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 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.

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.   Z novimi metodami na področju

Glavni pomen predlaganega raziskovalnega programa za Slovenijo v originalnem prispevku k celovitemu raziskovanju in izobraževanju o okolju, to je v ustvarjanju najvišje usposobljenih kadrov na področju okoljskega zdravja in modeliranja in ocenjevanja sprememb v okolju/prostoru. Poleg tega bo razvojno naravnano raziskovanje dalo oporo za tehnološki, v daljnjo prihodnost orientiran razvoj slovenskega gospodarstva z iskanjem prihajajočih in uvajanjem najboljših razpoložljivih tehnologij. Skrb za okolje skupaj z oceno socialnih gibanj v prihodnosti ob vitalnem gospodarstvu predstavlja eno od treh ključnih komponent strategije razvoja sleherne razvite države. 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. Predstavljalo pa bo tudi pomemben prispevek k realnejšemu ocenjevanju tveganj in dejanskih vplivov onesnaževal na okolje in zdravje ljudi, kar je pomembno za načrtovanje in izvajanje smiselnega monitoringa. 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. Raziskave predstavljajo podlago za načrtovanje sanacijskih ukrepov v evtrofnih in potencialno ogroženih naravnih vodnih okoljih, jezerih, rekah, umetnih akumulacijah, morju in podzemni vodi. S tem bomo pripomogli k izboljšanju kvalitete voda v Sloveniji, kar je tudi ena od glavnih prioritet v EU in izpolnjevanje obveznosti v okviru slovenske in evropske zakonodaje (t.j. WFD). 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. Predlagani program zaobjame tematiko interdisciplinarno, zato pričakujemo, da bodo rezultati izsledkov prešli uporabnost institucionalnih mej in bodo vplivali na prihodnje izboljšave zakonodaje na nivoju EU. 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