ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

(ФТОР МЫШЬЯК)

Тяжелые металлы накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции.

Период полуудаления (или удаления половины от начальной концентрации) состав­ляет продолжительное время: для цинка – от 70 до 510) лет, для кадмия – от 13 до 110, для меди – от 310 до 1500 и для свинца – от 740 до 5900 лет (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).

Тяжелые металлы сорбируются на поверхности почвенных частиц, входят в со­став кристаллических решеток глинистых минералов, дают собственные минералы в ре­зультате изоморфного замещения, находятся в растворенном состоянии в почвенной влаге входят в состав органических остатков, в частности в виде элементоорганических соеди­нений, являются составной частью почвенной биоты.

Характер профильного распределения тяжелых металлов в естественных и техногенных ландшафтах существенно различается. Так, для техногенных территорий независимо от типа почвы, характерен регрессивно-аккумулятивный тип распределения влияет комплекс почвенных факторов: гранулометрический состав почв, актуальная кислотность, содержание органического вещества, емкость катионного обмена, наличие геохимических барьеров, дренаж. В современном мире ежегодно на каждого человека в среднем прихо­дится до 5 т органических и минеральных отбросов и отходов, что составляет в целом для планеты величину порядка 20–10 т. Эти вещества загрязняют почвенный покров, воды и воздух, причем из водной и воздушной среды прямыми или косвенными путями попа­дают в почву. В числе таких веществ много инертных и безвредных соединений, но так­же немало токсичных, опасных, вызывающих болезни и мутации.

В окружающую среду поступают отбросы, отходы и побочные продукты произ­водств, сбросные воды, шлаки, зола, аэрозоли, газы. Наиболее токсичными считаются: свинец, ртуть, кадмий, цинк, а также сероводород, сероуглерод, сернистый ангидрид, фтористоводородная кислота, хлор, силикатная пыль, сажа, оксид углерода, фенолы. Все эти продукты генерируются и концентрируются в промышленных центрах, городах и вокруг них на разных расстояниях (до 100 км).

Различные газы, аэрозоли, химические средства, применяемые в сельском, лесном, водном, морском хозяйствах, продукты и отходы работы транспорта имеют тенденцию распространяться на всю сушу и океан. При сжигании угля и нефти в современных усло­виях в окружающую среду, то есть в конечном итоге в почвы и пищу поступает огром­ное количество различных химических элементов и их соединений.

Летучая тонкая зола только в США поступает в атмосферу в количествах 38–40 млн. т ежегодно; рН золы и аэрозолей весьма разнообразен колеблется от 2,8–3 до 9–12. Таким образом, в зависимости от типов почв и их водного режима шлаки, зола, лету­чие компоненты могут вызывать подкисление или подщелачивание почв, быть источни­ками дополнительного питания растений на бедных почвах, средствами нейтрализации крайних уровней реакции среды, причиной токсикозов и болезней живых организмов, это невозможно предсказать заранее в обобщенном виде.

Установлено, что к особо токсичным относятся: Сг, As, Ni, Pb, Mo, Cd, Hg, F. Поэтому необходимо проводить регулярные наблюдения за источниками поступлений этих элементов в почвы, за уровнем содержания их в почвах, продуктах питания, питье­вых водах и сопоставление почвенно-геохимических карт с данными о здоровье, болез­нях и смертности населения.

Предприятия, строения, городское хозяйство, отходы быта и нечистоты населен­ных пунктов и промышленных регионов не только отчуждают почвенный покров из биосферы. Они на десятки, сотни и тысячи километров нарушают нормальную биогео­химию и биологию почвенно-экологических систем. Весьма опасно накопление свин­ца и цинка в промышленных центрах, в почвах напряженного транспорта, вдоль авто­страд. Почвы сельской местности содержат в 10–20 раз меньше свинца, чем городских районов. Содержание свинца и цинка в почвах и растительности (особенно в мохо­вом покрове) вдоль дорог на расстоянии 15–20 м от них резко повышено по сравнению, с фоновым содержанием, что сказывается на качестве сельскохозяйственной продукции, выращенной вблизи дорог.

Источник тяжелых металлов – главным образом промышленные выбросы. При этом лесные биоценозы страдают значительно больше, чем почвы сельскохозяйственных угодий и культурные растения, так как угодья перепахиваются, удобряются, в них ре­гулируется величина рН, а культуры выращивают, как правило, однолетние.

В последнее время некоторые исследования загрязнения окружающей среды не считают тяжелые металлы причиной гибели лесов, выдвигая на первое место по ток­сичности опасные синтетические углеводороды и пестициды.

ИОННЫЙ ОБМЕН

Ионный обмен – процесс эквивалентного обмена находящихся в почвенном погло­щающем комплексе катионов и анионов на катионы и анионы взаимодействующего с твер­дыми фазами почвы раствора.

Из загрязняющих компонентов в ионном обмене в почвах участвуют кати­оны тяжелых металлов (Zn²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺, Co²⁺, Cu²⁺ и др.) и анионы (NO₃^–, AsO₄^–, НмоО₄^–, МоO₄^2–, SeO₃^2–).

ОБМЕННЫЕ КАТИОНЫ

Катионы обменные (синоним – катионы поглощенные) – это находящиеся в почвен­ном поглощающем комплексе катионы, способные к эквивалентному обмену на катионы взаимодействующего с почвой раствора. Обменные катионы находятся на обменных по­зициях глинистых минералов и органического вещества, и их состав сильно разли­чается в почвах разных природно-климатических зон. В гумидных областях в тундро­вых, подзолистых, бурых лесных почвах, красноземах и желтоземах среди этих катионов преобладают ионы Al³⁺,А1(ОН)²⁺ ,А1(ОН)₂⁺ и Н⁺. В аридных почвах – черноземах, каштановых, сероземах – обменные катионы представлены преимущественно Са²⁺ и Мg²⁺, а в засоленных почвах – также Na⁺.Во всех почвах среди обменных катионов всегда есть небольшое количество К⁺, Некоторые тяжелые металлы (Zn²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺ и др.) могут присутствовать в почвах в качестве обменных катионов. Обменные Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ и Na⁺иногда называют обменными основаниями.

ОБМЕННЫЕ АНИОНЫ

Анионы обменные – это в почвенном поглощающем комплексе анионы, способные эквивалентно обмениваться на анионы взаимодействующего с почвой раствора.

Основная часть обменных анионов находится в почвах на поверхности гидроксидов железа и алюминия, которые в условиях кислой реакции имеют положительный заряд. Интенсивно поглощаются анионы органогенными поч­вами и горизонтами. В обменной форме в почве могут присутствовать анионы Сl^–, NO₃^–, SeO₄^2–, MoO₄^2–, HmoO₄^–. Обменные фосфат-, арсенат- и сульфат-анионы могут содержаться в почвах в небольших количествах, так как эти анионы прочно погло­щаются некоторыми компонентами твердых фаз почвы и не вытесняются в раствор при воздействии других анионов. Поглощение анионов почвами в неблагоприятных усло­виях может приводить к накоплению ряда токсичных веществ.