Contaminarea solului cu plumb este maximă. Metalele grele sunt cele mai periculoase elemente care pot polua solul
Contaminarea solului cu metale grele are diferite surse:
1. deșeuri din industria metalurgică;
2. emisii industriale;
3. produse de ardere a combustibilului;
4. gaze de evacuare a automobilelor;
5. mijloace de chimizare a agriculturii.
Întreprinderile metalurgice emit anual la suprafața pământului peste 150 de mii de tone de cupru, 120 de mii de tone de zinc, aproximativ 90 de mii de tone de plumb, 12 mii de tone de nichel, 1,5 mii de tone de molibden, aproximativ 800 de tone de cobalt și aproximativ 30 de tone de mercur. Pentru 1 gram de cupru blister, deșeurile din industria de topire a cuprului conțin 2,09 tone de praf, care conține până la 15% cupru, 60% oxid de fier și 4% fiecare arsen, mercur, zinc și plumb. Deșeurile din industria mecanică și chimică conțin până la 1 mii mg/kg plumb, până la 3 mii mg/kg cupru, până la 10 mii mg/kg crom și fier, până la 100 g/kg fosfor și mai mult la 10 g/kg de mangan și nichel. În Silezia, în jurul fabricilor de zinc se îngrămădesc haldele care conțin zinc de la 2 la 12% și plumb de la 0,5 la 3%, iar în SUA sunt exploatate minereuri cu un conținut de zinc de 1,8%.
Peste 250 de mii de tone de plumb pe an ajung la suprafața solului cu gazele de eșapament; este un poluant major al solului cu plumb.
Metalele grele intră în sol împreună cu îngrășămintele, care le conțin ca impuritate, precum și cu biocidele.
L. G. Bondarev (1976) a calculat posibila aprovizionare cu metale grele la suprafața solului ca urmare a activității de producție umană cu epuizarea completă a rezervelor de minereu, în arderea rezervelor existente de cărbune și turbă și le-a comparat cu posibilele rezerve de metale acumulate în umosferă până în prezent. Imaginea rezultată ne permite să ne facem o idee despre schimbările pe care o persoană este capabilă să le provoace în decurs de 500-1000 de ani, pentru care mineralele explorate vor fi suficiente.
Posibilă intrare a metalelor în biosferă la epuizarea rezervelor sigure de minereuri, cărbune, turbă, milioane de tone
|
Eliberarea tehnologică totală a metalelor |
Conținut în umosferă |
Raportul dintre emisiile provocate de om și conținutul din umosferă |
|
Raportul dintre aceste cantități ne permite să anticipăm amploarea impactului activității umane asupra mediului, în primul rând asupra acoperirii solului.
Intrarea tehnogenă a metalelor în sol și fixarea lor în orizonturi de humus în profilul solului în ansamblu nu poate fi uniformă. Neuniformitatea și contrastul său sunt legate în primul rând de densitatea populației. Dacă considerăm că această relație este proporțională, atunci 37,3% din toate metalele vor fi dispersate în doar 2% din masa de pământ locuită.
Distribuția metalelor grele pe suprafața solului este determinată de mulți factori. Depinde de caracteristicile surselor de poluare, de caracteristicile meteorologice ale regiunii, de factorii geochimici și de situația peisajului în ansamblu.
Sursa de contaminare determină în general calitatea și cantitatea produsului aruncat. Mai mult, gradul de dispersie a acestuia depinde de înălțimea emisiei. Zona de maximă contaminare se întinde pe o distanță egală cu 10-40 de ori înălțimea țevii pentru emisii mari și calde, de 5-20 de ori înălțimea țevii pentru emisii industriale scăzute. Durata prezenței particulelor de emisie în atmosferă depinde de masa și proprietățile fizico-chimice ale acestora. Cu cât particulele sunt mai grele, cu atât se depun mai repede.
Inegalitatea distribuției tehnologice a metalelor este agravată de eterogenitatea situației geochimice din peisajele naturale. În acest sens, pentru a prezice o posibilă poluare prin produse de tehnogeneză și pentru a preveni consecințele nedorite ale activității umane, este necesar să înțelegem legile geochimiei, legile migrării elementelor chimice în diverse peisaje naturale sau seturi geochimice.
Elementele chimice și compușii acestora care intră în sol suferă o serie de transformări, se disipează sau se acumulează în funcție de natura barierelor geochimice inerente unui anumit teritoriu. Conceptul de bariere geochimice a fost formulat de A.I.Perelman (1961) ca zone ale zonei de hipergeneză în care modificările condițiilor de migrație duc la acumularea de elemente chimice. Clasificarea barierelor se bazează pe tipurile de migrare a elementelor. Pe această bază, A.I. Perelman identifică patru tipuri și mai multe clase de bariere geochimice:
1. bariere - pentru toate elementele care sunt redistribuite și sortate biogeochimic de către organismele vii (oxigen, carbon, hidrogen, calciu, potasiu, azot, siliciu, mangan etc.);
2. bariere fizice și chimice:
1) oxidant - fier sau feromangan (fier, mangan), mangan (mangan), sulf (sulf);
2) reducătoare – sulfură (fier, zinc, nichel, cupru, cobalt, plumb, arsenic etc.), gley (vanadiu, cupru, argint, seleniu);
3) sulfat (bariu, calciu, stronțiu);
4) alcaline (fier, calciu, magneziu, cupru, stronțiu, nichel etc.);
5) acid (oxid de siliciu);
6) evaporative (calciu, sodiu, magneziu, sulf, fluor etc.);
7) adsorbție (calciu, potasiu, magneziu, fosfor, sulf, plumb etc.);
8) termodinamic (calciu, sulf).
3. bariere mecanice (fier, titan, crom, nichel etc.);
4. bariere create de om.
Barierele geochimice nu există izolat, ci în combinație între ele, formând complexe complexe. Ele reglează compoziția elementară a fluxurilor de substanțe; funcționarea ecosistemelor depinde în mare măsură de ele.
Produsele tehnogenezei, în funcție de natura lor și de situația peisajului în care se află, pot fie fie prelucrate prin procese naturale și nu provoacă schimbări semnificative în natură, fie conservate și acumulate, având un efect negativ asupra tuturor viețuitoarelor.
Ambele procese sunt determinate de o serie de factori, a căror analiză face posibilă aprecierea nivelului de stabilitate biochimică a peisajului și prezicerea naturii schimbărilor lor în natură sub influența tehnogenezei. În peisajele autonome se dezvoltă procese de autoepurare din poluarea tehnogenă, deoarece produsele tehnogenezei sunt dispersate de apele de suprafață și subsol. În peisajele acumulative, produsele tehnogenezei se acumulează și se păstrează.
|
Ape uzate industriale, kg/l |
Sol, mg/kg |
Plante, mg/kg |
Apă de băut, mg/l |
Aer, mg/m3 |
MPC în sângele uman, mg/l |
|
* Pe autostrăzi, în funcție de volumul traficului și distanța până la autostradă
O atenție sporită acordată protecției mediului a generat un interes deosebit pentru impactul metalelor grele asupra solului.
Din punct de vedere istoric, interesul pentru această problemă a apărut odată cu studiul fertilității solului, întrucât elemente precum fierul, manganul, cuprul, zincul, molibdenul și eventual cobaltul sunt foarte importante pentru viața plantelor și, prin urmare, pentru animale și oameni.
Sunt cunoscute și ca microelemente deoarece sunt necesare plantelor în cantități mici. Grupul de microelemente include și metale, al căror conținut în sol este destul de mare, de exemplu, fier, care face parte din majoritatea solurilor și ocupă locul patru în compoziția scoarței terestre (5%) după oxigen (46,6%). , siliciu (27,7%) și aluminiu (8,1%).
Toate oligoelementele pot avea un efect negativ asupra plantelor dacă concentrația formelor lor disponibile depășește anumite limite. Unele metale grele, cum ar fi mercurul, plumbul și cadmiul, care par a fi de mică importanță pentru plante și animale, sunt periculoase pentru sănătatea umană chiar și la concentrații scăzute.
Gaze de eșapament din vehicule, evacuare în câmp sau stații de epurare a apelor uzate, irigații cu ape uzate, deșeuri, reziduuri și emisii din exploatarea minelor și a șantierelor industriale, aplicarea fosforului și a îngrășămintelor organice, utilizarea pesticidelor etc. a dus la o creștere a concentrațiilor de metale grele din sol.
Atâta timp cât metalele grele sunt ferm legate de constituenții solului și sunt greu de accesat, impactul lor negativ asupra solului și mediului va fi neglijabil. Cu toate acestea, dacă condițiile solului permit trecerea metalelor grele în soluția de sol, există pericolul direct de contaminare a solului și există posibilitatea pătrunderii acestora în plante, precum și în corpul oamenilor și al animalelor care consumă aceste plante. În plus, metalele grele pot fi poluanți pentru plante și corpuri de apă ca urmare a utilizării nămolului de epurare. Pericolul contaminării solului și plantelor depinde de: tipul plantei; forme de compuși chimici din sol; prezența elementelor care contracarează influența metalelor grele și a substanțelor care formează compuși complecși cu acestea; din procesele de adsorbție și desorbție; cantitatea de forme disponibile ale acestor metale în sol și sol și condițiile climatice. În consecință, impactul negativ al metalelor grele depinde în principal de mobilitatea acestora, adică. solubilitate.
Metalele grele se caracterizează în principal prin valență variabilă, solubilitate scăzută a hidroxizilor lor, capacitate mare de a forma compuși complecși și, în mod natural, capacitate cationică.
Factorii care contribuie la reținerea metalelor grele de către sol includ: adsorbția prin schimb a suprafeței argilelor și a humusului, formarea de compuși complecși cu humus, adsorbția și ocluzia la suprafață (capacități de dizolvare sau absorbție a gazelor de către metalele topite sau solide) prin hidratare. oxizi de aluminiu, fier, mangan etc., precum și formarea de compuși insolubili, în special în timpul reducerii.
Metalele grele în soluția de sol se găsesc atât în formă ionică, cât și în formă legată, care se află într-un anumit echilibru (Fig. 1).
În figură, L r sunt liganzi solubili, care sunt acizi organici cu greutate moleculară mică, iar L n sunt insolubili. Reacția metalelor (M) cu substanțele humice include parțial schimbul de ioni.
Desigur, pot exista și alte forme de metale prezente în sol care nu participă direct la acest echilibru, de exemplu, metale din rețeaua cristalină a mineralelor primare și secundare, precum și metale din organismele vii și rămășițele lor moarte.
Observarea modificărilor metalelor grele din sol este imposibilă fără cunoașterea factorilor care determină mobilitatea acestora. Procesele de mișcare a retenției care determină comportamentul metalelor grele în sol nu diferă cu mult de procesele care determină comportamentul altor cationi. Deși metalele grele se găsesc uneori în sol în concentrații scăzute, ele formează complexe stabile cu compușii organici și intră mai ușor în reacții de adsorbție specifice decât metalele alcaline și alcalino-pământoase.
Migrarea metalelor grele în sol poate avea loc în lichid și suspensie cu ajutorul rădăcinilor plantelor sau microorganismelor din sol. Migrarea compușilor solubili are loc odată cu soluția din sol (difuzia) sau prin mișcarea lichidului însuși. Leșierea argilelor și a materiei organice duce la migrarea tuturor metalelor asociate. Migrarea substanțelor volatile sub formă gazoasă, cum ar fi dimetilmercurul, este întâmplătoare și acest mod de mișcare nu este deosebit de important. Migrația în faza solidă și pătrunderea în rețeaua cristalină este mai mult un mecanism de legare decât mișcare.
Metalele grele pot fi introduse sau adsorbite de microorganisme, care la rândul lor sunt capabile să participe la migrarea metalelor corespunzătoare.
Râmele și alte organisme pot facilita migrarea metalelor grele prin mijloace mecanice sau biologice prin agitarea solului sau încorporarea metalelor în țesuturile lor.
Dintre toate tipurile de migrare, cea mai importantă este migrarea în fază lichidă, deoarece majoritatea metalelor intră în sol sub formă solubilă sau sub formă de suspensie apoasă și practic toate interacțiunile dintre metalele grele și constituenții lichizi ai solului au loc la limită. a fazelor lichide si solide.
Metalele grele din sol intră în plante prin lanțul trofic și sunt apoi consumate de animale și oameni. Diverse bariere biologice participă la ciclul metalelor grele, având ca rezultat o bioacumulare selectivă care protejează organismele vii de excesul acestor elemente. Cu toate acestea, activitatea barierelor biologice este limitată, iar cel mai adesea metalele grele sunt concentrate în sol. Rezistența solurilor la contaminarea cu acestea variază în funcție de capacitatea tampon.
Solurile cu o capacitate mare de adsorbție, respectiv, și un conținut ridicat de argile, precum și materie organică, pot reține aceste elemente, în special în orizonturile superioare. Acest lucru este tipic pentru solurile carbonatate și pentru solurile cu o reacție neutră. În aceste soluri, cantitatea de compuși toxici care pot fi spălați în apele subterane și absorbiți de plante este mult mai mică decât în solurile nisipoase acide. Cu toate acestea, există un risc mare de creștere a concentrației elementelor la niveluri toxice, ceea ce determină un dezechilibru al proceselor fizice, chimice și biologice din sol. Metalele grele reținute de părțile organice și coloidale ale solului limitează semnificativ activitatea biologică și inhibă procesele de yrificare, care sunt importante pentru fertilitatea solului.
Solurile nisipoase, care se caracterizează printr-o capacitate scăzută de absorbție, ca și solurile acide, rețin foarte slab metalele grele, cu excepția molibdenului și seleniului. Prin urmare, sunt ușor de adsorbit de plante, iar unele dintre ele, chiar și în concentrații foarte mici, au efecte toxice.
Conținutul de zinc din sol variază de la 10 la 800 mg/kg, deși cel mai adesea este de 30-50 mg/kg. Acumularea de cantități în exces de zinc afectează negativ majoritatea proceselor solului: provoacă modificări ale proprietăților fizice și fizico-chimice ale solului și reduce activitatea biologică. Zincul suprimă activitatea vitală a microorganismelor, în urma căreia procesele de formare a materiei organice în sol sunt perturbate. Excesul de zinc în sol face dificilă fermentarea descompunere a celulozei, respirația și acțiunea ureazei.
Metalele grele, venite din sol în plante și transmise prin lanțurile trofice, au un efect toxic asupra plantelor, animalelor și oamenilor.
Dintre cele mai toxice elemente, în primul rând, trebuie menționat mercurul, care prezintă cel mai mare pericol sub forma unui compus foarte toxic - metilmercurul. Mercurul intră în atmosferă atunci când cărbunele este ars și când apa se evaporă din corpurile de apă poluate. Poate fi transportat cu mase de aer si depus pe soluri din anumite zone. Studiile au arătat că mercurul este bine absorbit în centimetrii superiori ai orizontului de acumulare de humus a diferitelor tipuri de soluri cu compoziție mecanică lutoasă. Migrarea sa de-a lungul profilului și leșierea dincolo de profilul solului în astfel de soluri este nesemnificativă. Cu toate acestea, în solurile cu compoziție mecanică ușoară, acide și sărăcite în humus, procesele de migrare a mercurului se intensifică. În astfel de soluri are loc și procesul de evaporare a compușilor organici de mercur, care au proprietăți volatile.
Atunci când mercurul a fost adăugat în solurile nisipoase, argiloase și turboase cu o rată de 200 și 100 kg/ha, recolta de pe sol nisipos a fost complet distrusă, indiferent de nivelul de var. Pe solul de turbă, randamentul a scăzut. Pe solul argilos, o scădere a randamentului a avut loc numai cu o doză mică de var.
De asemenea, plumbul are capacitatea de a fi transmis prin lanțurile trofice, acumulându-se în țesuturile plantelor, animalelor și oamenilor. O doză de plumb egală cu 100 mg/kg greutate uscată a furajului este considerată letală pentru animale.
Praful de plumb se depune pe suprafața solului, este adsorbit de substanțele organice, se deplasează de-a lungul profilului cu soluțiile de sol, dar este transportat în afara profilului solului în cantități mici.
Datorită proceselor de migrare în condiții acide, anomaliile tehnogene de plumb se formează în soluri pe o lungime de 100 m. Plumbul din sol intră în plante și se acumulează în acestea. În boabele de grâu și orz, cantitatea sa este de 5-8 ori mai mare decât conținutul de fundal, în blaturi și cartofi - de peste 20 de ori, în tuberculi - de peste 26 de ori.
Cadmiul, la fel ca vanadiul și zincul, se acumulează în stratul de humus al solurilor. Natura distribuției sale în profilul solului și peisajul are multe în comun cu alte metale, în special cu natura distribuției plumbului.
Cu toate acestea, cadmiul este fixat mai puțin ferm în profilul solului decât plumbul. Adsorbția maximă a cadmiului este caracteristică solurilor neutre și alcaline cu un conținut ridicat de humus și capacitate mare de absorbție. Conținutul său în solurile podzolice poate varia de la sutimi până la 1 mg/kg, în cernoziomuri - până la 15-30, iar în solurile roșii - până la 60 mg/kg.
Multe nevertebrate din sol concentrează cadmiul în corpul lor. Cadmiul este absorbit de râme, păduchi și melci de 10-15 ori mai activ decât plumbul și zincul. Cadmiul este toxic pentru plantele agricole și chiar dacă concentrațiile mari de cadmiu nu au un efect vizibil asupra randamentului culturilor agricole, toxicitatea acestuia afectează calitatea produselor, deoarece conținutul de cadmiu din plante crește.
Arsenicul intră în sol cu produsele arderii cărbunelui, cu deșeurile din industria metalurgică, și din fabricile de producere a îngrășămintelor. Arsenicul este reținut cel mai ferm în solurile care conțin forme active de fier, aluminiu și calciu. Toxicitatea arsenicului în sol este cunoscută de toată lumea. Contaminarea solului cu arsenic cauzează, de exemplu, moartea râmelor. Conținutul de fundal al arsenicului din sol este de sutimi de miligram pe kilogram de sol.
Fluorul și compușii săi sunt utilizați pe scară largă în industria nucleară, petrolieră, chimică și în alte industrii. Intră în sol cu emisii de la întreprinderile metalurgice, în special topitorii de aluminiu, și, de asemenea, ca un amestec atunci când se aplică superfosfat și alte insecticide.
Prin poluarea solului, fluorul determină o scădere a randamentului nu numai datorită efectului său toxic direct, ci și prin modificarea raportului de nutrienți din sol. Cea mai mare adsorbție a fluorului are loc în soluri cu un complex de absorbție a solului bine dezvoltat. Compușii solubili de fluor se deplasează de-a lungul profilului solului cu fluxul descendent al soluțiilor de sol și pot intra în apele subterane. Contaminarea solului cu compuși de fluor distruge structura solului și reduce permeabilitatea solului.
Zincul și cuprul sunt mai puțin toxice decât metalele grele menționate mai sus, dar cantitățile excesive ale acestora în deșeurile din industria metalurgică poluează solul și inhibă creșterea microorganismelor, reduc activitatea enzimatică a solurilor și reduc randamentul plantelor.
Trebuie remarcat faptul că toxicitatea metalelor grele crește atunci când acţionează împreună asupra organismelor vii din sol. Efectul combinat al zincului și cadmiului are un efect inhibitor de câteva ori mai puternic asupra microorganismelor decât cu aceeași concentrație a fiecărui element separat.
Deoarece metalele grele se găsesc de obicei în diferite combinații atât în produsele de ardere a combustibilului, cât și în emisiile din industria metalurgică, efectul lor asupra naturii surselor de poluare din jur este mai puternic decât se aștepta pe baza concentrației elementelor individuale.
În apropierea întreprinderilor, fitocenozele naturale ale întreprinderilor devin mai uniforme în compoziția speciilor, deoarece multe specii nu pot rezista la concentrații crescute de metale grele în sol. Numărul de specii poate fi redus la 2-3, iar uneori la formarea de monocenoze.
În fitocenozele pădurii, lichenii și mușchii sunt primii care răspund la poluare. Stratul arborelui este cel mai stabil. Cu toate acestea, expunerea prelungită sau de mare intensitate provoacă fenomene rezistente la uscat în ea.
Solul este suprafața pământului care are proprietăți care caracterizează atât natura vie, cât și cea neînsuflețită.
Solul este un indicator al generalului. Poluarea pătrunde în sol cu precipitații și deșeuri de suprafață. Ele sunt, de asemenea, introduse în stratul de sol de către rocile din sol și apele subterane.
Grupul metalelor grele include tot ceea ce are o densitate ce o depășește pe cea a fierului. Paradoxul acestor elemente este că în anumite cantități sunt necesare pentru a asigura funcționarea normală a plantelor și organismelor.
Dar excesul lor poate duce la boli grave și chiar la moarte. Ciclul alimentar face ca compușii nocivi să intre în corpul uman și adesea dăunează mult sănătății.
Sursele de poluare cu metale grele sunt: Există o metodă prin care se calculează conținutul de metal permis. În acest caz, se ia în considerare valoarea totală a mai multor metale Zc.
- acceptabil;
- moderat periculos;
- foarte periculos;
- extrem de periculos.
Conservarea solului este foarte importantă. Controlul și monitorizarea constantă nu permite cultivarea produselor agricole și pășunatul animalelor pe terenurile contaminate.
Metalele grele poluează solul
Există trei clase de pericol ale metalelor grele. Organizația Mondială a Sănătății consideră că cele mai periculoase contaminări sunt plumbul, mercurul și cadmiul. Dar concentrațiile mari de alte elemente nu sunt mai puțin dăunătoare.
Mercur
Contaminarea solului cu mercur are loc prin pătrunderea pesticidelor, a diferitelor deșeuri menajere, cum ar fi lămpile fluorescente și a elementelor instrumentelor de măsurare deteriorate.
Conform datelor oficiale, emisia anuală de mercur este de peste cinci mii de tone. Mercurul poate pătrunde în corpul uman din sol contaminat.
Dacă acest lucru se întâmplă în mod regulat, pot apărea disfuncții severe ale multor organe, inclusiv ale sistemului nervos.
Dacă nu este tratată corespunzător, poate apărea moartea.
Conduce
Plumbul este foarte periculos pentru oameni și pentru toate organismele vii.
Este extrem de toxic. Când se extrage o tonă de plumb, douăzeci și cinci de kilograme intră în mediu. Cantități mari de plumb intră în sol prin gazele de eșapament. 
Zona de contaminare a solului de-a lungul traseelor este de peste două sute de metri în jur. Odată ajuns în sol, plumbul este absorbit de plantele care sunt consumate de oameni și animale, inclusiv de animale, a căror carne este prezentă și în meniul nostru. Excesul de plumb afectează sistemul nervos central, creierul, ficatul și rinichii. Este periculos datorită efectelor sale cancerigene și mutagene.
Cadmiu
Contaminarea solului cu cadmiu este un pericol imens pentru corpul uman. Când este ingerată, provoacă deformarea scheletului, încetinirea creșterii la copii și dureri severe de spate.
Cupru și zinc
O concentrație mare a acestor elemente în sol determină încetinirea creșterii plantelor și deteriorarea fructificării, ceea ce duce în cele din urmă la o scădere bruscă a randamentului. O persoană experimentează schimbări în creier, ficat și pancreas.
Molibden
Excesul de molibden provoacă gută și leziuni ale sistemului nervos.
Pericolul metalelor grele este că acestea sunt prost excretate din organism și se acumulează în acesta. Pot forma compuși foarte toxici, pot trece cu ușurință dintr-un mediu în altul și nu se descompun. În același timp, provoacă boli severe, ducând adesea la consecințe ireversibile.Antimoniu
Prezent în unele minereuri.
Face parte din aliajele utilizate în diverse domenii industriale.
Excesul său provoacă tulburări severe de alimentație.
Arsenic
Principala sursă de contaminare a solului cu arsenic sunt substanțele utilizate pentru combaterea dăunătorilor plantelor agricole, de exemplu, erbicidele și insecticidele. Arsenicul este o otravă care se acumulează care provoacă cronicizare. Compușii săi provoacă boli ale sistemului nervos, creierului și pielii.
Mangan
Un conținut ridicat al acestui element se observă în sol și plante. 
Când mai mult mangan intră în sol, acesta creează rapid un exces periculos. Acest lucru afectează corpul uman sub formă de distrugere a sistemului nervos.
O supraabundență de alte elemente grele nu este mai puțin periculoasă.
Din cele de mai sus, putem concluziona că acumularea de metale grele în sol atrage consecințe grave pentru sănătatea umană și pentru mediu în ansamblu.
Metode de bază de combatere a contaminării solului cu metale grele
Metodele de combatere a contaminării solului cu metale grele pot fi fizice, chimice și biologice. Printre acestea se numără următoarele metode:
- O creștere a acidității solului crește posibilitatea. Prin urmare, adăugarea de materie organică și argilă și var ajută într-o oarecare măsură în lupta împotriva poluării.
- Semănarea, cosirea și îndepărtarea anumitor plante, cum ar fi trifoiul, de la suprafața solului reduce semnificativ concentrația de metale grele în sol. În plus, această metodă este complet ecologică.
- Detoxifierea apelor subterane, pomparea și purificarea acesteia.
- Predicția și eliminarea migrării formei solubile a metalelor grele.
- În unele cazuri deosebit de grave, este necesară îndepărtarea completă a stratului de sol și înlocuirea acestuia cu unul nou.
Cel mai periculos dintre toate metalele enumerate este plumbul. Are capacitatea de a acumula și ataca corpul uman. Mercurul nu este periculos dacă intră în corpul uman o dată sau de mai multe ori; doar vaporii de mercur sunt deosebit de periculoși. Consider că întreprinderile industriale ar trebui să folosească tehnologii de producție mai avansate, care nu sunt atât de distructive pentru toate ființele vii. Nu doar o persoană, ci masele ar trebui să se gândească, atunci vom ajunge la un rezultat bun.
AGENȚIA FEDERALĂ PENTRU EDUCAȚIE INSTITUȚIE DE ÎNVĂȚĂMÂNT DE STAT
ÎNVĂȚĂMÂNT PROFESIONAL SUPERIOR „UNIVERSITATEA DE STAT VORONEZH”
POLUAREA SOLULUI CU METALE GRE. METODE DE CONTROL ŞI REGLARE A SOLURILOR CONTAMINATE
Manual educațional și metodologic pentru universități
Alcătuit de: H.A. Juvelikyan, D.I. Shceglov, N.S. Gorbunova
Centrul de editare și tipărire al Universității de Stat Voronezh
Aprobat de consiliul științific și metodologic al Facultății de Biologie și Știința Solului din 4 iulie 2009, protocolul nr. 10
Referent Dr. Biol. științe, prof. LA. Yablonskikh
Manualul educațional și metodologic a fost pregătit la Departamentul de Știința Solului și Managementul Resurselor Terestre, Facultatea de Biologie și Știința Solului, Universitatea de Stat Voronezh.
Pentru specialitatea 020701 – Stiinta solului
Informații generale despre poluare.................................................. ..................... ................................. | |
Conceptul de anomalii provocate de om .................................................. ............................................. | |
Contaminarea solului cu metale grele............................................. ....................................... | |
Migrarea metalelor grele în profilul solului............................................. .......... | |
Conceptul de monitorizare a mediului solului.................................................. ................ | |
Indicatori ai stării solului determinați în timpul monitorizării acestora.................................. | |
Standardizarea de mediu a calității solurilor contaminate.................................................. | |
Cerințe generale pentru clasificarea solurilor susceptibile de contaminare...... | |
Literatură................................................. .................................................. ...... ........ |
INFORMAȚII GENERALE DESPRE POLUARE
Poluanți
– sunt substanțe de origine antropică care pătrund în mediu în cantități care depășesc nivelul natural al aportului lor. Poluare a solului– un tip de degradare antropică în care conținutul de substanțe chimice din solurile supuse impactului antropic depășește nivelul de fond regional natural. Depășirea conținutului anumitor substanțe chimice din mediul uman (comparativ cu nivelurile naturale) datorită sosirii lor din surse antropice reprezintă un pericol pentru mediu.Utilizarea umană a substanțelor chimice în activitățile economice și implicarea lor în ciclul transformărilor antropice din mediu este în continuă creștere. O caracteristică a intensității extracției și utilizării elementelor chimice este tehnofilitatea - raportul dintre extracția sau producția anuală a unui element în tone față de clarke-ul său în litosferă (A.I. Perelman, 1999). Tehnofilitatea ridicată este caracteristică elementelor utilizate cel mai activ de către oameni, în special celor al căror nivel natural în litosferă este scăzut. Nivelurile ridicate de tehnofil sunt caracteristice unor metale precum Bi, Hg, Sb, Pb, Cu, Se, Ag, As, Mo, Sn, Cr, Zn, a căror cerere este mare în diferite tipuri de producție. Când conținutul acestor elemente în roci este scăzut (10–2–10–6%), extracția lor este semnificativă. Aceasta duce la extragerea din adâncurile pământului a cantităților colosale de minereuri care conțin aceste elemente și la dispersarea lor globală ulterioară în mediu.
Pe lângă tehnofil, au fost propuse și alte caracteristici cantitative ale tehnogenezei. Astfel, raportul dintre tehnofilitatea unui element și biofilitatea sa (biofilitatea este concentrația clarke a elementelor chimice din materia vie) M.A. Glazovskaya numit activitatea distructivă a elementelor de tehnogeneză. Activitatea distructivă a elementelor de tehnogeneză caracterizează gradul de pericol al elementelor pentru organismele vii. O altă caracteristică cantitativă a implicării antropice a elementelor chimice în ciclurile lor globale de pe planetă este factor de mobilizare sau factor de îmbogățire tehnologică, care se calculează ca raport dintre fluxul tehnogen al unui element chimic și fluxul său natural. Nivelul factorului de îmbogățire tehnogenă, precum și tehnofilitatea elementelor, nu este doar un indicator al mobilizării acestora din litosferă în mediile naturale terestre, ci și o reflectare a nivelului emisiilor de elemente chimice cu deșeuri industriale în mediu. .
CONCEPTUL DE ANOMALII TEHNOGENICE
Anomalie geochimică- o secțiune a scoarței terestre (sau a suprafeței pământului), caracterizată prin concentrații semnificativ crescute ale oricăror elemente chimice sau compuși ai acestora în comparație cu valorile de fond și localizate în mod natural în raport cu acumulările de minerale. Identificarea anomaliilor provocate de om este una dintre cele mai importante sarcini ecologice și geochimice în evaluarea stării mediului. Anomaliile se formează în componentele peisajului ca urmare a aprovizionării cu diverse substanțe din surse tehnogene și reprezintă un anumit volum în cadrul căruia valorile concentrațiilor anormale ale elementelor sunt mai mari decât valorile de fond. În funcție de prevalența A.I. Perelman și N.S. Kasimov (1999) distinge următoarele anomalii create de om:
1) global – care acoperă întregul glob (de exemplu, a crescut
2) regional - formată în anumite părți ale continentelor, zonelor naturale și regiunilor ca urmare a utilizării pesticidelor, îngrășămintelor minerale, acidificării precipitațiilor atmosferice cu emisii de compuși ai sulfului etc.;
3) locală - formată în atmosferă, soluri, ape, plante în jurul surselor tehnogene locale: fabrici, mine etc.
În funcție de mediul de formare, anomaliile create de om sunt împărțite:
1) până la litochimic (în soluri, roci);
2) hidrogeochimic (în ape);
3) geochimic atmosferic (în atmosferă, zăpadă);
4) biochimice (în organisme).
În funcție de durata sursei de poluare, acestea sunt împărțite:
– pe termen scurt (emisii de urgență etc.);
– pe termen mediu (cu încetarea impactului, de exemplu, încetarea dezvoltării zăcămintelor minerale);
– staționare pe termen lung (anomalii ale fabricilor, orașelor, peisajelor agricole, de exemplu KMA, Norilsk Nickel).
Atunci când se evaluează anomaliile provocate de om, zonele de fundal sunt selectate departe de sursele de poluanți provocate de om, de obicei mai mult de 30–50 km. Unul dintre criteriile pentru anomalie este coeficientul de concentrație tehnogenă sau anomalia Kc, care este raportul dintre conținutul unui element din obiectul anomal luat în considerare și conținutul său de fundal în componentele peisajului.
Pentru a evalua impactul cantității de poluanți care intră în organism, se folosesc și standarde de poluare igienă - pre-
concentrații admisibile separat. Acesta este conținutul maxim de substanță nocivă dintr-un obiect sau produs natural (apă, aer, sol, alimente), care nu afectează sănătatea oamenilor sau a altor organisme.
Poluanții sunt împărțiți în clase în funcție de pericolul lor (GOST
17.4.1.0283): Clasa I (foarte periculoasă) – As, Cd, Hg, Se, Pb, F, benzo(a)piren, Zn; Clasa II (periculoasă moderată) – B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; Clasa III (periculoasă scăzută) – Ba, V, W, Mn, Sr, acetofenonă.
POLUAREA SOLULUI CU METALE GRE
Metalele grele (HM) ocupă deja locul doi în ceea ce privește pericolul, în spatele pesticidelor și semnificativ înaintea poluanților atât de cunoscuți precum dioxidul de carbon și sulful. În viitor, acestea pot deveni mai periculoase decât deșeurile de la centralele nucleare și deșeurile solide. Poluarea cu metale grele este asociată cu utilizarea lor pe scară largă în producția industrială. Din cauza sistemelor de purificare imperfecte, metalele grele pătrund în mediu, inclusiv în sol, poluând și otrăvindu-l. HM-urile sunt poluanți specifici, a căror monitorizare este obligatorie în toate mediile.
Solul este principalul mediu în care intră metalele grele, inclusiv din atmosferă și din mediul acvatic. De asemenea, servește ca sursă de poluare secundară a aerului de suprafață și a apelor care curg din acesta în Oceanul Mondial. Din sol, HM-urile sunt absorbite de plante, care ajung apoi în alimente.
Termenul „metale grele”, care caracterizează un grup larg de poluanți, a câștigat recent o popularitate semnificativă. În diverse lucrări științifice și aplicative, autorii interpretează în mod diferit sensul acestui concept. În acest sens, cantitatea de elemente clasificate drept metale grele variază foarte mult. Numeroase caracteristici sunt utilizate ca criterii de apartenență: masa atomică, densitatea, toxicitatea, prevalența în mediul natural, gradul de implicare în ciclurile naturale și antropice.
În lucrările dedicate problemelor poluării mediului și monitorizării mediului, astăzi peste 40 de elemente din tabelul periodic al D.I. sunt clasificate ca metale grele. Mendeleev cu o masă atomică de peste 40 de unități atomice: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi etc. După clasificarea lui N. Reimers ( 1990),
Metalele cu o densitate mai mare de 8 g/cm3 trebuie considerate grele. În acest caz, următoarele condiții joacă un rol important în clasificarea metalelor grele: toxicitatea lor ridicată pentru organismele vii în concentrații relativ scăzute, precum și capacitatea de bioacumulare și bioamplificare. Aproape toate metalele care se încadrează în această definiție
nie (cu excepția plumbului, mercurului, cadmiului și bismutului, al căror rol biologic este în prezent neclar), participă activ la procesele biologice și fac parte din multe enzime.
Cei mai puternici furnizori de deșeuri îmbogățite cu metale sunt întreprinderile de topire a metalelor neferoase (aluminiu, alumină, cupru-zinc, plumb-topire, nichel, titan-magneziu, mercur etc.), precum și pentru prelucrare. a metalelor neferoase (ingineria radio, inginerie electrică, fabricarea de instrumente, galvanică etc.).
În praful industriilor metalurgice și a uzinelor de prelucrare a minereului, concentrația de Pb, Zn, Bi, Sn poate fi crescută cu mai multe ordine de mărime (până la 10–12) în comparație cu litosferă, concentrația de Cd, V, Sb - de zeci de mii de ori, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag - de sute de ori. Deșeurile de la întreprinderile metalurgice neferoase, fabricile din industria vopselei și lacurilor și structurile din beton armat sunt îmbogățite cu mercur. Concentrațiile de W, Cd și Pb sunt crescute în praful instalațiilor de construcție de mașini (Tabelul 1).
Sub influența emisiilor îmbogățite cu metale, zonele de poluare a peisajului se formează în principal la nivel regional și local. Impactul întreprinderilor energetice asupra poluării mediului nu se datorează concentrației de metale în deșeuri, ci cantității uriașe a acestora. Masa deșeurilor, de exemplu, în centrele industriale, depășește cantitatea totală provenită din toate celelalte surse de poluare. O cantitate semnificativă de Pb este eliberată în mediu cu gazele de eșapament ale vehiculelor, ceea ce depășește aportul acestuia cu deșeurile de la întreprinderile metalurgice.
Solurile arabile sunt poluate de elemente precum Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, care intră în sol ca parte a pesticidelor, biocidelor, stimulentelor de creștere a plantelor și formatorilor de structură. Îngrășămintele netradiționale, obținute din diverse deșeuri, conțin adesea o gamă largă de poluanți în concentrații mari. Dintre îngrășămintele minerale tradiționale, îngrășămintele cu fosfor conțin impurități Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd (Gaponyuk, 1985).
Distribuția metalelor eliberate în atmosferă din surse tehnologice în peisaj este determinată de distanța de la sursa de poluare, de condițiile climatice (rezistența și direcția vântului), de teren, de factorii tehnologici (starea deșeurilor, metoda de intrare a deșeurilor în mediu). , înălțimea țevilor întreprinderii).
Dispersia metalelor grele depinde de înălțimea sursei de emisii în atmosferă. Conform calculelor lui M.E. Berland (1975), cu coșuri înalte, se creează o concentrație semnificativă de emisii în stratul de suprafață al atmosferei la o distanță de 10–40 de înălțimi ale coșurilor. Există 6 zone în jurul acestor surse de poluare (Tabelul 2). Zona de influență a întreprinderilor industriale individuale pe teritoriul adiacent poate ajunge la 1000 km2.
masa 2
Zonele de contaminare a solului din jurul surselor punctuale de poluare
Distanta de la | Conținut în exces |
|||
sursa pentru | TM rapoarte în raport cu |
|||
murdărie în km | spre fundal |
|||
Zona de securitate a întreprinderii | ||||
Zonele de contaminare a solului și dimensiunea acestora sunt strâns legate de vectorii vântului dominant. Relieful, vegetația și clădirile urbane pot schimba direcția și viteza de mișcare a stratului de suprafață de aer. Similar zonelor de contaminare a solului, pot fi identificate și zonele de contaminare a vegetației.
MIGRAREA METALELOR GRE ÎN PROFILUL SOLULUI
Acumularea majorității poluanților se observă în principal în orizontul solului acumulator de humus, unde aceștia sunt legați de aluminosilicați, minerale nesilicatice și substanțe organice datorită diferitelor reacții de interacțiune. Compoziția și cantitatea elementelor reținute în sol depind de conținutul și compoziția humusului, de condițiile acido-bazice și redox, de capacitatea de sorbție și de intensitatea absorbției biologice. Unele metale grele sunt reținute ferm de aceste componente și nu numai că nu participă la migrarea de-a lungul profilului solului, dar nici nu reprezintă un pericol
pentru organismele vii. Consecințele negative asupra mediului ale poluării solului sunt asociate cu compușii metalici mobili.
ÎN în cadrul profilului solului fluxul tehnogen de substanţe întâlneşte o serie de bariere sol-geochimice. Acestea includ carbonat, gips și orizonturi iluviale (iluvial-fier-humus). Unele elemente extrem de toxice se pot transforma în compuși greu de accesat de plante; alte elemente, mobile într-un mediu sol-geochimic dat, pot migra în coloana de sol, reprezentând un potențial pericol pentru biota. Mobilitatea elementelor depinde în mare măsură de condițiile acido-bazice și redox din sol. În solurile neutre, compușii Zn, V, As și Se sunt mobili și pot fi levigați în timpul umezirii sezoniere a solului.
Acumularea de compuși mobili ai elementelor care sunt deosebit de periculoase pentru organisme depinde de regimurile de apă și aer ale solurilor: cea mai scăzută acumulare se observă în solurile permeabile în regim de leșiere, crește în solurile cu regim de neleșiere și este maximă în soluri cu regim de exudat. La concentrație de evaporare și reacție alcalină, Se, As, V se poate acumula în sol într-o formă ușor accesibilă, iar în condiții de mediu reducătoare, Hg se poate acumula sub formă de compuși metilati.
Totuși, trebuie avut în vedere că în condiții de leșiere se realizează mobilitatea potențială a metalelor, iar acestea pot fi transportate dincolo de profilul solului, devenind surse de poluare secundară a apelor subterane.
ÎN În solurile acide cu predominanța condițiilor oxidante (solurile podzolice, bine drenate), metalele grele precum Cd și Hg formează forme ușor mobile. Dimpotrivă, Pb, As și Se formează compuși cu mobilitate redusă care se pot acumula în humus și orizonturi iluviale și pot afecta negativ starea biotei solului. Dacă S este prezent în poluanți, în condiții reducătoare se creează un mediu secundar de hidrogen sulfurat și multe metale formează sulfuri insolubile sau ușor solubile.
ÎN În solurile mlăștinoase, Mo, V, As și Se sunt prezente în forme sedentare. O parte semnificativă a elementelor din solurile mlăștinoase acide sunt prezente sub forme relativ mobile și periculoase pentru materia vie; aceștia sunt compușii Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd și Hg. În solurile ușor acide și neutre, cu o bună aerare, se formează compuși de Pb puțin solubili, în special în timpul calarului. În solurile neutre, compușii Zn, V, As, Se sunt mobili, iar Cd și Hg pot fi reținute în humus și orizonturile iluviale. Pe măsură ce alcalinitatea crește, crește riscul contaminării solului cu elementele enumerate.
CONCEPTUL DE MONITORIZARE ECOLOGICĂ A SOLULUI
Monitorizarea mediului solului – sistem de nelimitare regulată
control limitat în spațiu și timp al solurilor, care oferă informații despre starea acestora pentru a evalua trecutul, prezentul și a prezice schimbări în viitor. Monitorizarea solului are ca scop identificarea modificărilor antropice ale solurilor care pot dăuna în cele din urmă sănătății umane. Rolul special al monitorizării solului se datorează faptului că toate modificările în compoziția și proprietățile solurilor se reflectă în îndeplinirea funcțiilor ecologice ale solurilor și, în consecință, asupra stării biosferei.
Este de mare importanță ca în sol, spre deosebire de aerul atmosferic și apa de suprafață, consecințele asupra mediului ale impactului antropic să apară de obicei mai târziu, dar sunt mai stabile și durează mai mult. Este necesar să se evalueze consecințele pe termen lung ale acestui impact, de exemplu, posibilitatea mobilizării poluanților în sol, în urma căreia solul se poate transforma dintr-un „depozit” de poluanți în sursa lor secundară.
Tipuri de monitorizare a mediului solului
Identificarea tipurilor de monitorizare a mediului solului se bazează pe diferențele în combinarea indicatorilor informativi ai solului corespunzător sarcinilor fiecăruia dintre aceștia. Pe baza diferențelor dintre mecanismele și scara degradării solului, se disting două grupuri de tipuri de monitorizare:
inel: primul grup - monitorizarea globală, a doua – locală și regională.
Monitorizarea globală a solului este o parte integrantă a monitorizării globale a biosferei. Se realizează pentru evaluarea impactului asupra stării solurilor al consecințelor asupra mediului ale transportului atmosferic pe distanțe lungi de poluanți în legătură cu pericolul poluării planetare a biosferei și procesele însoțitoare la nivel global. Rezultatele monitorizării globale sau a biosferei caracterizează schimbările globale ale stării organismelor vii de pe planetă sub influența activității umane.
Scopul monitorizării locale și regionale este de a identifica impactul degradării solului asupra ecosistemelor la nivel local și regional și direct asupra condițiilor de viață umane în sfera managementului mediului.
Monitorizare locală numită şi sanitar-igienică sau de impact. Acesta are ca scop controlul nivelului de poluanți din mediu care sunt emiși de o anumită întreprindere.
Contaminarea solului cu metale grele are diferite surse:
1. deșeuri din industria metalurgică;
2. emisii industriale;
3. produse de ardere a combustibilului;
4. gaze de evacuare a automobilelor;
5. mijloace de chimizare a agriculturii.
Întreprinderile metalurgice emit anual la suprafața pământului peste 150 de mii de tone de cupru, 120 de mii de tone de zinc, aproximativ 90 de mii de tone de plumb, 12 mii de tone de nichel, 1,5 mii de tone de molibden, aproximativ 800 de tone de cobalt și aproximativ 30 de tone de mercur. Pentru 1 gram de cupru blister, deșeurile din industria de topire a cuprului conțin 2,09 tone de praf, care conține până la 15% cupru, 60% oxid de fier și 4% fiecare arsen, mercur, zinc și plumb. Deșeurile din industria mecanică și chimică conțin până la 1 g/kg plumb, până la 3 g/kg cupru, până la 10 g/kg crom și fier, până la 100 g/kg fosfor și până la 10 g /kg mangan și nichel. În Silezia, în jurul fabricilor de zinc se îngrămădesc haldele care conțin zinc de la 2 la 12% și plumb de la 0,5 la 3%, iar în SUA sunt exploatate minereuri cu un conținut de zinc de 1,8%.
Peste 250 de mii de tone de plumb pe an ajung la suprafața solului cu gazele de eșapament; este un poluant major al solului cu plumb. Metalele grele intră în sol împreună cu îngrășămintele, care le conțin ca impurități.
Deși metalele grele se găsesc uneori în sol în concentrații scăzute, ele formează complexe stabile cu compușii organici și intră în reacții de adsorbție specifice mai ușor decât metalele alcaline și alcalino-pământoase.În apropierea întreprinderilor, fitocenozele naturale ale întreprinderilor devin mai uniforme în compoziția speciilor, deoarece multe specii nu pot rezista la creșterea concentrației de metale grele în sol. Numărul speciilor poate fi redus la 2-3, iar uneori până la formarea monocenozelor.În fitocenozele pădurii, lichenii și mușchii sunt primii care răspund la poluare. Stratul arborelui este cel mai stabil. Cu toate acestea, expunerea pe termen lung sau de mare intensitate determină fenomene rezistente la uscat în ea.Refacerea acoperirii solului deranjat necesită un timp îndelungat și investiții mari.
O sarcină deosebit de dificilă este refacerea acoperirii de vegetație a haldelor de supraîncărcare și a sterilului de decantare a lucrărilor în care au fost extrase minereuri metalice: astfel de sterile sunt de obicei sărace în nutrienți, bogate în metale toxice și au o retenție slabă de apă. O problemă gravă de mediu este eroziunea eoliană a haldelor miniere.
Standardizarea conținutului de metale grele din solStandardizarea conținutului de metale grele din sol și plante este extrem de dificilă din cauza imposibilității de a lua în considerare pe deplin toți factorii de mediu. Astfel, modificarea doar a proprietăților agrochimice ale solului (reacție medie, conținut de humus, grad de saturație cu baze, distribuția dimensiunii particulelor) poate reduce sau crește de mai multe ori conținutul de metale grele din plante. Există date contradictorii chiar și despre conținutul de fundal al unor metale. Rezultatele date de cercetători diferă uneori de 5-10 ori.
Au fost propuse multe scale pentru reglementarea mediului a metalelor grele. În unele cazuri, cel mai mare conținut de metale observat în solurile antropice obișnuite este luat ca concentrație maximă admisă, în altele - conținutul care este limita pentru fitotoxicitate. În cele mai multe cazuri, s-au propus concentrații maxime admise pentru metale grele, care depășesc de câteva ori valorile reale admisibile ale concentrațiilor de metale.
Pentru a caracteriza poluarea tehnogenă cu metale grele se folosește un coeficient de concentrație, egal cu raportul dintre concentrația elementului din sol contaminat și concentrația sa de fond.
Tabelul 1 prezintă limitele de concentrație maxime aprobate oficial și nivelurile admisibile ale conținutului acestora conform indicatorilor de pericol. În conformitate cu schema adoptată de igieniștii medicali, reglementarea metalelor grele în sol este împărțită în translocare (tranziția elementului în plante), apă migratoare (tranziție în apă) și sanitară generală (efect asupra capacității de auto-purificare a solurilor și microbiocenoza solului).
AGENȚIA FEDERALĂ DE TRANSPORT MARITIM ȘI FLUVIAL
INSTITUȚIE DE ÎNVĂȚĂMÂNT BUGET FEDERAL
ÎNVĂŢĂMÂNT PROFESIONAL SUPERIOR
UNIVERSITATEA MARINA DE STAT
numit după amiralul G.I. Nevelsky
Departamentul pentru Protecția Mediului
ABSTRACT
la disciplina „Procese fizico-chimice”
Consecințele contaminării solului cu metale grele și radionuclizi.
Verificat de profesor:
Firsova L.Yu.
Completat de student gr. ___
Khodanova S.V.
Vladivostok 2012
CONŢINUT
Introducere
1 Metale grele în sol
Concluzie
Lista surselor utilizate
INTRODUCERE
Solul nu este doar un mediu inert pe suprafața căruia are loc activitatea umană, ci un sistem dinamic, în curs de dezvoltare, care include multe componente organice și anorganice, care au o rețea de cavități și pori, iar acestea, la rândul lor, conțin gaze și lichide. . Distribuția spațială a acestor componente determină principalele tipuri de soluri de pe glob.
În plus, solurile conțin un număr mare de organisme vii, ele fiind numite biotă: de la bacterii și ciuperci la viermi și rozătoare. Solul se formează pe rocile părinte sub influența combinată a climei, vegetației, organismelor din sol și timpului. Prin urmare, modificările oricăruia dintre acești factori pot duce la modificări ale solurilor. Formarea solului este un proces lung: formarea unui strat de sol de 30 cm durează de la 1000 la 10.000 de ani. În consecință, ratele de formare a solului sunt atât de scăzute încât solul poate fi considerat o resursă neregenerabilă.
Acoperirea solului Pământului este cea mai importantă componentă a biosferei Pământului. Învelișul solului este cel care determină multe dintre procesele care au loc în biosferă. Cea mai importantă importanță a solurilor este acumularea de materie organică, diverse elemente chimice și energie. Acoperirea solului funcționează ca un absorbant biologic, distrugător și neutralizator al diferiților poluanți. Dacă această legătură a biosferei este distrusă, atunci funcționarea existentă a biosferei va fi perturbată ireversibil. De aceea este extrem de important să se studieze semnificația biochimică globală a acoperirii solului, starea sa actuală și modificările sub influența activităților antropice.
1 Metale grele în sol
- Surse de metale grele care pătrund în sol
Există multe oligoelemente printre HM care sunt importante din punct de vedere biologic pentru organismele vii. Sunt componente necesare și indispensabile ale biocatalizatorilor și bioreglatorilor celor mai importante procese fiziologice. Cu toate acestea, conținutul în exces de metale grele în diferite obiecte ale biosferei are un efect deprimant și chiar toxic asupra organismelor vii.
Sursele de metale grele care pătrund în sol sunt împărțite în naturale (meteorizarea rocilor și a mineralelor, procese de eroziune, activitate vulcanică) și tehnogene (exploatarea și prelucrarea mineralelor, arderea combustibililor, influența vehiculelor, agricultură etc.) Terenuri agricole, în plus. la poluarea prin atmosferă, HM sunt, de asemenea, poluate în mod specific prin utilizarea pesticidelor, îngrășămintelor minerale și organice, varului și utilizarea apelor uzate. Recent, oamenii de știință au acordat o atenție deosebită solurilor urbane. Aceștia din urmă se confruntă cu un proces tehnogenic semnificativ, o parte integrantă a căruia este poluarea HM.
HM ajung la suprafața solului sub diferite forme. Este vorba despre oxizi și diverse săruri ale metalelor, atât solubile, cât și practic insolubile în apă (sulfuri, sulfați, arseniți etc.). În emisiile întreprinderilor de prelucrare a minereurilor și a întreprinderilor de metalurgie neferoasă - principala sursă de poluare a mediului cu metale grele - cea mai mare parte a metalelor (70-90%) se află sub formă de oxizi.
Odată ajuns la suprafața solului, HM-urile se pot acumula sau disipa, în funcție de natura barierelor geochimice inerente unei anumite zone.
Majoritatea HM-urilor care ajung la suprafața solului sunt fixate în orizonturile superioare ale humusului. HM sunt absorbiți pe suprafața particulelor de sol, se leagă de materia organică din sol, în special sub formă de compuși organici elementari, se acumulează în hidroxizi de fier, fac parte din rețelele cristaline ale mineralelor argiloase, își produc propriile minerale ca urmare a izomorfei. înlocuire și sunt în stare solubilă în umiditatea solului și în stare gazoasă în aerul solului, sunt parte integrantă a biotei solului.
Gradul de mobilitate al metalelor grele depinde de situația geochimică și de nivelul impactului tehnogen. Distribuția dimensiunii particulelor grele și conținutul ridicat de materie organică duc la legarea HM-urilor în sol. O creștere a valorilor pH-ului crește sorbția metalelor formatoare de cationi (cupru, zinc, nichel, mercur, plumb etc.) și crește mobilitatea metalelor formatoare de anioni (molibden, crom, vanadiu etc.). Creșterea condițiilor oxidative crește capacitatea de migrare a metalelor. Ca urmare, în funcție de capacitatea lor de a lega majoritatea HM, solurile formează următoarea serie: sol cenușiu > cernoziom > sol soddy-podzolic.
- Contaminarea solului cu metale grele
În al doilea rând, acumulându-se în cantități mari în sol, HM-urile sunt capabile să schimbe multe dintre proprietățile sale. În primul rând, modificările afectează proprietățile biologice ale solului: numărul total de microorganisme scade, compoziția (diversitatea) speciilor acestora se îngustează, se modifică structura comunităților microbiene, se reduce intensitatea proceselor microbiologice de bază și activitatea enzimelor din sol etc. . Contaminarea severă cu metale grele duce la modificări ale caracteristicilor mai conservatoare ale solului, cum ar fi starea humusului, structura, pH-ul etc. Rezultatul este o pierdere parțială și, în unele cazuri, completă a fertilității solului.
- Anomalii naturale și provocate de om
Solul, spre deosebire de alte componente ale mediului natural, nu numai că acumulează geochimic componente de poluare, ci acționează și ca un tampon natural care controlează transferul elementelor și compușilor chimici în atmosferă, hidrosferă și materie vie.
Diverse plante, animale și oameni necesită o anumită compoziție de sol și apă pentru viața lor. În locurile de anomalii geochimice, transmiterea agravată a abaterilor de la norma în compoziția minerală are loc pe tot parcursul lanțului alimentar. Ca urmare a tulburărilor de nutriție minerală, modificări ale compoziției speciilor a comunităților fito-, zoo- și microbiene, boli ale formelor de plante sălbatice, scăderea cantității și calității culturilor de plante agricole și produse zootehnice, creșterea morbidității în rândul populaţiei şi se observă o scădere a speranţei de viaţă.
Efectul toxic al HM asupra sistemelor biologice se datorează în primul rând faptului că se leagă cu ușurință la grupele sulfhidril de proteine (inclusiv enzime), suprimând sinteza acestora și, prin urmare, perturbând metabolismul în organism.
Organismele vii au dezvoltat diverse mecanisme de rezistență la HM: de la reducerea ionilor de HM în compuși mai puțin toxici până la activarea sistemelor de transport ionic care îndepărtează eficient și specific ionii toxici din celulă în mediul extern.
Cea mai semnificativă consecință a impactului metalelor grele asupra organismelor vii, care se manifestă la nivelurile biogeocenotice și biosferei de organizare a materiei vii, este blocarea proceselor de oxidare a materiei organice. Acest lucru duce la o scădere a ratei de mineralizare și acumulare a acestuia în ecosisteme. În același timp, o creștere a concentrației de materie organică face ca aceasta să se lege HM, ceea ce ușurează temporar sarcina asupra ecosistemului. O scădere a vitezei de descompunere a materiei organice din cauza scăderii numărului de organisme, a biomasei acestora și a intensității activității vitale este considerată un răspuns pasiv al ecosistemelor la poluarea cu HM. Rezistența activă a organismelor la sarcinile antropice se manifestă numai în timpul acumulării de metale pe parcursul vieții în corpuri și schelete. Cele mai rezistente specii sunt responsabile de acest proces.
Rezistența organismelor vii, în primul rând a plantelor, la concentrații ridicate de metale grele și capacitatea lor de a acumula concentrații mari de metale pot reprezenta un mare pericol pentru sănătatea umană, deoarece permit pătrunderea poluanților în lanțurile trofice.
- Standardizarea conținutului de metale grele în sol și curățarea solului
Există două abordări principale ale problemei remedierii solurilor contaminate cu metale grele. Primul are ca scop curățarea solului de HM. Purificarea se poate realiza prin levigare, prin extragerea HM din sol cu ajutorul plantelor, prin îndepărtarea stratului superior contaminat de sol etc. A doua abordare se bazează pe fixarea HM-urilor în sol, transformându-le în forme care sunt insolubile în apă și inaccesibile organismelor vii. Pentru a realiza acest lucru, se propune adăugarea în sol a materiei organice, îngrășăminte minerale cu fosfor, rășini schimbătoare de ioni, zeoliți naturali, cărbune brun, vararea solului etc. Cu toate acestea, orice metodă de fixare a HM-urilor în sol are propria sa perioadă de valabilitate. Mai devreme sau mai târziu, o parte din HM va începe din nou să intre în soluția de sol și de acolo în organismele vii.
- Radionuclizi din sol. Poluarea nucleară
Solurile conțin aproape toate elementele chimice cunoscute în natură, inclusiv radionuclizi.
Radionuclizii sunt elemente chimice capabile de descompunere spontană cu formarea de noi elemente, precum și izotopi formați ai oricăror elemente chimice. Consecința dezintegrarii nucleare este radiația ionizantă sub forma unui flux de particule alfa (flux de nuclee de heliu, protoni) și particule beta (flux de electroni), neutroni, radiații gamma și raze X. Acest fenomen se numește radioactivitate. Elementele chimice capabile de descompunere spontană se numesc radioactive. Sinonimul cel mai des folosit pentru radiații ionizante este radiația radioactivă.
Radiația ionizantă este un flux de particule încărcate sau neutre și cuante electromagnetice, a căror interacțiune cu un mediu duce la ionizarea și excitarea atomilor și moleculelor sale. Radiațiile ionizante au o natură electromagnetică (radiații gamma și raze X) și corpusculară (radiații alfa, radiații beta, radiații neutronice).
Radiația gamma este radiația electromagnetică cauzată de raze gamma (raze discrete sau cuante numite fotoni) dacă, după dezintegrarea alfa sau beta, nucleul rămâne într-o stare excitată. Razele gamma din aer pot parcurge distanțe considerabile. Un foton de înaltă energie de raze gamma poate trece prin corpul uman. Radiațiile gamma intense pot afecta nu numai pielea, ci și organele interne. Materialele dense și grele, fierul și plumbul protejează împotriva acestei radiații. Radiația gamma poate fi creată artificial în acceleratorii de particule infectate (microtron), de exemplu, radiația gamma bremsstrahlung de la electronii acceleratori rapidi atunci când lovesc o țintă.
Radiația cu raze X este similară cu radiația gamma. Razele X cosmice sunt absorbite de atmosferă. Razele X sunt produse artificial și se încadrează în partea inferioară a spectrului energetic al radiațiilor electromagnetice.
Radiațiile radioactive sunt un factor natural din biosferă pentru toate organismele vii, iar organismele vii însele au o anumită radioactivitate. Dintre obiectele biosferei, solurile au cel mai înalt grad natural de radioactivitate. În aceste condiții, natura a prosperat timp de multe milioane de ani, cu excepția cazurilor excepționale din cauza anomaliilor geochimice asociate cu depozitul de roci radioactive, de exemplu, minereurile de uraniu.
Cu toate acestea, în secolul al XX-lea, omenirea s-a confruntat cu o radioactivitate care era prohibitiv mai mare decât cea naturală și, prin urmare, anormală din punct de vedere biologic. Primii care au suferit de doze excesive de radiații au fost marii oameni de știință care au descoperit elemente radioactive (radiu, poloniu), soții Marie Sklodowska-Curie și Pierre Curie. Și apoi: Hiroshima și Nagasaki, teste de arme atomice și nucleare, multe dezastre, inclusiv Cernobîl etc.
Cele mai semnificative obiecte ale biosferei, care determină funcțiile biologice ale tuturor viețuitoarelor, sunt solurile.
Radioactivitatea solurilor se datorează conținutului de radionuclizi din ele. Se face o distincție între radioactivitatea naturală și cea artificială.
Radioactivitatea naturală a solurilor este cauzată de izotopii radioactivi naturali, care sunt întotdeauna prezenți în cantități variabile în sol și rocile care formează solul. Radionuclizii naturali sunt împărțiți în 3 grupe.
Prima grupă include elemente radioactive - elemente ale căror izotopi sunt radioactivi: uraniu (238
etc.................
