Razdeoba i isparljivost zagađivača: kako se jedno jedinjenje kreće između vazduha, vode i tla

Jedan jedini molekul zagađivača, ispušten u životnu sredinu, suočava se sa izborom koji on ne donosi svesno, ali koji je hemijski strogo određen: hoće li ostati u vodi, ispariti u vazduh, vezati se za zemljište ili se nakupiti u masnom tkivu organizma. Taj raspored zagađivača između različitih delova okoline, koje zovemo fazama ili odeljcima, jedna je od temeljnih tema ekohemije, jer od njega zavisi gde ćemo zagađivač uopšte naći i kome on preti.

Razdeoba se ne dešava nasumično. Njom upravljaju merljiva fizičko-hemijska svojstva jedinjenja, pre svega njegova sklonost ka vodi, ka mastima i ka isparavanju. Mackay (2001) je razvio elegantan okvir, takozvani pristup fugacitetom, koji omogućava da se predvidi kako će se neko jedinjenje rasporediti među vazduhom, vodom, zemljištem i živim svetom, i u kom će se odeljku najviše zadržati.

Tri koeficijenta koja određuju sudbinu

Ponašanje jedinjenja u sredini može se iznenađujuće dobro predvideti iz svega nekoliko koeficijenata raspodele. Prvi je koeficijent raspodele između oktanola i vode, mera hidrofobnosti, koji govori hoće li se jedinjenje radije vezati za masti i organsku materiju ili ostati u vodi. Drugi je rastvorljivost u vodi. Treći, presudan za isparljivost, jeste Henrijeva konstanta.

Henrijeva konstanta opisuje kako se jedinjenje raspoređuje između vode i vazduha u ravnoteži, odnosno koliko lako prelazi iz rastvora u atmosferu. Staudinger i Roberts (1996) sabrali su i kritički razmotrili vrednosti ove konstante za mnoštvo jedinjenja, jer upravo ona odlučuje hoće li zagađivač iz vode ispariti ili u njoj ostati. Jedinjenja visoke Henrijeve konstante brzo napuštaju vodu i odlaze u vazduh; ona niske ostaju rastvorena.

Schwarzenbach, Gschwend i Imboden (2003) pokazuju kako se iz ovih svojstava gradi celovita slika sudbine jedinjenja. To je suština moderne ekohemije: umesto pojedinačnih merenja, ponašanje se izvodi iz osnovnih osobina molekula, što omogućava procenu i za jedinjenja koja još nisu detaljno proučena.

Pristup fugacitetom: zajednički jezik za sve faze

Da bi se raspored jedinjenja među vrlo različitim odeljcima, vazduhom, vodom, zemljištem, opisao na jedinstven način, Mackay i Paterson (1981) uveli su pojam fugaciteta, koji se može shvatiti kao sklonost jedinjenja da pobegne iz date faze. U ravnoteži je ta sklonost izjednačena u svim fazama, baš kao što se temperatura izjednači između tela u kontaktu.

Snaga ovog pristupa je u tome što jednim okvirom obuhvata celu sudbinu jedinjenja: koliko će ga biti u vazduhu, koliko u vodi, koliko u tlu i sedimentu, koliko u živom svetu. Tako nastaju takozvani multimedijalni modeli, koji za dato jedinjenje predviđaju u kom će se odeljku ono prvenstveno naći i koliko će tamo opstati.

Za procenu rizika to je neprocenjivo. Ako model pokaže da se jedinjenje pretežno zadržava u vazduhu, pažnja se usmerava na udisanje; ako se nakuplja u sedimentu, na vodene organizme; ako u mastima, na lanac ishrane. Hemija tako unapred kaže gde da tražimo problem.

Isparljivost i daleki prenos

Isparljivost ima i jednu globalnu posledicu. Postojana jedinjenja umerene isparljivosti mogu da pređu ogromne razdaljine pre nego što se ponovo istalože, takozvanim procesom uzastopnog isparavanja i taloženja. Tako se neki zagađivači, ispušteni u toplim krajevima, postepeno sele ka hladnijim, pa se nalaze i u predelima daleko od svakog izvora.

Upravo tim mehanizmom objašnjava se prisustvo postojanih organskih zagađivača u polarnim oblastima, gde ih niko nikada nije koristio. Hladnoća smanjuje isparljivost i zagađivač se tamo zadržava, pa polarni krajevi postaju nehotični sabirni rezervoar jedinjenja sa cele planete.

Ova pojava pokazala je da zagađenje ne poznaje granice i da svojstva jedinjenja, posebno isparljivost i postojanost, određuju ne samo lokalnu, nego i globalnu sudbinu. Razumevanje razdeobe time prerasta iz lokalne u planetarnu temu.

Značaj za praćenje i procenu rizika

U praksi, poznavanje razdeobe usmerava i merenje i zaštitu. Za isparljiva jedinjenja, glavni put izlaganja je vazduh, pa se prati kvalitet vazduha u zatvorenim prostorima i oko izvora; za hidrofobna, prati se sediment i masno tkivo organizama. Pogrešna pretpostavka o tome gde se zagađivač nalazi vodi ka tome da se meri na pogrešnom mestu.

Za naše prilike, ovo je važno kod isparljivih rastvarača, goriva i industrijskih jedinjenja, gde se rizik često seli iz vode u vazduh i obrnuto. Razumevanje Henrijeve konstante i koeficijenata raspodele omogućava da se predvidi, na primer, hoće li isparljivo jedinjenje iz zagađene podzemne vode prodreti u vazduh podrumskih prostorija iznad nje.

Tako naizgled apstraktni koeficijenti dobijaju vrlo konkretan smisao: oni pokazuju kuda se zagađivač kreće i gde će, na kraju, doći do čoveka.

Zaključak

Razdeoba zagađivača među vazduhom, vodom, tlom i živim svetom određena je merljivim svojstvima molekula i može se predvideti zajedničkim hemijskim okvirom. Iz nekoliko koeficijenata izvodi se cela sudbina jedinjenja, gde će biti, koliko će ostati i kome će pretiti.

Pouka je da zagađivač nije vezan za mesto ispuštanja; on putuje po pravilima hemije, ponekad i preko cele planete. Razumeti ta pravila znači znati gde tražiti problem, i tamo gde ga vidimo, i tamo gde se tek krije.