Sunkieji metalai teršia dirvožemį. Sunkieji metalai dirvožemyje. Sunkiųjų metalų užteršimo pavojus

Sunkieji metalai (HM) jau užima antrąją vietą pagal pavojingumą, po pesticidų ir gerokai lenkia tokius gerai žinomus teršalus kaip anglies dioksidas ir siera. Ateityje jos gali tapti pavojingesnės už atominių elektrinių atliekas ir kietąsias atliekas. HM užterštumas yra susijęs su jų plačiu naudojimu pramoninėje gamyboje. Dėl netobulų valymo sistemų HM patenka į aplinką, įskaitant dirvožemį, ją teršia ir nuodija. HM yra specialūs teršalai, kurių stebėjimas yra privalomas visose aplinkose.

Dirvožemis yra pagrindinė terpė, į kurią patenka HM, įskaitant iš atmosferos ir vandens aplinkos. Jis taip pat tarnauja kaip antrinės paviršinio oro ir vandenų, iš jo patenkančių į Pasaulio vandenyną, taršos šaltinis.

HM iš dirvožemio pasisavina augalai, kurie vėliau patenka į maistą.

Pastaruoju metu plačiai vartojamas terminas „sunkieji metalai“, apibūdinantis plačią teršalų grupę. Įvairiuose moksliniuose ir taikomuosiuose darbuose autoriai nevienodai interpretuoja šios sąvokos reikšmę. Šiuo atžvilgiu sunkiųjų metalų grupei priskiriamų elementų skaičius labai skiriasi. Daugybė charakteristikų yra naudojamos kaip narystės kriterijai: atominė masė, tankis, toksiškumas, paplitimas natūralioje aplinkoje, dalyvavimo natūraliuose ir technogeniniuose ciklus laipsnis.

Darbuose, skirtuose aplinkos taršos ir aplinkos monitoringo problemoms, šiandien daugiau nei 40 D.I. Mendelejevas, kurio atominė masė didesnė kaip 40 atominių vienetų: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi ir kt. Pagal N. Reimerso klasifikaciją sunkieji metalai turėtų būti laikomi didesniu nei 8 g/cm3 tankiu. Tuo pačiu metu, skirstant sunkiuosius metalus, svarbų vaidmenį atlieka šios sąlygos: didelis jų toksiškumas gyviems organizmams santykinai mažomis koncentracijomis, taip pat jų gebėjimas bioakumuliuotis ir biodidėti. Beveik visi metalai, kuriems taikomas šis apibrėžimas (išskyrus šviną, gyvsidabrį, kadmį ir bismutą, kurių biologinis vaidmuo šiuo metu nėra aiškus), aktyviai dalyvauja biologiniuose procesuose, yra daugelio fermentų dalis.

Galingiausi metalais prisodrintų atliekų tiekėjai yra spalvotųjų metalų lydymo įmonės (aliuminio, aliuminio oksido, vario-cinko, švino lydymo, nikelio, titano-magnio, gyvsidabrio ir kt.), taip pat spalvotųjų metalų apdirbimo įmonės ( radijo inžinerija, elektrotechnika, prietaisų gamyba, galvanika ir kt.).

Metalurgijos pramonės, rūdos perdirbimo gamyklų dulkėse Pb, Zn, Bi, Sn koncentracija, palyginti su litosfera, gali būti padidinta keliais dydžiais (iki 10-12), Cd, V, Sb koncentracija - dešimtis tūkstančių kartų, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag – šimtus kartų. Gyvsidabriu praturtintos spalvotosios metalurgijos įmonių, dažų ir lako gamyklų bei gelžbetoninių konstrukcijų atliekos. W, Cd ir Pb koncentracijos padidėja mašinų gamybos įrenginių dulkėse (1 lentelė).

1 lentelė. Pagrindiniai technogeniniai sunkiųjų metalų šaltiniai

Metalais prisodrintų emisijų įtakoje kraštovaizdžio taršos zonos susidaro daugiausia regioniniu ir vietiniu lygiu. Energetikos įmonių įtaką aplinkos taršai lemia ne metalų koncentracija atliekose, o didžiulis jų kiekis. Atliekų masė, pavyzdžiui, pramonės centruose, viršija bendrą jų kiekį iš visų kitų taršos šaltinių. Nemažai Pb į aplinką patenka su automobilių išmetamosiomis dujomis, o tai viršija jo suvartojimą su metalurgijos įmonių atliekomis.

Ariamieji dirvožemiai yra užteršti tokiais elementais kaip Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, kurie patenka į dirvą kaip pesticidų, biocidų, augalų augimo stimuliatorių, struktūros formuotojų dalis. Netradicinėse trąšose, pagamintose iš įvairių atliekų, dažnai yra daug įvairių teršalų didelėmis koncentracijomis. Iš tradicinių mineralinių trąšų fosfatinėse trąšose yra Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd priemaišų.

Iš technogeninių šaltinių į atmosferą išleidžiamų metalų pasiskirstymą kraštovaizdyje lemia atstumas nuo taršos šaltinio, klimato sąlygos (vėjų stiprumas ir kryptis), reljefas, technologiniai veiksniai (atliekų būklė, atliekų patekimo būdas). aplinka, įmonių vamzdžių aukštis).

HM sklaida priklauso nuo išmetimo į atmosferą šaltinio aukščio. Pagal mane. Berland, esant aukštiems kaminams, nemaža emisijų koncentracija susidaro paviršiniame atmosferos sluoksnyje 10-40 kaminų aukščių atstumu. Aplink tokius taršos šaltinius išskiriamos šešios zonos (2 lentelė). Individualių pramonės įmonių įtakos plotas gretimoje teritorijoje gali siekti 1000 km2.

2 lentelė. Dirvožemio užterštumo zonos aplink sutelktinius taršos šaltinius

	Atstumas nuo taršos šaltinio km	HM turinio perteklius, palyginti su fonu
Įmonės apsaugos zona

Dirvožemio taršos zonos ir jų dydis glaudžiai susiję su vyraujančių vėjų vektoriais. Reljefas, augmenija, miesto pastatai gali keisti paviršinio oro sluoksnio judėjimo kryptį ir greitį. Panašiai kaip dirvožemio taršos zonos, taip pat galima išskirti augalinės dangos užterštumo zonas.

Dirvožemis – tai žemės paviršius, turintis savybių, būdingų tiek gyvajai, tiek negyvajai gamtai.

Dirvožemis yra viso rodiklis. Tarša į dirvožemį patenka su atmosferos krituliais, paviršiaus atliekomis. Taip pat juos į dirvos sluoksnį įneša dirvožemio uolienos ir gruntinis vanduo.

Sunkiųjų metalų grupei priskiriami visi, kurių tankis viršija geležies tankį. Šių elementų paradoksas yra tas, kad jie yra būtini tam tikrais kiekiais normaliam augalų ir organizmų funkcionavimui užtikrinti.

Tačiau jų perteklius gali sukelti sunkią ligą ir net mirtį. Maisto ciklas sukelia kenksmingų junginių patekimą į žmogaus organizmą ir dažnai daro didelę žalą sveikatai.

Taršos sunkiaisiais metalais šaltiniai yra. Yra metodas, kuriuo apskaičiuojamas leistinas metalo kiekis. Čia atsižvelgiama į bendrą kelių metalų Zc vertę.

priimtinas;
vidutiniškai pavojingas;
labai pavojingas;
itin pavojingas.

Dirvožemio apsauga yra labai svarbi. Nuolatinė kontrolė ir stebėjimas neleidžia užterštose žemėse auginti žemės ūkio produkcijos ir ganyti gyvulių.

Sunkieji metalai teršia dirvožemį

Yra trys sunkiųjų metalų pavojingumo klasės. Pasaulio sveikatos organizacija labiausiai pavojingais laiko šviną, gyvsidabrį ir kadmį. Tačiau ne mažiau kenksminga ir didelė kitų elementų koncentracija.

Merkurijus

Dirvožemis užteršiamas gyvsidabriu, kai į jį patenka pesticidai, įvairios buitinės atliekos, pavyzdžiui, liuminescencinės lempos, sugadintų matavimo priemonių elementai.

Oficialiais duomenimis, metinis gyvsidabrio išmetimas yra daugiau nei penki tūkstančiai tonų. Gyvsidabris į žmogaus organizmą gali patekti iš užteršto dirvožemio.

Jei tai vyksta reguliariai, gali atsirasti sunkūs daugelio organų, įskaitant nervų sistemą, darbo sutrikimai.

Netinkamai gydant, galimas mirtinas rezultatas.

Vadovauti

Švinas labai pavojingas žmonėms ir visiems gyviems organizmams.

Tai itin toksiška. Išgaunant vieną toną švino į aplinką patenka dvidešimt penki kilogramai. Didelis švino kiekis patenka į dirvožemį, kai išsiskiria išmetamosios dujos.

Dirvožemio taršos zona trasose yra daugiau nei du šimtai metrų. Patekęs į dirvą šviną sugeria augalai, kuriuos minta žmonės ir gyvūnai, įskaitant gyvulius, kurių mėsa taip pat yra mūsų valgiaraštyje. Švino perteklius veikia centrinę nervų sistemą, smegenis, kepenis ir inkstus. Jis pavojingas dėl savo kancerogeninio ir mutageninio poveikio.

kadmis

Dirvožemio užterštumas kadmiu yra didžiulis pavojus žmogaus organizmui. Nurijus, jis sukelia skeleto deformacijas, vaikų augimo sulėtėjimą ir stiprų nugaros skausmą.

Varis ir cinkas

Dėl didelės šių elementų koncentracijos dirvožemyje sulėtėja augimas ir blogėja augalų derėjimas, o tai galiausiai lemia staigų derliaus sumažėjimą. Žmonėms pakitimai vyksta smegenyse, kepenyse ir kasoje.

Molibdenas

Molibdeno perteklius sukelia podagra ir pažeidžia nervų sistemą.

Sunkiųjų metalų pavojus slypi tame, kad jie prastai išsiskiria iš organizmo, jame kaupiasi. Jie gali sudaryti labai toksiškus junginius, lengvai pereina iš vienos aplinkos į kitą, nesuyra. Tuo pačiu metu jie sukelia sunkias ligas, dažnai sukeliančias negrįžtamus padarinius.

Stibis

Esama kai kuriose rūdose.

Tai yra lydinių, naudojamų įvairiose pramonės srityse, dalis.

Jo perteklius sukelia rimtus valgymo sutrikimus.

Arsenas

Pagrindinis dirvožemio taršos arsenu šaltinis yra medžiagos, naudojamos naikinti žemės ūkio augalų kenkėjus, pavyzdžiui, herbicidai, insekticidai. Arsenas yra kaupiamasis nuodas, sukeliantis lėtines ligas. Jo junginiai provokuoja nervų sistemos, smegenų ir odos ligas.

Manganas

Dirvožemyje ir augaluose pastebimas didelis šio elemento kiekis.

Jei į dirvą patenka papildomas kiekis mangano, greitai susidaro pavojingas jo perteklius. Tai paveikia žmogaus kūną nervų sistemos sunaikinimo forma.

Kitų sunkiųjų elementų perteklius yra ne mažiau pavojingas.

Iš to, kas pasakyta, galime daryti išvadą, kad sunkiųjų metalų kaupimasis dirvožemyje sukelia rimtų pasekmių žmonių sveikatai ir visai aplinkai.

Pagrindiniai kovos su dirvožemio tarša sunkiaisiais metalais metodai

Dirvožemio užteršimo sunkiaisiais metalais būdai gali būti fiziniai, cheminiai ir biologiniai. Tarp jų yra šie metodai:

Padidėjęs dirvožemio rūgštingumas padidina tikimybę, todėl organinių medžiagų ir molio įvedimas, kalkinimas tam tikru mastu padeda kovoti su tarša.
Sėjant, pjaunant ir pašalinus kai kuriuos augalus, pavyzdžiui, dobilus, nuo dirvos paviršiaus, ženkliai sumažėja sunkiųjų metalų koncentracija dirvoje. Be to, šis metodas yra visiškai nekenksmingas aplinkai.
Požeminio vandens detoksikacija, jo siurbimas ir valymas.
Tirpios sunkiųjų metalų formos migracijos numatymas ir pašalinimas.
Kai kuriais ypač sunkiais atvejais reikia visiškai pašalinti dirvožemio sluoksnį ir jį pakeisti nauju.

Sunkieji metalai yra biochemiškai aktyvūs elementai, kurie patenka į organinių medžiagų ciklą ir daugiausia veikia gyvus organizmus. Sunkieji metalai apima tokius elementus kaip švinas, varis, cinkas, kadmis, nikelis, kobaltas ir daugelis kitų.

Sunkiųjų metalų migracija dirvožemyje visų pirma priklauso nuo šarminių-rūgščių ir redokso sąlygų, kurios lemia dirvožemio geocheminių sąlygų įvairovę. Svarbų vaidmenį sunkiųjų metalų migracijoje dirvožemio profilyje atlieka geocheminiai barjerai, kurie vienais atvejais sustiprina, kitais silpnina (dėl gebėjimo tausoti) dirvožemių atsparumą taršai sunkiaisiais metalais. Prie kiekvieno geocheminio barjero tvyro tam tikra cheminių elementų grupė, pasižyminti panašiomis geocheminėmis savybėmis.

Pagrindinių dirvožemio formavimosi procesų specifika ir vandens režimo tipas lemia sunkiųjų metalų pasiskirstymo dirvožemiuose pobūdį: kaupimąsi, konservavimą ar pašalinimą. Išskirtos dirvožemių grupės su sunkiųjų metalų kaupimu skirtingose dirvožemio profilio dalyse: paviršiuje, viršutinėje, vidurinėje, su dviem maksimumais. Be to, zonoje buvo nustatyti dirvožemiai, kuriems būdinga sunkiųjų metalų koncentracija dėl vidinio profilio kriogeninės konservacijos. Ypatingą grupę sudaro gruntai, kuriuose išplovimo ir periodinio išplovimo režimais iš profilio pašalinami sunkieji metalai. Vertinant dirvožemio užterštumą ir prognozuojant teršalų kaupimosi juose intensyvumą, didelę reikšmę turi sunkiųjų metalų pasiskirstymas profilyje. Sunkiųjų metalų pasiskirstymo profilyje charakteristika papildyta dirvožemių grupavimu pagal jų įsitraukimo į biologinį ciklą intensyvumą. Iš viso išskiriamos trys gradacijos: aukšta, vidutinė ir silpna.

Ypatinga geocheminė sunkiųjų metalų migracijos aplinka upių salpų dirvožemiuose, kur, padidėjus laistymui, žymiai padidėja cheminių elementų ir junginių mobilumas. Geocheminių procesų specifiškumą čia lemia visų pirma ryškus redokso sąlygų kaitos sezoniškumas. Tai lemia upių hidrologinio režimo ypatumai: pavasario potvynių trukmė, rudens potvynių buvimas ar nebuvimas, žemo vandens periodo pobūdis. Salpos terasų potvynio vandens užtvindymo trukmė lemia arba oksidacinių (trumpalaikis potvynių užliejimas), arba redokso (ilgalaikis potvynis) sąlygų vyravimą.

Ariamieji dirvožemiai patiria didžiausią technogeninį teritorinio pobūdžio poveikį. Pagrindinis taršos šaltinis, su kuriuo į ariamąsias dirvas patenka iki 50% viso sunkiųjų metalų kiekio, yra fosfatinės trąšos. Ariamų dirvožemių galimo užterštumo laipsniui nustatyti buvo atlikta dirvožemio savybių ir teršalų savybių susietoji analizė: atsižvelgta į dirvožemio humuso kiekį, sudėtį ir dalelių pasiskirstymą, taip pat šarmines-rūgštines sąlygas. Duomenys apie sunkiųjų metalų koncentraciją skirtingos genezės telkinių fosforituose leido apskaičiuoti vidutinį jų kiekį, atsižvelgiant į apytiksles trąšų dozes, įterptas į ariamuosius dirvožemius skirtinguose regionuose. Dirvožemio savybių įvertinimas koreliuoja su agrogeninės apkrovos reikšmėmis. Kaupiamasis integralus vertinimas buvo pagrindas nustatyti galimo dirvožemio užterštumo sunkiaisiais metalais laipsnį.

Pavojingiausi pagal užterštumo sunkiaisiais metalais laipsnį yra daugiahumusiniai, molio ir priemolio dirvožemiai, turintys šarminę aplinkos reakciją: tamsiai pilkas miškas, o tamsiai kaštoniniai - didelės kaupimosi gebos dirvožemiai. Maskvos ir Briansko regionams taip pat būdinga padidėjusi dirvožemio užterštumo sunkiaisiais metalais rizika. Situacija su velėniniais-podzoliniais dirvožemiais čia neprisideda prie sunkiųjų metalų kaupimosi, tačiau šiose vietose technogeninė apkrova yra didelė ir dirvožemiai nespėja „savaime išsivalyti“.

Ekologinis ir toksikologinis dirvožemio sunkiųjų metalų kiekio įvertinimas parodė, kad 1,7 % žemės ūkio naudmenų yra užteršta I pavojingumo klasės (labai pavojinga) ir 3,8 % – II pavojingumo klasės (vidutinio pavojingumo) medžiagomis. Dirvožemio užterštumas sunkiaisiais metalais ir arseno kiekiu, viršijantis nustatytas normas, nustatytas Buriatijos Respublikoje, Dagestano Respublikoje, Mordovijos Respublikoje, Tyvos Respublikoje, Krasnojarsko ir Primorsko teritorijose, Ivanove, Irkutske, Kemerove, Kostromoje. , Murmansko, Novgorodo, Orenburgo, Sachalino, Čitos regionai.

Vietinis dirvožemio užterštumas sunkiaisiais metalais pirmiausia siejamas su dideliais miestais ir. Dirvožemio užterštumo sunkiųjų metalų kompleksais rizikos vertinimas atliktas pagal suminį rodiklį Zc.

FEDERALINĖ JŪRŲ IR UPĖS TRANSPORTO AGENTŪRA
FEDERALINIO BIUDŽETO ŠVIETIMO INSTITUCIJA
AUKŠTESIS PROFESINIS IŠSILAVINIMAS
JŪRINĖS VALSTYBĖS UNIVERSITETAS
pavadintas admirolo G.I. Nevelskojus

Aplinkos apsaugos departamentas

SANTRAUKA
disciplinoje „Fiziniai ir cheminiai procesai“

Dirvožemio užteršimo sunkiaisiais metalais ir radionuklidais pasekmės.

Patikrintas mokytojo:
Firsova L.Yu.
Atlieka studentų gr. ___
Khodanova S.V.

Vladivostokas 2012 m
TURINYS

Įvadas
1 Sunkieji metalai dirvožemyje

2 Radionuklidai dirvožemyje. Branduolinė tarša
Išvada
Naudotų šaltinių sąrašas

ĮVADAS

Dirvožemis yra ne tik inertiška aplinka, kurios paviršiuje vykdoma žmogaus veikla, bet ir dinamiška besivystanti sistema, apimanti daug organinių ir neorganinių komponentų, turinčių ertmių ir porų tinklą, o juose, savo ruožtu, yra dujų ir skysčių. Šių komponentų erdvinis pasiskirstymas lemia pagrindinius žemės rutulio dirvožemių tipus.
Be to, dirvožemyje yra daugybė gyvų organizmų, jie vadinami biota: nuo bakterijų ir grybų iki kirminų ir graužikų. Dirvožemis susidaro ant uolienų pirminių uolienų, kartu veikiant klimatui, augmenijai, dirvožemio organizmams ir laikui. Todėl bet kurio iš šių veiksnių pasikeitimas gali sukelti dirvožemio pokyčius. Dirvožemio formavimasis yra ilgas procesas: užtrunka 1000–10 000 metų, kad susidarytų 30 cm dirvožemio sluoksnis. Vadinasi, dirvožemio formavimosi greitis yra toks mažas, kad dirvožemį galima laikyti neatsinaujinančiu ištekliu.
Žemės dirvožemio danga yra svarbiausias Žemės biosferos komponentas. Būtent dirvožemio apvalkalas lemia daugelį biosferoje vykstančių procesų. Svarbiausia dirvožemių svarba – organinių medžiagų, įvairių cheminių elementų, taip pat energijos kaupimas. Dirvožemio danga veikia kaip įvairių teršalų biologinis sugėriklis, naikintojas ir neutralizatorius. Jei ši biosferos grandis bus sunaikinta, esamas biosferos funkcionavimas bus negrįžtamai sutrikdytas. Todėl itin svarbu ištirti pasaulinę dirvožemio dangos biocheminę reikšmę, esamą būklę ir pokyčius veikiant antropogeninei veiklai.

1 Sunkieji metalai dirvožemyje

Sunkieji metalai (HM) apima daugiau nei 40 cheminių D.I. Mendelejevas, kurio atomų masė yra didesnė nei 50 atominės masės vienetų (a.m.u.). Tai Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co ir kt. Dabartinė „sunkiųjų metalų“ sąvoka nėra griežta, nes TM dažnai apima nemetalinius elementus, tokius kaip As, Se, o kartais net F, Be ir kitus elementus, kurių atominė masė mažesnė nei 50 a.m.u.
Tarp HM yra daug mikroelementų, kurie yra biologiškai svarbūs gyviems organizmams. Jie yra būtini ir nepakeičiami biokatalizatorių komponentai ir svarbiausių fiziologinių procesų bioreguliatoriai. Tačiau per didelis HM kiekis įvairiuose biosferos objektuose turi slegiantį ir net toksinį poveikį gyviems organizmams.
HM patekimo į dirvožemį šaltiniai skirstomi į natūralius (uolienų ir mineralų oro sąlygos, erozijos procesai, vulkaninis aktyvumas) ir technogeninius (naudingųjų iškasenų gavyba ir perdirbimas, kuro deginimas, transporto priemonių poveikis, žemės ūkis ir kt.) Žemės ūkio paskirties žemes, Be taršos per atmosferą, HM taip pat užteršiami specialiai, naudojant pesticidus, mineralines ir organines trąšas, kalkinant, naudojant nuotekas. Pastaruoju metu mokslininkai ypatingą dėmesį skyrė miestų dirvožemiams. Pastarieji patiria reikšmingą technogeninį procesą, kurio neatsiejama dalis yra HM tarša.
HM dirvos paviršių pasiekia įvairiomis formomis. Tai oksidai ir įvairios metalų druskos, tirpios ir praktiškai netirpios vandenyje (sulfidai, sulfatai, arsenitai ir kt.). Rūdos perdirbimo įmonių ir spalvotosios metalurgijos įmonių – pagrindinio HM aplinkos taršos šaltinio – išmetamųjų teršalų sudėtyje didžioji dalis metalų (70-90%) yra oksidų pavidalu.
Patekę ant dirvožemio paviršiaus, HM gali kauptis arba išsisklaidyti, priklausomai nuo toje teritorijoje esančių geocheminių barjerų pobūdžio.
Dauguma į dirvos paviršių patekusių HM fiksuojasi viršutiniuose humuso horizontuose. HM sorbuojasi ant dirvožemio dalelių paviršiaus, jungiasi su dirvožemio organinėmis medžiagomis, ypač elementarių organinių junginių pavidalu, kaupiasi geležies hidroksiduose, yra molio mineralų kristalinių gardelių dalis, dėl izomorfinių medžiagų suteikia savų mineralų. pakaitalai ir yra tirpūs dirvožemio drėgmei ir dujinės būsenos dirvožemio ore yra neatskiriama dirvožemio biotos dalis.
HM mobilumo laipsnis priklauso nuo geocheminės aplinkos ir technogeninio poveikio lygio. Dėl didelio dalelių dydžio pasiskirstymo ir didelio organinių medžiagų kiekio dirvožemis suriša HM. Padidėjus pH vertėms, pagerėja katijonus sudarančių metalų (vario, cinko, nikelio, gyvsidabrio, švino ir kt.) sorbcija ir padidėja anijonus sudarančių metalų (molibdeno, chromo, vanadžio ir kt.) mobilumas. Oksidacinių sąlygų stiprinimas padidina metalų migracijos gebėjimą. Dėl to, atsižvelgiant į gebėjimą surišti daugumą HM, dirvožemiai sudaro tokią seriją: pilka dirva > chernozem > velėninis-podzolinis dirvožemis.

Dirvožemio tarša HM turi iš karto dvi neigiamas puses. Pirmiausia HM patenka į maisto grandines iš dirvožemio į augalus, o iš ten į gyvūnų ir žmonių organizmus, sukeldamos jiems rimtas ligas. Padidėjęs gyventojų sergamumas ir sutrumpėjusi gyvenimo trukmė, taip pat sumažėjęs žemės ūkio augalų ir gyvulininkystės produktų pasėlių kiekis ir kokybė.
Antra, kaupdamiesi dirvožemyje dideliais kiekiais, HM gali pakeisti daugelį jo savybių. Visų pirma, pokyčiai turi įtakos dirvožemio biologinėms savybėms: mažėja bendras mikroorganizmų skaičius, siaurėja jų rūšinė sudėtis (įvairovė), keičiasi mikrobų bendrijų struktūra, mažėja pagrindinių mikrobiologinių procesų intensyvumas ir dirvožemio fermentų aktyvumas. ir kt. Didelis užterštumas HM taip pat lemia konservatyvesnių dirvožemio savybių pokyčius, pvz., humuso būklę, struktūrą, terpės pH ir kt. Dėl to iš dalies, o kai kuriais atvejais ir visiškai prarandamas dirvožemio derlingumas.

Gamtoje yra teritorijų, kuriose dirvožemyje yra nepakankamai arba per daug HM. Anomalų HM kiekį dirvožemyje lemia dvi priežasčių grupės: ekosistemų biogeocheminės ypatybės ir technogeninių medžiagų srautų įtaka. Pirmuoju atveju vietovės, kuriose cheminių elementų koncentracija yra didesnė arba mažesnė už gyviems organizmams optimalų lygį, vadinamos natūraliomis geocheminėmis anomalijomis arba biogeocheminėmis provincijomis. Čia nenormalų elementų kiekį lemia natūralios priežastys – dirvožemį formuojančių uolienų ypatumai, dirvožemio formavimosi procesas ir rūdos anomalijų buvimas. Antruoju atveju teritorijos vadinamos technogeninėmis geocheminėmis anomalijomis. Priklausomai nuo mastelio, jie skirstomi į globalius, regioninius ir vietinius.
Dirvožemis, skirtingai nei kiti gamtinės aplinkos komponentai, ne tik geochemiškai kaupia taršos komponentus, bet ir veikia kaip natūralus buferis, kontroliuojantis cheminių elementų ir junginių pernešimą į atmosferą, hidrosferą ir gyvąją medžiagą.
Įvairių augalų, gyvūnų ir žmonių gyvybei reikalinga tam tikra dirvožemio ir vandens sudėtis. Geocheminių anomalijų vietose nukrypimai nuo mineralinės sudėties normos pasunkėja visoje maisto grandinėje. Dėl mineralinės mitybos pažeidimų, fito, zoologijos ir mikrobų bendrijų rūšinės sudėties pokyčių, laukinių augalų formų ligų, žemės ūkio augalų ir gyvulininkystės produktų pasėlių kiekio ir kokybės pablogėjimo, stebimas gyventojų sergamumo didėjimas ir gyvenimo trukmės mažėjimas.
Toksinį HM poveikį biologinėms sistemoms pirmiausia lemia tai, kad jie lengvai jungiasi su baltymų sulfhidrilinėmis grupėmis (įskaitant fermentus), slopindami jų sintezę ir taip sutrikdydami medžiagų apykaitą organizme.
Gyvi organizmai sukūrė įvairius atsparumo HM mechanizmus: nuo HM jonų redukavimo į mažiau toksiškus junginius iki jonų transportavimo sistemų, kurios efektyviai ir specifiškai pašalina toksiškus jonus iš ląstelės į išorinę aplinką, aktyvavimo.
Reikšmingiausia HM poveikio gyviems organizmams pasekmė, kuri pasireiškia biogeocenotiniame ir biosferiniame gyvosios medžiagos organizavimo lygmenyse, yra organinių medžiagų oksidacijos procesų blokavimas. Dėl to sumažėja jo mineralizacijos ir kaupimosi ekosistemose greitis. Tuo pačiu metu organinių medžiagų koncentracijos padidėjimas sukelia HM surišimą, kuris laikinai pašalina apkrovą iš ekosistemos. Organinių medžiagų skilimo greičio sumažėjimas dėl organizmų skaičiaus, jų biomasės ir gyvybinės veiklos intensyvumo mažėjimo laikomas pasyvia ekosistemų reakcija į HM taršą. Aktyvus organizmų priešinimasis antropogeninėms apkrovoms pasireiškia tik per visą gyvenimą kaupiantis metalams kūnuose ir skeletuose. Už šį procesą atsakingos atspariausios rūšys.
Gyvų organizmų, pirmiausia augalų, atsparumas padidintai HM koncentracijai ir gebėjimas kaupti dideles metalų koncentracijas gali kelti didelį pavojų žmonių sveikatai, nes leidžia teršalams prasiskverbti į maisto grandines.

HM kiekio dirvožemyje normavimo klausimas yra labai sudėtingas. Jo sprendimo pagrindas turėtų būti dirvožemio daugiafunkciškumo pripažinimas. Reguliavimo procese dirvožemis gali būti vertinamas iš įvairių pozicijų: kaip natūralus kūnas, kaip augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų buveinė ir substratas, kaip žemės ūkio ir pramoninės gamybos objektas ir priemonė, kaip natūralus rezervuaras, kuriame yra patogeninių mikroorganizmų. . HM kiekio dirvožemyje normavimas turėtų būti atliekamas remiantis dirvožemio ekologiniais principais, kurie neigia galimybę rasti vienodas vertes visiems dirvožemiams.
Yra du pagrindiniai HM užteršto dirvožemio sanitarijos klausimai. Pirmasis skirtas išvalyti dirvožemį nuo HM. Valymas gali būti atliekamas plaunant, augalų pagalba ištraukiant iš dirvožemio HM, pašalinant viršutinį užteršto dirvožemio sluoksnį ir kt. Antrasis metodas pagrįstas HM fiksavimu dirvožemyje, jų pavertimu vandenyje netirpiomis ir gyviems organizmams neprieinamomis formomis. Tam siūloma į dirvą įterpti organinių medžiagų, mineralinių fosforo trąšų, jonų mainų dervų, natūralių ceolitų, rusvųjų anglių, kalkinti dirvą ir kt. Tačiau bet koks HM fiksavimo dirvožemyje būdas turi savo galiojimo laiką. Anksčiau ar vėliau dalis HM vėl pradės patekti į dirvožemio tirpalą, o iš ten į gyvus organizmus.

Dirvožemyje yra beveik visi gamtoje žinomi cheminiai elementai, įskaitant radionuklidus.
Radionuklidai yra cheminiai elementai, galintys spontaniškai skilti susidarant naujiems elementams, taip pat susidarę bet kokių cheminių elementų izotopai. Branduolinio skilimo pasekmė yra jonizuojanti spinduliuotė alfa dalelių (helio branduolių, protonų srauto) ir beta dalelių (elektronų srauto), neutronų, gama spinduliuotės ir rentgeno spindulių srauto pavidalu. Šis reiškinys vadinamas radioaktyvumu. Cheminiai elementai, galintys savaime skilti, vadinami radioaktyviais. Dažniausiai vartojamas jonizuojančiosios spinduliuotės sinonimas yra radioaktyvioji spinduliuotė.
Jonizuojanti spinduliuotė yra įkrautų arba neutralių dalelių ir elektromagnetinių kvantų srautas, kurio sąveika su terpe sukelia jos atomų ir molekulių jonizaciją ir sužadinimą. Jonizuojančiosios spinduliuotės yra elektromagnetinės (gama ir rentgeno spinduliuotės) ir korpuskulinės (alfa spinduliuotės, beta spinduliuotės, neutroninės spinduliuotės) pobūdžio.
Gama spinduliuotė yra elektromagnetinė spinduliuotė, kurią sukelia gama spinduliai (diskretieji pluoštai arba kvantai, vadinami fotonais), jei po alfa ar beta skilimo branduolys lieka sužadintas. Gama spinduliai ore gali nukeliauti didelius atstumus. Didelės energijos gama spindulių fotonas gali prasiskverbti per žmogaus kūną. Intensyvi gama spinduliuotė gali pažeisti ne tik odą, bet ir vidaus organus. Apsaugokite nuo šios spinduliuotės tankias ir sunkias medžiagas, geležį, šviną. Gama spinduliuotę galima sukurti dirbtinai užterštuose dalelių greitintuvuose (mikroronuose), pavyzdžiui, greito greitintuvo elektronų stabdymas, kai jie pasiekia taikinį.
Rentgeno spinduliai yra panašūs į gama spindulius. Kosminius rentgeno spindulius sugeria atmosfera. Rentgeno spinduliai gaunami dirbtinai, jie patenka į apatinę elektromagnetinės spinduliuotės energijos spektro dalį.
Radioaktyvioji spinduliuotė yra natūralus biosferos veiksnys visiems gyviems organizmams, o patys gyvi organizmai turi tam tikrą radioaktyvumą. Dirvožemis turi didžiausią natūralų radioaktyvumo laipsnį tarp biosferos objektų. Tokiomis sąlygomis gamta klestėjo daugybę milijonų metų, išskyrus išskirtinius atvejus su geocheminėmis anomalijomis, susijusiomis su radioaktyvių uolienų, pavyzdžiui, urano rūdos, telkiniais.
Tačiau XX amžiuje žmonija susidūrė su radioaktyvumu, viršijančiu natūralias, taigi ir biologiškai nenormalias, ribas. Pirmosios per didelių radiacijos dozių aukos buvo didieji mokslininkai, atradę radioaktyviuosius elementus (radžio, polonio), sutuoktinių Maria Sklodowska-Curie ir Pierre Curie. Ir tada: Hirosima ir Nagasakis, atominių ir branduolinių ginklų bandymai, daugybė nelaimių, įskaitant Černobylį ir kt.
Reikšmingiausi biosferos objektai, lemiantys visų gyvų būtybių biologines funkcijas, yra dirvožemiai.
Dirvožemio radioaktyvumas atsiranda dėl juose esančių radionuklidų kiekio. Yra natūralus ir dirbtinis radioaktyvumas.
Natūralų dirvožemio radioaktyvumą sukelia natūralūs radioaktyvūs izotopai, kurių dirvožemiuose ir dirvožemį formuojančiose uolienose visada yra įvairiais kiekiais. Gamtiniai radionuklidai skirstomi į 3 grupes.
Pirmajai grupei priklauso radioaktyvieji elementai – elementai, kurių visi izotopai yra radioaktyvūs: uranas (238
ir tt................

S. Donahue – Dirvožemio tarša sunkiaisiais metalaisDirvožemis yra vienas iš svarbiausių žemės ūkio ir miesto aplinkos komponentų, ir abiem atvejais patikimas tvarkymas yra raktas į dirvožemio kokybę. Šioje techninių pastabų serijoje nagrinėjama žmogaus veikla, sukelianti dirvožemio degradaciją, taip pat valdymo praktika, apsauganti miestų dirvožemį. Ši techninė pastaba skirta dirvožemio užterštumui sunkiaisiais metalais

Metalai dirvožemyje

Sintetinių medžiagų (pvz., pesticidų, dažų, pramoninių atliekų, buitinių ir pramoninių vandenų) gavyba, gamyba ir naudojimas gali sukelti miestų ir žemės ūkio paskirties žemių užteršimą sunkiaisiais metalais. Sunkieji metalai taip pat randami natūraliai, tačiau retai toksiški kiekiai. Galimas dirvožemio užteršimas gali atsirasti senuose sąvartynuose (ypač naudojamuose pramoninėms atliekoms), senuose soduose, kuriuose kaip veiklioji medžiaga buvo naudojami pesticidai, kurių sudėtyje yra arseno, laukuose, kurie praeityje buvo naudojami nuotekoms arba komunaliniam dumblui, sąvartynuose arba aplink juos. ir atliekos, pramoninės zonos, kuriose cheminės medžiagos galėjo būti išmestos ant žemės, esančiose pavėjui nuo pramoninių objektų.

Per didelis sunkiųjų metalų kaupimasis dirvožemyje yra toksiškas žmonėms ir gyvūnams. Sunkiųjų metalų kaupimasis dažniausiai būna lėtinis (ilgalaikis poveikis), kartu su maistu. Ūmus (neatidėliotinas) apsinuodijimas sunkiaisiais metalais įvyksta nurijus arba patekus ant odos. Lėtinės problemos, susijusios su ilgalaikiu sunkiųjų metalų poveikiu, yra šios:

Švinas – psichikos sutrikimai.
Kadmis – veikia inkstus, kepenis ir virškinamąjį traktą.
Arsenas – odos ligos, veikia inkstus ir centrinę nervų sistemą.

Labiausiai paplitę katijoniniai elementai yra gyvsidabris, kadmis, švinas, nikelis, varis, cinkas, chromas ir manganas. Labiausiai paplitę anijoniniai elementai yra arsenas, molibdenas, selenas ir boras.

Tradiciniai užteršto dirvožemio valymo metodai

Dirvožemio ir pasėlių valymo praktika gali padėti išvengti teršalų patekimo į augalus, paliekant juos dirvožemyje. Šie valymo metodai nepašalins sunkiųjų metalų teršalų, bet padės juos imobilizuoti dirvožemyje ir sumažins neigiamo metalų poveikio tikimybę. Atkreipkite dėmesį, kad reikia atsižvelgti į metalo tipą (katijoną arba anijoną):

Dirvožemio pH padidinimas iki 6,5 ar daugiau. Katijoniniai metalai geriau tirpsta esant žemesniam pH lygiui, todėl pakėlus pH, jie tampa mažiau prieinami augalams, todėl mažiau tikėtina, kad jie bus įtraukti į augalų audinius ir patekti į žmogaus organizmą. PH pakėlimas anijoniniams elementams daro priešingą poveikį.
Drenažas drėgnose dirvose. Drenažas pagerina dirvožemio aeraciją ir leis metalams oksiduotis, todėl jie bus mažiau tirpūs ir prieinami. Priešingai bus pastebėta chromo, kuris yra lengviau prieinamas oksiduota forma, atveju. Organinių medžiagų aktyvumas veiksmingai mažina chromo prieinamumą.
. Fosfatų naudojimas. Fosfatų naudojimas gali sumažinti katijoninių metalų prieinamumą, bet turėti priešingą poveikį anijoniniams junginiams, tokiems kaip arsenas. Fosfatą reikia naudoti protingai, nes didelis fosforo kiekis dirvožemyje gali užteršti vandenį.
Kruopštus augalų parinkimas naudoti metalais užterštoje dirvoje Augalai lapuose išjudina daugiau metalų nei jų vaisiai ar sėklos. Didžiausią maisto užteršimo riziką grandinėje kelia lapinės daržovės (salotos ar špinatai). Kitas pavojus – gyvuliai suėsti šiuos augalus.

Aplinkos valymo įrenginiai

Tyrimai parodė, kad augalai efektyviai valo užterštą dirvą (Wentzel ir kt., 1999). Fitoremediacija yra bendras augalų naudojimo terminas, skirtas pašalinti sunkiuosius metalus arba palaikyti švarų dirvožemį, kuriame nėra teršalų, tokių kaip sunkieji metalai, pesticidai, tirpikliai, žalia nafta, policikliniai aromatiniai angliavandeniliai. Pavyzdžiui, stepių žolė gali paskatinti naftos produktų skilimą. Neseniai laukinės gėlės buvo naudojamos angliavandeniliams skaidyti iš Kuveito naftos išsiliejimo. Hibridinės tuopos gali pašalinti tokias chemines medžiagas kaip TNT, taip pat didelį nitratų ir pesticidų kiekį (Brady ir Weil, 1999).

Metalais užteršto dirvožemio perdirbimo įrenginiai

Augalai buvo naudojami metalams stabilizuoti ir pašalinti iš dirvožemio ir vandens. Naudojami trys mechanizmai: fitoekstrakcija, rizofiltracija ir fitostabilizacija.

Šiame straipsnyje kalbama apie rizofiltraciją ir fitostabilizaciją, tačiau pagrindinis dėmesys bus skiriamas fitoekstrakcijai.

Rizofiltracija – tai teršalų, esančių tirpaluose, supančių šaknų zoną (rizosferą), adsorbcija ant augalų šaknų arba augalų šaknų absorbcija.

Rizofiltracija naudojama gruntiniam vandeniui dezinfekuoti. Šiltnamiuose auginami augalai. Užterštas vanduo naudojamas augalams aklimatizuoti aplinkoje. Tada šie augalai sodinami vietoje užteršto gruntinio vandens, kur šaknys filtruoja vandenį ir teršalus. Kai šaknys yra prisotintos teršalų, augalai nuimami. Černobylyje saulėgrąžos tokiu būdu buvo naudojamos radioaktyvioms medžiagoms pašalinti iš požeminio vandens (EPA, 1998)

Fitostabilizavimas – tai daugiamečių augalų naudojimas kenksmingoms medžiagoms dirvožemyje ir požeminiame vandenyje stabilizuoti arba imobilizuoti. Metalai absorbuojami ir kaupiasi šaknyse, adsorbuojami ant šaknų arba nusėda rizosferoje. Taip pat šie augalai gali būti naudojami atželdinti ten, kur trūksta natūralios augmenijos, taip sumažinant vandens ir vėjo erozijos bei išplovimo riziką. Fitostabilizacija sumažina teršalų mobilumą ir užkerta kelią tolesniam teršalų judėjimui į gruntinius vandenis ar orą bei sumažina jų patekimą į maisto grandinę.

Fitoekstrakcija

Fitoekstrakcija – tai augalų auginimo metalais užterštoje dirvoje procesas. Šaknys transportuoja metalus į antžemines augalų dalis, po to šie augalai nuimami ir sudeginami arba kompostuojami, kad metalai būtų perdirbti. Norint sumažinti taršos lygį iki priimtinų ribų, gali prireikti kelių pasėlių augimo ciklų. Jei augalai sudeginami, pelenus reikia išmesti į sąvartynus.

Augalai, auginami fitoekstrakcijai, vadinami hiperakumuliatoriais. Jie sugeria neįprastai daug metalo, palyginti su kitais augalais. Hiperakumuliatoriuose gali būti apie 1000 miligramų viename kilograme kobalto, vario, chromo, švino, nikelio ir net 10 000 miligramų kilograme (1 %) mangano ir cinko sausoje medžiagoje (Baker and Brooks, 1989).

Fitoekstrakcija yra lengvesnė metalams, tokiems kaip nikelis, cinkas, varis, nes šiems metalams pirmenybę teikia dauguma iš 400 hiperakumuliacinių augalų. Yra žinoma, kad kai kurių Thlaspi (pennycress) genties augalų audiniuose yra apie 3% cinko. Šie augalai gali būti naudojami kaip rūda dėl didelės metalo koncentracijos (Brady ir Weil, 1999).

Iš visų metalų švinas yra labiausiai paplitęs dirvožemio teršalas (EPA, 1993). Deja, augalai natūraliomis sąlygomis švino nekaupia. Į dirvą reikia įpilti chelatorių, tokių kaip EDTA (etilendiaminotetraacto rūgštis). EDTA leidžia augalams išgauti šviną. Dažniausias švino ekstrakcijai naudojamas augalas yra indiškos garstyčios (Brassisa juncea). Phytotech (privati tyrimų bendrovė) pranešė, kad jie išvalė plantacijas Naujajame Džersyje pagal pramonės standartus 1–2 su indiškomis garstyčiomis (Wantanabe, 1997).

Vykdydami vidutinės trukmės ir ilgalaikius projektus, augalai gali pašalinti iš dirvožemio cinką, kadmį, šviną, seleną ir nikelį.

Tradicinis aikštelės valymas gali kainuoti nuo 10,00 USD iki 100,00 USD už kubinį metrą (m3), o užterštos medžiagos pašalinimas gali kainuoti nuo 30,00 USD iki 300 USD/m3. Palyginimui, fitoekstrakcija gali kainuoti 0,05 USD/m3 (Watanabe, 1997).

Ateities perspektyvos

Fitoremediacija buvo tiriama tiriant mažus ir didelius pritaikymus. Fitoremediacija gali pereiti į komercializavimo sritį (Watanabe, 1997). Prognozuojama, kad fitoremediacijos rinka iki 2005 m. pasieks 214–370 mln. USD (Aplinkos mokslas ir technologijos, 1998). Atsižvelgiant į dabartinį fitoremediacijos efektyvumą, jis geriausiai tinka didesniems plotams, kuriuose teršalų yra mažos arba vidutinės koncentracijos, valymui. Prieš visiškai komercializuojant fitoremediaciją, reikia atlikti tolesnius tyrimus siekiant užtikrinti, kad augalų audiniai, naudojami fitoremediacijai, neturėtų neigiamo poveikio aplinkai, laukinei gamtai ar žmonėms (EPA, 1998). Taip pat reikalingi moksliniai tyrimai, siekiant rasti efektyvesnius bioakumuliatorius, gaminančius daugiau biomasės. Reikia komerciškai išgauti metalus iš augalų biomasės, kad juos būtų galima perdirbti. Fitoremediacija yra lėtesnė nei tradiciniai sunkiųjų metalų pašalinimo iš dirvožemio metodai, bet daug pigesnis. Dirvožemio taršos prevencija yra daug pigesnė nei katastrofiškų padarinių likvidavimas.

Naudotos literatūros sąrašas

1 Baker, A.J.M. ir R.R. Brooksas. 1989. Sausumos augalai, kurie hiperakumuliuoja metalinius elementus – jų paplitimo, ekologijos ir fitochemijos apžvalga. Biorecovery 1:81:126.
2. Brady, N.C. ir R.R. Weil. 1999. Dirvožemių prigimtis ir savybės. 12-asis leidimas Prentice salė. Upper Saddle River, NJ.
3. Aplinkos mokslas ir technologijos. 1998 Fitoremediacija; prognozavimas. Aplinkos mokslas ir technologijos. t. 32, 17 numeris, p.399A.
4. McGrathas, S.P. 1998. Fitoekstrakcija dirvožemio valymui. p. 261-287. R. Brooksas (red.) Augalai, kurie hiperakumuliuoja sunkiuosius metalus, jų vaidmuo fitoremediacijoje, mikrobiologijoje, archeologijoje, mineralų žvalgyboje ir fitominingoje. CAB International, Niujorkas, NY.
5. Fitotechnika. 2000. Fitoremediacijos technologija.

Sunkieji metalai teršia dirvožemį. Sunkieji metalai dirvožemyje. Sunkiųjų metalų užteršimo pavojus