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.
Металургичните предприятия отделят годишно 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. повърхността на земята. 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. mg/kg олово, до 3 хил. mg/kg мед, до 10 хил. mg/kg хром и желязо, до 100 g/kg фосфор и до 10 g/kg манган и никел. В Силезия около цинкови заводи се натрупват сметища със съдържание на цинк от 2 до 12% и олово от 0,5 до 3%, а в САЩ се експлоатират руди със съдържание на цинк от 1,8%.
С отработените газове повече от 250 хиляди тона олово навлизат в почвената повърхност годишно; той е основният замърсител на почвата с олово.
Тежките метали попадат в почвата заедно с торовете, в които са включени като примеси, както и с биоцидите.
Л. Г. Бондарев (1976) изчислява възможния приток на тежки метали върху повърхността на почвената покривка в резултат на човешките производствени дейности с пълното изчерпване на запасите от руда, при изгарянето на съществуващите запаси от въглища и торф и ги сравнява с възможни запаси от 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 ще има достатъчно изследвани минерали.
Възможно навлизане на метали в биосферата в случай на изчерпване на надеждни запаси от руди, въглища, торф, милиони тона
|
Общо техногенно отделяне на метали |
Съдържа се в хуморосферата |
Съотношението на техногенните емисии към съдържанието в човешката сфера |
|
Съотношението на тези стойности дава възможност да се предвиди мащабът на въздействието на човешката дейност върху околната среда, предимно върху почвената покривка.
Техногенното внасяне на метали в почвата, тяхното фиксиране в хумусни хоризонти в почвения профил като цяло не може да бъде равномерно. Нейната неравномерност и контраст са свързани преди всичко с гъстотата на населението. Ако тази връзка се счита за пропорционална, тогава 37,3% от всички метали ще бъдат разпръснати само в 2% от обитаемата земя.
Разпределението на тежките метали върху почвената повърхност се определя от много фактори. Зависи от характеристиките на източниците на замърсяване, метеорологичните особености на района, геохимичните фактори и ландшафтните условия като цяло.
Източникът на замърсяване като цяло определя качеството и количеството на изхвърления продукт. В този случай степента на неговата дисперсия зависи от височината на изхвърляне. Зоната на максимално замърсяване се простира на разстояние, равно на 10-40 пъти височината на тръбата при високо и горещо изпускане, 5-20 пъти височината на тръбата при ниско промишлено изхвърляне. Продължителността на излъчване на частици в атмосферата зависи от тяхната маса и физични и химични свойства. Колкото по-тежки са частиците, толкова по-бързо се утаяват.
Неравномерното техногенно разпределение на металите се влошава от хетерогенността на геохимичната среда в природните ландшафти. В тази връзка, за да се предвиди възможно замърсяване с техногенни продукти 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, разпръскват се или се натрупват в зависимост от естеството на геохимичните бариери, присъщи на дадена територия. Концепцията за геохимичните бариери е формулирана от А. И. Перелман (1961) като участъци от зоната на хипергенеза, където 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 разграничава 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 желязо-манган (желязо, манган), манган (манган), сярна (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) изпаряване (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. техногенни бариери.
Геохимичните бариери не съществуват изолирано, а в комбинация помежду си, образувайки сложни комплекси. Те регулират елементния състав на потоците от вещества и от тях до голяма степен зависи функционирането на екосистемите.
Продуктите на техногенезата, в зависимост от тяхната природа и ландшафтната среда, в която попадат, могат или да бъдат преработени от естествени процеси и да не причиняват значителни промени в природата, или да бъдат запазени и натрупани, оказвайки пагубно 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 характерът на техните промени в природата под влияние на техногенезата. Автономните ландшафти развиват процеси на самопречистване от техногенно замърсяване, тъй като продуктите от техногенезата се разпръскват от повърхностни и подпочвени води. В акумулативните ландшафти се натрупват и съхраняват продуктите на техногенезата.
|
Производствени отпадъци, kg/l |
Почва, mg/kg |
Растения, mg/kg |
Питейна вода, mg/l |
Въздух, mg / m 3 |
MPC в човешка кръв, mg/l |
|
* В близост до магистрали в зависимост от обема на трафика и разстоянието от 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 желязо, 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 не изглеждат много важни за растенията и животните, са опасни за човешкото здраве дори при ниски концентрации.
Изгорели газове от превозни средства, извозване до терена или пречиствателни станции, напояване с отпадни води, отпадъци, остатъци и емисии от работата на мини и промишлени обекти, прилагане на фосфорни и органични торове, използване на пестициди и др. доведе до повишаване на концентрацията на тежки метали в почвата.
Докато тежките метали са здраво свързани със съставните части на почвата и са трудно достъпни, тяхното отрицателно въздействие върху почвата и околната среда ще бъде незначително. Но ако почвените условия позволяват тежките метали да преминат в почвения разтвор, има пряка опасност от замърсяване на почвата, има възможност за проникването им в растенията, както и в човешкото тяло 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 почвите и растенията зависи от: вида на растенията; 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 отрицателният ефект 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, разбира се, катионна способност.
Факторите, допринасящи 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 (способността на 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 срещат както в йонна, така и в свързана форма, които са в определено равновесие (фиг. 1).
На фигурата L p са разтворими лиганди, които са органични киселини с ниско молекулно тегло, а L n са неразтворими. Реакцията на метали (М) с хуминови вещества също включва частично йонен обмен.
Разбира се, в почвата могат да присъстват и 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.
Наблюдението на промените в тежките метали в почвата е невъзможно без познаване на факторите, които определят тяхната подвижност. Процесите на задържащо движение, които определят поведението на тежките метали в почвата, се различават малко 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 с течност и суспензия с помощта на корени на растения или почвени микроорганизми. Миграцията на разтворимите съединения става заедно с почвения разтвор (дифузия) или чрез движение на самата течност. Отмиването на глини и органични вещества води до миграция на всички свързани с тях метали. Миграцията на летливи вещества в газообразна форма, като диметилживак, е произволна и този начин на движение не е от особено значение. 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 механично или биологично чрез смесване на почвата или включване на металите 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 при интерфейса на течната и твърдата фаза.
Тежките метали в почвата чрез трофичната верига навлизат в растенията и след това се консумират от животни и хора. В цикъла на тежките метали участват различни биологични бариери, в резултат на което се получава селективно биоакумулиране, което предпазва живите организми от излишък на тези елементи. Независимо от това, активността на биологичните бариери е ограничена и най-често тежките метали се концентрират в почвата. Устойчивостта на почвите на замърсяване от тях е различна в зависимост от буферната способност.
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, 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, инхибират процесите на итрификация, които са важни за почвеното плодородие.
Песъчливите почви, които се характеризират с ниска абсорбционна способност, както и киселите почви задържат тежки метали много слабо, с изключение на молибден и селен. Поради това те лесно се адсорбират от растенията, а някои от тях дори в много малки концентрации имат токсичен ефект.
Съдържанието на цинк в почвата варира от 10 до 800 mg/kg, като най-често е 30-50 mg/kg. Натрупването на излишни количества цинк се отразява негативно на повечето процеси в почвата: причинява промяна във физичните и физико-химичните 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 почвената покривка възпрепятства ферментацията, разграждането на целулозата, дишането и действието на уреазата.
Тежките метали, идващи от почвата към растенията, пренасяйки се 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. С въздушни маси може да се пренася и 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 отмиването от почвения профил при такива почви е незначително. Но в почви с лек механичен състав, кисели и обеднени на хумус процесите на миграция на живак се засилват. В такива почви се проявява и процесът на изпаряване на органични живачни съединения, които имат свойствата на летливост.
Когато живакът се прилага върху песъчливи, глинести и торфени почви в размер на 200 и 100 kg/ha, реколтата върху песъчлива почва напълно загива, независимо от нивото на варуване. На торфена почва добивът намалява. На глинеста почва се наблюдава намаляване на добива 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 от почвения профил в малки количества.
Поради процесите на миграция в киселинни условия се образуват техногенни оловни аномалии в почви с дължина 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, картофите - повече от 20 пъти, в клубените - повече от 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, въшките 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 добивите, неговата токсичност засяга промяната в качеството на продукта, тъй като съдържанието на кадмий се увеличава в растенията.
Арсенът навлиза в почвата с продукти от изгаряне на въглища, с отпадъци от металургичната промишленост и от заводите за торове. Арсенът се задържа най-силно в почви, съдържащи активни форми на желязо, алуминий и калций. Токсичността на арсена в почвите е добре известна. 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 влиза в почвата с емисии от металургични предприятия, по-специално алуминиеви заводи, както и като примес при прилагане на суперфосфат и някои други инсектициди.
Замърсявайки почвата, флуорът причинява намаляване на добива не само поради преки токсични ефекти, но и чрез промяна на съотношението на хранителните вещества в почвата. Най-голяма адсорбция на флуор има в почви с добре развит почвен абсорбиращ комплекс. Разтворимите флуорни съединения се движат по протежение на почвения профил с низходящото течение на почвените разтвори и могат да навлязат в подпочвените води. Замърсяването на почвата с флуорни съединения разрушава структурата на почвата и намалява водопропускливостта на почвата.
Цинкът и медта са по-малко токсични от посочените тежки метали, но излишъкът им в отпадъците от металургичната промишленост замърсява почвата и има потискащ ефект върху растежа на микроорганизмите, намалява ензимната активност на почвата и намалява добива на растенията.
Трябва да се отбележи, че токсичността на тежките метали се увеличава с комбинирания им ефект 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 намират в различни комбинации както в продуктите от изгарянето на горивото, така и в емисиите от металургичната промишленост, техният ефект върху околната среда около източниците на замърсяване е по-силен 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 увеличаване на концентрацията 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 атмосферни валежи, повърхностни отпадъци. Те също се въвеждат в почвения слой от почвените скали и подпочвените води.
Към групата на тежките метали спадат всички с плътност, превишаваща плътността на желязото. Парадоксът на тези елементи е, че те са необходими в определени количества, за да осигурят 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. Това взема предвид общата стойност на няколко метала Zc.
- допустимо;
- умерено опасен;
- високо опасни;
- изключително опасно.
Защитата на почвата е много важна. Постоянният контрол и мониторинг не позволява отглеждане на селскостопанска продукция и паша на добитък в замърсени земи.
Тежки метали, замърсяващи почвата
Има три класа на опасност от тежки метали. Световната здравна организация смята оловото, живака и кадмия за най-опасни.Но не по-малко вредна е високата концентрация на други елементи.
живак
Замърсяването на почвата с живак възниква при попадане в нея на пестициди, различни битови отпадъци, като луминесцентни лампи и елементи от повредени измервателни уреди.
Според официалните данни годишното освобождаване на живак е повече от пет хиляди тона. Живакът може да попадне в човешкото тяло от замърсена почва.
Ако това се случва редовно, могат да възникнат тежки нарушения в работата на много органи, включително нервната система.
При неправилно лечение е възможен фатален изход.
Водя
Оловото е много опасно за хората и всички живи организми.
Той е изключително токсичен. Когато се добива един тон олово, в околната среда се отделят двадесет и пет килограма. Голямо количество олово навлиза в почвата с отделянето на отработени газове. 
Зоната на замърсяване на почвата по маршрутите е над двеста метра наоколо. Веднъж попаднало в почвата, оловото се абсорбира от растенията, които се консумират от хора и животни, включително добитък, чието месо също присъства в нашето меню. Излишното олово засяга централната нервна система, мозъка, черния дроб и бъбреците.Той е опасен със своите канцерогенни и мутагенни ефекти.
Кадмий
Замърсяването на почвата с кадмий е огромна опасност за човешкото тяло. При поглъщане причинява скелетни деформации, забавяне на растежа при деца и силни болки в гърба.
Мед и цинк
Високата концентрация на тези елементи в почвата води до забавяне на растежа и влошаване на плододаването на растенията, което в крайна сметка води до рязко намаляване на добива. При хората настъпват промени в мозъка, черния дроб и панкреаса.
Молибден
Излишъкът от молибден причинява подагра и увреждане на нервната система.
Опасността от тежките метали се крие във факта, че те се отделят лошо от тялото, натрупват се в него. Те могат да образуват много токсични съединения, лесно преминават от една среда в друга, не се разлагат. В същото време те причиняват тежки заболявания, често водещи до необратими последици.Антимон
Присъства в някои руди.
Той е част от сплавите, използвани в различни индустриални области.
Излишъкът му причинява тежки хранителни разстройства.
Арсен
Основният източник на замърсяване на почвата с арсен са вещества, използвани за борба с вредителите по селскостопанските растения, като хербициди, инсектициди. Арсенът е кумулативна 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. 
Ако в почвата попадне допълнително количество манган, бързо се създава опасен излишък от него. Това засяга човешкото тяло под формата на разрушаване на нервната система.
Излишъкът от други тежки елементи е не по-малко опасен.
От гореизложеното можем да заключим, че натрупването на тежки метали в почвата води до тежки последици за човешкото здраве и околната среда като цяло.
Основните методи за борба със замърсяването на почвата с тежки метали
Методите за справяне 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 внасянето на органична материя и глина, 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 почистване.
- Прогноза и елиминиране на миграцията на разтворими форми на тежки метали.
- В някои особено тежки случаи е необходимо пълно отстраняване на почвения слой и замяната му с нов.
Най-опасният от всички тези метали е оловото. Той има свойството да се натрупва, за да удари човешкото тяло. Живакът не е опасен, ако влезе в човешкото тяло веднъж или няколко пъти, само живачните пари са особено опасни. Вярвам, че индустриалните предприятия трябва да използват по-напреднали производствени технологии, които не са толкова вредни за всички живи същества. Не трябва да мисли един човек, а маса, 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: Х.А. Джувеликян, Д.И. Щеглов, Н.С. Горбунова
Издателски и печатарски център на Воронежския държавен университет
Приет от Научно-методическия съвет на Биолого-почвения факултет на 04.07.2009 г. Протокол № 10
Рецензент д-р биол. науки, проф. Ел Ей Яблонски
Учебното помагало е изготвено в Катедрата по почвознание и земеустройство на Факултета по биология и почви на Воронежкия държавен университет.
За специалност 020701 – Почвознание
Обща информация за замърсяването .............................................. .................... .............................. . | |
Концепцията за техногенни аномалии ............................................. .......... ....................... | |
Замърсяване на почвата с тежки метали ............................................. ................. ............... | |
Миграция на тежки метали в почвения профил ............................................ ................ | |
Концепцията за екологичен мониторинг на почвата ............................................ .............. | |
Показатели за състоянието на почвите, определени при техния контрол .............................. | |
Екологично регулиране на качеството на замърсените почви ............................................ | |
Общи изисквания за класификация на почвите, подложени на замърсяване. | |
Литература................................................. ................................................. . ....... |
ОБЩА ИНФОРМАЦИЯ ЗА ЗАМЪРСЯВАНЕТО
Замърсители
- това са вещества от антропогенен произход, постъпващи в околната среда в количества, надвишаващи естественото ниво на тяхното поемане. 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 приема им от антропогенни източници е 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 технологичността - 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 човека елементи, особено за 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, нуждата от които е голяма за различни видове индустрии. При ниско съдържание на тези елементи в скалите (10–2–10–6%) извличането им е значително. Това води до извличане на колосални количества руди, съдържащи тези елементи от недрата на земята, и последващото им глобално разпръскване в околната среда.
В допълнение към технофилността са предложени и други количествени характеристики на техногенезата. По този начин съотношението на технофилността на даден елемент към неговата биофилност (биофилност - кларк на концентрацията 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 съотношението на техногенния поток на химичния елемент към естествения му 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 емисии на химични елементи с промишлени отпадъци в околната среда .
КОНЦЕПЦИЯТА ЗА АНОМАЛИИ, СЪЗДАДЕНИ ОТ ЧОВЕКА
Геохимична аномалия- участък от земната кора (или повърхността на земята), който се характеризира със значително повишени концентрации на всякакви химични елементи или техните съединения в сравнение с фоновите стойности и е редовно разположен спрямо натрупвания на минерали. Идентифицирането на техногенни аномалии е една от най-важните еколого-геохимични задачи при оценката на състоянието на околната среда. Аномалиите се образуват в компонентите на ландшафта в резултат на постъпване 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. Kasimov (1999) идентифицира следните причинени от човека аномалии:
1) глобален - обхващащ цялото земно кълбо (например увеличен
2) регионални - образувани в определени части на континентите, природни зони и региони в резултат на използването на пестициди, минерални торове, подкиселяване на валежите с емисии на серни съединения и др.;
3) локални - образувани в атмосферата, почвите, водите, растенията около местни изкуствени източници: фабрики, мини и др.
Според средата на образуване, причинените от човека аномалии се разделят на:
1) на литохимични (в почви, скали);
2) хидрогеохимичен (във води);
3) атмогеохимични (в атмосферата, сняг);
4) биохимичен (в организмите).
Според продължителността на източника на замърсяване се разделят на:
– за краткосрочни (случайни изпускания и др.);
– средносрочен (с прекратяване на въздействието, например прекратяване на развитието на минерални находища);
– дългосрочно стационарни (аномалии на фабрики, градове, селскостопански пейзажи, например KMA, Norilsk Nickel).
Когато се оценяват техногенните аномалии, фоновите зони се избират далеч от техногенни източници на замърсители, като правило на повече от 30-50 км. Един от критериите за аномалии е коефициентът на техногенна концентрация или аномалия Kc, който е съотношението 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-
специфични допустими концентрации. Това е максималното съдържание на вредно вещество в природен обект или продукт (вода, въздух, почва, храна), което не засяга човешкото здраве или други организми.
Замърсителите са разделени на класове според опасността (GOST
17.4.1.0283): Клас I (силно опасен) - As, Cd, Hg, Se, Pb, F, бензо(а)пирен, Zn; Клас II (умерено опасни) - 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 са класирани на второ място по отношение на опасност, след пестицидите и доста 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 HM е свързано с широкото им използване в промишленото производство. Поради несъвършени пречиствателни системи, ТМ навлизат в околната среда, включително в почвата, замърсявайки я и я отравяйки. ТМ са специални замърсители, мониторингът на които е задължителен във всички среди.
Почвата е основната среда, в която навлизат ТМ, включително от атмосферата и водната среда. Той също така служи като източник на вторично замърсяване на повърхностния въздух и водите, които навлизат в Световния океан от него. ХМ се абсорбират от почвата от растенията, които след това попадат в храната.
Напоследък широко се използва терминът „тежки метали“, който характеризира широка група замърсители. В различни научни и приложни трудове авторите интерпретират значението на това понятие по различен начин. В тази връзка броят на елементите, причислени към групата на тежките метали, варира в широк диапазон. Като критерии за членство се използват множество характеристики: атомна маса, плътност, токсичност, разпространение в естествената среда, степен на участие в природни и техногенни цикли.
В произведенията, посветени на проблемите на замърсяването на околната среда и мониторинга на околната среда, днес повече от 40 елемента на D.I. 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 N. Reimers (1990),
тежките метали трябва да се разглеждат с плътност над 8 g / cm3. В същото време следните условия играят важна роля при категоризирането на тежките метали: високата им токсичност за живите организми в относително ниски концентрации, както и способността им да се биоакумулират и биоувеличават. Почти всички метали, попадащи в това определение
желязото (с изключение на оловото, живака, кадмия и бисмута, чиято биологична роля в момента не е ясна), участват активно в биологичните процеси и са част от много ензими.
Най-мощните доставчици на отпадъци, обогатени с метали, са предприятията за топене на цветни метали (алуминий, алуминий, мед-цинк, олово, никел, титан-магнезий, живак и др.), Както и обработката на цветни метали ( радиотехника, електротехника, приборостроене, галванични и др.).
В праха на металургичната промишленост, заводите за преработка на руда, концентрацията на Pb, Zn, Bi, Sn може да се увеличи в сравнение с литосферата с няколко порядъка (до 10–12), концентрацията на Cd, V, Sb - десетки хиляди пъти, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag - стотици пъти. Отпадъците от предприятията на цветната металургия, заводите за бои и лакове и стоманобетонни конструкции са обогатени с живак. Концентрациите на W, Cd и Pb са повишени в праха от машиностроителните заводи (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 им количество, идващо от всички други източници на замърсяване. Значително количество Pb се отделя в околната среда с отработените газове на автомобилите, което надвишава приема му с отпадъци от металургични предприятия.
Обработваемите почви са замърсени с елементи като Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, които влизат в почвата като част от пестициди, биоциди, стимулатори на растежа на растенията, структурообразуватели. Нетрадиционните торове, направени от различни отпадъчни продукти, често съдържат широк спектър от замърсители във високи концентрации. От традиционните минерални торове фосфатните съдържат примеси на Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd (Гапонюк, 1985).
Разпределението в ландшафта на металите, изпускани в атмосферата от техногенни източници, се определя от разстоянието от източника на замърсяване, климатичните условия (сила и посока на ветровете), терена и технологичните фактори (състоянието на отпадъците, методът на постъпване на отпадъците). околната среда, височината на тръбите на предприятията).
Разсейването на HM зависи от височината на източника на емисии в атмосферата. Според мен. Berlyand (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 се обособяват шест 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 във връзка с |
|||
замърсяване 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, градските сгради могат да променят посоката и скоростта на движение на повърхностния слой въздух. Подобно на зоните на замърсяване на почвата, могат да се разграничат и зони на замърсяване на растителната покривка.
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, 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. Част от тежките 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.
AT в рамките на почвения профил техногенният поток от вещества среща редицапочвено-геохимични бариери. Те включват карбонатни, гипсови, илувиални хоризонти (илувиално-железисто-хумусни). Някои от силно токсичните елементи могат да се трансформират в съединения, които са трудни за достъп за растенията, докато други елементи, които са подвижни в дадена почвена геохимична среда, могат да мигрират в почвения слой, 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, Se са подвижни, които могат да бъдат излужени по време на сезонно овлажняване на почвите.
Натрупването на подвижни съединения на елементи, които са особено опасни за организмите, зависи от водния и въздушния режим на почвите: най-малкото им натрупване се наблюдава в пропускливите почви с режим на излужване, увеличава се в почвите с режим на измиване и е максимално в почви с ефузионен режим. При изпарителна концентрация и алкална реакция Se, As, V могат да се натрупват в почвата в леснодостъпна форма, а при условия на редуцираща среда Hg под формата на метилирани съединения.
Трябва обаче да се има предвид, че в условията на режим на измиване се реализира потенциалната подвижност на металите и те могат да бъдат изнесени от почвения профил, като са източници на вторично замърсяване на подземните води.
AT в кисели почви с преобладаване на окислителни условия (подзолисти почви, добре дренирани) тежките метали като Cd и Hg образуват лесно подвижни форми. Напротив, Pb, As, Se образуват съединения с ниска подвижност, които могат да се натрупват в хумусни и илувиални хоризонти и да повлияят отрицателно на състоянието на почвената биота. Ако S присъства в състава на замърсителите, се създава среда на вторичен сероводород при редуциращи условия и много метали образуват неразтворими или слабо разтворими сулфиди.
AT В подгизналите почви Mo, V, As и Se присъстват в неактивни форми. Значителна част от елементите в киселите преовлажнени почви присъстват в относително подвижни и опасни за живата материя форми; такива са съединенията на Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd и Hg. В слабо кисели и неутрални почви с добра аерация се образуват трудно разтворими Pb съединения, особено при варуване. В неутралните почви съединенията Zn, V, As, Se са подвижни, докато Cd и Hg могат да се задържат в хумусните и илувиалните хоризонти. С увеличаването на алкалността се увеличава рискът от замърсяване на почвата с тези елементи.
КОНЦЕПЦИЯТА ЗА МОНИТОРИНГ НА ОКОЛНАТА СРЕДА НА ПОЧВАТА
Екологичен мониторинг на почвата – система на редовно неограничаване
ограничен по пространство и време контрол на почвите, който предоставя 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 почвите се дължи на факта, че всички промени в състава и свойствата на почвите се отразяват в изпълнението на почвите на техните екологични функции и следователно в състоянието на биосферата.
От голямо значение е фактът, че в почвата, за разлика от въздуха на атмосферата и повърхностните води, екологичните последици от антропогенното въздействие обикновено се проявяват по-късно, но те 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 разликите в механизмите и мащабите на проявление на деградацията на почвата се обособяват две групи видове монито-
пръстен: първата 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 големи разстояния във връзка с опасността от планетарно замърсяване на биосферата и съпътстващите го глобални процеси. 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 областта на управлението на природата.
Локален мониторингнаричани още санитарно-хигиенни или ударни. Тя е насочена към контролиране нивото на съдържание в околната среда на онези замърсители, които се отделят от определен
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.
Металургичните предприятия отделят годишно 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. повърхността на земята. 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 цинкови заводи се натрупват сметища със съдържание на цинк от 2 до 12% и олово от 0,5 до 3%, а в САЩ се експлоатират руди със съдържание на цинк от 1,8%.
С отработените газове повече от 250 хиляди тона олово навлизат в почвената повърхност годишно; той е основният замърсител на почвата с олово. Тежките метали попадат в почвата заедно с торовете, в които се включват като примес.
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 алкалните и алкалоземните метали.В близост до предприятията естествените фитоценози на предприятията стават по-еднакви 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 върху сметища и хвостохранилища (хвостохранилища) на разработки, където са добивани метални руди: такива хвостохранилища обикновено са бедни на хранителни вещества, богати на токсични метали и слабо задържат вода. Сериозен проблем за околната среда е ветровата ерозия на рудничните депа.
Нормиране на съдържанието на тежки метали в почватаНормирането на съдържанието на тежки метали в почвата и растенията е изключително трудно поради невъзможността за пълно отчитане на всички фактори на околната среда. Така че промяната само на агрохимичните свойства на почвата (реакция на околната среда, съдържание на хумус, степен на насищане с основи, гранулометричен състав) 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 множество мащаби на екологично регулиране на тежките метали. В някои случаи за максимално допустима концентрация се приема най-високото съдържание на метали, наблюдавано в обикновените антропогенни почви, в други - съдържанието, което е пределно по отношение на фитотоксичността. В повечето случаи са предложени ПДК 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, който е равен на съотношението на концентрацията на даден елемент в замърсената почва към неговата фонова концентрация.
Таблица 1 показва официално одобрените ПДК и допустимите нива на тяхното съдържание по отношение на вредност. В съответствие със схемата, приета от медицинските хигиенисти, регулирането на тежките метали в почвите се разделя на транслокация (преход на елемент в растения), миграционна вода (преход във вода) и общо санитарна (влияние върху способността за самопочистване 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. Невелской
Отдел за опазване на околната среда
ЕСЕ
по дисциплина "Физикохимични процеси"
Последици от замърсяване на почвата с тежки метали и радионуклиди.
Проверен от учителя:
Фирсова Л.Ю.
Изпълнява ученик 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 скални изходни скали под комбинираното влияние на климата, растителността, почвените организми и времето. Следователно, промяна в който и да е от тези фактори може да доведе до промени в почвите. Образуването на почвата е дълъг процес: необходими са от 1000 до 10 000 години, за да се образува слой от почва от 30 см. 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. Това е почвената обвивка, която определя много процеси, протичащи в биосферата. Най-важното значение на почвите е натрупването на органична материя, различни химични елементи, както 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 в почвата
Сред ХМ има много микроелементи, които са биологично важни за живите организми. Те са основни и незаменими компоненти на биокатализатори и биорегулатори на най-важните физиологични процеси. Въпреки това, прекомерното съдържание на ТМ в различни обекти на биосферата има потискащ и дори токсичен ефект върху живите организми.
Източниците на навлизане на HM в почвата се разделят на естествени (изветряне на скали и минерали, ерозионни процеси, вулканична дейност) и техногенни (добив и преработка на минерали, изгаряне на гориво, въздействие на превозни средства, селско стопанство и др.) Земеделски земи, В допълнение към замърсяването чрез атмосферата, ТМ се замърсяват и конкретно при използване на пестициди, минерални и органични торове, варуване и използване 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 състава на емисиите от рудопреработвателните предприятия и предприятията от цветната металургия - основният източник на замърсяване на околната среда с HM - по-голямата част от металите (70-90%) е под формата на оксиди.
Попадайки на повърхността на почвата, ТМ могат както да се натрупват, така и да се разсейват в зависимост от характера на геохимичните бариери, присъщи на дадена територия.
Повечето от попадналите на почвената повърхност ТМ са фиксирани 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, са част от кристалните решетки на глинести минерали, дават 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 ТМ зависи от геохимичната среда и степента на техногенно въздействие. Тежкият гранулометричен състав и високото съдържание на органични вещества водят до свързване на HMs от почвата. Увеличаването на стойностите на рН подобрява сорбцията на катион-образуващите метали (мед, цинк, никел, живак, олово и др.) И увеличава мобилността на анион-образуващите метали (молибден, хром, ванадий и др.). Укрепването на окислителните условия повишава миграционната способност на металите. В резултат на това, според способността за свързване на повечето ТМ, почвите образуват следната серия: сива почва > чернозем > дерново-подзолиста почва.
- Замърсяване на почвата с тежки метали
Второ, натрупвайки се в почвата в големи количества, ТМ могат да променят много от нейните свойства. На първо място, промените засягат биологичните свойства на почвата: общият брой на микроорганизмите намалява, видовият им състав (разнообразие) се стеснява, структурата на микробните общности се променя, интензивността на основните микробиологични процеси и активността на почвените ензими намаляват. и т.н. Силното замърсяване с ТМ води и до промени в по-консервативните характеристики на почвата, като състояние на хумус, структура, pH на средата и др. Това води до частична, а в някои случаи и пълна загуба на почвено плодородие.
- Природни и причинени от човека аномалии
Почвата, за разлика от други компоненти на природната 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. На места с геохимични аномалии се наблюдава предаване на отклонения от нормата на минералния състав, утежнено по цялата хранителна верига. В резултат на нарушения на минералното хранене, промени във видовия състав на фито-, зоо- и микробни общности, заболяване на диворастящи форми на растения, намаляване на количеството и качеството на културите от селскостопански растения и животновъдни продукти, се наблюдава нарастване на заболеваемостта на населението и 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), инхибирайки техния синтез и по този начин нарушавайки метаболизма в организма.
Живите организми са разработили различни механизми на резистентност към HM: от редукция на HM йони в по-малко токсични съединения до активиране на йонни транспортни системи, които ефективно и специфично премахват токсичните йони от клетката към външната среда.
Най-значимата последица от въздействието на ХМ върху живите организми, която се проявява на биогеоценотично и биосферно ниво на организация на живата материя, е блокиране на процесите на окисление 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 предизвиква свързване на ТМ, което временно премахва натоварването от 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 пасивна реакция на екосистемите към замърсяване с HM. Активното противопоставяне на организмите на антропогенните 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 ТМ 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.
- Нормиране на съдържанието на тежки метали в почвата и пречистване на почвите
Съществуват два основни подхода към въпроса за санирането на почви, замърсени с ТМ. Първата е насочена към почистване на почвата от ТМ. Пречистването може да се извърши чрез измиване, чрез извличане на ХМ от почвата с помощта на растения, чрез отстраняване на горния замърсен почвен слой и др. Вторият подход се основава на фиксирането на ТМ в почвата, превръщането им във форми, неразтворими във вода и недостъпни за живите организми. За целта се предлага да се внесе в почвата органична материя, 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 образуваните 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. Йонизиращите лъчения имат електромагнитна (гама и рентгенова радиация) и корпускулярна (алфа радиация, бета радиация, неутронна радиация) природа.
Гама лъчението е електромагнитно лъчение, 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. Фотон от високоенергийни гама лъчи може да премине през човешкото тяло. Интензивното гама лъчение може да увреди не само кожата, но и вътрешните органи. Защитете от тази радиация плътни и тежки материали, желязо, олово. Гама лъчение може да бъде създадено изкуствено в замърсени ускорители на частици (микротрони), например спирачно лъчение на бързи ускорителни електрони, когато ударят цел.
Рентгеновите лъчи са подобни на гама лъчите. Космическите рентгенови лъчи се абсорбират от атмосферата. Рентгеновите лъчи се получават изкуствено, те 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. Почвите имат най-висока естествена степен на радиоактивност сред биосферните обекти. При тези условия природата процъфтява в продължение на много милиони години, освен в изключителни случаи с геохимични аномалии, свързани с находище на радиоактивни скали, например уранови руди.
Въпреки това през 20 век човечеството се сблъска с радиоактивност извън границите на естествената и следователно биологично ненормална. Първите жертви на прекомерни дози радиация бяха великите учени, открили радиоактивните елементи (радий, полоний) съпрузите Мария Склодовска-Кюри и Пиер Кюри. И тогава: Хирошима и Нагасаки, изпитания на атомни и ядрени оръжия, много бедствия, включително Чернобил и т.н.
Най-значимите обекти на биосферата, които определят биологичните функции на всички живи същества, са почвите.
Радиоактивността на почвите се дължи на съдържанието на радионуклиди в тях. Има 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, всички изотопи на които са радиоактивни: уран (238
и т.н.................
