معادن ثقيلة– ربما يكون هذا أحد أخطر تلوثات التربة، والذي يهددنا بمجموعة من العواقب غير المرغوب فيها، علاوة على ذلك، الضارة.

التربة بطبيعتها عبارة عن مزيج من معادن طينية مختلفة ذات أصل عضوي وغير عضوي. اعتمادًا على تكوين التربة والبيانات الجغرافية والبعد عن المناطق الصناعية، قد تحتوي التربة على أنواع مختلفة من المعادن الثقيلة، يشكل كل منها درجة متفاوتة من الخطر على البيئة. يرجع ذلك إلى حقيقة أنه في أماكن مختلفةيمكن أيضًا أن تكون بنية التربة مختلفة، الأكسدة- الظروف التصالحيةوالتفاعلية، وكذلك آليات ربط المعادن الثقيلة في التربة مختلفة أيضًا.

الخطر الأكبر على التربة يأتي من العوامل التكنولوجية. الصناعات المختلفة، التي تكون نفاياتها عبارة عن جزيئات من المعادن الثقيلة، لسوء الحظ، مجهزة بطريقة تسمح حتى أفضل المرشحات بالمرور عبر عناصر المعادن الثقيلة، والتي تنتهي أولاً في الغلاف الجوي ثم تخترق التربة جنبًا إلى جنب مع مخلفات صناعية. ويسمى هذا النوع من التلوث بالتكنولوجيا. في هذه الحالة، فإن التركيب الميكانيكي للتربة ومحتوى الكربونات وقدرة الامتصاص لها أهمية كبيرة. تختلف المعادن الثقيلة ليس فقط في درجة التأثير على التربة، ولكن أيضًا في الحالة التي توجد فيها.

ومن المعروف الآن أن جميع جزيئات المعادن الثقيلة تقريبًا يمكن أن تكون موجودة في التربة الدول التالية: على شكل خليط من الجزيئات المتماثلة، المؤكسدة، على شكل رواسب ملح، في شبكة بلورية، قابلة للذوبان، مباشرة في محلول التربة وحتى كجزء من المادة العضوية. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه اعتمادًا على ظروف الأكسدة والاختزال وتكوين التربة ومستوى المحتوى ثاني أكسيد الكربونقد يتغير سلوك الجزيئات المعدنية.

تعتبر المعادن الثقيلة مخيفة ليس فقط بسبب وجودها في تركيبة التربة، بل لأنها قادرة على الحركة والتغيير واختراق النباتات، مما قد يسبب ضررا كبيرا بيئة. يمكن أن تختلف حركة جزيئات المعادن الثقيلة اعتمادًا على ما إذا كان هناك فرق بين العناصر في الطور الصلب والسائل. يمكن للملوثات، وهي في هذه الحالة عناصر من المعادن الثقيلة، أن تتخذ في كثير من الأحيان شكلاً ثابتًا وثابتًا عند اختراق طبقات التربة. في هذا الشكل، لا يمكن الوصول إلى المعادن للنباتات. وفي جميع الحالات الأخرى، تخترق المعادن النباتات بسهولة.

تخترق العناصر المعدنية القابلة للذوبان في الماء التربة بسرعة كبيرة. علاوة على ذلك، فهي لا تدخل طبقة التربة فحسب، بل يمكنها الهجرة من خلالها. من المدرسة، يعلم الجميع أنه مع مرور الوقت، يتم تشكيل المركبات المعدنية القابلة للذوبان في الماء ذات الوزن الجزيئي المنخفض في التربة، والتي تهاجر إلى الجزء السفلي من التكوين. ومعهم، تهاجر مركبات المعادن الثقيلة، وتشكل مجمعات جزيئية منخفضة، أي تتحول إلى حالة مختلفة.

فاصل صفحة-- معادن ثقيلة، الذي يميز مجموعة واسعة من الملوثات، الواردة مؤخراانتشار كبير. في مختلف الأعمال العلمية والتطبيقية، يفسر المؤلفون معنى هذا المفهوم بشكل مختلف. وفي هذا الصدد، تختلف كمية العناصر المصنفة كمعادن ثقيلة بشكل كبير. يتم استخدام العديد من الخصائص كمعايير للعضوية: الكتلة الذرية، والكثافة، والسمية، والانتشار في البيئة الطبيعية، ودرجة المشاركة في الدورات الطبيعية والتي من صنع الإنسان. في بعض الحالات، يتضمن تعريف المعادن الثقيلة عناصر مصنفة على أنها هشة (على سبيل المثال، البزموت) أو أشباه الفلزات (على سبيل المثال، الزرنيخ).

في الأعمال المخصصة لمشاكل التلوث البيئي والرصد البيئي، اليوم معادن ثقيلةتشمل أكثر من 40 معدنًا من الجدول الدوري D.I. مندليف كتلته الذرية أكثر من 50 وحدة ذرية: V، Cr، Mn، Fe، Co، Ni، Cu، Zn، Mo، Cd، Sn، Hg، Pb، Biإلخ. وفي الوقت نفسه، تلعب الظروف التالية دورًا مهمًا في تصنيف المعادن الثقيلة: سميتها العالية للكائنات الحية بتركيزات منخفضة نسبيًا، فضلاً عن القدرة على التراكم الحيوي والتضخم الحيوي. تقريبا جميع المعادن التي تندرج تحت هذا التعريف (باستثناء الرصاص والزئبق والكادميوم والبزموت، ودورها البيولوجي غير واضح حاليا) تشارك بنشاط في العمليات البيولوجية وتشكل جزءا من العديد من الإنزيمات. وفقا لتصنيف N. Reimers، ينبغي اعتبار المعادن ذات الكثافة أكثر من 8 جم / سم 3 ثقيلة. وبالتالي، تشمل المعادن الثقيلة الرصاص والنحاس والزنك والنيكل والكادميوم والكوبالت والقصدير والثنائي والزئبق.

محددة رسميا معادن ثقيلةيتوافق مع عدد كبير من العناصر. ومع ذلك، وفقا للباحثين المشاركين في الأنشطة العملية المتعلقة بتنظيم ملاحظات الدولة وتلوث البيئة، فإن مركبات هذه العناصر بعيدة عن أن تكون مكافئة للملوثات. لذلك، في العديد من الأعمال، يتم تضييق نطاق مجموعة المعادن الثقيلة، وفقًا لمعايير الأولوية التي يحددها اتجاه العمل وخصائصه. وهكذا، في الأعمال الكلاسيكية الآن لـ Yu.A. إسرائيل في القائمة المواد الكيميائية، سيتم تحديدها في البيئات الطبيعية في المحطات الخلفية في محميات المحيط الحيوي، في القسم معادن ثقيلةاسم الشيئ الرصاص، الزئبق، الكادميوم، كما.من ناحية أخرى، ووفقا لقرار فرقة العمل المعنية بانبعاثات المعادن الثقيلة، التي تعمل تحت رعاية اللجنة الاقتصادية لأوروبا التابعة للأمم المتحدة وتقوم بجمع وتحليل المعلومات عن انبعاثات الملوثات في الدول الأوروبية، فقط الزنك، كما، سي و سبنسبت إلى معادن ثقيلة. وفقا لتعريف N. Reimers، فإن المعادن النبيلة والنادرة تختلف عن المعادن الثقيلة، على التوالي، فهي تبقى فقط Pb، Cu، Zn، Ni، Cd، Co، Sb، Sn، Bi، Hg. في العمل التطبيقي، يتم إضافة المعادن الثقيلة في أغلب الأحيان حزب العمال، حج، W، الحديد، الاتحاد الأفريقي، المنغنيز.

الأيونات المعدنية هي مكونات أساسية للمسطحات المائية الطبيعية. اعتمادًا على الظروف البيئية (درجة الحموضة، وإمكانية الأكسدة والاختزال، ووجود الروابط)، فهي موجودة في درجات مختلفةالأكسدة وهي جزء من مجموعة متنوعة من المركبات غير العضوية والفلزية العضوية، والتي يمكن أن تكون مذابة حقًا أو مشتتة غروية أو جزءًا من المعلقات المعدنية والعضوية.

الأشكال الذائبة حقًا من المعادن، بدورها، متنوعة للغاية، والتي ترتبط بعمليات التحلل المائي، والبلمرة المائية (تكوين مجمعات هيدروكسي متعددة النوى) والتعقيد مع بروابط مختلفة. وبناء على ذلك، فإن الخواص التحفيزية للمعادن وتوافرها للكائنات الحية الدقيقة المائية تعتمد على أشكال وجودها في النظام البيئي المائي.

تشكل العديد من المعادن مجمعات قوية إلى حد ما مع المواد العضوية؛ وتعتبر هذه المجمعات من أهم أشكال هجرة العناصر في المياه الطبيعية. تتشكل معظم المجمعات العضوية عبر دورة المخلب وهي مستقرة. المجمعات التي تتكون من أحماض التربة مع أملاح الحديد والألومنيوم والتيتانيوم واليورانيوم والفاناديوم والنحاس والموليبدينوم وغيرها من المعادن الثقيلة قابلة للذوبان بشكل جيد نسبيًا في البيئات المحايدة والحمضية قليلاً والقلوية قليلاً. ولذلك، فإن المجمعات المعدنية العضوية قادرة على الهجرة في المياه الطبيعية لمسافات طويلة جدا. وهذا مهم بشكل خاص بالنسبة للمياه قليلة المعادن والمياه السطحية في المقام الأول، حيث يكون تكوين مجمعات أخرى مستحيلا.

لفهم العوامل التي تنظم تركيز المعادن في المياه الطبيعية، وتفاعلها الكيميائي، وتوافرها البيولوجي وسميتها، من الضروري معرفة ليس فقط المحتوى الإجمالي، ولكن أيضًا نسبة الأشكال الحرة والمقيدة للمعدن.

إن انتقال المعادن في بيئة مائية إلى شكل مركب معدني له ثلاث عواقب:

1. قد تحدث زيادة في التركيز الكلي لأيونات المعادن بسبب انتقالها إلى محلول من الرواسب السفلية.

2. يمكن أن تختلف نفاذية غشاء الأيونات المعقدة بشكل كبير عن نفاذية الأيونات المائية؛

3. قد تتغير سمية المعدن بشكل كبير نتيجة التعقيد.

لذلك، أشكال مخلب النحاس، الكادميوم، الزئبقأقل سمية من الأيونات الحرة. لفهم العوامل التي تنظم تركيز المعدن في المياه الطبيعية، وتفاعله الكيميائي، وتوافره البيولوجي وسميته، من الضروري معرفة ليس فقط المحتوى الإجمالي، ولكن أيضًا نسبة الأشكال المقيدة والحرة.

مصادر تلوث المياه بالمعادن الثقيلة هي مياه الصرف الصحي الناتجة عن محلات الطلاء الكهربائي وشركات التعدين والمعادن الحديدية وغير الحديدية ومصانع بناء الآلات. توجد المعادن الثقيلة في الأسمدة والمبيدات الحشرية ويمكن أن تدخل المسطحات المائية من خلال الجريان السطحي الزراعي.

غالبًا ما ترتبط زيادة تركيزات المعادن الثقيلة في المياه الطبيعية بأنواع أخرى من التلوث، مثل التحمض. يساهم الترسيب الحمضي في انخفاض الرقم الهيدروجيني وانتقال المعادن من الحالة الممتصة بالمواد المعدنية والعضوية إلى الحالة الحرة.

بادئ ذي بدء، تلك المعادن ذات الأهمية هي تلك التي تلوث الجو أكثر من غيرها بسبب استخدامها بكميات كبيرة في الأنشطة الصناعية ونتيجة لتراكمها في بيئة خارجيةتشكل خطرا جسيما من حيث نشاطها البيولوجي وخصائصها السامة. وتشمل هذه الرصاص والزئبق والكادميوم والزنك والبزموت والكوبالت والنيكل والنحاس والقصدير والأنتيمون والفاناديوم والمنغنيز والكروم والموليبدينوم والزرنيخ.
الخصائص البيوجيوكيميائية للمعادن الثقيلة

V - مرتفع، U - معتدل، N - منخفض

الفاناديوم.

يوجد الفاناديوم في الغالب في حالة مشتتة ويوجد في خامات الحديد والنفط والأسفلت والقار والصخر الزيتي والفحم وما إلى ذلك. أحد المصادر الرئيسية لتلوث المياه الطبيعية بالفاناديوم هو النفط ومنتجاته المكررة.

يوجد في المياه الطبيعية بتركيزات منخفضة جدًا: في مياه الأنهار 0.2 - 4.5 ميكروغرام/دم3، في مياه البحر - في المتوسط ​​2 ميكروغرام/دم3

في الماء يشكل مجمعات أنيونية مستقرة (V4O12)4- و (V10O26)6-. في هجرة الفاناديوم، يكون دور المركبات المعقدة الذائبة مع المواد العضوية، وخاصة مع الأحماض الدبالية، مهمًا.

التركيزات المرتفعة من الفاناديوم ضارة بصحة الإنسان. تبلغ قيمة MPC للفاناديوم 0.1 ملجم/دم3 (مؤشر الخطر المحدود هو مؤشر صحي وسمي)، وقيمة MPCv هي 0.001 ملجم/سم3.

المصادر الطبيعية للبزموت التي تدخل المياه الطبيعية هي عمليات ترشيح المعادن المحتوية على البزموت. يمكن أيضًا أن يكون مصدر الدخول إلى المياه الطبيعية هو مياه الصرف الصحي الناتجة عن إنتاج الأدوية والعطور وبعض شركات صناعة الزجاج.

ويوجد بتركيزات أقل من ميكروغرام في المياه السطحية غير الملوثة. تم العثور على أعلى تركيز في المياه الجوفية وهو 20 ميكروغرام/دم3، وفي مياه البحر - 0.02 ميكروغرام/دم3.

المصادر الرئيسية لمركبات الحديد في المياه السطحية هي عمليات التجوية الكيميائية للصخور المصحوبة بالتدمير الميكانيكي والانحلال. في عملية التفاعل مع المواد المعدنية والعضوية الموجودة في المياه الطبيعية، يتم تشكيل مجمع معقد من مركبات الحديد، والتي تكون في الماء في حالة مذابة وغروية ومعلقة. تأتي كميات كبيرة من الحديد من الجريان السطحي تحت الأرض ومياه الصرف الصحي الناتجة عن الصناعات المعدنية وأشغال المعادن والنسيج والطلاء والورنيش والجريان السطحي الزراعي.

تعتمد توازنات الطور على التركيب الكيميائي للماء، ودرجة الحموضة، وEh، وإلى حد ما، درجة الحرارة. في التحليل الروتيني شكل مرجحتنبعث منها جسيمات أكبر من 0.45 ميكرون. ويتكون في الغالب من معادن تحتوي على الحديد وهيدرات أكسيد الحديد ومركبات الحديد الممتصة في المعلقات. عادةً ما يتم النظر إلى الأشكال الذائبة والغروانية معًا. حديد مذابوتمثلها مركبات في شكل أيوني، في شكل مركب هيدروكسيو ومجمعات تحتوي على مواد غير عضوية وعضوية مذابة في المياه الطبيعية. إن Fe (II) هو الذي يهاجر بشكل أساسي في شكل أيوني، ولا يمكن أن يكون Fe (III) في حالة عدم وجود مواد معقدة في حالة مذابة بكميات كبيرة.

يوجد الحديد بشكل رئيسي في المياه ذات قيم Eh المنخفضة.

نتيجة للأكسدة الكيميائية والكيميائية الحيوية (بمشاركة بكتيريا الحديد) ، يتحول Fe (II) إلى Fe (III) ، والذي يترسب عند التحلل المائي على شكل Fe (OH) 3. يتميز كل من Fe(II) وFe(III) بالميل إلى تكوين مجمعات هيدروكسيد من النوع +, 4+, +, 3+, - وغيرها، تتواجد في المحلول بتركيزات مختلفة اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني وتحدد بشكل عام حالة نظام الحديد والهيدروكسيل. الشكل الرئيسي للحديد (III) في المياه السطحية هو مركباته المعقدة مع المركبات العضوية وغير العضوية الذائبة، وخاصة المواد الدبالية. عند الرقم الهيدروجيني = 8.0، يكون الشكل الرئيسي هو Fe(OH)3، أما الشكل الغروي للحديد فهو الأقل دراسة، ويتكون من هيدرات أكسيد الحديد Fe(OH)3 ومعقدات تحتوي على مواد عضوية.

ويبلغ محتوى الحديد في المياه السطحية للأرض أعشار المليجرام، وبالقرب من المستنقعات يصل إلى بضعة ملليجرامات. لوحظ زيادة في محتوى الحديد في مياه المستنقعات، حيث يوجد على شكل مجمعات تحتوي على أملاح الأحماض الدبالية - الهيومات. لوحظت أعلى تركيزات الحديد (تصل إلى عدة عشرات ومئات الملليجرام لكل 1 ديسيمتر مكعب) في المياه الجوفية ذات قيم الرقم الهيدروجيني المنخفضة.

كونه عنصرًا نشطًا بيولوجيًا، يؤثر الحديد إلى حد ما على شدة تطور العوالق النباتية والتركيب النوعي للنباتات الدقيقة في الخزان.

تخضع تركيزات الحديد لتقلبات موسمية ملحوظة. عادة، في الخزانات ذات الإنتاجية البيولوجية العالية خلال فترة ركود الصيف والشتاء، هناك زيادة ملحوظة في تركيز الحديد في الطبقات السفلية من الماء. يصاحب اختلاط الكتل المائية في فصلي الخريف والربيع (التجانس الحراري) أكسدة Fe(II) إلى Fe(III) وترسيب الأخير على شكل Fe(OH)3.

ويدخل إلى المياه الطبيعية عن طريق رشح التربة وخامات المعادن المتعددة والنحاس، نتيجة تحلل الكائنات المائية القادرة على تراكمه. يتم نقل مركبات الكادميوم إلى المياه السطحية بمياه الصرف الصحي من مصانع الرصاص والزنك ومصانع معالجة الخام وعدد من المؤسسات الكيميائية (إنتاج حامض الكبريتيك) وإنتاج الجلفاني وكذلك بمياه المناجم. يحدث انخفاض في تركيز مركبات الكادميوم الذائبة بسبب عمليات الامتصاص وترسيب هيدروكسيد الكادميوم والكربونات واستهلاك الكائنات المائية لها.

أشكال الكادميوم الذائبة في المياه الطبيعية هي بشكل رئيسي مجمعات معدنية وعضوية. الشكل الرئيسي المعلق للكادميوم هو مركباته الممتصة. يمكن لجزء كبير من الكادميوم أن يهاجر داخل خلايا الكائنات المائية.

في مياه الأنهار غير الملوثة والملوثة قليلاً، يوجد الكادميوم بتركيزات أقل من ميكروجرام، وفي المياه الملوثة والصرف الصحي، يمكن أن يصل تركيز الكادميوم إلى عشرات ميكروجرامات لكل 1 ديسيمتر مكعب.

تلعب مركبات الكادميوم دورًا مهمًا في العمليات الحيوية للحيوانات والبشر. في التركيزات المرتفعة يكون سامًا، خاصة عند دمجه مع مواد سامة أخرى.

الحد الأقصى للتركيز المسموح به هو 0.001 ملغم/دم3، والحد الأقصى للتركيز المسموح به هو 0.0005 ملغم/دم3 (علامة الحد من الضرر هي السمية).

تدخل مركبات الكوبالت إلى المياه الطبيعية نتيجة لعمليات الترشيح من بيريت النحاس والخامات الأخرى، ومن التربة أثناء تحلل الكائنات الحية والنباتات، وكذلك مع مياه الصرف الصحي من مصانع المعادن وأشغال المعادن والكيماويات. تأتي بعض كميات الكوبالت من التربة نتيجة تحلل الكائنات النباتية والحيوانية.

تكون مركبات الكوبالت الموجودة في المياه الطبيعية في حالة مذابة ومعلقة، ويتم تحديد العلاقة الكمية بينها من خلال التركيب الكيميائي للمياه ودرجة الحرارة وقيم الرقم الهيدروجيني. يتم تمثيل الأشكال المذابة بشكل رئيسي بواسطة مركبات معقدة، بما في ذلك. بالمواد العضوية من المياه الطبيعية. تعتبر مركبات الكوبالت ثنائي التكافؤ أكثر شيوعًا في المياه السطحية. في وجود عوامل مؤكسدة، يمكن أن يتواجد الكوبالت ثلاثي التكافؤ بتركيزات ملحوظة.

يعتبر الكوبالت أحد العناصر النشطة بيولوجيا ويوجد دائما في جسم الحيوانات والنباتات. يرتبط محتوى الكوبالت غير الكافي في التربة بعدم كفاية محتوى الكوبالت في النباتات، مما يساهم في تطور فقر الدم لدى الحيوانات (منطقة غابات التايغا غير تشيرنوزيم). كجزء من فيتامين ب 12، يؤثر الكوبالت بشكل نشط للغاية على إمداد المواد النيتروجينية، ويزيد من محتوى الكلوروفيل وحمض الأسكوربيك، وينشط عملية التخليق الحيوي ويزيد من محتوى بروتين النيتروجين في النباتات. ومع ذلك، فإن زيادة تركيزات مركبات الكوبالت تكون سامة.

وفي مياه الأنهار غير الملوثة والملوثة قليلاً، يتراوح محتواها من أعشار إلى أجزاء من الألف من الملليجرام لكل 1 ديسم مكعب، ويبلغ متوسط ​​محتواها في مياه البحر 0.5 ميكروجرام / ديسم3. الحد الأقصى للتركيز المسموح به هو 0.1 ملجم/دم3، والحد الأقصى للتركيز المسموح به هو 0.01 ملجم/دم3.

المنغنيز

يدخل المنغنيز إلى المياه السطحية نتيجة ترشيح خامات الحديد والمنغنيز والمعادن الأخرى التي تحتوي على المنغنيز (البيرولوسيت، السيلوميلاني، براونيت، المنغنيت، المغرة السوداء). تأتي كميات كبيرة من المنغنيز من تحلل الحيوانات المائية والكائنات النباتية، وخاصة الخضرة الزرقاء والدياتومات والنباتات المائية العليا. يتم نقل مركبات المنغنيز إلى الخزانات بمياه الصرف الصحي من مصانع تركيز المنغنيز والمصانع المعدنية والشركات. الصناعة الكيميائيةومع مياهي.

يحدث انخفاض في تركيز أيونات المنغنيز في المياه الطبيعية نتيجة لأكسدة المنغنيز (II) إلى MnO2 والأكاسيد الأخرى عالية التكافؤ التي تترسب. المعلمات الرئيسية التي تحدد تفاعل الأكسدة هي تركيز الأكسجين المذاب وقيمة الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة. ويتناقص تركيز مركبات المنغنيز الذائبة نتيجة لاستفادة الطحالب منها.

الشكل الرئيسي لهجرة مركبات المنغنيز في المياه السطحية هو المعلقات، والتي يتم تحديد تركيبها بدوره من خلال تكوين الصخور التي تستنزفها المياه، وكذلك هيدروكسيدات الغروية للمعادن الثقيلة ومركبات المنغنيز الممتصة. تعتبر المواد العضوية وعمليات التكوين المعقد للمنجنيز مع الروابط العضوية وغير العضوية ذات أهمية كبيرة في هجرة المنغنيز في الأشكال الذائبة والغروية. يشكل Mn(II) مجمعات قابلة للذوبان مع البيكربونات والكبريتات. مجمعات المنغنيز مع أيونات الكلور نادرة. عادة ما تكون المركبات المعقدة من المنغنيز (II) مع المواد العضوية أقل استقرارًا من تلك الموجودة في المعادن الانتقالية الأخرى. وتشمل هذه المركبات التي تحتوي على الأمينات والأحماض العضوية والأحماض الأمينية والمواد الدبالية. يمكن أن يكون المنغنيز (III) بتركيزات عالية في حالة مذابة فقط في وجود عوامل معقدة قوية؛ ولا يوجد المنغنيز (YII) في المياه الطبيعية.

في مياه الأنهار، يتراوح محتوى المنغنيز عادة من 1 إلى 160 ميكروغرام/دم3، ومتوسط ​​المحتوى في مياه البحر هو 2 ميكروغرام/دم3، وفي المياه الجوفية - ن.102 - ن.103 ميكروغرام/دم3.

تخضع تركيزات المنغنيز في المياه السطحية للتقلبات الموسمية.

والعوامل التي تحدد التغيرات في تركيزات المنغنيز هي النسبة بين الجريان السطحي والجريان السطحي، وكثافة استهلاكه أثناء عملية التمثيل الضوئي، وتحلل العوالق النباتية والكائنات الحية الدقيقة والنباتات المائية العليا، وكذلك عمليات ترسبه في قاع المسطحات المائية. .

دور المنغنيز في حياة النباتات العليا والطحالب في المسطحات المائية كبير جدًا. يعزز المنغنيز استخدام ثاني أكسيد الكربون من قبل النباتات، مما يزيد من كثافة عملية التمثيل الضوئي ويشارك في عمليات اختزال النترات واستيعاب النيتروجين من قبل النباتات. يعزز المنغنيز انتقال الحديد النشط (II) إلى الحديد (III)، الذي يحمي الخلية من التسمم، ويسرع نمو الكائنات الحية، وما إلى ذلك. هامة بيئية و الدور الفسيولوجييسبب المنغنيز الحاجة إلى دراسة وتوزيع المنغنيز في المياه الطبيعية.

بالنسبة للخزانات المخصصة للاستخدام الصحي، تم ضبط الحد الأقصى المسموح به للتركيز (MPC) (لأيون المنغنيز) على 0.1 ملغم/دم3.

فيما يلي خرائط لتوزيع متوسط ​​تركيزات المعادن: المنغنيز والنحاس والنيكل والرصاص، والتي تم إنشاؤها وفقًا لبيانات الرصد للفترة 1989-1993. في 123 مدينة. من المفترض أن استخدام البيانات الأحدث غير مناسب، لأنه بسبب انخفاض الإنتاج، انخفضت تركيزات المواد المعلقة، وبالتالي المعادن بشكل كبير.

التأثير على الصحة.العديد من المعادن هي جزء من الغبار ولها تأثير كبير على الصحة.

يدخل المنغنيز الغلاف الجوي من خلال انبعاثات المعادن الحديدية (60% من إجمالي انبعاثات المنغنيز)، والهندسة الميكانيكية وتشغيل المعادن (23%)، والمعادن غير الحديدية (9%)، والعديد من المصادر الصغيرة، على سبيل المثال، من اللحام.

تؤدي التركيزات العالية من المنغنيز إلى تأثيرات سمية عصبية وأضرار تدريجية في الجهاز العصبي المركزي والالتهاب الرئوي.
ولوحظت أعلى تركيزات المنغنيز (0.57 - 0.66 ميكروغرام / م 3) في المراكز الكبيرة لعلم المعادن: ليبيتسك وتشيريبوفيتس، وكذلك ماجادان. تتركز معظم المدن ذات التركيزات العالية من المنغنيز (0.23 - 0.69 ميكروغرام/م3) في شبه جزيرة كولا: زابوليارني، كاندالاكشا، مونشيغورسك، أولينيغورسك (انظر الخريطة).

للفترة 1991 - 1994 وانخفضت انبعاثات المنغنيز من المصادر الصناعية بنسبة 62%، ومتوسط ​​التركيزات بنسبة 48%.

يعد النحاس أحد أهم العناصر النزرة. يرتبط النشاط الفسيولوجي للنحاس بشكل أساسي بإدراجه في المراكز النشطة لإنزيمات الأكسدة والاختزال. يؤثر عدم كفاية محتوى النحاس في التربة سلبًا على تخليق البروتينات والدهون والفيتامينات ويساهم في عقم الكائنات النباتية. ويدخل النحاس في عملية التمثيل الضوئي ويؤثر على امتصاص النباتات للنيتروجين. وفي الوقت نفسه، فإن التركيزات المفرطة من النحاس لها تأثير سلبي على الكائنات النباتية والحيوانية.

تعد مركبات النحاس (II) أكثر شيوعًا في المياه الطبيعية. من بين مركبات Cu(I)، الأكثر شيوعًا هي Cu2O، وCu2S، وCuCl، وهي قابلة للذوبان بشكل طفيف في الماء. في ظل وجود بروابط في وسط مائي، إلى جانب توازن تفكك الهيدروكسيد، من الضروري مراعاة تكوين أشكال معقدة مختلفة تكون في حالة توازن مع أيونات الماء المعدنية.

المصدر الرئيسي للنحاس الذي يدخل المياه الطبيعية هو مياه الصرف الصحي الناتجة عن الصناعات الكيميائية والمعدنية، ومياه المناجم، وكواشف الألدهيد المستخدمة لتدمير الطحالب. يمكن أن ينجم النحاس عن تآكل الأنابيب النحاسية والهياكل الأخرى المستخدمة في أنظمة إمدادات المياه. في المياه الجوفية، يتم تحديد محتوى النحاس من خلال تفاعل الماء مع الصخور التي تحتوي عليه (الكالكوبايرت، الكالكوسيت، الكوفيليت، البورنيت، الملكيت، الأزوريت، الكريساكولا، البروتانتين).

الحد الأقصى المسموح به لتركيز النحاس في مياه الخزانات لاستخدام المياه الصحية هو 0.1 ملجم / ديسم 3 (علامة الخطر الحدية هي الصحة العامة)، وفي مياه خزانات الأسماك - 0.001 ملجم / ديسم 3.

مدينة

نوريلسك

مونشيجورسك

كراسنورالسك

كولتشوجينو

زابوليارني

انبعاثات أكسيد النحاس M (ألف طن/سنة) ومتوسط ​​التركيزات السنوية q (ميكروجرام/م3) من النحاس.

يدخل النحاس الهواء مع الانبعاثات الناتجة عن إنتاج المعادن. في الانبعاثات المواد الصلبةيتم احتواؤه بشكل أساسي على شكل مركبات، معظمها من أكسيد النحاس.

تمثل شركات المعادن غير الحديدية 98.7٪ من جميع الانبعاثات البشرية المنشأ لهذا المعدن، منها 71٪ تنفذها شركات تابعة لشركة نوريلسك نيكل الواقعة في زابوليارني ونيكل ومونشيجورسك ونوريلسك، ويتم تنفيذ ما يقرب من 25٪ من انبعاثات النحاس في ريفدا وكراسنورالسك وكولتشوجينو وآخرين.

تؤدي التركيزات العالية من النحاس إلى التسمم وفقر الدم والتهاب الكبد.

وكما يتبين من الخريطة، فقد لوحظت أعلى تركيزات النحاس في مدينتي ليبيتسك ورودنايا بريستان. كما زادت تركيزات النحاس في مدن شبه جزيرة كولا، في زابوليارني، مونشيجورسك، نيكيل، أولينيجورسك، وكذلك في نوريلسك.

انخفضت انبعاثات النحاس من المصادر الصناعية بنسبة 34%، ومتوسط ​​التركيزات بنسبة 42%.

الموليبدينوم

تدخل مركبات الموليبدينوم إلى المياه السطحية نتيجة الترشيح من المعادن الخارجية المحتوية على الموليبدينوم. يدخل الموليبدينوم أيضًا إلى المسطحات المائية بمياه الصرف الصحي من مصانع المعالجة وشركات المعادن غير الحديدية. يحدث انخفاض في تركيزات مركبات الموليبدينوم نتيجة لترسيب المركبات القابلة للذوبان بشكل ضئيل وعمليات الامتزاز بواسطة المعلقات المعدنية واستهلاك الكائنات المائية النباتية.

الموليبدينوم في المياه السطحية هو بشكل رئيسي في الشكل مو42-. ومن المحتمل جدًا وجودها في شكل مجمعات عضوية معدنية. تنبع إمكانية حدوث بعض التراكم في الحالة الغروية من حقيقة أن منتجات أكسدة الموليبدينيت عبارة عن مواد فضفاضة ومشتتة بدقة.

وفي مياه الأنهار، تم العثور على الموليبدينوم بتركيزات تتراوح من 2.1 إلى 10.6 ميكروغرام/دم3. تحتوي مياه البحر على ما متوسطه 10 ميكروجرام/دم3 من الموليبدينوم.

بكميات صغيرة، الموليبدينوم ضروري للتطور الطبيعي للكائنات النباتية والحيوانية. الموليبدينوم هو جزء من إنزيم أوكسيديز الزانثين. مع نقص الموليبدينوم، يتكون الإنزيم بكميات غير كافية، مما يسبب ردود فعل سلبية في الجسم. في تركيزات عالية، الموليبدينوم ضار. مع وجود فائض من الموليبدينوم، يتم انتهاك عملية التمثيل الغذائي.

الحد الأقصى المسموح به لتركيز الموليبدينوم في المسطحات المائية للاستخدام الصحي هو 0.25 ملغم / ديسيمتر مكعب.

يدخل الزرنيخ المياه الطبيعية من الينابيع المعدنية ومناطق تمعدن الزرنيخ (بيريت الزرنيخ والريالغار والأوربيمنت) وكذلك من مناطق أكسدة الصخور المتعددة المعادن والنحاس والكوبالت والتنغستن. يأتي بعض الزرنيخ من التربة وأيضًا من تحلل الكائنات النباتية والحيوانية. يعد استهلاك الكائنات المائية للزرنيخ أحد أسباب انخفاض تركيزه في الماء، والذي يتجلى بشكل أوضح خلال فترة التطور المكثف للعوالق.

وتدخل كميات كبيرة من الزرنيخ إلى المسطحات المائية من مياه الصرف الصحي الناتجة عن مصانع المعالجة ومخلفات إنتاج الأصباغ والدباغة ومصانع المبيدات، وكذلك من الأراضي الزراعية التي تستخدم فيها المبيدات.

في المياه الطبيعية، تكون مركبات الزرنيخ في حالة مذابة ومعلقة، ويتم تحديد العلاقة بينها من خلال التركيب الكيميائي للمياه وقيم الرقم الهيدروجيني. في شكله المذاب، يوجد الزرنيخ في أشكال ثلاثية وخماسية التكافؤ، بشكل رئيسي على شكل أنيونات.

وفي مياه الأنهار غير الملوثة، يوجد الزرنيخ عادةً بتركيزات ميكروجرام. في المياه المعدنيةيمكن أن يصل تركيزه إلى عدة ملليجرامات لكل 1 ديسم مكعب، وفي مياه البحر يحتوي على متوسط ​​3 ميكروجرام/ ديسم3، وفي المياه الجوفية يوجد بتركيزات 105 ميكروجرام/ ديسم3. تعتبر مركبات الزرنيخ بتركيزات عالية سامة لجسم الحيوانات والبشر: فهي تمنع عمليات الأكسدة وتمنع وصول الأكسجين إلى الأعضاء والأنسجة.

الحد الأقصى المسموح به للتركيز للزرنيخ هو 0.05 ملغم/دم3 (مؤشر الخطر المحدد هو الصحة والسمية) والحد الأقصى للتركيز المسموح به للزرنيخ هو 0.05 ملغم/دم3.

يتم تحديد وجود النيكل في المياه الطبيعية من خلال تكوين الصخور التي تمر عبرها المياه: فهو يوجد في الأماكن التي تترسب فيها خامات كبريتيد النحاس والنيكل وخامات الحديد والنيكل. يدخل الماء من التربة ومن الكائنات النباتية والحيوانية أثناء تحللها. تم العثور على زيادة في محتوى النيكل مقارنة بأنواع الطحالب الأخرى في الطحالب الخضراء المزرقة. كما تدخل مركبات النيكل إلى المسطحات المائية مع مياه الصرف الصحي من محلات طلاء النيكل، ومصانع المطاط الصناعي، ومصانع تركيز النيكل. تصاحب انبعاثات النيكل الضخمة حرق الوقود الأحفوري.

وقد ينخفض ​​تركيزه نتيجة ترسيب مركبات مثل السيانيد أو الكبريتيدات أو الكربونات أو الهيدروكسيدات (مع زيادة قيم الرقم الهيدروجيني)، بسبب استهلاكه من قبل الكائنات المائية وعمليات الامتزاز.

في المياه السطحية، تكون مركبات النيكل في حالات مذابة ومعلقة وغروية، وتعتمد النسبة الكمية بينها على تركيبة الماء ودرجة الحرارة وقيم الرقم الهيدروجيني. يمكن أن تكون المواد الماصة لمركبات النيكل هي هيدروكسيد الحديد والمواد العضوية وكربونات الكالسيوم شديدة التشتت والطين. الأشكال المذابة هي في المقام الأول أيونات معقدة، والأكثر شيوعًا مع الأحماض الأمينية، وأحماض الدبالية والفولفيك، وأيضًا كمركب سيانيد قوي. مركبات النيكل الأكثر شيوعًا في المياه الطبيعية هي تلك التي توجد فيها في حالة الأكسدة +2. عادة ما تتشكل مركبات Ni3+ في بيئة قلوية.

تلعب مركبات النيكل دورًا مهمًا في عمليات تكوين الدم، كونها محفزات. محتواه المتزايد له تأثير محدد على نظام القلب والأوعية الدموية. النيكل هو أحد العناصر المسببة للسرطان. فهو قادر على التسبب أمراض الجهاز التنفسي. يُعتقد أن أيونات النيكل الحرة (Ni2+) أكثر سمية بحوالي مرتين من مركباتها المعقدة.

وفي مياه الأنهار غير الملوثة والملوثة قليلاً، يتراوح تركيز النيكل عادة من 0.8 إلى 10 ميكروغرام/دم3؛ وفي الحالات الملوثة يصل إلى عدة عشرات من الميكروجرامات لكل 1 ديسيمتر مكعب. يبلغ متوسط ​​تركيز النيكل في مياه البحر 2 ميكروجرام/دم3، وفي المياه الجوفية - 103 ميكروجرام/دم3. وفي غسل الصخور المحتوية على النيكل بالمياه الجوفية، يرتفع تركيز النيكل أحياناً إلى 20 ملغم/دسم3.

يدخل النيكل إلى الغلاف الجوي من شركات المعادن غير الحديدية، والتي تمثل 97٪ من جميع انبعاثات النيكل، منها 89٪ تأتي من شركات شركة نوريلسك للنيكل الموجودة في زابوليارني ونيكل ومونشيجورسك ونوريلسك.

تؤدي زيادة محتوى النيكل في البيئة إلى ظهور الأمراض المتوطنة وسرطان الشعب الهوائية. تنتمي مركبات النيكل إلى المجموعة الأولى من المواد المسرطنة.
تُظهر الخريطة عدة نقاط ذات متوسط ​​تركيزات عالية للنيكل في مواقع منطقة نوريلسك للنيكل: أباتيتي، كاندالاكشا، مونشيجورسك، أولينيجورسك.

انخفضت انبعاثات النيكل من المؤسسات الصناعية بنسبة 28%، ومتوسط ​​التركيزات بنسبة 35%.

الانبعاثات M (ألف طن/سنة) ومتوسط ​​التركيزات السنوية ف (ميكروجرام/م3) من النيكل.

يدخل المياه الطبيعية نتيجة لعمليات ترشيح المعادن التي تحتوي على القصدير (حجر القصدير، الستانين)، وكذلك مع مياه الصرف الصحي من الصناعات المختلفة (صبغ الأقمشة، تصنيع الدهانات العضوية، إنتاج السبائك مع إضافة القصدير، إلخ. ).

التأثير السام للقصدير صغير.

وفي المياه السطحية غير الملوثة، يوجد القصدير بتركيزات أقل من ميكروجرام. يصل تركيزه في المياه الجوفية إلى بضعة ميكروجرامات لكل 1 ديسيمتر مكعب. الحد الأقصى للتركيز المسموح به هو 2 ملغم/دم3.

يمكن أن تدخل مركبات الزئبق إلى المياه السطحية نتيجة رشح الصخور في منطقة رواسب الزئبق (السينابار، الميتاسيناباريت، ليفينجستونيت)، أثناء تحلل الكائنات المائية التي يتراكم فيها الزئبق. تدخل كميات كبيرة إلى المسطحات المائية مع مياه الصرف الصحي من المنشآت المنتجة للأصباغ والمبيدات الحشرية، المستحضرات الصيدلانية، بعض المتفجرات. محطات توليد الطاقة الحراريةتطلق المحطات التي تعمل بالفحم كميات كبيرة من مركبات الزئبق في الغلاف الجوي، والتي تنتهي في المسطحات المائية نتيجة الترسيب الرطب والجاف.

يحدث انخفاض في تركيز مركبات الزئبق الذائبة نتيجة استخلاصها من قبل العديد من الكائنات البحرية وكائنات المياه العذبة، والتي لديها القدرة على تراكمه بتركيزات أعلى بعدة مرات من محتواها في الماء، وكذلك عمليات الامتزاز بواسطة المواد العالقة و الرواسب السفلية.

وفي المياه السطحية، تكون مركبات الزئبق في حالة مذابة ومعلقة. تعتمد النسبة بينهما على التركيب الكيميائي للماء وقيم الرقم الهيدروجيني. الزئبق المعلق هو عبارة عن مركبات زئبقية ممتصة. الأشكال الذائبة هي جزيئات غير منفصلة ومركبات عضوية ومعدنية معقدة. يمكن أن يتواجد الزئبق في مياه المسطحات المائية على شكل مركبات ميثيل الزئبق.

مركبات الزئبق شديدة السمية، فهي تؤثر على الجهاز العصبي البشري، وتسبب تغيرات في الغشاء المخاطي، واضطراب وظيفة المحركوإفراز الجهاز الهضمي، والتغيرات في الدم، وما إلى ذلك. تهدف عمليات المثيلة البكتيرية إلى تكوين مركبات ميثيل الزئبق، وهي أكثر سمية بعدة مرات من أملاح الزئبق المعدنية. تتراكم مركبات ميثيل الزئبق في الأسماك ويمكن أن تدخل جسم الإنسان.

الحد الأقصى المسموح به لتركيز الزئبق هو 0.0005 ملغم/دم3 (علامة الخطر الحدية هي علامة صحية وسمية)، والحد الأقصى للتركيز المسموح به هو 0.0001 ملغم/دم3.

المصادر الطبيعية للرصاص الذي يدخل المياه السطحية هي عمليات ذوبان المعادن الداخلية (جالينا) والخارجية (الأنجليزيت، السيروسيت، وما إلى ذلك). ترتبط الزيادة الكبيرة في محتوى الرصاص في البيئة (بما في ذلك المياه السطحية) باحتراق الفحم، واستخدام رباعي إيثيل الرصاص كعامل مضاد للخبط في وقود المحركات، وتصريف المياه العادمة من الخام إلى المسطحات المائية. مصانع المعالجة وبعض المصانع المعدنية والمصانع الكيماوية والمناجم وما إلى ذلك. من العوامل المهمة في تقليل تركيز الرصاص في الماء امتصاصه بواسطة المواد العالقة وترسبها في الرواسب السفلية. يتم استخراج الرصاص، من بين المعادن الأخرى، وتجميعه بواسطة الكائنات المائية.

يوجد الرصاص في المياه الطبيعية في حالة مذابة ومعلقة (ممتزة). في شكل مذاب يوجد في شكل مجمعات معدنية ومعدنية عضوية، وكذلك أيونات بسيطة، في شكل غير قابل للذوبان - بشكل رئيسي في شكل كبريتيدات وكبريتات وكربونات.

ويتراوح تركيز الرصاص في مياه الأنهار من أعشار إلى وحدات ميكروجرام لكل 1 ديسيمتر مكعب. وحتى في مياه المسطحات المائية المجاورة لمناطق الخامات المتعددة المعادن، نادرا ما يصل تركيزها إلى عشرات الملليجرامات لكل 1 ديسم مكعب. فقط في المياه الحرارية الكلوريدية يصل تركيز الرصاص أحيانًا إلى عدة ملليجرامات لكل 1 ديسيمتر مكعب.

المؤشر المحدود لضرر الرصاص هو السمية الصحية. الحد الأقصى المسموح به لتركيز الرصاص هو 0.03 ملجم/دم3، والحد الأقصى المسموح به لتركيز الرصاص هو 0.1 ملجم/دم3.

يوجد الرصاص في الانبعاثات الصادرة عن شركات التعدين وأشغال المعادن والهندسة الكهربائية والبتروكيماويات وشركات نقل السيارات.

يحدث تأثير الرصاص على الصحة من خلال استنشاق الهواء المحتوي على الرصاص وابتلاع الرصاص من خلال الطعام والماء وجزيئات الغبار. يتراكم الرصاص في الجسم وفي العظام والأنسجة السطحية. يؤثر الرصاص على الكلى والكبد والجهاز العصبي والأعضاء المكونة للدم. كبار السن والأطفال حساسون بشكل خاص حتى للجرعات المنخفضة من الرصاص.

الانبعاثات M (ألف طن/سنة) ومتوسط ​​التركيزات السنوية q (ميكروجرام/م3) من الرصاص.

على مدار سبع سنوات، انخفضت انبعاثات الرصاص من المصادر الصناعية بنسبة 60% بسبب تخفيضات الإنتاج وإغلاق العديد من المصانع. ولا يصاحب الانخفاض الحاد في الانبعاثات الصناعية انخفاض في انبعاثات المركبات. انخفض متوسط ​​تركيزات الرصاص بنسبة 41% فقط. يمكن تفسير الاختلافات في تخفيضات انبعاثات الرصاص وتركيزاته من خلال عدم الإبلاغ عن انبعاثات المركبات في السنوات السابقة؛ حاليا، زاد عدد السيارات وكثافة حركة المرور الخاصة بها.

رباعي إيثيل الرصاص

يدخل المياه الطبيعية بسبب استخدامه كعامل مضاد للخبط في وقود محركات المركبات المائية، وكذلك مع الجريان السطحي من المناطق الحضرية.

تتميز هذه المادة بسمية عالية ولها خصائص تراكمية.

مصادر الفضة التي تدخل المياه السطحية هي المياه الجوفية ومياه الصرف الصحي من المناجم ومصانع المعالجة وشركات التصوير الفوتوغرافي. ترتبط زيادة محتوى الفضة باستخدام المستحضرات المبيدة للجراثيم والطحالب.

في مياه الصرف الصحي، يمكن أن تكون الفضة موجودة في شكل مذاب ومعلق، ومعظمها في شكل أملاح الهاليد.

وفي المياه السطحية غير الملوثة، توجد الفضة بتركيزات أقل من ميكروغرام. ويتراوح تركيز الفضة في المياه الجوفية من بضعة إلى عشرات الميكروغرامات لكل 1 ديسيمتر مكعب، وفي مياه البحر - في المتوسط ​​0.3 ميكروغرام/ ديسيمتر مكعب.

أيونات الفضة قادرة على تدمير البكتيريا وحتى في التركيزات الصغيرة تقوم بتعقيم الماء (الحد الأدنى لتأثير أيونات الفضة المبيد للجراثيم هو 2.10-11 مول/دم3). لم يتم دراسة دور الفضة في جسم الحيوانات والبشر بشكل كافٍ.

MPC للفضة هو 0.05 ملغم / ديسيمتر 3.

يدخل الأنتيمون إلى المياه السطحية بسبب رشح معادن الأنتيمون (ستيبنيت، سينارمونتيت، فالنتينيت، سيرفيتيت، ستيبيوكانيت) ومع مياه الصرف الصحي من مصانع المطاط والزجاج والصباغة وكبريت.

في المياه الطبيعية، تكون مركبات الأنتيمون في حالة مذابة ومعلقة. في ظل ظروف الأكسدة والاختزال المميزة للمياه السطحية، من الممكن وجود كل من الأنتيمون ثلاثي التكافؤ وخماسي التكافؤ.

في المياه السطحية غير الملوثة، يوجد الأنتيمون بتركيزات أقل من ميكروغرام، وفي مياه البحر يصل تركيزه إلى 0.5 ميكروغرام/دم3، وفي المياه الجوفية - 10 ميكروغرام/دم3. تبلغ نسبة MPC للأنتيمون 0.05 ملجم/دم3 (مؤشر الخطر المحدود هو مؤشر صحي وسمي)، وMPCv هو 0.01 ملجم/سم3.

تدخل مركبات الكروم الثلاثية والسداسي التكافؤ إلى المياه السطحية نتيجة الترشيح من الصخور (الكروميت، الكروكيت، اليوفاروفيت، إلخ). تأتي بعض الكميات من تحلل الكائنات الحية والنباتات من التربة. قد تدخل كميات كبيرة إلى المسطحات المائية مع مياه الصرف الصحي من محلات الطلاء الكهربائي والصباغة في مصانع النسيج والدباغة ومؤسسات الصناعة الكيميائية. ويمكن ملاحظة انخفاض في تركيز أيونات الكروم نتيجة استهلاكها من قبل الكائنات المائية وعمليات الامتزاز.

في المياه السطحية، تكون مركبات الكروم في حالات مذابة ومعلقة، وتعتمد النسبة بينهما على تركيبة الماء ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة للمحلول. مركبات الكروم المعلقة هي بشكل رئيسي مركبات الكروم الممتصة. يمكن أن تكون المواد الماصة عبارة عن طين، وهيدروكسيد الحديد، وكربونات الكالسيوم شديدة التشتت، وبقايا الكائنات الحية النباتية والحيوانية. في شكله المذاب، يمكن العثور على الكروم في شكل كرومات وثنائي كرومات. في الظروف الهوائية، يتحول الكروم (VI) إلى الكروم (III)، الذي تتحلل أملاحه في الوسائط المحايدة والقلوية لتحرير الهيدروكسيد.

في مياه الأنهار غير الملوثة والملوثة قليلاً، يتراوح محتوى الكروم من بضعة أعشار ميكروجرام لكل لتر إلى عدة ميكروجرامات لكل لتر، وفي المسطحات المائية الملوثة يصل إلى عدة عشرات ومئات ميكروجرامات لكل لتر. ويبلغ متوسط ​​التركيز في مياه البحر 0.05 ميكروغرام/دسم3، وفي المياه الجوفية - عادة في حدود ن.10 - ن.102 ميكروغرام/دسم3.

مركبات الكروم (VI) والكروم (III) بكميات متزايدة لها خصائص مسرطنة. تعتبر مركبات الكروم (VI) أكثر خطورة.

يدخل المياه الطبيعية نتيجة عمليات تدمير وتحلل الصخور والمعادن التي تحدث في الطبيعة (السفاليريت، الزنكيت، الجوسلاريت، سميثسونيت، الكالامين)، وكذلك مع مياه الصرف الصحي من مصانع معالجة الخام ومحلات الطلاء الكهربائي، وإنتاج ورق البرشمان. والدهانات المعدنية والألياف الفسكوزية وغيرها.

يوجد في الماء بشكل رئيسي في شكل أيوني أو في شكل مجمعاته المعدنية والعضوية. توجد أحيانًا في أشكال غير قابلة للذوبان: مثل الهيدروكسيد والكربونات والكبريتيد وغيرها.

يتراوح تركيز الزنك في مياه الأنهار عادة من 3 إلى 120 ميكروغرام/دم3، وفي مياه البحر - من 1.5 إلى 10 ميكروغرام/دم3. يمكن أن يكون المحتوى الموجود في المياه الخام وخاصة في مياه المناجم ذات قيم الرقم الهيدروجيني المنخفضة كبيرًا.

الزنك هو أحد العناصر الدقيقة النشطة التي تؤثر على النمو و التطور الطبيعيالكائنات الحية. وفي الوقت نفسه، فإن العديد من مركبات الزنك سامة، وفي المقام الأول كبريتاتها وكلوريدها.

MPC لـ Zn2+ هو 1 مجم/dm3 (المؤشر الحدي للضرر هو حسي)، وMPC لـ Zn2+ هو 0.01 مجم/dm3 (المؤشر الحدي للضرر هو السمية).

تحتل المعادن الثقيلة بالفعل المركز الثاني من حيث الخطر، وهي أدنى من المبيدات الحشرية وتتقدم بشكل كبير على الملوثات المعروفة مثل ثاني أكسيد الكربون والكبريت، ومن المتوقع أن تصبح أخطر وأخطر من نفايات محطات الطاقة النووية والمواد الصلبة. يضيع. يرتبط التلوث بالمعادن الثقيلة باستخدامها على نطاق واسع في الإنتاج الصناعيإلى جانب ضعف أنظمة التنقية، مما يؤدي إلى دخول معادن ثقيلة إلى البيئة، بما في ذلك التربة، مما يؤدي إلى تلويثها وتسممها.

تعتبر المعادن الثقيلة من الملوثات ذات الأولوية، والتي تعتبر مراقبتها إلزامية في جميع البيئات. في مختلف الأعمال العلمية والتطبيقية، يفسر المؤلفون معنى مفهوم "المعادن الثقيلة" بشكل مختلف. في بعض الحالات، يتضمن تعريف المعادن الثقيلة عناصر مصنفة على أنها هشة (على سبيل المثال، البزموت) أو أشباه الفلزات (على سبيل المثال، الزرنيخ).

التربة هي الوسيلة الرئيسية التي تدخل إليها المعادن الثقيلة، بما في ذلك من الغلاف الجوي والبيئة المائية. كما أنه بمثابة مصدر للتلوث الثانوي للهواء السطحي والمياه التي تتدفق منه إلى المحيط العالمي. تمتص النباتات المعادن الثقيلة من التربة، والتي تصبح بعد ذلك غذاءً للحيوانات الأكثر تنظيماً.
استمرار
--فاصل صفحة-- 3.3. سمية الرصاص
حاليًا، يحتل الرصاص المرتبة الأولى بين أسباب التسمم الصناعي. ويرجع ذلك إلى استخدامه على نطاق واسع في الصناعات المختلفةصناعة. يتعرض عمال استخراج خام الرصاص، في مصاهر الرصاص، في إنتاج البطاريات، أثناء اللحام، في دور الطباعة، في إنتاج الزجاج البلوري أو منتجات السيراميك، والبنزين المحتوي على الرصاص، والدهانات الرصاصية، وما إلى ذلك. وتشكل التربة والمياه بالقرب من هذه الصناعات، وكذلك بالقرب من الطرق السريعة الرئيسية، تهديدًا بالتعرض للرصاص على السكان الذين يعيشون في هذه المناطق، وقبل كل شيء، الأطفال، الذين هم أكثر حساسية لتأثيرات المعادن الثقيلة.
تجدر الإشارة مع الأسف إلى أنه لا توجد في روسيا سياسة حكومية بشأن التنظيم القانوني والتنظيمي والاقتصادي لتأثير الرصاص على البيئة والصحة العامة، وخفض انبعاثات (تصريفات ونفايات) الرصاص ومركباته في البيئة، والتوقف التام عن إنتاج البنزين المحتوي على الرصاص.

نظرًا للعمل التعليمي غير المرضي للغاية لشرح للسكان درجة خطورة آثار المعادن الثقيلة على جسم الإنسان، فإن عدد الوحدات التي لديها اتصال احترافي بالرصاص لا يتناقص في روسيا، ولكنه يتزايد تدريجيًا. حالات الرصاص التسمم المزمنالمسجلة في 14 صناعة في روسيا. الصناعات الرائدة هي صناعة الهندسة الكهربائية (إنتاج البطاريات)، وصناعة الأدوات، والطباعة، وصناعة المعادن غير الحديدية، حيث يحدث التسمم بسبب تجاوز الحد الأقصى المسموح به لتركيز الرصاص في هواء منطقة العمل بنسبة 20 أو أكثر. مرات.

مصدر مهم للرصاص هو أبخرة عوادم السيارات، حيث لا يزال نصف روسيا يستخدم البنزين المحتوي على الرصاص. ومع ذلك، تظل مصانع المعادن، وخاصة مصاهر النحاس، المصدر الرئيسي للتلوث البيئي. وهناك قادة هنا. يوجد على أراضي منطقة سفيردلوفسك 3 من أكبر مصادر انبعاثات الرصاص في البلاد: في مدن كراسنورالسك وكيروفوغراد وريفدا.

مداخن مصهر النحاس في كراسنورالسك، التي تم بناؤها خلال سنوات التصنيع الستاليني وباستخدام معدات من عام 1932، تنفث سنويًا ما بين 150 إلى 170 طنًا من الرصاص في المدينة التي يبلغ عدد سكانها 34 ألف نسمة، وتغطي كل شيء بغبار الرصاص.

يتراوح تركيز الرصاص في تربة كراسنورالسك من 42.9 إلى 790.8 ملغم/كغم مع الحد الأقصى المسموح به للتركيز MPC = 130 ميكروغرام/كغم. عينات المياه في إمدادات المياه في قرية مجاورة. Oktyabrsky، الذي يتغذى من مصدر المياه الجوفية، تجاوز الحد الأقصى المسموح به للتركيز بما يصل إلى مرتين.

يؤثر تلوث البيئة بالرصاص على صحة الإنسان. يؤدي التعرض للرصاص إلى تعطيل الجهاز التناسلي للأنثى والذكر. للنساء في سن الحمل والإنجاب مستويات مرتفعةيشكل الرصاص في الدم خطرا خاصا، حيث تنتهك وظيفة الدورة الشهرية تحت تأثير الرصاص؛ الولادة المبكرةوالإجهاض وموت الجنين بسبب اختراق الرصاص عبر حاجز المشيمة. الأطفال حديثي الولادة لديهم معدل وفيات مرتفع.

يعد التسمم بالرصاص خطيرًا للغاية بالنسبة للأطفال الصغار - فهو يؤثر على نمو الدماغ والجهاز العصبي. كشف اختبار 165 طفلاً من أطفال كراسنورالسك الذين تتراوح أعمارهم بين 4 سنوات وما فوق عن وجود تأخير كبير التطور العقلي والفكريوتبين أن 75.7% و6.8% من الأطفال الذين تم فحصهم لديهم تخلف عقلي، بما في ذلك التخلف العقلي.

أطفال سن ما قبل المدرسةهم الأكثر عرضة لآثار الرصاص الضارة لأن أجهزتهم العصبية ما زالت في طور النمو. حتى في الجرعات المنخفضة، يؤدي التسمم بالرصاص إلى انخفاض في النمو الفكري والانتباه والقدرة على التركيز، وتأخر في القراءة، ويؤدي إلى تطور العدوانية وفرط النشاط ومشاكل أخرى في سلوك الطفل. يمكن أن تكون هذه التشوهات التنموية طويلة الأمد ولا رجعة فيها. كما أن انخفاض الوزن عند الولادة والتقزم وفقدان السمع ينتج أيضًا عن التسمم بالرصاص. الجرعات العالية من التسمم تؤدي إلى التأخر العقليوتسبب الغيبوبة والتشنجات والوفاة.

أفاد تقرير نشره خبراء روس أن التلوث بالرصاص يغطي البلاد بأكملها وهو واحد من الكوارث البيئية العديدة في الاتحاد السوفيتي السابق التي ظهرت إلى النور في عام 2016. السنوات الاخيرة. تواجه معظم أراضي روسيا حمولة من ترسبات الرصاص تتجاوز الحمل الحرج للأداء الطبيعي للنظام البيئي. وفي عشرات المدن تتجاوز تركيزات الرصاص في الهواء والتربة القيم المقابلة للتركيزات القصوى المسموح بها.

ولوحظ أعلى مستوى من تلوث الهواء بالرصاص، يتجاوز الحد الأقصى المسموح به للتركيز، في مدن كومسومولسك أون أمور، توبولسك، تيومين، كاراباش، فلاديمير، فلاديفوستوك.

وقد لوحظت الأحمال القصوى لترسب الرصاص، مما أدى إلى تدهور النظم الإيكولوجية الأرضية، في مناطق موسكو وفلاديمير ونيجني نوفغورود وريازان وتولا وروستوف ولينينغراد.

المصادر الثابتة مسؤولة عن تصريف أكثر من 50 طنًا من الرصاص على شكل مركبات مختلفة إلى المسطحات المائية. وفي الوقت نفسه، تقوم 7 مصانع للبطاريات بتصريف 35 طناً من الرصاص سنوياً عبر نظام الصرف الصحي. يُظهر تحليل توزيع تصريفات الرصاص في المسطحات المائية في روسيا أن مناطق لينينغراد وياروسلافل وبيرم وسامارا وبينزا وأوريول هي الرائدة في هذا النوع من الأحمال.

وتحتاج البلاد إلى تدابير عاجلة للحد من التلوث بالرصاص، ولكن حتى الآن ازمة اقتصاديةطغت المشاكل البيئية على روسيا. في ظل الكساد الصناعي طويل الأمد، تفتقر روسيا إلى الوسائل اللازمة لتنظيف التلوث الماضي، ولكن إذا بدأ الاقتصاد في التعافي وعادت المصانع إلى العمل، فقد يتفاقم التلوث.
أكثر 10 مدن تلوثًا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية السابق

(يتم إدراج المعادن بالترتيب التنازلي لمستوى الأولوية لمدينة معينة)

4. نظافة التربة. التخلص من النفايات.
لطالما كانت التربة في المدن والمناطق المأهولة الأخرى والمناطق المحيطة بها مختلفة عن التربة الطبيعية ذات القيمة البيولوجية، والتي تلعب دورًا مهمًا في الحفاظ على التوازن البيئي. تتعرض التربة في المدن لنفس التأثيرات الضارة مثل الهواء الحضري والغلاف المائي، لذلك يحدث تدهور كبير في كل مكان. ولا تحظى نظافة التربة بالاهتمام الكافي، على الرغم من أهميتها باعتبارها أحد المكونات الرئيسية للمحيط الحيوي (الهواء، الماء، التربة) العامل البيولوجيتعتبر البيئة أكثر أهمية من الماء، حيث أن كمية الأخير (في المقام الأول نوعية المياه الجوفية) تتحدد حسب حالة التربة، ومن المستحيل فصل هذه العوامل عن بعضها البعض. تتمتع التربة بقدرة على التنقية الذاتية البيولوجية: ففي التربة يحدث تحلل النفايات التي تدخل إليها وتمعدنها؛ وفي نهاية المطاف، تعوض التربة المعادن المفقودة على حسابها.

إذا فقدت التربة أيًا من مكونات قدرتها على التمعدن نتيجة التحميل الزائد، فإن ذلك سيؤدي حتماً إلى تعطيل آلية التنقية الذاتية والتدهور الكامل للتربة. وعلى العكس من ذلك، فإن خلق الظروف المثلى للتنقية الذاتية للتربة يساعد في الحفاظ على التوازن البيئي وظروف وجود جميع الكائنات الحية، بما في ذلك الإنسان.

ولذلك فإن مشكلة تحييد النفايات ذات الآثار البيولوجية الضارة لا تقتصر على مسألة إزالتها؛ إنها مشكلة صحية أكثر تعقيدا، لأن التربة هي حلقة الوصل بين الماء والهواء والإنسان.
4.1.
دور التربة في عملية التمثيل الغذائي

تتم العلاقة البيولوجية بين التربة والإنسان بشكل رئيسي من خلال عملية التمثيل الغذائي. تعتبر التربة، كما كانت، موردًا للمعادن الضرورية للدورة الأيضية، ولنمو النباتات التي يستهلكها الإنسان والحيوانات العاشبة، والتي يأكلها الإنسان والحيوانات آكلة اللحوم بدورها. وهكذا توفر التربة الغذاء للعديد من ممثلي عالم النبات والحيوان.

وبالتالي، فإن تدهور جودة التربة، وانخفاض قيمتها البيولوجية، وقدرتها على التنقية الذاتية، يسبب تفاعلاً بيولوجياً متسلسلاً، والذي، في حالة حدوث آثار ضارة طويلة الأمد، يمكن أن يؤدي إلى مجموعة متنوعة من الاضطرابات الصحية بين السكان. علاوة على ذلك، إذا تم إبطاء عمليات التمعدن، فإن النترات والنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم وما إلى ذلك، التي تتشكل أثناء تحلل المواد، يمكن أن تدخل إلى المياه الجوفية المستخدمة لأغراض الشرب وتسبب أمراضًا خطيرة (على سبيل المثال، يمكن أن تسبب النترات ميتهيموغلوبينية الدم، خاصة عند الرضع).

يمكن أن يؤدي استهلاك المياه من التربة الفقيرة باليود إلى الإصابة بتضخم الغدة الدرقية المتوطن، وما إلى ذلك.
4.2.
العلاقة البيئية بين التربة والمياه والنفايات السائلة (المياه العادمة)

يستخرج الإنسان من التربة الماء اللازم للحفاظ على عمليات التمثيل الغذائي والحياة نفسها. نوعية المياه تعتمد على ظروف التربة. فهو يعكس دائمًا الحالة البيولوجية لتربة معينة.

وينطبق هذا بشكل خاص على المياه الجوفية، التي تتحدد قيمتها البيولوجية بشكل كبير من خلال خصائص التربة والتربة، وقدرتها على التنقية الذاتية، وقدرتها على الترشيح، وتكوين النباتات الكبيرة، والحيوانات الدقيقة، وما إلى ذلك.

أما التأثير المباشر للتربة على المياه السطحية فهو أقل أهمية، ويرتبط بشكل رئيسي بهطول الأمطار. على سبيل المثال، بعد هطول الأمطار الغزيرة، يتم غسل الملوثات المختلفة من التربة إلى المسطحات المائية المفتوحة (الأنهار والبحيرات)، بما في ذلك الأسمدة الاصطناعية (النيتروجين والفوسفات)، والمبيدات الحشرية، ومبيدات الأعشاب؛ وفي مناطق الكارست والرواسب المكسورة، يمكن أن تخترق الملوثات تشققات في أعماق المياه الجوفية.

يمكن أن تؤدي المعالجة غير الكافية لمياه الصرف الصحي أيضًا إلى آثار بيولوجية ضارة على التربة وتؤدي في النهاية إلى تدهور التربة. ولذلك فإن حماية التربة في المناطق المأهولة بالسكان تعتبر من المتطلبات الأساسية لحماية البيئة ككل.
4.3.
حدود حمل التربة مع النفايات الصلبة (النفايات المنزلية والشوارع، النفايات الصناعية، الحمأة الجافة المتبقية بعد ترسيب المياه العادمة، المواد المشعةإلخ.)

وتتفاقم المشكلة بسبب حقيقة أنه نتيجة لتوليد كميات متزايدة من النفايات الصلبة في المدن، تتعرض التربة في المناطق المحيطة بها لضغوط كبيرة بشكل متزايد. تتدهور خصائص التربة وتكوينها بوتيرة سريعة ومتزايدة.

ومن بين 64.3 مليون طن من الورق المنتج في الولايات المتحدة، ينتهي الأمر بـ 49.1 مليون طن إلى النفايات (من هذه الكمية، يتم توفير 26 مليون طن بواسطة الأسر، ويتم توفير 23.1 مليون طن عن طريق سلاسل البيع بالتجزئة).

فيما يتعلق بما سبق، فإن إزالة النفايات الصلبة وتحييدها النهائي يمثل مشكلة صحية كبيرة جدًا وأكثر صعوبة في التنفيذ في ظروف التحضر المتزايد.

يبدو أن المعادلة النهائية للنفايات الصلبة في التربة الملوثة ممكنة. ومع ذلك، ونظرًا للتدهور المستمر لقدرة التربة الحضرية على التنقية الذاتية، فإن التحييد النهائي للنفايات المدفونة في الأرض أمر مستحيل.

يمكن لأي شخص أن يستخدم بنجاح العمليات الكيميائية الحيوية التي تحدث في التربة، وقدرتها على تحييد وتعقيم النفايات الصلبة، ولكن التربة الحضرية، نتيجة لقرون من السكن البشري والنشاط في المدن، أصبحت منذ فترة طويلة غير مناسبة لهذا الغرض.

إن آليات التنقية الذاتية والتمعدن التي تحدث في التربة، ودور البكتيريا والإنزيمات المشاركة فيها، وكذلك المنتجات الوسيطة والنهائية لتحلل المواد معروفة جيداً. تهدف الأبحاث حاليًا إلى تحديد العوامل التي تضمن التوازن البيولوجي التربة الطبيعيةوكذلك توضيح مسألة مقدار النفايات الصلبة (وما هو تكوينها) التي يمكن أن تؤدي إلى انتهاك التوازن البيولوجي للتربة.
كمية النفايات المنزلية(القمامة) لكل ساكن في بعض المدن الكبرى في العالم

تجدر الإشارة إلى أن الحالة الصحية للتربة في المدن تتدهور بسرعة نتيجة لحملها الزائد، على الرغم من أن قدرة التربة على التنقية الذاتية هي الشرط الصحي الرئيسي للحفاظ على التوازن البيولوجي. لم تعد التربة في المدن قادرة على القيام بمهمتها دون مساعدة الإنسان. السبيل الوحيد للخروج من هذا الوضع هو التحييد الكامل وتدمير النفايات وفقا لمتطلبات النظافة.

لذلك، ينبغي أن يهدف إنشاء المرافق العامة إلى الحفاظ على القدرة الطبيعية للتربة على التنقية الذاتية، وإذا أصبحت هذه القدرة بالفعل غير مرضية، فيجب استعادتها بشكل مصطنع.

والأكثر سلبية هو التأثير السام للنفايات الصناعية، السائلة والصلبة. وتدخل كمية متزايدة من هذه النفايات إلى التربة، وهي غير قادرة على مواجهتها. على سبيل المثال، تم إثبات تلوث التربة بالزرنيخ بالقرب من مصانع إنتاج السوبر فوسفات (ضمن دائرة نصف قطرها 3 كيلومترات). وكما هو معروف فإن بعض المبيدات الحشرية مثل الكلور مركبات العضويةبمجرد دخولها إلى التربة، فإنها لا تتحلل لفترة طويلة.

الوضع مشابه لبعض مواد التعبئة والتغليف الاصطناعية (كلوريد البولي فينيل، البولي إيثيلين، إلخ).

تدخل بعض المركبات السامة إلى المياه الجوفية عاجلاً أم آجلاً، ونتيجة لذلك لا يتم انتهاك التوازن البيولوجي للتربة فحسب، بل تتدهور أيضًا جودة المياه الجوفية إلى حد أنه لم يعد من الممكن استخدامها كمياه للشرب.
نسبة كمية المواد الاصطناعية الأساسية الموجودة في النفايات المنزلية (القمامة)

*
جنبا إلى جنب مع نفايات المواد البلاستيكية الأخرى التي تصلب الحرارة.
وتزايدت مشكلة النفايات هذه الأيام أيضًا لأن جزءًا من النفايات، وخاصة البراز البشري والحيواني، يستخدم لتخصيب الأراضي الزراعية [يحتوي البراز على كمية كبيرة من النيتروجين - 0.4-0.5٪، الفوسفور (P203) - 0.2-0 . 6%، بوتاسيوم (K?0) -0.5-1.5%، كربون -5-15%]. وقد امتدت مشكلة المدينة هذه إلى المناطق المحيطة بالمدينة.
4.4.
دور التربة في انتشار الأمراض المختلفة

تلعب التربة دورًا معينًا في التوزيع أمراض معدية. تم الإبلاغ عن ذلك في القرن الماضي من قبل بيتركوفر (1882) وفودور (1875)، اللذين سلطا الضوء بشكل رئيسي على دور التربة في انتشار الأمراض المعوية: الكوليرا، حمى التيفودوالدوسنتاريا وما إلى ذلك. كما لفتوا الانتباه إلى حقيقة أن بعض البكتيريا والفيروسات تظل قابلة للحياة وخبيثة في التربة لعدة أشهر. وفي وقت لاحق، أكد عدد من المؤلفين ملاحظاتهم، وخاصة فيما يتعلق بالتربة الحضرية. على سبيل المثال، يظل العامل المسبب للكوليرا قابلاً للحياة وممرضًا في المياه الجوفية من 20 إلى 200 يوم، والعامل المسبب لحمى التيفوئيد في البراز - من 30 إلى 100 يوم، والعامل المسبب للحمى نظيرة التيفية - من 30 إلى 60 يومًا. (من وجهة نظر انتشار الأمراض المعدية، تشكل التربة الحضرية خطرا أكبر بكثير من تربة الحقول المخصبة بالسماد).

لتحديد درجة تلوث التربة، يستخدم عدد من المؤلفين تحديد عدد البكتيريا (الإشريكية القولونية)، كما هو الحال في تحديد نوعية المياه. يرى مؤلفون آخرون أنه من المستحسن تحديد عدد البكتيريا المحبة للحرارة التي تشارك في عملية التمعدن.

يتم تسهيل انتشار الأمراض المعدية عبر التربة بشكل كبير عن طريق ري الأراضي بمياه الصرف الصحي. وفي الوقت نفسه، تتدهور خصائص تمعدن التربة. لذلك، يجب أن يتم الري بمياه الصرف الصحي تحت إشراف صحي صارم ومستمر وخارج المنطقة الحضرية فقط.

4.5.
الآثار الضارة لأنواع الملوثات الرئيسية (النفايات الصلبة والسائلة) مما يؤدي إلى تدهور التربة

4.5.1.
تحييد النفايات السائلة في التربة

وفي عدد من المستوطنات التي لا يوجد بها صرف صحي، يتم تحييد بعض النفايات، بما في ذلك السماد، في التربة.

كما تعلمون، هذه هي أبسط طريقة للتحييد. ومع ذلك، لا يجوز ذلك إلا إذا كنا نتعامل مع تربة كاملة بيولوجيًا احتفظت بالقدرة على التنقية الذاتية، وهو أمر غير معتاد بالنسبة للتربة الحضرية. إذا لم تعد التربة تمتلك هذه الصفات، فمن أجل حمايتها من المزيد من التدهور، هناك حاجة إلى هياكل تقنية معقدة لتحييد النفايات السائلة.

وفي بعض الأماكن، يتم تحييد النفايات في حفر السماد. ومن الناحية الفنية، فإن هذا الحل يمثل تحديًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للسوائل اختراق التربة لمسافات طويلة إلى حد ما. وتزداد المهمة تعقيدًا بسبب حقيقة أن مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية تحتوي على كمية متزايدة من النفايات الصناعية السامة، مما يؤدي إلى تفاقم خصائص تمعدن التربة إلى حد أكبر من البراز البشري والحيواني. ولذلك، يجوز تصريف مياه الصرف الصحي التي تم ترسيبها مسبقًا في حفر السماد فقط. وبخلاف ذلك، تنخفض قدرة التربة على الترشيح، ثم تفقد التربة خصائصها الوقائية الأخرى، وتنسد المسام تدريجيًا، وما إلى ذلك.

ويمثل استخدام البراز البشري لري الحقول الزراعية طريقة ثانية لتحييد النفايات السائلة. تشكل هذه الطريقة خطرا صحيا مزدوجا: أولا، يمكن أن تؤدي إلى التحميل الزائد للتربة، ثانيا، يمكن أن تصبح هذه النفايات مصدرا خطيرا للعدوى. لذلك، يجب أولاً تطهير البراز وإخضاعه للعلاج المناسب ثم استخدامه كسماد. هنا تصطدم وجهتا نظر متعارضتان. وفقا لمتطلبات النظافة، يخضع البراز للتدمير الكامل تقريبا، ومن وجهة نظر الاقتصاد الوطني، فهو يمثل سمادا قيما. لا يمكن استخدام البراز الطازج لسقي الحدائق والحقول دون تطهيرها أولاً. إذا كنت لا تزال بحاجة إلى استخدام البراز الطازج، فإنها تتطلب درجة من التحييد بحيث لم تعد تمثل أي قيمة تقريبًا كسماد.

لا يمكن استخدام البراز كسماد إلا في المناطق المخصصة لذلك - مع مراقبة صحية وصحية مستمرة، خاصة على حالة المياه الجوفية والكمية والذباب وما إلى ذلك.

لا تختلف متطلبات إزالة البراز الحيواني وتحييده من التربة، من حيث المبدأ، عن متطلبات تحييد البراز البشري.

حتى وقت قريب، كان السماد يمثل في الزراعة مصدرا هاما للقيمة العناصر الغذائيةاللازمة لزيادة خصوبة التربة. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، فقد السماد أهميته، ويرجع ذلك جزئيا إلى ميكنة الزراعة، ويرجع ذلك جزئيا إلى الاستخدام المتزايد للأسمدة الاصطناعية.

في غياب العلاج المناسب والتحييد، يكون السماد خطيرًا أيضًا، تمامًا مثل البراز البشري غير المتعادل. لذلك، قبل نقلها إلى الحقول، يسمح للسماد بأن ينضج بحيث يمكن أن تحدث فيه العمليات الحرارية الحيوية اللازمة خلال هذا الوقت (عند درجة حرارة 60-70 درجة مئوية). بعد ذلك يعتبر الروث “ناضجاً” وخالياً من معظم مسببات الأمراض التي يحتوي عليها (البكتيريا وبيض الدود وغيرها).

يجب أن نتذكر أن مرافق تخزين السماد يمكن أن توفر أرضًا خصبة لتكاثر الذباب الذي يساهم في انتشار الالتهابات المعوية المختلفة. تجدر الإشارة إلى أن الذباب يختار بسهولة روث الخنازير للتكاثر، ثم روث الخيول، وروث الأغنام، وأخيرًا روث البقر. قبل نقل السماد إلى الحقول، يجب معالجته بالمبيدات الحشرية.
استمرار
--فاصل صفحة--

حاليا، للدلالة على مجموعة متطابقة تقريبا العناصر الكيميائيةيتم استخدام مصطلحين مختلفين على نطاق واسع: العناصر النزرة والمعادن الثقيلة.

العناصر الدقيقة هي مفهوم نشأ في الكيمياء الجيولوجية ويستخدم الآن بنشاط في العلوم الزراعية والطب وعلم السموم والصرف الصحي. يشير إلى مجموعة من العناصر الكيميائية الموجودة في الأشياء الطبيعية بكميات صغيرة جدًا - أقل من 0.01٪، وعادةً ما تكون 10 -3 -10 -12٪. رسميًا، يعتمد تحديد الهوية على مدى انتشارها في الطبيعة، والذي يختلف بشكل كبير باختلاف البيئات والأشياء الطبيعية (الغلاف الصخري، والغلاف الأرضي، والرواسب السفلية، والغلاف المائي، والنباتات، والحيوانات، وما إلى ذلك).

يعكس مصطلح "المعادن الثقيلة" إلى حد كبير تأثير التلوث البيئي والتأثيرات السامة للعناصر عند دخولها إلى الكائنات الحية. وهي مستعارة من المؤلفات التقنية، حيث يتم استخدامها لتعيين العناصر الكيميائية ذات الكثافة التي تزيد عن 5 جم/سم 3 . وبناءً على هذا المؤشر، فإن 43 من أصل 84 معدنًا مدرجًا في جدول مندليف الدوري للعناصر ينبغي اعتبارها ثقيلة. ومع ذلك، مع هذا التفسير، Be - 1.85 جم / سم 3، Al - 2.7، Sc - 3.0، Ti - 4.6، Rb - 1.5، Sr - 2.6، Y لا تندرج تحت هذا التعريف - 4.5، Cs - 1.9، Ba - 3.8 جم / سم 3، والتي يمكن أن تكون خطيرة أيضًا في التركيزات الزائدة. وقد تحققت الحاجة إلى إدراج المعادن الخفيفة السامة في هذه المجموعة من خلال تغيير معيار الاختيار ومتى هذه المجموعةبدأت في تضمين عناصر ذات كتلة ذرية تزيد عن 40. وبهذا النهج، لم يتم تضمين Be وAl فقط في المواد السامة.

ولذلك، فمن المعقول تماما إدراج مجموعة كبيرة من العناصر الكيميائية السامة، بما في ذلك اللافلزات، في التفسير الحديث لمصطلح "المعادن الثقيلة".

هناك أكثر من 40 معادن ثقيلة في المجموع. تعتبر الرصاص والكادميوم والزنك والزئبق والزنك والنحاس من الملوثات ذات الأولوية، حيث أن تراكمها التكنولوجي في البيئة يحدث بمعدل مرتفع للغاية. هذه العناصر لها صلة عالية بالمركبات العضوية المهمة من الناحية الفسيولوجية. كمياتها الزائدة في جسم الكائنات الحية تعطل جميع عمليات التمثيل الغذائي وتؤدي إلى مرض خطيرالبشر والحيوانات. وفي الوقت نفسه، فإن العديد من عناصرها (Co، Cu، Zn، Se، Mn) تستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الاقتصادي الوطني (خاصة في الزراعة والطب وما إلى ذلك) تحت اسم العناصر الدقيقة، كما نوقش أعلاه.

الكروم (الكروم). يعتمد محتوى العنصر في التربة على محتواه في الصخور الأم.

يتميز الكروم بمجموعة واسعة من حالات الأكسدة والقدرة على تكوين أيونات أنيونية وكاتيونية معقدة (Cr (OH) 2+، CrO 4 2-، CrO 3 -). في المركبات الطبيعية لديه تكافؤ +3 (مركبات الكروم) و+6 (الكرومات). معظم الكروم 3+ موجود في FeCr 2 O 4 كرومات أو معادن الإسبنيل الأخرى التي تحل محل الحديد والألومنيوم.

في التربة معظميوجد الكروم على شكل Cr 3+ وهو جزء من المعادن أو يشكل أكاسيد Cr 3+ وFe 3+ مختلفة. مركبات الكروم في التربة مستقرة جدًا، لأنها في البيئة الحمضية تكون خاملة (عند درجة حموضة 5.5 تترسب بالكامل تقريبًا). يعتمد سلوك الكروم على درجة الحموضة وإمكانية الأكسدة والاختزال في التربة.

للمجمعات العضوية أيضًا تأثير كبير على سلوك الكروم في التربة. نقطة مهمةفي سلوك العنصر الذي يرتبط به توفر الكروم للنباتات هو السهولة التي يتحول بها Cr 6+ القابل للذوبان، في ظروف التربة العادية، إلى Cr 3+ غير قابل للذوبان. نتيجة لقدرة مركبات المنغنيز على الأكسدة في التربة، يمكن أن تحدث أكسدة الكروم 3+.

كروم هو عنصر مهمتغذية النبات. يمكن أن يؤدي انخفاض حركة الكروم في التربة إلى نقص في النباتات. قابل للذوبان بسهولة في التربة، الكروم 6+ سام للنباتات والحيوانات.

إن الحد من استخدام الفوسفور والمواد العضوية يقلل بشكل كبير من سمية الكروم في التربة الملوثة.

الرصاص (الرصاص). محتوى الرصاص في القشرة الأرضية هو 1.6×10-3% وزناً. ويتراوح المحتوى الطبيعي للرصاص في التربة من 3 إلى 189 ملغم/كغم. في الظروف الطبيعية، شكله الرئيسي هو جالينا PbS. الرصاص موجود على شكل Pb2+. عند التجوية، تتأكسد كبريتيدات الرصاص ببطء.

من حيث الخصائص الجيوكيميائية، فإن الرصاص قريب من مجموعة العناصر الأرضية القلوية ثنائية التكافؤ، وبالتالي فهو قادر على استبدال K، Ba، Sr، Ca سواء في المعادن أو أثناء عملية الامتصاص. بسبب التلوث بالرصاص على نطاق واسع، يتم إثراء معظم التربة، وخاصة الآفاق العليا، بهذا العنصر.

من بين المعادن الثقيلة فهو الأقل قدرة على الحركة. ويرتبط الرصاص بشكل أساسي بالمعادن الطينية وأكاسيد المنغنيز وهيدروكسيدات الحديد والألومنيوم والمواد العضوية. عند ارتفاع درجة الحموضة، يترسب الرصاص في التربة على شكل هيدروكسيد وفوسفات وكربونات. نفس الظروف تعزز تكوين مجمعات الرصاص العضوية.

تتراوح المستويات التي يصبح عندها العنصر سامًا من 100-500 ملجم/كجم. يتم تمثيل التلوث بالرصاص الناتج عن منشآت المعادن غير الحديدية بأشكال معدنية ومن غازات عوادم المركبات - أملاح الهاليد. جزيئات غاز العادم التي تحتوي على الرصاص غير مستقرة وتتحول بسهولة إلى أكاسيد وكربونات وكبريتات. إن تلوث التربة بالرصاص لا رجعة فيه، وبالتالي فإن تراكم العناصر الدقيقة في الأفق العلوي للتربة سيستمر حتى في ظروف إضافتها الصغيرة.

لا يعد تلوث التربة بالرصاص في الوقت الحالي مصدر قلق كبير بسبب عدم قابلية ذوبان أيونات الرصاص الممتصة والمترسبة في التربة. ومع ذلك، فإن محتوى الرصاص في جذور النباتات يرتبط بمحتواه في التربة، مما يدل على امتصاص النباتات للعنصر. كما أن تراكم الرصاص في أفق التربة العلوي له أهمية بيئية كبيرة، لأنه يؤثر بشدة على النشاط البيولوجي للتربة والكائنات الحية في التربة. تركيزاته العالية يمكن أن تمنع العمليات الميكروبيولوجية، وخاصة في التربة ذات قيمة منخفضةقدرة تبادل الأيونات الموجبة.

الكادميوم (Cd). الكادميوم هو عنصر تتبع. تبلغ نسبة الكادميوم في القشرة الأرضية 5×10 -5% وزناً. ترتبط الكيمياء الجيولوجية للكادميوم ارتباطًا وثيقًا بالكيمياء الجيولوجية للزنك، فهي تظهر قدرة أكبر على الحركة في البيئات الحمضية.

أثناء التجوية، يدخل الكادميوم بسهولة إلى المحلول حيث يوجد على شكل Cd 2+. يمكن أن يشكل أيونات معقدة CdCl +، CdOH +، CdHCO 3 +، Cd (OH) 3 -، Cd (OH) 4 2-، وكذلك المخلبات العضوية. رئيسي حالة التكافؤالكادميوم في البيئات الطبيعية +2. أهم العوامل التي تتحكم في حركة أيونات الكادميوم هي الرقم الهيدروجيني للبيئة وإمكانية الأكسدة والاختزال. في ظل ظروف الأكسدة العالية، يكون الكادميوم قادرًا على تكوين المعادن بنفسه، بالإضافة إلى التراكم في الفوسفات والرواسب الحيوية.

العامل الرئيسي الذي يحدد محتوى العنصر في التربة هو تكوين الصخور الأم. يتراوح متوسط ​​محتوى الكادميوم في التربة من 0.07 إلى 1.1 ملجم/كجم. وفي الوقت نفسه، لا تتجاوز المستويات الأساسية 0.5 ملغم/كغم، والقيم الأعلى هي نتيجة للنشاط البشري.

العملية الرائدة في ربط الكادميوم بمكونات التربة المختلفة هي الامتزاز التنافسي على الطين. في أي تربة، يعتمد نشاط الكادميوم بشكل كبير على الرقم الهيدروجيني. يكون العنصر أكثر قدرة على الحركة في التربة الحمضية في نطاق الرقم الهيدروجيني 4.5-5.5؛ وفي التربة القلوية يكون غير متحرك نسبيًا. عندما يرتفع الرقم الهيدروجيني إلى القيم القلوية، يظهر مركب هيدروكسيد أحادي التكافؤ Cd OH +، والذي لا يمكنه بسهولة استبدال المواضع في مجمع التبادل الأيوني.

من المرجح أن ينتقل الكادميوم إلى أسفل المظهر الجانبي بدلاً من أن يتراكم في آفاق التربة العلوية؛ وبالتالي، فإن إثراء الطبقات العليا بالعنصر يشير إلى تلوث التربة. يشكل تلوث التربة بالكادميوم خطراً على الكائنات الحية. في ظل ظروف الحمل التكنولوجي، تكون المستويات القصوى للكادميوم في التربة نموذجية في مناطق مناجم الرصاص والزنك، وبالقرب من مؤسسات المعادن غير الحديدية، وفي الأراضي الزراعية حيث يتم استخدام مياه الصرف الصحي والأسمدة الفوسفاتية.

لتقليل سمية الكادميوم في التربة، يتم استخدام طرق تهدف إلى زيادة الرقم الهيدروجيني وقدرة التبادل الكاتيوني للتربة.

الزئبق (زئبق). الزئبق وكبريتيده (الزنجفر) معروفان للإنسان منذ العصور القديمة. هذا هو المعدن الوحيد الذي يكون في حالة سائلة في درجات الحرارة العادية. اعتبر الكيميائيون الزئبق حاملًا للخصائص المعدنية واعتبروه جنرالًا عنصرجميع المعادن.

الخصائص الجيوكيميائية المهمة للزئبق هي: تكوين روابط قوية مع الكبريت، وتكوين مركبات معدنية عضوية مستقرة نسبيًا في البيئة المائية، وتطاير الزئبق العنصري. الزئبق غير نشط أثناء التجوية وتحتفظ به التربة بشكل رئيسي في شكل مجمعات عضوية ضعيفة الحركة.

يختلف امتصاص الزئبق 2+ في التربة تبعًا لقيمة الرقم الهيدروجيني، حيث يكون الحد الأقصى عند الرقم الهيدروجيني 4-5. ولا يتجاوز متوسط ​​تركيزات الزئبق في طبقة التربة السطحية 400 ميكروجرام/كجم. يمكن تقدير المستويات الأساسية للعنصر بـ 0.n مجم/كجم، ولكن من الصعب تحديد الكميات الدقيقة بسبب تلوث التربة على نطاق واسع بهذا المعدن. ويرتبط تلوث التربة بالزئبق بالمؤسسات التي تنتج المعادن الثقيلة، والإنتاج الكيميائي، واستخدام مبيدات الفطريات.

ولا يشكل تلوث التربة بالزئبق في حد ذاته مشكلة خطيرة؛ ومع ذلك، فحتى أملاح الزئبق البسيطة أو الزئبق المعدني تشكل خطراً على النباتات والكائنات الحية في التربة بسبب الخصائص السامة لبخار الزئبق. يمكن تقليل استهلاك العنصر بواسطة جذور النباتات عن طريق إضافة الجير والمركبات المحتوية على الكبريت والفوسفات الصلب.

الزرنيخ (ع). الزرنيخ معروف منذ العصور القديمة. كما ذكر أرسطو وثيوفراستوس مركبات الكبريت الطبيعية من الزرنيخ، والتي كانت تستخدم كعوامل طبية ودهانات. متوسط ​​محتوى العنصر في القشرة الأرضية هو 5×10-4% وزناً. ويتميز بتوزيع موحد في الأنواع الرئيسية للصخور. يشكل معادن خاصة به وهو جزء من معادن أخرى. يرتبط العنصر برواسب معادن أخرى ويعمل كمؤشر أثناء الاستكشاف الجيوكيميائي. معادن الزرنيخ قابلة للذوبان بدرجة عالية. ومع ذلك، فإن شدة هجرتها منخفضة بسبب الامتصاص النشط بواسطة جزيئات الطين والهيدروكسيدات والمواد العضوية.

حالات الأكسدة الشائعة لـ As؛ -3، 0، +3، +5. الأنيونات المعقدة AsO 2 -، AsO 4 3-، NAsO 4 2-، As 2 O 3 - هي الأشكال المتحركة الأكثر شيوعًا للزرنيخ. من حيث السلوك، AsO 4 3- قريب من الفوسفات. الشكل الأكثر شيوعًا للزرنيخ في الظروف البيئية هو 5+.

من الصعب امتصاص الزرنيخ الذي تمتزه التربة، وتزداد قوة ارتباط العنصر بالتربة على مر السنين. أدنى مستويات الزرنيخ هي سمة من سمات التربة الرملية. وترتبط تركيزاته القصوى بالتربة الغرينية والتربة الغنية بالمواد العضوية.

يمكن تقليل سمية الزرنيخ في التربة بعدة طرق، اعتمادًا على مصدر التلوث وخصائص التربة. إن زيادة الحالة المؤكسدة للتربة واستخدام المواد التي تعزز الترسيب وربط العنصر (كبريتات الحديدوز وكربونات الكالسيوم) تحد من التوافر البيولوجي للزرنيخ. كما أن استخدام الأسمدة الفوسفاتية يقلل من إمداد الكائنات الحية بالعنصر.

النيكل (ني). يبلغ محتوى النيكل في القشرة الأرضية 8×10-3% وزناً. يشبه توزيع النيكل في القشرة الأرضية توزيع الكوبالت والحديد. ويوجد في الرواسب القارية على شكل كبريتيد وزرنيخيدات وغالباً ما يحل محل الحديد في مركبات الحديد والمغنيسيوم. في المركبات، النيكل يكون بشكل رئيسي ثنائي وثلاثي التكافؤ.

عندما تتعرض الصخور للتجوية، يتحرر العنصر بسهولة ثم يتم ترسيبه بأكاسيد الحديد والمنجنيز. وهو مستقر نسبيًا في المحاليل المائية ويمكنه الهجرة لمسافات طويلة.

في التربة، يرتبط النيكل بشكل وثيق مع أكاسيد المنغنيز والحديد، وفي هذا الشكل يكون في متناول النباتات بشكل أكبر. في آفاق التربة العليا، يتواجد النيكل في أشكال مرتبطة عضويا، وبعضها يتم تمثيله بمخلبات قابلة للذوبان بسهولة. تم العثور على أعلى محتويات النيكل في التربة الطينية والطينية، والتربة على الصخور المافية والبركانية، والتربة الغنية بالمواد العضوية.

يعتبر النيكل الآن ملوثًا خطيرًا. تؤدي المصادر البشرية للنيكل إلى زيادة كبيرة في التربة. في حمأة مياه الصرف الصحي، يوجد النيكل في شكل مخلبات عضوية متاحة بسهولة ويمكن أن تكون سامة للنباتات. تساعد إضافة الفوسفات أو المواد العضوية على تقليل توفره للنباتات.

تشير الحسابات التي أجريت في بيلاروسيا إلى أن 72% من الزرنيخ، و57% من الزئبق، وحوالي 99% من النيكل، و27% من الكادميوم، و33% من الكروم، و27% من النحاس، و15% من الرصاص تدخل إلى الغلاف الجوي للجمهورية فقط من مصادر احتراق الوقود الثابتة 11% زنك. يقدم إنتاج الأسمنت كميات كبيرة من الكادميوم والرصاص والكروم. المصادر المتنقلة تلوث الجو بشكل رئيسي بالزنك والنحاس.

بالإضافة إلى الترسيب الجوي، يتم إدخال كمية كبيرة من المعادن إلى التربة من خلال استخدام الأسمدة، بما في ذلك تلك التي تعتمد على حمأة الصرف الصحي والنفايات المنزلية. تشمل الشوائب الموجودة في الأسمدة الكادميوم والكروم والنحاس والرصاص واليورانيوم والفاناديوم والزنك، مع النفايات الناتجة عن تربية الماشية والدواجن المكثفة - النحاس والزرنيخ، مع السماد والسماد - الكادميوم والنحاس والنيكل والزنك والزرنيخ، مع المبيدات الحشرية - الكادميوم والزرنيخ والزئبق والرصاص والمنغنيز والزنك.

يحدد تعقيد تكوين التربة ومجموعة كبيرة من المركبات الكيميائية إمكانية حدوث العديد من الأشياء في وقت واحد التفاعلات الكيميائيةوقدرة أطوار التربة الصلبة على الحفاظ على تركيبة ثابتة نسبيًا لمحلول التربة، والتي تستمد منها النباتات العناصر الكيميائية مباشرة. تسمى هذه القدرة على الحفاظ على تركيبة ثابتة لمحلول التربة بالتخزين المؤقت للتربة. في البيئة الطبيعية، يتم التعبير عن قدرة التربة على التخزين المؤقت في حقيقة أنه عند استهلاك أي عنصر من محلول التربة، يحدث انحلال جزئي للأطوار الصلبة ويتم استعادة تركيز المحلول. إذا دخلت كميات زائدة من أي مركبات إلى محلول التربة من الخارج، فإن المراحل الصلبة للتربة تربط هذه المواد، مما يحافظ مرة أخرى على ثبات تركيبة محلول التربة. لذلك يعمل قاعدة عامة: يرجع تخزين التربة إلى مجموعة كبيرة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في وقت واحد بين محلول التربة والأجزاء الصلبة من التربة. إن التنوع الكيميائي يجعل التربة قادرة على مقاومة الظروف البيئية المتغيرة أو الأنشطة البشرية.

يعتمد محتوى المعادن الثقيلة (HM) في التربة، كما أثبت العديد من الباحثين، على تكوين الصخور الأصلية، التي يرتبط تنوعها الكبير بالمركب التاريخ الجيولوجيتطوير المناطق. يتم تحديد التركيب الكيميائي للصخور المكونة للتربة، الممثلة بمنتجات التجوية الصخرية، مسبقًا من خلال التركيب الكيميائي للصخور الأصلية ويعتمد على ظروف التحول الجيني الفائق.

في العقود الأخيرة، شاركت الأنشطة البشرية بشكل مكثف في عمليات هجرة المعادن الثقيلة إلى البيئة الطبيعية.

واحدة من أهم مجموعات المواد السامة التي تلوث التربة هي المعادن الثقيلة. وتشمل هذه المعادن ذات الكثافة أكثر من 8 آلاف كجم/م3 (باستثناء النبيلة والنادرة): Pb، Cu، Zn، Ni، Cd، Hg، Co، Sb، Sn، Be. في الأعمال التطبيقية، غالبًا ما يتم إضافة Pt وAg وW وFe وMn إلى قائمة المعادن الأساسية. تقريبا جميع المعادن الثقيلة سامة. يؤدي الانتشار البشري المنشأ لهذه المجموعة من الملوثات (بما في ذلك على شكل أملاح) في المحيط الحيوي إلى التسمم أو التهديد بتسمم الكائنات الحية.

يتم عرض تصنيف المعادن الثقيلة التي تدخل التربة من الانبعاثات والقمامة والنفايات إلى فئات المخاطر (وفقًا لـ GOST 17.4.1.02-83. الحفاظ على الطبيعة. التربة) في الجدول. 1.

الجدول 1.تصنيف المواد الكيميائية حسب فئات المخاطر

نحاس- يعد من أهم العناصر التي لا يمكن تعويضها والضرورية للكائنات الحية. في النباتات، يشارك بنشاط في عمليات التمثيل الضوئي والتنفس والاختزال وتثبيت النيتروجين. النحاس جزء من عدد من إنزيمات أوكسيديز - أوكسيديز السيتوكروم، السيرولوبلازمين، ديسموتاز الفائق أكسيد، أوكسيديز اليورات وغيرها، ويشارك في العمليات البيوكيميائية كجزء لا يتجزأ من الإنزيمات التي تنفذ تفاعلات أكسدة الركائز مع الأكسجين الجزيئي.

كلارك في القشرة الأرضية 47 ملغم/كغم. كيميائيا، النحاس معدن منخفض النشاط. العامل الأساسي الذي يؤثر على قيمة محتوى النحاس هو تركيزه في الصخور المكونة للتربة. من بين الصخور النارية، تتراكم أكبر كمية من العنصر في الصخور الأساسية - البازلت (100-140 ملجم/كجم) والأنديسايت (20-30 ملجم/كجم). تعتبر الطميية ذات الغطاء واللوس (20-40 مجم / كجم) أقل غنى بالنحاس. ويلاحظ أدنى محتوى له في الحجر الرملي والحجر الجيري والجرانيت (5-15 ملغم / كغم). يصل تركيز المعدن في طين الجزء الأوروبي من روسيا إلى 25 مجم / كجم، وفي الطميية اللوسية - 18 مجم / كجم. تتراكم الصخور الرملية الطينية والصخور الرملية المكونة للتربة في جبال ألتاي بمتوسط ​​31 ملجم / كجم من النحاس، في جنوب غرب سيبيريا - 19 ملجم / كجم.

في التربة، يعتبر النحاس عنصرًا ضعيف الهجرة، على الرغم من أن محتوى الشكل المتحرك يمكن أن يكون مرتفعًا جدًا. تعتمد كمية النحاس المتنقل على عوامل كثيرة: التركيب الكيميائي والمعدني للصخر الأم، ودرجة الحموضة لمحلول التربة، ومحتوى المواد العضوية، وما إلى ذلك. وترتبط أكبر كمية من النحاس في التربة بأكاسيد الحديد، المنغنيز، وهيدروكسيدات الحديد والألمنيوم، وخاصة مع المونتموريلونيت والفيرميكوليت. الأحماض الدبالية والفولفيك قادرة على تكوين مجمعات مستقرة بالنحاس. عند الرقم الهيدروجيني 7-8، ذوبان النحاس هو الأدنى.

الحد الأقصى المسموح به لتركيز النحاس في روسيا هو 55 ملجم/كجم، والحد الأقصى المسموح به للتركيز في التربة الرملية والطينية الرملية هو 33 ملجم/كجم.

البيانات عن سمية العنصر للنباتات نادرة. حاليا، تعتبر المشكلة الرئيسية هي نقص النحاس في التربة أو عدم توازنه مع الكوبالت. العلامات الرئيسية لنقص النحاس في النباتات هي التباطؤ ثم التوقف عن تكوين الأعضاء التناسلية وظهور الحبوب الضعيفة والأذنين الفارغة الحبيبات وانخفاض مقاومة العوامل البيئية الضارة. والأكثر حساسية لنقصه هي القمح والشوفان والشعير والبرسيم والبنجر والبصل وعباد الشمس.

المنغنيزمنتشر في التربة، لكنه يتواجد هناك بكميات أقل مقارنة بالحديد. يوجد المنغنيز في التربة بعدة أشكال. الأشكال الوحيدة المتاحة للنباتات هي أشكال المنغنيز القابلة للتبديل والقابلة للذوبان في الماء. يتناقص توافر المنغنيز في التربة مع زيادة الرقم الهيدروجيني (مع انخفاض حموضة التربة). ومع ذلك، فمن النادر العثور على تربة مستنفدة عن طريق الترشيح إلى حد عدم توفر ما يكفي من المنجنيز لتغذية النباتات.

اعتمادًا على نوع التربة، يختلف محتوى المنغنيز: الكستناء 15.5 ± 2.0 ملجم/كجم، التربة الرمادية 22.0 ± 1.8 ملجم/كجم، المرج 6.1 ± 0.6 ملجم/كجم، التربة الصفراء 4.7 ± 3.8 ملجم/كجم، الرملية 6.8 ± 0.7 ملغم/كغم.

مركبات المنغنيز هي عوامل مؤكسدة قوية. الحد الأقصى المسموح به للتركيز في تربة تشيرنوزيم هو
1500 ملغم/كغم من التربة.

يرتبط محتوى المنغنيز في الأطعمة النباتية المزروعة في المروج والأرض الصفراء والتربة الرملية بمحتواه في هذه التربة. كمية المنغنيز في النظام الغذائي اليومي في هذه المقاطعات الجيوكيميائية أقل بأكثر من مرتين من الاحتياجات البشرية اليومية والنظام الغذائي للأشخاص الذين يعيشون في مناطق تربة الكستناء والسيروزيم.

التركيب الكيميائي للتربة في المناطق المختلفة غير متجانس، كما أن توزيع العناصر الكيميائية الموجودة في التربة عبر المنطقة غير متساوٍ. على سبيل المثال، نظرًا لكونها في الغالب في حالة مشتتة، فإن المعادن الثقيلة قادرة على تكوين روابط محلية، حيث تكون تركيزاتها أعلى بمئات وآلاف المرات من مستويات كلارك.

هناك عدد من العناصر الكيميائية ضرورية لأداء الجسم الطبيعي. يمكن أن يسبب نقصها أو زيادتها أو عدم توازنها أمراضًا تسمى العناصر الدقيقة 1، أو المتوطنات البيوجيوكيميائية، والتي يمكن أن تكون طبيعية أو من صنع الإنسان. في توزيعها، تلعب المياه دورا هاما، وكذلك المنتجات الغذائية، التي تدخل فيها العناصر الكيميائية من التربة من خلال السلاسل الغذائية.

لقد ثبت تجريبيًا أن نسبة HMs في النباتات تتأثر بنسبة HMs في التربة والغلاف الجوي والماء (في حالة الطحالب). ولوحظ أيضًا أنه في التربة التي تحتوي على نفس محتوى المعادن الثقيلة، ينتج نفس المحصول غلات مختلفة، على الرغم من تزامن الظروف المناخية أيضًا. ثم تم اكتشاف اعتماد المحصول على حموضة التربة.

أكثر تلوثات التربة التي تمت دراستها هي الكادميوم والزئبق والرصاص والزرنيخ والنحاس والزنك والمنغنيز. دعونا نفكر في تلوث التربة بهذه المعادن لكل منها على حدة. 2

الكادميوم (Cd)

يبلغ محتوى الكادميوم في القشرة الأرضية حوالي 0.15 ملغم / كغم. يتركز الكادميوم في الصخور البركانية (بكميات من 0.001 إلى 1.8 ملغم/كغم)، والمتحولة (بكميات من 0.04 إلى 1.0 ملغم/كغم) والصخور الرسوبية (بكميات من 0.1 إلى 11.0 ملغم/كغم). تحتوي التربة المتكونة على أساس هذه المواد الأولية على 0.1-0.3؛ 0.1 - 1.0 و3.0 - 11.0 ملغم/كغم من الكادميوم، على التوالي.

في التربة الحمضية، يوجد الكادميوم على شكل Cd 2+، CdCl +، CdSO 4، وفي التربة الجيرية - على شكل Cd 2+، CdCl +، CdSO 4، CdHCO 3 +.

يتناقص امتصاص النباتات للكادميوم بشكل ملحوظ عندما تكون التربة حمضية. في هذه الحالة، تؤدي الزيادة في الرقم الهيدروجيني إلى تقليل قابلية ذوبان الكادميوم في رطوبة التربة، وكذلك التوافر البيولوجي لكادميوم التربة. وبالتالي فإن محتوى الكادميوم في أوراق البنجر في التربة الجيرية كان أقل من محتوى الكادميوم في نفس النباتات في التربة غير الكلسية. وقد ظهر تأثير مماثل بالنسبة للأرز والقمح -->.

ويرتبط التأثير السلبي لزيادة الرقم الهيدروجيني على توافر الكادميوم بانخفاض ليس فقط في ذوبان الكادميوم في مرحلة محلول التربة، ولكن أيضًا في نشاط الجذر، مما يؤثر على الامتصاص.

الكادميوم قليل الحركة في التربة، وإذا أضيفت مادة تحتوي على الكادميوم إلى سطحه، فإن الجزء الأكبر منه يظل كما هو.

وتشمل طرق إزالة الملوثات من التربة إما إزالة الطبقة الملوثة نفسها، أو إزالة الكادميوم من الطبقة، أو تغطية الطبقة الملوثة. يمكن تحويل الكادميوم إلى مركبات معقدة غير قابلة للذوبان عن طريق العوامل المخلبية المتاحة (مثل حمض الإيثيلين ثنائي أمين رباعي الأسيتيك). .

بسبب الامتصاص السريع نسبياً للكادميوم من التربة بواسطة النباتات وانخفاضه تأثير سامعند التركيزات الموجودة عادة، يمكن للكادميوم أن يتراكم في النباتات ويدخل إلى السلسلة الغذائية بشكل أسرع من الرصاص والزنك. ولذلك فإن الكادميوم يشكل الخطر الأكبر على صحة الإنسان عند إدخال النفايات إلى التربة.

أحد الإجراءات لتقليل كمية الكادميوم التي يمكن أن تدخل السلسلة الغذائية البشرية من التربة الملوثة هو زراعة المحاصيل غير الغذائية أو المحاصيل التي تمتص كميات صغيرة من الكادميوم في التربة.

بشكل عام، تمتص المحاصيل المزروعة في التربة الحمضية كمية أكبر من الكادميوم مقارنة بتلك المزروعة في التربة المحايدة أو القلوية. ولذلك، فإن التجيير من التربة الحمضية هو علاج فعالتقليل كمية الكادميوم الممتصة.

الزئبق (زئبق)

يوجد الزئبق في الطبيعة على شكل بخار معدني Hg0 يتشكل أثناء تبخره من القشرة الأرضية؛ على شكل أملاح غير عضوية Hg(I) وHg(II)، وعلى شكل مركب عضوي من ميثيل الزئبق CH 3 Hg + ومشتقات مونوميثيل وثنائي ميثيل CH 3 Hg + و(CH 3) 2 Hg.

يتراكم الزئبق في الأفق العلوي (0-40 سم) من التربة ويهاجر بشكل ضعيف إلى طبقاتها العميقة. مركبات الزئبق هي مواد التربة عالية الاستقرار. تمتص النباتات التي تنمو على تربة ملوثة بالزئبق كميات كبيرة من العنصر وتراكمها بتركيزات خطيرة، أو لا تنمو.

الرصاص (الرصاص)

وفقًا للتجارب التي أجريت في ظروف الاستزراع الرملي مع إدخال تركيزات عتبة الزئبق في التربة (25 مجم/كجم) والرصاص (25 مجم/كجم) وتجاوز التركيزات العتبية بمقدار 2-20 مرة، تنمو نباتات الشوفان وتتطور بشكل طبيعي حتى مستوى معين من التلوث. مع زيادة تركيز المعادن (للرصاص بدءًا من جرعة 100 ملجم/كجم)، فإن مظهرالنباتات. وعند تناول جرعات شديدة من المعادن، تموت النباتات خلال ثلاثة أسابيع من بداية التجارب. ويتوزع المحتوى المعدني في مكونات الكتلة الحيوية تنازليا على النحو التالي: الجذور – الجزء فوق الأرض – الحبوب.

قُدر إجمالي مدخلات الرصاص في الغلاف الجوي (وبالتالي جزئيًا في التربة) من وسائل النقل الآلية في روسيا في عام 1996 بحوالي 4.0 ألف طن، بما في ذلك 2.16 ألف طن ساهم بها نقل البضائع. حدث الحد الأقصى لحمل الرصاص في منطقتي موسكو وسامارا، تليها مناطق كالوغا ونيجني نوفغورود وفلاديمير وغيرها من الكيانات المكونة للاتحاد الروسي الواقعة في الجزء الأوسط من الأراضي الأوروبية لروسيا وشمال القوقاز. وقد لوحظت أعلى انبعاثات الرصاص المطلقة في مناطق الأورال (685 طناً)، وفولجا (651 طناً)، وغرب سيبيريا (568 طناً). ولوحظ التأثير الأكثر سلبية لانبعاثات الرصاص في مناطق تتارستان وكراسنودار وستافروبول وروستوف وموسكو ولينينغراد ونيجني نوفغورود وفولغوجراد وفورونيج وساراتوف وسامارا (صحيفة " عالم أخضر"، العدد الخاص رقم 28، 1997).

الزرنيخ (ع)

يوجد الزرنيخ في البيئة في مجموعة متنوعة من الأشكال المستقرة كيميائيًا. حالتا الأكسدة الرئيسيتان هما As(III) وAs(V). الزرنيخ الخماسي التكافؤ شائع في الطبيعة في شكل مجموعة متنوعة من المركبات غير العضوية، على الرغم من أنه يمكن اكتشاف الزرنيخ ثلاثي التكافؤ بسهولة في الماء، خاصة في الظروف اللاهوائية.

نحاس(النحاس)

تشمل معادن النحاس الطبيعية الموجودة في التربة الكبريتات والفوسفات والأكاسيد والهيدروكسيدات. يمكن أن تتشكل كبريتيدات النحاس في التربة سيئة الصرف أو المغمورة بالمياه حيث تحدث ظروف الاختزال. عادة ما تكون معادن النحاس قابلة للذوبان بدرجة كبيرة بحيث لا تبقى في التربة الزراعية التي تستنزف المياه. ومع ذلك، في التربة الملوثة بالمعادن، قد يتم التحكم في البيئة الكيميائية من خلال عمليات غير متوازنة تؤدي إلى تراكم المراحل الصلبة شبه المستقرة. من المفترض أن الكوفيليت (CuS) أو الكالكوبايرايت (CuFeS 2) قد يكون موجودًا أيضًا في التربة المستعادة الملوثة بالنحاس.

قد توجد كميات ضئيلة من النحاس على شكل شوائب كبريتيد معزولة في السيليكات ويمكن أن تحل محل الكاتيونات في السيليكات بشكل متماثل. تمتص المعادن الطينية غير المتوازنة النحاس بشكل غير نوعي، لكن أكاسيد وهيدروكسيدات الحديد والمنغنيز تظهر تقاربًا نوعيًا عاليًا جدًا للنحاس. يمكن أن تكون المركبات العضوية ذات الوزن الجزيئي العالي ماصة صلبة للنحاس، بينما تميل المواد العضوية ذات الوزن الجزيئي المنخفض إلى تكوين مجمعات قابلة للذوبان.

يحد تعقيد تكوين التربة من القدرة على فصل مركبات النحاس كميًا إلى أشكال كيميائية محددة. يشير إلى --> وجود كتلة كبيرة من تكتلات النحاس في كل من المواد العضوية وأكاسيد الحديد والمنغنيز. يؤدي إدخال النفايات المحتوية على النحاس أو أملاح النحاس غير العضوية إلى زيادة تركيز مركبات النحاس في التربة والتي يمكن استخلاصها باستخدام كواشف خفيفة نسبيًا؛ وبالتالي يمكن أن يتواجد النحاس في التربة على شكل أشكال كيميائية متغيرة. لكن العنصر القابل للذوبان والاستبدال بسهولة - النحاس - يشكل كمية صغيرة من الأشكال القادرة على امتصاصها من قبل النباتات، وعادة ما تكون أقل من 5٪ من إجمالي محتوى النحاس في التربة.

تزداد سمية النحاس مع زيادة الرقم الهيدروجيني للتربة وعندما تكون قدرة تبادل الكاتيونات في التربة منخفضة. يحدث إثراء النحاس من خلال الاستخراج فقط في الطبقات السطحية من التربة، ولا تعاني محاصيل الحبوب ذات الجذور العميقة من ذلك.

يمكن أن تؤثر البيئة وتغذية النبات على السمية النباتية للنحاس. على سبيل المثال، لوحظت سمية النحاس على أرز الأراضي المنخفضة بوضوح عندما يتم سقي النباتات بالماء البارد بدلاً من الماء الدافئ. والحقيقة هي أن النشاط الميكروبيولوجي يتم قمعه في التربة الباردة ويخلق ظروفًا مخفضة في التربة من شأنها أن تسهل ترسيب النحاس من المحلول.

تحدث السمية النباتية للنحاس في البداية من وجود فائض من النحاس المتوفر في التربة وتتعزز بحموضة التربة. نظرًا لأن النحاس غير نشط نسبيًا في التربة، فإن معظم النحاس الذي يدخل التربة يبقى فيها الطبقات العليا. يمكن أن تؤدي إضافة المواد العضوية إلى التربة الملوثة بالنحاس إلى تقليل السمية بسبب امتصاص المعدن القابل للذوبان بواسطة الركيزة العضوية (في هذه الحالة، يتم تحويل أيونات النحاس 2+ إلى مركبات معقدة يصعب على النبات الوصول إليها) أو عن طريق زيادة القدرة على الحركة أيونات النحاس 2+ وترشيحها من التربة على شكل مركبات نحاسية عضوية قابلة للذوبان.

الزنك (الزنك)

يمكن أن يتواجد الزنك في التربة على شكل أوكسوسلفات، كربونات، فوسفات، سيليكات، أكاسيد وهيدروكسيدات. هذه المركبات غير العضوية قابلة للانتشار في الأراضي الزراعية جيدة الصرف. يبدو أن Sphalerite ZnS هو الشكل السائد من الناحية الديناميكية الحرارية في كل من التربة المختزلة والمؤكسدة. بعض الارتباط بين الزنك والفوسفور والكلور واضح في الرواسب المنخفضة الملوثة بالمعادن الثقيلة. ولذلك، ينبغي العثور على أملاح الزنك القابلة للذوبان نسبيا في التربة الغنية بالمعادن.

يتم استبدال الزنك بشكل متماثل بكاتيونات أخرى في معادن السيليكات ويمكن حجبه أو ترسيبه مع هيدروكسيدات المنغنيز والحديد. تمتص السيليكات الورقية، والكربونات، وأكاسيد المعادن المائية، والمركبات العضوية الزنك جيدًا، باستخدام مواقع ربط محددة وغير محددة.

تزداد قابلية ذوبان الزنك في التربة الحمضية، وكذلك أثناء التكوين المعقد مع الروابط العضوية ذات الوزن الجزيئي المنخفض. يمكن أن يؤدي تقليل الظروف إلى تقليل قابلية ذوبان الزنك بسبب تكوين ZnS غير القابل للذوبان.

تحدث السمية النباتية للزنك عادة عندما تتلامس جذور النباتات مع محلول في التربة يحتوي على الزنك الزائد. يتم نقل الزنك عبر التربة من خلال التبادل والانتشار، حيث تكون العملية الأخيرة هي السائدة في التربة منخفضة الزنك. ويكون النقل الأيضي أكثر أهمية في التربة التي تحتوي على نسبة عالية من الزنك، حيث تكون تركيزات الزنك القابل للذوبان مستقرة نسبيًا.

تزداد حركة الزنك في التربة في وجود عوامل مخلبية (طبيعية أو صناعية). إن الزيادة في تركيز الزنك القابل للذوبان الناتج عن تكوين المخلبيات القابلة للذوبان تعوض عن انخفاض الحركة الناجم عن الزيادة في الحجم الجزيئي. ترتبط تركيزات الزنك في الأنسجة النباتية، والامتصاص الكلي، وأعراض السمية بشكل إيجابي مع تركيز الزنك في المحلول الذي يغمر جذور النباتات.

يتم امتصاص أيون Zn 2+ الحر في الغالب عن طريق نظام جذر النباتات، وبالتالي فإن تكوين المخلبيات القابلة للذوبان يعزز ذوبان هذا المعدن في التربة، وهذا التفاعل يعوض انخفاض توافر الزنك في شكل مخلب.

يؤثر الشكل الأولي للتلوث المعدني على احتمالية التسمم بالزنك: يتناقص توفر الزنك للنباتات في التربة المخصبة ذات المحتوى الإجمالي المكافئ لهذا المعدن بالترتيب ZnSO 4 >الحمأة >سماد القمامة.

لم تظهر معظم التجارب على تلوث التربة بالحمأة المحتوية على الزنك انخفاضًا في المحصول أو سمية نباتية واضحة؛ ومع ذلك، فإن تطبيقها على المدى الطويل وبسرعة عالية يمكن أن يؤدي إلى تلف النباتات. يؤدي تطبيق بسيط للزنك على شكل ZnSO 4 إلى انخفاض نمو المحاصيل في التربة الحمضية، في حين أن استخدامه على المدى الطويل في التربة المحايدة تقريبًا لا يلاحظه أحد.

يصل الزنك إلى مستويات سامة في التربة الزراعية عادةً من الزنك السطحي؛ وعادة لا يخترق أعمق من 15-30 سم، ويمكن للجذور العميقة لبعض المحاصيل أن تتجنب ملامسة الزنك الزائد بسبب موقعها في باطن الأرض غير الملوثة.

إن تججير التربة الملوثة بالزنك يقلل من تركيز الأخير في المحاصيل الحقلية. تعمل إضافات NaOH أو Ca(OH) 2 على تقليل سمية الزنك في محاصيل الخضروات المزروعة في التربة الخثية التي تحتوي على نسبة عالية من الزنك، على الرغم من أن امتصاص النباتات للزنك في هذه التربة محدود للغاية. يمكن القضاء على نقص الحديد الناتج عن الزنك عن طريق إضافة مخلبيات الحديد أو FeSO 4 إلى التربة أو مباشرة إلى الأوراق. قد تؤدي إزالة الطبقة العليا الملوثة بالزنك أو دفنها فعليًا إلى تجنب التأثيرات السامة للمعدن على النباتات تمامًا.

المنغنيز

يوجد المنغنيز في التربة في ثلاث حالات أكسدة: +2، +3، +4. في معظم الأحيان، يرتبط هذا المعدن بالمعادن الأولية أو مع أكاسيد المعادن الثانوية. تتراوح الكمية الإجمالية للمنغنيز في التربة من 500 إلى 900 ملغم / كغم.

قابلية ذوبان Mn 4+ منخفضة للغاية؛ المنغنيز ثلاثي التكافؤ غير مستقر للغاية في التربة. يوجد معظم المنغنيز في التربة على شكل Mn 2+، بينما في التربة جيدة التهوية، يوجد معظمه في الطور الصلب على شكل أكسيد، حيث يكون المعدن في حالة الأكسدة IV؛ في التربة سيئة التهوية، يتم استعادة المنغنيز ببطء بواسطة البيئة الميكروبية ويمر إلى محلول التربة، وبالتالي يصبح شديد الحركة.

تزداد قابلية ذوبان Mn 2+ بشكل ملحوظ عند قيم الأس الهيدروجيني المنخفضة، لكن امتصاص النباتات للمنجنيز يتناقص.

غالبًا ما تحدث سمية المنغنيز عندما تكون مستويات المنغنيز الإجمالية معتدلة إلى عالية، ويكون الرقم الهيدروجيني للتربة منخفضًا جدًا، ويكون توافر الأكسجين في التربة منخفضًا (أي توجد ظروف مخفضة). وللتخلص من آثار هذه الظروف، ينبغي زيادة درجة حموضة التربة عن طريق الجير، وينبغي بذل الجهود لتحسين تصريف التربة، وينبغي تقليل تدفق المياه، أي. عموما تحسين بنية التربة معينة.