Забруднення ґрунту свинцем максимально. Тяжкі метали – найбільш небезпечні елементи, здатні забруднювати ґрунт
Забруднення ґрунтів важкими металами має різні джерела:
1. відходи металообробної промисловості;
2. промислові викиди;
3. продукти згоряння палива;
4. автомобільні вихлопи відпрацьованих газів;
5. Засоби хімізації сільського господарства.
Металургійні підприємства щорічно викидають на поверхню землі понад 150 тис. тонн міді, 120 тис. тонн цинку, близько 90 тис. тонн свинцю, 12 тис. тонн нікелю, 1,5 тис. тонн молібдену, близько 800 тонн кобальту та близько 30 тонн ртуті. . На 1 грам чорнової міді відходи мідеплавильної промисловості містять 2,09 тонн пилу, у складі якого міститься до 15% міді, 60% окису заліза та по 4% миш'яку, ртуті, цинку та свинцю. Відходи машинобудівних та хімічних виробництв містять до 1 тис. мг/кг свинцю, до 3 тис. мг/кг міді, до 10 тис. мг/кг хрому та заліза, до 100 г/кг фосфору та до 10 г/кг марганцю та нікелю . У Сілезії навколо цинкових заводів нагромаджуються відвали із вмістом цинку від 2 до 12% і свинцю від 0,5 до 3%, а США експлуатують руди із вмістом цинку 1,8%.
З вихлопними газами на поверхню ґрунтів потрапляє понад 250 тис. тонн свинцю на рік; це головний забруднювач ґрунтів свинцем.
Тяжкі метали потрапляють у ґрунт разом із добривами, до складу яких вони входять як домішка, а також і з біоцидами.
Л. Г. Бондарєв (1976) підрахував можливі надходження важких металів на поверхню ґрунтового покриву в результаті виробничої діяльності людини при повному вичерпанні рудних запасів, спалювання наявних запасів вугілля і торфу і порівняння їх з можливими запасами металами, акумульованих в гумосфері до теперішнього часу. Отримана картина дозволяє скласти уявлення про ті зміни, які людина може викликати протягом 500-1000 років, на які вистачить розвіданих корисних копалин.
Можливе надходження металів у біосферу при вичерпанні достовірних запасів руд, вугілля, торфу, млн. тонн
|
Сумарний техногенний викид металів |
Міститься у гумосфері |
Відношення техногенного викиду до вмісту у гумосфері |
|
Ставлення цих величин дозволяє прогнозувати масштаб впливу діяльності на навколишнє середовище, передусім на грунтовий покрив.
Техногенне надходження металів у ґрунт, закріплення їх у гумусових горизонтах у ґрунтовому профілі загалом не може бути рівномірним. Нерівномірність його та контрастність насамперед пов'язана із щільністю населення. Якщо вважати цей зв'язок пропорційним, то 37,3% всіх металів буде розсіяно лише в 2% суші.
Розподіл важких металів на поверхні грунту визначається багатьма чинниками. Воно залежить від особливостей джерел забруднення, метеорологічних особливостей регіону, геохімічних факторів та ландшафтної обстановки загалом.
Джерело забруднення в цілому визначає якість і кількість продукту, що викидається. У цьому ступінь його розсіювання залежить від висоти викиду. Зона максимального забруднення поширюється на відстань, що дорівнює 10-40-кратній висоті труби при високому та гарячому викиді, 5-20-кратній висоті труби при низькому промисловому викиді. Тривалість знаходження частинок викиду в атмосфері залежить від їхньої маси та фізико-хімічних властивостей. Чим важчі частки, тим швидше вони осідають.
Нерівномірність техногенного поширення металів погіршується неоднорідністю геохімічної обстановки в природних ландшафтах. У зв'язку з цим, для прогнозування можливого забруднення продуктами техногенезу та запобігання небажаним наслідкам діяльності людини необхідно розуміння законів геохімії, законів міграції хімічних елементів у різних природних ландшафтах чи геохімічній обстановці.
Хімічні елементи та їх сполуки потрапляючи у ґрунт зазнають ряд перетворень, розсіюються чи накопичуються залежно від характеру геохімічних бар'єрів, властивих даної території. Поняття про геохімічні бар'єри було сформульовано А. І. Перельманом (1961) як ділянки зони гіпергенезу, на яких зміна умов міграції призводить до накопичення хімічних елементів. В основу класифікації бар'єрів покладено види міграції елементів. На цій підставі А. І. Перельман виділяє чотири типи та кілька класів геохімічних бар'єрів:
1. бар'єри – всім елементів, які біогеохімічні перерозподіляються і сортуються живими організмами (кисень, вуглець, водень, кальцій, калій, азот, кремній, марганець тощо.);
2. фізико-хімічні бар'єри:
1) окислювальні - залізні або залізно-марганцеві (залізо, марганець), марганцеві (марганець), сірчаний (сірка);
2) відновні – сульфідний (залізо, цинк, нікель, мідь, кобальт, свинець, миш'як та ін.), глеєвий (ванадій, мідь, срібло, селен);
3) сульфатний (барій, кальцій, стронцій);
4) лужний (залізо, кальцій, магній, мідь, стронцій, нікель та ін.);
5) кислий (оксид кремнію);
6) випарний (кальцій, натрій, магній, сірка, фтор тощо);
7) адсорбційний (кальцій, калій, магній, фосфор, сірка, свинець та ін.);
8) термодинамічний (кальцій, сірка).
3. механічні бар'єри (залізо, титан, хром, нікель та ін.);
4. Техногенні бар'єри.
Геохімічні бар'єри існують не ізольовано, а у поєднанні один з одним, утворюючи складні комплекси. Вони регулюють елементний склад потоків речовин, від них залежить функціонування екосистем.
Продукти техногенезу залежно від їхньої природи і тієї ландшафтної обстановки, в яку вони потрапляють, можуть або перероблятися природними процесами, і не викликати суттєвих змін у природі, або зберігатися та накопичуватися, згубно впливаючи на все живе.
І той і інший процес визначаються низкою факторів, аналіз яких дозволяє судити про рівень біохімічної стійкості ландшафту та прогнозувати характер їх змін у природі під впливом техногенезу. В автономних ландшафтах розвиваються процеси самоочищення від техногенного забруднення, так як продукти техногенезу розсіюються поверхневими та внутрішньоґрунтовими водами. В акумулятивних ландшафтах накопичуються та консервуються продукти техногенезу.
|
Промислові стоки, кг/л |
Грунт, мг/кг |
Рослини, мг/кг |
Вода питна, мг/л |
Повітря, мг/м3 |
ГДК у крові людини, мг/л |
|
* У автострад залежно від інтенсивності руху та відстані до автостради
Всезростаючу увагу до охорони навколишнього середовища викликав особливий інтерес до питань впливу на ґрунт важких металів.
З історичної точки зору інтерес до цієї проблеми виник з дослідженням родючості грунтів, оскільки такі елементи, як залізо, марганець, мідь, цинк, молібден і, можливо, кобальт, дуже важливі для життя рослин і, отже, для тварин та людини.
Вони відомі і під назвою мікроелементів, тому що необхідні рослинам у малих кількостях. До групи мікроелементів належать також метали, вміст яких у ґрунті досить високий, наприклад, залізо, яке входить до складу більшості ґрунтів і посідає четверте місце у складі земної кори (5%) після кисню (46,6%), кремнію (27,7). %) та алюмінію (8,1%).
Всі мікроелементи можуть негативно впливати на рослини, якщо концентрація їх доступних форм перевищує певні межі. Деякі важкі метали, наприклад, ртуть, свинець і кадмій, які, мабуть, не дуже важливі для рослин і тварин, небезпечні для здоров'я людини навіть при низьких концентраціях.
Вихлопні гази транспортних засобів, вивезення в поле чи станції очищення стічних вод, зрошення стічними водами, відходи, залишки та викиди під час експлуатації шахт та промислових майданчиків, внесення фосфорних та органічних добрив, застосування пестицидів тощо. призвели до збільшення концентрацій важких металів у ґрунті.
Доки важкі метали міцно пов'язані з складовими частинами грунту і важкодоступні, їх негативний вплив на грунт і навколишнє середовище буде незначним. Однак, якщо ґрунтові умови дозволяють перейти важким металам у ґрунтовий розчин, з'являється пряма небезпека забруднення ґрунтів, виникає ймовірність проникнення їх у рослини, а також в організм людини та тварин, які споживають ці рослини. Крім того, важкі метали можуть бути забруднювачами рослин та водойм у результаті використання стічних мулу вод. Небезпека забруднення ґрунтів та рослин залежить: від виду рослин; форм хімічних сполук у ґрунті; присутності елементів, що протидіють впливу важких металів і речовин, що утворюють з ними комплексні сполуки; від процесів адсорбції та десорбції; кількості доступних форм цих металів у ґрунті та ґрунтово-кліматичних умов. Отже, негативний вплив важких металів залежить, сутнісно, від своїх рухливості, тобто. розчинності.
Тяжкі метали в основному характеризуються змінною валентністю, низькою розчинністю їх гідроксидів, високою здатністю утворювати комплексні сполуки і, природно, катіонною здатністю.
До факторів, що сприяють утриманню важких металів грунтом відносяться: обмінна адсорбція поверхні глин і гумусу, формування комплексних сполук з гумусом, адсорбція поверхнева і оклюзування (розчиняють або поглинають здатності газів розплавленими або твердими металами) гідратованими оксидами алюмінію, заліза, марга. а також формування нерозчинних сполук, особливо при відновленні.
Тяжкі метали в ґрунтовому розчині зустрічаються як в іонній так і у зв'язаній формах, які знаходяться у певній рівновазі (рис. 1).
На малюнку Л р – розчинні ліганди, якими є органічні кислоти з малою молекулярною вагою, а Л н – нерозчинні. Реакція металів (М) з гумусовими речовинами включає частково та іонний обмін.
Звичайно, в грунті можуть бути й інші форми металів, які не беруть участь безпосередньо в цій рівновазі, наприклад, метали з кристалічних ґрат первинних і вторинних мінералів, а також метали з живих організмів та їх відмерлих залишків.
Спостереження за зміною важких металів у ґрунті неможливе без знання факторів, що визначають їхню рухливість. Процеси пересування утримання, що зумовлюють поведінку важких металів у ґрунті, мало чим відрізняються від процесів, що визначають поведінку інших катіонів. Хоча важкі метали іноді виявляються у ґрунтах у низьких концентраціях, вони формують стійкі комплекси з органічними сполуками та вступають у специфічні реакції адсорбції легше, ніж лужні та лужноземельні метали.
Міграція важких металів у ґрунтах може відбуватися з рідиною та суспензією за допомогою коренів рослин або ґрунтових мікроорганізмів. Міграція розчинних сполук відбувається разом з ґрунтовим розчином (дифузія) або шляхом переміщення самої рідини. Вимивання глин та органічної речовини призводить до міграції всіх пов'язаних з ними металів. Міграція летких речовин у газоподібній формі, наприклад, диметил ртуті, носить випадковий характер, і цей спосіб переміщення не має особливого значення. Міграція у твердій фазі та проникнення в кристалічну решітку є більше механізмом зв'язування, ніж переміщення.
Тяжкі метали можуть бути внесені або адсорбовані мікроорганізмами, які, у свою чергу, здатні брати участь у міграції відповідних металів.
Дощові черв'яки та інші організми можуть сприяти міграції важких металів механічним або біологічним шляхами, перемішуючи ґрунт або включаючи метали у свої тканини.
З усіх видів міграції найважливіша – міграція в рідкій фазі, тому що більшість металів потрапляє у ґрунт у розчинному вигляді або у вигляді водної суспензії та фактично всі взаємодії між важкими металами та рідкими складовими частинами ґрунту відбувається на межі рідкої та твердої фаз.
Тяжкі метали в грунті через трофічний ланцюг надходять у рослини, а потім споживаються тваринами та людиною. У кругообігу важких металів беруть участь різні біологічні бар'єри, внаслідок чого відбувається вибіркове біонакопичення, що захищає живі організми від надлишку цих елементів. Все ж таки діяльність біологічних бар'єрів обмежена, і найчастіше важкі метали концентруються в грунті. Стійкість ґрунтів до забруднення ними різна залежно від буферності.
Ґрунти з високою адсорбційною здатністю відповідно і високим вмістом глин, а також органічної речовини можуть утримувати ці елементи, особливо у верхніх горизонтах. Це характерно для карбонатних ґрунтів та ґрунтів з нейтральною реакцією. У цих ґрунтах кількість токсичних сполук, які можуть бути вимиті у ґрунтові води та поглинені рослинами, значно менша, ніж у піщаних кислих ґрунтах. Однак при цьому існує великий ризик збільшення концентрації елементів до токсичної, що викликає порушення рівноваги фізичних, хімічних і біологічних процесів у грунті. Тяжкі метали, що утримуються органічною та колоїдною частинами ґрунту, значно обмежують біологічну діяльність, інгібують процеси ітрифікації, які мають важливе значення для родючості ґрунтів.
Піщані ґрунти, які характеризуються низькою поглинальною здатністю, як і кислі ґрунти дуже слабо утримують важкі метали, за винятком молібдену та селену. Тому вони легко адсорбуються рослинами, причому деякі з них навіть у дуже малих концентраціях мають токсичну дію.
Вміст цинку у ґрунті коливається від 10 до 800 мг/кг, хоча найчастіше воно становить 30-50 мг/кг. Накопичення надмірної кількості цинку негативно впливає більшість ґрунтових процесів: викликає зміна фізичних і фізико-хімічних властивостей грунту, знижує біологічну діяльність. Цинк пригнічує життєдіяльність мікроорганізмів, унаслідок чого порушуються процеси утворення органічної речовини у ґрунтах. Надлишок цинку у ґрунтовому покриві ускладнює ферментацію розкладання целюлози, дихання, дії уреази.
Тяжкі метали, надходячи з ґрунту в рослини, передаючись по ланцюгах живлення, надають токсичну дію на рослини, тварин і людину.
Серед найбільш токсичних елементів насамперед слід назвати ртуть, яка становить найбільшу небезпеку у формі сильнотоксичної сполуки – метилртуті. Ртуть потрапляє в атмосферу при спалюванні кам'яного вугілля та при випаровуванні вод із забруднених водойм. З повітряними масами вона може переноситися та відкладатися на ґрунтах в окремих районах. Дослідження показали, що ртуть добре сорбується у верхніх сантиметрах перегнійно-акумулятивного горизонту різних типів ґрунтів механічного суглинистого складу. Міграція її за профілем і вимивання за межі ґрунтового профілю в таких ґрунтах незначна. Однак у ґрунтах легкого механічного складу, кислих та збіднених гумусом процеси міграції ртуті посилюються. У таких грунтах проявляється також процес випаровування органічних сполук ртуті, які мають властивості летючості.
При внесенні ртуті на піщаний, глинистий і торф'яний грунт із розрахунку 200 і 100 кг/га врожай на піщаному грунті повністю загинув незалежно від рівня вапнування. На торфовому ґрунті врожай знизився. На глинистому ґрунті відбулося зниження врожаю лише при низькій дозі вапна.
Свинець також має здатність передаватися по ланцюгах живлення, накопичуючись у тканинах рослин, тварин та людини. Доза свинцю, що дорівнює 100 мг/кг сухої ваги корму, вважається летальною для тварин.
Свинцевий пил осідає на поверхні ґрунтів, адсорбується органічними речовинами, пересувається за профілем із ґрунтовими розчинами, але виноситься за межі ґрунтового профілю в невеликих кількостях.
Завдяки процесам міграції в умовах кислого середовища утворюються техногенні аномалії свинцю в ґрунтах довжиною 100 м. Свинець із ґрунтів надходить у рослини та накопичується в них. У зерні пшениці та ячменю кількість його у 5-8 разів перевищує фоновий вміст, у бадиллі, картоплі – більш ніж у 20 разів, у бульбах – більш ніж у 26 разів.
Кадмій, подібно до ванадію і цинку, акумулюється гумусової товщі грунтів. Характер його розподілу у ґрунтовому профілі та ландшафті, мабуть, має багато спільного з іншими металами, зокрема з характером розподілу свинцю.
Однак, кадмій закріплюється у ґрунтовому профілі менш міцно, ніж свинець. Максимальна адсорбція кадмію властива нейтральним та лужним ґрунтам з високим вмістом гумусу та високою ємністю поглинання. Вміст його в підзолистих ґрунтах може становити від сотих часток до 1 мг/кг, у чорноземах – до 15-30, а у червоноземах – до 60 мг/кг.
Багато ґрунтових безхребетних концентрують кадмій у своїх організмах. Кадмій засвоюється дощовими хробаками, мокрицями та равликами в 10-15 разів активніше, ніж свинець та цинк. Кадмій токсичний для сільськогосподарських рослин, і навіть якщо високі концентрації кадмію не надають помітного впливу на врожай сільськогосподарських культур, токсичність його позначається на зміні якості продукції, оскільки в рослинах відбувається підвищення вмісту кадмію.
Миш'як потрапляє у ґрунт із продуктами згоряння вугілля, з відходами металургійної промисловості, із підприємств із виробництва добрив. Найбільш міцно миш'як утримується у почах, що містять активні форми заліза, алюмінію, кальцію. Токсичність миш'яку у ґрунтах всім відома. Забруднення ґрунтів миш'яком викликає, наприклад, загибель дощових хробаків. Фоновий вміст миш'яку у ґрунтах становить соті частки міліграма на кілограм ґрунту.
Фтор та його сполуки знаходять широке застосування атомної, нафтової, хімічної та інших. видах промисловості. Він потрапляє у ґрунт з викидами металургійних підприємств, зокрема алюмінієвих заводів, а також як домішка при внесенні суперфосфату та деяких інших інсектицидів.
Забруднюючи ґрунт, фтор викликає зниження врожаю не тільки завдяки прямій токсичній дії, а й змінюючи співвідношення поживних речовин у ґрунті. Найбільша адсорбція фтору відбувається у ґрунтах з добре розвиненим ґрунтовим поглинаючим комплексом. Розчинні фтористі сполуки переміщуються по ґрунтовому профілю з низхідним струмом ґрунтових розчинів і можуть потрапляти в ґрунтові води. Забруднення ґрунту фтористими сполуками руйнує ґрунтову структуру та знижує водопроникність ґрунтів.
Цинк і мідь менш токсичні, ніж названі важкі метали, але надмірна їх кількість у відходах металургійної промисловості забруднює ґрунт і пригнічує на зростання мікроорганізмів, знижує ферментативну активність ґрунтів, знижує врожай рослин.
Слід зазначити посилення токсичності важких металів за її спільному вплив на живі організми у грунті. Спільний вплив цинку і кадмію має в кілька разів сильнішу інгібуючу дію на мікроорганізми, ніж при такій же концентрації кожного елемента окремо.
Оскільки важкі метали й у продуктах згоряння палива, й у викидах металургійної промисловості зустрічаються зазвичай у різних поєднаннях, то їх на природу, що оточує джерела забруднення, буває сильнішим, ніж передбачуване виходячи з концентрації окремих елементів.
Поблизу підприємств природні фітоценози підприємств стають одноманітнішими за видовим складом, оскільки багато видів не витримують підвищення концентрації важких металів у грунті. Кількість видів може скорочуватися до 2-3, інколи ж до утворення моноценозів.
У лісових фітоценозах першими реагують на забруднення лишайники та мохи. Найбільш стійкий дерев'яний ярус. Однак тривалий або високоінтенсивний вплив викликає в ньому сухостійкі явища.
Ґрунт – це поверхня землі, що має властивості, що характеризують як живу, так і неживу природу.
Грунт є індикатором загального.Забруднення надходять у ґрунт із атмосферними опадами, поверхневими відходами. Також вони вносяться в ґрунтовий шар ґрунтовими породами та підземними водами.
До групи важких металів відносяться всі із щільністю, що перевищує щільність заліза. Парадокс цих елементів у тому, що у певних кількостях вони необхідні забезпечення нормальної життєдіяльності рослин та організмів.
Але їх надлишок може призвести до тяжких захворювань і навіть загибелі. Харчовий кругообіг стає причиною того, що шкідливі сполуки потрапляють в організм людини і часто завдають величезної шкоди здоров'ю.
Джерела забруднення важкими металами - це. Існує методика, за якою розраховується допустима норма вмісту металів. У цьому враховується сумарна величина кількох металів Zc.
- допустима;
- помірковано небезпечна;
- високонебезпечна;
- надзвичайно небезпечна.
Дуже важлива охорона ґрунтів. Постійний контроль та моніторинг не дозволяє вирощувати сільськогосподарську продукцію та вести випас худоби на забруднених землях.
Тяжкі метали, що забруднюють грунт
Існує три класи небезпеки важких металів. Всесвітня організація охорони здоров'я найнебезпечнішими вважає зараження свинцем, ртуттю та кадмієм.Але не менш шкідлива та висока концентрація інших елементів.
Ртуть
Забруднення грунту ртуттю відбувається з потраплянням до неї пестицидів, різних побутових відходів, наприклад, люмінесцентних ламп, елементів зіпсованих вимірювальних приладів.
За офіційними даними річний викид ртуті становить понад п'ять тисяч тонн. Ртуть може надходити в організм людини із забрудненого ґрунту.
Якщо це відбувається регулярно, можуть виникнути важкі розлади багатьох органів, у тому числі страждає і нервова система.
При неналежному лікуванні можливий летальний кінець.
Свинець
Дуже небезпечним для людини та всіх живих організмів є свинець.
Він надзвичайно токсичний. При видобуванні однієї тонни свинцю двадцять п'ять кілограмів потрапляє у довкілля. Велика кількість свинцю надходить у ґрунт із виділенням вихлопних газів. 
Зона забруднення ґрунту вздовж трас складає понад двісті метрів навколо. Потрапляючи у ґрунт, свинець поглинається рослинами, які вживають у їжу людина та тварини, у тому числі й худоба, м'ясо якої також є у нашому меню. Від надлишку свинцю уражається центральна нервова система, головний мозок, печінка та нирки.Він небезпечний своєю канцерогенною та мутагенною дією.
Кадмій
Величезною небезпекою для організму людини є забруднення ґрунту кадмієм. Потрапляючи в їжу, він викликає деформацію скелета, зупинку зростання у дітей та сильні болі у спині.
Мідь та цинк
Висока концентрація у ґрунті цих елементів стає причиною того, що уповільнюється зростання та погіршується плодоношення рослин, що призводить в кінцевому підсумку до різкого зменшення врожайності. У людини відбуваються зміни в мозку, печінці та підшлунковій залозі.
Молібден
Надлишок молібдену викликає подагру та ураження нервової системи.
Небезпека важких металів у тому, що вони погано виводяться з організму, накопичуються у ньому. Вони можуть утворювати дуже токсичні сполуки, легко переходять з одного середовища до іншого, не розкладаються. При цьому вони викликають тяжкі захворювання, що часто призводять до незворотних наслідків.Сурма
Є в деяких рудах.
Входить до складу сплавів, які у різних виробничих сферах.
Її надлишок викликає тяжкі харчові розлади.
Миш'як
Основним джерелом забруднення ґрунту миш'яком є речовини, за допомогою яких борються зі шкідниками сільськогосподарських рослин, наприклад, гербіциди, інсектициди. Миш'як - це отрута, що накопичується, що викликає хронічні. Його сполуки провокують захворювання нервової системи, мозку, покривів шкіри.
Марганець
У ґрунті та рослинах спостерігається високий вміст цього елемента. 
При попаданні в ґрунт додаткової кількості марганцю швидко створюється його небезпечний надлишок. На організмі людини це позначається як руйнування нервової системи.
Так само небезпечний надлишок та інших важких елементів.
З вищесказаного можна дійти невтішного висновку, що накопичення важких металів у грунті тягне у себе важкі наслідки стану здоров'я людини і довкілля загалом.
Основні методи боротьби із забрудненням ґрунтів важкими металами
Методи боротьби із забрудненням ґрунту важкими металами можуть бути фізичними, хімічними та біологічними. Серед них можна виділити такі способи:
- Збільшення кислотності ґрунту підвищує можливість Тому внесення органічних речовин та глини, вапнування допомагають якоюсь мірою у боротьбі із забрудненням.
- Посів, скошування та видалення з поверхні ґрунту деяких рослин, наприклад конюшини, суттєво знижує концентрацію важких металів у ґрунті. До того ж цей спосіб є цілком екологічним.
- Проводить детоксикацію підземних вод, її відкачування та очищення.
- Прогнозування та усунення міграції розчинної форми важких металів.
- У деяких особливо тяжких випадках потрібно повне зняття ґрунтового шару та заміна його новим.
Найнебезпечнішим із усіх перелічених металів є свинець. Він має властивість, накопичуючись вдаряти по організму людини. Ртуть не є небезпечною якщо потрапить в організм людини один раз або кілька, особливо небезпечні лише пари ртуті. Я вважаю, що промислові підприємства повинні використовувати більш удосконалені технології виробництва не такі згубні для всього живого. Замислитись має не одна людина, а маса, тоді ми прийдемо до хорошого результату.
ФЕДЕРАЛЬНА АГЕНЦІЯ З ОСВІТИ ДЕРЖАВНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА
ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ «ВОРОНІЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
ЗАБРУДНЕННЯ ГРУНТ ТЯЖКИМИ МЕТАЛАМИ. СПОСОБИ КОНТРОЛЮ І НОРМУВАННЯ ЗАБРУДНЕНИХ ГРУНТ
Навчально-методичний посібник для вузів
Укладачі: Х.А. Джувелікян, Д.І. Щеглов, Н.С. Горбунова
Видавничо-поліграфічний центр Воронезького державного університету
Затверджено науково-методичною радою біолого-ґрунтового факультету 4 липня 2009 р., протокол № 10
Рецензент д-р біол. наук, проф. Л.А. Яблонських
Навчально-методичний посібник підготовлено на кафедрі ґрунтознавства та управління земельними ресурсами біолого-ґрунтового факультету Воронезького державного університету.
Для спеціальності 020701 – Грунтознавство
Загальні відомості про забруднення.............................................. .............................. | |
Поняття про техногенні аномалії.............................................. ....................... | |
Забруднення ґрунтів важкими металами.............................................. ............... | |
Міграція важких металів у ґрунтовому профілі......................................... | |
Поняття про ґрунтовий екологічний моніторинг........................................ | |
Показники стану ґрунтів, що визначаються при їх контролі.......................... | |
Екологічне нормування якості забруднених ґрунтів.......................... | |
Загальні вимоги до класифікації ґрунтів схильних до забруднення. | |
Література................................................. .................................................. ........ |
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЗАБРУДНЕННЯ
Забруднюючі речовини
- Це речовини антропогенного походження, що надходять в навколишнє середовище в кількостях, що перевищують природний рівень їх надходження. Забруднення ґрунтів- вид антропогенної деградації, при якій вміст хімічних речовин у ґрунтах, схильних до антропогенного впливу, перевищує природний регіональний фоновий рівень. Перевищення вмісту певних хімічних речовин у навколишньому середовищі (порівняно з природними рівнями) за рахунок їх надходження з антропогенних джерел становить екологічну небезпеку.Використання людиною хімічних речовин у господарській діяльності та залучення їх у цикл антропогенних перетворень у навколишньому середовищі постійно зростає. Характеристикою інтенсивності вилучення та використання хімічних елементів є технофільність – відношення щорічного видобутку чи виробництва елемента в тоннах для його кларку в літосфері (А.І. Перельман, 1999). Висока технофільність характерна для елементів, що найактивніше використовуються людиною, особливо для тих, природний рівень яких у літосфері невисокий. Високі рівні технофільності характерні для таких металів, як Bi, Hg, Sb, Pb, Cu, Se, Ag, As, Mo, Sn, Cr, Zn, потреба різних видів виробництв велика. При низькому вмісті цих елементів у породах (10–2–10–6 %) видобуток їх значний. Це веде до вилучення з надр землі колосальних кількостей руд, що містять ці елементи, і до подальшого глобального розсіювання в навколишньому середовищі.
Крім технофільності, запропоновані й інші кількісні характеристики техногенезу. Так, відношення технофільності елемента до його біофільності (біофільність – кларки концентрації хімічних елементів у живій речовині) М.А. Глазовська назвала деструктивною активністю елементів техногенезу. Деструктивна активність елементів техногенезу характеризує ступінь небезпеки для живих організмів. Інший кількісною характеристикою антропогенного залучення хімічних елементів у їх глобальні цикли на планеті є фактор мобілізаціїабо фактор техногенного збагачення, Який розраховують як відношення техногенного потоку хімічного елемента до його природного потоку. Рівень фактора техногенного збагачення, як і технофільність елементів, є не лише показником мобілізації їх з літосфери у наземні природні середовища, а й відображенням рівня викидів хімічних елементів із відходами виробництв у навколишнє середовище.
ПОНЯТТЯ ПРО ТЕХНОГЕННІ АНОМАЛІЇ
Геохімічна аномалія– ділянка земної кори (або поверхні землі), що відрізняється суттєво підвищеними концентраціями будь-яких хімічних елементів або їх сполук у порівнянні з фоновими значеннями та закономірно розташована щодо скупчень корисних копалин. Виявлення техногенних аномалій є одним із найважливіших еколого-геохімічних завдань при оцінці стану навколишнього середовища. Аномалії утворюються в компонентах ландшафту в результаті надходження різних речовин від техногенних джерел і є деяким обсягом, в межах якого значення аномальних концентрацій елементів більше фонових значень. За поширеністю А.І. Перельман та Н.С. Касимов (1999) виділяють такі техногенні аномалії:
1) глобальні – що охоплюють всю земну кулю (наприклад, підвищено-
2) регіональні - що формуються в окремих частинах континентів, природних зонах та областях в результаті застосування отрутохімікатів, мінеральних добрив, підкислення атмосферних опадів викидами сполук сірки та ін;
3) локальні – які у атмосфері, грунтах, водах, рослинах навколо місцевих техногенних джерел: заводів, рудників тощо.
За середовищем освіти техногенні аномалії діляться:
1) на літохімічні (у ґрунтах, породах);
2) гідрогеохімічні (у водах);
3) атмогеохімічні (в атмосфері, снігу);
4) біохімічні (в організмах).
За тривалістю дії джерела забруднення вони поділяються на:
– на короткочасні (аварійні викиди тощо);
– середньочасні (з припиненням впливу, наприклад, припинення розробки родовищ корисних копалин);
– довготривалі стаціонарні (аномалії заводів, міст, агроландшафтів, наприклад, КМА, Норильський нікель).
Оцінюючи техногенних аномалій фонові території вибираються далеко від техногенних джерел забруднюючих речовин, зазвичай, більш як 30–50 км. Одним з критеріїв аномальності служить коефіцієнт техногенної концентрації або аномальності Кс, що є відношенням змісту елемента в аналізованому аномальному об'єкті до його фонового змісту в компонентах ландшафту.
Для оцінки впливу кількості полютантів, що надходять в організм, використовуються також гігієнічні нормативи забруднення - пре-
дельно допустимі концентрації. Це максимальний вміст шкідливої речовини у природному об'єкті чи продукції (воді, повітрі, грунті, їжі), що не впливає на здоров'я людини чи інших організмів.
Забруднюючі речовини через небезпеку діляться на класи (ГОСТ
17.4.1.0283): I клас (високо небезпечні) – As, Cd, Hg, Se, Pb, F, бенз(а)пірен, Zn; II клас (помірковано небезпечні) - B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; ІІІ клас (мало небезпечні) – Ba, V, W, Mn, Sr, ацетофенон.
ЗАБРУДНЕННЯ ГРУНТ ТЯЖКИМИ МЕТАЛАМИ
Тяжкі метали (ТМ) вже зараз посідають друге місце за ступенем небезпеки, поступаючись пестицидам і значно випереджаючи такі широко відомі забруднювачі, як двоокис вуглецю та сірки. У перспективі вони можуть стати небезпечнішими, ніж відходи атомних електростанцій та тверді відходи. Забруднення ТМ пов'язане з їх широким використанням у промисловому виробництві. У зв'язку з недосконалими системами очищення ТМ потрапляють у навколишнє середовище, у тому числі й у ґрунт, забруднюючи та отруюючи його. ТМ відносяться до особливих забруднюючих речовин, спостереження за якими обов'язкові у всіх середовищах.
Грунт є основним середовищем, в яке потрапляють ТМ, у тому числі з атмосфери та водного середовища. Вона ж є джерелом вторинного забруднення приземного повітря та вод, що потрапляють із неї у Світовий океан. З ґрунту ТМ засвоюються рослинами, які потім потрапляють у їжу.
Термін «важкі метали», що характеризує широку групу забруднюючих речовин, набув останнім часом значного поширення. У різних наукових та прикладних роботах автори по-різному трактують значення цього поняття. У зв'язку з цим кількість елементів, які належать до групи важких металів, змінюється у межах. Як критерії приналежності використовуються численні характеристики: атомна маса, щільність, токсичність, поширеність у природному середовищі, ступінь залучення до природних та техногенних циклів.
У роботах, присвячених проблемам забруднення навколишнього природного середовища та екологічного моніторингу, на сьогоднішній день до важких металів відносять понад 40 елементів періодичної системи Д.І. Менделєєва з атомною масою понад 40 атомних одиниць: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi та ін. За класифікацією Н. Реймерса
важкими слід вважати метали із щільністю понад 8 г/см3. При цьому важливу роль у категоруванні важких металів відіграють такі умови: їхня висока токсичність для живих організмів у відносно низьких концентраціях, а також здатність до біоакумуляції та біомагніфікації. Практично всі метали, що підпадають під це визначення.
ня (за винятком свинцю, ртуті, кадмію і вісмуту, біологічна роль яких на даний момент не ясна), беруть активну участь у біологічних процесах, входять до складу багатьох ферментів.
Найпотужнішими постачальниками відходів, збагачених металами, є підприємства з виплавки кольорових металів (алюмінієві, глиноземні, мідно-цинкові, свинцево-плавильні, нікелеві, титаномагнієві, ртутні та ін.), а також з переробки кольорових металів (радіотехнічні, електротехнічні, гальванічні та ін.).
У пилу металургійних виробництв, заводів з переробки руд концентрація Pb, Zn, Bi, Sn може бути підвищена порівняно з літосферою на кілька порядків (до 10–12), концентрація Cd, V, Sb – у десятки тисяч разів, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag – у сотні разів. Відходи підприємств кольорової металургії, заводів лакофарбової промисловості та залізобетонних конструкцій збагачені ртуттю. У пилу машинобудівних заводів підвищено концентрацію W, Cd, Pb (табл. 1).
Під впливом збагачених металами викидів формуються ареали забруднення ландшафту переважно на регіональному та локальному рівнях. Вплив підприємств енергетики забруднення довкілля зумовлено не концентрацією металів у відходах, які величезною кількістю. Маса відходів, наприклад, у промислових центрах, перевищує їх сумарну кількість, що надходить від інших джерел забруднення. З вихлопними газами автомобілів у довкілля викидається значна кількість Pb, яка перевищує його надходження з відходами металургійних підприємств.
Орні ґрунти забруднюються такими елементами як Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, які потрапляють у ґрунт у складі отрутохімікатів, біоцидів, стимуляторів росту рослин, структуроутворювачів. Нетрадиційні добрива, що виготовляються з різних відходів, часто містять великий набір забруднюючих речовин із високими концентраціями. З традиційних мінеральних добрив фосфорні добрива містять домішки Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd (Гапонюк, 1985).
Розподіл у ландшафті металів, що надійшли в атмосферу з техногенних джерел, визначається відстанню від джерела забруднення, кліматичними умовами (сила та напрям вітрів), рельєфом місцевості, технологічними факторами (стан відходів, спосіб надходження відходів у навколишнє середовище, висота труб підприємств).
Розсіювання ТМ залежить від висоти викидів в атмосферу. Відповідно до розрахунків М.Є. Берлянда (1975), при високих димових трубах, значна концентрація викидів створюється в приземному шарі атмосфери на відстані 10–40 висот труби. Навколо таких джерел забруднення виділяються 6 зон (табл. 2). Площа впливу окремих промислових підприємств на прилеглу територію може досягати 1000 км2.
Таблиця 2
Зони забруднення ґрунтів навколо точкових джерел забруднення
Відстань від | Перевищення вмісту |
|||
джерела за- | жанія ТМ щодо- |
|||
забруднення в км | шенню до фонового |
|||
Охоронна зона підприємства | ||||
Зони забруднення ґрунтів та їх розмір тісно пов'язані з векторами панівних вітрів. Рельєф, рослинність, міські споруди можуть змінювати напрямок та швидкість руху приземного шару повітря. Аналогічно зонам забруднення грунтів можна назвати і зони забруднення рослинного покриву.
МІГРАЦІЯ Важких металів у грунтовому профілі
Акумуляція основної частини забруднюючих речовин спостерігається переважно у гумусово-акумулятивному ґрунтовому горизонті, де вони зв'язуються алюмосилікатами, несилікатними мінералами, органічними речовинами за рахунок різних реакцій взаємодії. Склад та кількість утримуваних у ґрунті елементів залежать від вмісту та складу гумусу, кислотно-основних та окислювально-відновних умов, сорбційної здатності, інтенсивності біологічного поглинання. Частина важких металів утримується цими компонентами міцно і не тільки не бере участі в міграції по ґрунтовому профілю, але і не становить небезпеки
для живих організмів Негативні екологічні наслідки забруднення ґрунтів пов'язані з рухомими сполуками металів.
У межах ґрунтового профілю техногенний потік речовин зустрічає рядґрунтово-геохімічних бар'єрів. До них відносяться карбонатні, гіпсові, ілювіальні горизонти (ілювіально-залізисто-гумусові). Частина високотоксичних елементів може переходити у важкодоступні для рослин сполуки, інші елементи, мобільні в даній ґрунтово-геохімічній обстановці, можуть мігрувати у ґрунтовій товщі, представляючи потенційну небезпеку для біоти. Рухливість елементів значною мірою залежить від кислотно-основних та окислювально-відновних умов у ґрунтах. У нейтральних ґрунтах рухливі сполуки Zn, V, As, Se, які можуть вилуговуватися при сезонному промочуванні ґрунтів.
Накопичення рухливих, особливо небезпечних для організмів сполук елементів залежить від водного та повітряного режимів ґрунтів: найменша акумуляція їх спостерігається у водопроникних ґрунтах промивного режиму, збільшується вона у ґрунтах з непромивним режимом та максимальна у ґрунтах з випотним режимом. При випарній концентрації та лужній реакції у ґрунті можуть накопичуватися Se, As, V у легкодоступній формі, а в умовах відновного середовища – Hg у вигляді метильованих сполук.
Однак слід мати на увазі, що в умовах промивного режиму потенційна рухливість металів реалізується, і вони можуть бути винесені за межі ґрунтового профілю, будучи джерелом вторинного забруднення підземних вод.
У кислих ґрунтах з переважанням окисних умов (ґрунти підзолистого ряду, добре дреновані) такі важкі метали, як Cd і Hg, утворюють легкорухливі форми. Навпаки, Pb, As, Se утворюють малорухливі сполуки, здатні накопичуватися в гумусових та ілювіальних горизонтах та негативно впливати на стан ґрунтової біоти. Якщо у складі забруднюючих речовин є S, у відновних умовах створюється вторинна сірководневе середовище і багато металів утворюють нерозчинні або слаборозчинні сульфіди.
У заболочених ґрунтах Mo, V, As, Se присутні в малорухливих формах. Значна частина елементів у кислих заболочених ґрунтах присутня у відносно рухливих та небезпечних для живої речовини формах; такі сполуки Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd та Hg. У слабокислих і нейтральних ґрунтах з гарною аерацією утворюються важкорозчинні сполуки Pb, особливо при вапнуванні. У нейтральних ґрунтах рухомі сполуки Zn, V, As, Se, а Cd і Hg можуть затримуватися в гумусовому та ілювіальних горизонтах. У міру зростання лужності небезпека забруднення ґрунтів перерахованими елементами збільшується.
ПОНЯТТЯ ПРО ГРУБОВИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ МОНІТОРИНГ
Ґрунтовий екологічний моніторинг - Система регулярного неогра-
ніченого у просторі та часі контролю ґрунтів, що дає інформацію про їх стан з метою оцінки минулого, сьогодення та прогнозу зміни в майбутньому. Ґрунтовий моніторинг спрямований на виявлення антропогенних змін ґрунтів, які можуть зрештою завдати шкоди здоров'ю людини. Особлива роль ґрунтового моніторингу зумовлена тим, що всі зміни складу та властивостей ґрунтів відбиваються на виконанні ґрунтами їх екологічних функцій, отже, на стані біосфери.
Величезне значення має те, що в ґрунті на відміну від повітря атмосфери та вод поверхневих водойм екологічні наслідки антропогенного впливу зазвичай проявляються пізніше, але вони більш стійкі та зберігаються довше. Існує необхідність оцінювати і довготривалі наслідки цього впливу, наприклад, можливість мобілізації забруднюючих речовин у ґрунтах, внаслідок чого ґрунт із «депо» забруднюючих речовин може перетворюватися на їхнє вторинне джерело.
Види ґрунтового екологічного моніторингу
Виділення видів ґрунтового екологічного моніторингу ґрунтується на відмінностях у поєднанні інформативних ґрунтових показників, що відповідають завданням кожного з них. На основі відмінностей механізмів та масштабів прояву деградації ґрунтів виділяється дві групи видів моніто-
рингу: перша група –глобальний моніторинг, друга – локальний та регіональний.
Глобальний ґрунтовий моніторинг – складова глобального моніторингу біосфери. Проводиться він з метою оцінки впливу стан грунтів екологічних наслідків далекого атмосферного перенесення забруднюючих речовин у зв'язку з загрозою загальнопланетарного забруднення біосфери і його процесів глобального рівня. Результати глобального чи біосферного моніторингу характеризують глобальні зміни стану живих організмів планети під впливом людської діяльності.
Призначення локального та регіонального моніторингів полягає у виявленні впливу деградації ґрунтів на екосистеми локального та регіонального рівнів та безпосередньо на умови життя людини у сфері її природокористування.
Локальний моніторингназивають ще санітарно-гігієнічним чи імпактним. Він спрямований на контроль рівня вмісту в навколишньому середовищі тих забруднюючих речовин, які викидає конкретне перед-
Забруднення ґрунтів важкими металами має різні джерела:
1. відходи металообробної промисловості;
2. промислові викиди;
3. продукти згоряння палива;
4. автомобільні вихлопи відпрацьованих газів;
5. Засоби хімізації сільського господарства.
Металургійні підприємства щорічно викидають на поверхню землі понад 150 тис. тонн міді, 120 тис. тонн цинку, близько 90 тис. тонн свинцю, 12 тис. тонн нікелю, 1,5 тис. тонн молібдену, близько 800 тонн кобальту та близько 30 тонн ртуті. . На 1 грам чорнової міді відходи мідеплавильної промисловості містять 2,09 тонн пилу, у складі якого міститься до 15% міді, 60% окису заліза та по 4% миш'яку, ртуті, цинку та свинцю. Відходи машинобудівних та хімічних виробництв містять до 1 г/кг свинцю, до 3 г/кг міді, до 10 г/кг хрому та заліза, до 100 г/кг фосфору та до 10 г/кг марганцю та нікелю. У Сілезії навколо цинкових заводів нагромаджуються відвали із вмістом цинку від 2 до 12% і свинцю від 0,5 до 3%, а США експлуатують руди із вмістом цинку 1,8%.
З вихлопними газами на поверхню ґрунтів потрапляє понад 250 тис. тонн свинцю на рік; це головний забруднювач ґрунтів свинцем. Важкі метали потрапляють у ґрунт разом із добривами, до складу яких вони входять як домішка.
Хоча важкі метали іноді виявляються в грунтах у низьких концентраціях, вони формують стійкі комплекси з органічними сполуками і вступають у специфічні реакції адсорбції легше, ніж лужні та лужноземельні метали. підвищення концентрації важких металів у ґрунті. Кількість видів може скорочуватися до 2-3, а іноді до утворення моноценозів. У лісових фітоценозах першими реагують на забруднення лишайники та мохи. Найбільш стійкий дерев'яний ярус. Однак тривалий або високоінтенсивний вплив викликає в ньому сухостійкі явища. Відновлення порушеного ґрунтового покриву вимагає тривалого часу та великих капіталовкладень.
Особливо важким завданням є відновлення рослинного покриву на відвалах розкривних порід та хвостосховищах (хвостах) виробок, де видобувались руди металів: такі хвости зазвичай бідні на елементи живлення, багаті на токсичні метали і слабо утримують воду. Серйозною проблемою для довкілля є вітрова ерозія рудникових відвалів.
Нормування вмісту важких металів у ґрунтіНормування вмісту важких металів у ґрунті та рослинах є надзвичайно складним через неможливість повного обліку всіх факторів природного середовища. Так, зміна лише агрохімічних властивостей ґрунту (реакції середовища, вмісту гумусу, ступеня насиченості основами, гранулометричного складу) може у кілька разів зменшити або збільшити вміст важких металів у рослинах. Є суперечливі дані про фоновому змісті деяких металів. Результати, що наводяться дослідниками, розрізняються іноді в 5-10 разів.
Запропоновано безліч шкал екологічного нормування важких металів. У деяких випадках за гранично допустиму концентрацію прийнято найвищий вміст металів, що спостерігається у звичайних антропогенних ґрунтах, в інших - вміст, що є граничним фітотоксичністю. Найчастіше для важких металів запропоновані ГДК, які перевищують реально допустимі значення концентрацій металів у кілька разів.
Для характеристики техногенного забруднення важкими металами використовується коефіцієнт концентрації, що дорівнює відношенню концентрації елемента в забрудненому грунті для його фонової концентрації.
У таблиці 1 наведено офіційно затверджені ГДК та допустимі рівні їх змісту за показниками шкідливості. У відповідність до прийнятої медиками-гігієністами схемою нормування важких металів у ґрунтах поділяється на транслокаційне (перехід елемента в рослини), міграційне водне (перехід у воду), та загальносанітарне (вплив на самоочищувальну здатність ґрунтів та ґрунтовий мікробіоценоз).
ФЕДЕРАЛЬНЕ АГЕНТСТВО МОРСЬКОГО ТА РІЧКОВОГО ТРАНСПОРТУ
ФЕДЕРАЛЬНА БЮДЖЕТНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА
ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ
МОРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені адмірала Г.І. Невельського
Кафедра захисту навколишнього середовища
РЕФЕРАТ
з дисципліни «Фізико-хімічні процеси»
Наслідки забруднення ґрунтів важкими металами та радіонуклідами.
Перевірила викладач:
Фірсова Л.Ю.
Виконав студент гр. ___
Ходанова С.В.
Владивосток 2012
ЗМІСТ
Вступ
1 Тяжкі метали в ґрунтах
Висновок
Список використаних джерел
ВСТУП
Грунт - це не просто інертне середовище, на поверхні якого здійснюється діяльність людини, а динамічна система, що розвивається, що включає безліч органічних і неорганічних компонентів, в яких є мережа порожнин і пор, а в них, у свою чергу, містяться гази і рідини. Просторовий розподіл цих компонентів визначає основні типи грунтів на земній кулі.
Крім того, ґрунти містять величезну кількість живих організмів, їх називають біотою: від бактерій та грибів до черв'яків та гризунів. Ґрунт утворюється на скельних батьківських породах під спільним впливом клімату, рослинності, ґрунтових організмів та часу. Тому зміна будь-якого з цих факторів може призвести до змін у ґрунтах. Ґрунтоутворення – це тривалий процес: утворення шару ґрунту в 30 см займає від 1000 до 10 000 років. Отже, швидкості ґрунтоутворення настільки малі, що ґрунт можна вважати невідновлюваним ресурсом.
Ґрунтовий покрив Землі є найважливішим компонентом біосфери Землі. Саме ґрунтова оболонка визначає багато процесів, що відбуваються в біосфері. Найважливіше значення грунтів полягає у накопиченні органічної речовини, різних хімічних елементів, і навіть енергії. Ґрунтовий покрив виконує функції біологічного поглинача, руйнівника та нейтралізатора різних забруднень. Якщо ця ланка біосфери буде зруйновано, то функціонування біосфери, що склалося, незворотно порушиться. Саме тому надзвичайно важливим є вивчення глобального біохімічного значення ґрунтового покриву, його сучасного стану та зміни під впливом антропогенної діяльності.
1 Тяжкі метали в ґрунтах
- Джерела надходження важких металів у ґрунт
Серед ТМ багато мікроелементів, біологічно важливих живих організмів. Вони є необхідними та незамінними компонентами біокаталізаторів та біорегуляторів найважливіших фізіологічних процесів. Однак надлишковий вміст ТМ у різних об'єктах біосфери має пригнічуючу і навіть токсичну дію на живі організми.
Джерела надходження ТМ у ґрунт поділяються на природні (вивітрювання гірських порід та мінералів, ерозійні процеси, вулканічна діяльність) та техногенні (видобуток та переробка корисних копалин, спалювання палива, вплив автотранспорту, сільського господарства тощо) Сільсько-господарські землі, крім забруднення через атмосферу, забруднюються ТМ ще й специфічно, при застосуванні пестицидів, мінеральних та органічних добрив, вапні, використанні стічних вод. Останнім часом особливу увагу вчені приділяють міським ґрунтам. Останні зазнають значного техногенного процесу, складовою якого є забруднення ТМ.
На поверхню ґрунту ТМ надходять у різних формах. Це оксиди та різні солі металів, як розчинні, так і практично нерозчинні у воді (сульфіди, сульфати, арсеніти та ін.). У складі викидів підприємств з переробки руди та підприємств кольорової металургії – основного джерела забруднення навколишнього середовища ТМ – основна маса металів (70-90 %) перебуває у формі оксидів.
Потрапляючи поверхню грунтів, ТМ можуть або накопичуватися, або розсіюватися залежно від характеру геохімічних бар'єрів, властивих даної території.
Більшість ТМ, що надійшли на поверхню ґрунту, закріплюється у верхніх гумусових горизонтах. ТМ сорбуються на поверхні ґрунтових частинок, зв'язуються з органічною речовиною ґрунту, зокрема у вигляді елементно-органічних сполук, акумулюються в гідроксидах заліза, входять до складу кристалічних ґрат глинистих мінералів, дають власні мінерали в результаті ізоморфного заміщення, перебувають у розчинному стані у ґрунтовій влазі і газоподібному стані у ґрунтовому повітрі, є складовою ґрунтової біоти.
Ступінь рухливості ТМ залежить від геохімічної обстановки та рівня техногенного впливу. Тяжкий гранулометричний склад і високий вміст органічної речовини призводять до зв'язування ТМ ґрунтом. Зростання значень рН посилює сорбированность катіоноутворювальних металів (мідь, цинк, нікель, ртуть, свинець та ін) і збільшує рухливість аніоноутворювальних (молібден, хром, ванадій і ін.). Посилення окисних умов підвищує міграційну здатність металів. У результаті за здатністю пов'язувати більшість ТМ, ґрунти утворюють наступний ряд: сірозем > чорнозем > дерново-підзолистий ґрунт.
- Забруднення ґрунтів важкими металами
По-друге, накопичуючись у ґрунті у великих кількостях, ТМ здатні змінювати багато її властивостей. Насамперед, зміни зачіпають біологічні властивості ґрунту: знижується загальна чисельність мікроорганізмів, звужується їх видовий склад (різноманітність), змінюється структура мікробоценозів, падає інтенсивність основних мікробіологічних процесів та активність ґрунтових ферментів тощо. Сильне забруднення ТМ призводить до зміни і більш консервативних ознак ґрунту, таких як гумусний стан, структура, pH середовища та ін. Результатом цього є часткова, а в ряді випадків і повна втрата ґрунтової родючості.
- Природні та техногенні аномалії
Грунт, на відміну інших компонентів природного довкілля, як геохімічно акумулює компоненти забруднень, а й постає як природний буфер, контролюючий перенесення хімічних елементів і сполук в атмосферу, гідросферу і живе речовина.
Різні рослини, тварини та людина вимагають для життєдіяльності певного складу ґрунту, води. У місцях геохімічних аномалій відбувається, посилюючись, передача відхилень від норми мінерального складу по всьому харчовому ланцюзі. Внаслідок порушення мінерального харчування спостерігаються зміни видового складу фіто-, зоо- та мікробоценозів, захворювання дикорослих форм рослин, зниження кількості та якості врожаїв сільськогосподарських рослин та тваринницької продукції, зростання захворюваності населення та зниження тривалості життя.
Токсична дія ТМ на біологічні системи в першу чергу обумовлена тим, що вони легко зв'язуються з сульфгідрильними групами білків (у тому числі і ферментів), пригнічуючи їх синтез і тим самим порушуючи обмін речовин в організмі.
Живі організми виробили різноманітні механізми стійкості до ТМ: від відновлення іонів ТМ до менш токсичних сполук до активації систем іонного транспорту, що здійснюють ефективне та специфічне видалення токсичних іонів з клітини у зовнішнє середовище.
Найбільш суттєвий наслідок впливу ТМ на живі організми, що проявляється на біогеоценотичному та біосферному рівнях організації живої речовини, полягає у блокуванні процесів окислення органічної речовини. Це призводить до зниження швидкості його мінералізації та накопичення в екосистемах. У той же час збільшення концентрації органічної речовини спричиняє зв'язування ним ТМ, що тимчасово знімає навантаження з екосистеми. Зниження швидкості розкладання органічної речовини за рахунок зниження чисельності організмів, їхньої біомаси та інтенсивності життєдіяльності вважають пасивною реакцією екосистем на забруднення ТМ. Активне протистояння організмів антропогенним навантаженням проявляється лише в ході прижиттєвої акумуляції металів у тілах та скелетах. Відповідальними цей процес є найбільш стійкі види.
Стійкість живих організмів, насамперед рослин, до підвищених концентрацій ТМ та їх здатність накопичувати високі концентрації металів можуть становити велику небезпеку для здоров'я людей, оскільки допускають проникнення забруднюючих речовин у харчові ланцюги.
- Нормування вмісту важких металів у ґрунті та очищення ґрунтів
Щодо санації ґрунтів, забруднених ТМ, існує два основні підходи. Перший спрямований на очищення ґрунту від ТМ. Очищення може здійснюватися шляхом промивань, шляхом вилучення ТМ із ґрунту за допомогою рослин, шляхом видалення верхнього забрудненого шару ґрунту тощо. Другий підхід заснований на закріпленні ТМ у ґрунті, переведенні їх у нерозчинні у воді та недоступні живим організмам форми. Для цього пропонується внесення у ґрунт органічної речовини, фосфорних мінеральних добрив, іонообмінних смол, природних цеолітів, бурого вугілля, вапнування ґрунту тощо. Однак будь-який спосіб закріплення ТМ у ґрунті має свій термін дії. Рано чи пізно частина ТМ знову почне надходити у ґрунтовий розчин, а звідти у живі організми.
- Радіонукліди у ґрунтах. Радіоактивне забруднення
У ґрунтах присутні майже всі відомі у природі хімічні елементи, у тому числі й радіонукліди.
Радіонукліди – хімічні елементи, які здатні до мимовільного розпаду з утворенням нових елементів, а також утворені ізотопи будь-яких хімічних елементів. Наслідком ядерного розпаду є іонізуюча радіація у вигляді потоку альфа-часток (потік ядер гелію, протонів) та бета-часток (потік електронів), нейтронів, гамма-випромінювання та рентгенівське випромінювання. Це явище отримало назву радіоактивність. Хімічні елементи, здатні до мимовільного розпаду, називаються радіоактивними. Найбільш уживаний синонім іонізуючої радіації – радіоактивне випромінювання.
Іонізуюче випромінювання – потік заряджених або нейтральних частинок та електромагнітних квантів, взаємодія яких із середовищем призводить до іонізації та збудження її атомів та молекул. Іонізуючі випромінювання мають електромагнітну (гама- та рентгенівське випромінювання) та корпускулярну (альфа-випромінювання, бета-випромінювання, нейтронне випромінювання) природу.
Гамма-випромінювання - це електромагнітне випромінювання, обумовлене гамма-променями (дискретними пучками або квантами, званими фотона-ми), якщо після альфа-або бета-розпаду ядро залишається в збудженому стані. Гамма-промені у повітрі можуть проходити значні відстані. Фотон гамма-променів із високою енергією може проходити крізь тіло людини. Інтенсивне гамма-випромінювання може зашкодити як шкіру, а й внутрішні органи. Захищають від цього випромінювання щільні та важкі матеріали, залізо, свинець. Гамма-випромінювання можна створювати штучно в прискорювачах заражених частинок (мікротрон), наприклад, гальмівне гамма-випромінювання швидких електронів прискорювача за її попаданні на мета.
Рентгенівське випромінювання - аналогічно гамма-випромінювання. Космічний рентгенівське випромінювання поглинається атмосферою. Рентгенівські промені одержують штучно, вони припадають на нижню частину енергетичного спектра електромагнітного випромінювання.
Радіоактивне випромінювання - природний чинник у біосфері для всіх живих організмів, та й самі живі організми мають певну радіоактивність. Серед біосферних об'єктів грунти мають найвищий природний ступінь радіоактивності. У цих умовах природа процвітала багато мільйонів років, хіба що у виняткових випадках при геохімічних аномаліях, пов'язаних з родовищем радіоактивних порід, наприклад, уранових руд.
Однак, у XX людство зіткнулося з радіоактивністю, що позамежно перевищує природну, а отже і біологічно анормальну. Першими постраждалими від надлишкових доз радіації були великі вчені, які відкрили радіоактивні елементи (радій, полоній) подружжя Марія Склодовська-Кюрі та П'єр Кюрі. А потім: Хіросіма та Нагасакі, випробування атомної та ядерної зброї, багато катастроф, у тому числі Чорнобильська тощо.
Найбільш значущими об'єктами біосфери, що визначають біологічні функції всього живого є ґрунти.
Радіоактивність ґрунтів обумовлена вмістом у них радіонуклідів. Розрізняють природну та штучну радіоактивність.
Природна радіоактивність ґрунтів викликається природними радіоактивними ізотопами, які завжди в тих чи інших кількостях присутні в ґрунтах і ґрунтоутворюючих породах. Природні радіонукліди поділяють на 3 групи.
Перша група включає радіоактивні елементи - елементи, всі ізотопи яких є радіоактивними: уран (238
і т.д.................
