitu) při konstantní teplotě 850° C, především v rozvojových zemích se stále používá klasické spalování při teplotách nad 1200° C bez odsiřovacích zařízení. Produkce oxidů síry a uhlíku je ale stále obrovská a výsledkem je znečištění atmosféry a nárůst obsahu skleníkových plynů.

6.5.3  Atomová energie

Jako atomová energetika se zpravidla označuje proces uvolnění energie při štěpení jader uranu. Jedná se o řízenou štěpnou reakci, kdy rozpadem uranových jader dochází k uvolnění energie ve formě tepla. Toto teplo je pak surovinou pro výrobu elektrické energie.

Základní surovinou pro jadernou energetiku je uran, který se v horninovém prostředí nachází ve formě několika minerálů. Asi 99,3 % uranu představuje izotop ²³⁸U, rozštěpitelný ²³⁵U je zastoupen pouze 0,7 %. Vytěžená uranová ruda se proto musí obohatit tak, aby obsahovala asi 3 % ²³⁵U. Štěpnou reakcí 1 kg uranové suroviny získáme stejnou energii jako spálením 16 tun uhlí.

Uran je průměrně zastoupen v zemské kůře asi 2 ppm. Existují však geologické procesy, které dokáží vytvořit uranová ložiska s těžitelným obsahem. Hlavní dva typy uranového zrudnění jsou impregnace v klastických sedimentech a hydrotermální výplně horninových puklin. Oba typy ložisek jsou zastoupeny i v České republice.

Z hlediska zátěže životního prostředí odpadá u jaderné energetiky spalovací proces, ostatní technologie výroby elektřiny je podobná. Na druhé straně přistupuje otázka možného radioaktivního zamoření a ukládání vyhořelého paliva. To je obvykle řešeno ukládáním do speciálních kontejnerů a deposicí na speciálních úložištích, často hluboko pod zemí.

Jako jadernou energii můžeme označit jadernou fůzi, která probíhá v nitru všech hvězd. Energie vzniklá při fůzi dvou lehčích jader za vzniku těžšího je rovněž dobře využitelná, ale zatím je tato technologie ztrátová.

Obrázek 6.36. Schéma principu výroby elektrické energie pomocí jaderného štěpení.

6.5.4  Obnovitelné zdroje energie

Využívání obnovitelných zdrojů energie je šetrnější vzhledem ke globálnímu životnímu prostředí, ale hned v úvodu uveďme, že získaná energie těmito metodami je schopna pokrýt jen velmi malé procento celosvětových energetických nároků.

Jednou z možností je získávání tepelné energie Země v místech s vysokým tepelným gradientem, tj. v oblastech sopečné aktivity. Lze tak získávat teplou vodu pro vytápění i výrobu elektrické energie. Technologie tohoto typu jsou na vysoké úrovni, ale je třeba si uvědomit, že z vulkanické aktivity vyplývá i řada rizik. Častým problémem je silná mineralizace podzemních termálních vod.

Dalším významným zdrojem je solární energie. Tento systém má obrovskou výhodu v tom, že přísun potřebné energie je nepřetržitý. Poměrně časté využití sluneční energie je k ohřevu vody. Pravděpodobně velkou budoucnost mají tzv. fotovoltaické články, které dokáží přeměnit energii dopadajících fotonů na elektrickou energie. V současnosti je ale tato technologie velmi drahá.

Vodní energie je velmi hojně využívána ve spojitosti s regulací říčních toků. Tato energie je poměrně „čistá“, ale je provázena nutností stavby vodních nádrží, které představují určité riziko. Zvláště v případě gigantických staveb je narušeno podloží a obrovská hmota vody může vyvolat makroseismickou aktivitu. Vlastní nádrže pak jsou překážkou v biologických koridorech, např. tah ryb (úhoři, lososi).

Větrná energie je další možností pro morfologicky vhodné oblasti. Pohyb vzduchu (vítr) musí mít určitou intenzitu a pravidelnost. Jako vhodné se jeví horské oblasti a přímořské útesy. Větrné elektrárny neprodukují sice škodliviny, ale jsou obvykle hlučné a velmi degradují krajinný ráz.

Obrázek 6.37. Zjednodušený princip výroby elektrické energie s využitím geotermální energie pod zemským povrchem.

Obrázek 6.38. Výroba energie s využitím proudění větru je možná pouze v oblastech pravidelně vanoucích větrů, např. na mořském pobřeží nebo v horských terénech. Vyrobená energie je ekologická, ale otázkou je, co dělají výrobní zařízení s rázem krajiny.

6.6  Narušení horninového prostředí

Horninové prostředí je narušováno kontinuálně přirozenými přírodními pochody – zvětrávání, eroze, přemisťování hmot. Tyto procesy jsou ale součástí dynamické rovnováhy na zemském povrchu. Vstoupí-li do těchto procesů člověk, může svojí činností přispět k narušení horninového prostředí. Tak tomu bylo po tisíce let a rovnováha na zemském povrchu zůstala nedotčena. V poslední době s rozvojem technosféry jsme ale stále častěji svědky významných zásahů do horninového prostředí, které vedou k narušení přirozeného běhu událostí a v konečném důsledku přináší značná rizika a vytváří geobariéry.

6.6.1  Klasifikace stupně narušení horninového prostředí

Horninové prostředí může být narušeno dvěma způsoby – mechanicky a chemicky. Stupně mechanického narušení horninového prostředí jsou následující:

1. stupeň – oblast bez rizika zrychlené eroze, bez těžby, bez krasových dutin, bez rizika svahových pohybů
2. stupeň – lokálně je možná zrychlená eroze nebo svahové pohyby, těžební činnost a poddolování území je minimální, mohou se objevit krasové jevy
3. stupeň – svahové pohyby, zrychlená eroze nebo sedimentace jsou místním problémem, hustší síť osídlení, intenzivní zemědělská výroba, činné i opuštěné lomy, menší rozsah důlních děl
4. stupeň – intenzivní půdní eroze, časté svahové pohyby, povodně; rozsáhlá těžební, průmyslová a zemědělská činnost, husté osídlení, na méně než 50 % území jsou přemístěné horniny a zeminy
5. stupeň – více jak 50% plochy postiženo přesouváním zemních hmot, intenzivní těžba a zemní práce, velmi husté osídlení, zrychlená eroze, vysoké riziko svahových pohybů, intenzivní průmysl a zemědělství.

Chemické narušení horninového prostředí se rovněž klasifikuje v pěti stupních:

1. stupeň – neznečištěné podzemní i povrchové vody, minimální průmysl a zemědělství
2. stupeň – pouze lokální znečištění podzemních vod a půd, drobný průmysl a zemědělská výroba, kontaminace rizikovými prvky nedosahuje limitních hodnot
3. stupeň – kontaminace půd a podzemních vod může lokálně být v nadlimitní míře, hustší průmysl, intenzivní zemědělství, menší důlní činnost
4. stupeň – znečištění půd je rozsáhlé, kontaminace spodních vod se šíří akvifery, intenzivní průmysl a zemědělství, husté osídlení, místy nutná sanace problematického znečištění
5. stupeň – rozsáhlé až katastrofické znečištění všech typů vod mnoha rizikovými prvky, vysoké radonové riziko, intenzivní těžba, průmysl a zemědělství.

Oba mechanismy narušení horninového prostředí působí současně a jednotlivé problémy se sčítají. Je zcela zřejmé, že narušené horninové prostředí je vázáno zejména na oblasti s vysokou hustotou osídlení a rozvinutým průmyslem nebo těžební činností.

Na území naší republiky můžeme asi 15 % plochy označit jako silně narušené, na této ploše žije skoro polovina obyvatel. Na území severních Čech a severní Moravy, kde je horninové prostředí poškozeno nejvíce žije přes 3 milióny obyvatel.

Při posuzování stavu životního prostředí je stav povrchové části litosféry pouze jedním z více kritérií. Z dalších kritérií jsou to kvalita atmosféry, intenzita dopravy, stav rostlinného pokryvu, krajinářské hledisko a řada dalších.

6.6.2  Povrchové přemisťování hornin a zemin

Přírodní procesy provádí přesouvání horninového materiálu erozí a následnou sedimentací. Lidská činnost má podobný charakter ale s tím rozdílem, že eroze zasahuje podstatně hlouběji. Typickým příkladem je těžba nerostných surovin povrchovým způsobem. Odstranění a redepozice skrývky ve první krok, následuje těžba vlastní suroviny spolu s hlušinovým materiálem (např. hnědé uhlí) a rekultivace vytěženého prostoru (obvykle s navážkou půdního horizomtu).

Obrázek 6.39. Přemisťování půdní hmoty na staveništích není často svým rozsahem nijak veliké, ale stavebních plocha je na celém území republiky obrovské množství, takže objem přesouvaných hmot je značný.

Obrázek 6.40. Největší objemy hmot na povrchu jsou přemisťovány při těžbě surovin a to ve formě skrývky nebo vlastní těžby suroviny. Ložisko Mokrá u Brna.

Těžba však není zdaleka jediná činnost, při které jsou přemisťovány obrovská množství zeminy a hornin. Výstavba obytných domů, továren, silnic, železnic nebo produktovodů přináší s sebou přesun obrovského množství materiálu. Odhaduje se, že v České republice se ročně přemístí okolo 100 miliónů m³ materiálu. Například při výstavbě ropovodu Ingolstadt v 90. letech minulého století byl výkop průměrně hluboký 3 m a podobně i široký. Délka tohoto výkopu byla 168 km, takž množství vykopané zeminy reprezentuje 1,5 miliónu m³ zeminy, což odpovídá asi 3 milionům tun.

Vezmeme-li za příklad průměrnou stavbu supermarketu, který je v republice desítky a stovky, můžeme vyjít z plochy asi 200 x 100 m. Základové práce probíhají do hloubky až 10 m, což představuje objem přemístěných hornin asi 0,2 miliónů m³.

6.6.3  Podpovrchové přemisťování hornin a zemin

Činnost v podzemí uniká běžné pozornosti, ale můžeme konstatovat, že množství podpovrchově přemístěného materiálu je rovněž obrovské. Již od 18. století se používá metoda tzv. podpovrchových lomů, kdy se užitkový kámen netěžil povrchově, ale systémem štol a chodeb. Příkladem je těžba opuky pod Paříží, Londýnem nebo pískovce pod Nizozemským Maastrichtem (délka chodeb je 240 km). V Praze se pod zemí těžila opuka na Petříně a Strahově. Podzemní lomy najdeme v celé republice, např. Vehlovice u Mělníku nebo Lhotka na severní Moravě.

Obrázek 6.41. Důlním způsobem se těží břidlice na severní Moravě u Lhotky. Halda vytěženého materiálu.

Obrázek 6.42. Hlušinový materiál vytěžený z podzemí se skladuje na haldách. Jedna z mnoha hald na Příbramsku dokumentuje množství rubaniny přemístěné na zemský povrch.

Nezanedbatelné množství materiálu bylo vytěženo při stavbě podzemních systémů řady měst – Praha, Brno, Jihlava, Znojmo a řada dalších. V současné době je tato činnost omezena většinou na ražbu kolektorů pro inženýrské sítě a dopravní infrastrukturu – metro, silniční a železniční tunely.

Podpovrchové prostory mohou vznikat i přírodní cestou, nejznámější jsou krasové procesy ve vápencových horninách. U nás největší krasovou oblastí je Moravský kras, ale v rámci republiky najdeme i řadu menších lokalit – Javoříčko, Hranice, Český kras a další. Srovnáme-li objem přírodně vzniklých podpovrchových prostor na území České republiky s objemem uměle vytvořených prostor (důlní díla, metro, kolektory, tunely apod.) jsou získané údaje nesouměřitelné. Objem prostor Moravského krasu se odhaduje na 400 000 m³ a stejný objem připadá na zbylé přírodní podzemní prostory, tedy celkem 800 000 m³. Pro srovnání objem vyrubaných hornin v pražském metru byl 4 miliony m³, objem vytěženého materiálu v ostravsko-karvinských dolech je asi 1,8 miliardy m³. Z těchto čísel vyplývá, že podzemní narušení horninového prostředí způsobené činností člověka mnohonásobně převyšuje podíl přírodních procesů.

6.6.4  Bilance hmot horninového prostředí

Jak jsme ukázali v předchozích kapitolách, je pohyb horninových hmot neustálý, objem i hmotnost se neustále mění. Hmotnost a objem horninového prostředí narůstá zejména procesy:

• sedimentace – přírodní i antropogenní

• ukládání odpadů antroposféry

Hmotnostní a objemový úbytek horninového prostředí je způsoben:

• erozí – přírodní i antropogenní

• těžbou surovin – spotřeba antroposféry

Hlavním procesem úbytku horninového prostředí je eroze. Hlavními typy jsou eroze eolická (větrná), vodní, ledovcová a antropogenní. Na našem území můžeme prakticky vyloučit erozi ledovcovou a eolická eroze v našich zeměpisných šířkách je poměrně zanedbatelná. Hlavním přírodním degradačním procesem je eroze vodní. Její účinnost na určitém území lze měřit podle množství materiálu odnášeného říční sítí. Sečteme-li množství plaveniny (suspenze) opouštějící republiku na povodí Labe, Moravy a Odry, dostaneme pro rok 1997 hodnotu 870 tis. tun materiálu (cca 58 tis. nákladních aut). K tomuto číslu je potřeba přičíst materiál, který voda odnáší rozpuštěný v roztoku. Jeho množství se odhaduje na 1 milión tun materiálu. Obě čísla se významně zvýší v případě rozsáhlých povodňových událostí. Pokud přepočteme hodnoty na objem materiálu, dostaneme hodnotu 2 mil. m³. Rozpočteno na plochu republiky odstraní vodní eroze z celé plochy ročně vrstvu 0,025 mm horninového materiálu, tj. 2,5 cm za 1000 let. V této hodnotě ale nejsou uvažovány povodně a materiál uložený v toku před opuštěním republiky. Pro celou Evropu se uvádějí čísla kolem 6-7 cm za 1000 let. Vodní eroze se velmi výrazně zrychluje přispěním činnosti člověka – terénní práce, výkopy, zemědělská činnost, těžba nebo odlesňování.

Úbytek horninového materiálu je způsoben i spotřebou antroposféry. Ani tato čísla nejsou zcela zanedbatelná. Statistika za rok 1997 uvádí, že bylo vytěženo 162 mil. tun nerostných surovin (uhlí, kámen) a k tomu lze připočítat vytěženou ropu, plyn a vodní zdroje, celkem odhadem asi 200 mil. tun. To představuje 20 tun na jednoho obyvatele a to v době, kdy většina těžby byla v ČR utlumena. Přepočteme-li hodnoty na objem, dostáváme se k číslu 80 mil m³. Spotřeba společnosti erodovala v roce 1997 z celého území vrstvičku o mocnosti 1 mm, což je 40x více než dokázala vodní eroze.

Nárůst objemu horninového prostředí je podporován eolickou sedimentací. Její rychlost byla spočtena na 0,01 cm za 1000 let. Je jasné, že tento náraz je v celkové bilanci zanedbatelný. Mnohem podstatnější nárůst hmot zaznamenáme z atmosférické depozice, tj. ukládání částic antropogenního původu (prach, popel, saze a další). Pro Evropu se uvádí průměrná hodnota souvisle usazeného materiálu 4 cm za 1000 let, přičemž v oblasti Prahy je to 600 cm a na Mostecku až 1400 cm za 1000 let.

Nezanedbatelná je i „sedimentace“ nespálených a nerecyklovaných odpadů. V roce 1997 vyprodukovala naše společnost 50 mil. tun odpadů, z toho asi 40 mil. tun skončilo na skládkách. Pokud bychom uvedené množství rovnoměrně rozprostřeli po ploše republiky, vznikne vrstva 0,5 mm mocná.

Vyjdeme-li z výše uvedených dat a spočteme-li celkovou látkovou bilanci, dojdeme k závěru, že každý rok ubývá v České republice horninové prostředí o vrstvu mocnou 0,4 mm, tj. hypoteticky 40 cm za 1000 let. Největší podíl na úbytku horninového prostředí má těžba surovin.

6.7  Nakládání s odpady

Od počátku průmyslové revoluce postupně narůstá množství výrobků, které jsou lidskou společností využívány a po skončení jejich doby životnosti přesunuty do odpadu. Množství odpadu neustále narůstá a jeho zpracování a uložení činí lidské společnosti větší a větší problémy a vyžaduje značný energetický vklad.

Tato problematika vyústila v odvětví průmyslu označované jako odpadový management nebo odpadové hospodářství. Odpadové hospodářství řeší problematiku obrovského množství odpadů na několika úrovních:

• snížení produkce odpadů (např. jiné obalové technologie)

• opětovné využívání (vratné obaly)

• recyklace (opětovné zpracování)

• kompostování (u organických zbytků)

• ukládání odpadů na skládkách

• spalování odpadů.

Dalekým cílem odpadového hospodářství je nulové produkce odpadu, resp. veškerý vyprodukovaný odpad bude zároveň druhotnou surovinou.

Obrázek 6.43. Ukládání odpadů představuje v současné době intenzivně se rozvíjející průmyslové odvětví a to díky obrovským množstvím materiálu, které společnost produkuje.

6.7.1  Pevné odpady

Primární problém tzv. civilizovaného světa jsou pevné odpady. Jejich zdrojem jsou odpady z průmyslové výroby, stavební odpad nebo domovní odpad. Velký podíl v těchto odpadech tvoří papír a plasty. K likvidaci a uložení tohoto materiálu slouží různé technologie:

• kompostování organických zbytků je biochemická metoda přeměny na humus využitelný v zemědělské výrobě. Metoda je náročná na oddělení anorganického materiálu.

• spalování odpadu umožňuje redukci objemu na inertní zbytek při teplotách kolem 1000° C. Redukce objemu odpadu touto metodou je skutečně značná a spalovací proces lze využít i pro výrobu elektrické energie. Odvrácenou stranou této metody je znečištění atmosféry oxidy síry a dusíku a možná produkce toxických látek.

• asi nejběžnější metoda jsou otevřené skládky odpadů. Zpravidla opuštěné pískovny nebo lomy jsou zaváženy komunálním, velmi často netříděným odpadem. Tyto skládky jsou velmi problematické z hygienických i estetických důvodů, starší skládky bývají velmi špatně založené a představují značné riziko pro okolní podzemní i povrchové vody a ovzduší.

• hygienická úložiště komunálního odpadu jsou lepší formou předcházející technologie. Jsou zakládány v geologicky vhodných podmínkách a jsou použity vhodné metody zabraňující úniku nebezpečných látek. Režim na takových skládkách je přísný, jednotlivé vrstvy odpadu jsou prokládány nepropustnými jílovými vrstvami.

Obrázek 6.44. Bezpečné úložiště pevných odpadů musí splňovat přísná pravidla, mezi která patří i pravidelná kontrola kvality podzemních vod v okolí skládky.

V naší republice jsou velmi rozšířené skládky komunálního odpadu s různým typem zabezpečení. Představují různě velké riziko znečištění především pro podzemní a povrchové vody a ovzduší.

Hlavním rizikem je znečištění vody. Starší, dnes již pohřbené skládky, mohou představovat značné riziko. Prostupující dešťové nebo i cirkulující podzemní vody mohou být kontaminovány bakteriálně nebo chemicky a poškodit rozsáhlé zdroje povrchových nebo podzemních pitných vod. Rozkladem organického materiálu může vznikat a intenzivně unikat metan, který v určitém množství je velmi výbušný.

V současné době se při zakládání skládek bere v úvahu řada faktorů, které mohou přispívat ke snížení možných rizik. Nejvhodnější oblastí pro skládky jsou aridní oblasti, kde je velmi omezený pohyb případných průsaků.

Vhodnost úložiště je závislá především na morfologii reliéfu, typu půd a podložních hornin, výšce hladiny podzemní vody a množství srážek. Vhodné horniny mohou tvořit nepropustné podloží, nebo mohou působit jako přirozený filtr případného znečištění.

Správně zabezpečená skládka je umístěna především na vhodném geologickém podloží. Je opatřena bariérami z jílových vložek a to nejen na podloží, ale kolem celého úložiště. Její účinnost je často podpořena speciálními nepropustnými plasty, které zabraňují úniku znečištění. Součástí každé skládky je monitoring podzemních vod a ovzduší, především na tato rizika:

• únik metanu, amoniaku nebo sirovodíku do ovzduší

• únik nebezpečných kovů do podzemních vod a půd

• úniky škodlivých anionů (chloridy, nitráty a sulfáty) do vod a půd.

6.7.2  Ostatní odpady

Kromě pevných komunálních odpadů produkuje lidská společnost řadu dalších velmi nebezpečných odpadů.

Chemické odpady mohou být velmi nebezpečné, obvykle se likvidují pomocí speciálních technologií podle typu chemikálie. Některé toxické materiály se spalují ve speciálních pecích, někdy se odpady ukládají do speciálních nádob.

Zvláště nebezpečné jsou odpady z jaderných elektráren, které jsou radioaktivní a produkují značné teplo. Obvykle se ukládají do speciálních kontejnerů a přesouvají do meziskladů a následně po ochlazení na úložiště. Velmi často se využívá starých důlních prostor ve vhodném geologickém prostředí.

Obrázek 6.45. Štola Skalka byla vyražena jako průzkumná štola pro případné úložiště jaderného odpadu. Projekt se však nerealizoval.

Obrázek 6.46. Model úložiště jaderného odpadu ve státě New Mexico. Kontejnery s odpadem jsou uloženy ve starém solném dole.

6.8  Role člověka v globálních klimatických změnách

Změny globálního klimatu na planetě, především globální oteplování, je v současné době hlavním předmětem diskuse v rámci celosvětové populace. Diskuse se neodvíjí o tom, zda globální oteplování probíhá, to je neoddiskutovatelný fakt, ale řeší se otázka, jakou roli v tomto procesu hraje člověk a jeho chování.

Globální změny mohou být studovány pomocí různých metod. Prvním zdrojem informací jsou záznamy o geologické historii země, uložené v horninovém prostředí nebo např. a arktickém ledovci. Z různých typů sedimentů lze získat informace o teplotách a obsazích některých plynů v době, kdy vznikaly. Vzduchové bublinky pohřbené v arktickém ledu rovněž přináší řadu užitečných informací o složení atmosféry před mnoha tisíci let.

Další metodou je dlouhodobý monitoring nejrůznějších proměnných – teploty vzduchu, obsahu CO₂ či jiných plynů, salinity oceánů a řady dalších proměnných. Problémem této metody je velmi krátký interval měření, maximálně desítky let a z geologického hlediska nelze provádět dlouhodobější závěry.

Zajímavé informace a prognózy poskytují i velmi propracované matematické modely, jejich spolehlivost je však těžko ověřitelná a v řadě vstupních hodnot jsou používány pouze aproximace nebo předpoklady.

Jako klima chápeme obvykle atmosférické podmínky, které mohou být velmi různé v závislosti na oblasti (zeměpisná šířka, vliv moře, nadmořská výška apod.). Globální cirkulace vzduchu v atmosféře vytváří několik klimatických pásem. Atmosféra je zřetelně stratifikovaná, veškeré dění spojené s počasím a tím i klimatem probíhá do výšky asi 12 km v troposféře.

Složení atmosféry je kolísavé, v přízemní části je to asi 78 % dusíku, 21 % kyslíku0,9 % argonu a 0,03 % CO₂. Všechny ostatní složky jsou zastoupeny ve velmi malém množství. V atmosféře probíhá velké množství chemických reakcí, většina je podporována sluneční energií.

Proces globálního oteplování je proces, který proběhl mnohokrát v historii Země bez účasti člověka. Stejně tak po většinu geologické historie funguje proces skleníkového efektu. Díky tomuto procesu ztrácí Země jen část tepla, které dopadá ze slunce a tím jsou na povrchu teploty v intervalu od -40 do +40° C. Sluneční energie je asi z 25 % absorbována v atmosféře, 45 % absorbuje zemský povrch a 30 % je reemitováno atmosférou nebo zemským povrchem do kosmu. Zvýšený podíl vodní páry, CO₂, metanu a některých dalších plynů v atmosféře snižují podíl vyzářené energie a tím oteplování klimatu.

Na základě měření ve vzduchových bublinách arktického ledu kolísal obsah CO₂ v atmosféře za posledních 160 000 let mezi 200 – 300 ppm. Na počátku průmyslové revoluce v 18. století byl obsah CO₂ v atmosféře kolem 280 ppm, dnes se vyšlahal na hodnotu přes 370 ppm a odhad pro rok 2050 je 450 ppm.

S kolísáním obsahu CO₂ v atmosféře souvisí kolísaní teplot např. v pleistocénu. Střídání dob ledových a meziledových je typickým příkladem klimatických změn. Při sledování kratších časových intervalů zjistíme, že existují i krátkodobější výkyvy v řádu stovek let a měřením teplot za posledních 200 let odhalíme drobné fluktuace v řádu desítek let.

Je velmi pravděpodobné, že hlavními sílami v klimatických změnách jsou sluneční energie, vulkanická činnost a s velkým otazníkem lidská společnost.

Sluneční energie je pravděpodobně hlavním činitelem globálních změn. Energie ze slunce není konstantní, ale průběžně kolísá. Ve spojitosti s tím se mění i teplota na planetě. Vulkanická aktivita je zdrojem plynů a drobných částic, které jsou vyvrhovány do atmosféry a způsobují silnější skleníkový efekt. Produkce látek ze spalování fosilních paliv je jistě dalším zdrojem skleníkových plynů, které přispívají ke globálnímu oteplování.

Dopady zvyšujících se globálních teplot jsou pro lidskou společnost velmi drtivé. Z nejzávažnějších jsou to zejména:

• nedostatek vody pro obyvatelstvo

• ztráta zemědělské půdy vysoušením a rozšiřováním pouští

• změny v intenzitě dopadajících UV paprsků

• vyhrocené klimatických jevů (tornáda, přívalové deště, sesuvy)

• tání ledovců a zvyšování hladiny moří

• změny v rozšíření rostlinných a živočišných druhů.

Hlavní otázkou je, jakou měrou přispívá člověk ke globálnímu oteplení. Pokud je antropogenní podíl velký, je třeba změnit přístup lidské společnosti k vlastní planetě. Bohužel to není otázka zdravého rozumu, ale politických rozhodnutí.