ΟΙΚΟΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑ: ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΣΤΟΥΣ ΖΩΝΤΑΝΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ ΚΑΙ ΤΑ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Transcript

1

2 ΟΙΚΟΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑ: ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΣΤΟΥΣ ΖΩΝΤΑΝΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ ΚΑΙ ΤΑ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Εισαγωγή: Οικοτοξικολογία Τις τελευταίες δεκαετίες υπάρχει σοβαρό ενδιαφέρον για τις επικίνδυνες χημικές ουσίες και την επίδρασή τους στο περιβάλλον. Η χημική βιομηχανία αποτελεί σημαντικό κλάδο της βιομηχανίας και η παραγωγή χημικών προϊόντων έχει σημειώσει αλματώδη αύξηση. Υπολογίζεται ότι πάνω από χημικές ουσίες και παρασκευάσματα (προϊόντα πετρελαίου, πλαστικά, λιπάσματα, φυτοφάρμακα, φάρμακα, κλπ) κυκλοφορούν στο εμπόριο και κάθε χρόνο προστίθενται περίπου νέες χημικές ουσίες και παρασκευάσματα. Από την πληθώρα των χημικών αυτών ουσιών, οι 7.000, περίπου, παράγονται σε σημαντικές ποσότητες. Μεγάλες ποσότητες χημικών ουσιών, κατά την παρασκευή, την χρήση και την απόρριψη τους ρυπαίνουν το φυσικό περιβάλλον. Σήμερα είναι γνωστό ότι η χημική ρύπανση αποτελεί σημαντικό παράγοντα περιβαλλοντικής υποβάθμισης και κινδύνου για την υγεία του ανθρώπου. Ωστόσο, διεθνείς και εθνικές υπηρεσίες, ερευνητικά ινστιτούτα και άλλοι φορείς έχουν ξεκινήσει εδώ και πολλά χρόνια προγράμματα περιορισμού της χημικής ρύπανσης και με κανονιστικές/νομοθετικές διατάξεις προσπαθούν να θέσουν όρια στις εκπομπές τοξικών ουσιών, και να συντονίσουν την απαγόρευση επικίνδυνων χημικών ουσιών για το περιβάλλον και τον άνθρωπο. Για να πραγματοποιηθούν οι ρυθμίσεις περιορισμών ή/και απαγορεύσεων απαιτούνται μελέτες και επιστημονική γνώση της συμπεριφοράς των χημικών ρύπων στο φυσικό περιβάλλον (αέρας, νερό, έδαφος, πανίδα, χλωρίδα, άνθρωπος). Οι μελέτες των περιβαλλοντικών επιπτώσεων εμπεριέχουν 189

3 πολλούς παράγοντες και οι αλληλεξαρτήσεις μεταξύ των ειδών στα οικοσυστήματα καθιστούν είναι αρκετά πολύπλοκες. Οι τοξικολογικές ή άλλες μελέτες που ερευνούσαν την επίδραση μεμονωμένων χημικών ρύπων στην πανίδα και την χλωρίδα δεν επαρκούν τώρα. Συνήθως, οι ρύποι είναι σύνθετα μίγματα και η διάχυση, μεταβολισμός, βιοσυσσώρευση και τελικά οι επιδράσεις είναι αρκετά δύσκολο να διερευνηθούν. Έτσι τα τελευταία χρόνια έγινε απαραίτητος ο συνδυασμός τοξικολογικών και οικολογικών μελετών για την μελέτη και αξιολόγηση των επιδράσεων των χημικών ρύπων στο φυσικό περιβάλλον και τα οικοσυστήματα. Ο όρος οικοτοξικολογία εμφανίσθηκε το 1969 ως μία φυσική επέκταση από την τοξικολογία, της επιστήμης που μελετά τις επιδράσεις τοξικών ουσιών σε μεμονωμένους οργανισμούς, στις οικολογικές επιδράσεις των ουσιών που ρυπαίνουν το φυσικό περιβάλλον. 1 Οι τοξικολογικές μελέτες γίνονται σε απομονωμένους οργανισμούς στο εργαστήριο (π.χ. για να βρεθεί η LD 50, lethal dose, για το 50% των πειραματόζωων). Οι οικοτοξικολογικές έρευνες αποβλέπουν στην διερεύνηση των επιδράσεων χημικών ρύπων πάνω σε κοινότητες ζωντανών οργανισμών που αναπτύσσονται μέσα σε φυσικά οικοσυστήματα. Στις περισσότερες περιπτώσεις οι συγκεντρώσεις των τοξικών χημικών ουσιών μπορεί να μην προκαλούν τον θάνατο ζωντανών οργανισμών, αλλά οι οικολογικές τους επιδράσεις να είναι αρκετά σημαντικές για την υγεία των οικοσυστημάτων. 2 Οι πρώτες μελέτες οικολογικών επιπτώσεων από χημικές ουσίες αφορούσε τα αγροτικά φυτοφάρμακα, ιδιαίτερα για την δράση τους στην αγριοπανίδα και αγριοχλωρίδα (wildlife). Το βιβλίο της Rachel Carson είναι ιστορικής σημασίας μελέτη για την αφύπνιση των επιστημόνων στις επιδράσεις χημικών ουσιών στα οικολογικά συστήματα. 3 Άλλες μελέτες εμφανίσθηκαν αργότερα

4 Οι χημικές ουσίες όταν απελευθερωθούν στο φυσικό περιβάλλον υπόκεινται σε διασπορά στην ατμόσφαιρα, τα υδάτινα συστήματα, το έδαφος και στα ιζήματα ανάλογα με τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες. Οι σχέσεις της τροφικής αλυσίδας, οι ροές ενέργειας και άλλοι παράγοντες μπορούν να μεταβληθούν. Μια απλή σχηματική εικόνα των σταδίων διασκορπισμού και των οικολογικών επιπτώσεων δίνεται στο Σχήμα Πηγή Χημικές ενώσεις (χημικοί ρύποι) (φυσικοχημικές ιδιότητες) Κατανομή Μεταφορά Μετασχηματισμός Βιοχημικές δίοδοι και ροές Έδαφος ιζήματα Αέρας Υδάτινα συστήματα Έκθεση και πρόσληψη Συγκεντρώσεις στο περιβάλλον Οργανισμοί Φυσιολογικές ιδιότητες των ρύπων Βιοχημικές ιδιότητες των ρύπων Οργανισμοί Θανατηφόρες & μη θανατηφόρες συνθήκες Πληθυσμός Κοινότητα Οικοσύστημα Βιομετασχηματισμοί Βιομεγένθυνση Τροφική αλυσίδα Δομή τροποποιημένης κοινωνίας και λειτουργίας της Ετερογένεια ειδών, αλλαγές στις σχέσεις αρπακτικού-θηράματος Τροποποιημένοι Πληθυσμοί: Χαρακτηριστικά και δυναμικές σχέσεις Αναπαραγωγή Μετανάστευση Ανανέωση Θνησιμότητα Αλλαγές στη λειτουργία του οικοσυστήματος (αναλογία αναπνοής προς φωτοσύνθεση, ρυθμοί κυκλικής κίνησης θρεπτικών ουσιών, πρότυπα ροής θρεπτικών ουσιών) Σχήμα Επίδραση χημικών ρύπων στα φυσικά οικοσυστήματα. 191

5 Η διασπορά των χημικών ρύπων στο φυσικό περιβάλλον είναι μία φάση για την οποία υπάρχουν μεθοδολογικές προσεγγίσεις τόσο για τους υπολογισμούς των συγκεντρώσεων πέρα από την πηγή ρύπανσης, αλλά και την μεταφορά τους σε μεγάλες αποστάσεις. Οι χημικές ουσίες όμως δεν παραμένουν αναλλοίωτες αλλά υπόκεινται σε μετασχηματισμούς και διασπάσεις σε αβιοτικές συνθήκες (πίεση, θερμοκρασία, κατάλυση από μέταλλα, οξειδωτικές/αναγωγικές διεργασίες στο νερό και τον αέρα), ή με την επίδραση μικροοργανισμών του περιβάλλοντος. Η πρόσληψη των χημικών ουσιών από τους οργανισμούς εξαρτάται από τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες και τον τρόπο εισόδου. Οι οργανισμοί μπορούν να παρουσιάσουν αμελητέες, μη θανατηφόρες ή θανατηφόρες αντιδράσεις, όπως είναι η μείωση της αναπαραγωγικής ικανότητας ή αλλαγές στην συμπεριφορά. Οι σχέσεις της τροφικής αλυσίδας ή οι ροές ενέργειας στα οικοσυστήματα μπορούν να μεταβληθούν. Είναι αρκετά δύσκολο να μελετηθούν όλες οι διαστάσεις σε πολύπλοκα οικοσυστήματα, ιδιαίτερα όταν υπάρχουν πολλές αλληλεξαρτήσεις οργανισμών με το φυσικό περιβάλλον Πηγές Ρύπανσης και Φυσικοχημικές Ιδιότητες των Χημικών Ουσιών Ο διασκορπισμός των χημικών ρύπων (π.χ. βαρέα μέταλλα, διοξείδιο του θείου, οργανικοί διαλύτες κλπ) από μία πηγή ρύπανσης μπορεί να εκτιμηθεί από τα χαρακτηριστικά της βιομηχανικής ή άλλης διεργασίας παραγωγής ( την ύπαρξη υψηλών καπνοδόχων και φίλτρων, τους εργασιακούς χώρους και τη μέθοδο παραγωγής), τις ποσότητες που χρησιμοποιούνται (π.χ. καυσίμου, πρώτων υλών), την μορφολογία της περιοχής, τις μεθόδους μεταφοράς, την διάθεση τοξικών αποβλήτων κλπ. 192

6 Διεργασίες περιβαλλοντικής διάχυσης των χημικών ρύπων Οι διεργασίες διάχυσης ή διασκορπισμού των ρύπων είναι πολύπλοκες, αλλά εξαρτώνται από τις φυσικοχημικές ιδιότητες των χημικών ουσιών. Για να γίνει δυνατή η μελέτη πρέπει να χωρισθεί το περιβάλλον σε διαφορετικές φάσεις ή τμήματα μέσα στα οποία οι ρύποι συμπεριφέρονται με ομοιογένεια. Συνήθως οι φάσεις αυτές είναι ο αέρας, το έδαφος, τα νερά (υδάτινα συστήματα), τα ιζήματα και ο βιόκοσμος ( biota),δηλαδή η πανίδα και η χλωρίδα. Ατμοσφαιρικό και χερσαίο περιβάλλον ΑΕΡΑΣ Σ α Κ αε ΕΔΑΦΟΣ Σ ε ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΙΖΗΜΑΤΑ Κ αιν ΝΕΡΑ Κ νβ ΒΙΟΚΟΣΜΟΣ Σ αι Σ ν Σ β Κ νιπ ΥΔΑΤΙΝΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΙΖΗΜΑΤΑ ΠΥΘΜΕΝΑ Σ π Σχήμα Περιβαλλοντικές φάσεις και οι αλληλοσυνδέσεις για περιβαλλοντική ρύπανση από χημικές ουσίες. Κ=συντελεστής συσσώρευσης μεταξύ των φάσεων, Σ=συγκέντρωση). Επίσης, αυτές οι φάσεις μπορούν να υποδιαιρεθούν για να διευκολύνουν το έργο της μελέτης (π.χ. αιωρούμενο ίζημα και ίζημα πυθμένα) και των μετρήσεων των συγκεντρώσεων περιβαλλοντικών ρύπων. Η περιβαλλοντική κατανομή ενός ρύπου εξαρτάται από τις φυσικοχημικές ιδιότητες αλλά και από την τάση διαφυγής (fugacity) από μία φάση προς μία άλλη. Χρήσιμες φυσικοχημικές σταθερές για μια χημική ουσία είναι: i) η σταθερά του Νόμου του Henry (η μάζα ενός αερίου που διαλύεται σε ένα συγκεκριμένο όγκο υγρού 193

7 σε σταθερή θερμοκρασία είναι άμεσα ανάλογη της πίεσης του αερίου). Ο νόμος ισχύει όταν δεν υπάρχει χημική αντίδραση μεταξύ του αερίου και του υγρού), ii) ο συντελεστής κατανομής (partition) σε σύστημα οκτανόλης-νερού. Οι ιδιότητες όμως των χημικών ουσιών δεν μπορούν άμεσα να εξηγήσουν την συμπεριφορά τους στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, το τετραχλωροδιφαινύλιο, που έχει σ. ζέσης στην περιοχή ºC διαχέεται κυρίως στην ατμόσφαιρα, ενώ το DDT που είναι παρόμοια ένωση διασκορπίζεται στα ιζήματα. Οι μετρήσεις που μπορούν να πραγματοποιηθούν στον τομέα της διάχυσης στις περιβαλλοντικές φάσεις είναι αρκετά χρήσιμες στην οικοτοξικολογία. Οι μετρήσεις αυτές περιγράφουν μια στατική κατάσταση και απαιτούνται και άλλοι παράμετροι για να δώσουν την πραγματική εικόνα της περιβαλλοντικής κατανομής Βιομεγένθυση των χημικών ρύπων στους ζωντανούς οργανισμούς Η διεργασία αυτή προσδιορίζει τις συγκεντρώσεις των χημικών ρύπων στους οργανισμούς και κατά συνέπεια τις τοξικολογικές επιδράσεις στον βιόκοσμο. Οι οργανισμοί προσλαμβάνουν τις χημικές ουσίες με δύο βασικά τρόπους: άμεσα από το περιβάλλον και μέσω της τροφής. Η ατμόσφαιρα περιέχει σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις ρύπων σε σχέση με τα υδάτινα συστήματα (ωκεανοί, λίμνες, ποτάμια κλπ) και για τον λόγο αυτό οι σχέσεις μεταξύ νερών και οργανισμών έχει προσλάβει μεγαλύτερο επιστημονικό ενδιαφέρον. Η συσσώρευση που συμβαίνει σε λιπόφιλες χημικές ουσίες μπορεί να χαρακτηρισθεί με τον συντελεστή (K b ) που είναι χωρίς διαστάσεις, αναλογία της συγκέντρωσης στον βιόκοσμο σε σχέση με το μέσο όπου υπάρχουν οι οργανισμοί. Όταν γνωρίζουμε τους συντελεστές βιοσυσσώρευσης και τις συγκεντρώσεις στο περιβάλλον των χημικών ρύπων, μπορούμε να υπολογίσουμε τις συγκεντρώσεις στον βιόκοσμο. Οι συντελεστές βιοσυσσώρευσης για λιπόφιλες ενώσεις συνδυάζονται άμεσα με τον συντελεστή κατανομής σε σύστημα οκτανόλης/νερού (P ow ) που μπορούν να μετρηθούν στο εργαστήριο. Με βάση αρκετές μελέτες και μετρήσεις ισχύει ο τύπος: 194

8 log K bw = n log P ow + b ( όπου n, b είναι σταθερές) Διεργασίες ανθεκτικότητας και μετασχηματισμών Ο ρυθμός με την οποία μετασχηματίζονται οι χημικοί ρύποι στο περιβάλλον επηρεάζει τις συγκεντρώσεις τους κατά την διάρκεια του χρόνου. Συνήθως η ανθεκτικότητα των χημικών ουσιών χαρακτηρίζεται με τον χρόνο υποδιπλασιασμού ή ημιζωή (half-life). Επίσης, οι χημικές ενώσεις με την πάροδο του χρόνου υπόκεινται σε μετασχηματισμούς προς άλλες χημικές ενώσεις που μπορεί να είναι λιγότερο ή περισσότερο τοξικές για τους ζωντανούς οργανισμούς. Επίσης υπόκεινται σε βιοαποικοδόμηση με την δράση μικροοργανισμών Αντιδράσεις των Οργανισμών στους Τοξικούς Χημικούς Ρύπους Η περιβαλλοντική τοξικολογία ερευνά κυρίως τις θανατηφόρες επιδράσεις των χημικών ρύπων στους οργανισμούς. Οι μετρήσεις αυτές γίνονται στο εργαστήριο με την χρήση διαφορετικών συγκεντρώσεων σε ομοιογενείς ομάδες οργανισμών και ρυθμιζόμενων εργαστηριακών συνθηκών. Η εκατοστιαία θανατηφόρος θνησιμότητα έχει συνήθως ομαλή κατανομή σε σχέση με τον λογάριθμο της συγκέντρωσης της τοξικής ουσίας. Η συγκέντρωση για 50% θνησιμότητα των οργανισμών καλείται LC 50 (Lethal Concentration). Η μεθοδολογία αυτή έχει και πολλά μειονεκτήματα. Οι εργαστηριακές συνθήκες μπορεί να μην ανταποκρίνονται με τις περιβαλλοντικές συνθήκες και τα πειραματόζωα μπορεί να μην είναι αντιπροσωπευτικά αυτών που υπάρχουν στο περιβάλλον. Επιπλέον, μόνο περιορισμένος αριθμός ειδών μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα πειράματα αυτά. Παρόλα αυτά τα πειραματικά δεδομένα είναι αρκετά χρήσιμα και μπορούν να μας δώσουν πολύτιμες πληροφορίες για τις θανατηφόρες ή μη συγκεντρώσεις χημικών ρύπων. 195

9 Η αξιολόγηση των μη θανατηφόρων επιδράσεων επίσης παρουσιάζει δυσκολίες. Υπάρχει μεγάλη ποικιλία επιδράσεων, που μπορεί να κυμαίνονται από αλλαγές στα χαρακτηριστικά των μεμβρανών, μέχρι αντιδράσεις με κυτταρικό RNA και DNA. Πολλές από αυτές τις επιδράσεις μπορεί να τις γνωρίζουμε από άλλες μελέτες για την τοξική, καρκινογόνο και μεταλλαξιγόνο δράση ουσιών. Αν και οι ποσοτικές εκτιμήσεις και οι μηχανισμοί μη θανατηφόρων επιδράσεων δεν είναι γνωστές, υπάρχουν μελέτες για ορισμένες από αυτές. Παράδειγμα, η μείωση του πάχους των αυγών των πτηνών λόγω της δράσης των οργανοχλωριωμένων υπολειμμάτων φυτοφαρμάκων Αντιδράσεις του οικοσυστήματος Οι οργανισμοί σε ένα οικοσύστημα μπορούν να εκδηλώσουν διαφορετικές ευαισθησίες (ευπάθειες, susceptibilities) στις τοξικές χημικές ουσίες. Για παράδειγμα, τα ζιζανιοκτόνα έχουν επιλεκτική τοξικότητα στα φυτά και τα εντομοκτόνα επιδρούν άμεσα στους πληθυσμούς των εντόμων. Η είσοδος μιας τοξικής ουσίας σε ένα οικοσύστημα θα απομακρύνει επιλεκτικά ένα είδος από την ποικιλία των οργανισμών που υπάρχουν. Το γεγονός αυτό προκαλεί περιορισμό της ποικιλία των ειδών και αλλαγές στις δομές των κοινωνιών (community structure) του οικοσυστήματος. Για παράδειγμα, η απόρριψη τοξικής ουσίας σε ποτάμι: κοντά στο σημείο της πηγής ρύπανσης ο πληθυσμός των οργανισμών μειώνεται σε απομακρυσμένα σημεία η συγκέντρωση πέφτει και οι δομές και λειτουργίες αποκαθίστανται. Το ίδιο συμβαίνει και με τις πετρελαιοκηλίδες σε θαλάσσια οικοσυστήματα. Από την μια μεριά κατά την περίοδο της ρύπανσης μειώνονται τα μικρά και μεγάλα ψάρια, ενώ από την άλλη υπάρχει άνθιση του φυτοπλαγκτού. Με την πάροδο του χρόνου αποκαθίσταται η ισορροπία. Για τα ανθεκτικά φυτοφάρμακα για παράδειγμα, με την πάροδο του χρόνου αρχίζουν 196

10 να συσσωρεύονται σιγά-σιγά στα ανώτερα τροφικά επίπεδα και λόγω μικρής βιοδιασπασιμότητας παραμένουν περισσότερο. Έτσι, σαρκοφάγα πουλιά υπόκεινται την επίδραση αργότερα με αντίστοιχη μείωση των πληθυσμών τους. Η εκτίμηση των επιδράσεων χημικών ρύπων σε οικοσυστήματα είναι δύσκολη ερευνητική εργασία. Προέκταση των αποτελεσμάτων από μεμονωμένα είδη σε οικοσυστήματα έχει μέχρι τώρα περιορισμένη επιτυχία. Έτσι, γίνεται προσπάθεια να μελετηθούν οι επιδράσεις τοξικών ρύπων σε ελεγχόμενα τμήματα μεγάλων φυσικών οικοσυστημάτων (mesocosms, μεσόκοσμοι) και σε μικρά τεχνητά απλοποιημένα οικοσυστήματα (microcosm, μικρόκοσμοι) Οικοτοξικολογική εκτίμηση της επίδρασης των χημικών ρύπων Η εκτίμηση εξαρτάται από δύο βασικές ερευνητικές πληροφορίες. Στην πρώτη, απαιτούνται οι συγκεντρώσεις των χημικών ουσιών που είναι αποτέλεσμα της ρύπανσης και της διάχυσης-κατανομής στο περιβάλλον, στην δεύτερη πρέπει να γίνουν γνωστές οι τοξικολογικές ιδιότητες των χημικών ουσιών και το είδος του περιβάλλοντος όπου συμβαίνει η ρύπανση (πανίδα, χλωρίδα, κλπ). Στις πληροφορίες αυτές πρέπει να συμπεριληφθούν οι συγκεντρώσεις και τοξικολογικές ιδιότητες των προϊόντων μετασχηματισμού και των υποπροϊόντων Διαχείριση των οικοτοξικολογικών προβλημάτων που προκύπτουν από την ρύπανσης του περιβάλλοντος Η διαχείριση των χημικών ουσιών και παρασκευασμάτων (παλαιών και νέων που εισάγονται στο εμπόριο) που προκαλούν ρύπανση στο περιβάλλον και αποτελούν κίνδυνο για την υγεία του ανθρώπου έχουν διερευνηθεί εδώ και πολλές δεκαετίες. Πολλοί διεθνείς και εθνικοί οργανισμοί, υπηρεσίες και φορείς έχουν αναπτύξει διάφορες κανονιστικές/νομοθετικές ρυθμίσεις για τον περιορισμό των κινδύνων και τον έλεγχο των χημικών ουσιών και της χημικής βιομηχανίας. 197

11 10.4. Παραδείγματα Χημικών Ρύπων στο Φυσικό Περιβάλλον Υπάρχουν πολλές εκπομπές χημικών ουσιών στο περιβάλλον που δεν προκαλούν άμεσες αντιδράσεις στους ζωντανούς οργανισμούς, αλλά μεταβάλλουν το φυσικό και χημικό περιβάλλον με συνέπεια να προκαλούν προβλήματα επιβίωσης των οικοσυστημάτων Διοξείδιο του άνθρακα (CΟ 2 ) Το διοξείδιο του άνθρακα βρίσκεται σε ελάχιστες ποσότητες στην ατμόσφαιρα και η φυσική του συγκέντρωση είναι 0,03%. Το διοξείδιο του άνθρακα όμως που εκλύεται κατά την καύση ορυκτών καυσίμων, την εκδάσωση και τις αλλαγές στην χρήση γης, αυξάνει την ποσότητα στην ατμόσφαιρα. Υπολογίζεται ότι στην περίοδο έχουν γίνει εκπομπές της τάξης των 183 δισεκατομμυρίων τόνων άνθρακα από την καύση ορυκτών καυσίμων και περίπου 150 δισ. τόνων άνθρακα από την εκδάσωση και αλλαγές χρήσης γης. Το 1971 οι εκπομπές σε παγκόσμια κλίμακα ήταν της τάξης των 4,8 δισ. τόνων, ενώ το 1988 αυξήθηκαν σε 6,256 δισ. τόνους άνθρακα (από αυτούς οι 2,793 δισ. τόνοι αφορούσαν τις χώρες του ΟΟΣΑ (Organization for Economic Cooperation and Development, OECD) που περιλαμβάνει όλες τις αναπτυγμένες βιομηχανικές χώρες της Δύσης. 7 Τις τελευταίες δεκαετίες η αύξηση του CΟ 2 στην ατμόσφαιρα είναι περίπου 0,2% κατά έτος, πράγμα που πιστεύεται ότι έχει προκαλέσει το φαινόμενο του θερμοκηπίου (Greenhouse Effect, Global Warming) μαζί με άλλους αέριους ρύπους (Μεθάνιο, Οξείδια αζώτου, Χλωροφθοράνθρακες). 8 Η επίδραση στο κλίμα ορισμένων περιοχών, αλλά και στην ανάπτυξη φυτών και ζώων σε ευαίσθητα 198

12 οικοσυστήματα είναι δύσκολο να διαπιστωθεί. Υπάρχουν ορισμένες υποθέσεις και έρευνες των οποίων τα συμπεράσματα είναι αμφιλεγόμενα, τόσο στα οικοσυστήματα,9 όσο και στην υγεία του ανθρώπου Διοξείδιο του θείου (SO2) Το θείο ( S) είναι απαραίτητο συστατικό της ζωής. Έλλειψη θείου μπορεί προκαλέσει τον θάνατο, σε ζώα και φυτά, ενώ υπερβολικές ποσότητες είναι τοξικές. Οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες απελευθερώνουν σημαντικές ποσότητες διοξειδίου του θείου στην ατμόσφαιρα. Η καύση κάρβουνου είναι η κυριότερη πηγή ρύπανσης, οι εκρήξεις ηφαιστείων συνεισφέρουν ένα μικρό ποσοστό, ο ψεκασμός με σταγονίδια θαλασσίου νερού είναι σημαντική πηγή θειικών: οι αφροί παράγουν αερολύματα, αλλά το περισσότερο θείο επιστρέφει στην θάλασσα. Η βιολογική πηγή εκπομπής θειούχων ενώσεων είναι επίσης σημαντική (κυρίως διμεθυλοσουλφίδιο και πτητικές οργανικές ενώσεις που περιέχουν θείο). Οι περισσότερες ενώσεις οξειδώνονται προς διοξείδιο του θείου στην ατμόσφαιρα. Επίσης, στην ατμόσφαιρα υπάρχει μεγάλη ποικιλία ανόργανων θειούχων και θειικών ενώσεων (υδρόθειο και θειικά άλατα). Οι εκπομπές διοξειδίου του θείου στα τέλη της δεκαετίας του 1980 ήταν σε παγκόσμιο επίπεδο τόνοι, εκ των οποίων τόνοι προέρχονταν από τις χώρες του ΟΟΣΑ. 11 Η καύση κάρβουνου και πετρελαίου, η κατεργασία ορυκτών και η διύλιση πετρελαίου συνεισφέρουν στο 85 % όλων των εκπομπών στην ατμόσφαιρα και υδρόσφαιρα υπό μορφή SO Το διοξείδιο του θείου από την ατμόσφαιρα υπόκειται σε υγρές και ξηρές κατακρημνίσεις προς την επιφάνεια του εδάφους υπό μορφή υγρών 199

13 εναποθέσεων (σε διάλυμα ή αιώρημα στο νερό της βροχής, με το χιόνι και άλλες μορφές εναπόθεσης), ξηρών εναποθέσεων (ως σωματίδια ή αέρια) καθώς και με άλλους τρόπους (ομίχλη, σταγονίδια νεφών). Οι ενώσεις του θείου οξειδώνονται προς διοξείδιο, το οποίο με την επίδραση του οξυγόνου και του φωτός μετατρέπεται προς τριοξείδιο του θείου (SΟ3) και αντιδρά με το νερό προς θειικό οξύ. Το οξύ προσδίδει στην βροχή ph < 5,6 και την καθιστά όξινη. Η όξινη βροχή (acid rain) αποτελεί σημαντικό τοπικό και διασυνοριακό περιβαλλοντικό πρόβλημα με επιδράσεις στα φυτά και τα δένδρα. Το φαινόμενο της όξινης βροχής έχει μελετηθεί σε διάφορες περιοχές της Ελλάδας. 13 Επιδράσεις της όξινης βροχής έχουν πιστοποιηθεί στα δένδρα της Πάρνηθας που βρίσκονται προς την μεριά της Αθήνας. 14 Η οξύτητα της βροχής με τον σχηματισμό του θειικού οξέος εξαρτάται και από την παρουσία άλλων ιόντων. Η όξινη βροχή έχει εμφανισθεί κοντά σε βιομηχανικές περιοχές του βορείου ημισφαιρίου, ιδιαίτερα στην ΒΑ πλευρά των ΗΠΑ και τις Σκανδιναβικές χώρες. Όταν η βροχή πέσει στο έδαφος που έχει την ικανότητα να το εξουδετερώσει τότε οι συνέπειες είναι μικρές, αλλά σε εδάφη από γρανίτη η οξύτητα δεν εξουδετερώνεται και το όξινο νερό καταλήγει σε υδάτινους αποδέκτες. Υπάρχουν μελέτες που δείχνουν την μείωση πληθυσμών ψαριών και άλλων ζώων. 15 Τα ψάρια πεθαίνουν λόγω βλάβης των μηχανισμών ρύθμισης των αλάτων. Αν και πειράματα δείχνουν ότι σε pη κάτω από 4,6 στα ψάρια δεν παρατηρείται παρά μια μεταβατική φυσιολογική επίδραση, στην πραγματικότητα έχει παρατηρηθεί μείωση του πληθυσμού τους σε λίμνες με pη περίπου στο 5,0. 16 Η αυξημένη τοξικότητα φαίνεται να 200

14 οφείλεται μερικά στο αργίλιο που εκπλένεται από τα εδάφη μέσω της όξινης βροχής, αλλά δεν αποκλείονται και άλλοι παράγοντες. 17 H επίδραση των όξινων κατακρημνίσεων σε εδάφη που έχουν φυσική ανεπάρκεια θείου μπορεί να αποβεί θετική για τα φυτά που καλλιεργούνται. Οι σύντομες αυτές αναφορές δείχνουν τις ποικίλες διαστάσεις που μπορεί να προσλάβει η διάχυση ενός χημικού ρύπου στο περιβάλλον και τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά που προσδιορίζουν τις επιδράσεις στους ζωντανούς οργανισμούς Βαρέα μέταλλα στα υδάτινα συστήματα Τα βαρέα μέταλλα εμφανίζονται στα υδάτινα συστήματα υπό μορφή διαφόρων ενώσεων τους, αν και οι συγκεντρώσεις τους εκφράζονται σε συνολικό μέταλλο. Το είδος των ενώσεων των μετάλλων επηρεάζει σε σημαντικό βαθμό την συμπεριφορά τους στο περιβάλλον και τις βιολογικές τους επιδράσεις. 18 Για παράδειγμα, οι χουμικές ουσίες ( μίγμα οργανικών ενώσεων με άγνωστη σύνθεση που περιέχεται στο έδαφος, υψηλού μοριακού βάρους συνήθως από διάσπαση λιγνίνης και άλλων οργανικών συστατικών, αιωρούνται στα επιφανειακά νερά κλπ) στα νερά των ποταμών μπορούν να σχηματίσουν σύμπλοκα με τον διαλυμένο χαλκό. Αλλά όταν η αλατότητα (salinity) αυξάνεται στην εκβολή του ποταμού, τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου εκτοπίζουν τον χαλκό από τα χουμικά σύμπλοκα, έτσι ώστε ένα αυξανόμενο τμήμα του χαλκού να εμφανίζεται υπό μορφή ανόργανων αλάτων, που έχουν τοξικές ιδιότητες

15 Ασταθή οργανικά σύμπλοκα Μη ασταθή οργανικά σύμπλοκα Μεταλλικά ιόντα Σωματιδιακά υλικά Ανόργανα σύμπλοκα Κολοειδή Σχήμα Βασικές μορφές και μετασχηματισμοί των ιχνοστοιχείων στα φυσικά νερά. Σχήμα Η σημασία της αλατότητας για τον διαλυμένο χαλκό σε εκβολή ποταμού. Μείωση των χουμικών συμπλόκων και αύξηση των ανόργανων αλάτων Το φαινόμενο του ευτροφισμού Ο ευτροφισμός των θαλασσών, αλλά και των ποταμών, λιμνών και άλλων υδάτινων συστημάτων, είναι φαινόμενο που έχει μελετηθεί συστηματικά και οι μηχανισμοί του έχουν εξηγηθεί. Παρουσιάζεται συνήθως σε λίμνες, αλλά και σε αβαθείς κόλπους θαλασσών, ενώ οι ανοικτές θάλασσες και οι ωκεανοί 202

16 έχουν την ικανότητα να ανακυκλώνουν τις οργανικές βιοαποικοδομήσιμες χημικές ουσίες και τα θρεπτικά συστατικά (θρεπτικά άλατα: φωσφορικά, νιτρικά, νιτρώδη και πυριτικά άλατα, οργανικές ενώσεις: αμινοξέα, πρωτεΐνες, ένζυμα, χουμικά συστατικά). Ο ευτροφισμός ενός υδάτινου οικοσυστήματος είναι η αύξηση των ροών ή συγκεντρώσεων θρεπτικών συστατικών που διευκολύνει την αύξηση της βιολογικής παραγωγής, δηλαδή παραγωγή οργανικής ύλης σε κάθε τροφικό επίπεδο. Βιολογική παραγωγή στα διάφορα οικοσυστήματα καλούμε την παραγωγή οργανικής ύλης από τους φωτοσυνθέτοντες οργανισμούς. Στην περίπτωση των θαλάσσιων οικοσυστημάτων η βιολογική ύλη είναι το φυτοπλαγκτόν και τα θαλάσσια φύκη. 18 Υπάρχουν διάφορα είδη φυτοπλαγκτού. Ο ρυθμός αύξησης και η σύνθεση του φυτοπλαγκτού εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις των θρεπτικών συστατικών και το ηλιακό φως, ιδιαίτερα την ένταση και τον συντελεστή απορρόφησης (ποιότητα αιωρουμένων στερεών σωματιδίων στο νερό). Για κάθε είδος φυτοπλαγκτού υπάρχει και ένα ιδανικό βάθος για την ανάπτυξή του. Κατά την φωτοσύνθεση δεσμεύεται το διοξείδιο του άνθρακα, νερό και θρεπτικά συστατικά και παράγεται οργανική ύλη, η οποία στην περίπτωση των θαλασσών είναι το φυτοπλαγκτόν (δινομαστιγωτά, διάτομα, φύκη) από το οποίο τρέφεται το ζωοπλαγκτό. Ένα μέρος του φυτοπλαγκτού αιωρείται, αλλά και ένα μέρος βυθίζεται σε βαθύτερα νερά όπου λόγω έλλειψης φωτός πεθαίνει, καθώς και σωματίδια ζωοπλαγκτού. Η ύλη αυτή αποικοδομείται από βακτήρια (τροφή), δηλαδή είναι η οξείδωση (παρουσία οξυγόνου απαραίτητη) της οργανικής ύλης προς διοξείδιο του άνθρακα, νερό και θρεπτικά συστατικά. 18 Η βιοαποικοδόμηση είναι φυσική διεργασία. Εάν όμως οι ποσότητες της οργανικής ύλης είναι μεγάλες τότε καταναλώνεται όλο το διαλυμένο οξυγόνο. Τότε στα βαθειά νερά όπου δεν ανανεώνεται το οξυγόνο, η έλλειψη του αναγκάζει στην χρησιμοποίηση ως πηγή το οξυγόνο των νιτρικών και θειικών 203

17 αλάτων, που οδηγεί στην παραγωγή αμμωνίας (ΝΗ 4 ) και υδρόθειου (Η 2 S) δημιουργώντας τοξικές συνθήκες στο υδάτινο σύστημα. Οι συνθήκες απουσίας οξυγόνου και δημιουργίας τοξικών ουσιών είναι καταστροφική για τους ζωντανούς οργανισμούς των υδάτινων συστημάτων. Οι οργανικές βιοαποικοδομήσιμες ουσίες δεν προέρχονται μόνο από το πλαγκτόν αλλά και από τα αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα (κυρίως ενώσεις αζώτου και φωσφόρου, ιδιαίτερα τα φωσφορικά άλατα των απορρυπαντικών, λιπάσματα, κλπ). Το φαινόμενο του ευτροφισμού παρατηρείται σε αβαθείς κόλπους και σε περιοχές με βιομηχανική ή τουριστική δραστηριότητα. Οι υψηλές συγκεντρώσεις θρεπτικών συστατικών ευνοεί την αύξηση του φυτοπλαγκτού, εκτοπίζοντας όμως την ανάπτυξη άλλων ειδών, δηλαδή μειώνοντας την ποικιλία των ειδών που είναι αρνητική για τα οικοσυστήματα. Σε οριακές περιπτώσεις η ταχύτατη αύξηση των διμαστιγωτών που εκλύουν τοξίνες και καταστρέφουν άλλους θαλάσσιους οργανισμούς. Το φαινόμενο καλείται κόκκινη παλίρροια (red tide) και φαίνεται να είναι σημαντικός παράγοντας θανάτων ψαριών στον Σαρωνικό και σε άλλες περιοχές του πλανήτη. Οι μεταβολές αυτές του φυτοπλαγκτού και το ζωοπλαγκτού οδηγεί στην μείωση ή εξαφάνιση άλλων ειδών και μεταφέρεται αλυσιδωτά σε όλα τα τροφικά επίπεδα Ρύπανση των θαλασσών από πετρέλαιο. Επιδράσεις στους οργανισμούς Η θαλάσσια ρύπανση από πετρέλαιο και τα προϊόντα διύλισης αποτελεί σημαντικό πρόβλημα σε όλες τις περιοχές του πλανήτη μας. Η ρύπανση των θαλασσών προέρχεται κυρίως από τις εξορυκτικές δραστηριότητες (πλατφόρμες άντλησης), τον καθαρισμό πλοίων που μεταφέρουν πετρέλαιο και τα ατυχήματα μικρών και μεγάλων δεξαμενοπλοίων πετρελαίου. Οι πετρελαιοκηλίδες δημιουργούν σημαντικά προβλήματα της οικολογικής ισορροπίας του θαλασσίου περιβάλλοντος. Για τον σκοπό της προστασίας του 204

18 περιβάλλοντος από την ρύπανση με πετρελαιοειδή υπάρχουν πολλές διεθνείς συμβάσεις και εθνικές νομοθεσίες περιορισμών και απαγορεύσεων. 20 Η ρύπανση των θαλασσών από πετρέλαιο έχει συνδεθεί σε μεγάλο βαθμό στην αντίληψη της κοινής γνώμης με τα μεγάλα ατυχήματα πετρελαιοφόρων στις τελευταίες δεκαετίες ( Torrey-Canyon αποβολή τόνων ακατέργαστου πετρελαίου, Amoco-Cadiz τόνους, Exxon-Valdez τόννους, Sea Empress Φεβρ τόνους). 21 Κάθε μεταφορά πετρελαίου με πετρελαιοφόρα αφήνει στις δεξαμενές, περίπου, 0,4 % του φορτίου, το οποίο είναι αναγκασμένο να πλύνει με θαλάσσιο νερό και να αποβάλει στην θάλασσα (περίπου 400 τόνοι). Η πρακτική αυτή έχει μειωθεί σημαντικά με την δημιουργία εγκαταστάσεων υποδοχής αποβλήτων σε λιμάνια και σε προβλήτες φόρτωσης πετρελαίου (Σύμβαση ΜΑRPOL, Λονδίνο 1973 και 1978, ελληνική νομοθεσία Ν.1269/1982, ΠΔ 479/84, ΠΔ 476/1984, 176/1986). Τα τελευταία 20 χρόνια οι ποσότητες πετρελαίου που αποβάλλονται στην θάλασσα μειώνονται. Από μετρικοί τόνοι (1971) και το 1980 μ.τ., μειώθηκαν σε μ.τ. το Από αυτές τις αποβολές οι οφειλόμενες στα πετρελαιοφόρα μειώθηκαν από (1971) σε 159 (1989). Οι αποβολές πετρελαίου αποτελούν το 0,014 % των ( τόνων αργού πετρελαίου που μεταφέρθηκε το 1989). 22 Oι υδρόβιοι οργανισμοί υπόκεινται σημαντικές αρνητικές επιδράσεις στην περίπτωση της αποβολής πετρελαίου στην θάλασσα, ιδιαίτερα όταν αποβληθούν ξαφνικά (ατύχημα) μεγάλες ποσότητες σε μικρή περιοχή. Το αργό πετρέλαιο περιέχει και ορισμένες άλλες τοξικές ουσίες σε μικρές ποσότητες που διακρίνονται σε 4 κατηγορίες: α) αμμωνία, φαινόλη, τερεβινθέλαιο, κλπ που 205

19 είναι επικίνδυνες, β) ουσίες που παρουσιάζουν ενδιάμεσους κινδύνους, γ) καυστικά αλκάλια, θειικό οξύ, κλπ με μειωμένο κίνδυνο και δ) υδροχλωρικό οξύ, κιτρικό και γαλακτικό οξύ, κλπ που έχουν αμελητέο κίνδυνο και απαιτούν ορισμένες προφυλάξεις). Οι οργανισμοί μπορούν να επηρεασθούν με δύο τρόπους: με την άμεση τοξικότητα των πετρελαιοειδών και με την φυσική "αποπνικτική" ή "ασφυκτική" κατάσταση (physical smothering) που μπορούν να δημιουργήσουν οι πετρελαιοκηλίδες στον βιόκοσμο. 23 Οι πετρελαιοκηλίδες που σχηματίζονται στην επιφάνεια της θάλασσας σχηματίζουν μια γλοιώδη επιφάνεια και τα διάφορα συστατικά τους ακολουθούν διάφορες πορείες: περίπου το μισό της επιφανειακής κηλίδας εξατμίζεται σε μερικές ημέρες, άλλα συστατικά διαλύονται στην μάζα του νερού και παραμένουν για μερικές εβδομάδες. Η πετρελαιοκηλίδα γίνεται πιο ιξώδης (κολλώδης) και διασπάται καθώς τα πτητικά και ευδιάλυτα συστατικά απομακρύνονται, δημιουργεί γαλακτώματα (water-in-oil), σφαιρίδια πίσσας και κατάλοιπα-ιζήματα που φθάνουν στις παραλιακές περιοχές όπου είναι πιο ανθεκτικά απ ότι στην θάλασσα. Σε μικρούς προφυλαγμένους κολπίσκους, εκβολές, βάλτους και λιμνοθάλασσες, όπου δεν υπάρχει ενέργεια κυμάτων, οι πετρελαιοκηλίδες μεταφέρονται στα ιζήματα, τα υπολείμματά τους μπορούν να διατηρηθούν επί χρόνια και μόνο με μικροβιακή αποικοδόμηση και διάλυση μπορούν να καταστραφούν. Σε βραχώδεις ακτές τα υπολείμματα πετρελαιοκηλίδων μπορούν να καταστραφούν πιο γρήγορα. Η πιο χαρακτηριστική και εντυπωσιακή επίδραση των πετρελαιοκηλίδων στους ζωντανούς οργανισμούς είναι η κάλυψη του σώματος πουλιών, τα οποία εάν δεν καθαριστούν σύντομα θα πεθάνουν. Δεν είναι 206

20 δυνατόν να υπολογισθούν τα πουλιά που πεθαίνουν με αυτό τον τρόπο στις διάφορες θάλασσες από πετρελαιοειδή, αλλά στην Βορειοδυτική Ευρώπη (Βόρεια θάλασσα) στις αρχές του 1980 πέθαιναν μερικές χιλιάδες. 24 Παρά την καταστροφή αυτή δεν υπάρχουν ενδείξεις για σημαντική μείωση ή εξαφάνιση ειδών πουλιών στις θάλασσες αυτές, αντίθετα ορισμένα είδη έχουν αυξηθεί τις τελευταίες δεκαετίες. Όπου έχουν δημιουργηθεί μειώσεις πληθυσμών ορισμένων ειδών πουλιών, έχουν επιδράσει άλλοι παράγοντες, όπως οι κλιματικές μεταβολές. 25 Οι πετρελαιοκηλίδες επιδρούν και στον βιόκοσμο των παραλιών όπου καταλήγουν. Οι βραχώδεις ακτές επηρεάζονται λιγότερο από τους κλειστούς κόλπους και οι επιδράσεις είναι ανάλογες της σύστασης του πετρελαίου και της ευαισθησίας των ειδών. Η μαγκρόβιος βλάστηση (ριζόφορα, mangrove) είναι ιδιαίτερα ευπαθής λόγω της προσαρμογής της σε αναερόβιες λάσπες. Έχουν, είτε βλεφαριδικούς αδένες ή εναέριες ρίζες (π.χ. Rhizophora spp) ή ειδικά πνευματοφόρα από υπόγειες ρίζες (π.χ. Αvicennia spp, Αβικεννία ). Οι οδοί αυτοί αναπνοής των φυτών φράζουν από τα σταγονίδια πετρελαίου, εμποδίζοντας έτσι την τροφοδοσία του οργανισμού τους. Μια κοινωνία μαγκρόβιας βλάστησης κάνει αρκετά χρόνια για να αποκατασταθεί μετά από έκθεση σε πετρελαιοειδή. Εάν η εξαφάνιση της βλάστησης αυτής δημιουργήσει διάβρωση του εδάφους, τότε η αποκατάσταση είναι αδύνατη. Επίσης, και άλλες κοινωνίες που υπάρχουν σε βραχώδες παραλίες είναι ευαίσθητες στην ρύπανση από πετρελαιοκηλίδες. Στις εύκρατες ζώνες ιδιαίτερα τα πετρελαιοειδή εξοντώνουν τα περισσότερα ασπόνδυλα (invertebrates) και μερικά φύκια. Τα φύκια δημιουργούν ξανά αποικίες μέσα σε 2-3 χρόνια επειδή δεν υπάρχουν πολλοί φυτοφάγοι οργανισμοί, ενώ τα ασπόνδυλα σχηματίζουν αποικίες αργότερα. 26 Οι παρατηρήσεις και έρευνες που έγιναν μετά το μεγάλο ατύχημα του πετρελαιοφόρου Torrey Canyon (1967) που βυθίστηκε στα 207

21 ανοικτά των παραλιών της Cornwall (ΝΔ Μ. Βρετανία) είναι πολύ χρήσιμες για το είδος αυτό ρύπανσης και επιδράσεων στο περιβάλλον. Το φορτίο ήταν αργού πετρελαίου, σχετικά μικρής τοξικότητας, από το Κουβέιτ. Μεγάλου μήκους παραλίες στην περιοχή νέκρωσαν από ζωντανούς οργανισμούς, Τorrey Canyon κυρίως από το πετρέλαιο αλλά και από τις χημικές ουσίες που χρησιμοποιήθηκαν για τον διασκορπισμό του. Οι πρώτοι οργανισμοί που δημιούργησαν αποικίες ήταν σπόροι πλαγκτού (Planktonic spores) και προνύμφες (κάμπιες) από περιοχές που δεν επηρεάσθηκαν. Μετά από μερικούς μήνες, στην αρχή εμφανίσθηκαν χλωρόφυτα (χλωροφύκη, Enteromorpha & Uva) και μετά τα διαδέχθηκαν μεγάλα φαιοφύκη (Fucus vesiculosis & F. serratus) που κάλυψαν όλους τους βράχους στην περίοδο , όταν εξάλειψαν και τα τελευταία θυσανάποδα (πεταλίδες, Chthamalus spp) που είχαν επιβιώσει από την δράση του πετρελαίου και των ουσιών διασκορπισμού. Πεταλίδες του είδους Patella vulgata, που είχαν επιβιώσει, αναπτύχθηκαν γρήγορα στα άφθονα φύκια, και έφθασαν σε υψηλό επίπεδο αριθμών το 1972, από εκείνη την στιγμή άρχισε η μείωση των φαιοφυκών. Καθώς η ποσότητα τροφής περιορίσθηκε, ο πληθυσμός των πεταλίδων Ρ. vulgata μειώθηκε σε χαμηλότερο αλλά σταθερό επίπεδο. Θυσανάποδα άρχισαν να εμφανίζονται το 1972, τελικά οι παραλίες επανήλθαν στην αρχική τους οικολογική ισορροπία μετά από 10 χρόνια. Ο λόγος για την αργή επανάκαμψη των δομών της κοινωνίας στις παραλίες της Κορνουάλης, είναι ότι οι οργανισμοί αποτελούν ένα μωσαϊκό με κενά μετά την καταστροφή που δεν μπορούν να αναπληρωθούν λόγω μείωσης της ποικιλότητας των ειδών και της τροφής στα περισσότερα τροφικά επίπεδα

22 10.5. Επίδραση των Χημικών Ρύπων σε Ζωντανούς Οργανισμούς στο Φυσικό Περιβάλλον Η μελέτη των οργανισμών θα ήταν περισσότερο αντιπροσωπευτική εάν γίνονταν στο φυσικό περιβάλλον και λαμβάνονταν υπόψη οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πληθυσμών και των κοινοτήτων κατά την επίδραση των χημικών ρύπων. Ο τρόπος αυτός περιέχει πολλές δυσκολίες, για αυτό η δράση χημικών ουσιών-ρύπων εξετάζεται συνήθως σε μεμονωμένους οργανισμούς και μετά γίνεται προσπάθεια να μελετηθεί η επίδραση στο οικοσύστημα. Το πρόβλημα της δόσης των ρύπων στις οποίες εκτίθενται οι οργανισμοί είναι κεντρικό θέμα των τοξικολογικών και οικοτοξικολογικών μελετών, αλλά σε πολλές περιπτώσεις είναι δύσκολο να προσδιορισθούν. Η χρήση του δείκτη LC 50 για την μελέτη τοξικών επιδράσεων δείχνει ότι δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα εάν δεν γνωρίζουμε τις περιβαλλοντικές συνθήκες και το είδος των οργανισμών. 36 Το πιο συγκεκριμένο παράδειγμα στην περίπτωση αυτή είναι η μελέτη (εργαστηριακή και στο φυσικό περιβάλλον) της 48-h LC 50 (48 hours, Lethal Concentration 50%) στο είδος Σολομός ο ιριδίζων ή πολύχρωμη πέστροφα (rainbow trout, Salmo gaidneri) σε ρυπασμένους ποταμούς της Μ. Βρετανίας. Οι τιμές της θανατηφόρου Συγκέντρωσης 50% (LC 50 ) υπολογίσθηκαν σε σχέση με αλλαγές στο pη, την θερμοκρασία και το διαλυμένο οξυγόνο. Στα νερά του ποταμού έγιναν αναλύσεις για φαινόλες, αμμωνία, κυανιούχα, βαρέα μέταλλα (χαλκός, νικέλιο, ψευδάργυρος και κάδμιο). Η ολική τοξικότητα για τον σολομό εκφράσθηκε ως το σύνολο των επιμέρους κλασμάτων τοξικότητας των ρύπων σε τιμές LC 50. Παρά τις δυσκολίες της μελέτης, βρέθηκε ότι για περιοχές του ποταμού με τοξικότητες 0,1 της υπολογιζόμενης LC 50 υπήρχαν ψάρια, ενώ για τιμές 0,2 και άνω δεν υπήρχαν ψάρια. Οι απλές αυτές μετρήσεις δεν λαμβάνουν υπόψη τις συνεργικές ή προσθετικές ιδιότητες των ρύπων και τον τρόπο δράσης στον οργανισμό

23 Οι μελέτες με χημικούς ρύπους στο περιβάλλον έδειξαν ότι υπάρχουν όρια κάτω από τα οποία δεν συμβαίνουν υπο-θανατηφόρες ή άλλες επιδράσεις στους οργανισμούς. Οι κρίσιμες αυτές συγκεντρώσεις κατωφλίου (ή ουδός, Threshold) για κάθε χημικό ρύπο διαφέρει σημαντικά από είδος σε είδος και ανάλογα με το περιβάλλον και τον τρόπο έκθεσης. Οι επιστήμονες επίσης διαφέρουν μεταξύ τους στο τι είναι ορατό ως επίδραση και τι μπορεί να δημιουργηθεί με την πάροδο του χρόνου από μικρές συγκεντρώσεις στην εσωτερική βιολογική λειτουργία ενός οργανισμού. Στην περίπτωση της καρκινογόνου δράσης υπάρχουν σημαντικές αμφιβολίες εάν υπάρχει όριο κατωφλίου (ουδός) για κίνδυνο καρκινογένεσης. Η ανάπτυξη ενός οργανισμού είναι ένα είδος επιβλαβούς επίδρασης, η οποία όμως δεν έχει άμεσες ενδείξεις φανερών φθορών ή βλαβών. Η επίδραση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στον ρυθμό ανάπτυξη φυτών και δένδρων έχει μελετηθεί με πολυάριθμες ερευνητικές προσπάθειες. Το παράδειγμα που αναφέρεται συχνά είναι της ήρας, ζιζάνιο σιτηρών, σε σχέση με την ρύπανση της ατμόσφαιρας σε διοξείδιο του θείου. Η ανάπτυξη του φυτού περιορίσθηκε αισθητά με την αύξηση του χημικού ρύπου. 38 Τα τελευταία χρόνια υπάρχουν μελέτες και για άλλα είδη ατμοσφαιρικών ρύπων που επιδρούν στην ανάπτυξη των φυτών. Τα οξείδια αζώτου, το διοξείδιο του θείου και το όζον που είναι δευτερογενές προϊόν φωτοχημικής ρύπανσης επιδρούν ανασταλτικά στην ανάπτυξη των φυτών. 39 Επίσης, είναι γνωστό από πολυάριθμες μελέτες ότι τα δάση της Ευρώπης έχουν υποστεί σοβαρές βλάβες από την ατμοσφαιρική ρύπανση βιομηχανικών περιοχών. 40 Οι επιδράσεις αυτές μπορεί να προκαλέσουν αλλαγές στην ανάπτυξη ορισμένων τμημάτων του φυτού, στην σύνθεση των αμινοξέων ή στην δραστικότητα ορισμένων ένζυμων. 41 Οι αρχικές έρευνες για τον τρόπο δράσης των χημικών ρύπων έδειξαν ότι επιδρούν σε ορισμένους υποδοχείς (receptors), οι οποίοι είναι ειδικά κύτταρα ή τμήματα κυττάρων, προκαλώντας την βιοχημική αλλοίωση (biochemical lesion) που είναι το πρώτο βήμα πριν την εκδήλωση της βλάβης

24 Το παράδειγμα που έχει μελετηθεί με την υπόθεση αυτή και έχει τεκμηριωθεί με έρευνες είναι η επίδραση των οργανοφωσφορικών εντομοκτόνων. Τα εντομοκτόνα αυτά, που είναι τοξικά στα ασπόνδυλα και προκαλούν βλάβες στην άγρια φύση, αναστέλλουν την δράση μεγάλου φάσματος ένζυμων, ιδιαίτερα της ακετυλοχολινεστεράσης (AChE) που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή συμπτωμάτων δηλητηρίασης. Η ακετυλοχολίνη, το φυσικό υπόστρωμα της ακετυλοχολινεστεράσης, είναι γνωστό ότι κύριος μεταβιβαστής ερεθισμάτων (ωθήσεων) κατά μήκος των συνάψεων μεταξύ γειτονικών άκρων νεύρων, και κατά μήκος των νευρομυϊκών συνδέσμων(κόμβων). Τα ερεθίσματα των νεύρων διεγείρουν την έκκριση της ακετυλοχολίνης, η οποία μεταβιβάζει το ερέθισμα κατά μήκος του κενού των γειτονικών νεύρων ή μυϊκών κυττάρων. Η ACh φυσιολογικά διασπάται γρήγορα, με υδρόλυση, καταλυόμενη από το ένζυμο AChE. Παρεμπόδιση της τελευταίες σημαίνει ότι η ακετυλοχολίνη παραμένει για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, δηλαδή συσσωρεύεται στα άκρα των νεύρων, οι λειτουργίες των νεύρων διαταράσσονται και υψηλή διαταραχή μπορεί να προκαλέσει τον θάνατο. Συνήθως στα ασπόνδυλα η διαταραχή αυτή προκαλεί παράλυση του αναπνευστικού συστήματος. 43 Η ενζυματική υδρόλυση της ακετυλοχολίνης εξαρτάται από την δράση της υδροξυλικής ομάδας που βρίσκεται στο μόριο της σερίνης του ένζυμου. Το υδροξύλιο αντιδρά με την ακετυλοχολίνη απελευθερώνοντας χολίνη και το ακετυλιωμένο ένζυμο μετά αντιδρά με νερό για να παρασκευάσει εκ νέου το ένζυμο και οξικό οξύ. Το υδροξύλιο είναι και η ομάδα δράσης του οργανοφωσφορικού εντομοκτόνου. 2 Ορισμένες φορές η επίδραση χημικών ρύπων στους οργανισμούς δεν είναι σε βιοχημικό μόνο επίπεδο, αλλά έχει να κάνει με την τοξικότητα της χημικής ουσίας σε ένα κρίσιμο όργανο (critical organ) του οργανισμού. Σε πολλά πουλιά και άλλα μικρά ζώα τα οργανοφωσφορικά εντομοκτόνα προκαλούν και μια δεύτερη βλάβη που δεν σχετίζεται με την παρεμπόδιση της AChE. Τα συμπτώματα εμφανίζονται μετά από 1-2 εβδομάδες, με παράλυση των άκρων. Αρχικά η κατάσταση αυτή ονομάσθηκε απομυελίνωση (demyelination) λόγω της φθοράς της μυελίνης των νεύρων. Τώρα πιστεύεται 211

25 ότι η πρωταρχική βλάβη είναι στον νευράξονα (nerve axon), και η κατάσταση καλείται επιβραδυνόμενη νευροτοξικότητα (delayed neurotoxicity). 44 H δράση των οργανοφωσφορικών εντομοκτόνων έχει μελετηθεί σε μεγάλη έκταση και για πολλά είδη. Μικρές δόσεις του εντομοκτόνου Dicrotophos σε μαυροπούλια ή ψαρόνια (Starlings, Sturnus vulgaris) που παρεμπόδιζε την λειτουργία του 50 % της χολινεστεράσης του εγκεφάλου, προκάλεσαν διαταραχές στην συμπεριφορά των πτηνών προς τα νεογνά. 45 Σερίνη στο ενεργό κέντρο της ακετυλοχολινεστεράση H glu HN C CO ala glu NH H C CO ala (α) CH 2 CH 2 OH ακετυλίωση με ένζυμο O CH + HO CH 2 CH 2 N(CH 3 ) 3 χολίνη H 3 C C O O CH 2 CH 2 N(CH 3 ) 3 O υδρόλυση ακετυλοχολίνη glu NH H C CO ala CH 2 OH + CH 3 COOH Αναγένηση της ακετυλοχολινεστεράσης (β) glu HN H C CO ala glu HN H C CO ala CH 2 CH 2 OH O H 3 CO H 3 CO P O OCH 2 Cl 2 φωσφορυλίωση με ένζυμο H 3 CO H 3 CO P O + H + + OCH Cl 2 Dichlorvos Σχήμα Αντιδράσεις μεταξύ της ακετυλοχολινεστεράσης και δύο υποστρώματα: (α) ακετυλοχολίνη και (β) το οργανοφωσφορικό εντομοκτόνο Dichlorvos (Διμεθυλο-2- διχλωροβινυλο φωσφορικός εστέρας). 212

26 Η επίδραση του εντομοκτόνου p,p -DDΤ είναι επίσης μια άλλη τεκμηριωμένη ερευνητικά περίπτωση δράσης χημικής ένωσης σε ζωντανούς οργανισμούς. Το οργανοχλωριωμένο αυτό εντομοκτόνο (1946) ήταν πολύ αποτελεσματικό για πολλά βλαβερά για τον άνθρωπο έντομα (ιδιαίτερα κουνούπια) που μάστιζαν πληθυσμούς αγροτικών περιοχών (βάλτους, έλη, κλπ). Η χρήση του όμως αποδείχθηκε καταστροφική για πολλούς πληθυσμούς ευαίσθητων οργανισμών. Το DDΤ επιδρά στο νευρικό σύστημα και η βιοχημική βλάβη συμβαίνει στην αξονική μεμβράνη της νευρικής ίνας, και όχι στις συνάψεις. 46 Το νευρικό σύστημα εκτός από τις νευρικές διεγέρσεις προκαλεί και τις νευροεκκρίσεις, οι οποίες βοηθούν στην προσέγγιση του ορμονικού και νευρικού συστήματος. Πειράματα δείχνουν ότι το DDΤ και ο μεταβολίτης του DDE επιδρά στους θυρεοειδείς αδένες των πτηνών, 47 και στην μείωση του πάχους του κελύφους των αυγών τους (κυρίως λόγω διαταραχής της μεταφοράς ασβεστίου). 48,49 Φυσικά υπάρχουν και άλλες παρενέργειες στους ζωντανούς οργανισμούς από την χρήση φυτοφαρμάκων και ιδιαίτερα των οργανο-χλωριωμένων, τα οποία έχουν μικρή βιοδιασπασιμότητα και μπορούν να συσσωρευθούν στους λιπόφιλους ιστούς των οργανισμών. 50 Η δράση των χημικών ρύπων μπορεί να μεταβληθεί σημαντικά όταν υπάρχει μίγμα χημικών ουσιών στο περιβάλλον. Τότε μπορούν να υπάρξουν προσθετικές δράσεις, συνεργικές ή ανταγωνιστικές. Το όζον και το διοξείδιο του θείου δρουν συνεργικά στα φυτά. 51 Οι γνώσεις μας για την δράση μιγμάτων χημικών ρύπων στους οργανισμούς αλλά και στα οικοσυστήματα είναι πολύ λίγες. 52 Υπάρχουν σημαντικές δυσκολίες στο να μετρηθούν ποσοτικά οι εκθέσεις των οργανισμών σε χημικούς ρύπους στο περιβάλλον (έκθεση άμεσα από τα συστατικά του περιβάλλοντος, την τροφή, κλπ). Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι πιο εύκολο να διεξαχθούν πειράματα σε εργαστηριακό επίπεδο. Παρόλα αυτά 213

27 είναι εμφανές ότι για κάθε χημικό ρύπο τα διάφορα είδη αντιδρούν διαφορετικά. Ο τρόπος που οι χημικές ουσίες βιοσυσσωρεύονται, μεταβολίζονται, κατανέμονται και απεκκρίνονται από τον οργανισμό διαφέρει σημαντικά από είδος σε είδος. Είναι γνωστό για παράδειγμα ότι τα διάφορα ζώα διαφέρουν στον χρόνο που κατακρατούν τον μεθυλοϋδράργυρο στο σώμα τους (ημιζωή σε ημέρες: μύες: 8 ημέρες, επίμυες 16, άνθρωπος 70, όρνιθα 25, χέλι 1000, κλπ). 53 Τα κεφάλαια αυτά αποτελούν ένα είδος εισαγωγής στα προβλήματα της οικοτοξικολογίας στις πραγματικές περιβαλλοντικές συνθήκες ενός οικοσυστήματος, όπου υπάρχουν αλληλεπιδράσεις μεταξύ κοινοτήτων οργανισμών και του φυσικού περιβάλλοντος. Η μελέτη των πληθυσμών, η πληθυσμιακή δυναμική, η γενετική δυναμική των ατόμων των ειδών και οι επιδράσεις των χημικών ρύπων σε μεμονωμένους οργανισμούς αποκτούν ιδιαίτερη σημασία για την πρόβλεψη των οικολογικών επιδράσεων των ρύπων στα οικοσυστήματα Προβλέψεις για τις Οικολογικές Επιπτώσεις των Χημικών Ρύπων στα Οικοσυστήματα Η πρόβλεψη των επιδράσεων και των επιπτώσεων των χημικών ρύπων στα οικοσυστήματα παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες λόγω των πολλών παραμέτρων και αλληλεπιδράσεων βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων. Η πρώτη βασική δυσκολία είναι ο καθορισμός των χημικών ρύπων γιατί στις περισσότερες περιπτώσεις είναι μίγματα ουσιών, μεταβολίτες ή προϊόντα διάσπασης. Επίσης οι χημικές αυτές ουσίες μπορούν να έχουν προσθετική ή/και συνεργική δράση στις βιολογικές τους επιδράσεις. Δεύτερη δυσκολία προκύπτει από την διασπορά των ρύπων που δεν είναι ομοιόμορφη, μεταβάλλεται με την επίδραση διαφόρων περιβαλλοντικών παραγόντων και το επίπεδο έκθεσης διαφέρει σημαντικά στις διάφορες περιοχές ενός οικοσυστήματος. Τρίτη δυσκολία είναι η εκτίμηση της βιολογικής δράσης στον βιόκοσμο, τα αποτελέσματα είναι πολύπλοκα για κάθε ζωντανό οργανισμό. Τέλος, η 214

28 συνολική εκτίμηση των επιδράσεων στα οικοσυστήματα, δηλαδή οργανισμούς και φυσικό περιβάλλον, παρουσιάζει προβλήματα λόγω των πολλαπλών αλληλεπιδράσεων. Από την δεκαετία του 1980 ξεκίνησαν οι πρώτες νομοθετικές ρυθμίσεις, τόσο για την επίδραση των εμπορικών χημικών ουσιών, όσο και για την ρύπανση που προκύπτει από την βιομηχανική και αστική ρύπανση Πρόβλεψη των επιπτώσεων χημικών ρύπων. Βασικές προϋποθέσεις Τα βασικά ερωτήματα για την πρόβλεψη της επίδρασης χημικών ρύπων σε ζωντανούς οργανισμούς είναι: Ποια είναι η σχέση μεταξύ έκθεσης και της ποσότητας του ρύπου μέσα στον οργανισμό; Είναι χρήσιμο να διακρίνουμε, ιδιαίτερα για τα ζώα, την πρόσληψη χημικών ρύπων μέσω της τροφής, και απευθείας από το φυσικό περιβάλλον (αέρας, νερά και έδαφος με την εισπνοή, δερματική επαφή και κατάποση). Επίσης, πρέπει να ληφθούν υπόψη και οι διεργασίες: α) βιοσυγκέντρωση (bioconcentration), δηλαδή την αύξηση της συγκέντρωσης του ρύπου από το νερό καθώς διεισδύει στον ζωντανό υδρόβιο οργανισμό, β) βιοσυσσώρευση (bioaccumulation), με παρόμοια έννοια με τον προηγούμενο όρο, αλλά προσδιορίζει την συνδυασμένη πρόσληψη ρύπων από την τροφή και το νερό, και γ) βιομεγένθυνση (biomagnification) που σημαίνει την αύξηση της συγκέντρωσης των χημικών ρύπων στους βιολογικούς ιστούς των ζώων κατά την διαδικασία διαδοχής οργανισμών στην τροφική αλυσίδα. Ποια είναι τα βιολογικά αποτελέσματα συγκεκριμένων ποσοτήτων χημικών ρύπων σε ζωντανούς οργανισμούς; Ποιες είναι οι επιδράσεις στα οικοσυστήματα; Εδώ πρέπει να κάνουμε την διάκριση ότι τα αποτελέσματα δεν είναι μόνο οι άμεσες τοξικές επιδράσεις των ρύπων στους οργανισμούς, αλλά και έμμεσα μπορεί να προέρχονται από αλλαγές στο αβιοτικό περιβάλλον. 215

29 Εκτίμηση των επιδράσεων των ρύπων σε σχέση με την ποσότητα στο σώμα των οργανισμών Οι περισσότερες χημικές ενώσεις, ιδιαίτερα οι οργανικές είναι υδρόφοβες και κατά συνέπεια συγκεντρώνονται στους λιπαρούς ιστούς των οργανισμών. Στην ουσία διαλύονται εκλεκτικά στο λιπαρό τμήμα και λόγω της αργής μεταφοράς τους μέσω των μεμβρανών απαιτούν μεγαλύτερο χρόνο μεταβολισμού και απέκκρισης από τον οργανισμό. Ο συντελεστής κατανομής μιας ουσίας στο σύστημα νερού/κ-οκτανόλης που είναι εύκολο να μετρηθεί εργαστηριακά. Έγιναν λοιπόν προσπάθειες να εφαρμοσθεί η γνώση του συντελεστή στην εκτίμηση της συσσώρευσης οργανικών ουσιών στο λιπαρό τμήμα οργανισμών, ιδιαίτερα για τα φυτοφάρμακα. Τα πρώτα πειράματα έγιναν με το DDΤ και τους μεταβολίτες του σε υδρόβιους οργανισμούς. Ιδιαίτερα για ασπόνδυλα βρέθηκε ότι υπήρχε γραμμική σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης στον βιόκοσμο και της συγκέντρωσης στο νερό, δηλαδή η βιοσυσσώρευση ήταν αποτέλεσμα των φυσικοχημικών ιδιοτήτων της ουσίας. Η ισορροπία μεταξύ νερού και λιπαρού τμήματος του σώματος εξαρτάται από τον οργανισμό. Ο συντελεστής κατανομής παίζει σημαντικό ρόλο, αλλά ο μεταβολισμός και η μεταφορά μέσω των μεμβρανών μπορεί να μεταβάλλει την σχέση αυτή. 55 Νεότερες μελέτες βρήκαν ότι ο λογάριθμος του συντελεστή κατανομής και ο λογάριθμος της βιοσυγκέντρωσης (ιδιαίτερα οργανο-χλωριωμένων ενώσεων) είχαν γραμμική σχέση. 56 Ωστόσο, αυτά τα αποτελέσματα είναι μια πρώτη προσέγγιση. Οι συντελεστές κατανομής δεν μπορούν να λάβουν υπόψη διάφορους παράγοντες: α) διαφορές μεταξύ των ειδών, ή μεταξύ των διαφόρων μερών του σώματος των οργανισμών, β) δεν λαμβάνονται υπόψη οι δόσεις της χημικής ουσίας, και γ) οι επιδράσεις του περιβάλλοντος στο σώμα των οργανισμών. 57 Η βιοσυσσώρευση όμως χημικών ρύπων στους οργανισμούς μπορεί να γίνει και μέσω της τροφικής αλυσίδας. Τις τελευταίες δεκαετίες έγιναν αρκετά πειράματα και μελέτες για την τεκμηρίωση της σχέσης των δύο αυτών παραγόντων. Η θεωρία των τροφικών επιπέδων αποδέχεται ότι οι 216

30 συγκεντρώσεις αυξάνονται σε κάθε στάδιο της τροφικής αλυσίδας, λόγω της συντήρησης της μάζας το ρύπου σε κάθε επίπεδο, ιδιαίτερα για ρύπους που έχουν μικρή βιοδιασπασιμότητα. Τα πειραματικά δεδομένα ήταν δύσκολο να εκτιμηθούν λόγω των διαφορετικών συγκρίσεων (συγκέντρωση ανά μονάδα βάρους λιπαρών τμημάτων, συγκέντρωση ανά συνολικό βάρος σώματος, κλπ). Επίσης, υπάρχουν διαφοροποιήσεις σε ότι αφορά τις τροφικές αλυσίδες υδρόβιων και χερσαίων ζώων. Στα τελευταία, η τροφή είναι η κύρια πηγή μη διασπώμενων χημικών ουσιών (οργανοχλωριωμένων) σε όλα τα επίπεδα, ενώ στους υδρόβιους οργανισμούς μπορεί να γίνει πρόσληψη και από το αβιοτικό περιβάλλον. Στους υδρόβιους οργανισμούς βρέθηκε, από αρκετά πειράματα, ότι η πρόσληψη χημικών ουσιών από το περιβάλλον ήταν σημαντικότερη σε σχέση με την τροφή. Για την βιοσυσσώρευση DDΤ σε ψάρια, 58 και για πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCBs) σε διάφορους οργανισμούς. 59 Για οργανικές ενώσεις και βαρέα μέταλλα τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι ορισμένες φορές οι συγκεντρώσεις των ρύπων αυξάνουν στις τροφικές αλυσίδες, αλλά σε άλλες περιπτώσεις μειώνονται. 60 Ο όρος λιπαρός ιστός οργανισμού και το είδος των λιπιδίων που περιέχει είναι επίσης αρκετής σημασίας. Σε οικολογικούς όρους όμως τα πειραματικά αυτά αποτελέσματα μπορεί να είναι διαφορετικά λόγω των υψηλών συγκεντρώσεων που χρησιμοποιούνται στα εργαστηριακά πειράματα και της οικοθέσης (niche) που αποκτούν ορισμένοι οργανισμοί στα οικοσυστήματα. Η βιομεγένθυνση στους υδρόβιους οργανισμούς είναι σύνθετη διεργασία αβιοτικού περιβάλλοντος και τροφής. Στους χερσαίους οργανισμούς η τροφή παίζει πρωτεύοντα ρόλο. Συνήθως οι ρύποι που έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής αποκτούν υψηλές συγκεντρώσεις στα ανώτερα επίπεδα της τροφικής αλυσίδας. Ωστόσο, υπάρχουν διαφορές μεταξύ των ειδών, οι συγκρίσεις πρέπει να γίνουν για ίδια τμήματα λιπαρών ιστών ή οργάνων, και οι αναλύσεις των δειγμάτων είναι δύσκολο να αντιπροσωπεύουν το σύνολο ενός πληθυσμού

31 Σχήμα Βιοσυσσώρευση του φυτοφαρμάκου DDT και των μεταβολιτών του σε διάφορα τροφικά επίπεδα. Στα ανώτερα επίπεδα της τροφικής αλυσίδας οι συγκεντρώσεις είναι υψηλότερες. Ενώ στο πλαγκτόν η συγκέντρωση είναι 0.04 ppm, στα αυγά του ψαραετού η συγκέντρωση είναι 13.8 ppm Επιδράσεις των χημικών ρύπων σε οικοσυστήματα Ακόμη και το πιο απλό οικοσύστημα περιέχει μεγάλο αριθμό ειδών και πολλές αλληλεπιδράσεις που καθιστούν τις προβλέψεις για επιδράσεις ρύπων αρκετά δύσκολες. Οι τοξικολογικές πληροφορίες δεν είναι ικανές να δώσουν την πλήρη εικόνα των επιδράσεων σε όλες τις διαστάσεις των αλληλεξαρτήσεων μεταξύ πληθυσμών και οργανισμών και αβιοτικού περιβάλλοντος. Επίσης, η βιοποικιλότητα επιφέρει αρκετή σταθερότητα στα οικοσυστήματα, δυναμική εξέλιξης και αντιμετώπισης διαταραχών που θα το βγάλουν από την ισορροπία του.6 2 Τα οικοσυστήματα είναι σύνθετα και πολύπλοκα. Οι μελέτες 218

32 οικοσυστημάτων ήταν φυσικό να εισάγουν κάποιο βαθμό απλοποίησης. Έτσι δημιουργήθηκαν τα πρότυπα (μοντέλα) οικοσυστημάτων ή μικρόκοσμοι (microcosms). Ένα από τα πρότυπα αυτά ήταν για την μελέτη φυτοφαρμάκων σε ένα σύστημα που περιλάμβανε φυτά, ψάρια, φύκια, κάμπιες, σαλιγκάρια, διάτομα, πλαγκτόν και προνύμφες κουνουπιών. Χρησιμοποιήθηκαν ραδιοεπισημασμένα φυτοφάρμακα. Είναι ένα εφήμερο σύστημα αλλά μπορούσαν να εξαχθούν συμπεράσματα για την πορεία των φυτοφαρμάκων μέσα από την τροφική αλυσίδα, τις οικολογικές μεγεθύνσεις (ecological magnification) και τον δείκτη βιοδιασπασιμότητας (biodegradability index). 63 Tα πρότυπα αυτά έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα, αλλά τα αποτελέσματά τους είναι δύσκολο να εκτιμηθούν ποσοτικά για τα πραγματικά οικοσυστήματα. Αργότερα οι ίδιοι ερευνητές δέχθηκαν ότι τα πρότυπα αυτά είναι περιορισμένης αξίας. 64 Για τον λόγο αυτό δεν υπάρχει κοινή συνισταμένη στις γνώμες των επιστημόνων για τους μικρόκοσμους, 65 αλλά θεωρούνται ότι αποτελούν ενδιάμεσες πειραματικές διατάξεις για απλά εργαστηριακά πειράματα σε οργανισμούς και έρευνες πεδίου. 66 Ένα άλλο πρότυπο που χρησιμοποιήθηκε ήταν το CEPEX (Controlled Ecosystem Population Experiment) από θαλάσσιους βιολόγους. Αποτελούνταν από πλαστικές σακούλες μεγάλης επιφάνειας που περιείχαν, το μεγαλύτερο, 1700 κυβικά μέτρα, κρεμασμένα από την επιφάνεια της θάλασσας με κλειστό ή ανοικτό πυθμένα. Τα συστήματα αυτά είχαν το πλεονέκτημα ότι διάφορα είδη ζούσαν σε συνθήκες περιβάλλοντος, σε φυσικές διαστάσεις και με αλληλεπιδράσεις στα διάφορα τροφικά επίπεδα, αν και τα μεγάλα ψάρια είχαν αποκλειστεί. 67 Αρχικά μελετήθηκε η επίδραση υδραργύρου. Τα αποτελέσματα είχαν αρκετά ενδιαφέρουσες πλευρές, αλλά παρουσιάσθηκαν και τεχνικές δυσκολίες, όπως η καταβύθιση οργανισμών, η προσκόλληση οργανισμών στα πλαστικά τοιχώματα και η στέρηση φωτός για το πλαγκτόν. 68 Οι κανονιστικές/νομοθετικές ρυθμίσεις στις ΗΠΑ στα τέλη της δεκαετίας του 1960 (National Environmental Policy Act, 1969) και οι ανάγκες για την αξιολόγηση των επιπτώσεων και των κινδύνων από χημικές ουσίες στο 219