Projekti

Kroženje snovi v okolju,snovna bilanca in modeliranje okoljskih procesov ter ocena tveganja

Nosilec projekta: prof. dr. Milena Horvat, IJS

Sodelavec na projektu: prof. dr. Jadran Faganeli

Šifra: P1-0143

Trajanje: 1.1.2015 - 31.12.2019

Nosilec: dr. Milena Horvat z Instituta Jožef Stefan

Soizvajalec: dr. Jadran Faganeli

Raziskovalni program v letnem obsegu 11,9 FTE, cenovne kategorije C, financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije iz državnega proračuna. Na NIB se program izvaja v v letnem obsegu 0,32 FTE.

Povzetek

Kroženje snovi v okolju obsega dejavnost analizne kemije okolja, bioloških in geokemijskih ciklov ter radiokemije in radioekologije. Analizna kemija okolja ter biološke analize obsegajo postopke za pridobitev trenutne informacije o stanju/vsebnosti določene snovi v izbrani okoljski sestavini (gre za informacije v določenem časovnem preseku, ki pa se lahko poljubno pogosto zbirajo, da dobimo časovne serije), zato lahko tolmačimo, da s pomočjo sistema analitike zasledujemo delček kroženja snovi v okolju, določamo stanja oziroma izvajamo nadzor - monitoring. Snov, o kateri govorimo, je lahko naravno prisotna ali umetno vnešena v okolje. Ukvarjali se bomo predvsem z naslednjimi skupinami snovi (1) organska onesnažila (npr. ostanki zdravilnih učinkovin in sredstev za osebno nego, hormonski motilci, industrijske kemikalije) (2) anorganska onesnažila (kemijski elementi in njihove zvrsti, izotopsko sestavo, kovinski nanodelci, nutrienti), in (3) naravni in umetni radionuklidi. Če k tem aktivnostim dodamo snovne bilance, pridemo do bolj inženirskih in praktičnih vidikov analitike. Modeliranje okoljskih procesov ter ocena tveganja pa kot interdisciplinarni orodji prispevata k povezovanju naravoslovnih znanj s politiko okolja, vrednotenjem in družbenimi cilji in sovpadata s ključnimi prioritetami na področju raziskav, razvoja in inovacij.

Dejavnosti v naslednjem šestletnem obdobju sestavljajo trije tematski sklopi: (1) zdravje, hrana in okolje, (2) okoljsko modeliranje in (3) okoljske tehnologije. Horizontalno pa te tri sklope povezujejo naslednje teme: (1) analizna kemija (radiokemične, določanje specij in izotopske sestave mikrolelementov in hranil, masna spektrometrija, razvoj novih sensorskih sistemov, itd. ),  (2) orodja (ocene tveganj, modeliranje, ocenjevanje vplivov na okolje, strateške presoje, analize ranljivosti, privlačnosti in ustreznosti prostora),  (3) raziskovanje okoljskih sistemov  (zgradba, kakovost, morfologija, sestavine, funkcija, meje) in (4) raziskovanje procesov  (razgradnja, presnove, izmenjave, transport) in  (5) vplivov (okoljski, zdravstveni) in (6) izobraževanje. 

Gre torej za povezano naravoslovno in družbeno razvojne analitike in modeliranja okoljskih procesov ter sprememb v prostoru (npr. modeli nenadnega sproščanja snovi v okolje, transport onesnaževal po vseh komponentah biosfere – snovne bilance, zdravstveni učinki oziroma tveganja za pojav določenih bolezni, sprememba rabe tal-prostora, nadomestitev spornih gospodarskih dejavnosti zaradi prekomernega onesnaževanja ali ogrožanja okolice itd.), ter ugotavljanje veljavnosti oziroma negotovosti teh modelov. Za dosego omenjenih ciljev bomo uporabili že ostoječe metode, posebno pozornost pa bomo namenili tudi razvoju novih analiznih metod in senzorskim tehnologijam. 

Skupina bo cilje dosegala v močnem povezovanju  s  številnimi  raziskovalnimi organizacijami v doma  in tujini, ter  partnerji iz industrije in javnih služb ter zlasti  v okviru evropskih projektov.

Pomen za razvoj znanosti

Modeliranje in ocenjevanje sprememb v okolju je vodilna tema varstva okolja v svetu. Skrb za okolje skupaj z oceno socialnih gibanj v prihodnosti ob vitalnem gospodarstvu predstavlja eno od treh ključnih komponent strategije razvoja sleherne razvite države. Da bi utemeljili napovedi sprememb okolja se strokovnjaki poslužujejo različnih znanstvenih metod. Zaenkrat so te v zvezi z dolgoročnejšimi napovedmi še nedodelane oziroma se šele razvijajo, kar je predmet predlčaganega programa.

Na področju povezovanja okolja in zdravja ostaja imperativ razvoj metod strateškega ocenjevanja zdravstvenih vplivov; ker so prospektivne epidemiološke študije neprimerne za ta namen, bo programska skupina delala na razvoju alternativnih pristopov za napovedovanje zdravstvenih sprememb zaradi prihodnjih okoljskih sprememb, kot so npr. posledice klimatskih sprememb. 

Pri ocenah toksičnosti in preučevanju kroženja ter transformacije elementov v okolju, je poleg celotne koncentracije potrebno poznati tudi posamezne kemijske zvrsti elementov. Programska skupina je sledila novim svetovnim trendom in pred 20 leti med prvimi v Sloveniji začela razvijati analizne postopke za speciacijo elementov. Na tem področju se uvršča v sam svetovni vrh, kar kažejo tudi članki v literaturi, citiranost del in sodelovanje v mednarodnih projektih. Bogate laboratorijske izkušnje bomo uporabili tudi v bodoče in tako pomembno prispevali k raziskavam na področju speciacije. Za učinkovito načrtovanje in-situ remediacije onesnaženih področij, so izrednega pomena raziskave na laboratorijskem nivoju (in vitro in ex-situ), kjer določimo potencial biološke razgradnje. Učinkovitost razgradnje lahko pospešimo na več načinov (z dodatkom specifičnih mikroorganizmov, z dodatkom mikroelementov, s povečanjem biološke razpoložljivosti organskih spojin, z indukcijo encimov) in je treba uspešnost posameznih postopkov preizkusiti za vsak določen sistem (v reaktorjih, na pilotnih čistilnih napravah in na samem mestu onesnaženja). S kompleksnim reševanjem specifičnih problemov v okolju in s preučevanjem bioloških sistemov bomo prispevali k vrhunskim raziskavam v svetu.

Namen predlaganega programa je boljše poznavanje naravnih procesov, poznavanje kroženja različnih elementov in snovi, ki predstavljajo osnovo za razumevanje globalnih sprememb v okolju. Predlagani program zajema kombinacijo različnih analitskih metod in pristopov, ki bodo prispevali k izdelavi obsežnih baz podatkov in podali  znanstvene podlage za razvoj in uvajanje različnih modelov. Poudariti je treba komplementarnost skupine, ki se bo s svojim delom in pridobljenim znanjem, lažje integrirala v Evropski in svetovni prostor. 

Raziskave odzivnosti naravnega  vodnega kroga, biogeokemijskih ciklov in snovnih tokov hranil na antropogene vplive in naravnih okoljskih arhivov  bodo neposredno doprinesle k napredku temeljnih interdisciplinarnih znanosti o okolju – geologije, hidrologije, biogeokemije, ekologije gozda, analizne kemije okolja. in k uporabnim raziskavam (okolje, zdrava, varna in sledljiva hrana). Vsa našteta področj raziskav se tudi prekrivajo z vsebinskimi prioritetami in prepoznanimi družbenimi, okoljskimi in tržnimi izzivi, ki jih definira Strategija pametne specializacije 2014-2020. S kombinacijo različnih pristopov, uvedbo novih in že vpeljanih tehnik in modelnimi izračuni bomo dobili boljši vpogled v delovanje naravnih sistemov, bolje definirali sedanje in preteklo stanje, kjer je to potrebno,  kar je še zlasti pomembno pri predvidevanju in prilagajanju prihajajočim spremembam v okolju in gospodarjenju z naravnimi resursi ter prostorom. Poseben doprinos k zakladnici znanja predstavlja vpeljava in kritična evaluacija možnosti uporabe kombinacije geokemijskih in biomarkerjev okoljskih sprememb v različnih časovnih in prostorskih merilih. Programska skupina se bo tako s pridobljenim znanjem v še večji meri kot do zdaj lahko integrirala v evropski in svetovni raziskovalni prostor. 

Sestava programske skupine - povezava na SICRIS.

Bibliografski podatki in ostali podatki o programu - povezava na SICRIS