Тяжелые металлы в почвах Новосибирска

Государственное образовательное  учреждение высшего 

профессионального образования «Новосибирский государственный 

медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» (ГОУ ВПО НГМУ Росздрава) 

Экологический факультет 
 
 

Оноприенко  Анна Сергеевна 

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ В

НОВОСИБИРСКЕ 

Курсовая  работа 

Научный руководитель: 
 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск – 2010 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………3

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………….4

1. Общая характеристика тяжелых металлов………………………….4
2. Загрязнение почв Новосибирска тяжелыми металлами……………8
1. Тяжелые металлы в почвах Левобережья…………………………..11
2. Тяжелые металлы в почвах Правобережья…………………………16

1.3. Заключение……………………………………………………………...20

Список литературы………………………………………………………….21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Актуальность  темы. В связи с индустриализацией и химизацией промышленного производства, использованием новых технологий,  увеличением автотранспорта, а также распространением свалок за последние годы значительно увеличилось поступление тяжелых металлов в почву и по пищевым цепям в организм человека (Тутельян В.А.,1997; Лознян А.И., 1998; Снанкин В.В., 1998; Рабинович М.И., Таирова А.Р., 1999; Гончарова Е.Н., 1999; Тютиков С.Ф., 2000). В современных урбанизированных городах необходимы мероприятия по снижению антропогенного и техногенного воздействия на окружающую среду. Поэтому появилась необходимость исследования почв на наличие в них тяжелых металлов, определения их концентраций и сравнение этих концентраций с ПДК.

Цель  исследования. Экологическая оценка содержания тяжелых металлов  в почве в разных районах Новосибирска.

Задачи  исследования.

1. Изучить токсические свойства тяжелых металлов;
2. Определить степень загрязнения почв Новосибирска тяжелыми металлами.
3. Определить элементы – загрязнители.

 
 
 
 
 
 
 
 

1.1. Общая характеристика  тяжелых металлов.

Тяжелые металлы - это группа химических элементов с относительной атомной массой более 40. Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

В соответствии с ГОСТ 17.4.1.02-83. « Охрана природы, почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения »  токсические химические элементы разделены по классам гигиенической опасности. По почвам они таковы:

• I класс: мышьяк (As), бериллий (Be), ртуть (Hg), селен (Sn), кадмий (Cd), свинец (Pb), цинк (Zn);
• II класс: хром (Cr), кобальт (Co), молибден (Mn), никель (Ni), медь (Cu), сурьма (Sb);
• III класс: ванадий (V), вольфрам (W), марганец (Mn), стронций (Sr).

Содержание тяжелых  металлов в почвах зависит, как установлено многими исследователями, от состава исходных горных пород, значительное  разнообразие которых связано со сложной геологической историей развития территорий (Ковда, 1973). 

В последние  десятилетия в процессы миграции тяжелых металлов в природной среде интенсивно включилась антропогенная деятельность человечества. Количества химических элементов, поступающие в окружающую среду в результате техногенеза, в ряде случаев значительно превосходят уровень их естественного поступления. Например, глобальное выделение свинца из природных источников в год составляет 12 тыс.т. и антропогенная эмиссия 332 тысяч тонн (Nriagu, 1989). Включаясь в природные циклы миграции, антропогенные потоки приводят к быстрому распространению загрязняющих веществ в природных компонентах городского ландшафта, где неизбежно их взаимодействие с человеком. Объемы поллютантов, содержащих ТМ, ежегодно возрастают и наносят ущерб природной среде, подрывают существующее экологическое равновесие и негативно сказываются на здоровье людей.

Основными источниками  антропогенного поступления тяжелых металлов в окружающую среду являются тепловые электростанции, металлургические предприятия, карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд, транспорт, химические средства защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей, сжигание нефти и различных отходов, производство стекла, удобрений, цемента. Наиболее мощные ореолы тяжелых металлов возникают вокруг предприятий черной и особенно цветной металлургии в результате атмосферных выбросов (Ковальский, 1974; Добровольский, 1983; Израэль, 1984; Геохимия…, 1986; Сает, 1987; Панин, 2000; Kabala, Singh, 2001). Действие загрязняющих веществ распространяется на десятки километров от источника поступления элементов в атмосферу. Так, металлы в количестве от 10 до 30 % от общего выброса в атмосферу распространяются на расстояние 10 км и более от промышленного предприятия.

 Также существенным источником относительно локального, но очень интенсивного загрязнения являются промышленные и бытовые свалки.

Среди тяжелых  металлов приоритетными загрязнителями считаются свинец, кадмий и цинк. Характеристика тяжелых металлов (Pb, Cd, Zn):

Свинец не является жизненно необходимым элементом. Он токсичен и относится к I классу опасности. Его неорганические соединения нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов (подобно большинству тяжелых металлов). Одним из наиболее вредных последствий действия неорганических соединений свинца считается его способность заменять кальций в костях и быть постоянным источником отравления в течение длительного времени. Биологический период полураспада свинца в костях - около 10 лет.

Наиболее серьезным  источником загрязнения среды обитания организмов свинцом являются выхлопы автомобильных двигателей, так как основная его масса осаждается на землю.

Свинцовая пыль не только покрывает обочины шоссейных  дорог и почву внутри и вокруг промышленных городов, она найдена  и во льду Северной Гренландии, причем в 1756 г. содержание свинца во льду составляло 20 мкг/т, в 1860 г. уже 50 мкг/т, а в 1965 г. - 210 мкг/т.

Активными источниками  загрязнения свинцом являются электростанции и бытовые печи, работающие на угле.

Вследствие глобального  загрязнения окружающей среды свинцом  он стал вездесущим компонентом любой пищи и кормов. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные.

Кадмий очень токсичен, легко проникает в организм человека через желудочно-кишечный тракт, через плаценту матери к плоду. Избыточное накопление в организме кадмия обычно приводит к нарушению функций: почек (нефропатия, появление белка в моче), простаты, иммунодефицитам, кожным заболеваниям, может вызывать анемию, снижение аппетита, повышению артериального давления, приводит также к изменениям и болям в костях и суставах (болезнь Итай-Итай). У мужчин может приводить к нарушению функций предстательной железы (риск аденомы).

 Для многих промышленных районов России характерно индустриальное загрязнение кадмием, связанное, прежде всего, с металлургическим производством и хранением и переработкой бытовых и промышленных отходов. Источниками кадмия служат краски, выбросы предприятий цветной и черной металлургии, угледобычи, ТЭЦ.

Цинк. Повышенные концентрации цинка оказывают токсическое влияние на живые организмы. У человека они вызывают тошноту, рвоту, дыхательную недостаточность, фиброз легких (Кеннет, Фальчук, 1993). Главными источниками поступления цинка в почву являются отходы промышленных производств, таких как цветная металлургия, лакокрасочная промышленность, гальваническое производство, а также коммунально-бытовые отходы и илы городских очистных сооружений.

Для оценки степени химического  загрязнения почв используют коэффициент  концентрации (Ко), который  показывает во сколько  раз содержание элемента-загрязнителя в пробе выше его ПДК. Очаги техногенного загрязнения, как правило, представляют собой избыточную концентрацию не одного, а целого комплекса химических элементов. Их суммарное содержание, характеризующее интегральное воздействие на окружающую среду, оценивается по величине суммарного показателя загрязнения (Zc), который представляет собой сумму коэффициентов концентраций и рассчитывается по формуле:

 
где: С_i - содержание элемента в пробе почвы; 
С_ф - фоновое содержание этого элемента в исследуемой почве.

Контроль  за загрязнением почв населенных пунктов  проводится с учетом функциональных зон  города. Места отбора проб предварительно отмечаются на картосхеме, отражающей структуру городского ландшафта. Пробная площадка должна располагаться на типичном для изучаемой территории месте. При неоднородности рельефа площадки выбирают по элементам рельефа. На территорию, подлежащую контролю, составляют описание с указанием адреса, точки отбора, общего рельефа микрорайона, расположение мест отбора и источников загрязнения, растительного покрова, характера землепользования, уровня грунтовых вод, типа почвы и других данных, необходимых для правильной оценки и трактовки результатов анализов образцов.  
 
 
 
 

1.2.Загрязнение почв Новосибирска тяжелыми металлами.

В таком крупном  индустриальном центре, как Новосибирск, работали и работают многочисленные предприятия, загрязнявшие и загрязняющие окружающую среду тяжелыми металлами. Загрязнение почвенного покрова чаще всего происходит за счет атмосферных выбросов заводов цветной и черной металлургии, ТЭЦ, предприятий по производству оборудования, станков и т.д.

В этом процессе велика также роль автотранспорта, использующего этилированный бензин.

Попадая в почву, тяжелые металлы в основном закрепляются в ней. Их содержание, фиксируемое в данный момент, есть результат накопления за годы работы местной промышленности и автотранспорта. Но не все количество тяжелых металлов, содержащихся в выбросах, достигает земной поверхности. Некоторая их часть в составе аэрозолей долгое время прибывает в воздушном пространстве.

Индустриализация  хозяйства и урбанизация общества привели к тому, что в городских  почвах повысилось содержание тяжелых металлов и это стало опасным для здоровья большого количества людей. Например, в г. Уоллонгонге (Австралия) концентрация Pb увеличилась в 10 раз ( Beavington F., 1973 ), в Гамбурге концентрация Pb, Zn, Cu и Ca возросла по сравнению с фоном в 7 – 11 раз ( Hintze B., Lux W., 1982 ). Были проведены исследования в г. Белово Кемеровской области и выявлено обильное накопление тяжелых металлов в огородных почвах в радиусе 2,5 км от цинкоплавильного завода: содержание Zn колебалось в пределах 631 – 7130 мг/кг (ПДК – 23 мг/кг ), Cd – 2,2 – 56 мг/кг ( ПДК – 0,5 мг/кг ), Pb – 108 434 мг/кг ( ПДК – 30 мг/кг ).

Среди тяжелых  металлов, загрязняющих окружающую среду, обычно выделяют так называемые «приоритетные» ( наиболее часто встречаемые в высоких концентрациях ) – Pb, Zn, Sn, Cd и некоторые другие, и им уделяется наибольшее внимание. Однако не всегда такой подход является правильным, так как вне поля зрения могут оказаться химические элементы, долевое присутствие которых в атмосферных выбросах значительно. Они не редко становятся главными загрязнителями, обусловливают специфику местного загрязнения. Их учет помогает правильнее оценить масштаб и опасность техногенного давления. Необходимость изучения широкого спектра химических элементов особенно велика в городах с разнообразной промышленностью. Новосибирск входит в их число. Под влиянием деятельности человека в почвах изменяются многие свойства, в частности концентрация органических веществ, тонкодисперсных минеральных частиц, карбонатов, рН. Городские почвы по сравнению со своими генетическими аналогами на незагрязненной территории имеют большой разброс показателей. Особенно это заметно в правобережной части Новосибирска.