17

Тема:

Почвенный покров промышленных городов. Тенденции его загрязнения

План

• Введение
• 1. Виды, строение и функции городской почвы
• 2.Загрязнение почвы
• 3. Пути сохранения почвы
• Заключение
• Литература

Введение

Почва - это верхний слой земной коры, видоизмененный почвообразующими факторами. К числу этих факторов относят материнскую породу, возраст почвы, рельефные поверхности, климат, почвенные организмы.

Почва, как один из основных элементов биосферы, играет важную роль в процессе жизни на Земле, оказывает большое влияние на другие ее компоненты - атмосферный воздух, подземные и поверхностные водоисточники. От типа почвы, ее химического состава зависят урожайность, химический состав пищевых продуктов растительного, а, следовательно, и животного происхождения.

Почва является одним из климатообразующих факторов. Физико-химический состав почвы оказывает влияние на тепловой режим ее приземного слоя воздуха. Активизация опасных геологических процессов в городах Украины, обусловленная техногенной деятельностью человека, привела к ряду катастрофических последствий. Огромный экономический ущерб, связанный с этим и сопутствующие им человеческие жертвы говорят о необходимости особого внимания к эколого-геологическим факторам при хозяйственном освоении территорий.

1. Виды, строение и функции городской почвы

В процессе урбанизации рельеф осваиваемой территории подвергается преобразованиям в соответствии с потребностями определенного этапа развития города.

Разнообразие природных условий на Земле привело к формированию неоднородного почвенного покрова с определенной закономерностью смены типа почв по природным зонам и в связи с высотной зональностью. В любой точке местности почва также неоднородна и характеризуется дифференциацией филя на более или менее четко выраженные генетические горизонты. По дифференцированного почвенного профиля представлен на рис.1

Рис.1 Схема строения почвенного профиля: А₁-гумусово-аккумулятивный горизонт; А₂ - элювиальный горизонт; А₂В - элювиально-иллювиальный горизонт; В - иллювиальный горизонт; С - материнская порода

На формирование определенного типа почвы и почвенного профиле влияют климат, материнские горные породы, которые ее подстилают, рельеф, характер водообменных процессов, тип природной растительности, характерной для данной климатической зоны, животные и микроорганизмы обитающие в почве. Типичными для Украины являются черноземы, серые и бурые лесные, каштановые и дерново-подзолистые почвы.

В последние столетия важным фактором почвообразования стала деятельность человека. На урбанизированных территориях, по сравнению природными, антропогенный фактор в почвообразовании можно считать ведущим. Для городов характерны так называемые техноземы -- почвы, создаваемые человеком в процессе рекультивации тех или иных объектов хозяйственного освоения участков земли. Техноземы частично наследуют свойства зональных нарушенных почв и горных пород, частично формируются под влиянием мощной техники, используемой при укладке почвенного слоя. Для них характерно отсутствие четко выраженных горизонтов, зачастую мозаичный характер окраски, повышенная плотность и, соответственно, меньшая пористость.

Полнопрофильные почвы, близкие к естественным, могут сохраняться в городе в зоне лесопарков и старых парковых насаждений.

Вне зависимости от типа почв основным свойством, по которому проводится их оценка, является плодородие. Плодородие почв обусловлено наличием в их составе органических и минеральных питательных веществ, определенными параметрами структуры, поддерживающими нормальный газообмен и водообмен, физико-химическими характеристиками (концентрацией водородных ионов и солевым режимом), поддерживающими нормальное протекание физиологических процессов в растениях. Плодородие почвы обеспечивает определенную биологическую продуктивность природной растительности и урожай сельскохозяйственных культур. Являясь важнейшим звеном биологического круговорота веществ, почва продуцирует основной пищевой и энергетический материал для остальных обитателей планеты. При этом она выполняет функции регулятора, поддерживающего естественный состав атмосферы за счет преобразования отмирающей биоты и продуктов производственной деятельности человека. Именно эта сторона участия почвы в биологическом круговороте веществ делает ее важнейшей составляющей экосистем городов. Использование почв в городах, как правило, имеет несельскохозяйственный характер.

Важнейшее направление их использования -- создание парков, скверов, газонов, покрытий для спортивных сооружений. Дерновый слой почвенного профиля используют для крепления откосов при строительстве транспортных выемок, насыпей и т.п. Неплодородные почвы наряду с суглинками и другими грунтовыми материалами применяют для оснований при строительстве зданий. Благодаря высокой поглотительной способности почва выполняет роль фильтра для очистки поверхностного стока. Глины и суглинки используют для противофильтрационных экранов полигонов захоронения бытовых и производственных отходов. [1, с.30-31]

2. Загрязнение почвы

На территории городов почвы подвергаются загрязнению, которое можно подразделить на механическое, химическое и биологическое.

Механическое загрязнение заключается в засорении почв крупнообломочным материалом в виде строительного мусора, битого стекла, керамики и других относительно инертных отходов. Это оказывает неблагоприятное влияние на механические свойства почв.

Химическое загрязнение почв связано с проникновением в них веществ, изменяющих естественную концентрацию химических элементов до уровня, превышающего норму, следствием чего является изменение физико-химических свойств почв. Этот вид их загрязнения является наиболее распространенным, долговременным и опасным.

Биологическое загрязнение связано с привнесением в почвенную среду и размножением в ней опасных для человека организмов. Бактериологические, гельминтологические и энтомологические показатели состояния почв городских территорий определяют уровень их эпидемиологической опасности. Эти виды загрязнения подлежат контролю прежде всего на территории селитебных и рекреационных зон. [2, с83-86]

Основные загрязнители почвы: 1) пестициды (ядохимикаты); 2) минеральные удобрения; 3) отходы и отбросы производства; 4) газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; 5) нефть и нефтепродукты.

В настоящее время влияние пестицидов на здоровье населения приравнивают к воздействию на человека радиоактивных веществ. По данным ВОЗ, отравлению пестицидами в мире каждый год подвергаются до 2 млн. человек, из них 40 тыс. -- с летальным исходом. Подавляющая часть применяемых пестицидов попадает в окружающую среду (воду, воздух).

Они вызывают глубокие изменения всей экосистемы, действуя на все живые организмы, в то время как используются для уничтожения весьма ограниченного числа видов. В итоге наблюдается интоксикация огромного числа других биологических видов (полезных насекомых, птиц) вплоть до их исчезновения.

Среди пестицидов наибольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения, которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет, и даже малые их концентрации в результате биологического накопления могут стать опасными для жизни организмов, так как обладают мутагенными и канцерогенными свойствами. Попадая в организм человека, они могут вызвать быстрый рост злокачественных новообразований, а также поразить организм генетически, что опасно для здоровья будущих поколений. Вот почему применение наиболее опасного из них -- ДДТ в нашей стране и в большинстве развитых стран запрещено. Пестициды способны проникать в растения из загрязненной почвы через корневую систему, накапливаться в биомассе и впоследствии заражать пищевую цепь. При распылении пестицидов наблюдается значительная интоксикация птиц (орнитофауны). Особенно страдают популяции певчих и перелетных дроздов, жаворонков и других воробьиных.

С длительным применением пестицидов связывают также развитие резистентных (устойчивых) рас вредителей и появление новых вредных организмов, естественные враги которых были уничтожены.

Таким образом, можно с уверенностью констатировать, что общий экологический вред от использования загрязняющих почву пестицидов многократно превышает пользу от их применения.

Оказалось так же, что нитраты, находясь в избытке, снижают содержание кислорода в почве, а это способствует повышенному выделению в атмосферу двух «парниковых» газов -- закиси азота и метана. Нитраты опасны и для человека: при концентрации свыше 50 мг/л отмечается их прямое общетоксическое воздействие, в частности, возникновение метгемоглобинемии, вследствие биологических превращений нитратов в токсичные соединения азота.

К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и отбросы производства. В стране ежегодно образуется свыше миллиарда тонн промышленных отходов, из них более 50 млн. т особо токсичных. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами, хвостохранилищами и др., которые интенсивно загрязняют почвы, способность которых к самоочищению, как известно, ограничена.

Огромный вред для функционирования почв представляют газодымовые выбросы промпредприятий. Почва способна накапливать весьма опасные для здоровья человека загрязняющие вещества, например, тяжелые металлы. В 1997г. почти 0,4 млн. га в нашей стране оказались загрязненными медью, свинцом, кадмием и др. Еще больше земель были загрязнены радионуклидами и радиоизотопами в результате Чернобыльской катастрофы.

Одной из серьезных экологических проблем становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами

Здоровью людей угрожает загрязнение почв различными патогенами, способными проникать в организм человека следующим образом: во-первых, через цепь «человек -- почва -- человек». Патогенные организмы выделяются зараженным человеком и через почву передаются другому, либо через выращенные на зараженной почве овощи и фрукты. Таким способом человек может заболеть холерой, бациллярной дизентерией, брюшным тифом, паратифом и др. Аналогичным путем в организм человека могут попадать и черви-паразиты; во-вторых, через цепь «животные -- почва -- человек». Существуют ряд заболеваний животных, которые передаются человеку (лептосориаз, сибирская язва, туляремия, лихорадка Ку и др.) путем прямого контакта с почвой, загрязненной выделениями инфицированных животных; в-третьих, через цепь «почва -- человек», когда патогенные организмы попадают в организм человека при прямом контакте (столбняк, ботулизм, микозы и др.).

К числу основных антропогенных воздействий на горные породы относят: статические и динамические нагрузки, тепловые, электрические и другие воздействия.

Статические нагрузки. Это наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений, достигающих 2 МПа и более, образуется зона активного изменения горных пород примерно на глубине 70--100 м. При этом наибольшие изменения наблюдаются: 1) в вечномерзлых льдистых породах, на участках залегания которых часто наблюдаются оттаивание, пучение и другие неблагоприятные процессы; 2) в сильносжимаемых породах, например, заторфованных, илистых и др.

Динамические нагрузки. Вибрации, удары, толчки и другие динамические нагрузки типичны при работе транспорта, ударных и вибрационных строительных машин, заводских механизмов и т.д. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые недоуплотненные породы (пески, водонасыщенные лессы, торф и др.)- Прочность этих пород заметно снижается, они уплотняются (равномерно или неравномерно), структурные связи нарушаются, возможно внезапное разжижение и образование оползней, отвалов, плывунов и других ущербообразующих процессов.

Другим видом динамических нагрузок являются взрывы, действие которых сходно с сейсмическими. Горные породы разрушают взрывным способом при строительстве дорог, гидротехнических плотин, добыче полезных ископаемых и т.д. Очень часто взрывы сопровождаются нарушением природного равновесия -- возникают оползни, обвалы, осовы и т.п. Так, по данным А.А. Махорина (1985), в результате взрыва многотонного заряда в одном из районов Кыргызстана, при строительстве каменно-набросной плотины, на склонах образовалась зона нарушенных пород с трещинами от 0,2 до 1 м в ширину и до 200 м в длину. По ним произошли смещения горных пород объемом до 30 тыс. м³.

Тепловое воздействие. Повышение температуры горных пород наблюдается при подземной газификации углей, в основании доменных и мартеновских печей и др. В ряде случаев температура пород повышается до 40--50°С, а иногда и до 100°Си более (в основании доменных печей). В зоне подземной газификации углей при температуре 1000--1600 ° С породы спекаются, «каменеют», теряют свои первоначальные свойства. Как и другие виды воздействия, тепловой антропогенный поток влияет не только на состояние горных пород, но и на другие компоненты окружающей природной среды: почвы, подземные воды, растительность.

Электрическое воздействие. Создаваемое в горных породах искусственное электрическое поле (электрифицированный транспорт, ЛЭП и др.) порождает блуждающие токи и поля. Наиболее заметно они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротивляемость и другие электрические свойства пород.

Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создает физическое «загрязнение» окружающей природной среды.

Массивы горных пород в ходе инженерно-хозяйственного освоения подвергаются мощному антропогенному воздействию. При этом развиваются такие опасные геологические процессы, как оползни, карст, подтопление, просадки и др. Все эти процессы, если они вызваны деятельностью человека и нарушают природное равновесие, называют ущербообразующими и наносящими экологический (а, как правило, еще и экономический) ущерб окружающей природной среде.

Оползни. Оползни представляют собой скольжение горных пород вниз по склону под действием собственного веса грунта и нагрузки: фильтрационной, сейсмической или вибрационной. Оползни -- явление частое на склонах долин рек, оврагов, берегов морей, искусственных выемок. Основными антропогенными факторами, часто накладывающимися на природные, являются: дополнительная нагрузка на склон от сооружений, вибрационная нагрузка от движущегося транспорта и сейсмическая от взрывов, обводнение склона, изменение его формы и др. Большой ущерб природной среде ежегодно наносят оползневые процессы на берегах Черноморского побережья Кавказа, Крыма, в долинах Волги, Днепра, Дона и многих других рек и горных районов.

Оползни нарушают устойчивость массивов горных пород, негативно влияют на многие другие компоненты окружающей природной среды (нарушение поверхностного стока, истощение ресурсов подземных вод при их вскрытии, образование заболоченностей, нарушение почвенного покрова, гибель деревьев и т.д.). Известно немало примеров оползневых явлений катастрофического характера, приводящих к значительным человеческим жертвам.

Карст. Геологическое явление, связанное с растворением водой горных пород (известняков, доломита, гипса или каменной соли), образованием при этом подземных пустот (пещер, каверн и др.) и сопровождаемое провалами земной поверхности, получило название карста. Их образование связывают с интенсификацией отбора подземных вод. Активизация карста отмечается во многих районах России. Подтопление -- пример ответной реакции геологической среды на антропогенное воздействие. Под подтоплением понимают любое повышение уровня грунтовых вод до критических величин (менее 1--2 м до УГВ).

Подтопление территорий негативно влияет на экологическое состояние природной среды. Массивы горных пород переувлажняются и заболачиваются. Активизируются оползни, карст и другие процессы. В лессовых грунтах возникают просадки, в глинах -- набухание. Просадка приводит к резкой неравномерной осадке, а набухание -- к неравномерному подъему зданий и сооружений. В результате сооружения испытывают деформации и становятся малопригодными для эксплуатации, что значительно ухудшает санитарно-экологическую обстановку в жилых и производственных помещениях. На подтопленной территории, в результате вторичного засоления почв угнетается растительность, возможно химическое и бактериальное загрязнение грунтовых вод, ухудшается санитарно-эпидемиологическая обстановка.

Причины подтопления разнообразны, но практически всегда связаны с деятельностью человека. Это -- утечки воды из подземных водонесущих коммуникаций, засыпка естественных дрен -- оврагов, асфальтирование и застройка территории, нерациональный полив садов, скверов, подпор подземных вод глубокими фундаментами, фильтрация из водохранилищ, прудов -- охладителей АЭС и др.[3, с.217-219]

Иловые осадки станций биологической очистки сточных вод и компост из городских бытовых отходов содержат большое количество органических и питательных для растений минеральных веществ, поэтому их используют как удобрение. Однако они, как правило, содержат многие металлы в концентрациях, которые являются токсичными. При внесении в почвы иловых осадков и компоста в дозах, определяемых по их удобрительной ценности, можно прогнозировать увеличение содержания токсичных элементов в почвах в несколько раз. Химические элементы, условно называемые тяжелыми металлами свинец, цинк, медь, кадмий, ванадий и др., не только сами являются опасными для здоровья человека, но и служат индикаторами присутствия более широкого спектра загрязняющих веществ (газов, органических соединений). Величину суммарного показателя загрязнения почв используют для оценки уровня опасности загрязнения территории города. Значения суммарного показателя загрязнения почв используют для оценки уровня опасности загрязнения территории города. Значения загрязнения до 16 соответствуют допустимому уровню опасности для здоровья населения; от 16 до 32 -- умеренно опасному; от 32 до 128 -- опасному, более 128 -- чрезвычайно опасному Геохимическое изучение почв в городе на регулярной основе позволяет получить пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и выявить участки, проживание на которых сопряжено с наибольшим риском для здоровья населения.

Отрицательное влияние на состояние почвы в городе оказывает использование поваренной и других солей для борьбы с гололедом в зимний период и утечки высокоминерализованных технологических растворов. Это приводит к возрастанию количества фитотоксичных соединений в составе почв. Известно, что хлориды натрия и кальция разрушительно действуют на почвенные коллоиды и вызывают при определенных концентрациях гибель растений. В талой снеговой воде крупного промышленного города может содержаться хлор-иона в 150 раз больше, чем в природной речной воде [1, с.35]

3. Пути сохранения почвы

В результате хозяйственной деятельности человека создаются нарушенные земли, которые утратили свою хозяйственную ценность, а иногда даже стали источником загрязнения окружающей природной среды. Более всего нарушают землю открытые горные выработки (карьеры). В Криворожском регионе, например, большие площади некогда плодородной земли превращены железорудными карьерами в площади «лунного ландшафта», где не может существовать ни одно растение или животное. Земли разрушаются также отвалами пустых пород, шлаков, свалками мусора и бытовых отходов вблизи больших городов. Карьеры, отвалы, терриконы, свалки, кроме того, что они занимают большие площади земной поверхности, становятся источником загрязнения атмосферы и гидросферы: из них ветрами разносятся пыль, некоторые терриконы дымят, выбрасывают в воздух оксиды серы; загрязненные воды из отвалов попадают в водоносные горизонты и водотоки. Через интенсивное откачивание из шахт и карьеров подземных вод снижается их уровень на прилегающих территориях, иногда же (вблизи больших карьеров) подземные воды исчезают совсем.

Согласно действующему законодательству нарушенные земли должны быть восстановлены рекультивацией. В частности, рекультивацию карьеров должны осуществлять те горнодобывающие предприятия, которые их создали.

Рекультивационные работы осуществляются в два этапа:

Техническая рекультивация, затем биологическая.

В ходе технической рекультивации нарушенные земли подготавливают для дальнейшего использования: планируют их поверхность; снимают, перевозят и складируют в бурты плодородный грунт (это делают до начала проходки карьера); строят дороги, гидротехнические и мелиоративные сооружения. Если отвальные породы содержат вредные для растений вещества, то на них после планирования кладут слой нейтральной породы (глины, песка и т.д.) После планирования отвалы должны пройти стабилизацию (один-два года), когда под действием сил тяжести и увлажнения отвальные породы уплотняются.

Биологическая рекультивация предусматривает комплекс работ для улучшения физических и агрохимических свойств грунта на рекультивированных землях (известкование, пескование, внесение минеральных удобрений также). Снятый ранее плодородный грунт, сохранявшийся в буртах, наносится на поверхность спланированных и стабилизированных отвалов.

Рекреационная рекультивация производится вблизи городов и больших населенных пунктов с целью создания зон отдыха. Чаще всего она объединяется с водохозяйственной и лесохозяйственной рекультивацией (создают озера в карьерах, на их берегах устраивают пляжи, базы отдыха, высаживают деревья, кустарники и т.п.)

Санитарно-гигиеническая рекультивация осуществляется для консервации нарушенных земель, приостановки вредного действия карьеров, отвалов на природную среду (чтобы отвал не загрязнял воздух и подземные воды), если по каким-то причинам использование нарушенных земель является нецелесообразным.

Строительная рекультивация - это подготовка нарушенных земель для сооружения жилых зданий, спортивных площадок, промышленных предприятий, складов и т.д. Карьеры при этом засыпаются отвальными породами, подводятся дороги, теплотрассы, проводятся мелиоративные работы.

К важным методам защиты почв от техногенного загрязнения относятся методы мониторинга за состоянием окружающей среды, которые позволяют объективно оценить состояние окружающей среды, его составляющих в пределах обследуемых территорий и в зависимости от этой оценки принять верное решение относительно охраны окружающей среды, рационального использования ее ресурсов. [4, с.184-186]

Заключение

Многостороннее воздействие техногенеза на природные почвы и ландшафты и различная ответная реакция экосистем не позволяют однозначно подходить к решению вопроса о рекультивации какой-либо территории. Не всегда оказывается целесообразным восстановление прежних комплексов, которые были до нарушения природной среды. Однако рекультивируемые земли и прилегающие к ним территории после завершения всего комплекса работ должны представлять собой организованный и устойчивый к техногенному воздействию ландшафт.

Рекультивация земель должна являться завершающим этапом тех производственных процессов, которые приводят к нарушению почвенного покрова или литогенной основы территории. Составление проектов рекультивации

следует проводить одновременно с проектированием основного производственного объекта и учитывать весь комплекс природных, хозяйственных,

экономических, социальных и санитарно-гигиенических факторов. Они определяют выбор направления рекультивационных работ, например, рекреационного (создание зон отдыха и спорта с парками, водоемами для оздоровительных целей, туристических баз и др.), водохозяйственного, строительного и др.

Литература

1. Экология города. Под общ. Ред. д.т.н., проф. Стольберга Ф.В. - К.: Либра, 2006. - 464с.

2. Кучерявий В.П. Урбоекологія. - Л.: Світ, 2007. - 360с.

3. КоробкинВ.И., Передельский Л.В. Экология в вопросах и ответах. - Р н/Д.: Феникс, 2006. - 384с.

4. Білявський Г.О. та ін. Основи екології. - К.: Либідь, 2004. - 408с.