До важких металів (ТМ) відносять понад 40 хімічних елементів періодичної системиМенделєєва, маса атомів яких становить понад 50 атомних одиниць маси (а.е.м.). Це Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co та ін.
Поняття «важкі метали», що склалося, не є строгим, так як до ТМ часто відносять елементи-неметали, наприклад As, Se, а іноді навіть F, Be та інші елементи, атомна масаяких менше 50 а.
Серед ТМ багато мікроелементів, біологічно важливих живих організмів. Вони є необхідними та незамінними компонентами біокаталізаторів та біорегуляторів найважливіших фізіологічних процесів. Однак надлишковий вміст ТМ у різних об'єктах біосфери має пригнічуючу і навіть токсичну дію на живі організми.
Джерела надходження ТМ у ґрунт поділяються на природні (вивітрювання гірських порід та мінералів, ерозійні процеси, вулканічна діяльність) та техногенні (видобуток та переробка корисних копалин, спалювання палива, вплив автотранспорту, сільського господарстваі т. д.) Сільськогосподарські землі, окрім забруднення через атмосферу, забруднюються ТМ ще й специфічно, при застосуванні пестицидів, мінеральних та органічних добрив, вапнанні, використанні стічних вод. У Останнім часом особливу увагувчені приділяють міським ґрунтам. Останні мають значний техногенний прес, складовою якого є забруднення ТМ.
У табл. 3.14 та 3.15 представлені розподіл ТМ у різних об'єктах біосфери та джерела надходження ТМ у навколишнє середовище.
Таблиця 3.14
| Елемент | Ґрунти | Прісні води | Морські води | Рослини | Тварини (у м'язовій тканині) |
| Mn | 1000 | 0,008 | 0,0002 | 0,3-1000 | 0,2-2,3 |
| Zn | 90 (1-900) | 0,015 | 0,0049 | 1,4-600 | 240 |
| Cu | 30 (2-250) | 0,003 | 0,00025 | 4-25 | 10 |
| Co | 8 (0,05-65) | 0,0002 | 0,00002 | 0,01-4,6 | 0,005-1 |
| Pb | 35 (2-300) | 0,003 | 0,00003 | 0,2-20 | 0,23-3,3 |
| Cd | 0,35 (0,01-2) | 0,0001 | - | 0,05-0,9 | 0,14-3,2 |
| Hg | 0,06 | 0,0001 | 0,00003 | 0,005-0,02 | 0,02-0,7 |
| As | 6 | 0,0005 | 0,0037 | 0,02-7 | 0,007-0,09 |
| Se | 0,4 (0,01-12) | 0,0002 | 00,0002 | 0,001-0,5 | 0,42-1,9 |
| F | 200 | 0,1 | 1,3 | 0,02-24 | 0,05 |
| B | 20 (2-270) | 0,15 | 4,44 | 8-200 | 0,33-1 |
| Mo | 1,2 (0,1-40) | 0,0005 | 0,01 | 0,03-5 | 0,02-0,07 |
| Cr | 70 (5-1500) | 0,001 | 0,0003 | 0,016-14 | 0,002-0,84 |
| Ni | 50 (2-750) | 0,0005 | 0,00058 | 0,02-4 | 1-2 |
Таблиця 3.15
Джерела забруднення довкілляТМ
Закінчення табл. 3.4
На поверхню ґрунту ТМ надходять у різних формах. Це оксиди та різні солі металів як розчинні, так і практично нерозчинні у воді (сульфіди, сульфати, арсеніти та ін.). У складі викидів підприємств з переробки руди та підприємств кольорової металургії – основного джерела забруднення навколишнього середовища ТМ – основна маса металів (70-90 %) перебуває у формі оксидів.
Потрапляючи поверхню грунтів, ТМ можуть або накопичуватися, або розсіюватися залежно від характеру геохімічних бар'єрів, властивих даної території.
Більшість ТМ, що надійшли на поверхню ґрунту, закріплюється у верхніх гумусових горизонтах. ТМ сорбуються на поверхні ґрунтових частинок, зв'язуються з органічною речовиною ґрунту, зокрема у вигляді елементно-органічних сполук, акумулюються в гідроксидах заліза, входять до складу кристалічних ґрат глинистих мінералів, дають власні мінерали в результаті ізоморфного заміщення, перебувають у розчинному стані у ґрунтовій влазі і газоподібному стані в ґрунтовому повітрі, є складовоюґрунтової біоти.
Ступінь рухливості ТМ залежить від геохімічної обстановки та рівня техногенного впливу. Важкий гранулометричний склад та високий вмісторганічної речовини призводять до зв'язування ТМ ґрунтом. Зростання значень рН посилює сорбованість катіоноутворювальних металів (мідь, цинк, нікель, ртуть, свинець та ін.) та збільшує рухливість аніоноутворюючих (молібден, хром, ванадій та ін.). Посилення окисних умов підвищує міграційну здатність металів. У результаті, за здатністю пов'язувати більшість ТМ, ґрунти утворюють наступний ряд: сірозем > чорнозем > дерново-підзолистий ґрунт.
Тривалість перебування забруднюючих компонентів у ґрунті значно більша, ніж в інших частинах біосфери, та забруднення ґрунту, особливо ТМ, практично вічне. Метали, накопичуючись у ґрунті, повільно видаляються при вилуговуванні, споживанні рослинами, ерозії та дефляції (Кабата-Пендіас, Пендіас, 1989). Період напіввидалення (або видалення половини від початкової концентрації) ТМ сильно варіює для різних елементів, але становить досить тривалі періоди часу: Zn - від 70 до 510 років; для Cd – від 13 до 110 років; для Cu – від 310 до 1500 років та для Pb – 2 – від 740 до 5900 років (Садовська, 1994).
Забруднення ґрунтів ТМ має відразу дві негативні сторони. По-перше, надходячи по харчових ланцюгах із ґрунту в рослини, а звідти в організм тварин і людини, ТМ викликають у них серйозні захворювання - зростання захворюваності населення та скорочення тривалості життя, а також до зниження кількості та якості врожаїв сільськогосподарських рослин та тваринницької продукції.
По-друге, накопичуючись у ґрунті у великих кількостях, ТМ здатні змінювати багато її властивостей. Насамперед, зміни зачіпають біологічні властивостіґрунту: знижується загальна чисельність мікроорганізмів, звужується їх видовий склад (різноманітність), змінюється структура мікробоценозів, падає інтенсивність основних мікробіологічних процесів та активність ґрунтових ферментів і т. д. структура, pH середовища та ін. Результатом цього є часткова, а в ряді випадків і повна втрата ґрунтової родючості.
У природі зустрічаються території з недостатнім чи надлишковим вмістом у ґрунтах ТМ. Аномальний вміст ТМ у ґрунтах обумовлено двома групами причин: біогеохімічними особливостями екосистем та впливом техногенних потоків речовини. У першому випадку райони, де концентрація хімічних елементіввище або нижче оптимального для живих організмів рівня, що називаються природними геохімічними аномаліями, або біогеохімічними провінціями. Тут аномальний вміст елементів обумовлено природними причинами - особливостями ґрунтоутворювальних порід, ґрунтоутворювального процесу, присутністю рудних аномалій. У другому випадку території називаються техногенними геохімічними аномаліями. Залежно від масштабу вони поділяються на глобальні, регіональні та локальні.
Грунт, на відміну інших компонентів природного довкілля, як геохімічно акумулює компоненти забруднень, а й постає як природний буфер, контролюючий перенесення хімічних елементів і сполук в атмосферу, гідросферу і живе речовина.
Різні рослини, тварини та людина вимагають для життєдіяльності певного складу ґрунту, води. У місцях геохімічних аномалій відбувається, посилюючись, передача відхилень від норми мінерального складупо всьому харчовому ланцюзі.
Внаслідок порушення мінерального харчування спостерігаються зміни видового складу фіто-, зоо- та мікробоценозів, захворювання дикорослих форм рослин, зниження кількості та якості врожаїв сільськогосподарських рослин та тваринницької продукції, зростання захворюваності населення та зниження тривалості життя (табл. 3.15). Механізм токсичної дії ТМ представлений у табл. 3.16.
Таблиця 3.15
Фізіологічні порушення в рослинах при надлишку та нестачі вмісту в них ТМ (за Ковалевським, андріановим, 1970; Кабата-пендіас,
пендіас, 1989)
| Елемент | Фізіологічні порушення | |
| при нестачі | при надлишку | |
| Cu | Хлороз, вілт, меланізм, білі скручені верхівки, ослаблення утворення мітелок, порушення здеревнення, суховершинність дерев | Темно-зелене листя, як при Fe-індукованому хлорозі; товсті, короткі або схожі на колючий дріт коріння, пригнічення утворення пагонів |
| Zn | Міжжилковий хлороз (в основному у однодольних), зупинка росту, розетчастість листя дерев, фіолетово-червоні крапки на листі. | Хлороз і некроз кінців листя, міжжилковий хлороз молодого листя, затримка росту рослини в цілому, пошкоджене коріння, схоже на колючий дріт |
| Cd | - | Бурі краї листя, хлороз, червоні жилки та черешки, скручені листя та буре недорозвинене коріння |
| Hg | - | Деяке гальмування паростків і коріння, хлороз листя та бурі крапки на них |
| Pb | - | Зниження інтенсивності фотосинтезу, темнозелене листя, скручування старого листя, чахле листя, буре коротке коріння |
Таблиця 3.16
Механізм дії токсичності ТМ (Торшина з співавт., 1990)
| Елемент | Дія |
| Cu, Zn, Cd, Hg, Pb | Вплив на проникність мембран, реакція з SH - групами цистеїну та метіоніну. |
| Pb | Зміна тривимірної структури білків |
| Cu, Zn, Hg, Ni | Освіта комплексів із фосфоліпідами |
| Ni | Освіта комплексів із альбумінами |
| Інгібування ферментів: | |
| Hg2+ | лужної фосфатази, глюко-6-фосфотази, лактатдегідрогенази |
| Cd2+ | аденозинтрифосфотази, алкогольдегідрогенази, амілази, карбоангідрази, карбоксипептидази (пентидази), глутаматоксалоацетаттранамінази |
| Pb2+ | ацетилхолінестерази, лужної фосфатази, АТФази |
| Ni2+ | карбоангідрази, цитохромоксидази, бензопіренгідроксилази |
Токсична дія ТМ на біологічні системив першу чергу обумовлено тим, що вони легко зв'язуються з сульф-гідрильних груп білків (у тому числі і ферментів), пригнічуючи їх синтез і, тим самим порушуючи обмін речовин в організмі.
Живі організми виробили різноманітні механізми стійкості до ТМ: від відновлення іонів ТМ до менш токсичних сполук до активації систем іонного транспорту, що здійснюють ефективне та специфічне видалення токсичних іонів з клітини у зовнішнє середовище.
Найбільш суттєвий наслідок впливу ТМ на живі організми, що проявляється на біогеоценотичному та біосферному рівнях організації живої речовини, полягає у блокуванні процесів окислення органічної речовини. Це призводить до зниження швидкості його мінералізації та накопичення в екосистемах. У той же час збільшення концентрації органічної речовини спричиняє зв'язування ним ТМ, що тимчасово знімає навантаження з екосистеми. Зниження швидкості розкладання органічної речовини за рахунок зниження чисельності організмів, їхньої біомаси та інтенсивності життєдіяльності вважають пасивною реакцією екосистем на забруднення ТМ. Активне протистояння організмів антропогенним навантаженням проявляється лише в ході прижиттєвої акумуляції металів у тілах та скелетах. Відповідальними цей процес є найбільш стійкі види.
Стійкість живих організмів, насамперед рослин, до підвищених концентрацій ТМ та їх здатність накопичувати високі концентрації металів можуть становити велику небезпеку для здоров'я людей, оскільки допускають проникнення забруднюючих речовин. харчові ланцюги. Залежно від геохімічних умов виробництва їжа людини як рослинного, і тваринного походження може задовольняти потреби людини у мінеральних елементах, бути дефіцитною чи містити перевищує їх кількість, стаючи більш токсичною, викликаючи захворювання і навіть смерть (табл. 3.17).
Таблиця 3.17
Дія ТМ на організм людини (Ковальський, 1974; Коротка медична енциклопедія, 1989; Торшин із співавт., 1990; Вплив на організм.., 1997; Довідник з токсикології.., 1999)
| Елемент | Фізіологічні відхилення | |
| при нестачі | при надлишку | |
| Mn | Захворювання кісткової системи | Лихоманка, пневмонія, ураження центральної нервової системи(марганцевий паркінсонізм), ендемічна подагра, порушення кровообігу, шлунково-кишкових функцій, безпліддя |
| Cu | Слабкість, анемія, білокрів'я, захворювання кісткової системи, порушення координації рухів | Професійні захворювання, гепатит, хвороба Вільсона Вражає нирки, печінку, мозок, очі |
| Zn | Погіршення апетиту, деформація кісток, карликовий ріст, довге загоєння ран та опіків, слабкий зір, короткозорість | Зменшення канцеростійкості, анемія, пригнічення окисних процесів, дерматити |
| Pb | - | Свинцева енцефало-нейропатія, порушення обміну речовин, інгібування ферментативних реакцій, авітаміноз, недокрів'я, розсіяний склероз. Входить до складу кісткової системи замість кальцію |
| Cd | - | Гастро-інтестинальні розлади, порушення органів дихання, анемії, підвищення кров'яного тиску, ураження нирок, хвороба ітаї-ітаї, протеїнурія, остеопороз, мутагенна та канцерогенна дія |
| Hg | - | Ураження центральної нервової системи та периферичних нервів, інфантилізм, порушення репродуктивних функцій, стоматит, хвороба Мінамату, передчасне старіння |
| Co | Ендемічний зоб | - |
| Ni | - | Дерматити, порушення кровотворення, канцерогенність, ембріотоксикоз, підгостра мієло-оптиконейропатія |
| Cr | - | Дерматити, канцерогенність |
| V | - | Захворювання серцево-судинної системи |
Різні ТМ становлять небезпеку здоров'ю людини різною мірою. Найнебезпечнішими є Hg, Cd, Pb (табл. 3.18).
Таблиця 3.18
Класи забруднюючих речовин за ступенем їхньої небезпеки (гоСТ 17.4.1.02-83)
Дуже складним є питання нормування вмісту ТМ у ґрунті. В основі його вирішення має лежати визнання поліфункціональності ґрунту. У процесі нормування ґрунт може розглядатися з різних позицій: як природне тіло; як середовище проживання та субстрат для рослин, тварин та мікроорганізмів; як об'єкт та засіб сільськогосподарського та промислового виробництва; як природний резервуар, що містить патогенні мікроорганізми. Нормування вмісту ТМ у ґрунті необхідно проводити на основі ґрунтово-екологічних принципів, які заперечують можливість знаходження єдиних значеньдля всіх ґрунтів.
Щодо санації ґрунтів, забруднених ТМ, існує два основні підходи. Перший спрямований на очищення ґрунту від ТМ. Очищення може здійснюватися шляхом промивань, шляхом вилучення ТМ із ґрунту за допомогою рослин, шляхом видалення верхнього забрудненого шару ґрунту тощо. Другий підхід заснований на закріпленні ТМ у ґрунті, переведенні їх у нерозчинні у воді та недоступні живим організмам форми. Для цього пропонується внесення в ґрунт органічної речовини, фосфорних мінеральних добрив, іонообмінних смол, природних цеолітів, бурого вугілля, вапнування ґрунту тощо. Проте будь-який спосіб закріплення ТМ у ґрунті має свій термін дії. Рано чи пізно частина ТМ знову почне надходити у ґрунтовий розчин, а звідти у живі організми.
Таким чином, до важких металів відносять понад 40 хімічних елементів, маса атомів яких становить понад 50 а. е.м. Це Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co та ін. Серед ТМ багато мікроелементів, які є необхідними та незамінними компонентами біокаталізаторів та біорегуляторів найважливіших фізіологічних процесів. Однак надлишковий вміст ТМ у різних об'єктах біосфери надає пригнічуючий і навіть токсична діяна живі організми.
Джерела надходження ТМ у ґрунт поділяються на природні (вивітрювання гірських порід та мінералів, ерозійні процеси, вулканічна діяльність) та техногенні (видобуток та переробка корисних копалин, спалювання палива, вплив автотранспорту, сільського господарства тощо).
На поверхню ґрунту ТМ надходять у різних формах. Це оксиди та різні солі металів, як розчинні, так і практично нерозчинні у воді.
Екологічні наслідки забруднення ґрунтів ТМ залежать від параметрів забруднення, геохімічної обстановки та стійкості ґрунтів. До параметрів забруднення відносяться природа металу, тобто його хімічні та токсичні властивості, вміст металу в ґрунті, форма хімічної сполуки, термін від моменту забруднення і т. д. Стійкість грунтів до забруднення залежить від гранулометричного складу, вмісту органічної речовини, кислотно-лужних та окислювально-відновних умов, активності мікробіологічних та біохімічних процесів тощо.
Стійкість живих організмів, насамперед рослин, підвищеним концентраціямТМ та їх здатність накопичувати високі концентрації металів можуть становити велику небезпеку для здоров'я людей, оскільки допускають проникнення забруднюючих речовин у харчові ланцюги.
При нормуванні вмісту ТМ у ґрунті має враховуватися поліфункціональність ґрунту. Ґрунт може розглядатися як природне тіло, як місце існування і субстрат для рослин, тварин і мікроорганізмів, як об'єкт і засіб сільськогосподарського та промислового виробництва, як природний резервуар, що містить патогенні мікроорганізми, як частина наземного біогеоценозу та біосфери в цілому.
Нормування вмісту важких металів
у ґрунті та рослинах є надзвичайно складним через неможливість повного обліку всіх факторів природного середовища. Так, зміна лише агрохімічних властивостей ґрунту (реакції середовища, вмісту гумусу, ступеня насиченості основами, гранулометричного складу) може у кілька разів зменшити або збільшити вміст важких металів у рослинах. Є суперечливі дані про фоновому змісті деяких металів. Результати, що наводяться дослідниками, розрізняються іноді в 5-10 разів.
Запропоновано безліч шкал
екологічного нормування важких металів У деяких випадках за гранично допустиму концентрацію прийнято найвищий вміст металів, що спостерігається у звичайних антропогенних ґрунтах, інших- зміст, що є граничним фітотоксичністю. Найчастіше для важких металів запропоновані ГДК, які перевищують верхню нормуу кілька разів.
Для характеристики техногенного забруднення
важкими металами використовується коефіцієнт концентрації, що дорівнює відношенню концентрації елемента в забрудненому грунті для його фонової концентрації. При забрудненні кількома важкими металами рівень забруднення оцінюється за величиною сумарного показника концентрації (Zc). Запропонована ІМГРЕ шкала забруднення ґрунту важкими металами переведена у таблиці 1.
Таблиця 1. Схема оцінки ґрунтів сільськогосподарського використання за ступенем забруднення хімічними речовинами (Держкомгідромет СРСР, № 02-10 51-233 від 10.12.90)
| Категорія ґрунтів за ступенем забруднення | Zc | Забрудненість щодо ГДК | Можливе використання ґрунтів | Необхідні заходи |
| Допустиме | <16,0 | Перевищує фонове, але не вище ГДК | Використання під будь-які культури | Зниження рівня впливу джерел забруднення ґрунтів. Зниження доступності токсикантів для рослин. |
| Помірно небезпечне | 16,1- 32,0 | Перевищує ГДК за лімітуючого загальносанітарного та міграційного водного показника шкідливості, але нижче ГДК за транслокаційним показником | Використання під будь-які культури за умови контролю якості продукції рослинництва | Заходи, аналогічні категорії 1. За наявності в-в з лімітуючим міграційним водним показником проводиться контроль за вмістом цих в-в поверхневих та підземних водах. |
| Високо-небезпечне | 32,1- 128 | Перевищує ГДК за лімітуючого транслокаційного показника шкідливості | Використання під технічні культури без отримання продуктів харчування та кормів. Виключити рослини-концентратори хімічних речовин | Заходи аналогічні категорії 1. Обов'язковий контроль за вмістом токсикантів у рослинах, що використовуються як харчування та корми. Обмеження використання зеленої маси на корм худобі, особливо рослин-концентраторів. |
| Надзвичайно небезпечне | > 128 | Перевищує ГДК за всіма показниками | Виключити із С/Х використання | Зниження рівня забруднення та зв'язування токсикантів в атмосфері, ґрунті та водах. |
Офіційно затверджені ГДК
У таблиці 2 наведено офіційно затверджені ГДК та допустимі рівніїх зміст за показниками шкідливості. У відповідність до прийнятої медиками-гігієністами схемою нормування важких металів у ґрунтах поділяється на транслокаційне (перехід елемента в рослини), міграційне водне (перехід у воду), та загальносанітарне (вплив на самоочищувальну здатність ґрунтів та ґрунтовий мікробіоценоз).
Таблиця 2.Гранично-допустимі концентрації (ГДК) хімічних речовин у ґрунтах та допустимі рівні їх вмісту за показниками шкідливості (станом на 01.01.1991. Держкомприрода СРСР, № 02-2333 від 10.12.90).
| Найменування речовин | ГДК, мг/кг ґрунту з урахуванням фону | Показники шкідливості | ||
| Транслокаційний | Водний | Загальносанітарний | ||
| Водорозчинні форми | ||||
| Фтор | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| Рухливі форми | ||||
| Мідь | 3,0 | 3,5 | 72,0 | 3,0 |
| Нікель | 4,0 | 6,7 | 14,0 | 4,0 |
| Цинк | 23,0 | 23,0 | 200,0 | 37,0 |
| Кобальт | 5,0 | 25,0 | >1000 | 5,0 |
| Фтор | 2,8 | 2,8 | - | - |
| Хром | 6,0 | - | - | 6,0 |
| Валовий зміст | ||||
| Сурма | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 50,0 |
| Марганець | 1500,0 | 3500,0 | 1500,0 | 1500,0 |
| Ванадій | 150,0 | 170,0 | 350,0 | 150,0 |
| Свинець** | 30,0 | 35,0 | 260,0 | 30,0 |
| Миш'як ** | 2,0 | 2,0 | 15,0 | 10,0 |
| Ртуть | 2,1 | 2,1 | 33,3 | 5,0 |
| Свинець+ртуть | 20+1 | 20+1 | 30+2 | 30+2 |
| Мідь* | 55 | - | - | - |
| Нікель* | 85 | - | - | - |
| Цинк* | 100 | - | - | - |
* - валовий зміст-орієнтовний.
**- протиріччя; для миш'яку середній фоновий вміст 6 мг/кг, фоновий вміст свинцю зазвичай теж перевищує норми ГДК.
Офіційно затверджені ОДК
Розроблені в 1995 р. ОДК для валового утримання 6 важких металів та миш'яку дозволяють отримати більше повну характеристикупро забруднення ґрунту важкими металами, оскільки враховують рівень реакції середовища та гранулометричний склад ґрунту.
Таблиця 3.Орієнтовно допустимі концентрації (ОДК) важких металів та миш'яку у ґрунтах з різними фізико-хімічними властивостями (валовий вміст, мг/кг) (додаток №1 до переліку ГДК та ГДК №6229-91).
| Елемент | Група ґрунтів | ОДК з урахуванням фону | Агрегатне стан в-ва у ґрунтах | Класи небезпеч-ти | Особливості дії на організм |
| Нікель | Піщані та супіщані | 20 | Тверде: у вигляді солей, у сорбованому вигляді, у складі мінералів | 2 | Для теплокровних та людини малотоксичний. Має мутогенну дію |
| <5,5 | 40 | ||||
| Близькі до нейтральних, (суглинисті та глинисті), рНKCl >5,5 | 80 | ||||
| Мідь | Піщані та супіщані | 33 | 2 | Підвищує клітинну проникність, інгібує глутатіон-редуктазу, порушує метаболізм, взаємодіючи з -SH, -NH2 та COOH-групами | |
| Кислі (суглинисті та глинисті), рН KCl<5,5 | 66 | ||||
| Близькі до нейтральних, (суглинисті та глинисті), рН KCl>5,5 | 132 | ||||
| Цинк | Піщані та супіщані | 55 | Тверде: у вигляді солей, органо-мінеральних сполук, у сорбованому вигляді, у складі мінералів | 1 | Недолік чи надлишок викликають відхилення у розвитку. Отруєння при порушенні технології внесення цинквмісних пестицидів |
| Кислі (суглинисті та глинисті), рН KCl<5,5 | 110 | ||||
| Близькі до нейтральних, (суглинисті та глинисті), рН KCl>5,5 | 220 | ||||
| Миш'як | Піщані та супіщані | 2 | Тверде: у вигляді солей, органо-мінеральних сполук, у сорбованому вигляді, у складі мінералів | 1 | Отруйна речовина, що інгібує різні ферменти, негативна дія на метаболізм. Можлива канцерогенна дія |
| Кислі (суглинисті та глинисті), рН KCl<5,5 | 5 | ||||
| Близькі до нейтральних, (суглинисті та глинисті), рН KCl>5,5 | 10 | ||||
| Кадмій | Піщані та супіщані | 0,5 | Тверде: у вигляді солей, органо-мінеральних сполук, у сорбованому вигляді, у складі мінералів | 1 | Сильно отруйне по-во, блокує сульфгідрильні групи ферментів, порушує обмін заліза і кальцію, порушує синтез ДНК. |
| Кислі (суглинисті та глинисті), рН KCl<5,5 | 1,0 | ||||
| Близькі до нейтральних, (суглинисті та глинисті), рН KCl>5,5 | 2,0 | ||||
| Свинець | Піщані та супіщані | 32 | Тверде: у вигляді солей, органо-мінеральних сполук, у сорбованому вигляді, у складі мінералів | 1 | Різностороннє негативна дія. Блокує -SH групи білків, інгібує ферменти, викликає отруєння, ураження нервової системи. |
| Кислі (суглинисті та глинисті), рН KCl<5,5 | 65 | ||||
| Близькі до нейтральних, (суглинисті та глинисті), рН KCl>5,5 | 130 |
З матеріалів випливає, що здебільшого пред'явлені вимоги до валових форм важких металів. Серед рухомих лише мідь, нікель, цинк, хром та кобальт. Тому нині розроблені нормативи не задовольняють усім вимогам.
є фактором ємності, що відображає насамперед потенційну небезпеку забруднення рослинної продукції, інфільтраційних та поверхневих вод. Характеризує загальну забрудненість ґрунту, але не відображає ступеня доступності елементів для рослини. Для характеристики стану ґрунтового живлення рослин використовуються лише їх рухомі форми.
Визначення рухомих форм
Їх визначають, використовуючи різні екстрагенти. Загальна кількістьрухомої форми металу-застосовуючи кислотну витяжку (наприклад 1н HCL). В ацетатно-амонійний буфер переходить найбільш мобільна частина рухомих запасів важких металів у ґрунті. Концентрація металів у водній витяжці показує ступінь рухливості елементів у ґрунті, будучи найнебезпечнішою та "агресивнішою" фракцією.
Нормативи для рухомих форм
Запропоновано декілька орієнтовних нормативних шкал. Нижче наведено приклад однієї зі шкал гранично допустимих рухомих форм важких металів.
Таблиця 4. Гранично допустимий вміст рухомої форми важких металів у ґрунті, мг/кг екстрагент 1н. HCl (Х. Чулджіян та ін, 1988).
| Елемент | Зміст | Елемент | Зміст | Елемент | Зміст |
| Hg | 0,1 | Sb | 15 | Pb | 60 |
| Cd | 1,0 | As | 15 | Zn | 60 |
| Co | 12 | Ni | 36 | V | 80 |
| Cr | 15 | Cu | 50 | Mn | 600 |
| НАВІГАЦІЯ ЗА САЙТОМ: | |||||||
| чаво? | у ґрунт | у гель | результат | тих даних | ціни | ||
Важкі метали– це, мабуть, одне з найсерйозніших забруднень ґрунтів, яке загрожує нам масою небажаних і, більше, згубних наслідків.
За своєю природою грунт є поєднанням різних глинистих мінералів органічної і неорганічної природи походження. Залежно від складу ґрунту, географічних даних, а також віддаленості від промислових зон у ґрунті можуть утримуватися різні видиважких металів, кожен із яких представляє той чи інший ступінь небезпеки навколишнього середовища. У зв'язку з тим, що в різних місцяхструктура ґрунту також може бути різна, окислювально-відновні умови, реакційна здатність, а також механізми зв'язування важких металів у ґрунті також різні.
Найбільшу небезпеку для ґрунту несуть у собі техногенні чинники. Різні виробництва, відходами яких є частинки важких металів, на жаль, обладнані таким чином, що навіть найкращі фільтри пропускають елементи важких металів, які спочатку опиняються в атмосфері, а потім разом із виробничим сміттям проникають у ґрунт. Такий вид забруднення має назву техногенний. У даному випадку величезне значеннямає механічний склад ґрунту, вміст карбонатів та здатність до вбирання. Розрізняються важкі метали як ступенем на грунт, а й станом, у якому вони у ній перебувають.
В даний час відомо, що практично всі частинки важких металів можуть перебувати в ґрунті в наступних станах: у вигляді суміші ізоморфних частинок, окисленими, у вигляді відкладення солей, в кристалічній решітці, розчинній формі, безпосередньо в ґрунтовому розчині і навіть бути частиною органічних речовин. При цьому варто враховувати, що залежно від окисно-відновних умов, складу ґрунту та рівня вмісту Вуглекислий газповедінка частинок металів може змінюватись.
Тяжкі метали страшні не тільки своєю наявністю в ґрунтовому складі, а тим, що вони здатні рухатися, змінюватися і проникати в рослини, чим можуть завдати істотної шкоди навколишньому середовищу. Рухливість частинок важких металів може змінюватись в залежності від того, чи є різниця між елементами у твердій та рідкій фазі. Забруднюючі речовини, в даному випадку елементи важких металів можуть нерідко при проникненні в шари ґрунту набувають міцнофіксованої форми. У такому вигляді метали недоступні рослинам. У решті випадків метали легко проникають у рослини.
Дуже швидко проникають у ґрунт водорозчинні елементи металів. Причому вони не просто надходять у ґрунтовий шар, вони здатні мігрувати по ньому. Згодом у грунті утворюються низькомолекулярні водорозчинні мінеральні сполуки, які мігрують у нижню частину пласта. А разом з ними мігрують і з'єднання важких металів, утворюючи низькомолекулярні комплекси, тобто трансформуючись в інший стан.
Зміст важких металів (ТМ) у ґрунтах залежить, як встановлено багатьма дослідниками, від складу вихідних гірських порід, значне розмаїття яких пов'язане зі складною геологічною історією розвитку територій. Хімічний склад грунтоутворюючих порід, представлений продуктами вивітрювання гірських порід, зумовлений хімічним складом вихідних гірських порід та залежить від умов гіпергенного перетворення.
В останні десятиліття до процесів міграції ТМ у природному середовищі інтенсивно включилася антропогенна діяльність людства.
Одною з найважливіших груптоксикантів, що забруднюють ґрунт, є важкі метали. До них відносяться метали із щільністю понад 8 тис. кг/м 3 (крім шляхетних та рідкісних): Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Hg, Co, Sb, Sn, Be. У прикладних роботах до списку тяжких металів нерідко додають також Pt, Ag, W, Fe, Mn. Багато важкі метали токсичні. Антропогенне розсіювання цієї групи забруднювачів (у тому числі і у вигляді солей) у біосфері призводить до отруєння чи загрози отруєння живого.
Віднесення важких металів, що потрапляють у ґрунт із викидів, відкидів, відходів, до класів небезпеки (за ГОСТом 17.4.1.02-83. Охорона природи. Ґрунти) представлено у табл. 1.
Таблиця 1.Класифікація хімічних речовин за класами небезпеки
Мідь– одна із найважливіших незамінних елементів, необхідні живих організмів. У рослинах вона бере активну участь у процесах фотосинтезу, дихання, відновлення та фіксації азоту. Мідь входить до складу цілого ряду ферментів-оксидаз – цитохромоксидази, церулоплазміну, супероксидадисмутази, уратоксидази та інших, та бере участь у біохімічних процесах як складова частина ферментів, що здійснюють реакції окиснення субстратів молекулярним киснем.
Кларк у земної кори 47 мг/кг. У хімічному плані мідь – малоактивний метал. Основним фактором, що впливає на величину вмісту Cu, є концентрація її в грунтоутворювальних породах. З вивержених порід найбільше елемента накопичують основні породи – базальти (100-140 мг/кг) і андезити (20-30 мг/кг). Покривні та лісоподібні суглинки (20-40 мг/кг) менш багаті на мідь. Найменший її зміст відзначається в пісковиках, вапняках і гранітах (5-15 мг/кг). Концентрація металу в глинах європейської частини території Росії сягає 25 мг/кг, у лісоподібних суглинках – 18 мг/кг. Супіщані та піщані грунтоутворюючі породи Гірського Алтаю накопичують в середньому 31 мг/кг міді, півдня Західного Сибіру- 19 мг/кг.
У ґрунтах мідь є слабоміграційним елементом, хоча зміст рухомої форми буває досить високим. Кількість рухомої міді залежить від багатьох факторів: хімічного та мінералогічного складу материнської породи, рН ґрунтового розчину, вмісту органічної речовини та ін. Найбільша кількість міді у ґрунті пов'язана з оксидами заліза, марганцю, гідроксидами заліза та алюмінію та, особливо, з монтморилонітом вермікулітом. Гумінові та фульвокислоти здатні утворювати стійкі комплекси з міддю. При рН 7-8 найменша розчинність міді.
ГДК міді в Росії – 55 мг/кг, ГДК для піщаних та супіщаних ґрунтів – 33 мг/кг.
Дані щодо токсичності елемента для рослин нечисленні. В даний час основною проблемою вважається нестача міді в ґрунтах або її дисбаланс із кобальтом. Основні ознаки дефіциту міді для рослин - уповільнення, а потім і припинення формування репродуктивних органів, поява щуплого зерна, порожнистих колосків, зниження стійкості до несприятливих факторів зовнішнього середовища. Найбільш чутливі до її нестачі пшениця, овес, ячмінь, люцерна, столові буряки, цибуля та соняшник.
Марганецьшироко поширений у ґрунтах, але знаходиться там, у менших кількостях порівняно із залізом. У ґрунті марганець знаходиться у кількох формах. Єдині форми, доступні для рослин, – це обмінні та водорозчинні форми марганцю. Доступність ґрунтового марганцю знижується зі зростанням pH (при зменшенні кислотності ґрунту). Однак рідко зустрічаються ґрунти, виснажені вилуговуванням настільки, що доступного марганцю не вистачає для живлення рослин.
Залежно від типу ґрунтів вміст марганцю коливається: каштанова 15,5 ± 2,0 мг/кг, сіроземна 22,0 ± 1,8 мг/кг, лучна 6,1 ± 0,6 мг/кг, жовтоземна 4,7 ± 3,8 мг/кг піщана 6,8 ± 0,7 мг/кг.
Сполуки марганцю є сильними окислювачами. Гранично допустима концентрація для чорноземних ґрунтів становить
1500 мг/кг ґрунту.
Вміст марганцю в рослинних харчових продуктах, вирощених на лугових, жовтоземних і піщаних ґрунтахкорелює з його вмістом у цих грунтах. Кількість марганцю в добовому харчовому раціоні у цих геохімічних провінціях більш ніж у 2 рази менша добової потребилюдини та харчового раціону людей, які проживають у зонах каштанових та сіроземних ґрунтів.
Ґрунт – це поверхня землі, що має властивості, що характеризують як живу, так і неживу природу.
Грунт є індикатором загального.Забруднення надходять у ґрунт із атмосферними опадами, поверхневими відходами. Також вони вносяться в ґрунтовий шар ґрунтовими породами та підземними водами.
До групи важких металів відносяться всі із щільністю, що перевищує щільність заліза. Парадокс цих елементів у тому, що у певних кількостях вони необхідні забезпечення нормальної життєдіяльностірослин та організмів.
Але їх надлишок може призвести до важким захворюваннямі навіть загибель. Харчовий кругообіг стає причиною того, що шкідливі сполуки потрапляють в організм людини і часто завдають величезної шкоди здоров'ю.
Джерела забруднення важкими металами - це. Існує методика, за якою розраховується допустима нормавмісту металів. У цьому враховується сумарна величина кількох металів Zc.
- допустима;
- помірковано небезпечна;
- високонебезпечна;
- надзвичайно небезпечна.
Дуже важлива охорона ґрунтів. Постійний контроль та моніторинг не дозволяє вирощувати сільськогосподарську продукцію та вести випас худоби на забруднених землях.
Тяжкі метали, що забруднюють грунт
Існує три класи небезпеки важких металів. Всесвітня організація охорони здоров'я найнебезпечнішими вважає зараження свинцем, ртуттю та кадмієм.Але не менш шкідлива та висока концентрація інших елементів.
Ртуть
Забруднення грунту ртуттю відбувається з потраплянням до неї пестицидів, різних побутових відходів, наприклад люмінесцентних лампелементів зіпсованих вимірювальних приладів.
За офіційними даними річний викид ртуті становить понад п'ять тисяч тонн. Ртуть може надходити в організм людини із забрудненого ґрунту.
Якщо це відбувається регулярно, можуть виникнути тяжкі розладироботи багатьох органів, зокрема страждає і нервова система.
При неналежному лікуванні можливий летальний кінець.
Свинець
Дуже небезпечним для людини та всіх живих організмів є свинець.
Він надзвичайно токсичний. При видобуванні однієї тонни свинцю двадцять п'ять кілограмів потрапляє у довкілля. Велика кількістьсвинцю надходить у ґрунт із виділенням вихлопних газів. 
Зона забруднення ґрунту вздовж трас складає понад двісті метрів навколо. Потрапляючи у ґрунт, свинець поглинається рослинами, які вживають у їжу людина та тварини, у тому числі й худоба, м'ясо якої також є у нашому меню. Від надлишку свинцю уражається центральна нервова система, головний мозок, печінка та нирки.Він небезпечний своєю канцерогенною та мутагенною дією.
Кадмій
Величезною небезпекою для організму людини є забруднення ґрунту кадмієм. Потрапляючи в їжу, він викликає деформацію скелета, зупинку зростання у дітей та сильні боліу спині.
Мідь та цинк
Висока концентраціяу ґрунті цих елементів стає причиною того, що сповільнюється зростання та погіршується плодоношення рослин, що призводить в кінцевому підсумку до різкого зменшення врожайності. У людини відбуваються зміни в мозку, печінці та підшлунковій залозі.
Молібден
Надлишок молібдену викликає подагру та ураження нервової системи.
Небезпека важких металів у тому, що вони погано виводяться з організму, накопичуються у ньому. Вони можуть утворювати дуже токсичні сполуки, легко переходять з одного середовища до іншого, не розкладаються. При цьому вони викликають тяжкі захворювання, що часто призводять до незворотних наслідків.Сурма
Є в деяких рудах.
Входить до складу сплавів, які у різних виробничих сферах.
Її надлишок викликає тяжкі харчові розлади.
Миш'як
Основним джерелом забруднення ґрунту миш'яком є речовини, за допомогою яких борються зі шкідниками сільськогосподарських рослин, наприклад, гербіциди, інсектициди. Миш'як - це отрута, що накопичується, що викликає хронічні. Його сполуки провокують захворювання нервової системи, мозку, покривів шкіри.
Марганець
У ґрунті та рослинах спостерігається високий вміст цього елемента. 
При попаданні в ґрунт додаткової кількості марганцю швидко створюється його небезпечний надлишок. На організмі людини це позначається як руйнування нервової системи.
Так само небезпечний надлишок та інших важких елементів.
Зі сказаного вище можна зробити висновок, що накопичення важких металів у грунті тягне за собою важкі наслідкидля стану здоров'я людини та навколишнього середовища в цілому.
Основні методи боротьби із забрудненням ґрунтів важкими металами
Методи боротьби із забрудненням ґрунту важкими металами можуть бути фізичними, хімічними та біологічними. Серед них можна виділити такі способи:
- Збільшення кислотності ґрунту підвищує можливість Тому внесення органічних речовин та глини, вапнування допомагають якоюсь мірою у боротьбі із забрудненням.
- Посів, скошування та видалення з поверхні ґрунту деяких рослин, наприклад конюшини, суттєво знижує концентрацію важких металів у ґрунті. До того ж даний спосібє цілком екологічним.
- Проводить детоксикацію підземних вод, її відкачування та очищення.
- Прогнозування та усунення міграції розчинної формиважких металів.
- У деяких особливо важких випадкахпотрібно повне зняття ґрунтового шару та заміна його новим.
Найнебезпечнішим із усіх перелічених металів є свинець. Він має властивість, накопичуючись вдаряти по організму людини. Ртуть не є небезпечною якщо потрапить в організм людини один раз або кілька, особливо небезпечні лише пари ртуті. Я вважаю, що промислові підприємства повинні використовувати більш удосконалені технології виробництва не такі згубні для всього живого. Замислитись має не одна людина, а маса, тоді ми прийдемо до хорошого результату.
Loading...