Биогеохимические циклы тяжёлых металлов в ландшафтах
Понятие тяжелых металлов и агроландшафтов. Основные причины появления металлов в больших концентрация в почвах, в результате чего они становятся губительными для окружающей среды. Биогеохимические циклы тяжелых металлов: свинца, кадмия, цинка, никеля.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.03.2015 |
| Размер файла | 200,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Дальневосточный Федеральный Университет
Тема: Биогеохимические циклы тяжёлых металлов в ландшафтах
Выполнила:
студентка 3го курса
ШЕН группы Б8312
Громова К.Ю.
г. Владивосток - 2014 г.
Введение
Актуальность изучения биогеохимических циклов тяжёлых металлов в агроландшафтов заключается в том, что из-за малого багажа знаний большинство фермеров при чрезмерном использовании удобрении загрязняют почвы тяжёлыми металлами, которые частично попадают в растения, которые мы используем, как пищу, тем самым отравляем свой организм. Так же размещение земель сельскохозяйственного назначения рядом с железными, автомобильными дорогами, заводами и др. приносит большой вред человеку и почве.
Целью данной курсовой работы является получение знаний о биогеохимических циклах тяжелых металлов в агроландшафтах, что собой представляют тяжелые металлы.
Задачи:
1) раскрыть понятия о тяжёлых металлах и агроландшафтах;
2) показать причины появления металлов в больших концентрация в почвах, в результате чего они становятся губительными для окружающей среды;
3) изучить биогеохимические циклы тяжёлых металлов.
Тяжелые металлы
Тяжелые металлы - это элементы периодической системы с относительной молекулярной массой больше 40. Так сложилось, что термины "тяжелые металлы" и "токсичные металлы" стали синонимами.
На сегодняшний день безоговорочно к числу токсичных относят кадмий, ртуть, свинец, сурьму. Деятельность значительной части остальных в живых организмах можно оценить только на "отлично". Действительно, металлы в ионной форме входят в состав витаминов, гормонов, регулируют активность ферментов. Установлено, что для белкового, углеводного и жирового обмена веществ необходимы Mo, Fe, V, Co, W, B, Mn, Zn; в синтезе белков участвуют Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co; в кроветворении - Co, Cu, Mn, Ni, Zn; в дыхании - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co. Справедливо утверждение о том, что нет вредных веществ, есть вредные концентрации. Поэтому ионы меди, кобальта или даже хрома, если их содержание в живом организме не превышает естественного, можно именовать микроэлементами, если же они генеалогически связаны с заводской трубой, то это уже тяжелые металлы. [9].
Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу.[4]
При кажущейся ясности понятия "тяжелые металлы" его значение следует определить более четко из-за встречающихся в литературе неоднозначных оценок. Термин "тяжелые металлы" связан с высокой относительной атомной массой. Эта характеристика обычно отождествляется с представлением о высокой токсичности. Одним из признаков, которые позволяют относить металлы к тяжелым, является их плотность. В современной цветной металлургии различают тяжелые цветные металлы - плотность 7,14-21,4 г/см3 (цинк, олово, медь, свинец, хром и др.) и легкие цветные металлы - плотность 0,53-3,5 г/см3 (литий, бериллий и др.). [8]
Согласно одной классификации, к группе тяжелых металлов принадлежит более 40 элементов с высокой относительной атомной массой и относительной плотностью больше 6. По другой классификации, в эту группу включают цветные металлы с плотностью большей, чем у железа (свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, олово, сурьма, висмут, ртуть).
Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А.Т.Пилипенко (1977), к тяжелым металлам отнесены элементы, плотность которых более 5 г/см3. Если исходить из этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов Периодической системы элементов. Среди этих 43 металлов 10 обладают наряду с металлическими свойствами признаками неметаллов (представители главных подгрупп VI, V, IV, III групп Периодической системы, являющиеся р-элементами), поэтому более строгим был бы термин "тяжелые элементы", но в данной публикации мы будем пользоваться общепринятым в литературе термином "тяжелые металлы".[5]
Таким образом, к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов с относительной плотностью более 6. Число же опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше.
Таблица 1. Основные загрязнители окружающей среды и их источники
|
Загрязнитель |
Источник |
|
|
1. СО2 |
энергетика, промышленность, отопление |
|
|
2. СО |
металлургия, нефтеперерабатывающая промышленность, транспорт |
|
|
3. SO2 |
энергетические и промышленные предприятия |
|
|
4. NO2, NO |
двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, домны, химическая промышленность |
|
|
5. Фосфаты |
химические моющие средства, удобрения, сельское хозяйство |
|
|
6. Hg |
отходы лакокрасочной промышленности, обогащение руд, целлюлозно-бумажная промышленность |
|
|
7. Pb |
химическая промышленность, горнодобывающая промышленность, двигатели внутреннего сгорания, пестициды |
|
|
8. Нефть |
нефтеперерабатывающая промышленность, перевозка по морю, сбросы |
|
|
9. ДДТ и пестициды |
сельское хозяйство |
|
|
10. Радиация |
производство ядерного топлива, атомная энергетика |
Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.[1]
Формы нахождения в окружающей среде
В атмосферном воздухе тяжелые металлы присутствуют в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразной элементной форме (ртуть). При этом аэрозоли свинца, кадмия, меди и цинка состоят преимущественно их субмикронных частиц диаметром 0,5-1 мкм, а аэрозоли никеля и кобальта - из крупнодисперсных частиц (более 1 мкм), которые образуются в основном при сжигании дизельного топлива. В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии. [13]
Сорбция тяжелых металлов донными отложениями зависит от особенностей состава последних и содержания органических веществ. В конечном итоге тяжелые металлы в водных экосистемах концентрируются в донных отложениях и биоте. В почвах тяжелые металлы содержатся в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Водорастворимые формы, как правило, представлены хлоридами, нитратами, сульфатами и органическим комплексными соединениями. Кроме того, ионы тяжелых металлов могут быть связаны с минералами как часть кристаллической решетки. [12]
Таблица 2. Биогеохимические свойства тяжелых металлов
|
Свойство |
Cd |
Co |
Cu |
Hg |
Ni |
Pb |
Zn |
|
|
Биохимическая активность |
В |
В |
В |
В |
В |
В |
В |
|
|
Токсичность |
В |
У |
У |
В |
У |
В |
У |
|
|
Канцерогенность |
- |
B |
- |
- |
B |
- |
- |
|
|
Обогащение аэрозолей |
B |
H |
B |
B |
H |
B |
B |
|
|
Минеральная форма распространения |
B |
B |
H |
B |
H |
B |
H |
|
|
Органическая форма распространения |
B |
B |
B |
B |
B |
B |
B |
|
|
Подвижность |
B |
H |
У |
В |
Н |
В |
У |
|
|
Тенденция к биоконцентрированию |
В |
В |
У |
В |
В |
В |
У |
|
|
Эффективность накопления |
В |
У |
В |
В |
У |
В |
В |
|
|
Комплексообразующая способность |
У |
Н |
В |
У |
Н |
Н |
В |
|
|
Склонность к гидролизу |
У |
Н |
В |
У |
У |
У |
В |
|
|
Растворимость соединений |
В |
Н |
В |
В |
Н |
В |
В |
|
|
Время жизни |
В |
В |
В |
Н |
В |
Н |
В |
|
|
В- высокая, У - умеренная, Н - низкая |
Агроландшафты
Преобладающими химическими элементами, как в биосфере, так и в любой слагающей ее экосистеме являются углерод, водород, кремний, кислород, азот, кальций, фосфор, железо и сера.
Табл.3.Среднее содержание некоторых химических элементов в земной коре, почвах и организмах (% по массе, данные на 1968).[12]
|
Химические элементы |
Земна кора (осадочные породы) |
Почвенный покров |
Организмы (растения) |
|
|
В |
1*10-2 |
1*10-3 |
1*10-4 |
|
|
С |
1,0 |
2,0 |
18,0 |
|
|
N |
6*10-2 |
1*10-1 |
3*10-1 |
|
|
O |
52,8 |
49,0 |
70 |
|
|
F |
5*10-2 |
2*10-2 |
1*10-5 |
|
|
Na |
0,66 |
0,63 |
2*10-2 |
|
|
Mg |
1,34 |
0,63 |
7*10-2 |
|
|
Mg |
1,34 |
0,63 |
7*10-2 |
|
|
Si |
23,8 |
33,0 |
1,5*10-1 |
|
|
P |
7*10-2 |
8*10-2 |
7*10-2 |
|
|
S |
3*10-1 |
8*10-2 |
5*10-2 |
|
|
Cl |
1,6*10-2 |
1*10-2 |
10-2 |
|
|
К |
2,28 |
1,36 |
3,10-2 |
|
|
Ca |
2,53 |
1,37 |
3ґ10-1 |
|
|
Ti |
0,45 |
4,6*10-1 |
1*10-4 |
|
|
Mn |
6,7*10-2 |
8*10-2 |
1*10-3 |
|
|
Fe |
3,3 |
3,8 |
2*10-2 |
|
|
Cu |
5,7*10-3 |
2*10-3 |
2*10-4 |
|
|
Sr |
4,5*10-2 |
3*10-2 |
10-4 |
|
|
Zr |
2*10-2 |
3*10-2 |
10-4 |
|
|
I |
1*10-4 |
5*10-4 |
1*10-5 |
|
|
Ba |
8*10-2 |
5*10-2 |
10-4 |
|
|
U |
3*10-4 |
5*10-5 |
5*10-7 |
Агроландшафты - это техногенная ландшафтно-геохимическая система, основу которой составляют земледельческие площади и искусственно созданные биотические сообщества.
Агроландшафты представляют особый отряд техногенных ландшафтов, важнейшей геохимической характеристикой которого, как и в большинстве природных ландшафтов, служит биологический круговорот атомов, отличающийся от исходных биогенных ландшафтов: запасы и структура фитомассы полностью трансформируются, сильно трансформируется круговорот азота и других биогенных элементов.
Главное назначение агроландшафта - производить максимум сельскохозяйственной продукции - вступает в противоречие с загрязнением среды, возникающим в результате химизации и других видов агротехногенеза. Так, основным источником поступления тяжелых металлов в агроландшафты являются нестандартизованные удобрения, отличающиеся высоким уровнем содержания комплекса металлов. Тяжелые металлы включаются в местные миграционные циклы и частично выносятся за пределы агроландшафтов. Данные указывают на селективную концентрацию в растениях приоритетных токсикантов (Hg, Cd, Pb). В то же время растения обладают защитным механизмом против высоких концентраций тяжелых металлов. Поэтому при экологических оценках агроландшафтов необходимо учитывать видовую биогеохимическую специализацию сельскохозяйственных культур.
Методика агроэкологической группировки земель и оценки экологического состояния почв. [11].
На основе материалов специальных обследований и изысканий (почвенных, геоботанических, гидрогеологических, агрохимических и др.), земельно-учетных и земельно-оценочных данных, фактического использования каждого участка все земли объединяют в группы. При этом руководствуются двумя принципами: множество почвенных разновидностей должно быть сведено в возможно меньшее число внутренне однородных групп; эти группы должны существенно различаться между собой в агрономическом отношении.
В основу агроэкологической группировки земель положены условия расположения почв по рельефу; энергетическая близость объединяемых почв; однородность геоморфологических и гидрологических условий; сходство по гранулометрическому составу; однородность водных, воздушных и тепловых режимов; близость показателей, определяющих питательный режим; однородность физико-химических свойств; сходство показателей, определяющих особенности обработки почв.
С учетом вышеизложенного все пахотные и пахотнопригодные почвы. Нечерноземной зоны целесообразно объединить в 5 групп:
1.группа - пахотные земли универсального назначения. К ним относятся неэродированные земли, расположенные на дренированных водоразделах и на склонах крутизной до 3. Эта группа объединяет супесчаные, легко- и среднесуглинистые почвы на карбонатных и бескарбонатных отложениях. Рельеф и почвенноагрохимическая характеристика почв дают возможность возделывать все районированные культуры;
2.группа - пахотные земли, имеющие агрофизические и физико-химические свойства, которые исключают возделывание отдельных районированных культур. Эта группа объединяет тяжелосуглинистые и глинистые почвы, включая слабодренированные, кратковременно переувлажняемые, каменистые;
3. группа - пахотные земли, расположенные на склонах с уклонами 3-5, преимущественно со слабо- и среднесмытыми почвами. На них исключается возможность выращивания пропашных культур и размещения паров. На этих землях размещают группы культур, обладающих почвозащитными свойствами (культуры сплошного посева: озимые и яровые зерновые, зерновые бобовые, однолетние травы, смешанные посевы зерновых культур, пожнивные посевы озимых культур и др.);
4. группа - пахотные земли ограниченного использования. В эту группу объединяют земли, расположенные на склонах с уклонами 5-8, преимущественно со средне- и сильносмытыми почвами. На них выращивают группы культур, обладающих средними и высокими почвозащитными свойствами (зерновые, однолетние и многолетние травы), и применяют специальные приемы почвозащитной технологии обработки;
5. группа - малопригодные пахотные земли, расположенные на склонах с уклоном свыше 8, это в основном средне- и сильносмытые почвы и комплексы смыто-намытых почв, а также почвы с неудовлетворительными физико-механическими и агрохимическими свойствами для большинства районированных культур, имеющие неблагоприятный водный режим и технологические свойства. Размещают почвозащитные севообороты с 75 % многолетних трав или выводят из севооборота и залужают. [10].
Современные адаптивно-ландшафтные системы земледелия представляют сложный комплекс экологически безопасных методов производства продукции растениеводства и воспроизводства плодородия почвы, обеспечивающих агрономическую и экономическую эффективность использования агроландшафтов конкретного хозяйства. [7].
Тяжелые металлы в почвах
Содержание тяжелых металлов в почвах зависит, как установлено многими исследователями, от состава исходных горных пород, значительное разнообразие которых связано со сложной геологической историей развития территорий. Химический состав почвообразующих пород, представленный продуктами выветривания горных пород, предопределен химическим составом исходных горных пород и зависит от условий гипергенного преобразования.[2]
Рис.1. Среднее содержание в почвах различных химических элементов.
Первый этап трансформации оксидов тяжелых металлов в почвах является взаимодействие их с почвенным раствором и его компонентами. Даже в такой простой системе как вода, находящаяся в равновесии с СО2, атмосферного воздуха, оксиды тяжелых металлов подвергаются изменению и существенно различны по устойчивости.
Процесс трансформации поступивших в почву в процессе техногенеза тяжелых металлов включает следующие стадии:
1) преобразование оксидов тяжелых металлов в гидроксиды (карбонаты, гидрокарбонаты);
2) растворение гидроксидов тяжелых металлов, и адсорбция соответствующих катионов тяжелых металлов твердыми фазами почв;
3) образование фосфатов тяжелых металлов и их соединений с органическими веществами почвы.
Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхнем горизонте и медленно удаляются при выщелачивании, потреблением растениями и эрозии. Первый период полуудаления тяжелых металлов значительно варьируется для разных элементов: Zn - 70 - 510 лет, Cd - 13 - 110 лет, Cu - 310 - 1500 лет, Pb - 740 - 5900 лет.[3]
Свинец (Pb)
Атомная масса 207,2. Приоритетный элемент-токсикант. Все растворимые соединения свинца ядовиты. В естественных условиях он существует в основном в форме PbS. Кларк Pb в земной коре 16,0 мг/кг. По сравнению с другими тяжелыми металлами он наименее подвижен, причем степень подвижности элемента сильно снижается при известковании почв. Подвижный Pb присутствует в виде комплексов с органическим веществом. При высоких значениях рН свинец закрепляется в почве химически в виде гидроксида, фосфата, карбоната и Pb-органических комплексов.
Естественное содержание свинца в почвах наследуется от материнских пород и тесно связано с их минералогическим и химическим составом. ПДК свинца для почв в России соответствует 30 мг/кг, в Германии - 100 мг/кг.
Высокая концентрация свинца в почвах может быть связана как с природными геохимическими аномалиями, так и с антропогенным воздействием. При техногенном загрязнении наибольшая концентрация элемента, как правило, обнаруживается в верхнем слое почвы.
Основным источником загрязнения биосферы свинцом являются бензиновые двигатели, выхлопные газы которых содержат триэтилсвинец, теплоэнергетические предприятия, сжигающие каменный уголь, горнодобывающая, металлургическая и химическая промышленность.
Значительное количество свинца вносится в почву вместе со сточными водами, используемыми в качестве удобрения.
Кадмий (Cd)
Атомная масса 112,4. Кадмий по химическим свойствам близок к цинку, но отличается от него большей подвижностью в кислых средах и лучшей доступностью для растений. В почвенном растворе металл присутствует в виде Cd2+ и образовывает комплексные ионы и органические хелаты. Главный фактор, определяющий содержание элемента в почвах при отсутствии антропогенного влияния, - материнские породы. Кларк кадмия в литосфере 0,13 мг/кг. В почвообразующих породах содержание металла в среднем составляет: в глинах и глинистых сланцах - 0,15 мг/кг, лессах и лессовидных суглинках - 0,08, песках и супесях - 0,03 мг/кг.
Подвижность кадмия в почве зависит от среды и окислительно-восстановительного потенциала.
Ориентировочно-допустимое содержание (ОДК) кадмия для песчаных и супесчаных почв в России составляет 0,5 мг/кг, в Германии ПДК кадмия - 3 мг/кг.
Загрязнение почвенного покрова кадмием считается одним из наиболее опасных экологических явлений, так как он накапливается в растениях выше нормы даже при слабом загрязнении почвы. Наибольшие концентрации кадмия в верхнем слое почв отмечаются в горнорудных районах - до 469 мг/кг, вокруг цинкоплавилен они достигают 1700 мг/кг.
Цинк (Zn)
Атомная масса 65,4. Его кларк в земной коре 83 мг/кг. Цинк концентрируется в глинистых отложениях и сланцах в количествах от 80 до 120 мг/кг.
Важными факторами, влияющими на подвижность Zn в почвах, являются содержание глинистых минералов и величина рН. При повышении рН элемент переходит в органические комплексы и связывается почвой. Ионы цинка также теряют подвижность, попадая в межпакетные пространства кристаллической решетки монтмориллонита. С органическим веществом Zn образует устойчивые формы, поэтому в большинстве случаев он накапливается в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе.
Причинами повышенного содержания цинка в почвах могут быть как естественные геохимические аномалии, так и техногенное загрязнение. Основными антропогенными источниками его поступления в первую очередь являются предприятия цветной металлургии. В огородных почвах накапливается до 250 и более мг/кг цинка. ОДК цинка для песчаных и супесчаных почв равна 55 мг/кг, германскими учеными рекомендуется ПДК, равная 100 мг/кг.
Медь (Cu)
Атомная масса 63,5. Кларк в земной коре 47 мг/кг. В химическом отношении медь - малоактивный металл. Основополагающим фактором, влияющим на величину содержания Cu, является концентрация ее в почвообразующих породах. Из изверженных пород наибольшее количество элемента накапливают основные породы - базальты (100-140 мг/кг) и андезиты (20-30 мг/кг). Покровные и лессовидные суглинки (20-40 мг/кг) менее богаты медью. Наименьшее же ее содержание отмечается в песчаниках, известняках и гранитах (5-15 мг/кг).
В почвах медь является слабомиграционным элементом, хотя содержание подвижной формы бывает достаточно высоким. Количество подвижной меди зависит от многих факторов: химического и минералогического состава материнской породы, рН почвенного раствора, содержания органического вещества и др. Наибольшее количество меди в почве связано с оксидами железа, марганца, гидроксидами железа и алюминия и, особенно, с монтмориллонитом вермикулитом. Гуминовые и фульвокислоты способны образовывать устойчивые комплексы с медью. При рН 7-8 растворимость меди наименьшая.
ПДК меди в России - 55 мг/кг, ОДК для песчаных и супесчаных почв - 33 мг/кг, в ФРГ - 100 мг/кг.
Никель (Ni)
Атомная масса 58,7. В континентальных отложениях он присутствует, главным образом, в виде сульфидов и арсенитов, ассоциируется также с карбонатами, фосфатами и силикатами. Кларк элемента в земной коре равен 58 мг/кг. Наибольшее количество металла накапливают ультраосновные (1400-2000 мг/кг) и основные (200-1000 мг/кг) породы, а осадочные и кислые содержат его в гораздо меньших концентрациях - 5-90 и 5-15 мг/кг, соответственно. Большое значение в накоплении никеля почвообразующими породами играет их гранулометрический состав.
Содержание никеля в почвах в значительной степени зависит от обеспеченности этим элементом почвообразующих пород. Наибольшие концентрации никеля, как правило, наблюдаются в глинистых и суглинистых почвах, в почвах, сформированных на основных и вулканических породах и богатых органическим веществом. Распределение Ni в почвенном профиле определяется содержанием органического вещества, аморфных оксидов и количеством глинистой фракции.
Уровень концентрации никеля в верхнем слое почв зависит также от степени их техногенного загрязнения. Содержание никеля в почвах России ограничивается следующими нормативами: предельно-допустимая концентрация никеля в почвах - 85 мг/кг; ориентировочно допустимые концентрации для песчаных и супесчаных почв - 20; ОДК обменной формы - 4,0 мг/кг.
Хром (Cr)
Атомная масса 52. В природных соединениях хром обладает валентностью +3 и +6. Большая часть Cr3+ присутствует в хромите FeCr2O4 или других минералах шпинелевого ряда, где он замещает Fe и Al, к которым очень близок по своим геохимическим свойствам и ионному радиусу.
Кларк хрома в земной коре - 83 мг/кг. Наибольшие его концентрации среди магматических горных пород характерны для ультраосновных и основных (1600-3400 и 170-200 мг/кг соответственно), меньшие - для средних пород (15-50 мг/кг) и наименьшие - для кислых (4-25 мг/кг). Среди осадочных пород максимальное содержание элемента обнаружено в глинистых осадках и сланцах (60-120 мг/кг), минимальное - в песчаниках и известняках (5-40 мг/кг).
При рН 5,5 почти полностью выпадает в осадок. Ион Cr6+ крайне нестабилен и легко мобилизуется как в кислых, так и щелочных почвах. Адсорбция хрома глинами зависит от рН среды: при увеличении рН адсорбция Cr6+ уменьшается, а Cr3+ увеличивается. Органическое вещество почвы стимулирует восстановление Cr6+ до Cr3+.
Вклад антропогенных источников в поступление хрома весьма значителен. Металлический хром в основном используется для хромирования в качестве компонента легированных сталей. Загрязнение почв Cr отмечено за счет выбросов цементных заводов, отвалов железохромовых шлаков, нефтеперегонных заводов, предприятий черной и цветной металлургии, использования в сельском хозяйстве осадков промышленных сточных вод, особенно кожевенных предприятий, и минеральных удобрений.
Биогеохимические циклы тяжелых металлов
Несмотря на сравнительно низкую распространенность тяжелых металлов в природе, они оказывают большое влияние на биогеохимические процессы в биосфере. Так как многие низких оказывают выраженное токсическое действие на живые организмы.
Многочисленными исследованиями установлено, что наиболее токсичными являются следующие 9 элементов: Cr, As, Ni, Sb, Pb, Vo, Cd, Hg, Ta. Польские ученые провели ранжирование тяжелых металлов по потенциалу загрязнения на 4 группы.
К группе элементов с очень высоким потенциалом загрязнения отнесены кадмий, ртуть, свинец, медь, таллий, олово, хром, сурьма, серебро, золото.
К группе элементов с высоким потенциалом загрязнения относятся висмут, уран. Молибден, барий, марганец, титан, железо, селен, теллур.
К группе элементов со средним потенциалом загрязнения относятся фтор, бериллий, ванадий, рубидий, никель, кобальт, мышьяк, германий, индий, цезий, вольфрам.
Элементы со слабым потенциалом загрязнения - стронций, цирконий, лантан, ниобий.
Общеизвестно, что накопление свинца и цинка происходит в зонах интенсивного движения автотранспорта, вдоль автострад и в индустриальных центрах. Почвы в сельской местности содержат в 10-20 раз меньше свинца, чем почвы городов. Свинец обладает способностью накапливаться в органическом веществе почв. [6]
Доступность тяжелых металлов растениям зависит от вида растений, почвенных и климатических условий. У каждого вида растений концентрации тяжелых металлов могут варьировать в различных частях и органах, а также зависят от возраста растений. К почвенным факторам, существенно влияющим на доступность для растений тяжелых металлов, относятся: гранулометрический состав, реакция среды почвы, содержание органического вещества, катионообменная способность и дренаж. В более тяжелых почвах меньшая опасность возможной адсорбции растениями избыточного (токсичного) количества тяжелых металлов. [14]. С повышением рН почвенного раствора возрастает вероятность образования нерастворимых гидроксидов и карбонатов. Сложилось мнение, что для снижения до минимума доступности токсичного металла в почве необходимо поддерживать рН не ниже 6,5. Металлы могут образовывать сложные комплексные соединения с органическим веществом почвы, и поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения растениями.
Обменная емкость катионов зависит, главным образом, от содержания и минералогического состава глинистой части почв и содержания в них органического вещества.
Чем выше обменная емкость катионов, тем больше удерживающая способность почв по отношению к тяжелым металлам.
Избыток воды в почве способствует появлению в ней металлов с низкой валентностью в растворимой форме.
Приоритетные загрязнители биосферы - ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь. Увеличение их концентрации в воде, почве, воздухе и биоте является прямым показателем опасности для животных и человека. [8].
Биогеохимический круговорот - циклический процесс перемещения и трансформации химических элементов в пределах биосферы в биогеохимических пищевых цепях живых организмов.
Для предотвращения загрязнения и/или деградации наземных и водных экосистем городских территорий необходимо, чтобы антропогенные нагрузки загрязняющих веществ (поллютантов) укладывались в рамки природных колебаний различных звеньев биогеохимических пищевых цепей, что, как правило, должно сопровождаться существенным сокращением этих нагрузок. Для определения требуемого сокращения антропогенных нагрузок существуют различные приемы в токсикологии и химии окружающей среды, связанные с установлением различных стандартов типа предельно допустимых концентраций (ПДК) или ориентировочно допустимого содержания (ОДВ) поллютантов в различных средах. Эти приемы обычно основаны на моделировании с экспериментальными животными, и их результаты зачастую весьма далеки от реальных условий окружающей среды, что делает применение таких стандартов спорным как с экологической, так и экономической точки зрения.
Биогеохимическая цикличность является универсальным свойством биосферы, определяющим устойчивость любых экосистем, включая городские, к поступлению различных антропогенных поллютантов (кислотные соединения серы и азота, тяжелые металлы, стойкие органические соединения, агрохимикаты и др.).
Соответственно, концепция критических нагрузок (КН) основана на биогеохимических принципах и предполагает определение того уровня выпадений поллютантов, когда начинает проявляться их вредное воздействие на экосистемы. Величины критических нагрузок могут быть охарактеризованы как «максимальное поступление поллютантов (сера, азот, тяжелые металлы, стойкие органические соединения и др.), которое не сопровождается необратимыми изменениями в биогеохимической структуре, биоразнообразии и продуктивности экосистем в течение длительного времени, т. е. 50-100 лет».
тяжелый металл свинец никель
Выводы
1) Изучены ГОСТы и научная литература в области охраны природы, экологии, химии и почвоведения. Раскрыты понятия о форме нахождения тяжелых металлах в почвах и о агроландшафтах.
2) Указана часть источников загрязнения тяжелыми металлами почв, вод и атмосферы, их закрепление почве и форма попадания в растения.
3) Было показано разделение тяжелых металлов по потенциалу загрязнения и их биохимическая цикличность. Ведь биогеохимические циклы - это универсальное свойство биосферы так же к поступлению любых поллютантов.
Список литературы
1. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник.-- Л.: "Химия",1985.
2. Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: Справ. Изд./ Под ред. В.А. Филова и др. -- Л.: "Химия",1988.
3. Вредные химические вещества. Неорганические соединения V-VIII групп: Справ. Изд./ Под ред. В.А. Филова и др. -- Л.: "Химия",1989.
4. Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. - М.: "Мир", 1987.
5. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: 1987. 365 с.
6. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука. 1985. 243 с.
7. Орлов Л.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высшая школа, 2002. 334 с.
8. Тяжелые металлы в окружающей среде. М.: МГУ, 1980.
9. ГОСТ 17.4.3.03-85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охране от загрязнения.
10.ГОСТ 17.4.1.02-84. Охрана природы. Почвы. Термины и определения химического загрязнения.
11. ГОСТ 17.4.3.03-85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ.
12. ГОСТ 17.4.3.01-83. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб.
13.ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Общие термины и определения.
14.ГОСТ 19179-73. Гидрология суши. Термины и определения.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группы металлов. Физические свойства металлов. Химические свойства металлов. Коррозия металлов. Понятие о сплавах. Способы получения металлов.
реферат [19,2 K], добавлен 05.12.2003Методы определения металлов. Химико-спектральное определение тяжелых металлов в природных водах. Определение содержания металлов в сточных водах, предварительная обработка пробы при определении металлов. Методы определения сосуществующих форм металлов.
курсовая работа [24,6 K], добавлен 19.01.2014Физические и химические свойства тяжелых металлов и их соединений, используемых в промышленном производстве и являющихся источником загрязнения окружающй среды: хром, марганец, никель, кадмий, цинк, вольфрам, ртуть, олово, свинец, сурьма, молибден.
реферат [48,0 K], добавлен 13.03.2010Целлюлоза как сорбент в аналитической химии. Флуориметрическое определение металлов с использованием тиосемикарбазонов. Использование тиосемикарбазонов в хроматографических методах анализа. Изучение влияния кислотности среды на процесс сорбции металлов.
дипломная работа [233,3 K], добавлен 14.10.2013Проблема загрязнения окружающей среды химическими веществами - продуктами техногенеза. Определение содержания кислоторастворимых форм металлов (свинец, медь, цинк, никель, железо) в пробах почв Тульской области методом атомно-абсорбционной спектроскопии.
курсовая работа [805,1 K], добавлен 23.08.2015Закономерности формирования свойств полиферритов тяжелых щелочных металлов. Влияние модифицирующих добавок на формирование фазового состава и каталитических свойств ферритов. Влияние промышленной эксплуатации на активность железооксидного катализатора.
контрольная работа [113,0 K], добавлен 28.08.2012Общая характеристика металлов. Определение, строение. Общие физические свойства. Способы получения металлов. Химические свойства металлов. Сплавы металлов. Характеристика элементов главных подгрупп. Характеристика переходных металлов.
реферат [76,2 K], добавлен 18.05.2006Атомно-флуоресцентный анализ. Рентгеновская флуоресценция. Электрохимические методы анализа. Инверсионная вольтамперометрия. Полярографический метод. Определение содержание свинца и цинка в одной пробе. Определение содержания цинка дитизоновым методом.
курсовая работа [49,5 K], добавлен 05.11.2016Определение концентрации тяжелых металлов, фосфора и общего содержания восстановителей в водах и прибрежных растениях. Уровень загрязнения городского воздуха. Пробоотбор на сорбент с последующей термодесорбцией непосредственно в испарителе хроматографа.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 18.07.2011Тяжелые металлы. Биогеохимические свойства тяжелых металлов. Источники. 10 наиболее загрязненных городов бывшего СССР. Тяжелые металлы - это элементы периодической системы с относительной молекулярной массой больше 40.
реферат [14,6 K], добавлен 07.05.2002
