Kritisk belastning - Critical load

I studien av luftföroreningar definieras en kritisk belastning som "en kvantitativ uppskattning av exponering för en eller flera föroreningar under vilka betydande skadliga effekter på specificerade känsliga delar av miljön inte förekommer enligt nuvarande kunskap".

Luftföroreningar i samband med kritiska belastningar har fokuserat på kväve- och svavelföroreningar . Efter att dessa föroreningar släppts ut i atmosfären deponeras de därefter i ekosystem . Både svavel- och kväveutfällning kan försura ytvatten och jord . Eftersom tillsatt surhet sänker pH i vatten, påverkas fisk och ryggradslösa hälsa negativt. Svavel och kväve, som försurande medel, kan förändra jordens näringsinnehåll genom att avlägsna kalcium och släppa ut giftigt aluminium, vilket ytterligare påverkar växter och djur. Kväveutfällning kan också fungera som ett gödningsmedel i miljön och förändra växternas konkurrenskraftiga växelverkan och därigenom gynna tillväxten av vissa växtarter och hämma andra, vilket kan leda till förändringar i artsammansättning och överflöd . Avsättningen av kväve bidrar till näringsberikning i sötvatten-, kust- och flodmynningens ekosystem, vilket kan orsaka giftiga algblomningar , fiskdödar och förlust av biologisk mångfald . Luftföroreningar påverkar viktiga ekosystemtjänster som luft- och vattenrening, nedbrytning och avgiftning av avfall och klimatreglering.

När deponering är större än den kritiska belastningen för ett förorening för en viss plats, anses det vara en kritisk belastningsöverskridande, vilket innebär att biota löper ökad risk för ekologisk skada. Vissa komponenter i ett ekosystem är känsligare för deponering än andra; därför kan kritiska belastningar utvecklas för en mängd olika ekosystemkomponenter och svar, inklusive (men inte begränsat till) skift i kiselalger, ökningar av invasiva gräsarter, förändringar i markkemi, minskad skogshälsa, förändrad och minskad biologisk mångfald och sjö och strömförsurning.

Historiken, terminologin och metoden som används för att beräkna kritiska belastningar skiljer sig åt efter region och land. Skillnaderna mellan tillvägagångssätt som används av europeiska länder och i USA diskuteras nedan.

Europa

I europeiska länder har kritiska belastningar och liknande begrepp med kritiska nivåer använts i stor utsträckning inom FN-ECE- konventionen 1979 om långväga gränsöverskridande luftföroreningar . Som ett exempel tar 1999 års Göteborgsprotokoll till LRTAP- konventionen hänsyn till försurning (av ytvatten och jord ), eutrofiering av jord och ozon på marknivå och utsläpp av svaveldioxid , ammoniak , kväveoxid och icke-metan flyktiga organiska föreningar ( NMVOC). För försurning och övergödning användes konceptet för kritiska belastningar, medan för ozon på marknivå användes de kritiska nivåerna istället.

För att beräkna en kritisk belastning måste målekosystemet först definieras och i det ekosystemet (t.ex. en skog ) måste ett känsligt "element" identifieras (t.ex. skogstillväxt). Nästa steg är att länka elementets status till något kemiskt kriterium (t.ex. baskatjon till aluminiumförhållande , Bc / Al) och en kritisk gräns (t.ex. Bc / Al = 1) som inte bör brytas. Slutligen måste en matematisk modell (t.ex. Simple Mass Balance- modellen, SMB) skapas så att depositionsnivåerna som resulterar i att det kemiska kriteriet når exakt den kritiska gränsen kan beräknas. Den avsättningsnivån kallas den kritiska belastningen och skillnaden mellan den aktuella avsättningsnivån och den kritiska belastningen kallas överskridande.

Under de första dagarna beräknades kritiska belastningar ofta som ett enda värde, t.ex. kritisk belastning av surhet. Idag beräknas ofta en tvådimensionell kritisk belastningsfunktion, med x-axeln som N-deposition och y-axeln som S-deposition. Konceptet kritiska belastningar är ett steady-state- koncept och att det därför inte innehåller någon som helst information om hur lång tid det tar innan effekterna är synliga. En förenklad illustration av dynamiska aspekter är målbelastningsfunktionen, som är den belastning med vilken det kemiska kriteriet återhämtar sig före ett valt år, målåret. För målår i en nära framtid är målbelastningsfunktionen således lägre än den kritiska belastningen och för målår i en avlägsen framtid närmar sig målbelastningsfunktionen den kritiska belastningsfunktionen.

Beräkning av kritiska belastningsfunktioner och målbelastningsfunktioner inkluderar flera förenklingar och kan därför ses som ett riskbegrepp: Ju högre överskridande desto högre är risken för negativa effekter och det finns en viss risk att noll överskridande fortfarande leder till negativa effekter.

Förenta staterna

I USA, medan olika enheter diskuterade kritiska belastningar före 2000, var ansträngningarna oberoende och oskiljaktiga. År 2010, efter en rad workshops om kritiska belastningar från 2003 till 2005 och en ad hoc-kommitté som inrättades 2006, enades nationella ansträngningar genom utvecklingen av Critical Loads of Atmospheric Deposition ( CLAD ) Science Committee som en del av National Atmospheric Depositionsprogram ( NADP ). CLAD är en grupp med flera myndigheter som består av federala och statliga myndigheter, icke-statliga organisationer, miljöforskningsorganisationer och universitet. CLAD: s mål är att: underlätta utbyte av teknisk information om ämnen för kritiska belastningar inom en bred publik / entitetsgrupp, fylla luckor i utveckling av kritiska belastningar i USA, ge konsekvens i utveckling och användning av kritiska belastningar i USA, och främja förståelse för kritiska belastningsmetoder genom utveckling av uppsökande och kommunikationsmaterial.

Federal Land Managers, såsom National Park Service , US Forest Service och US Fish and Wildlife Service , använder kritiska belastningar för att: identifiera resurser i riskzonen, fokusera forsknings- och övervakningsinsatser, informera planering och andra markförvaltningsaktiviteter, utvärdera potentiella effekter av utsläpp ökar och utveckla strategier för att minska föroreningen. Den amerikanska Environmental Protection Agency utökar användningen av kritiska belastningar för bedömningar och policyutveckling, bland annat hänsyn till kritiska belastningar när inställning nationella luftkvalitetsnormer .

USA har antagit två tillvägagångssätt för att skapa kritiska belastningar: empiriska och steady state massbalans kritiska belastningar. Empiriska kritiska belastningar härleds baserat på observationer av ekosystemresponser (såsom förändringar i växtdiversitet, jordnäringsnivåer eller fiskhälsa) till specifika deponeringsnivåer. Dessa förhållanden skapas med hjälp av dosresponsstudier eller genom att mäta ekosystemresponser för att öka deponeringsgradienter över tid eller rum. Steady-state massbalans kritiska belastningar härleds från matematiska massbalansmodeller under antagna eller modellerade jämviktsförhållanden. Ett stabilt tillstånd kan uppnås långt in i framtiden. Modellerna som används för att bestämma kritiska belastningar vid steady-state varierar i komplexitet med avseende på processrepresentation men kan inkludera vatten- och jordkemi, mineraljordens väderhastighet, deponeringsdata och ekologisk responsdata.

Asien

I Asien har både empiriska och stabiliserade massbalansmetoder använts för att uppskatta kritiska belastningar. Empiriska kritiska belastningar bestämdes helt enkelt som deponeringsnivåer med rapporterad fältuppträdande av skadliga ekologiska effekter. Massbalansmodellen för steady-state beräknar den kritiska belastningen för ett ekosystem på lång sikt genom att definiera acceptabla värden för element som läcker ut ur ekosystemet.

Även om empiriska kvävekritiska belastningar har sammanfattats väl för Europa och USA, finns det fortfarande stora osäkerheter i Asien på grund av mycket begränsade och kortsiktiga experimentella studier genom att använda relativt höga kvävetillförselnivåer. I regioner (t.ex. östra och södra Kina) där den historiska kvävedepositionen redan har varit mycket hög och kanske till och med högre än den faktiska kritiska belastningen, kan experimentella studier misslyckas med att kvantifiera de kritiska belastningarna eftersom betydande ekosystemförändringar redan hade inträffat. Dessutom kan värdena för de kritiska belastningarna variera anmärkningsvärt när de baseras på olika biologiska eller kemiska reaktioner i ett ekosystem, såsom fysiologisk variation, minskad biologisk mångfald, förhöjd nitratläckage och förändringar i jordmikroorganismer. Empirisk kritisk belastning har bedömts för vissa skogar och gräsmarker i Kina, men värdena för många andra ekosystem bedöms inte. Med fler framväxande fältförsök kommer kritiska belastningar att uppskattas bättre inom en snar framtid.

I Syd- och Östasien, bestående av Kina, Korea, Japan, Filippinerna, Indokina, Indonesien och den indiska subkontinenten, beräknades och kartlagdes kritiska belastningar först som en del av inslagsmodulen i den asiatiska versionen av den regionala luftföroreningarna och simuleringsmodell (RAINS-Asia) baserad på steady-state massbalansmetoden. Därefter beräknades kritiska belastningar med högre upplösning i många asiatiska länder som Japan, Ryssland, Sydkorea, Indien och Kina. Även om liknande metoder tillämpades i Asien som i Europa, har massbalansmetoden för steady state förbättrats genom att man överväger att deponera baskatjoner. Steady-state-massbalans kritiska belastningar har använts för att beteckna sura regnkontrollzoner och svaveldioxidföroreningskontrollzoner i Kina. Inom en snar framtid kommer kritiska belastningar att tillämpas mer allmänt för att styra utsläppsminskningsstrategier.

Referenser

externa länkar

• http://www.mnp.nl/cce/
• http://nadp.slh.wisc.edu/committees/clad/