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

"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 del kroženja snovi v okolju, določamo stanja oziroma izvajamo nadzor - monitoring. Snov, o kateri govorimo, je lahko naravno prisotna ali umetno vnešena v okolje. Če k tem aktivnostim dodamo "snovne bilance", pridemo do bolj inženirskih in tehnoloških vidikov analitike. "Modeliranje okoljskih procesov ter ocena tveganja" pa kot interdisciplinarni orodji prispevata k povezovanju naravoslovnih znanj s politiko okolja, vrednotenjem in družbenimi cilji. Cilj programa je doseči usposobljenost in kar največjo percepcijsko širino raziskovalcev pri spoznavanju in obravnavi okolja. To bo omogočilo njihovo učinkovito udeležbo pri iskanju najboljših smeri družbenega razvoja ter kakovosti življenja. Rezultati raziskav bodo uporabljeni kot podpora za večkriterijsko odločanje o posameznih (alternativnih) okoljsko-varstvenih ukrepih in pri kreiranju okoljske ter gospodarsko razvojne politike.

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 predlaganega 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. 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 smo prispevali k vrhunskim raziskavam v svetu. Raziskave odzivnosti naravnega vodnega kroga, biogeokemijskih ciklov in snovnih tokov hranil na antropogene vplive in naravnih okoljskih arhivov smo neposredno doprinesli 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. 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 je s pridobljenim znanjem v še večji meri kot do zdaj lahko integrirala v evropski in svetovni raziskovalni prostor. Z novimi metodami na področju izotopske geokemije smo določili izvore posameznih komponent (morski, kopenski, antropogeni), kar predstavlja novost ne samo v Sloveniji temveč tudi v svetovnem merilu. V okviru programske skupine smo povezali razvoj temeljnih raziskovalnih področij t.j. razvoj novih analiznih postopkov za določanje organskih onesnažil v vzorcih iz okolja in postopkov za spremljanje strukture mikrobnih združb v bioloških čistilnih napravah in preučevanje strupenosti. Predlagani interdisciplinarni pristop je povezal raziskave na področju kemije in biologije in doprinesel k celostnemu razumevanju vpliva organskih onesnažil na okolje. Poudarek raziskav s področja jedrske kemije je v zadnjih letih prav na razvoju metod za določitev nizkih vsebnosti naravnih in umetnih radionuklidov v hrani in pitni vodi ter na določanju sledov elementov v različnih vzorcih.

Strategija pametne specializacije navaja kot osnovni instrument za doseganje strateških ciljev spodbujanje konkurenčnosti, prilagodljivosti in inovativnosti celotne družbe, s čimer bo Slovenija dosegla večjo kakovost življenja in celovit človekov razvoj. Cilji predlaganega raziskovalnega programa so s Strategijo v celoti usklajeni, saj gradijo bazo temeljnega znanja za trajnostno gospodarjenjem z okoljem, prilagajanje okoljskim spremembam in upravljanje naravne dediščine. Tematika predlaganega programa se prav tako pokriva z eno izmed glavnih prioritet Evropske Unije, t.j. trajnostno upravljanje in gospodarjenje z naravnimi viri, okoljem in razvoj okoljskih tehnologij. Prav tako je pomembna za podporo izdelave in implementacije nacionalne in evropske zakonodaje na področju okolja in varovanja naravne dediščine. Izpostavljamo zlasti naslednja področja: 1 – Vzdržna raba vodnih virov: Slovenija je bogata z vodnim potencialom, fizične spremembe rečnih tokov pa odločilno posegajo v spremembe kroženja snovi, tudi nevarnih in toksičnih. Zato je za razvoj ekološke misli in splošnega prepričanja, da so vodni eksosistemi pomembni naravni energetski potenciali za državo, pomembno opozoriti, na osnovi relevantnih raziskav, na nevarnosti akumulacij, tako starih kot recentnih. Razumevanje prenosa snovi in akumulacije onesnaževal v vodnih organizmih v slovenskem vodnem okolju bo prispeval k kakovosti življenja nasploh. 2 - Nova orodja za nadzor kakovosti okolja: Z uporabo kemijskih, izotopskih in hidrogeokemijskih meritev bomo natančneje raziskali kroženje posameznih elementov in snovi v različnih medijih. 3 – Vrhunske speciacijske analize: Komplementarnost in dobro sodelovanje naše skupine, z vodilnimi mednarodnimi skupinami na področju speciacijske analize, v številnih mednarodnih projektih omogočata hitro medsebojno izmenjavo novih odkritij in njihovo integracijo v kompleksne, mednarodne, interdisciplinarne okoljske in biološke študije. 4 – Nova organska onesnažila: Prisotnost novih organskih onesnažil v vodah, je v zadnjem času pogosto predmet raziskav, tovrstne raziskave v Sloveniji pa so še vedno redke. 5 – Senzorske tehnologije: Pri razvoju sensorskih sistemov bomo sodelovali s vrhunskimi malimi in srednje velikimi podjetji ter mednarodnimi partnerji iz Norveške, Italije in Rusije. Interdisciplinarno in med-sektorsko raziskovalno okolje v katerega bodo vključeni mladi raziskovalci bo omogočilo enkratne priložnosti za prenos rezultatov bazičnih raziskav v prakso hkrati pa bo zagotovilo odlično podlago za razvoj kariere mladih raziskovalcev. Nadalje, tematika je časovno relevantna zaradi prioritet, ki jih postavlja okvirni program EU, ki se nanaša na okolje in klimatske spremembe, hkrati pa bo omogočil sodelovanje v EU konzorcijih. 6 - Radiokemija/radioekologija: Raziskave s področja določanja naravnih in umetnih radionuklidov alfa spektrometrije in nevtronska aktivacijska analiza se opravljajo v Sloveniji samo v tej raziskovalni skupini. 7 – Konkurenčnost laboratorija preko standardizacije in akreditacije: Vrhunski dosežki na področju analizne kemije okolja bodo temelj za vključitev v Evropske meroslovne projekte EMRP, kar bo omogočalo prenos znanja v slovenski meroslovni prostor. 8 – Varnost in sledljivost hrane: Meritve izotopske sestave vodika, ogljika, kisika in dušika v živilih z IRMS pri določanju avtentičnosti in geografskega porekla prehrambenih produktov, kot so mleko, rastlinski proizvodi, med itd. Z izdelavo baze podatkov izotopske sestave slovenskih vin in mleka bo mogoče zaščititi kakovost in pristnost (avtentičnost), zaščititi potrošnika in zaščititi dobro ime države proizvajalke. 9 – Izobraževanje: Raziskovalna skupina se je v preteklem obdobju izkazala kot uspešna v procesu izobraževanja diplomantov in mladih raziskovalcev. Izvajali ga bomo v sodelovanju s slovenskimi in tujimi univerzami ter zlasti Mednarodno podiplomsko šolo Jožefa Stefana.