Projekti / Programi
Biološki in geokemijski ciklusi
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 1.06.00 |
Naravoslovje |
Geologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P305 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija okolja |
| P300 |
Naravoslovno-matematične vede |
Analitična kemija |
| P005 |
Naravoslovno-matematične vede |
Geologija, fizična geografija |
| P004 |
Naravoslovno-matematične vede |
Biokemija, presnova |
| B700 |
Biomedicinske vede |
Okoljsko zdravstvo |
| B690 |
Biomedicinske vede |
Medicina dela, industrijska medicina |
biogeokemijski ciklusi biogenih elementov (C,H,O,S, N) in Hg; kemijske in fizikalne pretvorbe; modeliranje naravnih procesov; biološka in kemijska speciacija, toksičnost; privzem, porazdelitev in metabolizem; As, Se, Hg, J, Cd, Sb, Cu, Pb, Zn.
Raziskovalci (13)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
18 |
Povzetek
Raziskovalni program bo usmerjen predvsem v razvoj metod za določanje kemijskih in fizikalnih zvrsti elementov v okolju in bioloških sistemih. Z uporabo stabilnih in radioaktivnoh izotopov pa bomo ugotavljali izvore onesnaženja, sledenje glavnih transportnih poti ter pretvorb nekaterih pomembnih elementov v okolju. Razvili, kalibrirali in verificirali bomo matematične modele s katerimi bomo simulirali procese v naravi in bioloških sistemih. Z masno spektrometričnimi raziskavami izotopske sestave lahkih elementov (H, C, N, O, S) v trdnih, tekočih in plinastih vzorcih bomo določevali izvor in onesnaženje podtalnic (npr. nitrati) ter ostalih vodnih okolij, mešanje, zadrževalni čas, poprečne nadmorske višine napajanja vodonosnikov in komunikacije med njimi, ter sledenje vodnih tokov v jezerih in morju. Z izotopsko sestavo dušika in ogljika bomo preučevali njun biogeokemijski cikel v recentnih jezerskih in morskih sedimentih ter razvili matematične modele. Z analizo radioaktivnih izotopov 14-C, 210-Pb, in 137-Cs pa bomo ocenili zaloge organskega ogljika in kronologijo nastanka sedimentov. Z izotopsko sestavo stabilnih izotopov in drugih geokemičnih parametrov bomo ocenili usedanje in paleoekološke procese raziskovanih elementov in tako določili obseg evtrofikacije in antropogenega onesnaženja v različnih vodnih okoljih v Sloveniji. Z izotopsko sestavo ogljika v posameznih komponentah sedimentirane organske snovi in biomarkerjih bomo ocenjevali spremembe okolja v sedimentacijskih bazenih, kar predstavlja pomembno novost v Sloveniji kakor tudi v svetovnem merilu. Posebno pozornost bomo namenili študiju biogeokemijskega ciklusa nekaterih težkih kovin s poudarkom na živem srebru v kontaminiranih območjih. Ocenili bomo (i) vpliv okoljskih parametrov (pH, redoks potencial, temperature, ciklus žvepla, slanost, prisotnost organske snovi, etc) na transformacije, transport in porazdelitev Hg v okolju, (ii) razvoj, validacijo in uporabo primernih metod za določanje metilacije in demetilacije Hg ter fluksov na meji sediment/voda/zrak, (iii) študij relativne biorazpoložljivosti, biokinetike privzema in izločanja različnih oblik Hg v kopenskih in vodnih organizmih. Z uporabo stabilnih in radioaktivnih izotopov Hg in njegovih spojin bomo validirali in kalibrirali matematične modele za dolgoročno simuliranje glavnih transportnih mehanizmov ter kemijsko-fizikalnih pretvorb v kopenskem in vodnem okolju. Na področju bioloških ciklusov bomo posebno pozornost posvetili vlogi kemijskih in fizikalnih oblik esencialnih in neesencialnih elementov v sledovih (As, Se, Sb, Cu, Cd, Zn, Pb, Hg, J) pri njihovem privzemu, metabolizmu, bioloških učinkih in porazdelitevi v organizmih. Raziskave bodo obsegale razvoj analiznih metod za določanje različnih kemijskih in fizikalnih oblik, njihovo biološko vezavo (subcelularna porazdelitev v celici, vezava na lipoproteine in zaščitne beljakovine - metalotioneine, ...) in medsebojne interakcije (npr. Hg-Se-J, As-Se, itd. ) ter vpliv na lipidno peroksidacijo ter na kromosomske aberacije. Tak metodološki pristop je inovativen in predstavlja sam vrh raziskav v svetovnem merilu.
Pomen za razvoj znanosti
Biogeokemijski ciklusi pomembnih bioelementov (H, O, C, N, S) so ključnega pomena za poznavanje naravnih procesov v vodnem okolju, kopenskih ekosistemih, ter izmenjavi sediment/voda/zrak. Ti procesi so pomembni tudi za poznavanje odziva okolja na stresne situacije, kot so antropogeno onesnaženje, hidrogeološke spremembe in ostali posegi v prostor. Prav tako dajejo znanstveno podlago za razvoj matematičnih modelov, kjer je razen hidrodinamičnega ter hidrogeološkega modeliranja možno vključiti še fizikalno-kemijska ravnotežja, ki vplivajo na transformacije, transport in porazdelitev onesnaževalcev v hidrosferi, atmosferi in biosferi. Raziskovalna skupina se je na tem področju že uveljavila v mednarodnem merilu kar kažejo predvsem rezultati citiranosti objavljenih del. Skupina prav tako bistveni prispeva k boljšemu razumevanju nastanka toplogrednih plinov v evtrofnih vodnih okoljih, podatki o izotopski sestavi metana pa bistveno prispevajo v svetovno bazo podatkov, katere namen je izdelati izotopsko masno bilanco naravnih toplogrednih plinov, ter v bazo podatkov, ki je potrebna za okoljsko modeliranje (kemijski, fizikalni in biološki parametri). Rezultat pomembnosti skupine so tudi številni interdisciplinarni in interinstitucionalni projekti v Sloveniji in v tujini. Zlasti na področju Hg in v zadnjem času As in Se pa je skupina med vodilnimi v svetu, zlasti na področju razvoja analiznih metod, validacije in priprave certificiranih referenčnih materialov, ter vpliva Hg na človeka in živi svet.
Pomen za razvoj Slovenije
Z boljšim poznavanjem biogeokemije biogenih elementov v sedimentih evtrofnih okolij v Sloveniji bomo raziskali dejavnike, ki vplivajo na procese evtrofikacije jezer in priobalnega morja in sproščanje toplogrednih plinov v okolje. Raziskovali bomo zgodnjediagenetske procese, predvsem metanogenezo, denitrifikacijo in nitrifikacijo, ter tako ocenili vpliv antropogenega onesnaženja na okolje. Poznavanje biogeokemije nutrientov predstavlja podlago za načrtovanje sanacijskih ukrepov v evtrofnih in potencialno ogroženih jezerih oziroma morju. Isto velja tudi za podtalnico. Biogeokemija živega srebra na širšem območju Idrije, porečja Idrijce in Soče ter Tržaškega zaliva predstavlja enovit okoljski problem, ki ga je možno reševati samo s kompleksim poznavanjem vseh komponent okolja. Prav združitev biogeokemjskih ciklusov pomembnih biolementov ter živega srebra bo omogočil razvoj znastveno osnovanega modela s katerim bo možno napovedovati mobilnost, transformacije in biorazpoložljivost živega srebra v onesnaženih okoljih ter tako bistveno prispevati k pravilnemu, predvsem pa varnemu zaprtju rudnika Hg v Idriji, k bolj smotrnemu gospodarskemu načrtovanju izkoriščanja naravnih virov na onesnaženih območjih (poljedelstvo, načrtovanje hidroelektrarn, drenaža vodnih sedimentov, ter marikulture) ter pri sanaciji, če bo ta seveda potrebna. Pridobljeno znanje in metodološke izkušnje pa se bodo lahko prenesle tudi na ostale podobne probleme v Sloveniji (npr. ogroženost podtalnic na poljedelskih površinah, vpliv rudarjenja na okolje in posledične sanacije, naravovarstveno kmetijstvo). Metode za speciacijo esencilanih in toksičnih elementov pa bodo bistveno pripomogne k boljšemu razumevanuju kroženje elementov v okolju, njihovi biorazpoložljivosti, biokinetiki privzema, toksičnosti in medsebojnega delovanja na človeka in ostali živi svet. Speciacija nekaterih elementov v prehrani (Hg, Se, As) bo bistveno prispevala k bolj pravilni zakonodaji, ki trenutno ne razlikuje med strupenimi in nestrupenimi kemijskimi oblikami preiskovanih elementov.Predlagani program je zlasti pomemben tudi za izobraževanje študentov in mladih raziskovalcev.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
