בשנות השבעים החלו אקולוגים ברחבי ארה"ב, בריטניה וסקנדינביה לשים לב לפגיעה כבדה באוכלוסיות דגים ובעצי יערות. ממחקרים מתברר כי פגיעה זו נגרמה כתוצאה ממשקעים חומציים - גשם, שלג וערפל העשויים ממים בעלי דרגת חומציות גבוהה בהרבה מהערכים הרגילים הנמדדים בטבע. המשקעים נוצרים באוויר בתהליכים של עיבוי אדי מים. לפיכך היינו מצפים שכל המשקעים יהיו ניטרליים (לא חומציים ולא בסיסיים). אולם, עקב תהליך כימי המתרחש בין גזים מסוימים (כגון פחמן דו חמצני, גופרית דו-חמצנית ותחמוצות אחרות) לבין מים המצויים באוויר מתקבלים משקעים חומציים (התרכבות של תחמוצת אל-מתכתית עם מים יוצרת חומצה)(תשובה לשאלה 2). מדידות שנערכו באזורים שנפגעו מגשם חומצי הראו כי משקעים אלה הכילו ריכוז גבוה של חומצה, שהיא רעילה ומסוכנת ליצורים חיים. המקורות העיקריים להיווצרות הגשם החומצי (כלומר המקורות של התחמוצות האל-מתכתיות) הוא בשריפה של חומרי דלק בתחנות כוח, בתעשייה ובתחבורה הפולטים לאטמוספירה גזים מזהמים רבים. ראוי לציין כי כתוצאה מתנאי מזג-אוויר (רוחות), משקעים חומציים יורדים לעיתים במרחק רב ממקורות הזיהום. כך למשל ירד גשם חומצי בכרמל, בשנת 1990 שמקורו, כנראה בעננים שהוסעו לכאן ממזרח אירופה. הגשם החומצי גורם להחמצת קרקעות ולתמותת עצים ומיקרואורגניזמים החיים בקרקע. הוא מתרכב בתהליכים כימיים עם יסודות מינראליים המצויים בקרקע ובכך הופך אותם לבלתי זמינים לצמחים, הזקוקים להם לתהליכי חיים. נזק כזה עלול להפוך קרקעות פוריות לשוממות תוך מספר שנים. הגשם החומצי אף עלול לחדור למי התהום ובכך מתווספים אליהם רעלים. קיימים היום אמצעים טכנולוגיים שבאמצעותם אפשר להקטין את תופעת הגשם החומצי: התקנת מסננים בארובות של מפעלי תעשייה ושימוש בדלק דל גופרית הם חלק מאמצעים אלה. (www.matar.ac.il/lamda/docs/10.doc)
המים הם חומר חיוני לקיומן של כל צורות החיים הידועות. בעלי החיים והצמחים זקוקים למים לצורך קיום מחזור החיים שלהם(תשובה לשאלה 6). עובדה זו מתקשרת באופן ישיר לכך שהמים נפוצים בכדור הארץ, שכן היותו של כדור הארץ מקורם של כל החיים הידועים, תואם את היותם של המים תנאי הכרחי לחיים אלו. המים מהווים את רוב המסה של רוב היצורים החיים, וממלאים תפקידים רבים בגופם. התפקידים העיקריים הם שימוש כנוזל תוך-תאי (ציטופלזמה) וכמרכיבו העיקרי של הדם, אך המים נחוצים גם לתפקידים משניים רבים אחרים, כגון ניקוי הגוף, הזעה והלחתה. כל תא חי זקוק לכמות מסוימת של מים כדי להתקיים. יצורים מסוימים מפיקים את הגזים הנחוצים לנשימתם (חמצן או פחמן דו-חמצני) מתוך המים. זימי הדגים הם האיבר הידוע ביותר המשמש להפקת גזי נשימה מומסים במים. מלבד השימושים הפנים-גופניים עושים יצורים שונים שימוש במים למטרות חוץ-גופניות שונות. הדוגמה העיקרית לשימוש זה היא משמעות המים כסביבת חיים עבור החיים הימיים: דגים, צמחי מים וכו'. דוגמאות אחרות הן השימוש במים כסביבה להטלת ביצים, כמקור מזון וכחיץ כנגד טורפים. את המים משיגים היצורים החיים באופנים שונים. בעלי החיים סופגים מים בגופם בעיקר באמצעות שתייה, בעוד הצמחים יונקים את רוב מימיהם בעזרת שורשיהם. המים דרושים ליצורים חיים בכמויות מסוימות, ובאיכות מסוימת. איכות זו נקבעת על-פי החומרים המומסים במים: אמנם החיים דורשים כמויות משתנות של חומרים מומסים (כדוגמת מינרלים), אך מרבית החומרים המומסים במים (או חומרים רצויים בכמויות לא רצויות) הופכים את המים לבלתי שמישים או אפילו רעילים. שינוי באיכות המים שפוגע בשימוש מסוים שלהם (לדוגמה - שתייה), אינו פוגע בהכרח בשימושים אפשריים אחרים (לדוגמה - הטלת ביצים).
אילו חומרים מזהמים נפלטים ממפעלים ? (דגש על מפעלי מתכת?
גשם חומצי - שמכיל חומצה גופרתית וחומצה חנקתית הנפלטות ממפעלים ומכלי רכב מזהמים כתוצאה משריפת פחם ודלקים, נספג בקרקע וגורם נזקים ליערות, לחקלאות, למבנים, ולבעלי חיים שונים. הוא גורם לשיתוך של מתכות ומסב נזקים רבים לגומחות אקולוגיות שונות בכך שהוא משבש את התהליכים הטבעיים בהן. קרקע חומצית פוגעת בשורשי הצמחים ובאספקת המינרלים חיוניים לצמחייה, כמו מגנזיום,סידן, אשלגן, ומינרלים נוספים. מספר בתי גידול טבעיים בעולם נהרסו לחלוטין כתוצאה מגשם חומצי, ורבים הצטמצמו בשיעור ניכר. כיצד מזהמים אלה משפיעים על יצורים חיים כאשר אלו קולטים אותם?
בשל היותה מחמצן חזק, החומצה הגופרתית היא חומצה מסוכנת, משום שהיא מפרקת את כל התרכובות האורגניות. למשל, ערבוב חומצה גופרתית מרוכזת עם החד-סוכר גלוקוז, יגרום לכך שהגלוקוז יתפרק למים ולפחמן. במגע עם גוף חי החומצה הורסת את רקמותיו. במגע עם העור גורמת החומצה לכוויות חמורות יותר משאר החומצות החזקות, (כגון החומצה החנקתית וחומצת המלח) בשל הנזק השניוני שנגרם מהחום שנוצר כשהחומצה מגיבה עם המים שברקמה. מסיבה זו יש לסלק את החומצה מהעור קודם לשטיפת המקום הפגוע במים במשך כ-10 עד 15 דקות. אדי החומצה מזיקים גם הם, והם פוגעים בעיניים, בדרכי הנשימה וברקמות הריריות של הגוף. חשיפה חוזרת ונשנית לאדים של חומצה גופרתית עלולה לגרום לשחיקת השיניים. חומצה חנקתית (HNO3) משמשת בתגובות כימיות רבות בין המפורסמות שבהן היא תגובת הניטרציה.
בתחום האמנות משמשת החומצה החנקתית לצריבה עמוקה של כסף ושל מתכות צבעוניות - נחושת, פליז ואלפקה.
הגשם החומצי גורם נזקים ליערות, לחקלאות, למבנים, ולבעלי חיים שונים. הוא גורם לשיתוך (קורוזיה) של מתכות ומסב נזקים רבים לגומחות אקולוגיות שונות מאחר שהוא משבש את התהליכים הטבעיים בהן, ובעיקר בעקבות הפגיעה בצמחייה וזיהום מקורות המים. קרקעות חומציות פוגעות בשורשי הצמחים ופוגעות באספקת המינרלים החיוניים לצמח – מגנזיום, סידן, אשלגן ומינרלים נוספים. הגשם החומצי הוביל להכחדתם של אורגניזמים שונים, ופגיעה בבית הגידול שלהם. כמה בתי גידול טבעיים בעולם נעלמו לחלוטין כתוצאה מהגשם החומצי, ורבים הצטמצמו בשיעור ניכר. בצמחים, הפגיעה העיקרית היא, כאמור, ביכולותו של הצמח לספוג חומרי מזון מן הקרקע, ומקטינה את כמות העלים, וגם בתפוצת הצמחים ורבייתם.
האם לצמחים שונים יכולת שונה לסנן/להוציא מזהמים מגופם?
לצמחים שונים אסטרטגיות התמודדות שונות עם זיהומים. צמחים המצויים בסביבה המזוהמת במתכות, למשל, עשויים להמנע מהן, להכיל אותן בריכוזים דומים לאלה שבסביבה או לצבור אותן. מין המכיל מתכות בריכוז דומה לזה שבסביבתו עשוי להיות אינדיקטור טוב לריכוז המתכות בקרקע, ושילובו בטיפול המורכב ממינים הצוברים מתכות עשוי להיות יעיל בניטור הזיהום.
טכנולוגיות שיקום שונות מתבססת על תכונות שונות בצמח, וייתכן מצב בו תכונה הרצויה בשיקום מסוג אחד, דווקא תפריע בשיקום מסוג אחר. במיצוי בצמחים, למשל, נחפש מיני צמחים שהם אוגרי-על ובעלי ביומסה גדולה. צמחים כאלה יכילו ריכוז מתכות גבוה באיזורים נקצרים בצמח. כאשר נרצה לבצע סינון - שימוש במינים אוגרי-על עלול להיות בעייתי מכיוון שהאיברים הנקצרים עשויים לנשור מן הצמח והמזהמים ישובו אל מקווה המים המשוקם.
בכדי לייצב סביבות באמצעות צמחים, אסטרטגיה טובה תהיה שימוש בעצים בשילוב עם מיני צמחים עשבוניים. עץ הצפצפה (Populus) ועץ הערבה (Salix) הם עצים בעלי מערכת שורשים עמוקה וקצב טרנספירציה גבוה, ומסוגלים למנוע חלחול של מזהמים עם מי גשמים או השקייה. עשבים באופן כללי הם בעלי מערכת שורשים סבוכה וצפופה ומסוגלים למנוע סחף של אדמות. פרט חשוב נוסף אודות עשבים הוא שאינם נוטים לאגור מזהמים בחלקי הנצר, ועל כן הם מיטיבים להפריד את המזהמים מחיי הבר בסביבתם (Bennett, 2003).
לצורך סינון בצמחים אם כך, יש לבחור בצמחים בעלי מערכת שורשים ענפה ואשר מסוגלים לאגור כמויות גדולות של מזהמים מבלי להעבירם אל הנצר. מינים רבים נמצאים כיום בשימוש באגנים ירוקים (Constructed wetlands) ברחבי העולם – סוּף (Typha), איכהורניה (יקינטון מים – Eichhornia crassipes), מיני אזולה (Azolla), ולמנה (Lemna) הם צמחי המים הנפוצים ביותר בשימוש לשיקום מזיהום מתכות. חמניה (Helianthus anuus), וחרדל הודי (Brassica juncea) הם דוגמה למיני צמחי יבשה הנפוצים בשימוש לצורך סינון מקווי מים. צמחי אלף-עלה (Myriophyllum) וצמחים מן הסוג אלודיאה (Elodea) משמשים לסינון מקווי מים הנגועים במזהמים אורגניים.
צמחים המיועדים למיצוי מזהמים מסביבתם צריכים להיות בעלי ביומסה גדולה, קצב גידול מהיר וסיבולת גבוהה למזהמים אותם הם אוגרים. מכשול גדול עבור טכנולוגיה זו היא העובדה כי רוב מיני הצמחים המסוגלים לעמוד בריכוזים גבוהים של מזהמים הם בעלי ביומסה קטנה (Pilon-Smits, 2005). מסיבה זו חמניה וחרדל הודי הם עדיין המינים הנפוצים ביותר בשימוש לצורך מיצוי (Raskin, 1995), ואילו מבין מאות מינים אוגרי-על, רק שניים מצויים כיום בשימוש – Alissum bertolonii, הוא סוג ממשפחת המצליבים (Li, 2003), וכן שרך (Ma, 2001) בשם אברה ארוכת-עלים (Pteris vittata).
עבור סטימולציה של מיקרואורגניזמים בקרקע לצורך דגרדציה של מזהמים, מיני עשבוניים הם הבחירה הנפוצה – Fescue, Lolium ו-Panicum הם סוגים ממשפחת הדגניים, להם מערכת שורשים צפופה ועמוקה יחסית, ולכן שטח פנים גדול למערכת השורש (Pilon-Smits, 2005). עצי תות (Morus) הם סוג נוסף בו נעשה שימוש לצורך סטימולציה, זאת הודות לתרכובות פנוליות המופרשות ממערכת השורשים של עצי תות, הגורמת לביטוי גנים מיקרוביאליים הקשורים בפירוק של PCB למשל (Fletcher, 1995; Leigh, 2002, Olson, 2003).
עץ הצפצפה אשר הוזכר קודם בהקשר של ייצוב מזהמים בקרקעות, הוא גם הסוג הנפוץ ביותר בשימוש לצורך פירוק של אטרזין ו-TCE, אותם הוא מפרק בתהליכים אנזימטיים הגורמים לשילובם ברקמות הצמח או לנידופם. עץ זה מסוגל לנדף גם סוגים אחרים של מזהמים, הודות לקצב הטרנספירציה הגבוה שלו.
7. המקורות העיקריים להיווצרות הגשם החומצי (כלומר המקורות של התחמוצות האל-מתכתיות) הוא בשריפה של חומרי דלק בתחנות כוח, בתעשייה ובתחבורה הפולטים לאטמוספירה גזים מזהמים רבים. ראוי לציין כי כתוצאה מתנאי מזג-אוויר (רוחות), משקעים חומציים יורדים לעיתים במרחק רב ממקורות הזיהום. כך למשל ירד גשם חומצי בכרמל, בשנת 1990 שמקורו, כנראה בעננים שהוסעו לכאן ממזרח אירופה. הגשם החומצי גורם להחמצת קרקעות ולתמותת עצים ומיקרואורגניזמים החיים בקרקע. הוא מתרכב בתהליכים כימיים עם יסודות מינראליים המצויים בקרקע ובכך הופך אותם לבלתי זמינים לצמחים, הזקוקים להם לתהליכי חיים. נזק כזה עלול להפוך קרקעות פוריות לשוממות תוך מספר שנים. הגשם החומצי אף עלול לחדור למי התהום ובכך מתווספים אליהם רעלים. קיימים היום אמצעים טכנולוגיים שבאמצעותם אפשר להקטין את תופעת הגשם החומצי: התקנת מסננים בארובות של מפעלי תעשייה ושימוש בדלק דל גופרית הם חלק מאמצעים אלה.
המים בטבע אינם "טהורים". הם מכילים חומרים מומסים, מרחפים וגזים. ריכוז החומרים והרכבם משפיע על איכות המים.
איכות המים נקבעת עפ"י ייעודם, והיא משתנה בהתאם לדרישות ולשימוש הנעשה בהם ע"י האדם. ברור אפוא שההגדרה מותנית בשימוש שעושה האדם במים.
מים מזוהמים – מים המכילים חומרים הגורמים לשינויים בהרכב המים ובתכונותיהם, והפוגעים באורגניזמים חיים או מונעים את השימוש במים למטרה מסוימת. מי שתייה העומדים בדרישות נקראים מים שפירים. ישנם גורמים רבים לזיהום מים, ביניהם טבעיים ומעשי ידי האדם:
- זיהום אוויר – גשם חומצי המכיל תחמוצות גופרית וחנקן גורם להחמצת מאגרי מים
- שאיבת יתר מאקוויפרים ומאגמים גורמת להמלחתם
- שפכים ביתיים המכילים חומרים אורגניים, חיידקים, דטרגנטים
- שפכים תעשייתיים המכילים תרכובות אורגניות, מלחי מתכות כבדות, חומצות, דטרגנטים ושפכי דלק
- זליגה של דלק ממכלים תת-קרקעיים בתחנות דלק
- חומרי-דישון והדברה מחלחלים למאגרי מים
- מי נטל של ספינות המכיל דלק
- תשטיפים ממטמנות ואתרי פסולת המחלחלים למי-תהום
- שיטפונות הגורמות להצטברות סחף במקווי המים
לאדמה יש יכולת להפריד ממזהמים ממים בזמן שהם מחלחלים בה מפני שזיהום האוויר הגשם החומצי (המכיל תחמוצות גופרית וחנקן) גורם להחמצת מאגרי מים.
9. התנאים המומלצים לגידול מרבית סוגי הצמחיה משתנים, ונעים לרוב סביב 22-28 מעלות (רוב הצמחים אינם אוהבים טמפרטורה גבוהה מזאת, למרות שיש יוצאי דופן). הלחות המומלצת היא 40%-60% ויש לשים לב לרמות לחות גבוהות (מעל 80%) על מנת להימנע מהווצרות עובש (בעיקר בצמחים פורחים). צמחים הגדלים בתנאים שונים מהתנאים האופטימליים המומלצים סובלים מבעיות שונות (בד"כ גודלים בקצב איטי יותר ולפעמים התפתחותם נעצרת לגמרי). בטמפרטורות גבוהות במיוחד עלול להיגרם נזק בלתי הפיך ולעיתים אף מוות.
בטמפרטורות נמוכות במיוחד (לרוב מתחת ל-15 מעלות) מרבית הצמחים מתקשים להנביט (בחורף רצוי לקרב את הזרעים למקור חום על מנת שינביטו כראוי), והצמיחה נעצרת עד שהטמפרטורה עולה.
קצב גדילתו של הצמח מושפע מכמה גורמים מהמצב המבריאותי של הצמח ומגורמים חיצונים, כגון כמות ההקשיה, סוג וכמות האדמה, כמות חשיפה לשמש ומזג האוויר.
http://www.reader.co.il/article/1575/%D7%AA%D7%A0%D7%90%D7%99-%D7%92%D7%99%D7%93%D7%95%D7%9C-%D7%90%D7%95%D7%A4%D7%98%D7%99%D7%9E%D7%9C%D7%99%D7%9D-%D7%95%D7%94%D7%A9%D7%A4%D7%A2%D7%AA%D7%9D
10. בשנות השבעים החלו אקולוגים ברחבי ארה"ב, בריטניה וסקנדינביה לשים לב לפגיעה כבדה באוכלוסיות דגים ובעצי יערות. ממחקרים מתברר כי פגיעה זו נגרמה כתוצאה ממשקעים חומציים - גשם, שלג וערפל העשויים ממים בעלי דרגת חומציות גבוהה בהרבה מהערכים הרגילים הנמדדים בטבע. המשקעים נוצרים באוויר בתהליכים של עיבוי אדי מים. לפיכך היינו מצפים שכל המשקעים יהיו ניטרליים (לא חומציים ולא בסיסיים). אולם, עקב תהליך כימי המתרחש בין גזים מסוימים (כגון פחמן דו חמצני, גופרית דו-חמצנית ותחמוצות אחרות) לבין מים המצויים באוויר מתקבלים משקעים חומציים (התרכבות של תחמוצת אל-מתכתית עם מים יוצרת חומצה). מדידות שנערכו באזורים שנפגעו מגשם חומצי הראו כי משקעים אלה הכילו ריכוז גבוה של חומצה, שהיא רעילה ומסוכנת ליצורים חיים.
החומרים המזהמים שנקלטים בגשם הופכים אותם לנטרליים. אך יש במי גשם גופרית הגורמת להם להיות חומצית ומסוכנת לבעלי החיים.
www.matar.ac.il/lamda/docs/10.doc
תכנון החקר
בעיה: כיצד השקיה של צמח במי גשם שירדו באזורים בהם קיימים מפעלים מזהמים ונוספה אליו חומצה גופרתית משפיעה על קצב גדילת צמח השעועית ?
השערה: קצב הגדילה וההתפתחות של צמח שעועית שיושקה במי גשם מאזורים מזהמים+חומצה גופרתית שהוספנו יהיה איטי יותר ביחס לצמח שעועית שיושקה במי גשם שירדו באזור ללא מזהמים.
כלים וחומרים:
- 2 צלחות פלסטיק זהות בגודלן
- 6 חתיכות (עיגולים) של צמר-גפן מאותו סוג
- חבילת זרעי שעועית
- סרגל
- מצלמה
- מי גשם שנאספו משני מקומות: 1. בראש העין 2. אזור התעשייה "ברקן"+חומצה גופרתית (97%)
- כוס מדידה
מהלך הניסוי:
1. מודדים את רמות הpH- של מי הגשם מראש העין ומי הגשם החומציים שהוספנו אליהם חומצה גופרתית מאזור התעשייה "ברקן"
2. מכניסים לתוך הצלחות כמות זהה של צמר גפן ומניחים עליהם אותו מס' זרעי שעועית במרחקים שווים. את הצלחות מניחים באותו מקום.
3. את צלחת א' משקים בכל יום במי הגשם שירד בראש העין
את צלחת ב' משקים בכל יום במי הגשם שירד באזור התעשייה "ברקן"
כמות המים ששמים בעציצים השונים שווה, חצי כוס חד-פעמית בכל יום. (למרות שהמים שונים).
4. בכל יום מתעדים בצילום וברישום את הגדילה וההתפתחות של הצמחים:
א. בכל יום יצולמו הצמחים בשעה קבועה
ב. יירשם לכל צמח יום ההנבטה ומאותו יום נמדוד אורך הצמח בסוף התהליך. בנוסף ירשמו מדדים נוספים לגדילת הצמח כמו: יציאת העלים הראשונה, יציאת תרמיל השעועית הראשון.
5. לאחר כשלושה שבועות מפסיקים את הניסוי. מסכמים את התוצאות ומסיקים מסקנות בהתאם.
