zanieczyszczenia gleby przez metale ciężkie
Spośród chemicznych substancji toksycznych, wprowadzanych do środowiska przez człowieka największe niebezpieczeństwo stanowią metale ciężkie. Są one niezniszczalne i nieusuwalne. Raz wprowadzone do środowiska będą krążyć stale, zmieniając co najwyżej swoją formę - rodzaj połączenia chemicznego. Stężenie metali ciężkich w glebie wpływa na rodzaj intensywności procesów biologicznych, na wielkość plonów, przesądza czy produkt nadaje się do spożycia czy nie.
Metale ciężkie to pierwiastki o gęstości większej od 4,5 g/cm3 . W reakcjach chemicznych wykazują tendencję do oddawania elektronów. Mają wysoką temperaturę topnienia i wrzenia. Wykazują właściwości redukujące. W stanie ciekłym i stałym charakteryzują się dobrą przewodnością cieplną i elektryczną.
Źródła zanieczyszczeń metalami ciężkimi możemy podzielić na naturalne i antropogeniczne, czyli spowodowane przez człowieka.
Zanieczyszczenia naturalne związane są z obiegiem i migracją metali ciężkich w naturalnym środowisku przyrodniczym i wiążą się z takimi procesami jak: wietrzenie skał, erupcja wulkanów, pożary lasów, procesy glebotwórcze. Źródłami antropogenicznego skażenia są różne gałęzie przemysłu, energetyka, hutnictwo, kopalnictwo, komunikacja, wysypiska odpadów, nawozy. Metale ciężkie z tych źródeł ulegają rozproszeniu w środowisku i zanieczyszczają gleby, wody, powietrze i bezpośrednio lub poprzez rośliny dostają się do organizmu zwierząt i człowieka. Kopalnictwo rud i hutnictwo metali niezależnych (miedzi, cynku, ołowiu) przyczyniają się do silnego zanieczyszczenia gleb w sąsiedztwie, lecz na mniejszym obszarze w porównaniu z rozproszonym działaniem energetyki. Do znacznego zanieczyszczenia gleb i roślin metalami ciężkimi dochodzi wśród szlaków komunikacyjnych. Odnosi się to przede wszystkim do ołowiu, który występuje w spalinach samochodowych, kadmu i chromu, z którym mamy do czynienia w czasie ścierania się opon i innych części pojazdów. Do najbardziej toksycznych metali należy ołów, rtęć i kadm. Są to pierwiastki, które występując w środowisku w dawkach wyższych niż najwyższe dopuszczalne stężenie powodują najczęściej powstawanie nowotworów.
I tak: do skażenia gleb ołowiem dochodzi podczas wydobycia i przetwarzania rud. Źródłem zanieczyszczenia są również farby zawierające ołów, składowiska odpadów. Ołów został zgromadzony w glebie jako wynik dziesięcioleci spalania benzyny ołowiowej. Wzrost ilości ołowiu w glebie wpływa niekorzystnie na mikroorganizmy glebowe, hamując proces rozkładu materii organicznej. Metal ten jest łatwo pobierany z gleby przez rośliny co może powodować bezpośrednie zagrożenie w łańcuchu pokarmowym. nadmiernemu procesowi pobierania ołowiu sprzyja kwaśny odczyn gleb, słabe zdolności sorpcyjne oraz niska zawartość próchnicy w glebach. Dla człowieka ołów jest przyczyną wielu chorób, hamuje tworzenie się czerwonych ciałek krwi, niszczy nerki, uszkadza układ nerwowy. Najwyższe dopuszczalne stężenie tego metalu w glebie o pH 6-7 wynosi 300 mg/kg.
Rtęć jest pierwiastkiem toksycznym i do organizmu dostaje się drogą pokarmową i oddechową oraz przez skórę. Jest dosyć często używana w przemyśle, rolnictwie, medycynie co powoduje zatruwanie środowiska naturalnego, czyli również gleb. Rtęć ulega rozproszeniu przez przemysł wydobywczy, stosowanie związków rtęci i spalania paliw kopalnych, w środowisku naturalnym rtęć tworzy związki organiczne kumulując się w organizmach żywych. U człowieka rtęć i jej związki wywołują gwałtowne objawy zatrucia. Najmniejsza dawka śmiertelna wynosi 2 g.
Źródłem zanieczyszczenia gleby przez chrom jest hutnictwo oraz przemysł metalowy i chemiczny. Chrom metaliczny ze względu na swoje właściwości znalazł szerokie zastosowanie przy produkcji stopów, stali chromowych i chromoniklowych o dużej twardości. Kumulując się w glebie wpływa niekorzystnie na rośliny, blokując pobieranie składników potrzebnych do ich prawidłowego rozwoju. Jego toksyczne działanie zależy głównie od postaci jego występowania, związki Cr (VI) sa 100-1000 razy bardziej toksyczne niż związki Cr (III) i tak Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem zaliczyła je do I grupy tj., go grupy o udowodnionym epidemiologicznie działaniu kancerogennym.
Głównym źródłem zanieczyszczenia gleb cynkiem jest przemysł i będące jego konsekwencją opady pyłów metalonośnych, zanieczyszczenie gleb cynkiem może być również spowodowane niewłaściwym stosowaniem w rolnictwie osadów ściekowych oraz poprzez wody z rzek zanieczyszczonych ściekami komunalnymi i przemysłowymi. Cynk jest pierwiastkiem niezbędnym w procesach regulujących metabolizm organizmów żywych. Stąd tez zarówno jego nadmiar jak i niedobór może być przyczyną powstawania różnego rodzaju zakłóceń. Jego zbyt duże stężenie w glebie powoduje u roślin zaburzenia fotosyntezy, chlorozę oraz wiąże wapń, miedź i żelazo - pierwiastki niezbędne do prawidłowego rozwoju rośliny. Maksymalne stężenie cynku dla gleb o pH 6-7 wynosi 300 mg/kg.
Źródłem zanieczyszczenia gleb niklem są głównie emisje przemysłowe, stosowanie osadów ściekowych, nieumiejętne nawożenie nawozami fosforowymi. Znaczenie niklu w procesach fizjologicznych, jak i specyfika jego działania nie są do końca poznane i ustalone. Znany jest udział w procesach wiązania azotu przez bakterie glebowe. Jeżeli znajduje się w roztworze glebowym w formach nierozpuszczalnych jest łatwo pobierany przez rośliny co stanowić może niebezpieczeństwo dla ludzi i zwierząt. Dopuszczalne zawartości niklu wynoszą dla gleb lekkich 30 mg/kg a dla gleb ciężkich 100 mg/kg suchej masy.
Kadm do otoczenia dostaje się z zakładów przemysłowych z pyłami i ściekami oraz z wodami kopalnianymi rud i metali kolorowych, głównie cynkowych. Pierwiastek ten występuje w dużych ilościach w rejonach skażenia przemysłowego, w dymie papierosowym, w wodzie wodociągowej, w glebie i żywności na niej uprawianej. U roślin powoduje zaburzenie fotosyntezy. Na toksyczność kadmu zwrócono powszechną uwagę w wyniku choroby itai-itai, która pojawiła się i Japończyków. Schorzenie to objawia się ogólnym rozmiękczeniem i kruchością tkanki kostnej i zanikiem mięśni. Najwyższe dopuszczalne stężenie tego pierwiastka w glebie o pH wynosi 3 mg/kg.
Gleby o wysokiej zawartości pH i wysokiej pojemności wymiany kationów wykazują skłonność do unieruchomienia większości dostarczanych metali. Późniejsza zmiana warunków, szczególnie w skutek spadku wartości pH może jednak prowadzić do uwalniania się pierwiastków potencjalnie toksycznych nawet w przypadku gdy pierwotnie znajdowały się one w postaciach nieprzyswajalnych. Obecnie wprowadzono ograniczenia zalecane przez UE dotyczące maksymalnego stężenia niektórych metalów w glebach wynikające z wprowadzenia do nich osadów ściekowych. Na obszarach gdzie naturalnie występuje wysoki poziom zawartości tych pierwiastków, można składować jedynie bardzo małe ilości osadów ściekowych lub można je rozproszyć na powierzchni tego terenu.
Ze względu na szerokie zastosowanie metali ciężkich są one powszechnymi zanieczyszczeniami ekosystemu, dlatego bardzo ważna jest wiedza o ich właściwościach toksycznych. Najbardziej skażone są rośliny uprawiane na terenach uprzemysłowionych, w miejskich ogródkach działkowych oraz pobliżu dróg o dużym natężeniu ruchu samochodowego w odległości mniejszej niż 80 m od drogi. Zrezygnujmy, więc z uprawy warzyw i owoców na działkach położonych na terenach zagrożonych.
Metale ciężkie istnieją w przyrodzie od zawsze, ale nie powinniśmy przyczyniać się do ich ciągłego rozprzestrzeniania się w przyrodzie.