Geological and hydrochemical sensitivity of the eastern United States to acid precipitation /

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Fatty acids decrease catalase activity in human leukaemia cell lines

Fatty acid (FA) may disturb the redox state of the cells not only by an increase in reactive oxygen species (ROS) generation but also due to a reduction in antioxidant enzyme activities. The effect of various FAs (palmitic, stearic, oleic, linoleic, gamma-linolenic and eicosapentaenoic acids (EPAs)) on Jurkat and Raji cells, (human T and B leukaemic cell lines was investigated). The following measurements were carried out: FA composition of the cells, cell proliferation and activities of catalase, glutathione peroxidase (GPx) and superoxide dismutase (SOD). The protective effect of alpha-tocopherol on cell death was also investigated. Each cell line presented a specific FA composition. All the tested ENS reduced catalase activity. The toxic effect of FA was abolished by the pre-incubation with physiological concentrations of alpha-tocopherol. The findings support the proposition that the increase in oxidative stress induced by FA partially occurs due to a reduction in catalase activity. In spite of the decrease in the enzyme activity, catalase protein and mRNA levels were not changed, suggesting a post-translational regulation. Copyright (C) 2007 John Wiley & Sons, Ltd.

Sub-Chronic Exposure to Methylmercury at Low Levels Decreases Butyrylcholinesterase Activity in Rats

In this study, we examined the effects of low levels and sub-chronic exposure to methylmercury (MeHg) on butyrylcholinesterase (BuChE) activity in rats. Moreover, we examined the relationship between BuChE activity and oxidative stress biomarkers [delta-aminolevulinic acid dehydratase (delta-ALA-D) and malondialdehyde levels (MDA)] in the same animals. Rats were separated into three groups (eight animals per group): (Group I) received water by gavage; (Group II) received MeHg (30 mu g/kg/day) by gavage; (Group III) received MeHg (100 mu g/kg/day). The time of exposure was 90 days. BuChE and ALA-D activities were measured in serum and blood, respectively; whereas MDA levels were measured in plasma. We found BuChE and ALA-D activities decreased in groups II and III compared to the control group. Moreover, we found an interesting negative correlation between plasmatic BuChE activity and MDA (r = -0.85; p < 0.01) and a positive correlation between plasmatic BuChE activity and ALA-D activities (r = 0.78; p < 0.01), thus suggesting a possible relationship between oxidative damage promoted by MeHg exposure and the decrease of BuChE activity. In conclusion, long-term exposure to low doses of MeHg decreases plasmatic BuChE activity. Moreover, the decrease in the enzyme is strongly correlated with the oxidative stress promoted by the metal exposure. This preliminary finding highlights a possible mechanism for MeHg to reduce BuChE activity in plasma. Additionally, this enzyme could be an auxiliary biomarker on the evaluation of MeHg exposure.

Global material analysis on phosphorus flows, supply horizon and impact assessment on phosphorus depletion

Different problems are daily discuss on environmental aspects such acid rain, eutrophication, global warming and an others problems. Rarely do we find some discussions about phosphorus problematic. Through the years the phosphorus as been a real problem and must be more discussed. On this thesis was done a global material flow analysis of phosphorus, based on data from the year 2004, the production of phosphate rock in that year was 18.9 million tones, almost this amount it was used as fertilizer on the soil and the plants only can uptake, on average, 20% of the input of fertilizer to grow up, the remainder is lost for the phosphorus soil. In the phosphorus soil there is equilibrium between the phosphorus available to uptake from the plants and the phosphorus associate with other compounds, this equilibrium depends of the kind of soil and is related with the soil pH. A reserve inventory was done and we have 15,000 million tones as reserve, the amount that is economical available. The reserve base is estimated in 47,000 million tones. The major reserves can be found in Morocco and Western Sahara, United Sates, China and South Africa. The reserve estimated in 2009 was 15,000 million tone of phosphate rock or 1,963 million tone of P. If every year the mined phosphate rock is around 22 Mt/yr (phosphorus production on 2008 USGS 2009), and each year the consumption of phosphorus increases because of the food demand, the reserves of phosphate rock will be finished in about 90 years, or maybe even less. About the value/impact assessment was done a qualitative analysis, if on the future we don’t have more phosphate rock to produce fertilizers, it is expected a drop on the crops yields, each depends of the kind of the soil and the impact on the humans feed and animal production will not be a relevant problem. We can recovery phosphorus from different waste streams such as ploughing crop residues back into the soil, Food processing plants and food retailers, Human and animal excreta, Meat and bone meal, Manure fibre, Sewage sludge and wastewater. Some of these examples are developed in the paper.

Alteration and alterability of the anorthosite from Angola

Siliceous rocks are widely used as dimension stone but the last decades have registered an increase rate of their alteration when exposed to polluted environments. Anorthosites were treated by acidified solutions of HCl, HN03 and H2S04 simulating acid rain and the response was recorded through different experiments such as on the surface of the polished rock and on the surface of uncovered thin sections. The main components, plagioclase and olivine, both responded in similar ways to each acid solution, although following different trends; while plagioclase develops a thin layer which acts as protection to the mineral, olivine at first undergoes alteration due to leaching of magnesium and iron and in a following stage, is mechanically removed from the rock. The action of warm water on the rock was tested through the use of the Soxhlet extractor which caused changes on the rock colour and leaching of several cations from its components.

Circulating antioxidant defences are decreased in healthy people after a high-fat meal.

The aim of this study was to examine the responses of uric acid, antioxidant defences and pro-oxidant variables after a high-fat meal. Twenty-five healthy persons without criteria for the metabolic syndrome, underwent a high-fat meal with Supracal (60 g fat). Measurements were made at baseline and 3 h after the meal of TAG, uric acid, HDL-cholesterol, total proteins and oxidative stress. Following the high-fat meal, we detected a significant increase in pro-oxidative variables and a decrease in antioxidative variables. The uric acid concentrations were significantly lower after the high-fat meal and the reduction correlated significantly with the oxidative stress variables. The inverse relation between reduced uric acid and increased carbonylated proteins remained in multiple regression analysis. We conclude that uric acid is a powerful antioxidant and its reduction following a high-fat meal may be related with its acute antioxidative action.

Química atmosférica do enxofre (IV): emissões, reações em fase aquosa e impacto ambiental

The oxidation process of sulfur(IV) species by oxygen, ozone and nitrogen oxides, catalysed by trace metal ions, can play an important role in atmospheric chemistry processes like acid rain, visibility degradation and health hazard. An overview of the more relevant investigations on emissions sources, aqueous phase conversion process and environmental impact is presented.

Avaliação do nível da vulnerabilidade do solo devido à presença de termelétrica a carvão (Figueira, PR- Brasil)

Rainwater samples were analyzed during a one-year period (June 1999 - June 2000) and presented concentration of pH = 4.9 (volume weight mean). The ions concentrations results showed a high sulfate concentration (35 µmol L-1), followed by the cations concentration of sodium, calcium and ammonium (35, 16 and 30 µmol L-1, respectively). Due to the great contribution of these cations in the sulfate neutralization action, the rainwater of this region had only a light acid characteristic. The soil characteristic was acid and the bioavailable concentration of the alkaline cations (Ca, Mg and K) presented high calcium concentrations (1001 ± 357 mg kg-1) compared with the other cations. The determination of soil sensitivity to acid rain was calculated by the ratio BC/Al3+ (BC = Ca2+ + Mg2+ + K+) and presented the average value of 5.1 ± 3.3. This preliminary evaluation of soil susceptibility by the ratio BC/Al3+ showed that the local soil and vegetation type (tropical Savannah) were sensitive to acid deposition. The long term of this impacting condition (acid rain, high sulfate deposition) could be harmful to the soil and vegetation quality.

Decomposição catalítica de óxidos de nitrogênio

Contaminant gases in the atmosphere constitute an important problem to be solved in the world. The NOx gases produced as a consequence of engine high temperatures are deleterious to environment and human health, as they promote acid rain and can act in the same way as freons in the destruction of the ozone layer in the stratosphere. In this review, three way and selective reduction catalysts for decomposition of these contaminant gases are described. Details about conditions and problems, such as catalyst poisoning, and the search for new catalysts are shown.

Composição iônica majoritária de águas de chuva no centro da cidade de São Paulo

The chemical composition of rainwater samples collected from March 2002 to February 2003 in downtown São Paulo city (Universidade Presbiteriana Mackenzie) is presented. Potentiometric and conductimetric measurements were used to evaluate the [H+] and the total ionic content. Major anions and cations were determined by ion chromatography with conductivity detection. The rainwater was acidic with a mean pH of 4.99. The volume weighted means, VWM, of the anions nitrate, acetate and sulfate were, respectively, 21.2, 16.9 and 12.4 µmol L-1. Ammonium was the most abundant ion with a VWM of 37.6 µmol L-1. The contribution of each anion to the free acidity potential decreases in the following order: SO4(2-) (28.8%), CH3COO- (24.7%), NO3- (22.8%), Cl- (13.4%), HCOO- (7.7%) and C2O4(2-) (2.5%). The relative contribution of the weak organic acids to the free acidity was significant, 34.9%.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Emissions de N2O i desnitrificació en sòls agrícoles i d'ecosistemes naturals. Factors de regulació

La major conscienciació actual dels problemes de pol·lució que acompanyen les pèrdues de N del sòl cap a l'atmosfera ha reorientat les investigacions cap a un coneixement més profund dels processos implicats en les emissions dels compostos nitrogenats que comporten un major perjudici des d'un punt de vista ecològic així com els seus principals factors reguladors. La creixent preocupació per l'increment de la concentració atmosfèrica de N2O és deguda a les seves interaccions amb la fotoquímica atmosfèrica i el balanç de radiació de la Terra ja que intervé en la destrucció de la capa estratosfèrica d'ozó, contribueix a l'efecte hivernacle i participa de la pluja àcida. Es considera que els sòls són la principal font de N2O atmosfèric. Al voltant del 90% d'aquestes emissions són d'origen biòtic; els principals processos implicats són la desnitrificació i la nitrificació. L'emissió del N2O produït a través d'aquests dos processos es caracteritza pels diferents nivells de regulació que presenta ja que depèn de la taxa dels processos, de la proporció de N canalitzada per cada procés cap a la producció de N2O i del seu consum dins el mateix sòl el qual està relacionat amb les dificultats en el transport cap a l'atmosfera. Això comporta una gran dificultat a l'hora d'aprofundir en el coneixement de les emissions de N2O del sòl cap a l'atmosfera i de la seva regulació. El desconeixement dels nivells d'emissió de N2O i de la importància de la desnitrificació així com de la seva regulació tant en sòls agrícoles com naturals de les nostres contrades és el principal punt de partida dels objectius d'aquest treball.

Exploring NOy chemistry in levitated aqueous aerosol droplets

Chemistry of reactive nitrogen oxides, NOy, is crucial for our understanding of composition and properties of the Earth’s atmosphere. The proof-of-principle experiments demonstrated that we are able to study the atmospheric fate of nitrogen oxides that has significant impact on global climate and hydrological cycle, thus affecting the likelihood of local floods and acid rain.

Design and management of sustainable built environments

The United Nation Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) makes it clear that climate change is due to human activities and it recognises buildings as a distinct sector among the seven analysed in its 2007 Fourth Assessment Report. Global concerns have escalated regarding carbon emissions and sustainability in the built environment. The built environment is a human-made setting to accommodate human activities, including building and transport, which covers an interdisciplinary field addressing design, construction, operation and management. Specifically, Sustainable Buildings are expected to achieve high performance throughout the life-cycle of siting, design, construction, operation, maintenance and demolition, in the following areas: • energy and resource efficiency; • cost effectiveness; • minimisation of emissions that negatively impact global warming, indoor air quality and acid rain; • minimisation of waste discharges; and • maximisation of fulfilling the requirements of occupants’ health and wellbeing. Professionals in the built environment sector, for example, urban planners, architects, building scientists, engineers, facilities managers, performance assessors and policy makers, will play a significant role in delivering a sustainable built environment. Delivering a sustainable built environment needs an integrated approach and so it is essential for built environment professionals to have interdisciplinary knowledge in building design and management . Building and urban designers need to have a good understanding of the planning, design and management of the buildings in terms of low carbon and energy efficiency. There are a limited number of traditional engineers who know how to design environmental systems (services engineer) in great detail. Yet there is a very large market for technologists with multi-disciplinary skills who are able to identify the need for, envision and manage the deployment of a wide range of sustainable technologies, both passive (architectural) and active (engineering system),, and select the appropriate approach. Employers seek applicants with skills in analysis, decision-making/assessment, computer simulation and project implementation. An integrated approach is expected in practice, which encourages built environment professionals to think ‘out of the box’ and learn to analyse real problems using the most relevant approach, irrespective of discipline. The Design and Management of Sustainable Built Environment book aims to produce readers able to apply fundamental scientific research to solve real-world problems in the general area of sustainability in the built environment. The book contains twenty chapters covering climate change and sustainability, urban design and assessment (planning, travel systems, urban environment), urban management (drainage and waste), buildings (indoor environment, architectural design and renewable energy), simulation techniques (energy and airflow), management (end-user behaviour, facilities and information), assessment (materials and tools), procurement, and cases studies ( BRE Science Park). Chapters one and two present general global issues of climate change and sustainability in the built environment. Chapter one illustrates that applying the concepts of sustainability to the urban environment (buildings, infrastructure, transport) raises some key issues for tackling climate change, resource depletion and energy supply. Buildings, and the way we operate them, play a vital role in tackling global greenhouse gas emissions. Holistic thinking and an integrated approach in delivering a sustainable built environment is highlighted. Chapter two demonstrates the important role that buildings (their services and appliances) and building energy policies play in this area. Substantial investment is required to implement such policies, much of which will earn a good return. Chapters three and four discuss urban planning and transport. Chapter three stresses the importance of using modelling techniques at the early stage for strategic master-planning of a new development and a retrofit programme. A general framework for sustainable urban-scale master planning is introduced. This chapter also addressed the needs for the development of a more holistic and pragmatic view of how the built environment performs, , in order to produce tools to help design for a higher level of sustainability and, in particular, how people plan, design and use it. Chapter four discusses microcirculation, which is an emerging and challenging area which relates to changing travel behaviour in the quest for urban sustainability. The chapter outlines the main drivers for travel behaviour and choices, the workings of the transport system and its interaction with urban land use. It also covers the new approach to managing urban traffic to maximise economic, social and environmental benefits. Chapters five and six present topics related to urban microclimates including thermal and acoustic issues. Chapter five discusses urban microclimates and urban heat island, as well as the interrelationship of urban design (urban forms and textures) with energy consumption and urban thermal comfort. It introduces models that can be used to analyse microclimates for a careful and considered approach for planning sustainable cities. Chapter six discusses urban acoustics, focusing on urban noise evaluation and mitigation. Various prediction and simulation methods for sound propagation in micro-scale urban areas, as well as techniques for large scale urban noise-mapping, are presented. Chapters seven and eight discuss urban drainage and waste management. The growing demand for housing and commercial developments in the 21st century, as well as the environmental pressure caused by climate change, has increased the focus on sustainable urban drainage systems (SUDS). Chapter seven discusses the SUDS concept which is an integrated approach to surface water management. It takes into consideration quality, quantity and amenity aspects to provide a more pleasant habitat for people as well as increasing the biodiversity value of the local environment. Chapter eight discusses the main issues in urban waste management. It points out that population increases, land use pressures, technical and socio-economic influences have become inextricably interwoven and how ensuring a safe means of dealing with humanity’s waste becomes more challenging. Sustainable building design needs to consider healthy indoor environments, minimising energy for heating, cooling and lighting, and maximising the utilisation of renewable energy. Chapter nine considers how people respond to the physical environment and how that is used in the design of indoor environments. It considers environmental components such as thermal, acoustic, visual, air quality and vibration and their interaction and integration. Chapter ten introduces the concept of passive building design and its relevant strategies, including passive solar heating, shading, natural ventilation, daylighting and thermal mass, in order to minimise heating and cooling load as well as energy consumption for artificial lighting. Chapter eleven discusses the growing importance of integrating Renewable Energy Technologies (RETs) into buildings, the range of technologies currently available and what to consider during technology selection processes in order to minimise carbon emissions from burning fossil fuels. The chapter draws to a close by highlighting the issues concerning system design and the need for careful integration and management of RETs once installed; and for home owners and operators to understand the characteristics of the technology in their building. Computer simulation tools play a significant role in sustainable building design because, as the modern built environment design (building and systems) becomes more complex, it requires tools to assist in the design process. Chapter twelve gives an overview of the primary benefits and users of simulation programs, the role of simulation in the construction process and examines the validity and interpretation of simulation results. Chapter thirteen particularly focuses on the Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation method used for optimisation and performance assessment of technologies and solutions for sustainable building design and its application through a series of cases studies. People and building performance are intimately linked. A better understanding of occupants’ interaction with the indoor environment is essential to building energy and facilities management. Chapter fourteen focuses on the issue of occupant behaviour; principally, its impact, and the influence of building performance on them. Chapter fifteen explores the discipline of facilities management and the contribution that this emerging profession makes to securing sustainable building performance. The chapter highlights a much greater diversity of opportunities in sustainable building design that extends well into the operational life. Chapter sixteen reviews the concepts of modelling information flows and the use of Building Information Modelling (BIM), describing these techniques and how these aspects of information management can help drive sustainability. An explanation is offered concerning why information management is the key to ‘life-cycle’ thinking in sustainable building and construction. Measurement of building performance and sustainability is a key issue in delivering a sustainable built environment. Chapter seventeen identifies the means by which construction materials can be evaluated with respect to their sustainability. It identifies the key issues that impact the sustainability of construction materials and the methodologies commonly used to assess them. Chapter eighteen focuses on the topics of green building assessment, green building materials, sustainable construction and operation. Commonly-used assessment tools such as BRE Environmental Assessment Method (BREEAM), Leadership in Energy and Environmental Design ( LEED) and others are introduced. Chapter nineteen discusses sustainable procurement which is one of the areas to have naturally emerged from the overall sustainable development agenda. It aims to ensure that current use of resources does not compromise the ability of future generations to meet their own needs. Chapter twenty is a best-practice exemplar - the BRE Innovation Park which features a number of demonstration buildings that have been built to the UK Government’s Code for Sustainable Homes. It showcases the very latest innovative methods of construction, and cutting edge technology for sustainable buildings. In summary, Design and Management of Sustainable Built Environment book is the result of co-operation and dedication of individual chapter authors. We hope readers benefit from gaining a broad interdisciplinary knowledge of design and management in the built environment in the context of sustainability. We believe that the knowledge and insights of our academics and professional colleagues from different institutions and disciplines illuminate a way of delivering sustainable built environment through holistic integrated design and management approaches. Last, but not least, I would like to take this opportunity to thank all the chapter authors for their contribution. I would like to thank David Lim for his assistance in the editorial work and proofreading.