Antropogeniczne zmiany środowiska przyrodniczego

Antropogeniczne zmiany środowiska przyrodniczego należy definiować jako przekształcenia jego jednego lub kilku komponentów, spowodowane różnymi formami działalności człowieka. Województwo śląskie jest powszechnie uważane za najbardziej antropogenicznie przekształ-cony obszar w Polsce mimo występowania w jego granicach terenów atrakcyjnych pod względem przyrodniczym, krajobrazowym, turystycznym, etc. Tym samym, określenia doty-czące przeobrażenia środowiska („katastrofa ekologiczna”, „zanieczyszczenie środowiska”, „hałdy”, „odpady”, „tąpnięcia”, „uprzemysłowiony i zurbanizowany”), są zwykle kojarzone właśnie z: województwem śląskim, Katowicami, regionem górnośląskim, Górnośląskim Za-głębiem Węglowym, Górnośląskim Okręgiem Przemysłowym, Rybnickim Okręgiem Węglo-wym, konurbacją katowicką i konurbacją rybnicką, dawnym województwem katowickim, a nawet Górnym Śląskiem. W województwie śląskim występują zarówno tereny silnie przeobra-żone antropogenicznie (np. Wyżyna Śląska, Kotlina Oświęcimska), jak również jest ono koja-rzone z Wyżyną Krakowsko-Częstochowską i częścią Beskidów, jako terenami o znacznie mniejszych antropogenicznych zmianach środowiska.

Trwająca na tym obszarze kilka wieków eksploatacja surowców mineralnych, rozwój przemy-słu przetwórczego, procesy urbanizacyjne i napływ ludności, stały się przyczyną antropoge-nicznych zmian środowiska przyrodniczego. Apogeum tych zmian wystąpiło w latach 70. XX wieku, jednak i współcześnie środowisko nie jest pozbawione występowania przekształceń antropogenicznych. Zmiany w środowisku dotyczą: budowy geologicznej i rzeźby terenu, klimatu, stosunków wodnych, gleb, szaty roślinnej oraz świata zwierząt.

Zmiany w ukształtowaniu terenu

Szczególnie spektakularne i typowe dla województwa śląskiego przeobrażenia dotyczą budo-wy geologicznej i rzeźby terenu. Polegają one na: zmianach spowodowanych wgłębną działalnością górniczą, deformowaniu naturalnego ukształtowania terenu oraz tworzeniu nowych form.

Województwo śląskie to obszar występowania ważnych surowców mineralnych: węgla kamiennego, rud cynku i ołowiu, obecnie już nie eksploatowanych rud żelaza, piasków, żwirów, dolomitów itd. Rudy cynku i ołowiu oraz żelaza eksploatowano już we wczesnym średnio-wieczu, a węgiel kamienny – od końca XVIII wieku, przy czym jego eksploatacja odbywa się na największą w kraju skalę, właśnie w województwie śląskim. Eksploatacja surowców mineralnych doprowadziła do zmian w przypowierzchniowej części skorupy ziemskiej, których przykładem są szyby górnicze, chodniki eksploatacyjne, sztolnie, podziemne komory będące pozostałością po wyeksploatowanych złożach.

Zmiany antropogeniczne zachodzą również na powierzchni terenu, gdzie powstało wiele różnych form. Zwykle dzieli się je na dwie grupy tj. utworzone w wyniku bezpośredniej działalności gospodarczej oraz powstałe w wyniku współdziałania procesów gospodarczych i czynników naturalnych.

Fot. 1. Kamieniołom dolomitów w okolicach Siewierza (fot. M. Rzętała).

Pierwsza z wymienionych grup, to formy świadomie stworzone przez człowieka w rezultacie konkretnego zapotrzebowania gospodarczego. Należy do nich zaliczyć formy wypukłe (hałdy, zwałowiska, nasypy, groble) oraz wklęsłe (wyrobiska, wkopy, warpie, rowy, powierzchnie zniwelowane). Formy wypukłe są efektem składowania na określonych obszarach materiału zbędnego, który nie nadawał się do bezpośredniego wykorzystania. Hałdy i zwałowiska mogą być pogórnicze (czyli usypane z materiału wydobywanego z węglem kamiennym) oraz pohutnicze (usypane z materiału zbędnego po procesach metalurgicznych). Z kolei nasypy towarzyszące chociażby szlakom komunikacyjnym i groble zlokalizowane w sąsiedztwie cieków i licznych zbiorników wodnych są zdecydowanie powszechniejszym elementem krajobrazu górno-śląskiego, mimo iż osiągają znacznie mniejsze rozmiary. Formy wklęsłe z jednej strony są przykładem przekształcenia zewnętrznej części litosfery wskutek stosowania wielkich, przemysłowych technik powierzchniowego wydobycia surowca (fot. 1), z drugiej natomiast dokumentują pozostałości średniowiecznej eksploatacji rud srebra i ołowiu, a także węgla kamiennego. Współczesne przeobrażenia rzeźby związane są z również z wkopami, rowami oraz zniwelowanymi powierzchniami na potrzeby chociażby budownictwa mieszkalnego i przemysłowego.

Fot. 2. Teren objęty osiadaniem u ujścia Jaworznika do Brynicy (fot. M. Rzętała).

Druga grupa form powstała drogą naturalną, ale warunki ich rozwoju zainicjował człowiek. Dobrym przykładem takich form są niecki osiadania lub zapadliska (fot. 2). Formy te powstają na powierzchniach terenu zlokalizowanych nad polami podziemnej eksploatacji surowców mineralnych. Pozyskanie surowca wiąże się z powstaniem podziemnych pustek, które nawet po uzupełnieniu innym materiałem prowadzą do powolnego ugięcia lub zawalenia nadległego materiału i powstania zagłębienia na powierzchni w postaci osiadania lub zapadania gruntu. Wielkość, zasięg i przebieg powstawania deformacji uzależniony jest od fizyczno-mechanicznych właściwości górotworu takich jak tektonika, rodzaj skał nadkładu, warunki hydrogeologiczne, głębokość zalegania i miąższość złoża, a także czynników związanych ze sztuką górniczą. Proces osiadania jest zwykle powolny a niecka osiadania przyjmuje kształt zbliżony do koła lub elipsy. Największe osiadania terenu powstają w wyniku eksploatacji pełnej z zawałem stropu, kiedy to współczynnik osiadania wynosi 0,7 na każdy metr wybranego pokładu. Natomiast najmniejsze odkształcenia powierzchni terenu mają związek z eksploatacją częściową prowadzoną pasami z podsadzką hydrauliczną i kształtują się na poziomie 0,02-0,03 przy grubości pokładu wynoszącego 1 metr. Wielkości obniżeń w poszczególnych rejonach eksploatacji są zróżnicowane. Maksymalne sięgają one powyżej 30 metrów (np. w północnej części Bytomia) i są następstwem eksploatacji wielu, zalegających nad sobą pokładów węgla, przy czym osiadaniem objęte jest ponad 1000 km² obszaru Śląska i Zagłębia Dąbrowskiego.Nieciągłe deformacje terenu występujące w przypadku płytkiej eksploatacji surowców, przybierają najczęściej postać odwróconych stożków o kołowych lub eliptycznych podstawach, progów, lejów, szczelin. Głębokość zapadlisk w większości przypadków nie przekracza kilku metrów, sporadycznie dochodzi do kilkunastu. Deformacje nieciągłe występują również na terenach eksploatacji rud cynkowo – ołowiowych. Liczna grupa lei zapadliskowych występuje m.in. na terenie „Lasu Segieckiego” (Tarnowskie Góry) a jest związana z obszarem starej XIX – wiecznej eksploatacji tych rud. Konsekwencją tych procesów są odkształcenia powierzchni terenu oraz związane z nimi uszkodzenia konstrukcyjne infrastruktury. Zmiany o których mowa posiadają wymiar konkretnych szkód ekonomicznych, a są to chociażby: uszkodzenia (a nawet zniszczenia) budynków w Rydułtowach (Rybnicki Okręg Węglowy) i Bytomiu Karbiu, szkody konstrukcyjne na odcinku Katowice – Mysłowice autostrady A4, podtopienia gruntów oraz osiedli (np. w Sosnowcu Klimontowie), uszkodzenia szlaków kolejowych i ograniczenia prędkości z tym związane na obszarach objętych szkodami górniczymi, zaniechanie eksploatacji zbiorników wodnych w strefie ujścia Jaworznika do Brynicy, konieczność nadbudowy i częstej renowacji elementów regulacyjnych cieków i zabudowy hydrotechnicznej rzek Brynicy, Rawy, Kłodnicy.

Fot. 3. Krajobraz rolniczy w środkowej części Wyżyny Wieluńskiej (fot. J.M. Waga).

Inne przykłady antropogenicznych zmian rzeźby dotyczą:

• form eolicznych powstałych na powierzchniach przekształconych w wyniku działalności człowieka np. wydmy w obrębie odwodnionych obszarów eksploatacji piasku, wydmy na terenach wykarczowanych i odwodnionych;
• eolicznego usuwania materiałów frakcji drobnej z powierzchni hałd, pryzm i zwałowisk, a następnie ich depozycji na obszarach sąsiednich, co prawie zawsze wiąże się z pogorszeniem warunków mieszkaniowych ze względu na obniżenie walorów estetycznych otoczenia;
• uaktywnienia ruchów masowych i oddziaływania wód płynących po stokach hałd, zwałowisk, nasypów, co przykładowo prowadzi do powstania stożków napływowych, form osuwiskowych i obrywów, stwarzających zagrożenia konstrukcyjne różnego rodzaju budowli;
• kształtowania brzegów i dna sztucznych zbiorników wodnych, co prowadzi do wykształcenia różnorodnych form abrazyjnych lub akumulacyjnych (delty, klify, mierzeje, kosy, pokrywy osadów dennych) bardzo często utrudniających właściwe lub optymalne wykorzystanie obiektów;
• kształtowania nadpoziomowych i podpoziomowych składowisk odpadów różnego typu (wszak na terenie województwa śląskiego wytwarzana jest 1/3 odpadów przemysłowych oraz kilkanaście % odpadów komunalnych powstających na terenie Polski);
• modyfikacji rzeźby (np. niwelacja terenu, kształtowanie tarasów rolniczych) w konsekwencji działalności rolniczej (fot. 3).

Zmiany w troposferze

Fot. 4. Pogranicze Beskidu Małego i Pogórza Śląskiego z warstwą zmętnień i zanieczyszczeń w powietrzu – widok z góry Żar (fot. M. Rzętała).

Na obszarze województwa śląskiego, a przede wszystkim zurbanizowanej i uprzemysłowionej jego części, dochodzi do antropogenicznego zaburzenia wielu elementów klimatu i pogody. Antropogeniczne zmiany w atmosferze dotyczą modyfikacji lokalnych warunków cyrkulacji powietrza, warunków termicznych i wilgotnościowych powietrza atmosferycznego, wielkości i występowania opadów oraz osadów atmosferycznych, usłonecznienia, etc. Mimo braku jednoznacznych stwierdzeń określających wielkość tego wpływu, sygnalizowane są przejawy antropogenicznego oddziaływania, np.:

• obecność w powietrzu warstwy zmętnień i zanieczyszczeń modyfikującej wielkość usłonecznienia (fot. 4);
• wpływ zabudowy i uprzemysłowienia na kształtowanie temperatury (tzw. miejska wyspa ciepła”;
• emisja do atmosfery znacznych ilości energii cieplnej, pary wodnej i innych produktów procesów przemysłowych (gazy, aerozole, pyły), stanowiących aktywne jądra kondensacji oraz związany z tym wzrost opadów śladowych występujący zwłaszcza w ostatnich dziesięcioleciach;
• wpływ kilku tysięcy sztucznych zbiorników wodnych na klimat lokalny zwłaszcza Wyżyny Śląskiej i Kotliny Oświęcimskiej, co przejawia się niejednorodnym i ograniczonym terytorialnie wzrostem temperatur średnich i minimalnych powodującym wydłużenie okresów bezprzymrozkowych, nieznacznym zmniejszeniem maksimum termicznego oraz zwiększeniem częstości wiatrów słabych, oddziaływaniem na warunki konwekcji w okresie lata, zwiększeniem częstości występowania mgieł oraz opadów śladowych i małych.

Rys. 1. Emisja zanieczyszczeń pyłowych oraz gazowych (z wyjątkiem CO2) w latach 1988-2011 według stanu na 31 XII każdego roku.

Poważnym problemem jest stan sanitarny powietrza atmosferycznego. Najważniejszym źródłem zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego jest emisja antropogeniczna w postaci emisji z działalności przemysłowej, z sektora bytowego oraz związana z funkcjonowaniem transportu. W 2011 roku z terenu województwa śląskiego do atmosfery trafiło 22% krajowej emisji zanieczyszczeń pyłowych (rys. 1), ok. 20% gazowych ogółem (emisja zanieczyszczeń gazowych bez dwutlenku węgla stanowiła 39% emisji krajowej), ok. 18% emisji dwutlenku siarki ogółem, 19% dwutlenku węgla i tlenków azotu oraz 35% tlenku węgla, tj. najwięcej spośród wszystkich województw w kraju w przypadku każdego rodzaju emisji tych zanieczyszczeń.

Z wyników badań chemizmu opadów atmosferycznych wynika, że zanieczyszczenia transportowane w atmosferze i wprowadzane wraz z mokrym opadem atmosferycznym na teren województwa śląskiego stanowią znaczące źródło zanieczyszczeń obszarowych oddziaływujących na środowisko naturalne tego obszaru. Szczególnie ujemny wpływ, na stan środowiska, mogą mieć kwasotwórcze związki siarki i azotu, związki biogenne i metale ciężkie. Wyrazem stopnia zakwaszenia wód opadowych jest ich odczyn mieszczący się w zakresie od 3,72 do 7,19, przy czym w przypadku 53% próbek stwierdzono tzw. kwaśne deszcze ale ujawniono jednocześnie spadek ich ilości w stosunku do lat ubiegłych.

Zmiany stosunków wodnych

Przekształcenia stosunków wodnych na terenie województwa śląskiego występują zarówno na terenach wiejskich jak i zurbanizowanych oraz uprzemysłowionych. Wpływ antropopresji na środowisko wodne wyraża się m.in. zmianą układu powierzchniowej sieci hydrograficznej, antropogenizacją odpływu, degradacją jakości wód powierzchniowych (w niektórych przypadkach wykluczającą możliwości skutecznego samooczyszczania), a także degradacją ilościowo-jakościową wód podziemnych.

Zmiany układu powierzchniowej sieci hydrograficznej polegają najczęściej na regulacji rzek i potoków, którą prowadzono zwłaszcza na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat. Wykonano zabudowę źródeł, obwałowanie oraz umocnienie faszyną koryt rzecznych, a na obszarach zabudowanych, oprócz obwałowań najczęściej spotyka się betonową zabudowę koryt. Zmiany układu powierzchniowej sieci hydrograficznej, nastąpiły również w wyniku budowy rowów odwadniających, kanałów oraz nowych odcinków koryt rzecznych związanych z przełożeniami cieków. Takie działania spowodowały zmiany w przebiegu działów wodnych, które zwłaszcza na obszarach zurbanizowanych mają status tzw. działu wodnego niepewnego. Inny przykład zmian antropogenicznych w stosunkach wodnych na terenie województwa stanowi powstanie kilku tysięcy sztucznych zbiorników wodnych o różnej genezie (zaporowe, poeksploatacyjne, w nieckach osiadania i zapadliskach, groblowe, inne) i przeznaczeniu. Sztuczne zbiorniki wodne stały się – z hydrologicznego punktu widzenia – nowymi ogniwami obiegu materii stwarzając warunki do jej migracji w zupełnie nowych kierunkach. Występowanie kilku tysięcy zbiorników wodnych w centralnej części województwa śląskiego i obrzeżach sąsiednich jednostek administracyjnych jest podstawą wydzielania Górnośląskiego Pojezierza Antropogenicznego o powierzchni kilku tysięcy km2. Gęstość występowania zbiorników (70,54 na 100 km2) oraz łączna ich powierzchnia (185,4 km2), decydują o jeziorności Górnośląskiego Pojezierza Antropogenicznego wynoszącej 2,74%, porównywalnej z terenami młodoglacjalnymi utożsamianymi z największą koncentracją jezior w Polsce.

Antropogeniczne przekształcenia wód podziemnych polegają przede wszystkim na zmianach zasobów i położenia zwierciadła wód oraz zmianach jakości wód. W różnym stopniu dotyczą one głównych zbiorników i użytkowych poziomów wód podziemnych wyróżnianych w różnych wiekowo utworach geologicznych, np. czwartorzędu, trzeciorzędu, kredy, triasu, karbonu. Wody podziemne podlegają procesowi drenażu przez górnictwo wgłębne, a lokalnie również przez odkrywki eksploatacyjne surowców mineralnych oraz duże ujęcia wód podziemnych. Często zdarza się tak, że eksploatacja górnicza powoduje ucieczkę wód w głębsze podłoże oraz osuszenie górotworu, w konsekwencji czego na powierzchni terenu obserwuje się wysychanie źródeł oraz zanik małych cieków i zbiorników wodnych. Wielowiekowa działalność górnicza, której towarzyszyło odwodnienie złóż, doprowadziła do wytworzenia rozległego leja depresji. Obejmuje on obszar centralnej części województwa śląskiego. Z jego występowaniem wiąże się również modyfikacja lokalnych kierunków spływu wód podziemnych. Wody podziemne, cechują się zróżnicowaną wydajnością, a przede wszystkim jakością eksploatowanych wód. Najmniej korzystna sytuacja pod względem możliwości rozprzestrzeniania zanieczyszczeń występuje w tzw. odkrytych zbiornikach wód podziemnych, czyli pozbawionych skutecznej izolacji przez warstwy wyżej położone. Do takich należą chociażby zbiorniki czwartorzędowe. Ich znaczenie jest niewielkie ze względu na silne zanieczyszczenie i nieciągłość utworów wodonośnych. Wody podziemne w niżej położonych utworach, izolowane przed przenikaniem zanieczyszczeń, posiadają korzystniejsze parametry jakościowe.

Zmiany struktury i reżimu odpływów, są szczególnie widoczne w ciekach odwadniających zlewnie o najbardziej przekształconych warunkach środowiska np. Kłodnicy powyżej zbiornika Dzierżno Duże, Brynicy poniżej zbiornika Kozłowa Góra, Czarna Przemsza poniżej zbiornika Przeczyce, Pogorii, Rawy, Rudy, itd. Potwierdzają to zróżnicowane wartości wyliczonych na podstawie danych z wielolecia podstawowych wskaźników odpływu (tab. 1). Świadczą one o istnieniu uciążliwych form antropopresji (np. tzw. przerzuty wody, zrzuty ścieków, drenaż górniczy, itp.) na terenie wielu zlewni. Wszystkie te problemy najlepiej ujawniają się w zlewniach rzek odwadniających centralną część województwa śląskiego, a do takich należy Kłodnica. Oceniając średnie roczne przepływy Kłodnicy w profilu wodowskazowym Gliwice można na przestrzeni jednego wieku wyróżnić kilka okresów ich zasadniczych zmian. Pierwszy okres to lata do 1945 roku z przepływami oscylującymi wokół wartości 3 m3/s. Okres drugi wyznaczony na podstawie intensywnego wzrostu przepływów średnich rocznych do ok. 7 m3/s obejmuje lata 1950-1980. Trzeci okres trwa od 1980 roku i wiąże się z nieznacznym spadkiem średnich rocznych przepływów, które obecnie kształtują się zwykle poniżej 6 m³/s. Przykład Kłodnicy świadczy o antropogenicznych uwarunkowaniach odpływu. W bilansie wodnym województwa śląskiego istotną pozycję stanowi pobór wody na potrzeby gospodarki narodowej i ludności (rys. 2) obliczony na ponad 473 hm³ (ok. 115 hm3 stanowi pobór na cele produkcyjne, około 284 hm³ przeznacza się na zapewnienie funkcjonowania sieci wodociągowej, a ok. 74 hm³ na nawodnienia w rolnictwie i leśnictwie oraz uzupełnianie stawów rybnych. Zużycie wody w poszczególnych działach gospodarki narodowej oraz ludność jest nieco niższe i wynosi ogółem 400 hm³, z czego 138 hm³ przypada na przemysł, 74 hm³ na rolnictwo i leśnictwo oraz 188 hm³ na eksploatację sieci wodociągowej. Bezpośrednią konsekwencją gospodarczego i i komunalnego wykorzystania wód wykorzystania wód jest wytwarzanie ścieków szacowane na około 385 hm³, przy czym za wymagające oczyszczania uznaje się 383 hm³; z tego 314 hm³ zostaje poddane procesom oczyszczania, a 69 hm³ pozostaje nieoczyszczone. Warto także zauważyć, że w województwie śląskim wytwarzane jest blisko 0,4 km3 ścieków wymagających oczyszczania spośród ok. 2 km3 powstających w kraju.