Техногенное загрязнение земель

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Источники техногенного загрязнения земель

2. Загрязнение земель радионуклидами и тяжелыми металлами

3. Экологические проблемы техногенно загрязненных земель

Заключение

Список использованных источников



Введение

Техногенное загрязнение земель в общем понятии - привнесение в почву веществ, или возникновение в них новых как правило, не характерных для них компонентов. Такие вещества - соли, нефть и нефтепродукты, некоторые минеральные удобрения, тяжелые металлы, пестициды, радионуклиды. Оказывающие вредное воздействие на человека. В результате загрязнения изменяется химический состав почвы, снижается ее качество, а сама почва может стать губительной средой для существования в ней и находящихся с ней в контакте организмов. Загрязнение почв затрагивает и другие природные объекты, может приводить к деградации почв.

В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии. В почве постоянно идут процессы самоочищения, когда населяющие почву организмы стремятся переработать попадающие в нее загрязнители. В 1 см³ здоровой почвы содержатся миллионы микроорганизмов, но способность ее к самоочищению не безгранична и при интенсивном загрязнении может быть утрачена [1].

Процесс загрязнения земель может быть естественным, природным (например, загрязнение почв и горных пород вредными токсичными компонентами при извержении вулкана) или искусственным (техногенным, антропогенным). Наибольшие экологические проблемы связаны именно с техногенными загрязнениями [2].

Цель работы: изучить источники техногенного загрязнения земель, а также выявить экологические проблемы, которые связаны с таким видом загрязнения.

Задачами курсовой являются:

а) ознакомится с источниками загрязнения земель;

б) определить какие загрязняющие вещества поступают в почву вследствие деятельности человека;

в) экологические проблемы почвы.

Данная тема актуальна, так как загрязнение почвы обусловлена тем, что почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений, а также почве отведена важнейшая роль в жизни общества, так как она представляет собой источник продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для населения планеты. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится.



1. Источники техногенного загрязнения земель

Основные загрязнения почвы начались в 20 веке с бурным развитием промышленного комплекса.

Под загрязнением почв понимают внесение в грунт нетипичных для него компонентов - так называемых «загрязнителей». Они могут пребывать в любом агрегатном состоянии - жидком, твердом, газообразном или комплексном.

Все почвенные загрязнители можно поделить на 3 группы:

а) органические (пестициды, инсектициды, гербициды, ароматические углеводороды, хлорсодержащие вещества, фенолы, органические кислоты, нефтепродукты, бензин, лаки и краски);

б) неорганические (тяжелые металлы, асбест, цианиды, щелочи, неорганические кислоты и прочие);

в) радиоактивные.

Таким образом, основные загрязнения почвы осуществляются именно при помощи этих и некоторых других загрязнителей. Повышенное содержание данных веществ в земле может привести к негативным и необратимым последствиям.

Источники загрязнения можно разделить на искусственные и естественные (рисунок 1).



Рисунок 1 - Схема загрязнения и изъятия земли [5]

Загрязнения почвы трудно классифицируются, в разных источниках их деление даётся по-разному. Если обобщить и выделить главное, то главными источниками техногенного загрязнения земель, являются:

- мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами. От жилых домов и бытовых предприятий в последние годы в почву все больше попадает бытового мусора, фекалий, пищевых отходов; при реконструкции - строительного мусора. В эту группу входят различные по характеру загрязнения смешанного характера, включающие как твёрдые, так и жидкие вещества, не слишком вредные для организма человека, но засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений на этой площади.

- тяжёлыми металлами. Данный вид загрязнений уже представляет значительную опасность для человека и других живых организмов, так как тяжёлые металлы нередко обладают высокой токсичностью и способностью к кумуляции в организме. Наиболее распространённое автомобильное топливо - бензин - содержит очень ядовитое соединение - тетраэтилсвинец, содержащее тяжёлый металл свинец, который попадает в почву. Из других тяжёлых металлов, соединения которых загрязняют почву, можно назвать Cd (кадмий), Cu (медь), Cr (хром), Ni (никель), Co (кобальт), Hg (ртуть), As (мышьяк), Mn (марганец).

- сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты, применяемые в сельском и лесном хозяйстве для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов.

Пестициды - это химические вещества в настоящее время широко используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных растений и поэтому могут находиться в почве в значительных количествах. По своей опасности для животных и человека они приближаются к предыдущей группе.

Именно по этой причине был запрещён для использования препарат ДДТ (дихлор-дифенил-трихлорметилметан), который является не только высокотоксичным соединением, но, также, он обладает значительной химической стойкостью, не разлагаясь в течение десятков лет. Следы ДДТ были обнаружены исследователями даже в Антарктиде! Пестициды, с одной стороны, спасают урожай, защищают сады, поля, леса от вредителей и болезней, уничтожают сорную растительность, освобождают человека от кровососущих насекомых и переносчиков опаснейших болезней (малярия, клещевой энцефалит и др.), с другой стороны - разрушают естественные экосистемы, являются причиной гибели многих полезных организмов, отрицательно влияют на здоровье людей. Пестициды обладают рядом свойств, усиливающих их отрицательное влияние на окружающую среду.

Технология применения определяет прямое попадание на объекты окружающей среды, где они передаются по цепям питания, долгое время циркулируют по внешней среде, попадай из почвы в воду, из воды в планктон, затем в организм рыбы и человека или из воздуха и почвы в растения, организм травоядных животных и человека [3].

- теплоэнергетика. Помимо образования массы шлаков при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы, в конце которая оказывается в почве.

- химическая промышленность. Отходы химической промышленности и её продукция (органические химические соединения, продукты неорганической химии, ПАВ и др.) Не следует забывать, что значительный вклад в загрязнение окружающей среды вносят выбросы предприятий этих производств в атмосферу: диоксид серы, оксид углерода, твердые вещества (пыль, зола, сажа, дым, сульфаты, нитраты и др.), оксиды азота, углеводороды и летучие органические соединения.

- транспорт. При работе внутренних двигателей в атмосферу интенсивно выделяются свинец, оксиды азота, углеводороды и другие вещества, которые оседают на поверхности почвы или поглощаются растениями. Каждая машина выбрасывает в окружающую среду в среднем в год 1 килограмм свинца. Свинец выбрасывается через выхлопные газы автомобилей, оседает на растениях, потом проникает в почву, где он может оставаться очень долго, так как плохо растворяется.

- радиоактивное загрязнение почв. Радиоактивное загрязнение - это превышение концентрации радионуклидов в почве над показателями максимально допустимой нормы. Загрязненные территории отличаются значительным превышением доз внутреннего и внешнего облучений. Источниками загрязнения являются две группы: техногенные радионуклиды и природные. Стремительный рост производства и использование удобрений с каждым годом влияет на рост количества радиоактивно загрязненных почв. Многие исследователи утверждают, что поражения радиационными частицами окружающей среды приводят к полной гибели популяций и биогеоценозов. Происходит это из-за высокого уровня загрязнения. Такие зоны фиксируются чаще вблизи мест, где случился выброс радиации и, как следствие, произошло радиационное загрязнение земельного покрова. Территория Чернобыля стала зоной отчуждения после известной аварии. Тогда сотни гектаров земли получили огромную дозу радиации, и, как результат, они были полностью закрыты и не используются в жизнедеятельности человека [4].

2. Загрязнение земель радионуклидами и тяжелыми металлами

Загрязнение почв по величине зон делится на фоновое, локальное, региональное и глобальное Фоновое загрязнение близкое к его естественного состава. Локальным считается загрязнение почвы вблизи одного или нескольких источников загрязнения. Региональным загрязнения считается при переносе загрязняющих веществ до 40 км от источника загрязнения, а глобальным - при загрязнении почв нескольких регионов.

По степени загрязнения почвы делятся на сильно загрязненные, средне загрязненные, слабо загрязненные.

В сильнозагрязненных почвах количество загрязняющих веществ в несколько раз превышает ПДК. Они имеют ряд биологическую продуктивность и существенные изменения физико-химических, химических и биологических характеристик, в результате чего содержание химических веществ в выращиваемых культурах превышает норму. В средне загрязненных почвах превышение ПДК незначительное, что не приводить к заметным изменениям его свойств.

В слабозагрязненных почвах содержание химических веществ не превышает ПДК, но превышает фон.

Загрязнение земель зависит в основном от класса опасных веществ, которые попадают в почву:

1 класс - высокоопасные вещества;

2 класс - умеренно опасные вещества;

3 класс - малоопасные вещества.

Класс опасности веществ устанавливается по показателям [9].



Таблица 1 - Показатели и классы опасных веществ [9]

Показатель	Нормы концентрацый
	1 класс	2 класс	3 класс
Токсичность, ЛД50	менее 200	200-1000	больше 1000
Персистентность в почве, мес.	больше 12	6-12	менее 6
ПДК в почве, мг/кг	менее 0.2	0.2-0.5	больше 0.5
Персистентность в растениях, мес.	3 и более	1-3	менее 1
Влияние на пищевую ценность сельскохозяйственной продукции	Сильный	Умеренный	Нет

Загрязнение почв радиоактивными веществами обусловлено главным образом испытанием в атмосфере атомного и ядерного оружия, которое не прекращено отдельными государствами и на сегодня. Выпадая с радиоактивными осадками, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и другие нуклиды, поступая в растения, а затем в продукты питания и организм человека, вызывают радиоактивное заражение, обусловленное внутренним облучением [8].

Радионуклиды - химические элементы, способные к самопроизвольному распаду с образованием новых элементов, а также образованные изотопы любых химических элементов. Химические элементы, способные к самопроизвольному распаду называются радиоактивными. Наиболее употребляемый синоним ионизирующей радиации - радиоактивное излучение.

Радиоактивное излучение - естественный фактор в биосфере для всех живых организмов, да и сами живые организмы обладают определенной радиоактивностью. Среди биосферных объектов почвы обладают наиболее высокой естественной степенью радиоактивности.

Однако, в 20 веке человечество столкнулось с радиоактивностью запредельно превышающей естественную, а следовательно, и биологически аномальную. Первыми пострадавшими от избыточных доз радиации были великие ученые, открывшие радиоактивные элементы (радий, полоний) супруги Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри. А затем: Хиросима и Нагасаки, испытания атомного и ядерного оружия, многие катастрофы, в том числе Чернобыльская и т.д. Огромные пространства были загрязнены долгоживущими радионуклидами - ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr. Согласно действующему законодательству, одним из критериев отнесения территорий к зоне радиоактивного загрязнения является превышение плотности загрязнения ¹³⁷Cs величины 37 кБк/м². Такое превышение было установлено на 46,5 тыс. км² во всех областях Беларуси.

Уровни загрязнения территории ⁹⁰Sr выше 5,5 кБк/м² (законодательно установленный критерий) были выявлены на площади 21,1 тыс. км² в Гомельской и Могилевской областях, что составляло 10 % от территории страны. Загрязнение изотопами ^238,239+240Pu с плотностью более 0,37 кБк/м² (законодательно установленный критерий) охватывало около 4,0 тыс. км², или около 2 % территории, в основном в Гомельской области (Брагинский, Наровлянский, Хойникский, Речицкий, Добрушский и Лоевский районы) и Чериковском районе Могилевской области.

Природные процессы распада радионуклидов за 25 лет, прошедших после чернобыльской катастрофы, внесли коррективы в структуру их распределения по регионам Беларуси. За этот период уровни и площади загрязнения сократились. С 1986 по 2010 г. площадь территории, загрязненной ¹³⁷Cs с плотностью выше 37 кБк/м² (выше 1 Ки/км²), уменьшилась с 46,5 до 30,1 тыс. км² (с 23 % до 14,5 %). По загрязнению ⁹⁰Sr с плотностью 5,5 кБк/м² (0,15 Ки/км²) этот показатель снизился - с 21,1 до 11,8 тыс. км² (с 10 % до 5,6 %) (Таблица 2).

загрязнение техногенный земля радионуклид

Таблица 2 - Загрязнение территории Республики Беларусь 137Cs в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС (на 1.01.2012 г.)

Область	Площадь сельскохозяйственных земель, тыс. гa
	Загрязненных 137Cs	в том числе с плотностью загрязнения, кБк/м2 (Ки/км2)
		37+185 (1.0+4.9)	185+370 (5.0+9.9)	370+555 (10.0+14.9)	555+1110 (15.0+29.9)	1110+1480 (30.0+39.9)
Брестская	66,2	63,6	2,4	0,2	0,0	0,0
Витебская	0,3	0,3	0,0	0,0	0,0	0,0
Гомельская	580,7	428,0	102,5	29,2	20,1	0,7
Гродненская	27,3	27,0	0,3	0,0	0,0	0,0
Минская	53,8	53,0	0,8	0,0	0,0	0,0
Могилевская	277,8	211,0	49,1	11,2	6,4	0,0
Республика Беларусь	1006,1	782,9	155,2	40,7	26,5	0,7

Наиболее значимыми объектами биосферы, определяющими биологические функции всего живого, являются почвы.

Радиоактивность почв обусловлена содержанием в них радионуклидов. Различают естественную и искусственную радиоактивность.

Естественная радиоактивность почв вызывается естественными радиоактивными изотопами, которые всегда в тех или иных количествах присутствуют в почвах и почвообразующих породах.

Естественные радионуклиды подразделяют на 3 группы. Первая группа включает радиоактивные элементы - элементы, все изотопы которых радиоактивны: уран (²³⁸U, ²³⁵U), торий (²³²Th), радий (²²⁶Ra) и радон (²²²Rn, ²²⁰Rn). Во вторую группу входят изотопы «обычных» элементов, обладающие радиоактивными свойствами: калий (⁴⁰К), рубидий (⁸⁷Rb), кальций (⁴⁸Са), цирконий (⁹⁶Zr) и др. Третью группу составляют радиоактивные изотопы, образующиеся в атмосфере под действием космических лучей: тритий (³Н), бериллий (⁷Ве, ¹⁰Ве) и углерод (¹⁴С).

По способу и времени образования радионуклиды подразделяют на: первичные - образовавшиеся одновременно с образованием планеты (⁴⁰К, ⁴⁸Сa, ²³⁸U); вторичные продукты распада первичных радионуклидов (всего 45 - ²³²Th, ²³⁵U, ²²⁰Rn, ²²²Rn, ²²⁶Ra и др.); индуцированные - образовавшиеся под действием космических лучей и вторичных нейтронов (¹⁴С, ³Н, ²⁴Na). Всего насчитывают более 300 природных радионуклидов [16]. Валовое содержание естественных радиоактивных изотопов в основном зависит от почвообразующих пород. Почвы, сформировавшиеся на продуктах выветривания кислых пород, содержат радиоактивных изотопов 24 больше, чем образовавшиеся на основных и ультраосновных породах; тяжелые почвы содержат их больше, чем легкие.

Естественные радиоактивные элементы распределяются по профилю почв обычно относительно равномерно, но в некоторых случаях они аккумулируются в иллювиальных и глеевых горизонтах. В почвах и породах присутствуют преимущественно в прочносвязанной форме.

Искусственная радиоактивность почв обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности или в результате аварий на атомных предприятиях. Образование изотопов в почвах может происходить вследствие наведенной радиации. Наиболее часто искусственное радиоактивное загрязнение почв вызывают изотопы ²³⁵U, ²³⁸U, ²³⁹Pu, ¹²⁹I, ¹³¹I, ¹⁴⁴Ce, ¹⁴⁰Ba, ¹⁰⁶Ru, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и др.

Экологические последствия радиоактивного загрязнения почв заключаются в следующем. Включаясь в биологический круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. Радионуклиды, подобно многим другим загрязняющим веществам, постепенно концентрируются в пищевых цепях.

В экологическом отношении наибольшую опасность представляют ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Это обусловлено длительным периодом полураспада (28 лет ⁹⁰Sr и 33 года ¹³⁷Cs), высокой энергией излучения и способностью легко включаться в биологический круговорот, в цепи питания. Стронций по химическим свойствам близок к кальцию и входит в состав костных тканей, а цезий близок к калию и включается во многие реакции живых организмов.

Искусственные радионуклиды закрепляются в основном (до 80-90%) в верхнем слое почвы: на целине - слое 0-10 см, на пашне - в пахотном горизонте. Наибольшей сорбцией обладают почвы с высоким содержанием гумуса, тяжелым гранулометрическим составом, богатые монтмориллонитом и гидрослюдами, с непромывным типом водного режима. В таких почвах радионуклиды способны к миграции в незначительной степени. По степени подвижности в почвах радионуклиды образуют ряд ⁹⁰Sr > ¹⁰⁶Ru > ¹³⁷Ce > ¹²⁹J > ²³⁹Pu. Скорость естественного самоочищения почв от радиоизотопов зависит от скоростей их радиоактивного распада, вертикальной и горизонтальной миграции. Период полураспада радиоактивного изотопа - время, необходимое для распада половины количества его атомов.

Таблица 3 - Характеристика радиоактивных веществ [7]

№	Элемент	Изотоп	Керма-постоянная	Гамма-постоянная	Дозовый коэффициент облучения	Период полураспада
1	Натрий	22Na	78,02	11,90		2,6 года
2		24Na	119,40	18,55		15 ч
3	Калий	40Ка	5,10	0,19		1,28-106 лет
4	Аргон	41 Аг	43,09	6,60		109,61 мин
5	Марганец	52Mn	118,30	18,03		271 суток
6		56Mn	55,80	2,28		2,6 ч
7	Кобальт	60Со	84,60	12,93	1,15•10 15	5,26 года
8	Медь	64Cu	7,42	1,12		12.8 ч
9	Цинк	65Zn	-	-		246 суток
10	Мышьяк	74As	16,74	4,43		26,3 ч
11	Бром	82Br	87,30	14,50		6,13 мин
12	Стронций	90Sr	-	-		29,12 года
13	Рутений	l03Ru	-	-	2,68•10 -16	39,3 суток
14		106Ru	7,58	1,54	1,03•10 -16	1 год
15	Йод	131I	14,20	2,15	1,93•10 -16	8,04 суток
16	Цезий	134Cs	57,40	8,60	7,83•10 -16	2,06 года
17		137Cs	21,33	3,24	2,91•10-16	30 лет
18	Лантан	140La	75,60	11,14		40,2 ч
19	Прометий	l45Pm	-	-		2,6 года
20	Европий	154Eu	43,04	5,02		16 лет
21	Ртуть	203Hg		-		46,8 суток
22	Теллур	204TI		-		3,6 года
23	Полоний	210PI		-		138,4 суток
24	Радий	226Ra	59,50	-		1601 год
25	Плутоний	239Pu	-	-	3,73-10-20	2.44 -104 лет



Радиоактивность в живых организмах обладает накопительным эффектом. Для человека величина ЛД₅₀ (летальная доза, облучение в которой вызывает 50 % гибель биообъектов) составляет 2,5-3,5 Гр.

Доза 0,25 Гр считается условно нормальной для внешнего облучения. 0,75 Гр облучение всего тела человека или 2,5 Гр облучение щитовидной железы от радиоактивного йода ¹³¹I требуют мер по радиационной защите населения.

Особенность радиоактивного загрязнения почвенного покрова заключается в том, что количество радиоактивных примесей чрезвычайно мало, и они не вызывают изменений основных свойств почвы - рН, соотношения элементов минерального питания, уровня плодородия.

Поэтому, в первую очередь, следует лимитировать (нормировать) концентрации радиоактивных веществ, поступающих из почвы в продукцию растениеводства. Поскольку в основном радионуклиды являются тяжелыми металлами, то основные проблемы и пути нормирования, санации и охраны почв от загрязнения радионуклидами и тяжелыми металлами в большей степени сходны и зачастую могут рассматриваться вместе.

Таким образом, радиоактивность почв обусловлена содержанием в них радионуклидов. Естественная радиоактивность почв вызвана естественными радиоактивными изотопами, которые всегда в тех или иных количествах присутствуют в почвах и почвообразующих породах. Искусственная радиоактивность почв обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности или в результате аварий на атомных предприятиях.

Наиболее часто искусственное радиоактивное загрязнение почв вызывают изотопы ²³⁵U, ²³⁸U, ²³⁹Pu, ¹²⁹I, ¹³¹I, ¹⁴⁴Ce, ¹⁴⁰Ba, ¹⁰⁶Ru, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и т. д. Интенсивность радиоактивного загрязнения на конкретной территории определяется двумя факторами:

а) концентрацией радиоактивных элементов и изотопов в почвах;

б) природой самих элементов и изотопов, которая в первую очередь детерминируется периодом полураспада.

В экологическом отношении наибольшую опасность представляют ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Они прочно закрепляются в почвах, характеризуются длительным периодом полураспада (⁹⁰Sr - 28 лет и ¹³⁷Cs - 33 года) и легко включаются в биологический круговорот как элементы, близкие к Ca и K. Накапливаясь в организме они являются постоянными источниками внутреннего облучения.

В соответствии с ГОСТом токсические химические элементы разделены по классам гигиенической опасности. По почвам они таковы:

а) I класс: мышьяк (As), бериллий (Be), ртуть (Hg), селен (Sn), кадмий (Cd), свинец (Pb), цинк (Zn), фтор (F);

б) II класс: хром (Cr), кобальт (Co), бор (B), молибден (Mn), никель (Ni), медь (Cu), сурьма (Sb);

в) III класс: барий (Ba), ванадий (V), вольфрам (W), марганец (Mn), стронций (Sr).

Тяжелые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие широко известные загрязнители, как двуокись углерода и серы. В перспективе они могут стать более опасными, чем отходы атомных электростанций и твердые отходы. Загрязнение тяжёлыми металлами связано с их широким использованием в промышленном производстве. В связи с несовершенными системами очистки тяжёлые металлы попадают в окружающую среду, в том числе и в почву, загрязняя и отравляя ее. Тяжёлые металлы относятся к особым загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

Почва является основной средой, в которую попадают тяжёлые металлы, в том числе из атмосферы и водной среды. Она же служит источником вторичного загрязнения приземного воздуха и вод, попадающих из нее в Мировой океан. Из почвы тяжёлые металлы усваиваются растениями, которые затем попадают в пищу.

Термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы.

В работах, посвященных проблемам загрязнения почвы и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 40 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см³. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов.

На поверхность почвы тяжелыми металлами поступают в различных формах. Это оксиды и различные соли металлов, как растворимые, так и практически нерастворимые в воде (сульфиды, сульфаты, арсениты и др.). В составе выбросов предприятий по переработке руды и предприятий цветной металлургии - основного источника загрязнения окружающей среды тяжёлые металлы - основная масса металлов (70-90 %) находится в форме оксидов. Попадая на поверхность почв, они могут либо накапливаться, либо рассеиваться в зависимости от характера геохимических барьеров, свойственных данной территории [10]. Распределение тяжёлых металлов в различных объектах биосферы и источники поступления их в окружающую среду (таблица 4).

Таблица 4 - Источники поступления тяжелых металлов в окружающую cреду [17]

Элемент	Естественное загрязнение	Техногенное загрязнение
1	2	3
As	Извержение вулканов, ветровая эрозия.	Добыча и переработка мышьяк содержащих руд и минералов, пирометаллургия и получение серной кислоты, суперфосфата; сжигание, нефти, торфа, сланцев.
Se	Выпадение с атмосферными осадками. Вулканическая деятельность.	Обогащение руд, производство серной кислоты, сжигание угля.
В	Входит в состав многих минералов.	Сточные воды производств: металлургического, машиностроительного, текстильного, стекольного, керамического и кожевенного. Разработка борсодержащих руд.
F	Широко распространен в природе, составляя примерно 0,08 % земной коры.	Электростанции, работающие на угле, производство алюминия и суперфосфатных удобрений.
Cr	В элементарном состоянии в природе не встречается. В виде хромита входит в состав земной коры.	Выбросы предприятий, где добывают, получают и перерабатывают хром.
Co	Известно более 100 кобальт-содержащих минералов.	Сжигание в процессе промышленного производства природных и топливных материалов.
Mo	Входит в состав многих минералов.	Металлургический процесс переработки и обогащения руд, фосфорные удобрения, производство цемента, выбросы ТЭС.
Ni	Входит в состав 53 минералов.	Выбросы предприятий горнорудной промышленности, цветной металлургии, машиностроительные, металлообрабатывающие, химические предприятия, транспорт, ТЭС.
Сu	Общие мировые запасы меди в рудах оценивают 465 млн т. Входит в состав минералов Самородная образуется в зоне окисления сульфидных месторождений. Вулканические и осадочные породы.	Предприятия цветной металлургии, транспорт, удобрения и пестициды, процессы сварки, гальванизации, сжигание углеводородных топлив.
Zn	Относиться к группе рассеянных элементов. Широко распространен во всех геосферах. Входит в состав 64 минералов.	Высокотемпературные технологические процессы. Потери при транспортировке, сжигание каменного угля. Ежегодно с атмосферными осадками на 1 км2 поверхности Земли выпадает 72 кг цинка, что в 3 раза больше, чем свинца и в 12 раз больше, чем меди.
Cd	Относится к редким рассеянным элементам: содержится в виде изоморфной примеси во многих минералах.	Локальное загрязнение - выбросы промышленных комплексов, загрязнение различной степени мощности это тепловые энергетические установки, моторы.
Hg	Рассеянный элемент, концентрируется в сульфидных рудах. Небольшое количество встречается в самородном виде.	Процесс пирометаллургического получения металла, а также все процессы, в которых используется ртуть. Сжигание любого органического топлива (нефть, уголь, торф, газ, древесина) металлургические производства, термические процессы с нерудными материалами.
Pb	Содержится в земной коре, входит в состав минералов. В окружающую среду поступает в виде силикатной пыли почвы, вулканического дыма, испарений лесов, морских солевых аэрозолей и метеоритной пыли.	Выбросы продуктов, образующихся при высокотемпературных технологических процессах, выхлопные газы, сточные воды, добыча и переработка металла, транспортировка, истирание и рассеивание.

Самыми мощными поставщиками отходов, обогащенных металлами, являются предприятия по выплавке цветных металлов (алюминиевые, глиноземные, медно-цинковые, свинцово-плавильные, никелевые, титаномагниевые, ртутные), а также по переработке цветных металлов (радиотехнические, электротехнические, приборостроительные, гальванические и пр.). В пыли металлургических производств, заводов по переработке руд концентрация Pb, Zn, Bi, Sn может быть повышена по сравнению с литосферой на несколько порядков (до 10-12), концентрация Cd, V, Sb - в десятки тысяч раз, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag - в сотни раз. Отходы предприятий цветной металлургии, заводов лакокрасочной промышленности и железобетонных конструкций обогащены ртутью. В пыли машиностроительных заводов повышена концентрация W, Cd, Pb (Таблица 5).

Таблица 5 - Основные техногенные источники тяжелых металлов [17]

Источники тяжелых металлов	Элементы
Цветная металлургия	Pb, Zn, Сu, Hg, Mn, Sb, W, Со, Cd
Черная металлургия	Ni, Mn, Pb, Си, Zn, W, Co
Энергетика	As, Sb, Se
Нефтяная промышленность	Pb, Си, Ni, Zn, Mn
Сжигание угля	Sb, As, Cd, Cr, Mo
Сжигание нефти	As, Pb, Cd

Под влиянием обогащенных металлами выбросов формируются ареалы загрязнения ландшафта преимущественно на региональном и локальном уровнях. С выхлопными газами автомобилей в окружающую среду выбрасывается значительное количество Pb, которое превышает его поступление с отходами металлургических предприятий.

Почвы мира часто обогащены не только тяжелыми, но и другими веществами природного и антропогенного генезиса. Выявление «насыщение» почв металлами и элементами Э.А. Новиков объяснил следствием взаимодействия человека и природы (таблица 6).

Основным элементом-загрязнителем пригородных почв Беларуси является свинец. Повышенное его содержание наблюдается в пригородных зонах Минска, Гомеля, Могилева. Загрязнение почв свинцом на уровне ПДК (32 мг/кг) и выше отмечено локально, небольшими участками, по направлению господствующих ветров.



Таблица 6 - Сочетание взаимодействия человека и природы [7]

Элементы	Природа концентрирует	Человек концентрирует	Человек рассеивает
Железо, молибден	+	-	+
Металлы платиновой группы	+	+	-
Олово	+	-	+
Золото, серебро, уран	-	+	-
Углерод, калий, натрий	-	-	+
Фосфор, магний	-	-	+
Азот	+	+	+
Вольфрам, медь, никель	-	+	+
Свинец, титан, кобальт	-	+	+

Как видно из таблицы, большинство металлов, в том числе и тяжелые, человек рассеивает. Закономерности распределения рассеянных человеком элементов в педосфере представляют важное и самостоятельное направление в исследовании почв. А.П Виноградов, Р. Митчелла, Д. Свайна, Х. Боуэна, Р. Брукса, В.В Добровольского. Результатом их исследований явилось выявление средних значений концентраций элементов в почвах отдельных континентов стран, регионов и в целом по миру (таблица 7).

На отдельных полях Минской овощной фабрики, где на протяжении ряда лет применялись в качестве удобрений твердые бытовые отходы, содержание свинца достигает 40-57 мг/кг почвы. На этих же полях содержание подвижных форм цинка и меди в почве составляет соответственно 65 и 15 мг/кг при предельном уровне для цинка 23 мг/кг и меди 5 мг/кг.

Вдоль автомагистралей почва сильно загрязнена свинцом и в меньшей степени кадмием. Загрязнение почв придорожных полос автомобильных дорог межгосударственного (Брест - Москва, Санкт-Петербург - Одесса), республиканского (Минск - Слуцк, Минск - Логойск) и местного (Заславль - Дзержинск, Жабинка - Б. Мотыкалы) значения наблюдается на расстоянии до 25-50 м от полотна дороги в зависимости от рельефа местности и наличия лесозащитных полос. Максимальное содержание свинца в почве отмечено на расстоянии 5-10 м от автотрассы. Оно выше фонового значения в среднем в 2-2,3 раза, но несколько ниже или близко к ПДК. Содержание кадмия в почвах Беларуси находится на уровне фона (до 0,5 мг/кг). Превышение фона до 2,5 раза отмечено локально на расстоянии до 3-5 км от крупных городов и достигает 1,0-1,2 мг почвы при ПДК 3 мг/кг для стран Западной Европы (ПДК кадмия для почв Беларуси не разработана). Площадь почв в Беларуси, загрязненных от различных источников свинцом в настоящее время ориентировочно составляет 100 тыс. га, кадмием - 45 тыс. га [19].

Таблица 7 - Сочетание взаимодействия человека и природы [7]

Элементы	Средние значение (Почвы США, X. Шаклетт, Дж. Борнгсн, 1984)	Средние значение (Почвы мира, А. П. Виноградов, 1957)	Элементы	Средние значение (Почвы США, Дж. Борнген, 1984)	Средние значение (Почвы мира, А.П. Виноградов, 1957)
Ti	2900	4600	Ga	17,00	30,00
Ва	580	500	Nb	11,00	-
Мn	550	850	Tb	9,40	6,00
F	430	200	Sc	8,90	7,00
Zr	230	300	Со	9,10	8,00
Sr	240	300	As	7,20	5,00
V	80	100	Yb	3,10	-
Rb	67	100	U	2,70	1,00
Zn	60	50	Sn	1,30	10,00
Cr	54	200	Je	1,20	-
La	37	40	J	1,20	5,00
В	33	10	Mo	0,97	2,00
Y	25	50	Be	0,92	6,00
Cl.	25	20	Br	0,85	5,00
Li	24	30	Sb	0,66	1,00
Ni	19	40	Se	0,39	0,01
Pb	19	10	Hg	0,09	0,03



В настоящее время производится агрохимическое картирование на содержание меди в почвах Беларуси, и уже установлено, что в республике 260,3 тыс. га сельскохозяйственных земель загрязнены медью (Таблица 8).

Таблица 8 - Сельскохозяйственные земли Беларуси, загрязненные медью (тыс. га) [20]

Области	Всего загрязнено	В том числе по содержанию Cu, мг/кг
		5,1-7,0	7,1-15.0	15,1-30.0	более 30
Брестская	85,2	59,8	25,3	0,1	-
Витебская	15,9	11,7	3,9	0,2	0,1
Гомельская	60,8	38,3	20,1	2,4	-
Гродненская	43,9	26,3	16,0	1,4	0,2
Минская	37,0	22,6	13,3	1,1	-
Могилевская	17,5	10,4	7,1	-	-
Всего по Беларуси	260,3	169,1	85,7	5,2	0,3

Среднее содержание подвижной меди в почвах пашни невелико и составляет 2,1 мг/кг, улучшенных сенокосных и пастбищных земель - 2,4 мг/кг. В целом по республике 34 % пахотных и 36 % сенокосных и пастбищных земель имеют очень низкую обеспеченность медью (менее 1,5 мг/кг) и остро нуждаются в применении медьсодержащих удобрений. На почвах с избыточным содержанием меди (3,3 % сельскохозяйственных земель) использование любых форм удобрений, содержащих медь, должно быть исключено.

3. Экологические проблемы техногенно загрязненных земель

Почвы вокруг больших городов и крупных предприятий цветной и чёрной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения, ТЭС на расстоянии в несколько десятков километров загрязнены тяжёлыми металлами, нефтепродуктами, соединениями свинца, серы и другими токсичными веществами. Среднее содержание свинца в почвах пятикилометровой зоны вокруг городов находится в пределах 0,4 80 ПДК. Среднее содержание марганца вокруг предприятий чёрной металлургии колеблется в пределах 0,05-6 ПДК. Поэтому нельзя собирать грибы, ягоды, яблоки, орехи и лекарственные травы вдоль автодорог! Предприятия чёрной металлургии, сточные воды с рудников - это наиболее массовые источники загрязнения почв медью. Из промышленной пыли, особенно из рудников, и благодаря применению суперфосфатных удобрений происходит загрязнение почв цинком.

Таким образом, интенсивное развитие промышленного производства приводит к росту промышленных отходов, которые в совокупности с бытовыми отходами существенно влияют на химический состав почвы, вызывая ухудшение её качества. Сильное загрязнение почвы тяжёлыми металлами вместе с зонами сернистых загрязнений, образующихся при сжигании каменного угля, приводят к изменению состава микроэлементов и возникновению техногенных пустынь.

Изменение содержания микроэлементов в почве немедленно сказывается на здоровье травоядных животных и человека, приводит к нарушению обмена веществ, вызывая различные эндемические заболевания местного характера. Например, недостаток йода в почве ведет к болезни щитовидной железы, недостаток кальция в питьевой воде и продуктах питания - к поражению суставов, их деформации, задержке роста. Почва становится мёртвой при содержании в ней 2 - 3 г свинца на 1 кг грунта (вокруг некоторых предприятий содержание свинца в почве достигает 10 - 15 г/кг). В почве всегда присутствуют канцерогенные (химические, физические, биологические) вещества, вызывающие опухолевые заболевания у живых организмов, в т. ч. и раковые [12].

В почвах подзолистого типа с высоким содержанием железа при его взаимодействии с серой образуется сернистое железо, которое является сильным ядом. В результате в почве уничтожается микрофлора (водоросли, бактерии), что приводит к потере плодородия. Из-за ветровой и водной эрозии, засоления и других подобных причин в мире ежегодно теряется 5-7 млн га пашен. Только ускоренная эрозия почвы за последнее столетие повлекла за собой потерю 2 млрд га плодородных земель.

На пастбищах, где происходит перевыпас скота, часто уничтожается растительный покров, удерживающий плодородный слой почвы. Растения выедаются целиком и погибают, в результате чего дождевая вода беспрепятственно размывает поверхность почвы, вызывая обширную эрозию, что в конечном итоге ведет к возникновению глубоких оврагов. Ежегодно в мире из-за перевыпаса и последующей эрозии теряется около 7 млн га пастбищных угодий, многие из которых превращаются в пустыню. Пустыни обычно возникают естественным образом, однако этот процесс, называемый опустыниванием, часто ускоряется в результате деятельности человека [14].

Переуплотнение почв, то есть уменьшение ее межагрегатной и агрегатной порозности и увеличение плотности до 1,4 г/см³. Главной причиной этого является использование на полях тяжелой сельскохозяйственной техники, что приводит к образованию подплужной подошвы с повышенной плотностью. Это препятствует свободной инфильтрации влаги в почве и приводит к ее переувлажнению [13].

В работах, посвященных проблемам загрязнения почвы и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 40 атомных единиц. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см³. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации.

Экологические последствия радиоактивного загрязнения почв заключаются в следующем. Включаясь в биологический круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. Радионуклиды, подобно многим другим загрязняющим веществам, постепенно концентрируются в пищевых цепях.



Заключение

Почвенный покров Земли играет решающую роль в обеспечении человечества продуктами питания и сырьем для жизненно важных отраслей промышленности. Использование с этой целью продукции океана, гидропоники или искусственно синтезируемых веществ не может, по крайней мере в обозримом будущем, заменить продукцию наземных экосистем (продуктивность почв). Поэтому непрерывный контроль за состоянием почв и почвенного покрова - обязательное условие получения планируемой продукции сельского и лесного хозяйства.

Вместе с тем почвенный покров является естественной базой для поселения людей, служит основой для создания рекреационных зон. Он позволяет создать оптимальную экологическую обстановку для жизни, труда и отдыха людей. От характера почвенного покрова, свойств почвы, протекающих в почвах химических и биохимических процессов, зависят чистота и состав атмосферы, наземных и подземных вод. Почвенный покров - один из наиболее мощных регуляторов химического состава атмосферы и гидросферы. Почва была и остается главным условием жизнеобеспечения наций и человечества в целом. Сохранение и улучшение почвенного покрова, а, следовательно, и основных жизненных ресурсов в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства, развития промышленности, бурного роста городов и транспорта возможно только при хорошо налаженном контроле за использованием всех видов почвенных и земельных ресурсов.

В экологическом отношении наибольшую опасность представляют ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Это обусловлено длительным периодом полураспада (28 лет ⁹⁰Sr и 33 года ¹³⁷Cs), высокой энергией излучения и способностью легко включаться в биологический круговорот, в цепи питания. Стронций по химическим свойствам близок к кальцию и входит в состав костных тканей, а цезий близок к калию и включается во многие реакции живых организмов.

Почва является наиболее чувствительной к антропогенному воздействию. Из всех оболочек Земли почвенный покров - самая тонкая оболочка [18].

При недостаточно продуманном антропогенном воздействии и нарушении сбалансированных природных экологических связей в почвах быстро развиваются нежелательные процессы минерализации гумуса, повышается кислотность или щелочность, усиливается соленакопление, развиваются восстановительные процессы - все это резко ухудшает свойства почвы, а в предельных случаях приводит к локальному разрушению почвенного покрова. Высокая чувствительность, уязвимость почвенного покрова обусловлены ограниченной буферностью и устойчивостью почв к воздействию сил, не свойственных ему в экологическом отношении.

Все в более широких масштабах проявляется загрязнение почвы тяжелыми металлами, нефтепродуктами, усиливается влияние азотной и серной кислот техногенного происхождения, ведущие к формированию техногенных пустынь в окрестностях некоторых промышленных предприятий.

Восстановление нарушенного почвенного покрова требует длительного времени и больших капиталовложений.



Список использованных источников

1 Королёв, В. А. Очистка грунтов от загрязнений / В.А Королев. - М. МАИК Наука, 2001. - 365 с.

2 Лобанова, З. М. Экология и защита биосферы : Учебное пособие / Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во Алтай ГТУ, 2009. -228 с.

3 Методы оценки экологической опасности / Под ред. Хоружей Т.А. - М.: Экономика, 1991, 220 с.

4 Статья «Основные загрязнения почв» [Электронный ресурс] / atomferma. - Режим доступа: http://atomferma.ru/sad-ogorod/pochva/osnovnye-vidy-zagryaznenie-pochvy/ - Дата доступа: (нужно указать дату)

5 Лобанова, З. М. Экология и защита биосферы [Схема]: Учебное пособие/ Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во Алтай ГТУ, 2009. - 228 с.

6 Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Экология почв: Часть 3. Загрязнение почв.: Учебное пособие для студентов ДО и ОЗО биолого-почвенного и геолого-географического факультетов. - Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 2004. - 54 с.

7 Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Экология почв[Таблица]: Загрязнение почв. Учебное пособие для студентов ДО и ОЗО биолого-почвенного и геолого-географического факультетов. - Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 2004. - 54 с.

8 Хабаров, А. В. Социально-экологические проблемы организации природопользования, землепользования./ А.В Хабаров . - М. : Папирус ПРО, 2000. 6 - 23 с.

9 Шматько, В.Г. Экология и организация природоохранной деятельности - [таблица] научное издание / Шматько В.Г. - М. 1981. - 120 с.

10 Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах (экологическое значение почв). - М.: Наука, 1990. 261 с.

11 Бочков Н.П. и со авт. Мониторинг врожденных пороков развития в условиях загрязнения среды обитания человека // Экологические проблемы педиатрии: Сб. лекций для врачей/ Н.П Бочков. - М., 1997. 51- 62 с.

12 Основы экологии и экономика природопользования: учеб. метод. комплекс для студентов экон. специальностей / М.А. Бабенко, Н.Л. Белорусова. - Новополоцк: ПГУ, 2010. - 328 с.

13 Перельман, А. И. Геохимия ландшафта: учеб. пособие для студентов / А. И. Перельман. - 2-е изд. - М. : Высшая школа, 1975. - 342 с.

14 Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. : Биология. В 3-х томах / - Москва. «Мир».1993.

15 Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. [Текст]: Сохранение почв как неизменного компонента биосферы. - М.: «Наука», 2000. 184 с.

17 Зайдельман Ф.Р., Тюльпанов В.И., Ангелов Е.Н., Давыдов А.И. Почвы мочарных ландшафтов - формирование, агроэкология и мелиорация / - М.: Изд-во МГУ. 1998. 160 с.

18 Мотузова, Г.В. Экологический мониторинг почв / Г.В. Мотузова, О.С. Безуглова. - М. : Академический Проект ; Гаудеамус, 2007. - 237 с.

19 Вестник БГУ. Серия 2, Химия. Биология. География[Таблица]. - 2012. - №1. 80-84 с.

20 В.Г. Макарова, Т.Ф. Персикова, В.И. Желязко Экологические и медико-социальные аспекты охраны природной среды и здоровья населения [Таблица] - Минск: БИТ «Хата», 2002. 47 с.

Размещено на Allbest.ru