آلودگی خاک به سرب حداکثر است. فلزات سنگین خطرناک ترین عناصری هستند که می توانند خاک را آلوده کنند
آلودگی خاک با فلزات سنگین منابع مختلفی دارد:
1. ضایعات صنعت فلزکاری.
2. انتشارات صنعتی;
3. محصولات احتراق سوخت.
4. گازهای خروجی خودرو;
5. ابزار شیمیایی کشاورزی.
بنگاه های متالورژی سالانه بیش از 150 هزار تن مس، 120 هزار تن روی، حدود 90 هزار تن سرب، 12 هزار تن نیکل، 1.5 هزار تن مولیبدن، حدود 800 تن کبالت و حدود 30 تن جیوه منتشر می کنند. سطح زمین . برای 1 گرم مس تاول، ضایعات صنعت ذوب مس حاوی 2.09 تن گرد و غبار است که حاوی 15 درصد مس، 60 درصد اکسید آهن و 4 درصد آرسنیک، جیوه، روی و سرب است. ضایعات صنایع مهندسی و شیمیایی تا 1000 میلی گرم بر کیلوگرم سرب، تا 3 هزار میلی گرم بر کیلوگرم مس، تا 10 هزار میلی گرم بر کیلوگرم کروم و آهن، تا 100 گرم بر کیلوگرم فسفر و حداکثر 10 گرم در کیلوگرم منگنز و نیکل. در سیلسیا، زباله هایی با محتوای روی 2 تا 12 درصد و سرب از 0.5 تا 3 درصد در اطراف کارخانه های روی انباشته می شوند و سنگ معدن هایی با محتوای روی 1.8 درصد در ایالات متحده مورد بهره برداری قرار می گیرند.
با گازهای خروجی، سالانه بیش از 250 هزار تن سرب وارد سطح خاک می شود. این آلاینده اصلی خاک با سرب است.
فلزات سنگین همراه با کودها وارد خاک می شوند که در آن به عنوان ناخالصی و همچنین با بیوسیدها وارد خاک می شوند.
L. G. Bondarev (1976) هجوم احتمالی فلزات سنگین به سطح پوشش خاک را در نتیجه فعالیت های تولید انسان با تخلیه کامل ذخایر سنگ معدن، در سوزاندن ذخایر موجود زغال سنگ و ذغال سنگ نارس محاسبه کرد و آنها را با احتمالی مقایسه کرد. ذخایر فلزات انباشته شده در هوموسفر تا به امروز. تصویر به دست آمده به ما اجازه می دهد تا ایده ای از تغییراتی که یک فرد می تواند در عرض 500-1000 سال ایجاد کند، به دست آوریم، که برای آن مواد معدنی به اندازه کافی کشف شده وجود خواهد داشت.
امکان ورود فلزات به بیوسفر در صورت تخلیه ذخایر قابل اعتماد سنگ معدن، زغال سنگ، ذغال سنگ نارس، میلیون تن
|
رهاسازی کامل فن آوری فلزات |
موجود در طنز |
نسبت انتشارات فناورانه به محتوا در حوزه انسانی |
|
نسبت این مقادیر این امکان را فراهم می کند که مقیاس تأثیر فعالیت های انسانی بر محیط زیست، در درجه اول بر روی پوشش خاک، پیش بینی شود.
ورود فن آوری فلزات به خاک، تثبیت آنها در افق های هوموسی در پروفایل خاک به طور کلی نمی تواند یکنواخت باشد. ناهمواری و تضاد آن در درجه اول به تراکم جمعیت مربوط می شود. اگر این رابطه متناسب در نظر گرفته شود، 37.3 درصد از کل فلزات تنها در 2 درصد از زمین های مسکونی پراکنده خواهند شد.
توزیع فلزات سنگین در سطح خاک توسط عوامل زیادی تعیین می شود. این بستگی به ویژگی های منابع آلودگی، ویژگی های هواشناسی منطقه، عوامل ژئوشیمیایی و شرایط منظر به طور کلی دارد.
منبع آلودگی به طور کلی کیفیت و کمیت محصول دور ریخته شده را تعیین می کند. در این مورد، درجه پراکندگی آن به ارتفاع جهش بستگی دارد. منطقه حداکثر آلودگی در فاصله ای معادل 10-40 برابر ارتفاع لوله در دبی زیاد و گرم و 5-20 برابر ارتفاع لوله در دبی کم صنعتی گسترش می یابد. مدت زمان انتشار ذرات در جو به جرم و خواص فیزیکی و شیمیایی آنها بستگی دارد. هر چه ذرات سنگین تر باشند، سریعتر ته نشین می شوند.
توزیع نابرابر تکنولوژیکی فلزات به دلیل ناهمگونی محیط ژئوشیمیایی در مناظر طبیعی تشدید می شود. در این راستا، برای پیش‌بینی آلودگی‌های احتمالی توسط محصولات فن‌آور و جلوگیری از پیامدهای نامطلوب فعالیت‌های انسانی، شناخت قوانین ژئوشیمی، قوانین مهاجرت عناصر شیمیایی در مناظر مختلف طبیعی یا محیط‌های ژئوشیمیایی ضروری است.
عناصر شیمیایی و ترکیبات آنها که وارد خاک می شوند، بسته به ماهیت موانع ژئوشیمیایی ذاتی در قلمرو معین، تحت یک سری دگرگونی ها، پراکنده یا تجمع می یابند. مفهوم موانع ژئوشیمیایی توسط A.I. Perelman (1961) به عنوان بخش هایی از ناحیه هیپروژنز فرموله شد، جایی که تغییرات در شرایط مهاجرت منجر به تجمع عناصر شیمیایی می شود. طبقه بندی موانع بر اساس انواع مهاجرت عناصر است. بر این اساس، A.I. Perelman چهار نوع و چندین کلاس از موانع ژئوشیمیایی را متمایز می کند:
1. موانع - برای همه عناصری که به طور بیوژئوشیمیایی توسط موجودات زنده (اکسیژن، کربن، هیدروژن، کلسیم، پتاسیم، نیتروژن، سیلیکون، منگنز و غیره) توزیع و مرتب شده اند.
2. موانع فیزیکی و شیمیایی:
1) اکسید کننده - آهن یا آهن منگنز (آهن، منگنز)، منگنز (منگنز)، گوگرد (گوگرد).
2) کاهش دهنده - سولفید (آهن، روی، نیکل، مس، کبالت، سرب، آرسنیک و غیره)، گلی (وانادیوم، مس، نقره، سلنیوم)؛
3) سولفات (باریم، کلسیم، استرانسیم)؛
4) قلیایی (آهن، کلسیم، منیزیم، مس، استرانسیم، نیکل و غیره)؛
5) اسیدی (اکسید سیلیکون)؛
6) تبخیر (کلسیم، سدیم، منیزیم، گوگرد، فلوئور و غیره)؛
7) جذب (کلسیم، پتاسیم، منیزیم، فسفر، گوگرد، سرب و غیره)؛
8) ترمودینامیکی (کلسیم، گوگرد).
3. موانع مکانیکی (آهن، تیتانیوم، کروم، نیکل و غیره)؛
4. موانع تکنولوژیک.
موانع ژئوشیمیایی به صورت مجزا وجود ندارند، بلکه در ترکیب با یکدیگر، مجتمع های پیچیده را تشکیل می دهند. آنها ترکیب عنصری جریان مواد را تنظیم می کنند و عملکرد اکوسیستم ها تا حد زیادی به آنها بستگی دارد.
محصولات تکنوژنز بسته به ماهیت و محیط منظری که در آن قرار می گیرند، یا می توانند توسط فرآیندهای طبیعی فرآوری شوند و تغییرات قابل توجهی در طبیعت ایجاد نکنند و یا حفظ و انباشته شوند و تأثیر مخربی بر همه موجودات زنده بگذارند.
هر دو فرآیند توسط تعدادی از عوامل تعیین می شوند که تجزیه و تحلیل آنها قضاوت در مورد سطح پایداری بیوشیمیایی چشم انداز و پیش بینی ماهیت تغییرات آنها در طبیعت را تحت تأثیر تکنوزایی ممکن می سازد. مناظر خودمختار فرآیندهای خودپالایی از آلودگی های تکنولوژیک را توسعه می دهند، زیرا محصولات تکنوزایی توسط آب های سطحی و زیر خاکی پراکنده می شوند. در مناظر انباشته، محصولات تکنوزایی انباشته و حفظ می شوند.
|
ضایعات صنعتی، کیلوگرم در لیتر |
خاک، میلی گرم بر کیلوگرم |
گیاهان، میلی گرم بر کیلوگرم |
آب آشامیدنی، میلی گرم در لیتر |
هوا، mg/m3 |
MPC در خون انسان، mg/l |
|
* نزدیک آزادراه ها بسته به حجم ترافیک و فاصله از آزادراه
توجه روزافزون به حفاظت از محیط زیست، توجه خاصی را در مورد تأثیر فلزات سنگین بر خاک ایجاد کرده است.
از نقطه نظر تاریخی، علاقه به این مشکل با مطالعه حاصلخیزی خاک به وجود آمد، زیرا عناصری مانند آهن، منگنز، مس، روی، مولیبدن و احتمالاً کبالت برای زندگی گیاهان و بنابراین برای حیوانات و انسان بسیار مهم هستند.
آنها همچنین به عنوان عناصر کمیاب شناخته می شوند زیرا در مقادیر کم مورد نیاز گیاهان هستند. گروه عناصر کمیاب نیز شامل فلزاتی می شود که محتوای آنها در خاک بسیار زیاد است، به عنوان مثال آهن که بخشی از بیشتر خاک ها است و در ترکیب پوسته زمین (5٪) بعد از اکسیژن (46.6٪) در رتبه چهارم قرار دارد. سیلیکون (27.7 درصد) و آلومینیوم (8.1 درصد).
اگر غلظت اشکال موجود آنها از حد معینی فراتر رود، همه عناصر کمیاب می توانند تأثیر منفی بر گیاهان بگذارند. برخی از فلزات سنگین مانند جیوه، سرب و کادمیوم که برای گیاهان و جانوران اهمیت چندانی ندارند، حتی در غلظت های کم برای سلامتی انسان مضر هستند.
گازهای خروجی از وسایل نقلیه، انتقال به مزرعه یا تصفیه خانه های فاضلاب، آبیاری با فاضلاب، پسماندها، پسماندها و انتشارات حاصل از بهره برداری از معادن و سایت های صنعتی، استفاده از فسفر و کودهای آلی، استفاده از آفت کش ها و غیره. منجر به افزایش غلظت فلزات سنگین در خاک شد.
تا زمانی که فلزات سنگین به طور محکم به اجزای تشکیل دهنده خاک چسبیده باشند و دسترسی به آنها دشوار باشد، تأثیر منفی آنها بر خاک و محیط زیست ناچیز خواهد بود. اما اگر شرایط خاک اجازه ورود فلزات سنگین به محلول خاک را بدهد، خطر مستقیم آلودگی خاک وجود دارد، احتمال نفوذ آنها به گیاهان و همچنین بدن انسان و حیوانات مصرف کننده این گیاهان وجود دارد. علاوه بر این، فلزات سنگین در اثر استفاده از لجن فاضلاب می توانند آلاینده گیاهان و بدنه های آبی باشند. خطر آلودگی خاک و گیاهان به موارد زیر بستگی دارد: نوع گیاهان; اشکال ترکیبات شیمیایی در خاک؛ وجود عناصری که با تأثیر فلزات سنگین و موادی که ترکیبات پیچیده ای را با آنها تشکیل می دهند مقابله می کنند. از فرآیندهای جذب و دفع؛ میزان اشکال موجود این فلزات در خاک و خاک و شرایط اقلیمی. بنابراین، تأثیر منفی فلزات سنگین اساساً به تحرک آنها بستگی دارد، یعنی. انحلال پذیری.
فلزات سنگین عمدتاً با ظرفیت متغیر، حلالیت کم هیدروکسیدهای آنها، توانایی بالا در تشکیل ترکیبات پیچیده و البته توانایی کاتیونی مشخص می شوند.
عوامل موثر در حفظ فلزات سنگین توسط خاک عبارتند از: جذب تبادلی سطح خاک رس و هوموس، تشکیل ترکیبات پیچیده با هوموس، جذب سطحی و انسداد (حل کردن یا جذب توانایی گازها توسط فلزات مذاب یا جامد) توسط اکسیدهای هیدراته آلومینیوم، آهن، منگنز و غیره و همچنین تشکیل ترکیبات نامحلول به ویژه در حین احیا.
فلزات سنگین در محلول خاک هم به صورت یونی و هم به صورت پیوندی وجود دارند که در تعادل خاصی هستند (شکل 1).
در شکل L p لیگاندهای محلول هستند که اسیدهای آلی با وزن مولکولی کم هستند و L n نامحلول هستند. واکنش فلزات (M) با مواد هیومیک نیز تا حدی شامل تبادل یونی است.
البته ممکن است شکل های دیگری از فلزات در خاک وجود داشته باشد که مستقیماً در این تعادل شرکت نکنند، مثلاً فلزات حاصل از شبکه بلوری کانی های اولیه و ثانویه و همچنین فلزات موجودات زنده و بقایای مرده آنها.
مشاهده تغییرات فلزات سنگین در خاک بدون آگاهی از عوامل تعیین کننده تحرک آنها غیر ممکن است. فرآیندهای حرکت ماندگاری که رفتار فلزات سنگین را در خاک تعیین می‌کنند با فرآیندهایی که رفتار سایر کاتیون‌ها را تعیین می‌کنند، تفاوت کمی دارند. اگرچه گاهی اوقات فلزات سنگین در غلظت های پایین در خاک یافت می شوند، اما کمپلکس های پایداری را با ترکیبات آلی تشکیل می دهند و راحت تر از فلزات قلیایی و قلیایی خاکی وارد واکنش های جذب خاصی می شوند.
مهاجرت فلزات سنگین در خاک می تواند به صورت مایع و معلق با کمک ریشه گیاه یا میکروارگانیسم های خاک صورت گیرد. مهاجرت ترکیبات محلول همراه با محلول خاک (انتشار) یا با حرکت خود مایع اتفاق می افتد. شستشو از خاک رس و مواد آلی منجر به مهاجرت تمام فلزات مرتبط با آنها می شود. مهاجرت مواد فرار به صورت گازی مانند دی متیل جیوه تصادفی است و این حالت حرکت اهمیت خاصی ندارد. مهاجرت در فاز جامد و نفوذ به شبکه کریستالی بیشتر یک مکانیسم اتصال است تا حرکت.
فلزات سنگین می توانند توسط میکروارگانیسم ها وارد یا جذب شوند که به نوبه خود می توانند در مهاجرت فلزات مربوطه شرکت کنند.
کرم های خاکی و سایر موجودات می توانند مهاجرت فلزات سنگین را به صورت مکانیکی یا بیولوژیکی با مخلوط کردن خاک یا ترکیب فلزات در بافت هایشان تسهیل کنند.
از بین انواع مهاجرت، مهم ترین مهاجرت در فاز مایع است، زیرا بیشتر فلزات به صورت محلول یا به صورت سوسپانسیون آبی وارد خاک می شوند و عملاً تمام فعل و انفعالات بین فلزات سنگین و اجزای مایع تشکیل دهنده خاک در خاک رخ می دهد. فصل مشترک فازهای مایع و جامد
فلزات سنگین در خاک از طریق زنجیره تغذیه ای وارد گیاهان می شوند و سپس توسط حیوانات و انسان ها مصرف می شوند. موانع بیولوژیکی مختلفی در چرخه فلزات سنگین دخیل هستند که در نتیجه تجمع زیستی انتخابی رخ می دهد که موجودات زنده را از بیش از حد این عناصر محافظت می کند. با این وجود، فعالیت موانع بیولوژیکی محدود است و اغلب فلزات سنگین در خاک متمرکز می شوند. مقاومت خاکها در برابر آلودگی توسط آنها بسته به ظرفیت بافری متفاوت است.
خاک هایی که به ترتیب دارای ظرفیت جذب بالا و دارای مقادیر بالای رس و همچنین مواد آلی هستند، می توانند این عناصر را به ویژه در افق های بالایی حفظ کنند. این برای خاک های کربناته و خاک هایی با واکنش خنثی معمول است. در این خاک ها میزان ترکیبات سمی قابل شستشو در آب های زیرزمینی و جذب گیاهان بسیار کمتر از خاک های اسیدی شنی است. با این حال، خطر زیادی برای افزایش غلظت عناصر به سمی وجود دارد که باعث عدم تعادل فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی در خاک می شود. فلزات سنگین که توسط بخش‌های آلی و کلوئیدی خاک حفظ می‌شوند، به طور قابل‌توجهی فعالیت بیولوژیکی را محدود می‌کنند، فرآیندهای yttrification را که برای حاصلخیزی خاک مهم هستند، مهار می‌کنند.
خاک های شنی که با ظرفیت جذب کم مشخص می شوند و همچنین خاک های اسیدی، فلزات سنگین را به استثنای مولیبدن و سلنیوم بسیار ضعیف در خود نگه می دارند. بنابراین به راحتی توسط گیاهان جذب می شوند و برخی از آنها حتی در غلظت های بسیار کم اثر سمی دارند.
محتوای روی در خاک بین 10 تا 800 میلی گرم بر کیلوگرم است، اگرچه اغلب 30 تا 50 میلی گرم بر کیلوگرم است. تجمع مقادیر بیش از حد روی بر روی بیشتر فرآیندهای خاک تأثیر منفی می گذارد: باعث تغییر در خواص فیزیکی و فیزیکی و شیمیایی خاک می شود و فعالیت بیولوژیکی را کاهش می دهد. روی فعالیت حیاتی میکروارگانیسم ها را مهار می کند و در نتیجه فرآیندهای تشکیل مواد آلی در خاک مختل می شود. روی بیش از حد در پوشش خاک مانع از تخمیر تجزیه سلولز، تنفس و عمل اوره آز می شود.
فلزات سنگین که از خاک به گیاهان می آیند و از طریق زنجیره غذایی منتقل می شوند، اثرات سمی بر گیاهان، حیوانات و انسان دارند.
در میان سمی ترین عناصر، ابتدا باید جیوه را نام برد که بیشترین خطر را در قالب یک ترکیب بسیار سمی - متیل جیوه - دارد. جیوه هنگام سوختن زغال سنگ و تبخیر آب از توده های آبی آلوده وارد جو می شود. با توده های هوا می توان آن را حمل و بر روی خاک در مناطق خاصی رسوب داد. مطالعات نشان داده است که جیوه به خوبی در سانتیمترهای بالایی افق تجمعی هوموسی انواع مختلف خاکهای دارای ترکیب مکانیکی لومی جذب می شود. مهاجرت آن در طول پروفیل و شسته شدن از نیمرخ خاک در چنین خاکهایی ناچیز است. با این حال، در خاک هایی با ترکیب مکانیکی سبک، اسیدی و فاقد هوموس، فرآیندهای مهاجرت جیوه تشدید می شود. در چنین خاکهایی فرآیند تبخیر ترکیبات آلی جیوه که دارای خاصیت فراریت هستند نیز آشکار می شود.
هنگامی که جیوه به میزان 200 و 100 کیلوگرم در هکتار به خاک های شنی، رسی و ذغال سنگ نارس اعمال شد، محصول روی خاک شنی، بدون توجه به سطح آهک، کاملاً از بین رفت. در خاک پیت، عملکرد کاهش یافت. در خاک رسی، کاهش عملکرد تنها در دوز کم آهک مشاهده شد.
سرب همچنین توانایی انتقال از طریق زنجیره غذایی را دارد و در بافت‌های گیاهان، حیوانات و انسان‌ها تجمع می‌یابد. دوز سرب معادل 100 میلی گرم بر کیلوگرم وزن خشک خوراک برای حیوانات کشنده در نظر گرفته می شود.
گرد و غبار سرب روی سطح خاک می نشیند، توسط مواد آلی جذب می شود، در امتداد پروفیل با محلول های خاک حرکت می کند، اما به مقدار کم از مشخصات خاک خارج می شود.
با توجه به فرآیندهای مهاجرت در شرایط اسیدی، ناهنجاری های تکنوژنیک سرب در خاک هایی به طول 100 متر ایجاد می شود که سرب از خاک وارد گیاهان شده و در آنها تجمع می یابد. در دانه گندم و جو، مقدار آن 5-8 برابر بیشتر از محتوای زمینه است، در تاپ، سیب زمینی - بیش از 20 بار، در غده ها - بیش از 26 برابر.
کادمیوم مانند وانادیوم و روی در لایه هوموسی خاک تجمع می یابد. ماهیت توزیع آن در نیمرخ خاک و چشم انداز ظاهراً شباهت زیادی با سایر فلزات، به ویژه با ماهیت توزیع سرب دارد.
با این حال، کادمیوم کمتر از سرب در مشخصات خاک ثابت است. حداکثر جذب کادمیوم مشخصه خاکهای خنثی و قلیایی با محتوای هوموس بالا و ظرفیت جذب بالا است. محتوای آن در خاک های پادزولیک می تواند از صدم تا 1 میلی گرم در کیلوگرم، در چرنوزم ها - تا 15-30، و در خاک های قرمز - تا 60 میلی گرم در کیلوگرم متغیر باشد.
بسیاری از بی مهرگان خاک کادمیوم را در بدن خود متمرکز می کنند. جذب کادمیوم توسط کرم‌های خاکی، شپش‌های چوب و حلزون‌ها 10 تا 15 برابر بیشتر از سرب و روی است. کادمیوم برای گیاهان کشاورزی سمی است و حتی اگر غلظت های بالای کادمیوم تأثیر محسوسی بر عملکرد محصول نداشته باشد، سمیت آن بر تغییر کیفیت محصول تأثیر می گذارد، زیرا محتوای کادمیوم در گیاهان افزایش می یابد.
آرسنیک با محصولات احتراق زغال سنگ، با ضایعات صنایع متالورژی و کارخانه های کود وارد خاک می شود. آرسنیک به شدت در خاک های حاوی اشکال فعال آهن، آلومینیوم و کلسیم حفظ می شود. سمیت آرسنیک در خاک به خوبی شناخته شده است. آلودگی خاک به آرسنیک باعث مرگ کرم های خاکی می شود. محتوای پس زمینه آرسنیک در خاک ها صدم میلی گرم در هر کیلوگرم خاک است.
فلوئور و ترکیبات آن به طور گسترده در صنایع هسته ای، نفت، شیمیایی و غیره استفاده می شود. با انتشار گازهای گلخانه ای از شرکت های متالورژی، به ویژه کارخانه های آلومینیوم، و همچنین به عنوان یک ناخالصی هنگام استفاده از سوپر فسفات و برخی حشره کش های دیگر وارد خاک می شود.
فلوئور با آلودگی خاک نه تنها به دلیل اثرات سمی مستقیم، بلکه با تغییر نسبت عناصر غذایی در خاک باعث کاهش عملکرد می شود. بیشترین جذب فلوئور در خاک هایی با مجتمع جذب خاک به خوبی توسعه یافته رخ می دهد. ترکیبات فلوراید محلول در طول نیمرخ خاک با جریان رو به پایین محلول های خاک حرکت می کنند و می توانند وارد آب های زیرزمینی شوند. آلودگی خاک به ترکیبات فلوراید باعث تخریب ساختار خاک و کاهش نفوذپذیری آب خاک می شود.
روی و مس نسبت به فلزات سنگین نامبرده سمیت کمتری دارند، اما مازاد آنها در ضایعات صنعت متالورژی، خاک را آلوده می کند و بر رشد میکروارگانیسم ها اثر کاهنده دارد، فعالیت آنزیمی خاک را کاهش می دهد و عملکرد گیاه را کاهش می دهد.
لازم به ذکر است که سمیت فلزات سنگین با اثر ترکیبی آنها بر موجودات زنده در خاک افزایش می یابد. اثر ترکیبی روی و کادمیوم در مقایسه با غلظت یکسان هر عنصر به طور جداگانه، چندین برابر اثر بازدارندگی قوی‌تری بر میکروارگانیسم‌ها دارد.
از آنجایی که فلزات سنگین معمولاً در ترکیبات مختلف هم در محصولات احتراق سوخت و هم در انتشارات صنعت متالورژی یافت می شوند، تأثیر آنها بر محیط اطراف منابع آلودگی بر اساس غلظت عناصر منفرد قوی تر از حد انتظار است.
در نزدیکی شرکت ها، فیتوسنوزهای طبیعی شرکت ها در ترکیب گونه ها یکنواخت تر می شوند، زیرا بسیاری از گونه ها نمی توانند افزایش غلظت فلزات سنگین در خاک را تحمل کنند. تعداد گونه ها را می توان به 2-3 کاهش داد، و گاهی اوقات تا تشکیل مونوسنوزها.
در فیتوسنوزهای جنگلی، گلسنگ ها و خزه ها اولین کسانی هستند که به آلودگی واکنش نشان می دهند. لایه درختی پایدارترین است. با این حال، مواجهه طولانی مدت یا با شدت بالا باعث ایجاد پدیده های مقاوم به خشکی در آن می شود.
خاک سطح زمین است که دارای خواصی است که هم طبیعت زنده و هم بی جان را مشخص می کند.
خاک شاخص کل است.آلودگی با بارش جوی، زباله های سطحی وارد خاک می شود. آنها همچنین توسط سنگ های خاک و آب های زیرزمینی وارد لایه خاک می شوند.
گروه فلزات سنگین شامل تمام فلزات با چگالی بیشتر از آهن است. تناقض این عناصر این است که در مقادیر معینی برای اطمینان از عملکرد طبیعی گیاهان و موجودات ضروری هستند.
اما بیش از حد آنها می تواند منجر به بیماری جدی و حتی مرگ شود. چرخه غذایی باعث می شود که ترکیبات مضر وارد بدن انسان شود و اغلب آسیب زیادی به سلامتی وارد می کند.
منابع آلودگی فلزات سنگین هستند. روشی وجود دارد که با آن میزان مجاز فلز محاسبه می شود. این مقدار کل چندین فلز Zc را در نظر می گیرد.
- قابل قبول
- نسبتاً خطرناک؛
- پرخطر؛
- بسیار خطرناک.
حفاظت از خاک بسیار مهم است. کنترل و نظارت مستمر اجازه رشد محصولات کشاورزی و چرای دام در زمین های آلوده را نمی دهد.
فلزات سنگین خاک را آلوده می کند
سه کلاس خطر فلزات سنگین وجود دارد. سازمان بهداشت جهانی سرب، جیوه و کادمیوم را خطرناک ترین آنها می داند.اما غلظت بالای عناصر دیگر کمتر مضر نیست.
سیاره تیر
آلودگی خاک با جیوه با ورود آفت کش ها، زباله های مختلف خانگی مانند لامپ های فلورسنت و عناصر ابزار اندازه گیری آسیب دیده به داخل آن اتفاق می افتد.
بر اساس داده های رسمی، انتشار سالانه جیوه بیش از پنج هزار تن است. جیوه می تواند از خاک آلوده وارد بدن انسان شود.
اگر این به طور منظم اتفاق بیفتد، اختلالات شدید در کار بسیاری از اندام ها از جمله سیستم عصبی ممکن است رخ دهد.
با درمان نادرست، یک نتیجه کشنده امکان پذیر است.
رهبری
سرب برای انسان و همه موجودات زنده بسیار خطرناک است.
فوق العاده سمی است. وقتی یک تن سرب استخراج می شود، بیست و پنج کیلوگرم در محیط رها می شود. با خروج گازهای خروجی مقدار زیادی سرب وارد خاک می شود. 
منطقه آلودگی خاک در طول مسیرها بیش از دویست متر در اطراف است. هنگامی که در خاک قرار می گیرد، توسط گیاهانی که توسط انسان و حیوانات خورده می شوند، از جمله دام که گوشت آنها نیز در منوی غذایی ما قرار دارد، جذب می شود. سرب اضافی بر سیستم عصبی مرکزی، مغز، کبد و کلیه ها تأثیر می گذارد.به دلیل اثرات سرطان زایی و جهش زایی آن خطرناک است.
کادمیوم
آلودگی خاک به کادمیوم یک خطر بزرگ برای بدن انسان است. هنگامی که بلعیده شود، باعث بدشکلی های اسکلتی، توقف رشد در کودکان و کمردرد شدید می شود.
مس و روی
غلظت بالای این عناصر در خاک باعث کند شدن رشد و باردهی گیاهان می شود که در نهایت منجر به کاهش شدید عملکرد می شود. در انسان، تغییراتی در مغز، کبد و پانکراس رخ می دهد.
مولیبدن
مولیبدن اضافی باعث نقرس و آسیب به سیستم عصبی می شود.
خطر فلزات سنگین در این واقعیت نهفته است که آنها به خوبی از بدن دفع می شوند و در آن تجمع می یابند. آنها می توانند ترکیبات بسیار سمی ایجاد کنند، به راحتی از یک محیط به محیط دیگر منتقل می شوند، تجزیه نمی شوند. در عین حال، آنها باعث بیماری های شدید می شوند که اغلب منجر به عواقب جبران ناپذیری می شود.آنتیموان
در برخی از سنگها وجود دارد.
بخشی از آلیاژهای مورد استفاده در زمینه های مختلف صنعتی است.
بیش از حد آن باعث اختلالات شدید خوردن می شود.
آرسنیک
منبع اصلی آلودگی خاک به آرسنیک موادی هستند که برای کنترل آفات گیاهان کشاورزی استفاده می شوند مانند علف کش ها، حشره کش ها. آرسنیک یک سم تجمعی است که باعث مزمن می شود. ترکیبات آن باعث تحریک بیماری های سیستم عصبی، مغز و پوست می شود.
منگنز
در خاک و گیاهان میزان بالایی از این عنصر مشاهده می شود. 
اگر مقدار اضافی منگنز وارد خاک شود، به سرعت مقدار اضافی خطرناکی از آن ایجاد می شود. این به شکل تخریب سیستم عصبی بر بدن انسان تأثیر می گذارد.
بیش از حد سایر عناصر سنگین کمتر خطرناک نیست.
با توجه به مطالب فوق، می توان نتیجه گرفت که تجمع فلزات سنگین در خاک پیامدهای شدیدی برای سلامت انسان و محیط زیست به طور کلی دارد.
روشهای اصلی مبارزه با آلودگی خاک با فلزات سنگین
روش های مقابله با آلودگی خاک به فلزات سنگین می تواند فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی باشد. از جمله روش های زیر است:
- افزایش اسیدیته خاک این احتمال را افزایش می دهد بنابراین ورود مواد آلی و خاک رس، آهک تا حدودی به مبارزه با آلودگی کمک می کند.
- کاشت، چمن زنی و حذف برخی از گیاهان مانند شبدر از سطح خاک غلظت فلزات سنگین در خاک را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. علاوه بر این، این روش کاملاً سازگار با محیط زیست است.
- سم زدایی آب زیرزمینی، پمپاژ و پاکسازی آن.
- پیش بینی و حذف مهاجرت شکل محلول فلزات سنگین
- در برخی موارد خاص، حذف کامل لایه خاک و جایگزینی آن با لایه جدید مورد نیاز است.
خطرناک ترین این فلزات سرب است. این خاصیت انباشته شدن را دارد تا به بدن انسان ضربه بزند. جیوه اگر یک یا چند بار وارد بدن انسان شود خطرناک نیست، فقط بخار جیوه خطرناک است. من معتقدم که بنگاه‌های صنعتی باید از فناوری‌های تولید پیشرفته‌تری استفاده کنند که برای همه موجودات زنده مضر نباشد. یک نفر نباید فکر کند، بلکه یک توده باید فکر کند، آنگاه به نتیجه خوبی خواهیم رسید.
آژانس فدرال برای آموزش مؤسسه آموزشی ایالتی
آموزش عالی حرفه ای "دانشگاه دولتی ورونژ"
آلودگی خاک با فلزات سنگین. روشهای کنترل و تنظیم خاکهای آلوده
راهنمای آموزشی و روشی برای دانشگاه ها
گردآورنده: خ.ا. جوولیکیان، دی.ای. شچگلوف، N.S. گوربونوا
مرکز انتشارات و چاپ دانشگاه دولتی ورونژ
مصوب 13 تیرماه 1388 شورای علمی و روشی دانشکده زیست شناسی و خاک، پروتکل شماره 10
داور Biol. علوم، پروفسور L.A. یابلونسکی
کمک آموزشی در گروه علوم خاک و مدیریت زمین دانشکده زیست شناسی و خاک دانشگاه دولتی ورونژ تهیه شد.
برای تخصص 020701 - خاک شناسی
اطلاعات کلی در مورد آلودگی ................................ ...................... ...................................................... . | |
مفهوم ناهنجاری های تکنولوژیک ...................................... .......................................... | |
آلودگی خاک به فلزات سنگین ..................................................... ................................. | |
مهاجرت فلزات سنگین در نیمرخ خاک .......................................... ................ | |
مفهوم پایش محیطی خاک ...................................... .............. | |
شاخص‌های وضعیت خاکها که در زمان کنترل آنها تعیین می‌شود. | |
تنظیم اکولوژیکی کیفیت خاکهای آلوده .......................................... | |
الزامات عمومی برای طبقه بندی خاکهای در معرض آلودگی...... | |
ادبیات................................................. ................................................ . ...... |
اطلاعات عمومی در مورد آلودگی
آلاینده ها
- اینها موادی با منشاء انسانی هستند که در مقادیر بیش از سطح طبیعی مصرف آنها وارد محیط می شوند. آلودگی خاک- نوعی تخریب انسانی، که در آن محتوای مواد شیمیایی در خاک های تحت تأثیر انسان زایی از سطح زمینه طبیعی منطقه ای فراتر می رود. بیش از حد محتوای برخی مواد شیمیایی در محیط زیست انسان (در مقایسه با سطوح طبیعی) به دلیل دریافت آنها از منابع انسانی یک خطر زیست محیطی است.استفاده انسان از مواد شیمیایی در فعالیت های اقتصادی و دخالت آنها در چرخه تحولات انسانی در محیط به طور مداوم در حال رشد است. یکی از ویژگی های شدت استخراج و استفاده از عناصر شیمیایی ساخت پذیری است - نسبت استخراج یا تولید سالانه یک عنصر در تن به کلارک آن در لیتوسفر (A.I. Perelman, 1999). فن دوستی بالا برای عناصری که بیشتر توسط انسان استفاده می شود، به ویژه برای آنهایی که سطح طبیعی آنها در لیتوسفر پایین است، معمول است. سطوح بالایی از فن دوستی برای فلزاتی مانند Bi، Hg، Sb، Pb، Cu، Se، Ag، As، Mo، Sn، Cr، Zn معمول است که نیاز به آن برای انواع صنایع بسیار زیاد است. با محتوای کم این عناصر در سنگ ها (10-2-10-6٪)، استخراج آنها قابل توجه است. این منجر به استخراج مقادیر عظیمی از سنگهای معدنی حاوی این عناصر از روده‌های زمین و متعاقباً پراکندگی جهانی آنها در محیط می‌شود.
علاوه بر فن‌آوری، سایر ویژگی‌های کمی تکنوزایی پیشنهاد شده‌اند. بنابراین، نسبت فن دوستی یک عنصر به زیست دوستی آن (زیست دوستی - آشکارسازی غلظت عناصر شیمیایی در ماده زنده) M.A. گلازوفسکایا به نام فعالیت مخرب عناصر تکنوزایی. فعالیت مخرب عناصر تکنوزایی درجه خطر عناصر را برای موجودات زنده مشخص می کند. یکی دیگر از ویژگی های کمی دخالت انسان زایی عناصر شیمیایی در چرخه های جهانی آنها در سیاره زمین است. عامل بسیجیا فاکتور غنی سازی تکنولوژیکی، که به عنوان نسبت شار تکنولوژیک یک عنصر شیمیایی به شار طبیعی آن محاسبه می شود. سطح فاکتور غنی‌سازی فن‌آوری و همچنین فن‌دوستی عناصر، نه تنها نشان‌دهنده حرکت آنها از لیتوسفر به محیط‌های طبیعی زمینی است، بلکه بازتابی از سطح انتشار عناصر شیمیایی با زباله‌های صنعتی به محیط است. .
مفهوم ناهنجاری های ساخته شده توسط انسان
ناهنجاری ژئوشیمیایی- بخشی از پوسته زمین (یا سطح زمین) که با افزایش قابل توجه غلظت هر عنصر شیمیایی یا ترکیبات آنها در مقایسه با مقادیر پس زمینه مشخص می شود و به طور منظم نسبت به تجمع مواد معدنی قرار دارد. شناسایی ناهنجاری‌های تکنولوژیکی یکی از مهمترین وظایف اکولوژیکی و ژئوشیمیایی در ارزیابی وضعیت محیط است. ناهنجاری ها در اجزای منظر در نتیجه ورود مواد مختلف از منابع تکنولوژیک ایجاد می شوند و حجم معینی را نشان می دهند که در آن مقادیر غلظت غیرعادی عناصر بیشتر از مقادیر پس زمینه است. با توجه به شیوع A.I. پرلمن و N.S. کاسیموف (1999) ناهنجاری های ساخت بشر زیر را شناسایی می کند:
1) جهانی - پوشش کل جهان (به عنوان مثال، افزایش یافته است
2) منطقه ای - در قسمت های خاصی از قاره ها، مناطق طبیعی و مناطق در نتیجه استفاده از آفت کش ها، کودهای معدنی، اسیدی شدن بارش با انتشار ترکیبات گوگرد و غیره تشکیل شده است.
3) محلی - در جو، خاک، آب، گیاهان اطراف منابع مصنوعی محلی: کارخانه ها، معادن و غیره تشکیل شده است.
با توجه به محیط شکل گیری، ناهنجاری های ساخته شده توسط انسان به دو دسته تقسیم می شوند:
1) در لیتوشیمیایی (در خاک، سنگ)؛
2) هیدروژئوشیمیایی (در آب)؛
3) اتموژئوشیمیایی (در جو، برف)؛
4) بیوشیمیایی (در موجودات).
با توجه به مدت زمان منبع آلودگی، آنها به موارد زیر تقسیم می شوند:
– برای کوتاه مدت (انتشار تصادفی و غیره)؛
– میان مدت (با توقف تأثیر، به عنوان مثال، توقف توسعه ذخایر معدنی)؛
– ثابت طولانی مدت (ناهنجاری های کارخانه ها، شهرها، مناظر کشاورزی، به عنوان مثال، KMA، نوریلسک نیکل).
هنگام ارزیابی ناهنجاری های تکنولوژیک، مناطق پس زمینه دور از منابع فن آوری آلاینده ها، به عنوان یک قاعده، بیش از 30 تا 50 کیلومتر دورتر انتخاب می شوند. یکی از معیارهای غیرعادی، ضریب غلظت تکنولوژیک یا ناهنجاری Kc است که نسبت محتوای یک عنصر در جسم نابهنجار در نظر گرفته شده به محتوای پس زمینه آن در اجزای منظر است.
برای ارزیابی تأثیر میزان آلاینده های وارد شده به بدن، از استانداردهای بهداشتی آلودگی نیز استفاده می شود - قبل از
غلظت های مجاز خاص این حداکثر محتوای یک ماده مضر در یک شی یا محصول طبیعی (آب، هوا، خاک، غذا) است که بر سلامت انسان یا سایر ارگانیسم ها تأثیر نمی گذارد.
آلاینده ها بر اساس خطر به کلاس هایی تقسیم می شوند (GOST
17.4.1.0283): کلاس I (بسیار خطرناک) - As, Cd, Hg, Se, Pb, F, benzo(a)pyrene, Zn; کلاس II (متوسط خطرناک) - B، Co، Ni، Mo، Cu، Sb، Cr. کلاس III (کم خطر) - Ba، V، W، Mn، Sr، استوفنون.
آلودگی خاک با فلزات سنگین
فلزات سنگین (HMs) در حال حاضر از نظر خطر در رتبه دوم قرار دارند، پس از آفت کش ها و بسیار جلوتر از آلاینده های شناخته شده ای مانند دی اکسید کربن و گوگرد. در آینده، آنها ممکن است خطرناک تر از زباله های نیروگاه هسته ای و زباله های جامد شوند. آلودگی HM با استفاده گسترده از آنها در تولید صنعتی همراه است. به دلیل سیستم های ناقص تصفیه، HM ها وارد محیط زیست از جمله خاک می شوند و آن را آلوده و مسموم می کنند. HM ها آلاینده های خاصی هستند که پایش آنها در همه محیط ها الزامی است.
خاک محیط اصلی است که HM ها از جمله از جو و محیط آبی وارد آن می شوند. همچنین به عنوان منبع آلودگی ثانویه هوای سطحی و آب هایی که از آن وارد اقیانوس جهانی می شوند، عمل می کند. HM ها توسط گیاهان از خاک جذب می شوند و سپس وارد غذا می شوند.
اصطلاح "فلزات سنگین" که مشخصه گروه وسیعی از آلاینده ها است، اخیراً به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. مؤلفان در آثار مختلف علمی و کاربردی، معنای این مفهوم را به شیوه های مختلف تفسیر می کنند. در این راستا، تعداد عناصر اختصاص داده شده به گروه فلزات سنگین در محدوده وسیعی متفاوت است. از ویژگی های متعددی به عنوان معیار عضویت استفاده می شود: جرم اتمی، چگالی، سمیت، شیوع در محیط طبیعی، میزان درگیری در چرخه های طبیعی و تکنولوژیک.
در کارهای اختصاص یافته به مشکلات آلودگی محیط زیست و نظارت بر محیط زیست، امروزه بیش از 40 عنصر D.I. مندلیف با جرم اتمی بیش از 40 واحد اتمی: V، کروم، منگنز، آهن، کو، نیکل، مس، روی، مو، کادمیوم، اسن، جیوه، سرب، بی و غیره بر اساس طبقه بندی N. Reimers (1990)
فلزات سنگین باید با چگالی بیش از 8 گرم بر سانتی متر مکعب در نظر گرفته شوند. در عین حال، شرایط زیر نقش مهمی در طبقه بندی فلزات سنگین ایفا می کند: سمیت بالای آنها برای موجودات زنده در غلظت های نسبتا کم، و همچنین توانایی آنها برای تجمع زیستی و بزرگنمایی زیستی. تقریباً تمام فلزات تحت این تعریف قرار می گیرند
آهن (به استثنای سرب، جیوه، کادمیوم و بیسموت که نقش بیولوژیکی آنها در حال حاضر مشخص نیست)، به طور فعال در فرآیندهای بیولوژیکی شرکت می کنند و بخشی از بسیاری از آنزیم ها هستند.
قدرتمندترین تامین کنندگان ضایعات غنی شده در فلزات، شرکت های ذوب فلزات غیر آهنی (آلومینیوم، آلومینا، مس-روی، ذوب سرب، نیکل، تیتانیوم-منیزیم، جیوه و غیره) و همچنین فرآوری فلزات غیرآهنی هستند. مهندسی رادیو، مهندسی برق، ابزارسازی، گالوانیکی و غیره).
در گرد و غبار صنایع متالورژی، کارخانه های فرآوری سنگ معدن، غلظت سرب، روی، بی، قلع را می توان در مقایسه با لیتوسفر با چندین مرتبه بزرگی (تا 10-12)، غلظت Cd، V، Sb - افزایش داد. ده ها هزار بار، Cd، Mo، Pb، Sn، Zn، Bi، Ag - صدها بار. ضایعات شرکت های متالورژی غیر آهنی، کارخانه های رنگ و لاک و سازه های بتن مسلح با جیوه غنی می شوند. غلظت W، Cd و Pb در گرد و غبار کارخانه های ماشین سازی افزایش می یابد (جدول 1).
تحت تأثیر انتشارات غنی شده با فلز، مناطق آلودگی چشم انداز عمدتاً در سطوح منطقه ای و محلی شکل می گیرند. تأثیر شرکت های انرژی بر آلودگی محیط زیست به دلیل غلظت فلزات در زباله نیست، بلکه به دلیل مقدار زیاد آنها است. به عنوان مثال، توده زباله در مراکز صنعتی، بیش از مقدار کل آنها است که از سایر منابع آلودگی ناشی می شود. مقدار قابل توجهی از سرب با گازهای خروجی اگزوز خودرو به محیط زیست رها می شود که از میزان مصرف آن با زباله های شرکت های متالورژی بیشتر است.
خاک های زراعی آلوده به عناصری مانند جیوه، As، Pb، Cu، Sn، Bi هستند که به عنوان بخشی از آفت کش ها، بیوسیدها، محرک های رشد گیاه، تشکیل دهنده های ساختمان وارد خاک می شوند. کودهای غیر سنتی ساخته شده از مواد زائد مختلف اغلب حاوی طیف گسترده ای از آلاینده ها در غلظت های بالا هستند. از کودهای معدنی سنتی، کودهای فسفاته حاوی ناخالصی های منگنز، روی، نیکل، کروم، سرب، مس، کادمیوم هستند (Gaponyuk، 1985).
توزیع در چشم انداز فلزات منتشر شده در جو از منابع تکنولوژیک با توجه به فاصله از منبع آلودگی، شرایط آب و هوایی (قدرت و جهت بادها)، زمین و عوامل تکنولوژیکی (وضعیت زباله، روش ورود زباله ها) تعیین می شود. محیط زیست، ارتفاع لوله های شرکت).
اتلاف HM به ارتفاع منبع انتشارات در جو بستگی دارد. به گفته M.E. برلیاند (1975)، با دودکش های بالا، غلظت قابل توجهی از انتشار در لایه سطحی جو در فاصله 10-40 ارتفاع دودکش ایجاد می شود. شش منطقه در اطراف چنین منابع آلودگی متمایز شده است (جدول 2). منطقه نفوذ شرکت های صنعتی فردی در قلمرو مجاور می تواند به 1000 کیلومتر مربع برسد.
جدول 2
مناطق آلوده خاک در اطراف منابع آلودگی نقطه ای
فاصله از | محتوای اضافی |
|||
منبع برای | TM در رابطه با |
|||
آلودگی در کیلومتر | به پس زمینه |
|||
منطقه امنیتی شرکت | ||||
مناطق آلودگی خاک و اندازه آنها ارتباط نزدیکی با بردارهای بادهای غالب دارد. نقش برجسته، پوشش گیاهی، ساختمان های شهری می توانند جهت و سرعت حرکت لایه سطحی هوا را تغییر دهند. همانند مناطق آلوده خاک، مناطق آلوده پوشش گیاهی نیز قابل تشخیص است.
مهاجرت فلزات سنگین در نمایه خاک
تجمع بخش عمده آلاینده ها عمدتاً در افق خاک انباشته هوموس مشاهده می شود، جایی که آنها توسط آلومینوسیلیکات ها، کانی های غیر سیلیکاتی، مواد آلی به دلیل واکنش های متقابل مختلف محدود می شوند. ترکیب و مقدار عناصر باقی مانده در خاک به محتوای و ترکیب هوموس، شرایط اسید-باز و اکسیداسیون و کاهش، ظرفیت جذب و شدت جذب بیولوژیکی بستگی دارد. برخی از فلزات سنگین توسط این اجزا محکم نگه داشته می شوند و نه تنها در مهاجرت در طول نیمرخ خاک شرکت نمی کنند، بلکه خطری هم ندارند.
برای موجودات زنده پیامدهای زیست محیطی منفی آلودگی خاک با ترکیبات فلزی متحرک همراه است.
AT در پروفیل خاک، جریان تکنولوژیک مواد با تعدادی ازموانع خاک-ژئوشیمیایی اینها عبارتند از کربنات، گچ، افق های ایلوویال (Iluvial-ferruginous-humus). برخی از عناصر بسیار سمی می توانند به ترکیباتی تبدیل شوند که دسترسی به آنها برای گیاهان دشوار است، در حالی که سایر عناصری که در یک محیط ژئوشیمیایی خاک متحرک هستند می توانند در لایه خاک مهاجرت کنند که نشان دهنده یک خطر بالقوه برای موجودات زنده است. تحرک عناصر تا حد زیادی به شرایط اسید-باز و ردوکس در خاک بستگی دارد. در خاک های خنثی، ترکیبات روی، V، As، Se متحرک هستند که می توان آنها را در هنگام خیس شدن فصلی خاک ها شستشو داد.
تجمع ترکیبات متحرک عناصری که مخصوصاً برای موجودات خطرناک هستند به رژیم آب و هوای خاک بستگی دارد: کوچکترین تجمع آنها در خاکهای نفوذپذیر رژیم شستشو مشاهده می شود، در خاکهایی با رژیم غیر شسته شدنی افزایش می یابد و حداکثر در خاک است. خاک هایی با رژیم افیوژن. با غلظت تبخیری و واکنش قلیایی، Se, As, V را می توان در خاک به شکلی به راحتی در دسترس جمع کرد و در شرایط محیط کاهنده جیوه را به شکل ترکیبات متیله کرد.
با این حال، باید در نظر داشت که در شرایط رژیم شستشو، تحرک بالقوه فلزات محقق می شود و می توان آنها را از مشخصات خاک خارج کرد، که منبع آلودگی ثانویه آب های زیرزمینی است.
AT در خاکهای اسیدی با غالب شرایط اکسیدکننده (خاکهای پودزولیک، زه‌کشی خوب)، فلزات سنگین مانند Cd و Hg به راحتی شکل‌های متحرک را تشکیل می‌دهند. در مقابل، Pb، As، Se ترکیبات کم تحرکی را تشکیل می دهند که می توانند در هوموس و افق های ایلوویال تجمع کنند و بر وضعیت موجودات زنده خاک تأثیر منفی بگذارند. اگر S در ترکیب آلاینده ها وجود داشته باشد، یک محیط سولفید هیدروژن ثانویه تحت شرایط احیا ایجاد می شود و بسیاری از فلزات سولفیدهای نامحلول یا کمی محلول را تشکیل می دهند.
AT در خاک های غرقاب، Mo، V، As و Se به صورت غیر فعال وجود دارد. بخش قابل توجهی از عناصر موجود در خاک های غرقاب اسیدی به شکل های نسبتاً متحرک و خطرناک برای مواد زنده وجود دارد. از جمله ترکیبات سرب، کروم، نیکل، کو، مس، روی، کادمیوم و جیوه هستند. در خاک های کمی اسیدی و خنثی با هوادهی خوب، ترکیبات سرب به سختی محلول به خصوص در زمان آهک سازی تشکیل می شود. در خاک های خنثی، ترکیبات روی، V، As، Se متحرک هستند، در حالی که Cd و Hg را می توان در هوموس و افق های ایلوویال حفظ کرد. با افزایش قلیاییت، خطر آلودگی خاک به این عناصر افزایش می یابد.
مفهوم پایش محیطی خاک
پایش محیطی خاک - سیستم منظم غیر محدود
کنترل مکان و زمان خاک ها محدود است که اطلاعاتی در مورد وضعیت آنها به منظور ارزیابی گذشته، حال و پیش بینی تغییرات در آینده ارائه می دهد. هدف پایش خاک شناسایی تغییرات انسانی در خاک است که ممکن است در نهایت به سلامت انسان آسیب برساند. نقش ویژه نظارت بر خاک به این دلیل است که همه تغییرات در ترکیب و ویژگی های خاک در انجام عملکردهای اکولوژیکی آنها توسط خاک و در نتیجه در وضعیت بیوسفر منعکس می شود.
این واقعیت بسیار مهم است که در خاک، برخلاف هوای جو و آب‌های سطحی، پیامدهای زیست‌محیطی تأثیرات انسانی معمولاً دیرتر ظاهر می‌شود، اما پایدارتر و ماندگارتر هستند. نیاز به ارزیابی پیامدهای درازمدت این تأثیر وجود دارد، به عنوان مثال، امکان بسیج آلاینده ها در خاک، در نتیجه خاک می تواند از یک "دپو" آلاینده ها به منبع ثانویه آنها تبدیل شود.
انواع پایش محیطی خاک
شناسایی انواع پایش محیطی خاک بر اساس تفاوت در ترکیب شاخص های اطلاعاتی خاک مربوط به وظایف هر یک از آنها است. بر اساس تفاوت در مکانیسم ها و مقیاس های تجلی تخریب خاک، دو گروه از انواع مانیتو-
حلقه: گروه اول -نظارت جهانی، دوم - محلی و منطقه ای.
پایش جهانی خاک بخشی جدایی ناپذیر از پایش جهانی بیوسفر است. این به منظور ارزیابی تاثیر بر وضعیت خاک از پیامدهای زیست محیطی حمل و نقل جوی دوربرد آلاینده ها در ارتباط با خطر آلودگی سیاره ای زیست کره و فرآیندهای جهانی همراه با آن انجام می شود. نتایج نظارت جهانی یا بیوسفری تغییرات جهانی در وضعیت موجودات زنده روی سیاره تحت تأثیر فعالیت های انسانی را مشخص می کند.
هدف از پایش محلی و منطقه ای شناسایی تأثیر تخریب خاک بر اکوسیستم ها در سطوح محلی و منطقه ای و به طور مستقیم بر شرایط زندگی انسان در زمینه مدیریت طبیعت است.
نظارت محلیبهداشتی-بهداشتی یا ضربه ای نیز نامیده می شود. هدف آن کنترل سطح محتوای موجود در محیط از آن دسته از آلاینده هایی است که توسط یک آلاینده خاص منتشر می شود.
آلودگی خاک با فلزات سنگین منابع مختلفی دارد:
1. ضایعات صنعت فلزکاری.
2. انتشارات صنعتی;
3. محصولات احتراق سوخت.
4. گازهای خروجی خودرو;
5. ابزار شیمیایی کشاورزی.
بنگاه های متالورژی سالانه بیش از 150 هزار تن مس، 120 هزار تن روی، حدود 90 هزار تن سرب، 12 هزار تن نیکل، 1.5 هزار تن مولیبدن، حدود 800 تن کبالت و حدود 30 تن جیوه منتشر می کنند. سطح زمین . برای 1 گرم مس تاول، ضایعات صنعت ذوب مس حاوی 2.09 تن گرد و غبار است که حاوی 15 درصد مس، 60 درصد اکسید آهن و 4 درصد آرسنیک، جیوه، روی و سرب است. ضایعات صنایع مهندسی و شیمیایی تا 1 گرم در کیلوگرم سرب، تا 3 گرم بر کیلوگرم مس، تا 10 گرم بر کیلوگرم کروم و آهن، تا 100 گرم بر کیلوگرم فسفر و تا 10 گرم دارند. / کیلوگرم منگنز و نیکل. در سیلسیا، زباله هایی با محتوای روی 2 تا 12 درصد و سرب از 0.5 تا 3 درصد در اطراف کارخانه های روی انباشته می شوند و سنگ معدن هایی با محتوای روی 1.8 درصد در ایالات متحده مورد بهره برداری قرار می گیرند.
با گازهای خروجی، سالانه بیش از 250 هزار تن سرب وارد سطح خاک می شود. این آلاینده اصلی خاک با سرب است. فلزات سنگین همراه با کودها وارد خاک می شوند که به عنوان ناخالصی در آن گنجانده شده است.
اگرچه فلزات سنگین گاهی در خاک در غلظت های کم یافت می شوند، اما کمپلکس های پایداری با ترکیبات آلی تشکیل می دهند و راحت تر از فلزات قلیایی و قلیایی خاکی وارد واکنش های جذب خاصی می شوند. گونه ها نمی توانند افزایش غلظت فلزات سنگین در خاک را تحمل کنند. تعداد گونه ها را می توان به 2-3 کاهش داد و گاهی اوقات به تشکیل مونوسنوز می رسد.در فیتوسنوزهای جنگلی، گلسنگ ها و خزه ها اولین کسانی هستند که به آلودگی واکنش نشان می دهند. لایه درختی پایدارترین است. اما مواجهه طولانی مدت یا با شدت زیاد، پدیده های مقاوم به خشکی را در آن ایجاد می کند، احیای پوشش خاکی به هم خورده مستلزم زمان طولانی و سرمایه گذاری های کلان است.
یک کار مخصوصاً دشوار، احیای پوشش گیاهی در زباله‌های روباره و باطله‌ها (باطله‌ها) کارگاه‌هایی است که در آن سنگهای فلزی استخراج می‌شوند: چنین باطله‌هایی معمولاً از نظر مواد مغذی فقیر، سرشار از فلزات سمی هستند و آب را ضعیف نگه می‌دارند. یک مشکل جدی برای محیط زیست، فرسایش بادی زباله های معادن است.
سهمیه بندی محتوای فلزات سنگین در خاکسهمیه بندی محتوای فلزات سنگین در خاک و گیاهان به دلیل عدم امکان در نظر گرفتن کامل تمام عوامل محیطی بسیار دشوار است. بنابراین، تغییر تنها خواص آگروشیمیایی خاک (واکنش محیط، محتوای هوموس، درجه اشباع با بازها، ترکیب گرانولومتری) می تواند محتوای فلزات سنگین در گیاهان را چندین برابر کاهش یا افزایش دهد. حتی در مورد محتوای پس زمینه برخی از فلزات نیز داده های متناقضی وجود دارد. نتایج ارائه شده توسط محققان گاهی اوقات بین 5-10 برابر متفاوت است.
مقیاس های متعددی برای تنظیم محیطی فلزات سنگین پیشنهاد شده است. در برخی موارد، بیشترین محتوای فلزات مشاهده شده در خاک های معمولی انسانی به عنوان حداکثر غلظت مجاز در نظر گرفته می شود، در برخی دیگر - محتوایی که از نظر سمیت گیاهی حد است. در بیشتر موارد، MPCها برای فلزات سنگین پیشنهاد شده‌اند که چندین برابر از مقادیر مجاز واقعی غلظت فلزات فراتر می‌روند.
برای توصیف آلودگی تکنولوژیک با فلزات سنگین، از ضریب غلظتی استفاده می شود که برابر با نسبت غلظت یک عنصر در خاک آلوده به غلظت پس زمینه آن است.
جدول 1 MPCهای تایید شده رسمی و سطوح مجاز محتوای آنها را از نظر مضر بودن نشان می دهد. مطابق با طرح اتخاذ شده توسط بهداشتکاران پزشکی، تنظیم فلزات سنگین در خاک به جابجایی (انتقال یک عنصر به گیاه)، آب مهاجر (انتقال به آب) و بهداشت عمومی (تأثیر بر ظرفیت خود تمیز شوندگی) تقسیم می شود. خاک و میکروبیوسنوز خاک).
آژانس فدرال حمل و نقل دریایی و رودخانه ای
موسسه آموزشی بودجه فدرال
آموزش عالی حرفه ای
دانشگاه دولتی دریایی
به نام دریاسالار G.I. نولسکوی
اداره حفاظت محیط زیست
انشا
در رشته "فرایندهای فیزیکی و شیمیایی"
پیامدهای آلودگی خاک با فلزات سنگین و رادیونوکلئیدها.
بررسی شده توسط معلم:
فیرسوا ال یو.
اجرا توسط دانشجو gr. ___
Khodanova S.V.
ولادی وستوک 2012
محتوا
مقدمه
1 فلزات سنگین در خاک
نتیجه
فهرست منابع استفاده شده
مقدمه
خاک فقط یک محیط بی اثر نیست که در سطح آن فعالیت های انسانی انجام می شود، بلکه یک سیستم پویا و در حال توسعه است که شامل بسیاری از اجزای آلی و معدنی است که دارای شبکه ای از حفره ها و منافذ هستند و به نوبه خود حاوی گازها و گازها هستند. مایعات توزیع فضایی این اجزا، انواع اصلی خاک های روی کره زمین را تعیین می کند.
علاوه بر این، خاک حاوی تعداد زیادی موجودات زنده است که به آنها بیوتا گفته می شود: از باکتری ها و قارچ ها گرفته تا کرم ها و جوندگان. خاک بر روی سنگهای مادر و تحت تأثیر ترکیبی اقلیم، پوشش گیاهی، موجودات خاک و زمان تشکیل می شود. بنابراین تغییر در هر یک از این عوامل می تواند منجر به تغییر در خاک شود. تشکیل خاک یک فرآیند طولانی است: 1000 تا 10000 سال طول می کشد تا یک لایه 30 سانتی متری خاک تشکیل شود. در نتیجه، نرخ تشکیل خاک آنقدر کم است که خاک را می توان یک منبع تجدید ناپذیر در نظر گرفت.
پوشش خاکی زمین مهمترین جزء بیوسفر زمین است. این پوسته خاک است که بسیاری از فرآیندهای رخ داده در بیوسفر را تعیین می کند. مهم ترین اهمیت خاک ها تجمع مواد آلی، عناصر شیمیایی مختلف و همچنین انرژی است. پوشش خاک به عنوان یک جاذب بیولوژیکی، تخریب کننده و خنثی کننده آلاینده های مختلف عمل می کند. اگر این پیوند بیوسفر از بین برود، عملکرد موجود زیست کره به طور غیرقابل برگشتی مختل می شود. به همین دلیل است که مطالعه اهمیت بیوشیمیایی جهانی پوشش خاک، وضعیت فعلی و تغییرات آن تحت تأثیر فعالیت های انسانی بسیار مهم است.
1 فلزات سنگین در خاک
- منابع فلزات سنگین در خاک
عناصر کمیاب زیادی در بین HM ها وجود دارد که از نظر بیولوژیکی برای موجودات زنده مهم هستند. آنها اجزای ضروری و غیر قابل تعویض بیوکاتالیست ها و تنظیم کننده های زیستی مهم ترین فرآیندهای فیزیولوژیکی هستند. با این حال، محتوای بیش از حد HMs در اشیاء مختلف بیوسفر تأثیری ناامیدکننده و حتی سمی بر موجودات زنده دارد.
منابع ورود HM به خاک به طبیعی (هوازدگی سنگ ها و مواد معدنی، فرآیندهای فرسایش، فعالیت های آتشفشانی) و فن آوری (استخراج و فرآوری مواد معدنی، احتراق سوخت، تأثیر وسایل نقلیه، کشاورزی و غیره) تقسیم می شوند. علاوه بر آلودگی از طریق جو، HM ها نیز به طور خاص در هنگام استفاده از آفت کش ها، کودهای معدنی و آلی، آهک سازی و استفاده از فاضلاب آلوده می شوند. اخیراً دانشمندان توجه ویژه ای به خاک های شهری داشته اند. دومی یک فرآیند تکنولوژیکی قابل توجه را تجربه می کند که بخشی جدایی ناپذیر از آن آلودگی HM است.
HM ها به اشکال مختلف به سطح خاک می رسند. اینها اکسیدها و نمکهای مختلف فلزات هستند، هم محلول و هم عملاً نامحلول در آب (سولفیدها، سولفاتها، آرسنیتها و غیره). در ترکیب انتشار گازهای گلخانه‌ای از شرکت‌های فرآوری سنگ معدن و شرکت‌های متالورژی غیرآهنی - منبع اصلی آلودگی محیطی HM - عمده فلزات (70-90٪) به شکل اکسید است.
با قرار گرفتن بر روی سطح خاک، بسته به ماهیت موانع ژئوشیمیایی ذاتی در قلمرو مشخص، HM ها می توانند تجمع یا از بین بروند.
اکثر HM هایی که وارد سطح خاک شده اند در افق های هوموس بالایی ثابت می شوند. HM ها در سطح ذرات خاک جذب می شوند، به مواد آلی خاک متصل می شوند، به ویژه به شکل ترکیبات آلی عنصری، در هیدروکسیدهای آهن تجمع می یابند، بخشی از شبکه های کریستالی کانی های رسی هستند، کانی های خود را در نتیجه ایزومورفیک می دهند. جانشینی و در حالت محلول در رطوبت خاک و حالت گازی در هوای خاک جزء لاینفک موجودات زنده خاک هستند.
درجه تحرک HM بستگی به محیط ژئوشیمیایی و سطح تاثیر فن آوری دارد. توزیع اندازه ذرات سنگین و محتوای بالای مواد آلی منجر به اتصال HMs توسط خاک می شود. افزایش مقادیر pH جذب فلزات کاتیون ساز (مس، روی، نیکل، جیوه، سرب و غیره) را افزایش می دهد و تحرک فلزات تشکیل دهنده آنیون (مولیبدن، کروم، وانادیم و غیره) را افزایش می دهد. تقویت شرایط اکسیداسیون توانایی مهاجرت فلزات را افزایش می دهد. در نتیجه، با توجه به قابلیت اتصال به اکثر HMها، خاکها سری زیر را تشکیل می دهند: خاک خاکستری > چرنوزم > خاک سودی-پودزولیک.
- آلودگی خاک با فلزات سنگین
دوم اینکه HM ها با تجمع در خاک در مقادیر زیاد می توانند بسیاری از خواص آن را تغییر دهند. اول از همه، تغییرات بر خواص بیولوژیکی خاک تأثیر می گذارد: تعداد کل میکروارگانیسم ها کاهش می یابد، ترکیب گونه ای آنها (تنوع) باریک می شود، ساختار جوامع میکروبی تغییر می کند، شدت فرآیندهای میکروبیولوژیکی اصلی و فعالیت آنزیم های خاک کاهش می یابد. ، و غیره. آلودگی شدید به HM ها همچنین منجر به تغییراتی در ویژگی های محافظه کارتر خاک مانند حالت هوموسی، ساختار، PH محیط و غیره می شود که منجر به از دست دادن جزئی و در برخی موارد به طور کامل حاصلخیزی خاک می شود.
- ناهنجاری های طبیعی و مصنوعی
خاک بر خلاف سایر اجزای محیط طبیعی، نه تنها از نظر ژئوشیمیایی اجزای آلودگی را انباشته می کند، بلکه به عنوان یک بافر طبیعی عمل می کند که انتقال عناصر و ترکیبات شیمیایی به اتمسفر، هیدروسفر و مواد زنده را کنترل می کند.
گیاهان، حیوانات و انسان های مختلف برای زندگی به ترکیب خاصی از خاک و آب نیاز دارند. در مکان های ناهنجاری های ژئوشیمیایی، انتقال انحراف از هنجار ترکیب مواد معدنی در سراسر زنجیره غذایی تشدید می شود. در نتیجه نقض تغذیه معدنی، تغییر در ترکیب گونه های جوامع گیاهی، باغ وحش و میکروبی، بیماری اشکال وحشی گیاهان، کاهش کمیت و کیفیت محصولات گیاهان کشاورزی و محصولات دامی، افزایش در بروز جمعیت و کاهش امید به زندگی مشاهده می شود.
اثر سمی HMs بر روی سیستم های بیولوژیکی در درجه اول به این دلیل است که آنها به راحتی به گروه های سولفیدریل پروتئین ها (از جمله آنزیم ها) متصل می شوند، سنتز آنها را مهار می کنند و در نتیجه متابولیسم بدن را مختل می کنند.
موجودات زنده مکانیسم های مختلفی برای مقاومت در برابر HM ایجاد کرده اند: از کاهش یون های HM به ترکیبات کمتر سمی گرفته تا فعال شدن سیستم های انتقال یون که به طور موثر و اختصاصی یون های سمی را از سلول به محیط خارجی حذف می کنند.
مهمترین پیامد تأثیر HM بر موجودات زنده، که خود را در سطوح بیوژئوسنوتیک و بیوسفر سازمان‌دهی مواد زنده نشان می‌دهد، مسدود کردن فرآیندهای اکسیداسیون مواد آلی است. این امر منجر به کاهش سرعت کانی سازی و تجمع آن در اکوسیستم ها می شود. در عین حال، افزایش غلظت مواد آلی باعث اتصال HM ها می شود که به طور موقت بار را از اکوسیستم خارج می کند. کاهش سرعت تجزیه مواد آلی به دلیل کاهش تعداد موجودات، زیست توده آنها و شدت فعالیت حیاتی، واکنش غیرفعال اکوسیستم ها به آلودگی HM در نظر گرفته می شود. مخالفت فعال موجودات زنده با بارهای انسانی تنها در طول عمر تجمع فلزات در بدن و اسکلت آشکار می شود. مقاوم ترین گونه ها مسئول این فرآیند هستند.
مقاومت موجودات زنده، در درجه اول گیاهان، در برابر غلظت های بالا از HMs و توانایی آنها در تجمع غلظت های بالای فلزات می تواند خطر بزرگی برای سلامت انسان باشد، زیرا آنها اجازه نفوذ آلاینده ها را به زنجیره های غذایی می دهند.
- سهمیه بندی محتوای فلزات سنگین در خاک و تصفیه خاک
دو رویکرد اصلی برای موضوع بهداشت خاک های آلوده به HMs وجود دارد. هدف اول پاکسازی خاک از HM ها است. تصفیه را می توان با شستشو، با استخراج HM از خاک با کمک گیاهان، با برداشتن لایه بالای خاک آلوده و غیره انجام داد. رویکرد دوم مبتنی بر تثبیت HMها در خاک، تبدیل آنها به اشکال نامحلول در آب و غیرقابل دسترس برای موجودات زنده است. برای این منظور پیشنهاد می‌شود مواد آلی، کودهای معدنی فسفر، رزین‌های تبادل یونی، زئولیت‌های طبیعی، زغال‌سنگ قهوه‌ای به خاک، آهک‌سازی خاک و غیره وارد شوند. با این حال، هر روشی برای تثبیت HMها در خاک دوره اعتبار خاص خود را دارد. دیر یا زود، بخشی از HM دوباره شروع به ورود به محلول خاک و از آنجا به موجودات زنده می کند.
- رادیونوکلئیدها در خاک آلودگی هسته ای
خاک ها حاوی تقریباً تمام عناصر شیمیایی شناخته شده در طبیعت از جمله رادیونوکلئیدها هستند.
رادیونوکلئیدها عناصر شیمیایی هستند که قادر به واپاشی خود به خود با تشکیل عناصر جدید و همچنین ایزوتوپ های تشکیل شده از هر عنصر شیمیایی هستند. پیامد فروپاشی هسته ای، تشعشعات یونیزه کننده به شکل جریانی از ذرات آلفا (جریان هسته های هلیوم، پروتون ها) و ذرات بتا (جریان الکترون)، نوترون ها، تابش گاما و اشعه ایکس است. این پدیده رادیواکتیویته نامیده می شود. عناصر شیمیایی که توانایی تجزیه خود به خود را دارند رادیواکتیو نامیده می شوند. متداول ترین مترادف مورد استفاده برای پرتوهای یونیزان، تشعشعات رادیواکتیو است.
تابش یونیزان جریانی از ذرات باردار یا خنثی و کوانتوم های الکترومغناطیسی است که برهمکنش آنها با محیط منجر به یونیزه شدن و تحریک اتم ها و مولکول های آن می شود. پرتوهای یونیزان ماهیت الکترومغناطیسی (تابش اشعه گاما و ایکس) و جسمی (تابش آلفا، تابش بتا، تابش نوترون) دارند.
تشعشعات گاما تابش الکترومغناطیسی است که توسط پرتوهای گاما (پرتوهای گسسته یا کوانتومی که فوتون نامیده می شوند) ایجاد می شود، اگر هسته پس از واپاشی آلفا یا بتا در حالت برانگیخته باقی بماند. پرتوهای گاما در هوا می توانند مسافت های قابل توجهی را طی کنند. یک فوتون از پرتوهای گاما با انرژی بالا می تواند از بدن انسان عبور کند. تابش شدید گاما نه تنها به پوست، بلکه به اندام های داخلی نیز آسیب می رساند. از این اشعه مواد متراکم و سنگین، آهن، سرب محافظت کنید. تشعشعات گاما را می توان به طور مصنوعی در شتاب دهنده های ذرات آلوده (میکروترون) ایجاد کرد، به عنوان مثال، تابش الکترون های شتاب دهنده سریع در هنگام برخورد با هدف.
اشعه ایکس شبیه پرتوهای گاما است. اشعه ایکس کیهانی توسط جو جذب می شود. اشعه ایکس به صورت مصنوعی به دست می آید، آنها در قسمت پایینی طیف انرژی تابش الکترومغناطیسی قرار می گیرند.
تشعشعات رادیواکتیو یک عامل طبیعی در بیوسفر برای همه موجودات زنده است و موجودات زنده خود دارای رادیواکتیویته خاصی هستند. خاکها دارای بالاترین درجه پرتوزایی طبیعی در بین اجسام بیوسفری هستند. در این شرایط، طبیعت برای میلیون‌ها سال شکوفا شد، مگر در موارد استثنایی با ناهنجاری‌های ژئوشیمیایی مرتبط با رسوب سنگهای رادیواکتیو، به عنوان مثال، سنگ معدن اورانیوم.
با این حال، در قرن بیستم، بشریت با رادیواکتیویته فراتر از حد طبیعی و در نتیجه از نظر بیولوژیکی غیرطبیعی مواجه شد. اولین قربانیان دوزهای بیش از حد تشعشع، دانشمندان بزرگی بودند که عناصر رادیواکتیو (رادیوم، پولونیوم) همسران ماریا اسکلودوسکا-کوری و پیر کوری را کشف کردند. و سپس: هیروشیما و ناکازاکی، آزمایش سلاح های اتمی و هسته ای، بسیاری از بلایا از جمله چرنوبیل و غیره.
مهم ترین اشیاء بیوسفر که عملکرد بیولوژیکی همه موجودات زنده را تعیین می کند، خاک است.
رادیواکتیویته خاکها به دلیل وجود رادیونوکلئیدها در آنهاست. رادیواکتیویته طبیعی و مصنوعی وجود دارد.
رادیواکتیویته طبیعی خاک ها ناشی از ایزوتوپ های رادیواکتیو طبیعی است که همیشه در مقادیر متفاوتی در خاک ها و سنگ های خاک ساز وجود دارند. رادیونوکلئیدهای طبیعی به 3 گروه تقسیم می شوند.
گروه اول شامل عناصر رادیواکتیو - عناصری است که همه ایزوتوپ های آنها رادیواکتیو هستند: اورانیوم (238)
و غیره.................
