В городской среде почва является газопоглотительным барьером антропогенных газовых примесей, в том числе автотранспорта, ТЭЦ, заводов; она регулирует газовый состав атмосферы путём поглощения и выделения газов (NH3, CO2 и др.). Прямое участие почвы в преобразовании состава воздуха определяется во многом микроорганизмами, для которых она является средой обитания; почва сорбирует микроорганизмы, меняя их активность, скорость размножения, размеры колоний, направленность физиолого-биохимических процессов. Видовой состав почвенных микроорганизмов уникален и сильно изменился по сравнению с природными условиями. Это может привести, в частности, к изменению видового состава экосистем, исчезновению некоторых видов растений или ухудшению условий их существования, т. к. жизненные процессы растений и микроорганизмов тесно взаимосвязаны.
Почва в городе продолжает выполнять и санитарную функцию, обладая определенными антисептическими свойствами, она трансформирует продукты жизнедеятельности и уничтожает патогенную микрофлору. Болезнетворные организмы, попадая в почву, лишаются пищи, их поглощают бактериофаги, с ними конкурируют почвенные микроорганизмы. Выживаемость патогенной микрофлоры зависит от свойств и экологического состояния почвы. В связи с тем, что почва в городе выполняет важнейшие экологические функции, необходимо её изучение и принятие мер для обеспечения благоприятного экологического состояния почв в городе, что в конечном итоге сказывается на состоянии здоровья человека и его генофонде [7,c.5].
В настоящее время действие человека на почвы соизмеримо с природными почвообразователями. Существуют территории, где техногенное влияние преобладает над природным: городские территории, промышленные площади, зоны добычи полезных ископаемых, осушаемые территории и т. д. Почвы приобретают новые свойства и режимы, что, как правило, сопровождается деградацией почвы.
Деградация - это вторичное изменение, обусловленное деятельностью человека, которое сопровождается частичной или полной утратой почвенного плодородия, или оказывается причиной их уничтожения. Все многообразие видов воздействий на почвы и вызываемых ими нарушений можно сгруппировать в категории механических и химических, затрагивающих весь почвенный профиль или отдельные его горизонты. При механических воздействиях изменяется непосредственно твердая фаза либо создаются новые
почвы; химические нарушения обычно сопровождаются преобразованиями жидкой и газовой фаз почвы. Городские почвы - генетически самостоятельные образования, обладающие, как чертами зональных почв, так и специфическими
свойствами. Несмотря на нарушенность и искусственное создание почвенного профиля, большую засорённость его разного рода включениями, в них протекают процессы гумусообразования, выноса и перераспределения минерального вещества, глееобразования. Степень выраженности этих процессов различна и зависит от возраста наноса, условий использования участка и других обстоятельств Являясь важнейшим звеном биологического круговорота веществ, почва продуцирует основной пищевой и энергетический материал для остальных обитателей планеты. При этом она выполняет функции регулятора, поддерживающего естественный состав атмосферы за счет преобразования отмирающей биоты и продуктов производственной деятельности человека. Именно эта сторона участия почвы в биологическом круговороте веществ делает ее важнейшей составляющей экосистем городов. Использование почв в городах, как правило, имеет несельскохозяйственный характер.
Важнейшее направление городских почв их использования -создание парков, скверов, газонов, покрытий для спортивных сооружений. Дерновый слой почвенного профиля используют для крепления откосов при строительстве транспортных выемок, насыпей и т.п. Неплодородные почвы наряду с суглинками и другими грунтовыми материалами применяют для оснований при строительстве зданий. Благодаря высокой поглотительной способности почва выполняет роль фильтра для очистки поверхностного стока. Глины и суглинки используют для противофильтрационных экранов полигонов захоронения бытовых и производственных отходов. Выполняя важные средообразующие функции, почва изменяет химический состав атмосферных осадков и подземных вод, она является универсальным биологическим сорбентом, поставщиком и регулятором содержания O2.N2 в воздухе.
Благодаря определенным биогеохимическим свойствам и огромной активной поверхности тонкодисперсной части, почва превращается в «депо» токсических соединений и одновременно становится одним из важнейших биогеохимических барьеров для большинства соединений (тяжелые металлы, минеральные удобрения, пестициды, нефтепродукты и т.д.) на пути их миграции из атмосферы города в грунтовые воды и речную сеть. Почва переводит поверхностные сточные воды в грунтовые и очищает их, а также выполняет функцию защитного сорбционного барьера от загрязнения пресных вод и водоемов. Благодаря своим специфическим свойствам почва во многом определяет условия жизни человека в городе через выполнение санитарных и рекреационных функций. Санитарно-гигиенические функции почвы очень важны, поскольку она является хорошим антисептиком, уничтожая патогенные микроорганизмы и разлагая органические остатки и продукты обмена живых организмов.
В крупных городах - мегаполисах, особенно в крупных промышленных городах, происходит значительная деградация экологических функций городских почв. Особенно активная деградация или ослабление экологических функций происходит в городах с химической промышленностью.
В современных городах поверхностный (культурный) слой включает самые разнообразные объекты: битый кирпич, камень, строительный мусор, предметы домашнего обихода, заброшенные фундаменты зданий, погреба, колодцы, бревенчатые и дощатые настилы, булыжные и асфальтные покрытия. В зависимости от возраста города толщина и мощность культурного слоя различна и может колебаться от нескольких сантиметров до сотен метров. Для большинства городских почв характерно:
- отсутствие естественных почвенных горизонтов;
- в профиле почв сочетаются различные по окраске и мощности слои
искусственного происхождения, о чем свидетельствуют резкие переходы и ровные границы между ними;
- скелетный материал представлен в основном строительным и бытовым мусором (кирпичная крошка, куски асфальта, битое стекло, уголь и т. д.) в сочетании с промышленными отходами, торфокомпостной смесью или включениями фрагментов естественных почвенных горизонтов.
- иногда встречаются слои, полностью состоящие из отходов и мусора. Как правило, почвы города сильно переуплотнены с поверхности вследствие высокой рекреационной нагрузки и вытаптывания. Сильное уплотнение почвы ведет к созданию в корнеобитаемом слое условий, близких к анаэробным, особенно в период продолжительных дождей весной и осенью. В таких условиях сильно затрудняется рост мелких (активных) корней древесных и травянистых растений и нарушается процесс естественного возобновления растительности. В уплотненных почвах масса корней в 2,5-3 раза меньше, чем в неуплотненных. Корни не могут прорастать сквозь слои почвы, они зачастую вынуждены расти горизонтально вдоль них. Твердость почвы на уплотненных участках газона, где наблюдались изреживание и плохой рост трав, составляла 40-45 кг/см2, тогда как для нормального роста трав требуется, чтобы она была в два раза меньше.
В лесопарках, в садах и на бульварах, где почва почти не подвергается уплотнению, порозность колеблется от 45 до 75%. Уплотнение почвы снижает ее до 24-45%, что приводит к ухудшению водно-воздушного режима почвы. Для города характерно привнесение в почву песка и гравия, используемого в градостроительстве. Строительный материал, промышленные отходы, механические загрязнители и другие технологические субстраты имеют размеры гравия и камней. Их содержание в городских почвах постоянно увеличивается. Слоистость грунтов по гранулометрическому составу имеет важное почвенно-геохимическое значение, так как служит экранирующим и капиллярно-прерывающим барьером на пути миграции веществ, в том числе, загрязнителей. В слоях с обилием твердых обломков заостренной формы наблюдается слабое проникновение корней и редкая встречаемость дождевых червей [8, c.60].
В городских условиях в результате инженерно-строительной деятельности человека усиливается водная и ветровая эрозия. Водная эрозия особенно активно развивается вдоль дорог. При отсутствии хорошо организованного поверхностного и ливневого стока на незадернованных участках с углами наклона 1-1,5°, при утечках из водопроводных, канализационных и тепловых сетей происходит образование оврагов, смыв плодородных верхних горизонтов почв и сбор загрязнённых водных потоков в аккумулятивных понижениях ландшафтов, что приводит к нарушению водного режима и подтоплению подвалов. Ветровой эрозии могут быть подвержены, например, незадернованные пески. Развевание и переотложение песков имеет локальное распространение.
«Запечатывание» почвы изменяет ее водно-воздушный режим: препятствует проникновению в неё дождевых осадков, но без естественной аэрации способствует переувлажнению за счет почвенно-грунтовых вод. Интенсивное нагревание поверхностей асфальта и городских сооружений способствует перегреву почвы.
Захламление - поступление строительных и бытовых отходов на поверхность почвы. Эту часть почвы можно назвать балластной. Отходы могут, как создать механическое загрязнение, так и оказать химическое воздействие в результате разложения и выщелачивания токсичных веществ, что является серьёзным источником загрязнения атмосферы, грунтовых вод и почвы окружающих территории. Наличие на поверхности больших количеств щебенисто-каменистых материалов и бытовых отходов приводит к уменьшению полезной площади городских земель, уменьшает плодородие оставшейся незахламленной части поверхности. Захламлённая часть почвы практически не обладает плодородием и непродуктивна.
Городские почвы характеризуются высокой степенью запыленности. Экологически неорганизованные, не озелененные городские территории являются дополнительным источником твердого вещества, поступающего в атмосферу и усиляющего эффект запыленности воздуха токсичными веществами. В состав городской пыли входят непосредственно сами частицы почвы, грубодисперсные фракции выхлопных газов автотранспорта, выбросы химического производства и теплоэнергетических объектов. Загрязнители попадают на почву с атмосферными осадками, аэрозолями, путем непосредственного поглощения газообразных соединений почвой. Пыль способствует образованию сплошной корочки на поверхности почвы, поэтому снижается впитывание влаги дождей, водопроницаемость верхнего горизонта, что приводит к существенному ухудшению экологического состояния зеленых насаждений. Наблюдаются процессы угнетения аэрации почв, которые сказываются на жизнедеятельности почвенной биоты. Указанные процессы могут быть вызваны как количеством, так и составом пыли.
В крупных городах и промышленных центрах до 70-90% поверхности почвы запечатано асфальтобетоном или жилыми и промышленными постройками, вследствие чего большая доля загрязненных осадков минует почвенное тело и непосредственно уходит через канализацию в водоемы и речную сеть. Для запечатанных ландшафтов характерен максимальный уровень повышения и амплитуды колебаний температур. Асфальтобетонное покрытие защищает почву от основной массы загрязнителей и препятствует проникновению в почву дождевых осадков, изменяет водно-воздушный режим. В то же время жизнедеятельность микроорганизмов под дорожными покрытиями не прекращается, о чем свидетельствует газообмен почвы с атмосферой. Одним из негативных последствий, создающихся в результате запечатывания почвы, является парниковый эффект. Без естественной аэрации происходит переувлажнение почвы, что способствует процессам повышения влажности в подвалах и разрушению фундаментов. В результате страдает здоровье жителей нижних этажей: наблюдается повышенная влажность помещения, развитие патогенной и грибковой микрофлоры, борьба с которой практически невозможна. Излишнее покрытие асфальтом лесопарков, бульваров, скверов и прочих территорий также неблагоприятно: корни, распространяющиеся под асфальт, гибнут в анаэробных условиях, поэтому необходимо заменять непроницаемое покрытие экологически чистой брусчаткой или другими проницаемыми материалами. В городской почве, в отличие от природных почв, появляются новые компоненты, новые энергетические и вещественные связи, присущие урбанизированным экосистемам [10, c.20].
Между городской почвой и другими природными телами протекают следующие процессы обмена веществами и энергией:
-обмен газами в системе «Атмосфера (в т.ч. газовые выбросы промышленности) — Почва — Растение (корни) — Грунт (в т.ч. протечки газовых коммуникаций)»;
-обмен жидкой и парообразной влаги в системе «Атмосфера (в т.ч. выбросы водяного пара вблизи ТЭЦ и заводов) — Почва— Растение— Грунт (в т.ч. протечки водопроводной сети)»;
-обмен тепловой энергией в системе «Атмосфера (в т.ч. дома, ТЭЦ и пр.);
-обмен пылевыми частицами в системе «Атмосфера — Почва — Растение — Грунт — Строительно –бетонно -дорожные источники»;
-одностороннее отчуждения из почвы органического вещества, синтезированного высшими растениями (удаление лесной подстилки в парковых зонах, скашивание газонов) и биогенных элементов;
-синтез и разрушение органических соединений, в т. ч. гумификация.
Антропогенные нарушения почвенного покрова приводят к серьезным нарушениям и деградации всего природного комплекса, что в конечном итоге создает угрозу здоровью и жизни человека в городе.
1.2 Антропогенная трансформация почв промышленных зон
Специфика городских почв в наибольшей степени обусловлена двумя процессами:
1) механическая трансформация почвенного профиля, определяющая морфологию почв, основной особенностью которой является отсутствие генетических закономерностей его сложения, следствием чего становятся
изменения воздушного, водного, теплового и других режимов;
2) за счет привноса чужеродного материала изменяются физико-химические и химические свойства почв, причем в данном случае наиболее актуально рассмотрение экотоксикологических аспектов данного процесса.
Во многих литературных источниках отмечается влияние городских агломераций на морфологические свойства почв. Современных исследователей особенно интересует изменение почвенного профиля городских почв. При изучении экологической обстановки в городах, нельзя не учитывать повсеместного распространения такого явления, как запечатывание дневной поверхности, в результате чего происходит уменьшение биологической продуктивности, погребение и деградация почв. Запечатанность территорий промышленных зон составляет примерно 80-90%, а современных жилых кварталов около 60%.
Поверхность может быть запечатана под зданиями, под плотными влагонепроницаемыми дорожными покрытиями (асфальтобетон, цементные плиты) и влагопроницаемыми покрытиями (булыжник, щебенка, деревянные мостовые). При строительстве почва разрушается, грунт под зданиями практически недоступен для исследования. Булыжник и щебенка частично изменяют режимы почвы, но площади проницаемых дорожных покрытий в городских условиях незначительны. Это явление приводит к ограничению участия почв как в малом биологическом, так и в большом геологическом круговоротах веществ и энергии, переводя их в биосферно неактивные.
Привнос веществ в почву после запечатывания практически отсутствует. Большая доля загрязненных осадков минует почвенное тело и непосредственно уходит через канализацию в водоемы и речную сеть. Под покрытием изменяются водный, тепловой, газовый режимы почвы, трансформируется микробиологическая активность. Таким образом, с одной стороны, асфальтобетонное покрытие защищает почву, но, с другой стороны, лишает экосистему универсального природного фильтра для загрязнителей, каким является почва. Асфальтобетонные покрытия изменяют характер теплообмена почвы с атмосферой, они, как часть городского ландшафта, способствуют изменению микроклимата и образованию «теплового острова» на территории города. Более плотные материалы, используемые в строительстве, способствуют сохранению тепла в системе и создают влагонепроницаемую поверхность. Происходит уменьшение затрат тепла на эвапотранспирацию.
В летний период, особенно в яркие солнечные дни, увеличение поглощенной радиации в сочетании с недостаточной аэрацией территории застройки может создавать предпосылки для формирования дискомфортных радиационно-температурных условий.
Уменьшению величины поглощенной солнечной радиации способствует увеличение разрывов между зданиями и замена асфальтовых покрытий газонами, которые обладают более высоким альбедо. Изменение альбедо крыш мало сказывается на общем значении альбедо городской застройки, альбедо стен - существенно. Основным фактором дискомфорта является температурный «скачок» между земной поверхностью и воздухом. Зависимость температурного «скачка» от площади зеленых насаждений особенно заметна при озелененности 20-50%. При озелененности 0-20% величина температурного скачка максимальна и почти не зависит от площади открытой поверхности. Оптимальные условия для проникновения чистого воздуха и благоприятный тепловой режим в условиях городской застройки отмечены, когда открытая озелененная поверхность составляет 50-60% от площади микрорайона. Это максимальная разумная величина открытой поверхности в условиях городской застройки.Высокий процент запечатанных площадей приводит к нарушению баланса осадков и испарения в результате сокращения площади испарения и изменения рельефа местности. По наблюдениям специалистов США, через 2-3 дня после запечатывания почвы асфальтовым покрытием, ее влажность уменьшается до влажности завядания растений. Асфальтирование поверхности может приводить как к понижению грунтовых вод, так и к подтоплению городских территорий. Покрытие асфальтом значительных территорий вблизи зданий существенно изменяет влажностный режим грунтов, оснований и фундаментов. Подвалы зданий служат фильтром, через который проходят грунтовые воды при испарении. Переувлажнение почв и грунтов под асфальтобетоном бывает настолько значительным, что создает условия для роста кустарника в трещинах между покрытием и зданием. С другой стороны, нередки случаи, когда при реконструкции после снятия покрытия, фундаменты архитектурных памятников разрушались из-за существенного увеличения глубины промерзания. В таком случае быстрая рекультивация почвы может способствовать уменьшению градиентов температур и влажности на только что вскрытой поверхности. Запечатанные почвы и грунты выполняют функцию сохранения информации о развитии природной среды и истории ее изменения человеком. Каждый, вновь насыпаемый слой городских отложений, испытывал на себе помимо влияния антропогенного фактора еще и влияние всех природных факторов. Так продолжалось во все времена существования городов и продолжается по сей день. Многие из этих слоев когда-либо (больший или меньший срок) выполняли функции почвы, приобретали черты ее морфологического строения и, по существу, представляют собой в настоящее время погребенные урбаноземы [11, c.62].
проживающих в промышленном регионе
Значительные территории республики Казахстан подвержены техногенному нарушению. К ним следует отнести площади, отведенные под военные учебные полигоны. Развитие горнорудной, строительной промышленности, строительство транспортных дорог, линий электропередач, газонефтепроводов и расширение жилых массивов производится с нарушением почвенно-растительного покрова.
Источниками загрязнения почвы селитебных территорий являются твердые отходы, которые помимо биологических загрязнителей содержат ТМ:ванадий,хром,марганец,никель,медь,цинк,свинец,стронций,барий,титан,кобальт,нитриты и другие вещества. Тяжёлые металлы - это элементы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с относительной молекулярной массой больше 40. Одним из сильнейших по действию и наиболее распространенным химическим загрязнением является загрязнение тяжелыми металлами.
К тяжелым металлам относятся более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных единиц:: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. 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. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg [12,c.23].
Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество элементов. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.
Тяжелые металлы, попадая в наш организм, остаются там навсегда, вывести их можно только с помощью белков молока и белых грибов. Достигая определенной концентрации в организме, они начинают свое губительное воздействие - вызывают отравления, мутации. Кроме того, что сами они отравляют организм человека, они еще и чисто механически засоряют его - ионы тяжелых металлов оседают на стенках тончайших систем организма и засоряют почечные каналы, каналы печени, таким образом, снижая фильтрационную способность этих органов. Соответственно, это приводит к накоплению токсинов и продуктов жизнедеятельности клеток нашего организма, т.е. самоотравление организма, т.к. именно печень отвечает за переработку ядовитых веществ, попадающих в наш организм, и продуктов жизнедеятельности организма, а почки - за их выведение наружу.
Металлургические предприятия ежегодно выбрасывают на поверхность земли более 150 тыс. тонн меди, 120 тыс. тонн цинка, около 90 тыс. тонн свинца, 12 тыс. тонн никеля, 1,5 тыс. тонн молибдена, около 800 тонн кобальта и около 30 тонн ртути. На 1 грамм черновой меди отходы медеплавильной промышленности содержат 2,09 тонн пыли, в составе которой содержится до 15% меди, 60% окиси железа и по 4% мышьяка, ртути, цинка и свинца. Отходы машиностроительных и химических производств содержат до 1 тыс. мг/кг свинца, до 3 тыс. мг/кг меди, до 10 тыс. мг/кг хрома и железа, до 100 г/кг фосфора и до 10 г/кг марганца и никеля. В Силезии вокруг цинковых заводов громоздятся отвалы с содержанием цинка от 2 до 12% и свинца от 0,5 до 3%, а в США эксплуатируют руды с содержанием цинка 1,8%. С выхлопными газами на поверхность почв попадает более 250 тыс. тонн свинца в год; это главный загрязнитель почв свинцом. Тяжелые металлы попадают в почву вместе с удобрениями, в состав которых они входят как примесь, а также и с биоцидами. Источники поступления тяжелых металлов делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозийные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, движение транспорта, деятельность сельского хозяйства).Техногенное поступление металлов в почву, закрепление их в гумусовых горизонтах в почвенном профиле в целом не может быть равномерным. Неравномерность его и контрастность прежде всего связана с плотностью населения. Если считать эту связь пропорциональной, то 37,3% всех металлов будет рассеяно всего лишь в 2% обитаемой суши [13, c.70].
Распределение тяжелых металлов по поверхности почвы определяется многими факторами. Оно зависит от особенностей источников загрязнения, метеорологических особенностей региона, геохимических факторов и ландшафтной обстановке в целом. Источник загрязнения в целом определяет качество и количество выбрасываемого продукта. При этом степень его рассеивания зависит от высоты выброса. Зона максимального загрязнения распространяется на расстояние, равное 10-
Влияние тяжелых металлов на состояние здоровья населения
О загрязнении окружающей человека природной среды вредными веществами сейчас знают почти все. Средства массовой информации - печать, радио и телевидение - пытаются формировать такие знания у различных групп населения. Очевидно, что представить хороший обзор того, как, чем и в каких количествах загрязняется наш большой общий дом - биосфера - практически невозможно. К настоящему времени человечество ввело в биосферу более 4 миллионов ксенобиотиков (чужеродных для нее антропогенных веществ) и продолжает вводить по 6 тысяч веществ ежедневно. Понятно, что удельный вес, доля различных вредных веществ в загрязнении окружающей среды не являются одинаковыми. В золе угля и нефти обнаружены практически все металлы. В каменноугольной золе установлено наличие 70 элементов. В 1 т в среднем содержится по 200 г цинка и олова, 300 г кобальта, 400 г урана, по 500 г германия и мышьяка. Максимальное содержание стронция, ванадия, цинка и германия может достигать 10 кг на 1 т. Зола нефти содержит много ванадия, ртути, молибдена и никеля. В золе торфа содержится уран, кобальт, медь, никель, цинк, свинец. Учитывая современные масштабы использования ископаемого топлива, приходит к следующему выводу: не металлургическое производство, а сжигание угля представляет собой главный источник поступления многих металлов в окружающую среду (приложение 2). Например, при ежегодном сжигании 2,4 млрд. т каменного и 0,9 млрд. т бурого угля вместе с золой рассеивается 200 тыс. т мышьяка и 224 тыс. т урана, тогда как мировое производство этих двух металлов составляет 40 и 30 тыс. т в год соответственно [14, c.11].
Наблюдение за изменением тяжелых металлов в почве невозможно без знания факторов, определяющих их подвижность. Процессы передвижения удержания, обуславливающие поведение тяжелых металлов в почве, мало чем отличаются от процессов, определяющих поведение других катионов. Хотя тяжелые металлы иногда обнаруживаются в почвах в низких концентрациях, они формируют устойчивые комплексы с органическими соединениями и вступают в специфические реакции адсорбции легче, чем щелочные и щелочноземельные металлы.
Миграция тяжелых металлов в почвах может происходить с жидкостью и суспензией при помощи корней растений или почвенных микроорганизмов. Миграции растворимых соединений происходит вместе с почвенным раствором (диффузия) или путем перемещения самой жидкости. Вымывание глин и органического вещества приводит к миграции всех связанных с ними металлов. Миграция летучих веществ в газообразной форме, например, диметила ртути, носит случайный характер, и этот способ перемещения не имеет особого значения. Миграция в твердой фазе и проникновение в кристаллическую решетку являются больше механизмом связывания, чем перемещения.
Тяжелые металлы могут быть внесены или адсорбированы микроорганизмами, которые в свою очередь, способны участвовать в миграции соответствующих металлов. Дождевые черви и другие организмы могут содействовать миграции тяжелых металлов механическим или биологическим путями, перемешивая почву или включая металлы в свои ткани. Из всех видов миграции самая важная – миграция в жидкой фазе, потому что большинство металлов попадает в почву в растворимом виде или в виде водной суспензии и фактически все взаимодействия между тяжелыми металлами и жидкими составными частями почвы происходит на границе жидкой и твердой фаз.
Тяжелые металлы в почве через трофическую цепь поступают в растения, а затем потребляются животными и человеком. В круговороте тяжелых металлов участвуют различные биологические барьеры, вследствие чего происходит выборочное бионакопление, защищающее живые организмы от избытка этих элементов. Все же деятельность биологических барьеров ограничена, и чаще всего тяжелые металлы концентрируются в почве. Устойчивость почв к загрязнению ими различна в зависимости от буферности.
Почвы с высокой адсорбционной способностью соответственно и высоким содержанием глин, а также органического вещества могут удерживать эти элементы, особенно в верхних горизонтах. Это характерно для карбонатных почв и почв с нейтральной реакцией. В этих почвах количество токсических соединений, которые могут быть вымыты в грунтовые воды и поглощены растениями, значительно меньше, чем в песчаных кислых почвах. Однако при этом существует большой риск в увеличении концентрации элементов до токсичной, что вызывает нарушение равновесия физических, химических и биологических процессов в почве. Тяжелые металлы, удерживаемые органической и коллоидной частями почвы, значительно ограничивают биологическую деятельность, ингибируют процессы иттрификации, которые имеют важное значение для плодородия почв. Песчаные почвы, которые характеризуются низкой поглотительной способностью, как и кислые почвы очень слабо удерживают тяжелые металлы, за исключением молибдена и селена. Поэтому они легко адсорбируются растениями, причем некоторые из них даже в очень малых концентрациях обладают токсичным воздействием.
Роль металлов в развитии и становлении технической культуры человечества исключительно велика. Твердость, пластичность, ковкость сделали их незаменимым материалом для изготовления орудий труда и производства. Исторически сложившиеся названия "Бронзовый век", " Железный век " говорят о сильном влиянии металлов и их сплавов на все направления развития производства. И в нашей повседневной практике мы ежеминутно сталкиваемся с металлами. Выглянув на улицу, мы видим сотни автомашин, каждая из которых сделана из металлов. Мы видим металлические тросы, мосты, рельсы, трамваи, поезда и, наконец, самолеты, в конструкции которых использованы алюминий, железо, медь, хром, ванадий, титан.…Везде металлы. Ну и в нас самих есть металлы. Они используются для осуществления различных процессов в организме. Но не всегда металлы являются необходимыми. Многие из них даже являются для организма опасными. Так, например, свинец – металл, который при контактах с кожей и при попадании в организм вызывает наибольшее количество тяжелейших заболеваний.
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 59 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |