Замърсяването на почвата с олово е максимално. Тежките метали са най-опасните елементи, които могат да замърсят почвата
Замърсяването на почвата с тежки метали има различни източници:
1. отпадъци от металообработващата промишленост;
2. промишлени емисии;
3. продукти от изгаряне на гориво;
4. автомобилни изгорели газове;
5. средства за химизация на селското стопанство.
Годишно металургичните предприятия отделят на повърхността на земята над 150 хиляди тона мед, 120 хиляди тона цинк, около 90 хиляди тона олово, 12 хиляди тона никел, 1,5 хиляди тона молибден, около 800 тона кобалт и около 30 тона живак. За 1 грам черна мед, отпадъците от медната индустрия съдържат 2,09 тона прах, който съдържа до 15% мед, 60% железен оксид и по 4% арсен, живак, цинк и олово. Отпадъците от машиностроенето и химическата промишленост съдържат до 1 хил. мг/кг олово, до 3 хил. мг/кг мед, до 10 хил. мг/кг хром и желязо, до 100 г/кг фосфор и до до 10 g/kg манган и никел. В Силезия около цинковите заводи се натрупват сметища, съдържащи цинк от 2 до 12% и олово от 0,5 до 3%, а в САЩ се експлоатират руди със съдържание на цинк 1,8%.
Повече от 250 хиляди тона олово годишно достигат повърхността на почвата с изгорелите газове; той е основен замърсител на почвата с олово.
Тежките метали попадат в почвата заедно с торовете, които ги съдържат като примес, както и с биоцидите.
Л. Г. Бондарев (1976) изчислява възможното доставяне на тежки метали на повърхността на почвата в резултат на човешката производствена дейност с пълното изчерпване на запасите от руда, при изгарянето на съществуващите запаси от въглища и торф и ги сравнява с възможните запаси на метали, натрупани в хумосферата до момента. Получената картина ни позволява да добием представа за промените, които човек може да причини в рамките на 500-1000 години, за които изследваните минерали ще бъдат достатъчни.
Възможно навлизане на метали в биосферата при изчерпване на надеждни запаси от руди, въглища, торф, милиони тона
|
Общо техногенно отделяне на метали |
Съдържа се в хумосферата |
Съотношението на емисиите, причинени от човека, към съдържанието в хумосферата |
|
Съотношението на тези количества ни позволява да предвидим мащаба на въздействието на човешката дейност върху околната среда, предимно върху почвената покривка.
Техногенното навлизане на металите в почвата и тяхното фиксиране в хумусни хоризонти в почвения профил като цяло не може да бъде равномерно. Нейната неравномерност и контраст е свързана преди всичко с гъстотата на населението. Ако приемем тази връзка за пропорционална, тогава 37,3% от всички метали ще бъдат разпръснати само в 2% от обитаемата земна маса.
Разпределението на тежките метали върху почвената повърхност се определя от много фактори. Зависи от характеристиките на източниците на замърсяване, метеорологичните характеристики на района, геохимичните фактори и ландшафтната ситуация като цяло.
Източникът на замърсяване обикновено определя качеството и количеството на изхвърления продукт. Освен това степента на дисперсията му зависи от височината на излъчването. Зоната на максимално замърсяване се простира на разстояние, равно на 10-40 пъти височината на тръбата за високи и горещи емисии, 5-20 пъти височината на тръбата за ниски промишлени емисии. Продължителността на присъствието на емисионните частици в атмосферата зависи от тяхната маса и физикохимични свойства. Колкото по-тежки са частиците, толкова по-бързо се утаяват.
Неравномерността на техногенното разпределение на металите се утежнява от разнородността на геохимичната ситуация в природните ландшафти. В тази връзка, за да се предвиди възможно замърсяване с продукти на техногенезата и да се предотвратят нежеланите последици от човешката дейност, е необходимо да се разберат законите на геохимията, законите на миграцията на химични елементи в различни природни ландшафти или геохимични условия.
Химичните елементи и техните съединения, влизащи в почвата, претърпяват редица трансформации, разсейват се или се натрупват в зависимост от характера на геохимичните бариери, присъщи на дадена територия. Концепцията за геохимичните бариери е формулирана от А. И. Перелман (1961) като области на зоната на хипергенеза, в които промените в условията на миграция водят до натрупване на химични елементи. Класификацията на бариерите се основава на видовете миграция на елементи. На тази основа А. И. Перелман идентифицира четири вида и няколко класа геохимични бариери:
1. бариери - за всички елементи, които са биогеохимично преразпределени и сортирани от живите организми (кислород, въглерод, водород, калций, калий, азот, силиций, манган и др.);
2. физични и химични бариери:
1) окислителни - желязо или фероманган (желязо, манган), манган (манган), сяра (сяра);
2) редуциращи – сулфидни (желязо, цинк, никел, мед, кобалт, олово, арсен и др.), глей (ванадий, мед, сребро, селен);
3) сулфат (барий, калций, стронций);
4) алкални (желязо, калций, магнезий, мед, стронций, никел и др.);
5) кисели (силициев оксид);
6) изпарителни (калций, натрий, магнезий, сяра, флуор и др.);
7) адсорбция (калций, калий, магнезий, фосфор, сяра, олово и др.);
8) термодинамични (калций, сяра).
3. механични бариери (желязо, титан, хром, никел и др.);
4. създадени от човека бариери.
Геохимичните бариери не съществуват изолирано, а в комбинация помежду си, образувайки сложни комплекси. Те регулират елементния състав на потоците от вещества, от тях до голяма степен зависи функционирането на екосистемите.
Продуктите на техногенезата, в зависимост от тяхната природа и ландшафтната ситуация, в която се намират, могат или да бъдат преработени от естествени процеси и да не причиняват значителни промени в природата, или да бъдат запазени и натрупани, оказвайки вредно въздействие върху всички живи същества.
И двата процеса се определят от редица фактори, анализът на които позволява да се прецени нивото на биохимична стабилност на ландшафта и да се предвиди естеството на техните промени в природата под влияние на техногенезата. В автономните ландшафти се развиват процеси на самопречистване от техногенно замърсяване, тъй като продуктите на техногенезата се разпръскват от повърхностни и подпочвени води. В акумулативните ландшафти се натрупват и запазват продуктите на техногенезата.
|
Промишлени отпадъчни води, kg/l |
Почва, mg/kg |
Растения, mg/kg |
Питейна вода, mg/l |
Въздух, mg/m3 |
MPC в човешка кръв, mg/l |
|
* На магистрали, в зависимост от интензивността на трафика и разстоянието до магистралата
Нарастващото внимание към опазването на околната среда породи особен интерес към въздействието на тежките метали върху почвата.
От историческа гледна точка интересът към този проблем възниква с изучаването на плодородието на почвата, тъй като елементи като желязо, манган, мед, цинк, молибден и вероятно кобалт са много важни за живота на растенията и следователно за животните и хората.
Известни са още като микроелементи, защото са необходими на растенията в малки количества. Групата на микроелементите също включва метали, чието съдържание в почвата е доста високо, например желязото, което е част от повечето почви и се нарежда на четвърто място в състава на земната кора (5%) след кислорода (46,6%) , силиций (27,7 %) и алуминий (8,1 %).
Всички микроелементи могат да имат отрицателен ефект върху растенията, ако концентрацията на наличните им форми надвишава определени граници. Някои тежки метали, като живак, олово и кадмий, които изглеждат малко важни за растенията и животните, са опасни за човешкото здраве дори при ниски концентрации.
Изгорели газове от превозни средства, извозване до терени или пречиствателни станции, напояване с отпадъчни води, отпадъци, остатъци и емисии от работата на мини и промишлени обекти, прилагане на фосфорни и органични торове, използване на пестициди и др. води до повишаване на концентрацията на тежки метали в почвата.
Докато тежките метали са здраво свързани със съставките на почвата и са трудно достъпни, тяхното отрицателно въздействие върху почвата и околната среда ще бъде незначително. Но ако почвените условия позволяват тежки метали да преминат в почвения разтвор, съществува пряка опасност от замърсяване на почвата, както и възможност за проникването им в растенията, както и в тялото на хората и животните, които консумират тези растения. В допълнение, тежките метали могат да бъдат замърсители на растенията и водните тела в резултат на използването на утайки от отпадъчни води. Опасността от замърсяване на почвата и растенията зависи от: вида на растението; форми на химични съединения в почвата; наличието на елементи, противодействащи на влиянието на тежки метали и вещества, които образуват комплексни съединения с тях; от процеси на адсорбция и десорбция; количеството налични форми на тези метали в почвата и почвено-климатичните условия. Следователно отрицателното въздействие на тежките метали зависи основно от тяхната мобилност, т.е. разтворимост.
Тежките метали се характеризират главно с променлива валентност, ниска разтворимост на техните хидроксиди, висока способност за образуване на комплексни съединения и, естествено, катионна способност.
Факторите, които допринасят за задържането на тежки метали от почвата, включват: обменна адсорбция на повърхността на глини и хумус, образуване на комплексни съединения с хумус, повърхностна адсорбция и оклузия (способности за разтваряне или абсорбиране на газове от разтопени или твърди метали) от хидратирани оксиди на алуминий, желязо, манган и др., както и образуването на неразтворими съединения, особено по време на редукция.
Тежките метали в почвения разтвор се намират както в йонна, така и в свързана форма, които са в определено равновесие (фиг. 1).
На фигурата L r са разтворими лиганди, които са органични киселини с ниско молекулно тегло, а L n са неразтворими. Реакцията на метали (М) с хуминови вещества частично включва йонен обмен.
Разбира се, в почвата може да има други форми на метали, които не участват пряко в това равновесие, например метали от кристалната решетка на първични и вторични минерали, както и метали от живи организми и техните мъртви останки.
Наблюдаването на промените в тежките метали в почвата е невъзможно без познаване на факторите, които определят тяхната мобилност. Процесите на задържане на движение, които определят поведението на тежките метали в почвата, не се различават много от процесите, които определят поведението на други катиони. Въпреки че тежките метали понякога се срещат в почвите в ниски концентрации, те образуват стабилни комплекси с органични съединения и влизат в специфични адсорбционни реакции по-лесно от алкалните и алкалоземните метали.
Миграцията на тежки метали в почвите може да се осъществи в течност и суспензия с помощта на корените на растенията или почвените микроорганизми. Миграцията на разтворимите съединения става заедно с почвения разтвор (дифузия) или чрез движение на самата течност. Излужването на глини и органични вещества води до миграция на всички свързани метали. Миграцията на летливи вещества в газообразна форма, като диметил живак, е произволна и този начин на движение не е особено важен. Миграцията в твърдата фаза и проникването в кристалната решетка е по-скоро свързващ механизъм, отколкото движение.
Тежките метали могат да бъдат въведени или адсорбирани от микроорганизми, които от своя страна могат да участват в миграцията на съответните метали.
Земните червеи и други организми могат да улеснят миграцията на тежки метали чрез механични или биологични средства чрез разбъркване на почвата или включване на метали в техните тъкани.
От всички видове миграция най-важна е миграцията в течната фаза, тъй като повечето метали влизат в почвата в разтворима форма или под формата на водна суспензия и практически всички взаимодействия между тежките метали и течните съставки на почвата се случват на границата на течната и твърдата фаза.
Тежките метали в почвата навлизат в растенията през трофичната верига и след това се консумират от животни и хора. Различни биологични бариери участват в цикъла на тежките метали, което води до селективно биоакумулиране, което предпазва живите организми от излишък на тези елементи. Действието на биологичните бариери обаче е ограничено и най-често тежките метали се концентрират в почвата. Устойчивостта на почвите на замърсяване от тях варира в зависимост от буферния капацитет.
Почвите с висок адсорбционен капацитет, съответно и високо съдържание на глини, както и органични вещества, могат да задържат тези елементи, особено в горните хоризонти. Това е характерно за карбонатни почви и почви с неутрална реакция. В тези почви количеството токсични съединения, които могат да бъдат измити в подземните води и абсорбирани от растенията, е много по-малко, отколкото в песъчливите кисели почви. Съществува обаче голям риск от повишаване на концентрацията на елементите до токсични нива, което причинява дисбаланс на физичните, химичните и биологичните процеси в почвата. Тежките метали, задържани от органичните и колоидните части на почвата, значително ограничават биологичната активност и инхибират процесите на итрификация, които са важни за почвеното плодородие.
Пясъчните почви, които се характеризират с ниска абсорбционна способност, подобно на киселите почви, много слабо задържат тежки метали, с изключение на молибден и селен. Поради това те лесно се адсорбират от растенията, а някои от тях дори в много малки концентрации имат токсично действие.
Съдържанието на цинк в почвата варира от 10 до 800 mg/kg, но най-често е 30-50 mg/kg. Натрупването на излишни количества цинк се отразява негативно на повечето процеси в почвата: причинява промени във физичните и физикохимичните свойства на почвата и намалява биологичната активност. Цинкът потиска жизнената активност на микроорганизмите, в резултат на което се нарушават процесите на образуване на органични вещества в почвите. Излишъкът от цинк в почвата затруднява ферментацията, разграждането на целулозата, дишането и действието на уреазата.
Тежките метали, постъпващи от почвата в растенията и предавани по хранителните вериги, имат токсичен ефект върху растенията, животните и хората.
Сред най-токсичните елементи, на първо място, трябва да се спомене живакът, който представлява най-голямата опасност под формата на силно токсично съединение - метилживак. Живакът навлиза в атмосферата, когато се изгарят въглища и когато водата се изпарява от замърсени водни тела. Може да се пренася с въздушни маси и да се отлага върху почви в определени райони. Проучванията показват, че живакът се сорбира добре в горните сантиметри на хумусно-акумулативния хоризонт на различни видове почви с глинест механичен състав. Неговата миграция по профила и измиването извън почвения профил в такива почви е незначително. Но в почви с лек механичен състав, кисели и бедни на хумус, процесите на миграция на живак се засилват. В такива почви протича и процесът на изпаряване на органични живачни съединения, които имат летливи свойства.
При добавяне на живак към песъчливи, глинести и торфени почви в размер на 200 и 100 kg/ha реколтата върху песъчлива почва беше напълно унищожена, независимо от нивото на варуване. На торфена почва добивът е намалял. На глинеста почва намаление на добива се наблюдава само при ниска доза вар.
Оловото също има способността да се предава по хранителните вериги, натрупвайки се в тъканите на растения, животни и хора. Доза олово, равна на 100 mg/kg сухо тегло на фуража, се счита за смъртоносна за животните.
Оловният прах се утаява върху повърхността на почвата, адсорбира се от органични вещества, движи се по профила с почвени разтвори, но се изнася извън почвения профил в малки количества.
Поради миграционни процеси при киселинни условия се образуват техногенни оловни аномалии в почви на дължина над 100 м. Оловото от почвите навлиза в растенията и се натрупва в тях. В зърното на пшеницата и ечемика количеството му е 5-8 пъти по-високо от фоновото съдържание, в върховете и картофите - над 20 пъти, в клубените - над 26 пъти.
Кадмият, подобно на ванадия и цинка, се натрупва в хумусния слой на почвата. Характерът на неговото разпространение в почвения профил и ландшафт очевидно има много общо с други метали, по-специално с характера на разпространение на оловото.
Кадмият обаче е по-слабо фиксиран в почвения профил от оловото. Максималната адсорбция на кадмий е характерна за неутрални и алкални почви с високо съдържание на хумус и висока абсорбционна способност. Съдържанието му в оподзолените почви може да варира от стотни до 1 mg/kg, в черноземите - до 15-30, а в червените почви - до 60 mg/kg.
Много почвени безгръбначни концентрират кадмий в телата си. Кадмият се усвоява от земните червеи, мокриците и охлювите 10-15 пъти по-активно от оловото и цинка. Кадмият е токсичен за селскостопанските растения и дори ако високите концентрации на кадмий нямат забележим ефект върху добива на селскостопански култури, неговата токсичност влияе върху качеството на продуктите, тъй като съдържанието на кадмий в растенията се увеличава.
Арсенът навлиза в почвата с продуктите от изгарянето на въглища, с отпадъци от металургичната промишленост и от предприятията за производство на торове. Арсенът се задържа най-здраво в почви, съдържащи активни форми на желязо, алуминий и калций. Токсичността на арсена в почвите е известна на всички. Замърсяването на почвата с арсен причинява например смъртта на земните червеи. Фоновото съдържание на арсен в почвите е стотни от милиграм на килограм почва.
Флуорът и неговите съединения се използват широко в ядрената, нефтената, химическата и други индустрии. Той навлиза в почвата с емисии от металургични предприятия, по-специално от заводи за топене на алуминий, както и като добавка при прилагане на суперфосфат и някои други инсектициди.
Замърсявайки почвата, флуорът причинява намаляване на добива не само поради директния си токсичен ефект, но и чрез промяна на съотношението на хранителните вещества в почвата. Най-голяма адсорбция на флуор има в почви с добре развит почвен абсорбционен комплекс. Разтворимите флуорни съединения се движат по протежение на почвения профил с низходящия поток на почвените разтвори и могат да навлязат в подпочвените води. Замърсяването на почвата с флуорни съединения разрушава структурата на почвата и намалява нейната пропускливост.
Цинкът и медта са по-малко токсични от горепосочените тежки метали, но техните прекомерни количества в отпадъците от металургичната промишленост замърсяват почвата и потискат растежа на микроорганизмите, намаляват ензимната активност на почвите и намаляват добивите от растения.
Трябва да се отбележи, че токсичността на тежките метали се увеличава, когато те действат заедно върху живите организми в почвата. Комбинираният ефект на цинк и кадмий има няколко пъти по-силен инхибиторен ефект върху микроорганизмите, отколкото при същата концентрация на всеки елемент поотделно.
Тъй като тежките метали обикновено се срещат в различни комбинации както в продуктите от изгаряне на гориво, така и в емисиите от металургичната промишленост, тяхното въздействие върху природата около източниците на замърсяване е по-силно от очакваното въз основа на концентрацията на отделните елементи.
В близост до предприятията естествените фитоценози на предприятията стават по-еднородни по видов състав, тъй като много видове не могат да издържат на повишени концентрации на тежки метали в почвата. Броят на видовете може да бъде намален до 2-3, а понякога и до образуване на моноценози.
В горските фитоценози на замърсяване първи реагират лишеите и мъховете. Дървовидният слой е най-стабилен. Въпреки това, продължително излагане или излагане с висок интензитет причинява сухоустойчиви явления в него.
Почвата е повърхността на земята, която има свойства, характеризиращи както живата, така и неживата природа.
Почвата е показател за общ.Замърсяването навлиза в почвата с валежите и повърхностните отпадъци. Те също се въвеждат в почвения слой от почвените скали и подпочвените води.
Към групата на тежките метали спадат всички, чиято плътност надвишава тази на желязото. Парадоксът на тези елементи е, че в определени количества те са необходими за осигуряване на нормалното функциониране на растенията и организмите.
Но излишъкът им може да доведе до сериозни заболявания и дори смърт. Хранителният цикъл кара вредни съединения да навлизат в човешкото тяло и често причиняват голяма вреда на здравето.
Източници на замърсяване с тежки метали са: Има метод, по който се изчислява допустимото съдържание на метал. В този случай се взема предвид общата стойност на няколко метала Zc.
- приемливо;
- умерено опасен;
- силно опасен;
- изключително опасно.
Опазването на почвата е много важно. Постоянният контрол и наблюдение не позволява отглеждане на селскостопанска продукция и паша на добитък в замърсени земи.
Тежки метали замърсяват почвата
Има три класа на опасност от тежки метали. Световната здравна организация счита за най-опасни замърсявания с олово, живак и кадмий.Но високите концентрации на други елементи са не по-малко вредни.
живак
Замърсяването на почвата с живак става чрез проникване на пестициди, различни битови отпадъци, като луминесцентни лампи и елементи от повредени измервателни уреди.
Според официалните данни годишната емисия на живак е повече от пет хиляди тона. Живакът може да попадне в човешкото тяло от замърсена почва.
Ако това се случва редовно, може да настъпи тежка дисфункция на много органи, включително нервната система.
Ако не се лекува правилно, може да настъпи смърт.
Водя
Оловото е много опасно за хората и всички живи организми.
Той е изключително токсичен. Когато се добива един тон олово, в околната среда попадат двадесет и пет килограма. Големи количества олово навлизат в почвата чрез изгорелите газове. 
Зоната на замърсяване на почвата по трасетата е над двеста метра наоколо. Попаднало в почвата, оловото се абсорбира от растенията, които се консумират от хора и животни, включително добитък, чието месо също присъства в менюто ни. Излишното олово засяга централната нервна система, мозъка, черния дроб и бъбреците.Той е опасен поради канцерогенния и мутагенен ефект.
Кадмий
Замърсяването на почвата с кадмий е огромна опасност за човешкото тяло. При поглъщане причинява деформация на скелета, забавяне на растежа при децата и силна болка в гърба.
Мед и цинк
Високата концентрация на тези елементи в почвата води до забавяне на растежа на растенията и влошаване на плододаването, което в крайна сметка води до рязко намаляване на добива. Човек изпитва промени в мозъка, черния дроб и панкреаса.
Молибден
Излишъкът от молибден причинява подагра и увреждане на нервната система.
Опасността от тежките метали е, че те се отделят лошо от тялото и се натрупват в него. Те могат да образуват много токсични съединения, лесно преминават от една среда в друга и не се разлагат. В същото време те причиняват тежки заболявания, често водещи до необратими последици.Антимон
Присъства в някои руди.
Той е част от сплави, използвани в различни промишлени области.
Излишъкът му причинява тежки хранителни разстройства.
Арсен
Основният източник на замърсяване на почвата с арсен са веществата, използвани за борба с вредителите по селскостопанските растения, например хербициди и инсектициди. Арсенът е натрупваща се отрова, която причинява хронични. Неговите съединения провокират заболявания на нервната система, мозъка и кожата.
Манган
В почвата и растенията се наблюдава високо съдържание на този елемент. 
Когато допълнително количество манган навлезе в почвата, той бързо създава опасен излишък. Това засяга човешкото тяло под формата на разрушаване на нервната система.
Излишъкът от други тежки елементи е не по-малко опасен.
От горното можем да заключим, че натрупването на тежки метали в почвата води до сериозни последици за човешкото здраве и околната среда като цяло.
Основни методи за борба със замърсяването на почвата с тежки метали
Методите за борба със замърсяването на почвата с тежки метали могат да бъдат физични, химични и биологични. Сред тях са следните методи:
- Повишаването на киселинността на почвата увеличава възможността.Затова добавянето на органична материя и глина и варуването помагат до известна степен в борбата срещу замърсяването.
- Засяването, косенето и премахването на някои растения, като детелина, от повърхността на почвата значително намалява концентрацията на тежки метали в почвата. Освен това този метод е напълно екологичен.
- Детоксикация на подземни води, тяхното изпомпване и пречистване.
- Прогноза и елиминиране на миграцията на разтворимата форма на тежките метали.
- В някои особено тежки случаи е необходимо да се премахне напълно почвения слой и да се замени с нов.
Най-опасният от всички изброени метали е оловото. Има способността да се натрупва и да атакува човешкото тяло. Живакът не е опасен, ако попадне в човешкото тяло веднъж или няколко пъти, особено опасни са само живачните пари. Вярвам, че индустриалните предприятия трябва да използват по-напреднали производствени технологии, които не са толкова разрушителни за всички живи същества. Не само един човек, а масата трябва да мисли, тогава ще стигнем до добър резултат.
ФЕДЕРАЛНА АГЕНЦИЯ ПО ОБРАЗОВАНИЕТО ДЪРЖАВНА ОБРАЗОВАТЕЛНА ИНСТИТУЦИЯ
ВИСШЕ ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ "ВОРОНЕЖКИ ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ"
ЗАМЪРСЯВАНЕ НА ПОЧВАТА С ТЕЖКИ МЕТАЛИ. МЕТОДИ ЗА КОНТРОЛ И РЕГУЛИРАНЕ НА ЗАМЪРСЕНИТЕ ПОЧВИ
Учебно-методическо ръководство за ВУЗ
Съставител: H.A. Ювеликян, Д.И. Щеглов, Н.С. Горбунова
Издателски и печатарски център на Воронежския държавен университет
Приет от научно-методическия съвет на Биолого-почвения факултет на 4 юли 2009 г., протокол № 10
Рецензент д-р биол. науки, проф. Ел Ей Яблонских
Учебно-методическото ръководство е изготвено в катедрата по почвознание и управление на земните ресурси на Факултета по биология и почвознание на Воронежския държавен университет.
За специалност 020701 – Почвознание
Обща информация за замърсяването ............................................. ................................................... | |
Концепцията за причинени от човека аномалии..................................... ............................................................ | |
Замърсяване на почвата с тежки метали ............................................. ............................................. | |
Миграция на тежки метали в почвения профил..................................... .......... | |
Концепцията за екологичен мониторинг на почвата..................................... ................ | |
Показатели за състоянието на почвата, определени при мониторинга им.................................. | |
Екологично стандартизиране на качеството на замърсените почви.................................. | |
Общи изисквания за класификация на почви, податливи на замърсяване...... | |
Литература................................................. ................................................. ......... |
ОБЩА ИНФОРМАЦИЯ ЗА ЗАМЪРСЯВАНЕТО
Замърсители
– това са вещества с антропогенен произход, които попадат в околната среда в количества, надвишаващи естественото ниво на техния прием. Замърсяване на почвата– вид антропогенна деградация, при която съдържанието на химикали в почвите, подложени на антропогенно въздействие, надвишава естественото регионално фоново ниво. Превишаването на съдържанието на определени химикали в човешката среда (в сравнение с естествените нива) поради пристигането им от антропогенни източници представлява опасност за околната среда.Използването на химикали от човека в икономическите дейности и участието им в цикъла на антропогенни трансформации в околната среда непрекъснато нараства. Характеристика на интензивността на извличане и използване на химични елементи е технофилността - съотношението на годишното извличане или производство на елемент в тонове към неговия кларк в литосферата (A.I. Perelman, 1999). Високата технофилност е характерна за най-активно използваните от хората елементи, особено тези, чието естествено ниво в литосферата е ниско. Високите нива на технофилност са характерни за такива метали като Bi, Hg, Sb, Pb, Cu, Se, Ag, As, Mo, Sn, Cr, Zn, търсенето на които е голямо в различни видове производство. Когато съдържанието на тези елементи в скалите е ниско (10–2–10–6%), извличането им е значително. Това води до извличане от дълбините на земята на колосални количества руди, съдържащи тези елементи, и последващото им глобално разпръскване в околната среда.
В допълнение към технофилните са предложени и други количествени характеристики на техногенезата. Така съотношението на технофилността на даден елемент към неговата биофилност (биофилността е кларковата концентрация на химични елементи в живата материя) M.A. Глазовская на име разрушителна дейност на елементите на техногенезата. Разрушителната активност на елементите на техногенезата характеризира степента на опасност на елементите за живите организми. Друга количествена характеристика на антропогенното участие на химичните елементи в техните глобални цикли на планетата е мобилизационен факторили фактор на техногенно обогатяване, което се изчислява като съотношение на техногенния поток на химичния елемент към неговия естествен поток. Нивото на коефициента на техногенно обогатяване, както и технофилността на елементите, е не само показател за тяхната мобилизация от литосферата в земната природна среда, но и отражение на нивото на емисиите на химични елементи с промишлени отпадъци в околната среда .
КОНЦЕПЦИЯТА ЗА ТЕХНОГЕННИ АНОМАЛИИ
Геохимична аномалия- участък от земната кора (или повърхността на земята), характеризиращ се със значително повишени концентрации на всякакви химични елементи или техните съединения в сравнение с фоновите стойности и естествено разположен спрямо натрупвания на минерали. Идентифицирането на причинени от човека аномалии е една от най-важните екологични и геохимични задачи при оценката на състоянието на околната среда. Аномалиите се образуват в компонентите на ландшафта в резултат на доставката на различни вещества от техногенни източници и представляват определен обем, в рамките на който стойностите на аномалните концентрации на елементи са по-големи от фоновите стойности. Според разпространението на A.I. Перелман и Н.С. Касимов (1999) разграничава следните причинени от човека аномалии:
1) глобален – обхващащ цялото земно кълбо (например увеличен
2) регионални - образувани в определени части на континенти, природни зони и региони в резултат на използването на пестициди, минерални торове, подкисляване на атмосферните валежи с емисии на серни съединения и др.;
3) локални - образуват се в атмосферата, почвите, водите, растенията около местни техногенни източници: заводи, мини и др.
Според средата на образуване, причинените от човека аномалии се разделят:
1) към литохимични (в почви, скали);
2) хидрогеохимичен (във води);
3) атмосферни геохимични (в атмосферата, сняг);
4) биохимичен (в организмите).
Според продължителността на източника на замърсяване те се разделят:
– за краткосрочни (аварийни емисии и др.);
– средносрочен (с прекратяване на въздействието, например прекратяване на разработването на минерални находища);
– дългосрочно стационарни (аномалии на фабрики, градове, селскостопански пейзажи, например KMA, Norilsk Nickel).
Когато се оценяват причинените от човека аномалии, фоновите зони се избират далеч от изкуствени източници на замърсители, обикновено на повече от 30–50 km. Един от критериите за аномалия е коефициентът на техногенна концентрация или аномалия Kc, който е отношението на съдържанието на даден елемент в разглеждания аномален обект към неговото фоново съдържание в компонентите на ландшафта.
За оценка на въздействието на количеството на замърсителите, постъпващи в тялото, се използват и хигиенни стандарти за замърсяване - пред-
отделно допустими концентрации. Това е максималното съдържание на вредно вещество в природен обект или продукт (вода, въздух, почва, храна), което не засяга здравето на хората или други организми.
Замърсителите са разделени на класове според тяхната опасност (GOST
17.4.1.0283): Клас I (силно опасен) – As, Cd, Hg, Se, Pb, F, бензо(а)пирен, Zn; Клас II (умерено опасен) – B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; Клас III (ниска опасност) – Ba, V, W, Mn, Sr, ацетофенон.
ЗАМЪРСЯВАНЕ НА ПОЧВАТА С ТЕЖКИ МЕТАЛИ
Тежките метали (ТМ) вече заемат второ място по отношение на опасността, след пестицидите и значително пред такива добре познати замърсители като въглероден диоксид и сяра. В бъдеще те могат да станат по-опасни от отпадъците от атомни електроцентрали и твърдите отпадъци. Замърсяването с тежки метали е свързано с широкото им използване в индустриалното производство. Поради несъвършените системи за пречистване, тежките метали навлизат в околната среда, включително в почвата, замърсявайки я и я отравяйки. ТМ са специфични замърсители, чийто мониторинг е задължителен във всички среди.
Почвата е основната среда, в която навлизат тежки метали, включително от атмосферата и водната среда. Той също така служи като източник на вторично замърсяване на повърхностния въздух и водите, които се вливат от него в Световния океан. От почвата ТМ се абсорбират от растенията, които след това попадат в храната.
Терминът „тежки метали“, който характеризира широка група замърсители, напоследък придоби значителна популярност. В различни научни и приложни трудове авторите тълкуват различно значението на това понятие. В това отношение количеството елементи, класифицирани като тежки метали, варира в широки граници. Като критерии за членство се използват множество характеристики: атомна маса, плътност, токсичност, разпространение в естествената среда, степен на участие в природни и създадени от човека цикли.
В трудове, посветени на проблемите на замърсяването на околната среда и мониторинга на околната среда, днес повече от 40 елемента от периодичната таблица на D.I. са класифицирани като тежки метали. Менделеев с атомна маса над 40 атомни единици: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. Според класификацията на Н. Раймерс ( 1990),
Металите с плътност над 8 g/cm3 трябва да се считат за тежки. В този случай следните условия играят важна роля при категоризирането на тежките метали: високата им токсичност за живите организми в относително ниски концентрации, както и способността за биоакумулиране и биоусилване. Почти всички метали, попадащи в това определение
nie (с изключение на олово, живак, кадмий и бисмут, чиято биологична роля в момента е неясна), участват активно в биологични процеси и са част от много ензими.
Най-мощните доставчици на отпадъци, обогатени с метали, са предприятията за топене на цветни метали (алуминий, алуминий, медно-цинкови, оловни, никелови, титаново-магнезиеви, живак и др.), както и за преработка от цветни метали (радиотехника, електротехника, приборостроене, галванични и др.).
В праха на металургичната промишленост и заводите за преработка на руда концентрацията на Pb, Zn, Bi, Sn може да се увеличи с няколко порядъка (до 10–12) в сравнение с литосферата, концентрацията на Cd, V, Sb - десетки хиляди пъти, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag - стотици пъти. Отпадъците от предприятията на цветната металургия, бояджийската и лаковата промишленост и стоманобетонните конструкции са обогатени с живак. Концентрациите на W, Cd и Pb са повишени в праха на машиностроителните предприятия (табл. 1).
Под въздействието на емисиите, обогатени с метали, се формират зони на замърсяване на ландшафта предимно на регионално и локално ниво. Влиянието на енергийните предприятия върху замърсяването на околната среда не се дължи на концентрацията на метали в отпадъците, а на огромното им количество. Масата на отпадъците, например в индустриалните центрове, надвишава общото количество, идващо от всички други източници на замърсяване. Значително количество Pb се отделя в околната среда с отработените газове на превозните средства, което надвишава приема му с отпадъци от металургични предприятия.
Обработваемите почви са замърсени от елементи като Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, които влизат в почвата като част от пестициди, биоциди, стимуланти на растежа на растенията и структурообразуватели. Нетрадиционните торове, произведени от различни отпадъци, често съдържат широк спектър от замърсители във високи концентрации. Сред традиционните минерални торове фосфорните съдържат примеси Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd (Гапонюк, 1985).
Разпределението на металите, изпуснати в атмосферата от техногенни източници в ландшафта, се определя от разстоянието от източника на замърсяване, климатичните условия (сила и посока на ветровете), терена, технологичните фактори (състояние на отпадъците, начин на постъпване на отпадъците в околната среда , височина на тръбите на предприятието).
Разсейването на тежките метали зависи от височината на източника на емисии в атмосферата. Според изчисленията на M.E. Berland (1975), при високи комини се създава значителна концентрация на емисии в повърхностния слой на атмосферата на разстояние 10–40 височини на комините. Около такива източници на замърсяване има 6 зони (Таблица 2). Зоната на влияние на отделни промишлени предприятия на прилежащата територия може да достигне 1000 km2.
таблица 2
Зони на замърсяване на почвата около точкови източници на замърсяване
Разстояние от | Излишно съдържание |
|||
източник за | ТМ съотношения по отношение на |
|||
мръсотия в км | на заден план |
|||
Зона за сигурност на предприятието | ||||
Зоните на замърсяване на почвата и техният размер са тясно свързани с векторите на преобладаващите ветрове. Релефът, растителността и градските сгради могат да променят посоката и скоростта на движение на повърхностния слой въздух. Подобно на зоните на замърсяване на почвата, могат да се идентифицират и зони на замърсяване на растителността.
МИГРАЦИЯ НА ТЕЖКИ МЕТАЛИ В ПОЧВЕНИЯ ПРОФИЛ
Натрупването на основната част от замърсителите се наблюдава главно в хумусно-акумулативния почвен хоризонт, където те се свързват от алумосиликати, несиликатни минерали и органични вещества поради различни реакции на взаимодействие. Съставът и количеството на елементите, задържани в почвата, зависят от съдържанието и състава на хумуса, киселинно-основните и окислително-възстановителните условия, сорбционния капацитет и интензивността на биологичното усвояване. Някои тежки метали се задържат здраво от тези компоненти и не само не участват в миграцията по почвения профил, но и не представляват опасност
за живите организми. Отрицателните екологични последици от замърсяването на почвата са свързани с подвижните метални съединения.
IN в рамките на почвения профил техногенният поток от вещества среща редицапочвено-геохимични бариери. Те включват карбонатни, гипсови и илувиални хоризонти (илувиално-желязо-хумусни). Някои силно токсични елементи могат да се трансформират в съединения, които са трудни за достъп за растенията; други елементи, подвижни в дадена почвено-геохимична среда, могат да мигрират в почвения стълб, представлявайки потенциална опасност за биотата. Подвижността на елементите до голяма степен зависи от киселинно-базовите и окислително-възстановителните условия в почвите. В неутралните почви съединенията на Zn, V, As и Se са подвижни и могат да бъдат излужени по време на сезонно овлажняване на почвата.
Натрупването на подвижни съединения на елементи, които са особено опасни за организмите, зависи от водния и въздушния режим на почвите: най-ниското натрупване се наблюдава в пропускливите почви на режима на измиване, увеличава се в почвите с режим на измиване и е максимално в почви с ексудатен режим. При концентрация на изпарение и алкална реакция Se, As, V могат да се натрупват в почвата в лесно достъпна форма, а при редуциращи условия на околната среда Hg може да се натрупва под формата на метилирани съединения.
Трябва обаче да се има предвид, че в условията на излугване се реализира потенциалната мобилност на металите и те могат да бъдат пренесени извън почвения профил, превръщайки се в източници на вторично замърсяване на подземните води.
IN В кисели почви с преобладаващи окислителни условия (подзолисти почви, добре дренирани) тежките метали като Cd и Hg образуват лесно подвижни форми. Напротив, Pb, As и Se образуват нископодвижни съединения, които могат да се натрупват в хумусни и илувиални хоризонти и да повлияят отрицателно на състоянието на почвената биота. Ако S присъства в замърсителите, при редуциращи условия се създава среда на вторичен сероводород и много метали образуват неразтворими или слабо разтворими сулфиди.
IN В блатистите почви Mo, V, As и Se присъстват в заседнали форми. Значителна част от елементите в киселите блатисти почви присъстват във форми, които са относително подвижни и опасни за живата материя; това са съединенията Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd и Hg. В слабо кисели и неутрални почви с добра аерация се образуват слабо разтворими Pb съединения, особено при варуване. В неутралните почви съединенията Zn, V, As, Se са подвижни, а Cd и Hg могат да се задържат в хумусните и илувиалните хоризонти. С увеличаване на алкалността нараства рискът от замърсяване на почвата с изброените елементи.
КОНЦЕПЦИЯ ЗА ЕКОЛОГИЧЕН МОНИТОРИНГ НА ПОЧВИТЕ
Екологичен мониторинг на почвата – система за редовни неограничени
ограничен по пространство и време контрол на почвите, който дава информация за тяхното състояние с цел оценка на миналото, настоящето и прогнозиране на промените в бъдещето. Мониторингът на почвите има за цел да идентифицира антропогенни промени в почвите, които в крайна сметка могат да навредят на човешкото здраве. Специалната роля на мониторинга на почвата се дължи на факта, че всички промени в състава и свойствата на почвата се отразяват върху изпълнението на екологичните функции на почвата и следователно върху състоянието на биосферата.
От голямо значение е, че в почвата, за разлика от атмосферния въздух и повърхностните води, екологичните последици от антропогенното въздействие обикновено се проявяват по-късно, но са по-стабилни и продължават по-дълго. Необходимо е да се оценят дългосрочните последици от това въздействие, например възможността за мобилизиране на замърсители в почвите, в резултат на което почвата може да се превърне от „депо“ на замърсители в техен вторичен източник.
Видове екологичен мониторинг на почвата
Идентифицирането на видовете екологичен мониторинг на почвата се основава на разликите в комбинацията от информативни почвени показатели, съответстващи на задачите на всеки от тях. Въз основа на различията в механизмите и мащабите на деградация на почвата се разграничават две групи видове мониторинг:
пръстен: първа група –глобален мониторинг, вторият – локален и регионален.
Глобалният мониторинг на почвата е неразделна част от глобалния мониторинг на биосферата. Провежда се за оценка на въздействието върху състоянието на почвите на екологичните последици от атмосферния пренос на замърсители на дълги разстояния във връзка с опасността от планетарно замърсяване на биосферата и съпътстващите процеси на глобално ниво. Резултатите от глобален или биосферен мониторинг характеризират глобалните промени в състоянието на живите организми на планетата под влияние на човешката дейност.
Целта на местния и регионален мониторинг е да се идентифицира въздействието на деградацията на почвата върху екосистемите на местно и регионално ниво и директно върху условията на живот на хората в сферата на управлението на околната среда.
Локален мониторингнаричани още санитарно-хигиенни или ударни. Тя е насочена към контролиране нивото на замърсители в околната среда, които се отделят от дадено предприятие.
Замърсяването на почвата с тежки метали има различни източници:
1. отпадъци от металообработващата промишленост;
2. промишлени емисии;
3. продукти от изгаряне на гориво;
4. автомобилни изгорели газове;
5. средства за химизация на селското стопанство.
Годишно металургичните предприятия отделят на повърхността на земята над 150 хиляди тона мед, 120 хиляди тона цинк, около 90 хиляди тона олово, 12 хиляди тона никел, 1,5 хиляди тона молибден, около 800 тона кобалт и около 30 тона живак. За 1 грам черна мед, отпадъците от медната индустрия съдържат 2,09 тона прах, който съдържа до 15% мед, 60% железен оксид и по 4% арсен, живак, цинк и олово. Отпадъците от машиностроенето и химическата промишленост съдържат до 1 g/kg олово, до 3 g/kg мед, до 10 g/kg хром и желязо, до 100 g/kg фосфор и до 10 g /kg манган и никел. В Силезия около цинковите заводи се натрупват сметища, съдържащи цинк от 2 до 12% и олово от 0,5 до 3%, а в САЩ се експлоатират руди със съдържание на цинк 1,8%.
Повече от 250 хиляди тона олово годишно достигат повърхността на почвата с изгорелите газове; той е основен замърсител на почвата с олово. Тежките метали попадат в почвата заедно с торовете, които ги съдържат като примеси.
Въпреки че тежките метали понякога се намират в почвите в ниски концентрации, те образуват стабилни комплекси с органични съединения и влизат в специфични адсорбционни реакции по-лесно от алкални и алкалоземни метали.Близо до предприятията естествените фитоценози на предприятията стават по-еднородни по видов състав, тъй като много видове не могат да издържат на увеличаване на концентрацията на тежки метали в почвата. Броят на видовете може да се намали до 2-3, а понякога и до образуване на моноценози.В горските фитоценози на замърсяване първи реагират лишеите и мъховете. Дървовидният слой е най-стабилен. Продължителното или интензивно въздействие обаче предизвиква сухоустойчиви явления в нея.Възстановяването на нарушената почвена покривка изисква продължително време и големи инвестиции.
Особено трудна задача е възстановяването на растителната покривка за откриване на сметища и хвостохранилища (хвостохранилища) на разработки, където са добивани метални руди: такива хвостохранилища обикновено са бедни на хранителни вещества, богати на токсични метали и имат лошо задържане на вода. Сериозен екологичен проблем е ветровата ерозия на рудничните депа.
Стандартизиране на съдържанието на тежки метали в почватаСтандартизирането на съдържанието на тежки метали в почвата и растенията е изключително трудно поради невъзможността за пълно отчитане на всички фактори на околната среда. По този начин, промяната само на агрохимичните свойства на почвата (средна реакция, съдържание на хумус, степен на насищане с основи, разпределение на размера на частиците) може да намали или увеличи съдържанието на тежки метали в растенията няколко пъти. Има противоречиви данни дори за фоновото съдържание на някои метали. Резултатите, дадени от изследователите, понякога се различават 5-10 пъти.
Предложени са много скали за екологично регулиране на тежките метали. В някои случаи за максимално допустима концентрация се приема най-високото съдържание на метали, наблюдавано в обикновените антропогенни почви, а в други - съдържанието, което е гранично за фитотоксичност. В повечето случаи са предложени максимално допустими концентрации за тежки метали, които превишават действително допустимите стойности на концентрациите на метали няколко пъти.
За характеризиране на техногенното замърсяване с тежки метали се използва коефициент на концентрация, равен на отношението на концентрацията на елемента в замърсената почва към фоновата му концентрация.
В таблица 1 са посочени официално утвърдените ПДК и допустимите нива на тяхното съдържание по показатели за опасност. В съответствие със схемата, възприета от медицинските хигиенисти, регулирането на тежките метали в почвите се разделя на транслокация (преход на елемента в растенията), миграционна вода (преход във вода) и общо санитарна (ефект върху способността за самопречистване на почви и почвена микробиоценоза).
ФЕДЕРАЛНА АГЕНЦИЯ ЗА МОРСКИ И РЕЧЕН ТРАНСПОРТ
ФЕДЕРАЛНА БЮДЖЕТНА ОБРАЗОВАТЕЛНА ИНСТИТУЦИЯ
ВИСШЕ ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ
МОРСКИ ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ
кръстен на адмирал G.I. Невелски
Отдел за опазване на околната среда
РЕЗЮМЕ
по дисциплина "Физико-химични процеси"
Последици от замърсяване на почвата с тежки метали и радионуклиди.
Проверено от учителя:
Фирсова Л.Ю.
Изпълнен от студент гр. ___
Ходанова С.В.
Владивосток 2012 г
СЪДЪРЖАНИЕ
Въведение
1 Тежки метали в почвите
Заключение
Списък на използваните източници
ВЪВЕДЕНИЕ
Почвата не е просто инертна среда, на повърхността на която се извършва човешката дейност, а динамична, развиваща се система, която включва много органични и неорганични компоненти, които имат мрежа от кухини и пори, а те от своя страна съдържат газове и течности . Пространственото разпределение на тези компоненти определя основните типове почви на земното кълбо.
В допълнение, почвите съдържат огромен брой живи организми, те се наричат биота: от бактерии и гъби до червеи и гризачи. Почвата се образува върху основни скали под комбинираното влияние на климата, растителността, почвените организми и времето. Следователно промените във всеки от тези фактори могат да доведат до промени в почвите. Почвообразуването е дълъг процес: образуването на 30 cm слой почва отнема от 1000 до 10 000 години. Следователно темповете на образуване на почвата са толкова ниски, че почвата може да се счита за невъзобновяем ресурс.
Почвената покривка на Земята е най-важният компонент на биосферата на Земята. Именно почвената обвивка определя много от процесите, протичащи в биосферата. Най-важното значение на почвите е натрупването на органична материя, различни химични елементи и енергия. Почвената покривка функционира като биологичен абсорбатор, унищожител и неутрализатор на различни замърсители. Ако тази връзка на биосферата бъде разрушена, съществуващото функциониране на биосферата ще бъде необратимо нарушено. Ето защо е изключително важно да се изследва глобалното биохимично значение на почвената покривка, нейното съвременно състояние и промените под въздействието на антропогенната дейност.
1 Тежки метали в почвите
- Източници на тежки метали, постъпващи в почвата
Сред ХМ има много микроелементи, които са биологично важни за живите организми. Те са необходими и незаменими компоненти на биокатализатори и биорегулатори на най-важните физиологични процеси. Но прекомерното съдържание на тежки метали в различни обекти на биосферата има депресиращ и дори токсичен ефект върху живите организми.
Източниците на тежки метали, навлизащи в почвата, се разделят на естествени (изветряне на скали и минерали, ерозионни процеси, вулканична дейност) и техногенни (добив и обработка на минерали, изгаряне на горива, влияние на превозни средства, селско стопанство и др.) Освен това земеделски земи до замърсяване чрез атмосферата, ХМ също се замърсяват конкретно чрез използването на пестициди, минерални и органични торове, варуване и използването на отпадъчни води. Напоследък учените обръщат специално внимание на градските почви. Последните са обект на значителен техногенен процес, неразделна част от който е замърсяването с ВМ.
ХМ достигат повърхността на почвата под различни форми. Това са оксиди и различни соли на метали, както разтворими, така и практически неразтворими във вода (сулфиди, сулфати, арсенити и др.). В емисиите на рудопреработвателните предприятия и предприятията от цветната металургия - основният източник на замърсяване на околната среда с тежки метали - по-голямата част от металите (70-90%) са под формата на оксиди.
Веднъж попаднали на повърхността на почвата, ТМ могат или да се натрупват, или да се разсейват, в зависимост от естеството на геохимичните бариери, присъщи на дадена област.
По-голямата част от постъпилите на почвената повърхност ТМ се фиксират в горните хумусни хоризонти. ХМ се сорбират на повърхността на почвените частици, свързват се с почвената органична материя, по-специално под формата на елементарни органични съединения, натрупват се в железни хидроксиди, образуват част от кристалните решетки на глинести минерали, произвеждат свои собствени минерали в резултат на изоморфни заместване и са в разтворимо състояние в почвената влага и газообразно състояние в почвения въздух, са неразделна част от почвената биота.
Степента на подвижност на тежките метали зависи от геохимичната обстановка и степента на техногенно въздействие. Тежкият гранулометричен състав и високото съдържание на органични вещества водят до свързване на HMs в почвата. Увеличаването на стойностите на рН повишава сорбцията на катион-образуващите метали (мед, цинк, никел, живак, олово и др.) И увеличава мобилността на анион-образуващите метали (молибден, хром, ванадий и др.). Увеличаването на окислителните условия увеличава миграционната способност на металите. В резултат на това, според способността си да свързват по-голямата част от ТМ, почвите образуват следната серия: сива почва > чернозем > дерново-подзолиста почва.
- Замърсяване на почвата с тежки метали
Второ, натрупвайки се в големи количества в почвата, ТМ са способни да променят много от нейните свойства. На първо място, промените засягат биологичните свойства на почвата: общият брой на микроорганизмите намалява, техният видов състав (разнообразие) се стеснява, структурата на микробните общности се променя, интензивността на основните микробиологични процеси и активността на почвените ензими намалява и др. . Силното замърсяване с тежки метали води до промени в по-консервативните характеристики на почвата, като хумусно състояние, структура, рН и др. Резултатът от това е частична, а в някои случаи и пълна загуба на почвено плодородие.
- Природни и причинени от човека аномалии
Почвата, за разлика от други компоненти на околната среда, не само геохимично натрупва компоненти на замърсяване, но също така действа като естествен буфер, който контролира преноса на химични елементи и съединения в атмосферата, хидросферата и живата материя.
Различните растения, животни и хора изискват определен състав на почвата и водата за живота си. На места с геохимични аномалии се наблюдава утежнено предаване на отклонения от нормата в минералния състав по цялата хранителна верига. В резултат на нарушения на минералното хранене, промени във видовия състав на фито-, зоо- и микробни съобщества, заболявания на диви растителни форми, намаляване на количеството и качеството на културите от селскостопански растения и животновъдни продукти, повишаване на заболеваемостта сред населението и се наблюдава намаляване на продължителността на живота.
Токсичният ефект на ХМ върху биологичните системи се дължи главно на факта, че те лесно се свързват със сулфхидрилни групи протеини (включително ензими), потискайки техния синтез и по този начин нарушавайки метаболизма в организма.
Живите организми са разработили различни механизми на резистентност към HMs: от редуцирането на HM йони в по-малко токсични съединения до активирането на йонни транспортни системи, които ефективно и специфично премахват токсичните йони от клетката във външната среда.
Най-важната последица от въздействието на тежките метали върху живите организми, която се проявява на биогеоценотично и биосферно ниво на организация на живата материя, е блокирането на окислителните процеси на органичната материя. Това води до намаляване на скоростта на неговата минерализация и натрупване в екосистемите. В същото време увеличаването на концентрацията на органична материя води до свързване на HM, което временно облекчава натоварването на екосистемата. Намаляването на скоростта на разлагане на органичната материя поради намаляване на броя на организмите, тяхната биомаса и интензивността на жизнената активност се счита за пасивен отговор на екосистемите към замърсяване с HM. Активната устойчивост на организмите към антропогенни натоварвания се проявява само по време на натрупването на метали в тялото и скелета през целия живот. Най-устойчивите видове са отговорни за този процес.
Устойчивостта на живите организми, предимно растенията, на повишени концентрации на тежки метали и способността им да натрупват високи концентрации на метали могат да представляват голяма опасност за човешкото здраве, тъй като позволяват проникването на замърсители в хранителните вериги.
- Стандартизиране на съдържанието на тежки метали в почвата и почистване на почвата
Има два основни подхода към въпроса за ремедиацията на почви, замърсени с тежки метали. Първият е насочен към изчистване на почвата от ХМ. Пречистването може да се извърши чрез излугване, чрез извличане на ХМ от почвата с помощта на растения, чрез отстраняване на горния замърсен слой на почвата и др. Вторият подход се основава на фиксирането на ТМ в почвата, превръщането им във форми, които са неразтворими във вода и недостъпни за живите организми. За да се постигне това, се предлага добавяне на органични вещества, фосфорни минерални торове, йонообменни смоли, естествени зеолити, кафяви въглища, варуване на почвата и др. Въпреки това, всеки метод за фиксиране на ТМ в почвата има свой собствен период на валидност. Рано или късно част от ХМ отново ще започне да навлиза в почвения разтвор, а оттам в живите организми.
- Радионуклиди в почвите. Ядрено замърсяване
Почвите съдържат почти всички химични елементи, известни в природата, включително радионуклиди.
Радионуклидите са химични елементи, способни на спонтанен разпад с образуването на нови елементи, както и образувани изотопи на всякакви химични елементи. Последица от ядрения разпад е йонизиращо лъчение под формата на поток от алфа-частици (поток от хелиеви ядра, протони) и бета-частици (поток от електрони), неутрони, гама-лъчение и рентгенови лъчи. Това явление се нарича радиоактивност. Химическите елементи, способни на спонтанен разпад, се наричат радиоактивни. Най-често използваният синоним на йонизиращо лъчение е радиоактивно лъчение.
Йонизиращото лъчение е поток от заредени или неутрални частици и електромагнитни кванти, чието взаимодействие със средата води до йонизация и възбуждане на нейните атоми и молекули. Йонизиращото лъчение има електромагнитно (гама и рентгеново лъчение) и корпускулярно (алфа лъчение, бета лъчение, неутронно лъчение) естество.
Гама радиацията е електромагнитно излъчване, причинено от гама лъчи (дискретни лъчи или кванти, наречени фотони), ако след алфа или бета разпад ядрото остава във възбудено състояние. Гама лъчите във въздуха могат да изминат значителни разстояния. Високоенергиен фотон от гама лъчи може да премине през човешкото тяло. Интензивното гама лъчение може да увреди не само кожата, но и вътрешните органи. Плътните и тежки материали, желязото и оловото предпазват от тази радиация. Гама лъчение може да бъде създадено изкуствено в ускорители на заразени частици (микротрони), например спирачно гама лъчение от бързи електрони на ускорителя, когато ударят цел.
Рентгеновото лъчение е подобно на гама лъчението. Космическите рентгенови лъчи се абсорбират от атмосферата. Рентгеновите лъчи се произвеждат изкуствено и попадат в долната част на енергийния спектър на електромагнитното излъчване.
Радиоактивното излъчване е естествен фактор в биосферата за всички живи организми, а самите живи организми имат определена радиоактивност. Сред биосферните обекти почвите имат най-висока естествена степен на радиоактивност. При тези условия природата процъфтява в продължение на много милиони години, освен в изключителни случаи поради геохимични аномалии, свързани с отлагането на радиоактивни скали, например уранови руди.
Въпреки това през 20-ти век човечеството се сблъска с радиоактивност, която беше непосилно по-висока от естествената и следователно биологично ненормална. Първите, които страдат от прекомерни дози радиация, са великите учени, открили радиоактивните елементи (радий, полоний), съпрузите Мария Склодовска-Кюри и Пиер Кюри. И тогава: Хирошима и Нагасаки, тестове на атомни и ядрени оръжия, много бедствия, включително Чернобил и т.н.
Най-значимите обекти на биосферата, определящи биологичните функции на всички живи същества, са почвите.
Радиоактивността на почвите се дължи на съдържанието на радионуклиди в тях. Прави се разлика между естествена и изкуствена радиоактивност.
Естествената радиоактивност на почвите се дължи на естествени радиоактивни изотопи, които винаги присъстват в различни количества в почвите и почвообразуващите скали. Естествените радионуклиди се делят на 3 групи.
Първата група включва радиоактивни елементи - елементи, чиито изотопи са радиоактивни: уран (238
и т.н.................
