Zanieczyszczenie gleby ołowiem jest maksymalne. Metale ciężkie to najbardziej niebezpieczne pierwiastki, które mogą zanieczyścić glebę
Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi ma różne źródła:
1. odpady z przemysłu metalowego;
2. emisje przemysłowe;
3. produkty spalania paliwa;
4. spaliny samochodowe;
5. środki chemizacji rolnictwa.
Przedsiębiorstwa metalurgiczne emitują rocznie ponad 150 tys. ton miedzi, 120 tys. ton cynku, ok. 90 tys. ton ołowiu, 12 tys. ton niklu, 1,5 tys. ton molibdenu, ok. powierzchnia ziemi. Na 1 gram miedzi konwertorowej odpady z przemysłu wytopu miedzi zawierają 2,09 tony pyłu, który zawiera do 15% miedzi, 60% tlenku żelaza i po 4% arsenu, rtęci, cynku i ołowiu. Odpady z przemysłu maszynowego i chemicznego zawierają do 1 tys. mg/kg ołowiu, do 3 tys. mg/kg miedzi, do 10 tys. mg/kg chromu i żelaza, do 100 g/kg fosforu i do 10 g/kg manganu i niklu. Na Śląsku hałdy o zawartości cynku od 2 do 12% i ołowiu od 0,5 do 3% zalegają wokół cynkowni, aw USA eksploatowane są rudy o zawartości cynku od 1,8%.
Wraz ze spalinami na powierzchnię gleby przedostaje się ponad 250 tysięcy ton ołowiu rocznie; jest głównym zanieczyszczeniem gleby ołowiem.
Metale ciężkie dostają się do gleby wraz z nawozami, w których występują jako zanieczyszczenie, a także z produktami biobójczymi.
L. G. Bondarev (1976) obliczył możliwy napływ metali ciężkich na powierzchnię pokrywy glebowej w wyniku działalności produkcyjnej człowieka przy całkowitym wyczerpaniu zasobów rudy, przy spalaniu istniejących zasobów węgla i torfu oraz porównując je z możliwymi dotychczas zgromadzonych w humosferze rezerw metali. Powstały obraz pozwala nam zorientować się, jakie zmiany może wywołać człowiek w ciągu 500-1000 lat, na które będzie wystarczająca ilość odkrytych minerałów.
Możliwe wejście metali do biosfery w przypadku wyczerpania niezawodnych zasobów rud, węgla, torfu, mln ton
|
Całkowite technogeniczne uwalnianie metali |
Zawarte w humorosferze |
Stosunek emisji technogenicznych do zawartości w sferze człowieka |
|
Stosunek tych wartości pozwala przewidzieć skalę wpływu działalności człowieka na środowisko, przede wszystkim na pokrywę glebową.
Technogeniczne wprowadzanie metali do gleby, ich wiązanie w poziomach próchnicznych w całym profilu glebowym nie może być jednolite. Jego nierówność i kontrast są związane przede wszystkim z gęstością zaludnienia. Jeśli zależność tę uznać za proporcjonalną, wówczas 37,3% wszystkich metali będzie rozproszonych tylko na 2% zamieszkałej ziemi.
Rozmieszczenie metali ciężkich na powierzchni gleby determinowane jest przez wiele czynników. Zależy to od charakterystyki źródeł zanieczyszczeń, cech meteorologicznych regionu, czynników geochemicznych i ogólnych warunków krajobrazowych.
Źródło zanieczyszczenia generalnie decyduje o jakości i ilości wyrzucanego produktu. W tym przypadku stopień jego rozproszenia zależy od wysokości wyrzutu. Strefa maksymalnego zanieczyszczenia rozciąga się na odcinku równym 10-40-krotności wysokości rury przy wysokim i gorącym wylocie, 5-20-krotności wysokości rury przy niskim wylocie przemysłowym. Czas trwania emisji cząstek do atmosfery zależy od ich masy oraz właściwości fizykochemicznych. Im cięższe cząstki, tym szybciej się osadzają.
Nierównomierne technogeniczne rozmieszczenie metali pogarsza heterogeniczność środowiska geochemicznego w naturalnych krajobrazach. W związku z tym, aby przewidywać ewentualne zanieczyszczenia produktami technogenicznymi i zapobiegać niepożądanym skutkom działalności człowieka, konieczne jest zrozumienie praw geochemii, praw migracji pierwiastków chemicznych w różnych krajobrazach naturalnych czy układach geochemicznych.
Pierwiastki chemiczne i ich związki dostające się do gleby ulegają szeregowi przemian, rozpraszają się lub kumulują w zależności od charakteru barier geochemicznych występujących na danym terenie. Pojęcie barier geochemicznych zostało sformułowane przez A.I. Perelmana (1961) jako odcinki strefy hipergenezy, w których zmiany warunków migracji prowadzą do akumulacji pierwiastków chemicznych. Klasyfikacja barier opiera się na rodzajach migracji pierwiastków. Na tej podstawie AI Perelman wyróżnia cztery typy i kilka klas barier geochemicznych:
1. bariery - dla wszystkich pierwiastków, które są redystrybuowane i sortowane biogeochemicznie przez organizmy żywe (tlen, węgiel, wodór, wapń, potas, azot, krzem, mangan itp.);
2. bariery fizyczne i chemiczne:
1) utleniające - żelazowe lub żelazowo-manganowe (żelazo, mangan), manganowe (manganowe), siarkowe (siarka);
2) redukujące - siarczki (żelazo, cynk, nikiel, miedź, kobalt, ołów, arsen itp.), glej (wanad, miedź, srebro, selen);
3) siarczan (bar, wapń, stront);
4) alkaliczne (żelazo, wapń, magnez, miedź, stront, nikiel itp.);
5) kwaśny (tlenek krzemu);
6) parowanie (wapń, sód, magnez, siarka, fluor itp.);
7) adsorpcja (wapń, potas, magnez, fosfor, siarka, ołów itp.);
8) termodynamiczne (wapń, siarka).
3. bariery mechaniczne (żelazo, tytan, chrom, nikiel itp.);
4. bariery technogeniczne.
Bariery geochemiczne nie istnieją w izolacji, ale w połączeniu ze sobą, tworząc złożone kompleksy. Regulują skład pierwiastkowy przepływów substancji, a od nich w dużej mierze zależy funkcjonowanie ekosystemów.
Produkty technogenezy, w zależności od ich charakteru i środowiska krajobrazowego, w jakim się znajdują, mogą albo zostać przetworzone naturalnymi procesami i nie powodować znaczących zmian w przyrodzie, albo zostać zachowane i kumulowane, wywierając szkodliwy wpływ na wszystkie organizmy żywe.
Oba procesy determinowane są przez szereg czynników, których analiza pozwala ocenić poziom stabilności biochemicznej krajobrazów oraz przewidzieć charakter ich zmian w przyrodzie pod wpływem technogenezy. Krajobrazy autonomiczne rozwijają procesy samooczyszczania się z zanieczyszczeń technogenicznych, ponieważ produkty technogenezy są rozpraszane przez wody powierzchniowe i podglebowe. W krajobrazach akumulacyjnych produkty technogenezy są gromadzone i konserwowane.
|
Odpady przemysłowe, kg/l |
Gleba, mg/kg |
Rośliny, mg/kg |
Woda pitna, mg/l |
Powietrze, mg / m 3 |
MPC w ludzkiej krwi, mg/l |
|
* W pobliżu autostrad w zależności od natężenia ruchu i odległości od autostrady
Wzrastające zainteresowanie ochroną środowiska spowodowało szczególne zainteresowanie wpływem metali ciężkich na glebę.
Z historycznego punktu widzenia zainteresowanie tym problemem pojawiło się wraz z badaniem żyzności gleby, ponieważ pierwiastki takie jak żelazo, mangan, miedź, cynk, molibden i być może kobalt są bardzo ważne dla życia roślin, a co za tym idzie dla zwierząt i ludzi.
Są również znane jako pierwiastki śladowe, ponieważ są potrzebne roślinom w małych ilościach. Do grupy pierwiastków śladowych należą również metale, których zawartość w glebie jest dość wysoka, na przykład żelazo, które jest częścią większości gleb i zajmuje czwarte miejsce w składzie skorupy ziemskiej (5%) po tlenie (46,6% ), krzem (27,7 %) i aluminium (8,1 %).
Wszystkie pierwiastki śladowe mogą mieć negatywny wpływ na rośliny, jeśli stężenie dostępnych dla nich form przekroczy określone granice. Niektóre metale ciężkie, takie jak rtęć, ołów i kadm, które nie wydają się być bardzo ważne dla roślin i zwierząt, są niebezpieczne dla zdrowia ludzi nawet w niskich stężeniach.
Spaliny z pojazdów, wywóz na pola lub oczyszczalnie ścieków, nawadnianie ściekami, odpadami, pozostałościami i emisjami z eksploatacji kopalń i terenów przemysłowych, stosowanie nawozów fosforowych i organicznych, stosowanie pestycydów itp. doprowadziło do wzrostu stężenia metali ciężkich w glebie.
Dopóki metale ciężkie są trwale związane z częściami składowymi gleby i trudno dostępne, ich negatywny wpływ na glebę i środowisko będzie znikomy. Jeśli jednak warunki glebowe pozwolą metalom ciężkim na przenikanie do roztworu glebowego, istnieje bezpośrednie niebezpieczeństwo skażenia gleby, istnieje możliwość ich przenikania do roślin, a także do organizmu człowieka i zwierząt jedzących te rośliny. Ponadto metale ciężkie mogą być zanieczyszczeniem roślin i zbiorników wodnych w wyniku wykorzystania osadów ściekowych. Niebezpieczeństwo skażenia gleb i roślin zależy od: rodzaju roślin; formy związków chemicznych w glebie; obecność pierwiastków przeciwdziałających wpływowi metali ciężkich i substancji tworzących z nimi związki kompleksowe; z procesów adsorpcji i desorpcji; ilości dostępnych form tych metali w glebie i warunkach glebowo-klimatycznych. Negatywny wpływ metali ciężkich zależy zatem zasadniczo od ich mobilności, tj. rozpuszczalność.
Metale ciężkie charakteryzują się głównie zmienną wartościowością, niską rozpuszczalnością ich wodorotlenków, dużą zdolnością do tworzenia związków kompleksowych i oczywiście zdolnością kationową.
Czynnikami sprzyjającymi retencji metali ciężkich w glebie są: adsorpcja wymienna powierzchniowa glin i próchnicy, tworzenie związków kompleksowych z próchnicą, adsorpcja powierzchniowa i okluzja (rozpuszczanie lub pochłanianie zdolności gazów przez stopione lub stałe metale) przez uwodnione tlenki glinu, żelaza, manganu itp., a także powstawanie związków nierozpuszczalnych, zwłaszcza podczas redukcji.
Metale ciężkie w roztworach glebowych występują zarówno w postaci jonowej, jak i związanej, które znajdują się w pewnej równowadze (ryc. 1).
Na rysunku Lp to rozpuszczalne ligandy, które są kwasami organicznymi o niskiej masie cząsteczkowej, a Ln są nierozpuszczalne. Reakcja metali (M) z substancjami humusowymi obejmuje również częściowo wymianę jonową.
Oczywiście w glebie mogą występować inne formy metali, które nie uczestniczą bezpośrednio w tej równowadze, na przykład metale z sieci krystalicznej minerałów pierwotnych i wtórnych, a także metale z organizmów żywych i ich martwych szczątków.
Obserwacja zmian zawartości metali ciężkich w glebie jest niemożliwa bez znajomości czynników warunkujących ich mobilność. Procesy ruchu retencyjnego determinujące zachowanie się metali ciężkich w glebie niewiele różnią się od procesów warunkujących zachowanie innych kationów. Chociaż metale ciężkie czasami występują w glebie w niskich stężeniach, tworzą stabilne kompleksy ze związkami organicznymi i łatwiej wchodzą w specyficzne reakcje adsorpcji niż metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych.
Migracja metali ciężkich w glebie może zachodzić wraz z cieczą i zawiesiną za pomocą korzeni roślin lub mikroorganizmów glebowych. Migracja rozpuszczalnych związków zachodzi wraz z roztworem glebowym (dyfuzja) lub poprzez przemieszczanie samej cieczy. Wypłukiwanie iłów i materii organicznej prowadzi do migracji wszystkich związanych z nimi metali. Migracja substancji lotnych w postaci gazowej, takich jak dimetylortęć, jest losowa i ten sposób przemieszczania się nie ma szczególnego znaczenia. Migracja w fazie stałej i penetracja do sieci krystalicznej jest bardziej mechanizmem wiążącym niż ruchem.
Metale ciężkie mogą być wprowadzane lub adsorbowane przez mikroorganizmy, które z kolei mogą uczestniczyć w migracji odpowiednich metali.
Dżdżownice i inne organizmy mogą ułatwiać mechaniczną lub biologiczną migrację metali ciężkich poprzez mieszanie gleby lub włączanie metali do swoich tkanek.
Spośród wszystkich rodzajów migracji najważniejsza jest migracja w fazie ciekłej, ponieważ większość metali dostaje się do gleby w postaci rozpuszczalnej lub w postaci zawiesiny wodnej, a praktycznie wszystkie interakcje między metalami ciężkimi a płynnymi składnikami gleby zachodzą przy granicy faz ciekłej i stałej.
Metale ciężkie w glebie poprzez łańcuch troficzny dostają się do roślin, a następnie są konsumowane przez zwierzęta i ludzi. W obieg metali ciężkich biorą udział różne bariery biologiczne, w wyniku których dochodzi do selektywnej bioakumulacji, która chroni organizmy żywe przed nadmiarem tych pierwiastków. Niemniej jednak działanie barier biologicznych jest ograniczone, a najczęściej metale ciężkie koncentrują się w glebie. Odporność gleb na zanieczyszczenia nimi jest różna w zależności od pojemności buforowej.
Gleby o odpowiednio dużej zdolności adsorpcyjnej i dużej zawartości iłów oraz materii organicznej mogą zatrzymywać te pierwiastki, zwłaszcza w wyższych poziomach. Jest to typowe dla gleb węglanowych i gleb o odczynie obojętnym. W glebach tych ilość związków toksycznych, które mogą zostać wypłukane do wód gruntowych i wchłonięte przez rośliny, jest znacznie mniejsza niż w glebach piaszczystych kwaśnych. Istnieje jednak duże ryzyko zwiększenia stężenia pierwiastków do toksycznych, co powoduje zachwianie równowagi procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych w glebie. Metale ciężkie zatrzymywane przez części organiczne i koloidalne gleby znacznie ograniczają aktywność biologiczną, hamują ważne dla żyzności gleby procesy itryfikacji.
Gleby piaszczyste, które charakteryzują się niską nasiąkliwością, a także gleby kwaśne bardzo słabo zatrzymują metale ciężkie, z wyjątkiem molibdenu i selenu. Dlatego są łatwo wchłaniane przez rośliny, a niektóre z nich nawet w bardzo małych stężeniach mają działanie toksyczne.
Zawartość cynku w glebie waha się od 10 do 800 mg/kg, choć najczęściej jest to 30-50 mg/kg. Kumulacja nadmiaru cynku negatywnie wpływa na większość procesów zachodzących w glebie: powoduje zmianę właściwości fizycznych i fizyko-chemicznych gleby oraz zmniejsza aktywność biologiczną. Cynk hamuje żywotną aktywność mikroorganizmów, w wyniku czego zaburzone są procesy tworzenia materii organicznej w glebie. Nadmiar cynku w okrywie glebowej utrudnia fermentację, rozkład celulozy, oddychanie i działanie ureazy.
Metale ciężkie, przedostające się z gleby do roślin, przenoszone przez łańcuchy pokarmowe, działają toksycznie na rośliny, zwierzęta i ludzi.
Wśród pierwiastków najbardziej toksycznych należy wymienić przede wszystkim rtęć, która stwarza największe zagrożenie w postaci wysoce toksycznego związku – metylortęci. Rtęć dostaje się do atmosfery podczas spalania węgla i parowania wody z zanieczyszczonych zbiorników wodnych. Dzięki masom powietrza może być transportowany i deponowany na glebach na niektórych obszarach. Badania wykazały, że rtęć jest dobrze sorbowana w górnych centymetrach poziomu próchniczno-akumulacyjnego różnych typów gleb o gliniastym składzie mechanicznym. Jej migracja wzdłuż profilu i wypłukiwanie z profilu glebowego w takich glebach jest nieznaczne. Natomiast w glebach o lekkim składzie mechanicznym, kwaśnych i zubożonych w próchnicę procesy migracji rtęci nasilają się. W glebach takich przejawia się również proces odparowywania organicznych związków rtęci, które mają właściwości lotności.
Zastosowanie rtęci na glebach piaszczystych, gliniastych i torfowych w dawce 200 i 100 kg/ha powodowało całkowite obumieranie plonów na glebach piaszczystych, niezależnie od stopnia wapnowania. Na glebie torfowej plon spadł. Na glebie gliniastej spadek plonu nastąpił tylko przy małej dawce wapna.
Ołów ma również zdolność przenoszenia się przez łańcuchy pokarmowe, gromadząc się w tkankach roślin, zwierząt i ludzi. Dawka ołowiu równa 100 mg/kg suchej masy paszy jest uważana za śmiertelną dla zwierząt.
Pył ołowiu osiada na powierzchni gleby, jest adsorbowany przez substancje organiczne, wraz z roztworami glebowymi przemieszcza się wzdłuż profilu, ale w niewielkich ilościach jest wynoszony z profilu glebowego.
W wyniku procesów migracji w warunkach kwaśnych w glebach o długości do 100 m tworzą się technogeniczne anomalie ołowiu.Ołów z gleb przedostaje się do roślin i się w nich gromadzi. W ziarnie pszenicy i jęczmienia jego ilość jest 5-8 razy większa niż zawartość tła, w wierzchołkach, ziemniakach - ponad 20 razy, w bulwach - ponad 26 razy.
Kadm, podobnie jak wanad i cynk, gromadzi się w warstwie próchnicznej gleb. Charakter jego rozmieszczenia w profilu glebowym i krajobrazie najwyraźniej ma wiele wspólnego z innymi metalami, w szczególności z charakterem rozmieszczenia ołowiu.
Jednak kadm jest mniej trwale osadzony w profilu glebowym niż ołów. Maksymalną adsorpcją kadmu charakteryzują się gleby obojętne i zasadowe, o dużej zawartości próchnicy i dużej chłonności. Jego zawartość w glebach bielicowych może wahać się od setnych części do 1 mg/kg, w czarnoziemach – do 15-30, aw glebach czerwonych – do 60 mg/kg.
Wiele bezkręgowców glebowych koncentruje kadm w swoich ciałach. Kadm jest wchłaniany przez dżdżownice, wszy i ślimaki 10-15 razy aktywniej niż ołów i cynk. Kadm jest toksyczny dla roślin rolniczych i nawet jeśli wysokie stężenia kadmu nie mają zauważalnego wpływu na plony, to jego toksyczność wpływa na zmianę jakości produktu, gdyż zawartość kadmu w roślinach wzrasta.
Arsen przedostaje się do gleby wraz z produktami spalania węgla, odpadami z przemysłu metalurgicznego oraz z fabryk nawozów sztucznych. Arsen jest najsilniej zatrzymywany w glebach zawierających aktywne formy żelaza, glinu i wapnia. Toksyczność arsenu w glebie jest dobrze znana. Zanieczyszczenie gleby arszenikiem powoduje m.in. śmierć dżdżownic. Tło zawartości arsenu w glebie wynosi setne części miligrama na kilogram gleby.
Fluor i jego związki są szeroko stosowane w przemyśle jądrowym, naftowym, chemicznym i innych. Wnika do gleby wraz z emisjami z zakładów metalurgicznych, w szczególności z hut aluminium, a także jako zanieczyszczenie podczas stosowania superfosfatu i niektórych innych insektycydów.
Zanieczyszczając glebę, fluor powoduje spadek plonów nie tylko w wyniku bezpośredniego działania toksycznego, ale także poprzez zmianę proporcji składników pokarmowych w glebie. Największa adsorpcja fluoru występuje w glebach z dobrze rozwiniętym kompleksem absorbującym glebę. Rozpuszczalne związki fluoru przemieszczają się wzdłuż profilu glebowego wraz z opadającym prądem roztworów glebowych i mogą przedostawać się do wód gruntowych. Zanieczyszczenie gleby związkami fluoru niszczy strukturę gleby i zmniejsza przepuszczalność wody w glebie.
Cynk i miedź są mniej toksyczne niż wymienione metale ciężkie, ale ich nadmiar w ściekach przemysłu metalurgicznego zanieczyszcza glebę i wpływa depresyjnie na rozwój mikroorganizmów, obniża aktywność enzymatyczną gleb i zmniejsza plonowanie roślin.
Należy zauważyć, że toksyczność metali ciężkich wzrasta wraz z ich łącznym wpływem na organizmy żywe w glebie. Połączone działanie cynku i kadmu ma kilkakrotnie silniejszy wpływ hamujący na mikroorganizmy niż przy takim samym stężeniu każdego pierwiastka z osobna.
Ponieważ metale ciężkie występują zwykle w różnych kombinacjach zarówno w produktach spalania paliw, jak iw emisjach z przemysłu metalurgicznego, ich wpływ na środowisko otaczające źródła zanieczyszczeń jest silniejszy niż można by przypuszczać na podstawie stężeń poszczególnych pierwiastków.
W pobliżu przedsiębiorstw naturalne fitocenozy przedsiębiorstw stają się bardziej jednolite pod względem składu gatunkowego, ponieważ wiele gatunków nie może wytrzymać wzrostu stężenia metali ciężkich w glebie. Liczbę gatunków można zmniejszyć do 2-3, a czasem do powstania monocenoz.
W fitocenozach leśnych porosty i mchy jako pierwsze reagują na zanieczyszczenia. Warstwa drzew jest najbardziej stabilna. Jednak długotrwałe lub intensywne narażenie powoduje w nim zjawiska odporne na suszę.
Gleba to powierzchnia ziemi, która posiada właściwości charakteryzujące zarówno przyrodę ożywioną, jak i nieożywioną.
Gleba jest wskaźnikiem całości. Zanieczyszczenia dostają się do gleby wraz z opadami atmosferycznymi, odpadami powierzchniowymi. Są również wprowadzane do warstwy gleby przez skały glebowe i wody gruntowe.
Do grupy metali ciężkich należą wszystkie, których gęstość przekracza gęstość żelaza. Paradoks tych pierwiastków polega na tym, że są one niezbędne w określonych ilościach do zapewnienia normalnego funkcjonowania roślin i organizmów.
Ale ich nadmiar może prowadzić do poważnych chorób, a nawet śmierci. Cykl pokarmowy powoduje, że szkodliwe związki dostają się do organizmu człowieka i często powodują ogromne szkody zdrowotne.
Źródłami zanieczyszczeń metalami ciężkimi są m.in. Istnieje metoda obliczania dopuszczalnej zawartości metalu. Uwzględnia to całkowitą wartość kilku metali Zc.
- dopuszczalny;
- średnio niebezpieczny;
- wysoce niebezpieczny;
- Ekstremalnie niebezpieczne.
Ochrona gleby jest bardzo ważna. Stała kontrola i monitoring nie pozwala na uprawę produktów rolnych i wypas zwierząt gospodarskich na zanieczyszczonych gruntach.
Metale ciężkie zanieczyszczające glebę
Istnieją trzy klasy zagrożenia metalami ciężkimi. Światowa Organizacja Zdrowia za najbardziej niebezpieczne uważa ołów, rtęć i kadm. Ale nie mniej szkodliwe jest wysokie stężenie innych pierwiastków.
Rtęć
Zanieczyszczenie gleby rtęcią następuje wraz z przedostawaniem się do niej pestycydów, różnych odpadów domowych, takich jak świetlówki i elementy uszkodzonych przyrządów pomiarowych.
Według oficjalnych danych roczne uwalnianie rtęci wynosi ponad pięć tysięcy ton. Rtęć może dostać się do organizmu człowieka z zanieczyszczonej gleby.
Jeśli dzieje się to regularnie, mogą wystąpić poważne zaburzenia pracy wielu narządów, w tym układu nerwowego.
Przy niewłaściwym leczeniu możliwy jest śmiertelny wynik.
Prowadzić
Ołów jest bardzo niebezpieczny dla ludzi i wszystkich żywych organizmów.
Jest niezwykle toksyczny. Podczas wydobywania jednej tony ołowiu do środowiska trafia dwadzieścia pięć kilogramów. Duża ilość ołowiu przedostaje się do gleby wraz z uwalnianiem gazów spalinowych. 
Strefa zanieczyszczenia gleby wzdłuż tras obejmuje ponad dwieście metrów wokół. Po przedostaniu się do gleby ołów jest wchłaniany przez rośliny spożywane przez ludzi i zwierzęta, w tym zwierzęta gospodarskie, których mięso również znajduje się w naszym jadłospisie. Nadmiar ołowiu wpływa na ośrodkowy układ nerwowy, mózg, wątrobę i nerki. Jest niebezpieczny ze względu na działanie rakotwórcze i mutagenne.
Kadm
Zanieczyszczenie gleby kadmem stanowi ogromne zagrożenie dla organizmu człowieka. Połknięty powoduje deformacje szkieletu, zahamowanie wzrostu u dzieci i silny ból pleców.
Miedź i cynk
Wysokie stężenie tych pierwiastków w glebie powoduje spowolnienie wzrostu i pogorszenie owocowania roślin, co ostatecznie prowadzi do gwałtownego spadku plonu. U ludzi zmiany zachodzą w mózgu, wątrobie i trzustce.
molibden
Nadmiar molibdenu powoduje dnę moczanową i uszkodzenie układu nerwowego.
Niebezpieczeństwo metali ciężkich polega na tym, że są słabo wydalane z organizmu, gromadzą się w nim. Mogą tworzyć bardzo toksyczne związki, łatwo przechodzą z jednego środowiska do drugiego, nie ulegają rozkładowi. Jednocześnie powodują ciężkie choroby, często prowadzące do nieodwracalnych skutków.Antymon
Obecny w niektórych rudach.
Jest częścią stopów stosowanych w różnych dziedzinach przemysłu.
Jej nadmiar powoduje poważne zaburzenia odżywiania.
Arsen
Głównym źródłem zanieczyszczenia gleby arsenem są substancje stosowane do zwalczania szkodników roślin rolniczych, takie jak herbicydy, insektycydy. Arsen to skumulowana trucizna, która powoduje przewlekłe. Jego związki wywołują choroby układu nerwowego, mózgu i skóry.
Mangan
W glebie i roślinach obserwuje się wysoką zawartość tego pierwiastka. 
Jeśli do gleby dostanie się dodatkowa ilość manganu, szybko powstaje jego niebezpieczny nadmiar. Wpływa to na organizm ludzki w postaci zniszczenia układu nerwowego.
Nie mniej niebezpieczny jest nadmiar innych ciężkich pierwiastków.
Z powyższego można wnioskować, że nagromadzenie metali ciężkich w glebie pociąga za sobą poważne konsekwencje dla zdrowia człowieka i środowiska jako całości.
Główne metody zwalczania zanieczyszczeń gleb metalami ciężkimi
Metody radzenia sobie z zanieczyszczeniem gleby metalami ciężkimi mogą być fizyczne, chemiczne i biologiczne. Wśród nich są następujące metody:
- Wzrost zakwaszenia gleby zwiększa prawdopodobieństwo, dlatego wprowadzanie materii organicznej i gliny, wapnowanie pomaga w pewnym stopniu w walce z zanieczyszczeniami.
- Wysiewanie, koszenie i usuwanie niektórych roślin, takich jak koniczyna, z powierzchni gleby znacznie zmniejsza stężenie metali ciężkich w glebie. Ponadto ta metoda jest całkowicie przyjazna dla środowiska.
- Detoksykacja wód podziemnych, ich pompowanie i oczyszczanie.
- Przewidywanie i eliminacja migracji rozpuszczalnych form metali ciężkich.
- W niektórych szczególnie ciężkich przypadkach wymagane jest całkowite usunięcie warstwy gleby i zastąpienie jej nową.
Najbardziej niebezpiecznym ze wszystkich tych metali jest ołów. Ma właściwość gromadzenia się, aby uderzyć w ludzkie ciało. Rtęć nie jest niebezpieczna, jeśli dostanie się do organizmu człowieka raz lub kilka razy, szczególnie niebezpieczne są tylko opary rtęci. Uważam, że przedsiębiorstwa przemysłowe powinny stosować bardziej zaawansowane technologie produkcji, które nie są tak szkodliwe dla wszystkich żywych istot. Nie jedna osoba powinna myśleć, ale masa, wtedy dojdziemy do dobrego wyniku.
FEDERALNA AGENCJA EDUKACJI PAŃSTWOWA INSTYTUCJA EDUKACYJNA
WYŻSZA SZKOLNICTWO ZAWODOWE „WORONEŻSKI UNIWERSYTET PAŃSTWOWY”
ZANIECZYSZCZENIE GLEBY METALI CIĘŻKIMI. METODY KONTROLI I REGULACJI ZANIECZYSZCZONYCH GLEB
Podręcznik dydaktyczny i metodyczny dla szkół wyższych
Opracował: Kh.A. Dżuvelikyan, D.I. Szczegłow, N.S. Gorbunowa
Centrum wydawniczo-drukarskie Woroneskiego Uniwersytetu Państwowego
Zatwierdzony przez Radę Naukowo-Metodologiczną Wydziału Biologii i Gleboznawstwa w dniu 4 lipca 2009 r. Protokół nr 10
Recenzent dr Biol. nauki, prof. LA. Jabłoński
Pomoc dydaktyczna została przygotowana w Katedrze Gleboznawstwa i Gospodarki Przestrzennej Wydziału Biologii i Gleboznawstwa Uniwersytetu Państwowego w Woroneżu.
Dla specjalności 020701 - Gleboznawstwo
Ogólne informacje o zanieczyszczeniach ................................................................ ......................................................... . | |
Pojęcie anomalii technogenicznych .......................................... ........................................... | |
Zanieczyszczenie gleb metalami ciężkimi .............................................. ........................................... | |
Migracja metali ciężkich w profilu glebowym .............................................. .............. | |
Koncepcja monitoringu środowiska glebowego .............................................. ............ | |
Wskaźniki stanu gleb, określane podczas ich kontroli .................................. | |
Ekologiczna regulacja jakości gleb zanieczyszczonych .............................................. | |
Ogólne wymagania dotyczące klasyfikacji gleb narażonych na zanieczyszczenie...... | |
Literatura................................................. ............................................... . ....... |
OGÓLNE INFORMACJE O ZANIECZYSZCZENIU
Zanieczyszczenia
- są to substancje pochodzenia antropogenicznego wprowadzane do środowiska w ilościach przekraczających naturalny poziom ich pobrania. Zanieczyszczenie gleby- rodzaj degradacji antropogenicznej, w której zawartość chemikaliów w glebach poddanych oddziaływaniom antropogenicznym przekracza naturalny regionalny poziom tła. Przekroczenie zawartości niektórych chemikaliów w środowisku człowieka (w porównaniu z naturalnymi poziomami) w wyniku ich pobrania ze źródeł antropogenicznych stanowi zagrożenie dla środowiska.Stosowanie przez człowieka chemikaliów w działalności gospodarczej i ich zaangażowanie w cykl antropogenicznych przemian w środowisku stale rośnie. Cechą charakterystyczną intensywności wydobycia i wykorzystania pierwiastków chemicznych jest produktywność – stosunek rocznego wydobycia lub produkcji pierwiastka w tonach do jego ilości w litosferze (A.I. Perelman, 1999). Wysoka technofilność jest charakterystyczna dla pierwiastków najaktywniej wykorzystywanych przez człowieka, zwłaszcza tych, których naturalny poziom w litosferze jest niski. Wysoki poziom technofilowości jest charakterystyczny dla takich metali jak Bi, Hg, Sb, Pb, Cu, Se, Ag, As, Mo, Sn, Cr, Zn, na które zapotrzebowanie jest duże w różnych gałęziach przemysłu. Przy niskiej zawartości tych pierwiastków w skałach (10–2–10–6%) ich wydobycie jest znaczne. Prowadzi to do wydobywania kolosalnych ilości rud zawierających te pierwiastki z trzewi ziemi, a następnie do ich globalnego rozproszenia w środowisku.
Oprócz technofilności zaproponowano inne ilościowe cechy technogenezy. Zatem stosunek technofilowości pierwiastka do jego biofilowości (biofilowości - clarkesa stężenia pierwiastków chemicznych w żywej materii) M.A. Nazwa Glazovskaya destrukcyjne działanie elementów technogenezy. Niszcząca aktywność elementów technogenezy charakteryzuje stopień zagrożenia pierwiastków dla organizmów żywych. Inną cechą ilościową antropogenicznego zaangażowania pierwiastków chemicznych w ich globalne cykle na planecie jest czynnik mobilizacyjny lub technogeniczny czynnik wzbogacenia, który jest obliczany jako stosunek technogenicznego strumienia pierwiastka chemicznego do jego naturalnego strumienia. Poziom technogenicznego czynnika wzbogacenia, a także technofilność pierwiastków jest nie tylko wskaźnikiem ich mobilizacji z litosfery do ziemskich środowisk naturalnych, ale także odzwierciedleniem poziomu emisji pierwiastków chemicznych wraz z odpadami przemysłowymi do środowiska .
KONCEPCJA ANOMALI STWORZONYCH PRZEZ CZŁOWIEKA
Anomalia geochemiczna- odcinek skorupy ziemskiej (lub powierzchni ziemi), który charakteryzuje się znacznie podwyższonymi stężeniami jakichkolwiek pierwiastków chemicznych lub ich związków w porównaniu z wartościami tła i jest regularnie zlokalizowany względem nagromadzeń minerałów. Identyfikacja anomalii technogenicznych jest jednym z najważniejszych zadań ekologicznych i geochemicznych w ocenie stanu środowiska. Anomalie powstają w elementach krajobrazu w wyniku wprowadzania różnych substancji ze źródeł technogenicznych i reprezentują pewną objętość, w obrębie której wartości anomalnych stężeń pierwiastków są większe niż wartości tła. Według rozpowszechnienia A.I. Perelman i N.S. Kasimov (1999) identyfikuje następujące anomalie spowodowane przez człowieka:
1) globalny - obejmujący cały glob (np
2) regionalny - powstały w niektórych częściach kontynentów, stref naturalnych i regionów w wyniku stosowania pestycydów, nawozów mineralnych, zakwaszania opadów z emisją związków siarki itp.;
3) lokalne – powstające w atmosferze, glebach, wodach, roślinach wokół lokalnych źródeł wytworzonych przez człowieka: fabryk, kopalń itp.
Ze względu na środowisko formacyjne anomalie spowodowane przez człowieka dzielą się na:
1) na litochemii (w glebach, skałach);
2) hydrogeochemiczne (w wodach);
3) atmogeochemiczny (w atmosferze, śniegu);
4) biochemiczne (w organizmach).
W zależności od czasu trwania źródła zanieczyszczenia dzielą się na:
– krótkoterminowe (przypadkowe uwolnienia itp.);
– średniookresowy (wraz z ustaniem oddziaływania, np. zaprzestaniem zagospodarowania złóż kopalin);
– długoterminowe stacjonarne (anomalie fabryk, miast, krajobrazów rolniczych, na przykład KMA, Norilsk Nickel).
Przy ocenie anomalii technogenicznych obszary tła wybiera się daleko od technogenicznych źródeł zanieczyszczeń, z reguły w odległości większej niż 30–50 km. Jednym z kryteriów anomalii jest współczynnik koncentracji technogenicznej lub anomalii Kc, który jest stosunkiem zawartości pierwiastka w rozpatrywanym obiekcie anomalnym do jego tła w komponentach krajobrazu.
Do oceny wpływu ilości zanieczyszczeń dostających się do organizmu stosuje się również normy higieniczne
określone dopuszczalne stężenia. Jest to maksymalna zawartość substancji szkodliwej w obiekcie lub produkcie naturalnym (woda, powietrze, gleba, żywność), która nie ma wpływu na zdrowie człowieka ani inne organizmy.
Zanieczyszczenia są podzielone na klasy według zagrożenia (GOST
17.4.1.0283): Klasa I (wysoce niebezpieczne) - As, Cd, Hg, Se, Pb, F, benzo(a)piren, Zn; Klasa II (umiarkowanie niebezpieczna) - B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; Klasa III (niskie zagrożenie) - Ba, V, W, Mn, Sr, acetofenon.
ZANIECZYSZCZENIE GLEBY METALI CIĘŻKIMI
Metale ciężkie (HM) zajmują już drugie miejsce pod względem zagrożenia, za pestycydami i znacznie wyprzedzając tak dobrze znane zanieczyszczenia, jak dwutlenek węgla i siarka. W przyszłości mogą stać się bardziej niebezpieczne niż odpady z elektrowni jądrowej i odpady stałe. Zanieczyszczenia HM są związane z ich powszechnym stosowaniem w produkcji przemysłowej. Z powodu niedoskonałych systemów oczyszczania HM przedostają się do środowiska, w tym do gleby, zanieczyszczając ją i zatruwając. HM to szczególne zanieczyszczenia, których monitorowanie jest obowiązkowe we wszystkich środowiskach.
Gleba jest głównym środowiskiem, do którego przedostają się HM, w tym z atmosfery i środowiska wodnego. Służy również jako źródło wtórnego zanieczyszczenia powietrza powierzchniowego i wód, które dostają się z niego do Oceanu Światowego. HM są wchłaniane z gleby przez rośliny, które następnie dostają się do żywności.
Termin „metale ciężkie”, charakteryzujący szeroką grupę zanieczyszczeń, stał się ostatnio powszechnie używany. W różnych pracach naukowych i stosowanych autorzy różnie interpretują znaczenie tego pojęcia. Pod tym względem liczba pierwiastków przypisywanych do grupy metali ciężkich waha się w szerokim zakresie. Kryteriami członkostwa są liczne cechy: masa atomowa, gęstość, toksyczność, rozpowszechnienie w środowisku naturalnym, stopień zaangażowania w cykle naturalne i technogeniczne.
W pracach poświęconych problematyce zanieczyszczenia środowiska i monitoringu środowiska, dziś ponad 40 elementów D.I. Mendelejew o masie atomowej ponad 40 jednostek atomowych: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi itp. Zgodnie z klasyfikacją N. Reimersa (1990),
należy wziąć pod uwagę metale ciężkie o gęstości większej niż 8 g / cm3. Jednocześnie istotną rolę w kategoryzacji metali ciężkich odgrywają następujące uwarunkowania: wysoka toksyczność dla organizmów żywych w stosunkowo niskich stężeniach oraz zdolność do bioakumulacji i biomagnifikacji. Prawie wszystkie metale objęte tą definicją
żelazo (z wyjątkiem ołowiu, rtęci, kadmu i bizmutu, których rola biologiczna nie jest obecnie jasna), aktywnie uczestniczy w procesach biologicznych i wchodzi w skład wielu enzymów.
Najpotężniejszymi dostawcami odpadów wzbogaconych w metale są przedsiębiorstwa zajmujące się wytopem metali nieżelaznych (aluminium, tlenek glinu, miedź-cynk, wytapianie ołowiu, nikiel, tytan-magnez, rtęć itp.), A także przetwarzanie metali nieżelaznych ( inżynieria radiowa, elektrotechnika, budowa instrumentów, galwanizacja itp.).
W pyłach przemysłu metalurgicznego, zakładów przeróbki rud stężenie Pb, Zn, Bi, Sn może wzrosnąć w stosunku do litosfery o kilka rzędów wielkości (do 10-12), stężenie Cd, V, Sb - dziesiątki tysięcy razy, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag - setki razy. Odpady z zakładów hutnictwa metali nieżelaznych, fabryk farb i lakierów oraz konstrukcji żelbetowych są wzbogacane rtęcią. Stężenia W, Cd i Pb są podwyższone w pyłach z zakładów budowy maszyn (tab. 1).
Pod wpływem emisji wzbogaconych w metale powstają obszary zanieczyszczenia krajobrazu głównie na poziomie regionalnym i lokalnym. Wpływ przedsiębiorstw energetycznych na zanieczyszczenie środowiska nie wynika z koncentracji metali w odpadach, ale z ich ogromnej ilości. Masa odpadów np. w ośrodkach przemysłowych przekracza ich łączną ilość pochodzącą ze wszystkich innych źródeł zanieczyszczeń. Znaczna ilość Pb jest uwalniana do środowiska wraz ze spalinami samochodowymi, co przewyższa jego pobranie wraz z odpadami z zakładów metalurgicznych.
Gleby uprawne są zanieczyszczone pierwiastkami takimi jak Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, które dostają się do gleby jako część pestycydów, biocydów, stymulatorów wzrostu roślin, strukturotwórców. Nietradycyjne nawozy wytwarzane z różnych produktów odpadowych często zawierają szeroką gamę zanieczyszczeń w wysokich stężeniach. Spośród tradycyjnych nawozów mineralnych nawozy fosforowe zawierają zanieczyszczenia Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd (Gaponyuk, 1985).
Rozmieszczenie w krajobrazie metali uwalnianych do atmosfery ze źródeł technogenicznych determinowane jest odległością od źródła zanieczyszczenia, warunkami klimatycznymi (siła i kierunek wiatrów), ukształtowaniem terenu oraz czynnikami technologicznymi (stan odpadów, sposób wprowadzania odpadów do środowisko, wysokość rur przedsiębiorstw).
Dyssypacja HM zależy od wysokości źródła emisji do atmosfery. Jeśli chodzi o mnie. Berlyand (1975) przy wysokich kominach znaczne stężenie emisji powstaje w warstwie powierzchniowej atmosfery w odległości 10–40 wysokości komina. Wokół takich źródeł zanieczyszczeń wyróżnia się sześć stref (tab. 2). Obszar wpływów poszczególnych przedsiębiorstw przemysłowych na sąsiednim terytorium może sięgać 1000 km2.
Tabela 2
Strefy zanieczyszczenia gleb wokół punktowych źródeł zanieczyszczeń
Odległość od | Nadmiar treści |
|||
źródło dla | TM w stosunku do |
|||
zanieczyszczenie w km | do tła |
|||
Strefa bezpieczeństwa przedsiębiorstwa | ||||
Strefy zanieczyszczenia gleb i ich wielkość są ściśle związane z wektorami dominujących wiatrów. Rzeźba terenu, roślinność, zabudowa miejska mogą zmieniać kierunek i prędkość ruchu powierzchniowej warstwy powietrza. Podobnie jak w przypadku stref zanieczyszczenia gleby, można wyróżnić strefy zanieczyszczenia pokrywy roślinnej.
MIGRACJA METALI CIĘŻKICH W PROFILU GLEBOWYM
Akumulacja głównej części zanieczyszczeń obserwuje się głównie w warstwie humusowo-akumulacyjnej gleby, gdzie są one wiązane przez glinokrzemiany, minerały niekrzemianowe, substancje organiczne w wyniku różnych interakcji. Skład i ilość pierwiastków zatrzymywanych w glebie zależy od zawartości i składu próchnicy, warunków kwasowo-zasadowych i redoks, pojemności sorpcyjnej oraz intensywności absorpcji biologicznej. Niektóre metale ciężkie są mocno zatrzymywane przez te składniki i nie tylko nie biorą udziału w migracji wzdłuż profilu glebowego, ale także nie stanowią zagrożenia.
dla żywych organizmów. Negatywne środowiskowe skutki zanieczyszczenia gleby związane są z mobilnymi związkami metali.
W w profilu glebowym technogeniczny przepływ substancji spełnia szereg bariery glebowo-geochemiczne. Należą do nich warstwy węglanowe, gipsowe, poziomy iluwialne (iluwialno-żelazisto-próchnicze). Niektóre z wysoce toksycznych pierwiastków mogą przekształcić się w trudno dostępne dla roślin związki, podczas gdy inne pierwiastki, które są mobilne w danym środowisku geochemicznym gleby, mogą migrować w warstwie gleby, stanowiąc potencjalne zagrożenie dla fauny i flory. Ruchliwość pierwiastków w dużej mierze zależy od warunków kwasowo-zasadowych i redoks panujących w glebach. W glebach obojętnych związki Zn, V, As, Se są ruchliwe i mogą być wypłukiwane podczas sezonowego zwilżania gleb.
Akumulacja szczególnie niebezpiecznych dla organizmów organizmów ruchomych związków pierwiastków zależy od reżimów wodno-powietrznych gleb: najmniejsza ich akumulacja występuje w glebach przepuszczalnych o reżimie wymywania, wzrasta w glebach o reżimie niewymywania i jest największa w glebach o reżimie wymywania. gleby o reżimie wysiękowym. Przy stężeniu odparowującym i odczynie zasadowym Se, As, V mogą być akumulowane w glebie w postaci łatwo dostępnej, aw warunkach środowiska redukującego Hg w postaci związków metylowanych.
Należy jednak pamiętać, że w warunkach reżimu wymywania realizowana jest potencjalna mobilność metali, które mogą być wyprowadzane z profilu glebowego, będąc źródłem wtórnego zanieczyszczenia wód podziemnych.
W w glebach kwaśnych z przewagą warunków utleniających (gleby bielicowe, dobrze przepuszczalne) metale ciężkie takie jak Cd i Hg tworzą formy łatwo mobilne. Przeciwnie, Pb, As, Se tworzą związki o niskiej ruchliwości, które mogą gromadzić się w poziomach próchnicznych i iluwialnych i negatywnie wpływać na stan bioty glebowej. Jeśli S jest obecny w składzie zanieczyszczeń, w warunkach redukujących powstaje wtórne środowisko siarkowodoru, a wiele metali tworzy nierozpuszczalne lub słabo rozpuszczalne siarczki.
W W glebach podmokłych Mo, V, As i Se występują w formach nieaktywnych. Znaczna część pierwiastków w kwaśnych glebach podmokłych występuje w formach stosunkowo ruchliwych i niebezpiecznych dla materii żywej; takie są związki Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd i Hg. W glebach lekko kwaśnych i obojętnych o dobrym napowietrzeniu, zwłaszcza podczas wapnowania, tworzą się trudno rozpuszczalne związki ołowiu. W glebach obojętnych związki Zn, V, As, Se są mobilne, natomiast Cd i Hg mogą być zatrzymywane w poziomach próchnicznych i iluwialnych. Wraz ze wzrostem zasadowości rośnie ryzyko zanieczyszczenia gleby tymi pierwiastkami.
KONCEPCJA MONITORINGU ŚRODOWISKA GLEBOWEGO
Monitoring środowiska glebowego – system regularnych nieograniczających
ograniczona w czasie i przestrzeni kontrola gleb, która dostarcza informacji o ich stanie w celu oceny przeszłych, teraźniejszych i prognozowanych zmian w przyszłości. Monitoring gleby ma na celu identyfikację zmian antropogenicznych w glebie, które mogą ostatecznie zaszkodzić zdrowiu ludzkiemu. Szczególna rola monitoringu gleb wynika z faktu, że wszelkie zmiany w składzie i właściwościach gleb przekładają się na spełnianie przez gleby ich funkcji ekologicznych, a w konsekwencji na stan biosfery.
Ogromne znaczenie ma fakt, że w glebie, w przeciwieństwie do powietrza atmosferycznego i wód powierzchniowych, środowiskowe skutki antropogenicznego oddziaływania zwykle ujawniają się później, ale są bardziej stabilne i trwają dłużej. Istnieje potrzeba oceny długoterminowych skutków tego oddziaływania, np. możliwości mobilizacji zanieczyszczeń w glebach, w wyniku której gleba może zmienić się z „magazynu” zanieczyszczeń w ich wtórne źródło.
Rodzaje monitoringu środowiska glebowego
Identyfikacja rodzajów monitoringu środowiska glebowego opiera się na różnicach w zestawieniu informacyjnych wskaźników glebowych odpowiadających zadaniom każdego z nich. Na podstawie różnic w mechanizmach i skalach przejawów degradacji gleb wyodrębniono dwie grupy rodzajów monitoringu
pierścień: pierwsza grupa - monitoring globalny, drugi – lokalny i regionalny.
Globalny monitoring gleby jest integralną częścią globalnego monitoringu biosfery. Wykonuje się go w celu oceny wpływu na stan gleb środowiskowych skutków transportu atmosferycznego zanieczyszczeń na dalekie odległości w związku z zagrożeniem planetarnym zanieczyszczeniem biosfery i towarzyszącymi mu globalnymi procesami. Wyniki monitoringu globalnego lub biosferycznego charakteryzują globalne zmiany stanu organizmów żywych na planecie pod wpływem działalności człowieka.
Celem monitoringu lokalnego i regionalnego jest rozpoznanie wpływu degradacji gleb na ekosystemy na poziomie lokalnym i regionalnym oraz bezpośrednio na warunki życia ludzi w zakresie gospodarowania przyrodą.
Monitoring lokalny zwany także sanitarno-higienicznym lub uderzeniowym. Ma ona na celu kontrolowanie poziomu zawartości w środowisku tych zanieczyszczeń, które są emitowane przez poszczególne osoby
Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi ma różne źródła:
1. odpady z przemysłu metalowego;
2. emisje przemysłowe;
3. produkty spalania paliwa;
4. spaliny samochodowe;
5. środki chemizacji rolnictwa.
Przedsiębiorstwa metalurgiczne emitują rocznie ponad 150 tys. ton miedzi, 120 tys. ton cynku, ok. 90 tys. ton ołowiu, 12 tys. ton niklu, 1,5 tys. ton molibdenu, ok. powierzchnia ziemi. Na 1 gram miedzi konwertorowej odpady z przemysłu wytopu miedzi zawierają 2,09 tony pyłu, który zawiera do 15% miedzi, 60% tlenku żelaza i po 4% arsenu, rtęci, cynku i ołowiu. Odpady z przemysłu maszynowego i chemicznego zawierają do 1 g/kg ołowiu, do 3 g/kg miedzi, do 10 g/kg chromu i żelaza, do 100 g/kg fosforu i do 10 g /kg manganu i niklu. Na Śląsku hałdy o zawartości cynku od 2 do 12% i ołowiu od 0,5 do 3% zalegają wokół cynkowni, aw USA eksploatowane są rudy o zawartości cynku od 1,8%.
Wraz ze spalinami na powierzchnię gleby przedostaje się ponad 250 tysięcy ton ołowiu rocznie; jest głównym zanieczyszczeniem gleby ołowiem. Metale ciężkie dostają się do gleby wraz z nawozami, w których występują jako zanieczyszczenie.
Chociaż metale ciężkie czasami występują w glebie w niskich stężeniach, tworzą stabilne kompleksy ze związkami organicznymi i łatwiej wchodzą w specyficzne reakcje adsorpcji niż metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych.W pobliżu przedsiębiorstw naturalne fitocenozy przedsiębiorstw stają się bardziej jednolite pod względem składu gatunkowego, ponieważ wiele gatunki nie są w stanie wytrzymać wzrostu stężenia metali ciężkich w glebie. Liczbę gatunków można zredukować do 2-3, a niekiedy do powstania monocenoz.W fitocenozach leśnych porosty i mchy jako pierwsze reagują na zanieczyszczenia. Warstwa drzew jest najbardziej stabilna. Jednak długotrwała lub bardzo intensywna ekspozycja powoduje w niej zjawiska suchoodporne.Odtworzenie naruszonej pokrywy glebowej wymaga długiego czasu i dużych inwestycji.
Szczególnie trudnym zadaniem jest odbudowa szaty roślinnej na hałdach nadkładu i odpadach poflotacyjnych z wyrobisk, w których wydobywano rudy metali: odpady te są zwykle ubogie w składniki pokarmowe, bogate w metale toksyczne i słabo zatrzymują wodę. Poważnym problemem dla środowiska jest erozja wietrzna hałd kopalnianych.
Racjonowanie zawartości metali ciężkich w glebieRacjonowanie zawartości metali ciężkich w glebie i roślinach jest niezwykle trudne ze względu na brak możliwości pełnego uwzględnienia wszystkich czynników środowiskowych. Zmieniając więc jedynie właściwości agrochemiczne gleby (odczyn środowiska, zawartość próchnicy, stopień nasycenia zasadami, skład granulometryczny) można kilkukrotnie zmniejszyć lub zwiększyć zawartość metali ciężkich w roślinach. Istnieją sprzeczne dane nawet dotyczące zawartości niektórych metali w tle. Wyniki podawane przez badaczy różnią się czasem 5-10 razy.
Zaproponowano wiele skal regulacji środowiskowych metali ciężkich. W niektórych przypadkach za maksymalne stężenie dopuszczalne przyjmuje się najwyższą zawartość metali obserwowaną w zwykłych glebach antropogenicznych, w innych zawartość stanowiącą granicę fitotoksyczności. W większości przypadków zaproponowano MPC dla metali ciężkich, które kilkukrotnie przekraczają rzeczywiste dopuszczalne wartości stężeń metali.
Do scharakteryzowania zanieczyszczenia technogenicznego metalami ciężkimi stosuje się współczynnik stężenia równy stosunkowi stężenia pierwiastka w zanieczyszczonej glebie do jego stężenia w tle.
W tabeli 1 przedstawiono oficjalnie zatwierdzone MPC oraz dopuszczalne poziomy ich zawartości pod względem szkodliwości. Zgodnie ze schematem przyjętym przez higienistów medycznych, regulację metali ciężkich w glebach dzieli się na translokację (przejście pierwiastka do roślin), wodę migrującą (przejście do wody) i ogólnosanitarną (wpływ na zdolność samooczyszczania się roślin). gleby i mikrobiocenoza glebowa).
FEDERALNA AGENCJA TRANSPORTU MORSKIEGO I RZECZNEGO
FEDERALNA INSTYTUCJA EDUKACYJNA BUDŻETU
WYŻSZE WYKSZTAŁCENIE ZAWODOWE
PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA MORSKA
nazwany na cześć admirała G.I. Newelskoj
Departament Ochrony Środowiska
PRACA PISEMNA
w dyscyplinie „Procesy fizyczne i chemiczne”
Konsekwencje zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi i radionuklidami.
Sprawdzone przez nauczyciela:
Firsowa L.Yu.
Wykonywał uczeń gr. ___
Khodanova S.V.
Władywostok 2012
ZAWARTOŚĆ
Wstęp
1 Metale ciężkie w glebach
Wniosek
Lista wykorzystanych źródeł
WPROWADZANIE
Gleba to nie tylko obojętne środowisko, na powierzchni którego prowadzona jest działalność człowieka, ale dynamiczny, rozwijający się system, który obejmuje wiele składników organicznych i nieorganicznych, które posiadają sieć wnęk i porów, a te z kolei zawierają gazy i płyny. Rozmieszczenie przestrzenne tych składników determinuje główne typy gleb na kuli ziemskiej.
Ponadto gleby zawierają ogromną liczbę żywych organizmów, nazywanych fauną i florą: od bakterii i grzybów po robaki i gryzonie. Gleba powstaje na skałach macierzystych pod łącznym wpływem klimatu, roślinności, organizmów glebowych i czasu. Dlatego zmiana któregokolwiek z tych czynników może prowadzić do zmian w glebie. Tworzenie gleby to długi proces: utworzenie 30-centymetrowej warstwy gleby zajmuje od 1000 do 10 000 lat. W konsekwencji tempo formowania się gleby jest tak niskie, że glebę można uznać za zasób nieodnawialny.
Pokrywa glebowa Ziemi jest najważniejszym składnikiem biosfery Ziemi. To właśnie powłoka glebowa determinuje wiele procesów zachodzących w biosferze. Najważniejszym znaczeniem gleb jest akumulacja materii organicznej, różnych pierwiastków chemicznych, a także energii. Pokrywa glebowa pełni rolę biologicznego absorbera, niszczyciela i neutralizatora różnych zanieczyszczeń. Jeśli to ogniwo biosfery zostanie zniszczone, to dotychczasowe funkcjonowanie biosfery zostanie nieodwracalnie zakłócone. Dlatego niezwykle ważne jest badanie globalnego znaczenia biochemicznego pokrywy glebowej, jej aktualnego stanu oraz zmian pod wpływem działalności antropogenicznej.
1 Metale ciężkie w glebach
- Źródła metali ciężkich w glebie
Wśród HM znajduje się wiele pierwiastków śladowych, które są biologicznie ważne dla organizmów żywych. Są niezbędnymi i niezastąpionymi składnikami biokatalizatorów i bioregulatorów najważniejszych procesów fizjologicznych. Jednak nadmierna zawartość HM w różnych obiektach biosfery działa depresyjnie, a nawet toksycznie na organizmy żywe.
Źródła przedostawania się HM do gleby dzielą się na naturalne (wietrzenie skał i minerałów, procesy erozyjne, aktywność wulkaniczna) i technogeniczne (wydobycie i obróbka kopalin, spalanie paliw, oddziaływanie pojazdów, rolnictwo itp.) grunty rolne, oprócz zanieczyszczenia przez atmosferę, HM są również zanieczyszczane szczególnie podczas stosowania pestycydów, nawozów mineralnych i organicznych, wapnowania i ścieków. Ostatnio naukowcy zwrócili szczególną uwagę na gleby miejskie. Te ostatnie doświadczają znaczącego procesu technogenicznego, którego integralną częścią jest skażenie HM.
HM docierają do powierzchni gleby w różnych formach. Są to tlenki i różne sole metali, zarówno rozpuszczalne, jak i praktycznie nierozpuszczalne w wodzie (siarczki, siarczany, arseniny itp.). W składzie emisji z zakładów przetwórstwa rud i zakładów hutnictwa metali nieżelaznych – głównego źródła zanieczyszczeń środowiska HM – większość metali (70-90%) występuje w postaci tlenków.
Dostając się na powierzchnię gleby, HM mogą się gromadzić lub rozpraszać, w zależności od charakteru barier geochemicznych właściwych dla danego terytorium.
Większość HM, które przedostały się na powierzchnię gleby, jest utrwalona w górnych poziomach próchnicznych. HM są sorbowane na powierzchni cząstek gleby, wiążą się z glebową materią organiczną, w szczególności w postaci pierwiastkowych związków organicznych, gromadzą się w wodorotlenkach żelaza, wchodzą w skład sieci krystalicznych minerałów ilastych, wydzielają własne minerały w wyniku izomorficznych substytucyjne, aw stanie rozpuszczalnym w wilgoci glebowej i gazowym w powietrzu glebowym są integralną częścią fauny i flory glebowej.
Stopień ruchliwości HM zależy od środowiska geochemicznego i poziomu oddziaływania technogenicznego. Ciężki rozkład wielkości cząstek i wysoka zawartość materii organicznej prowadzą do wiązania HM przez glebę. Wzrost wartości pH nasila sorpcję metali kationotwórczych (miedź, cynk, nikiel, rtęć, ołów itp.) oraz zwiększa ruchliwość metali anionotwórczych (molibden, chrom, wanad itp.). Wzmocnienie warunków utleniających zwiększa zdolność migracji metali. W rezultacie, zgodnie ze zdolnością wiązania większości HM, gleby te tworzą następujące serie: gleba szara > czarnoziem > gleba sodowo-bielicowa.
- Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi
Po drugie, gromadząc się w glebie w dużych ilościach, HM mogą zmienić wiele jej właściwości. Przede wszystkim zmiany wpływają na właściwości biologiczne gleby: zmniejsza się ogólna liczba mikroorganizmów, zawęża się ich skład gatunkowy (różnorodność), zmienia się struktura zbiorowisk drobnoustrojów, zmniejsza się intensywność głównych procesów mikrobiologicznych i aktywność enzymów glebowych itp. Silne zanieczyszczenie HM prowadzi również do zmian bardziej konserwatywnych cech gleby, takich jak stan próchniczy, struktura, odczyn podłoża itp. Powoduje to częściową, aw niektórych przypadkach całkowitą utratę żyzności gleby.
- Anomalie naturalne i sztuczne
Gleba, w przeciwieństwie do innych składników środowiska naturalnego, nie tylko geochemicznie akumuluje składniki zanieczyszczeń, ale pełni również rolę naturalnego bufora kontrolującego przenoszenie pierwiastków i związków chemicznych do atmosfery, hydrosfery i materii ożywionej.
Różne rośliny, zwierzęta i ludzie wymagają do życia określonego składu gleby i wody. W miejscach anomalii geochemicznych dochodzi do nasilenia transmisji odchyleń od normy składu mineralnego w całym łańcuchu pokarmowym. W wyniku naruszeń żywienia mineralnego, zmian składu gatunkowego zbiorowisk fito-, zoo- i mikrobiologicznych, chorób dziko rosnących form roślin, spadku ilości i jakości plonów roślin rolniczych i produktów zwierzęcych, obserwuje się wzrost zachorowalności populacji i spadek średniej długości życia.
Toksyczne oddziaływanie HM na układy biologiczne wynika przede wszystkim z tego, że łatwo wiążą się one z grupami sulfhydrylowymi białek (w tym enzymów), hamując ich syntezę, a tym samym zaburzając metabolizm w organizmie.
Organizmy żywe wykształciły różne mechanizmy odporności na HM: od redukcji jonów HM do mniej toksycznych związków po aktywację systemów transportu jonów, które skutecznie i specyficznie usuwają toksyczne jony z komórki do środowiska zewnętrznego.
Najistotniejszą konsekwencją oddziaływania HM na organizmy żywe, która przejawia się na poziomie biogeocenotycznym i biosferycznym organizacji materii żywej, jest zablokowanie procesów utleniania materii organicznej. Prowadzi to do zmniejszenia tempa jego mineralizacji i akumulacji w ekosystemach. Jednocześnie wzrost stężenia materii organicznej powoduje wiązanie HM, co chwilowo usuwa obciążenie z ekosystemu. Za bierną reakcję ekosystemów na zanieczyszczenia HM uważa się spadek tempa rozkładu materii organicznej, spowodowany spadkiem liczby organizmów, ich biomasy i intensywności życiowej aktywności. Aktywny sprzeciw organizmów wobec obciążeń antropogenicznych objawia się dopiero podczas życiowej akumulacji metali w ciałach i szkieletach. Za ten proces odpowiadają najbardziej odporne gatunki.
Odporność organizmów żywych, przede wszystkim roślin, na podwyższone stężenia HM oraz ich zdolność do akumulacji wysokich stężeń metali mogą stanowić duże zagrożenie dla zdrowia człowieka, gdyż umożliwiają przenikanie zanieczyszczeń do łańcuchów pokarmowych.
- Racjonowanie zawartości metali ciężkich w glebie i oczyszczanie gleb
Istnieją dwa główne podejścia do kwestii sanitacji gleb zanieczyszczonych HM. Pierwszy ma na celu oczyszczenie gleby z HM. Oczyszczanie można przeprowadzić poprzez wypłukiwanie, ekstrakcję HM z gleby za pomocą roślin, usuwanie wierzchniej zanieczyszczonej warstwy gleby itp. Drugie podejście opiera się na wiązaniu HM w glebie, przekształcaniu ich w formy nierozpuszczalne w wodzie i niedostępne dla organizmów żywych. W tym celu proponuje się wprowadzić do gleby materię organiczną, fosforowe nawozy mineralne, żywice jonowymienne, naturalne zeolity, węgiel brunatny, wapnowanie gleby itp. Jednak każda metoda mocowania HM w gruncie ma swój okres ważności. Prędzej czy później część HM ponownie zacznie przedostawać się do roztworu glebowego, a stamtąd do żywych organizmów.
- Radionuklidy w glebach. Zanieczyszczenie jądrowe
Gleby zawierają prawie wszystkie pierwiastki chemiczne znane w przyrodzie, w tym radionuklidy.
Radionuklidy to pierwiastki chemiczne zdolne do spontanicznego rozpadu z tworzeniem nowych pierwiastków, a także utworzone izotopy dowolnych pierwiastków chemicznych. Konsekwencją rozpadu jądrowego jest promieniowanie jonizujące w postaci strumienia cząstek alfa (strumień jąder helu, protonów) i cząstek beta (strumień elektronów), neutronów, promieniowania gamma i rentgenowskiego. Zjawisko to nazywa się radioaktywnością. Pierwiastki chemiczne zdolne do samorzutnego rozpadu nazywane są promieniotwórczymi. Najczęściej używanym synonimem promieniowania jonizującego jest promieniowanie radioaktywne.
Promieniowanie jonizujące to strumień cząstek naładowanych lub obojętnych oraz kwantów elektromagnetycznych, których oddziaływanie z ośrodkiem prowadzi do jonizacji i wzbudzenia jego atomów i cząsteczek. Promieniowanie jonizujące ma charakter elektromagnetyczny (promieniowanie gamma i rentgenowskie) oraz korpuskularny (promieniowanie alfa, promieniowanie beta, promieniowanie neutronowe).
Promieniowanie gamma to promieniowanie elektromagnetyczne wywołane przez promienie gamma (dyskretne wiązki lub kwanty, zwane fotonami), jeśli po rozpadzie alfa lub beta jądro pozostaje w stanie wzbudzonym. Promienie gamma w powietrzu mogą przemieszczać się na znaczne odległości. Foton wysokoenergetycznych promieni gamma może przejść przez ludzkie ciało. Intensywne promieniowanie gamma może uszkodzić nie tylko skórę, ale także narządy wewnętrzne. Chroń przed tym promieniowaniem gęste i ciężkie materiały, żelazo, ołów. Promieniowanie gamma można sztucznie wytworzyć w zanieczyszczonych akceleratorach cząstek (mikrotronach), na przykład w wyniku hamowania szybkich elektronów akceleratora, gdy uderzają one w cel.
Promienie rentgenowskie są podobne do promieni gamma. Kosmiczne promieniowanie rentgenowskie jest pochłaniane przez atmosferę. Promienie rentgenowskie uzyskuje się sztucznie, padają one na dolną część widma energetycznego promieniowania elektromagnetycznego.
Promieniowanie radioaktywne jest naturalnym czynnikiem w biosferze dla wszystkich organizmów żywych, a same organizmy żywe mają określoną radioaktywność. Gleby mają najwyższy naturalny stopień radioaktywności wśród obiektów biosferycznych. W tych warunkach przyroda prosperowała przez wiele milionów lat, z wyjątkiem wyjątkowych przypadków anomalii geochemicznych związanych ze złożami radioaktywnych skał, na przykład rud uranu.
Jednak w XX wieku ludzkość została skonfrontowana z promieniotwórczością wykraczającą poza granice naturalnej, a więc biologicznie nienormalnej. Pierwszymi ofiarami nadmiernych dawek promieniowania byli wielcy naukowcy, którzy odkryli pierwiastki promieniotwórcze (rad, polon) małżonkowie Maria Skłodowska-Curie i Piotr Curie. A potem: Hiroszima i Nagasaki, testy broni atomowej i nuklearnej, wiele katastrof, w tym Czarnobyl itp.
Najbardziej znaczącymi obiektami biosfery, które decydują o biologicznych funkcjach wszystkich istot żywych, są gleby.
Radioaktywność gleb wynika z zawartości w nich radionuklidów. Wyróżnia się radioaktywność naturalną i sztuczną.
Naturalna promieniotwórczość gleb spowodowana jest naturalnymi izotopami promieniotwórczymi, które zawsze występują w różnych ilościach w glebach i skałach glebotwórczych. Naturalne radionuklidy dzielą się na 3 grupy.
Pierwsza grupa obejmuje pierwiastki promieniotwórcze - pierwiastki, których wszystkie izotopy są promieniotwórcze: uran (238
itp.................
