С чем связано загрязнение почвы тяжелыми металлами и как с этим бороться

3. Сопоставление полученных результатов с предельными значениями (нормативами), установленными законодательством. На основании такого сравнения формируется заключение о степени загрязненности земельных участков, которая может быть охарактеризована как низкая, средняя, высокая и очень высокая.

С чем связано загрязнение почвы тяжелыми металлами и как с этим бороться

Загрязнение почвы представляет собой явление, основанное на наличии в ней химических токсичных веществ в концентрации, превышающей нормальные значения. Это экологическая угроза, актуальная на глобальном уровне, влияющая на природные процессы и экосистемы. Оставляя след на окружающей среде, такие почвы могут служить вторичными источниками выбросов загрязняющих веществ в воздух, а также в поверхностные и грунтовые воды, что, в конечном итоге, приводит к загрязнению океанов. Заражению подвержены как сельскохозяйственные, так и городские земли, а также территории, которые ранее подвергались затоплению — как в результате паводков, так и наводнений, вызванных человеческой деятельностью.

Сегодня около 3,2 миллиарда человек в различных странах страдают от последствий загрязнения земель, ежегодно регистрируется более 500 тысяч преждевременных смертей. Большая доля этих потерь наблюдается среди уязвимых групп населения, таких как дети, пожилые люди и лица, долго проживающие на загрязненных территориях. С момента промышленной революции безвозвратно утрачено около 135 миллиардов тонн почвы из сельскохозяйственных угодий.

Чистота почвы — это не просто вопрос экологии, но и значимый фактор, влияющий на здоровье человека. Почва необходима для выращивания продуктов питания, получения волокон для различных индустрий, а также для производства определенных видов медикаментов. Она также выполняет функцию фильтрации воды и играет ключевую роль в углеродном и питательном циклах. Поскольку загрязнение почвы угрожает ее плодородию, оно представляет собой серьезную угрозу для продовольственной безопасности на глобальном уровне.

Причины загрязнения почвы

Факторы, способствующие загрязнению почвы, принято делить на две категории: естественные и антропогенные.

Естественные причины

Естественное загрязнение встречается сравнительно редко. Оно может возникать в результате деятельности почвенных микробов, переноса загрязнителей дождевыми осадками либо в результате стихийных бедствий, таких как наводнения. В некоторых засушливых регионах в почве может накапливаться опасное для растений и живых существ вещество — перхлат. Перхлораты также могут формироваться в земле, где содержатся хлор и некоторые металлы, в моменты грозовых разрядов. Такие случаи загрязнения составляют лишь небольшой процент от общего объема загрязненных земель.

Антропогенные причины

Наиболее заметные причины загрязнения — антропогенного характера, то есть связанные с человеческой деятельностью. К ним относятся горнодобывающая промышленность, которая загрязняет почвы тяжелыми металлами, а также работа электростанций, добыча, обработка и хранение нефти. Некорректная работа очистных сооружений приводит к попаданию канцерогенов в окружающую среду. Сельское хозяйство и его процессы, такие как хранение и перевозка удобрений, пестицидов и других химических средств, также приводят к значительным повреждениям почв.

Загрязнение может происходить в результате разливов опасных веществ. Например, утечка бензина и дизельного топлива приводит к загрязнению почвы углеводородами. Также тяжелые последствия для почвы причиняют войны и военные операции.

Промышленные зоны и локальные объекты так же оказывают негативное воздействие на экологическую обстановку. Например, снос старых зданий может привести к загрязнению почвы асбестом. В строительстве используются краски на основе свинца, что в итоге приводит к опасным концентрациям данного тяжелого металла в почве. Литейные заводы часто способствуют рассеиванию металлических загрязнителей на соседние территории.

Неправильная утилизация высокотоксичных отходов является еще одной серьезной проблемой. Если принципы хранения таких веществ на свалках не соблюдаются, это может привести к их попаданию в почву и загрязнению грунтовых вод.

Особенности

Почва является динамичной и сложной системой. Она оказывает влияние на активность живых организмов и может в определенной мере изменять климат. Почва занимает ключевую роль в защите подземных вод, она способствует связыванию токсичных веществ и выступает как накопитель различных органических и неорганических компонентов. В результате интенсивного развития промышленности в последние годы наблюдается резкий рост загрязнения земель тяжелыми металлами, что приводит к серьезному ухудшению экологической ситуации и негативно сказывается на здоровье человека и животных.

Наиболее значительными источниками токсичных веществ являются промышленные заводы и мусор. Каждый день человечество производит огромные объемы отходов; лишь 4% из них подлежат переработке, в то время как остальные оказываются на свалках. С каждым годом их объем увеличивается, создавая серьезные проблемы для экологии. В почву в огромном объеме проникают такие металлы как ртуть, кадмий, свинец и другие. При превышении фоновой концентрации металлов в 10 раз начинаются наблюдаться физиологические изменения в составе почвы, а после достижения уровня в 16 ПДК происходит фактическое загрязнение. По данным экспертов, в настоящее время эти показатели усугубляются.

Рассмотрим основные источники загрязнения почвы.

• Твердые бытовые отходы. Свалки занимают миллионы гектаров по всему миру, а разложение различных отходов может растягиваться на десятки или даже сотни лет. На протяжении этого времени токсичные металлы медленно проникают в землю, отравляя окружающую территорию и делая ее непригодной для жизни как животных, так и растений.
• Окружающая среда. Тяжелые металлы накапливаются в водоемах и атмосфере. Практически все водоемы, за исключением озер и прудов, проходят естественную фильтрацию через почву, что приводит к тому, что в ней оказываются химические элементы, способствующие загрязнению верхнего плодородного слоя.
• Промышленные предприятия. Крупные промышленные производства несут наибольшую угрозу для экосистем.

По данным экологов, одно металлургическое или химическое предприятие может загрязнять почву на значительной площади, радиусом до 10–15 км от места расположения.

Какие металлы загрязняют почву?

Давайте перечислим наиболее токсичные вещества, оказывающие влияние на загрязнение почвы.

Ртуть

Это вещество попадает в почву через использование пестицидов в сельском хозяйстве, которые применяются для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур. Второй значительный источник ртути — отходы домашнего и промышленного происхождения, так как ртуть содержится в люминесцентных лампах, термометрах и множестве измерительных приборов.

Каждый год в почву попадает до 5 тонн ртути. Это вещество может выделяться в виде паров, мигрировать в воду и накапливаться в зеленых тканях растений, которыми питаются сельскохозяйственные животные, что приводит к дальнейшей миграции металла в человеческий организм. Ртуть вызывает серьезную интоксикацию, приводящую к тяжелым нарушениям центральной нервной системы и часто заканчивается летальным исходом.

Свинец

Наиболее значительные объемы свинца попадают в почву на месторождениях его добычи. Так, на каждую тонну добываемого металла приходится 20–30 кг свинцового пыли, которая оседает на землю. Источниками загрязнений также служат автомобили: свинец содержится в выхлопных газах от двигателей внутреннего сгорания. Поэтому вблизи шоссе и автомагистралей наблюдается повышенное содержание свинца, радиус этого загрязнения может достигать 200 метров.

Токсичные вещества преобразуются и попадают в культивируемые растения, из которых производятся продукты питания или корма для скота. Постепенно свинец накапливается в человеческом организме, оседая в печени и почках.

Это микроэлемент негативно влияет на нервную систему и головной мозг, а также может служить провокатором онкологических заболеваний, стал причиной врожденных аномалий у детей.

Кадмий

Основным источником кадмия являются отходы, образующиеся в процессе добычи медной и свинцовой руды. Кроме того, кадмий попадает в почву вместе с фунгицидами, суперфосфатом и выхлопными газами.

Цинк и медь

Эти микроэлементы входят в состав большинства веществ, приводящих к загрязнению почвы тяжелыми металлами. В малых дозах их влияние незначительно, однако при накоплении они становятся токсичными. Специфические экологические проблемы наблюдаются в местах добычи этих металлов, а также в районах, находящихся в нескольких километрах от предприятий, производящих кабели, электронную технику и лакокрасочные изделия.

Молибден

Этот металл попадает в почву в процессе добычи и переработки медных и молибденовых руд. Относится к веществам второго класса опасности — ежедневно в минимальных дозах он достигает организма человека через пищу, при этом суточная норма составляет 250 мкг. Однако при попадании более 15 мг он вызывает серьезную интоксикацию, может привести к развитию подагры и повреждению костного мозга и селезенки.

Сурьма

Согласно данным, сурьма попадает в почву в результате деятельности предприятий, занимающейся производством и переработкой цветных металлов, сплавов, лакокрасочных изделий и удобрений. Опасностью сурьмы является ее способность формировать летучие соединения, которые могут распространяться на большие расстояния вместе с воздухом.

Мышьяк

Мышьяк поступает в почву в сочетании с пестицидами и гербицидами, которые активно используются в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми-вредителями. Это вещество известно своей высокой токсичностью.

При поступлении в организм человека мышьяк вызывает серьезные поражения нервной системы, приводящие к токсическому нейротоксикозу и отказу жизненно важных органов.

Марганец

Марганец попадает в почву в результате работы промышленных предприятий. Он ведет к накоплению в растениях и воде. По биологическим цепочкам этот элемент проникает в организмы людей и животных. Марганец необходим организму для полноценного развития, однако при избытке концентрации он может вызывать негативные эффекты на органы и ткани. Переизбыток марганца способен приводить к гибели нервных клеток, что влечет за собой серьезные расстройства и зачастую заканчивается гибелью живых организмов.

Последствия загрязнения почв тяжелыми металлами

Загрязнение почв кадмием, ртутью, свинцом и цинком оказывает разрушительное влияние на фауну и флору, к таким последствиям можно отнести:

• снижение численности насекомых;
• гибель дождевых червей;
• уменьшение размеров листьев у деревьев, что связано с активностью клеточных ферментов;
• снижение концентрации олиготрофных бактерий в почве.

Почвенные микроорганизмы играют важную роль в разложении органических веществ. Изменение их численности как следствие загрязнения тяжёлыми металлами влияет на этот процесс, замедляя или останавливая его.

Изменения, вызванные загрязнением, могут приводить к ухудшению гумусового состояния почвы, ее кислотности, структуры почвенных покровов, что становится причиной снижения плодородия. Кроме этого, загрязнение почвы тяжелыми металлами и последующее попадание токсических веществ в пищевые цепочки представляет опасность для здоровья человека, провоцируя рост различной заболеваемости и сокращая продолжительность жизни.

Охрана почв от загрязнений

Первостепенным защитным мероприятием является предотвращение загрязнения почвы тяжелыми металлами, поскольку их удаление из почвы представляет собой сложную задачу. Если показатели безопасности в результате анализа почв не соответствуют установленным нормам, это указывает на уже произошедшее загрязнение. Существующие методы восстановления участка включают:

• известкование и внесение органических веществ, что увеличивает показатели кислотности и может частично снижать уровень токсичных металлов;
• высевание и скашивание определенных растительных культур. К примеру, клевер имеет способность накапливать токсичные элементы;
• устранение миграции тяжелых металлов;
• детоксикацию грунтовых вод.

В случаях, когда наблюдается значительное превышение допустимых норм, применяются более серьезные меры, такие как полное снятие загрязненного слоя почвы и его замена на новый.

Контроль за состоянием земель осуществляется посредством лабораторных исследований. Широко применяемой методикой является атомно-абсорбционный анализ образцов, который имеет следующие преимущества:

• высокая чувствительность;
• избирательность;
• простота выполнения исследования.

Таким образом, возможно определение качественного состава (до 70 токсичных элементов) и количественного содержания с высокой точностью, достигающей 0,1–0,01 мг/кг.

Не всегда количественное определение общего содержания металлов отражает степень загрязнения. Расследование концентрации подвижных форм и соединений проводится путем экстракции из образцов с использованием кислот, солей и буферных растворов.

Необходимость обеспечения безопасности пищевых продуктов трудно переоценить — это один из краеугольных факторов, влияющих на здоровье человека.

Основная задача пищевых производств и объектов общественного питания заключается в обеспечении населения достаточным количеством безопасной и качественной пищи.

Множество руководителей и предпринимателей связывают реализуемую программу производственного контроля с конкретной сферой деятельности, включающей:

• экспертизу сроков годности;
• экспертизу проектов санитарно-защитных зон (СЗЗ), проектированию очистных сооружений и оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС);
• экспертизу проектов перепланировок.

Основные источники и причины загрязнения почвы

Загрязнение почвы можно отнести к двум основным причинам: естественным природным факторам и антропогенным, связанным с деятельностью человека. В зависимости от характера воздействия источники загрязнения могут быть локальными (негативно влияющие на определенный участок) и площадными (глобальные и охватывающие значительные территории).

1. Природные источники

Загрязнение грунтов может происходить в результате естественных процессов, возникших в атмосфере или литосфере. Поскольку почва постоянно претерпевает изменения из-за природных катаклизмов, такие процессы, как эрозия почвы и изменения ее химического состава, могут возникнуть вследствие сильных ветров, ураганов, наводнений и вулканических извержений.

2. Антропогенные источники

Серьезное химическое загрязнение почвы вызвано бытовой и хозяйственной деятельностью человека. Подробнее, наиболее негативное воздействие оказывают различные промышленные выбросы — регулярное внесение в почву химических веществ, неуправляемые промышленные отходы, а также радиоактивное загрязнение и кислотные осадки. Вредные вещества проникают в почву вместе с бытовым и строительным мусором, отходами от систем отопления, выбросами транспортных средств, а также сточными водами из промышленных и сельскохозяйственных предприятий, пищевыми отходами и мусором из общественных учреждений, таких как отели, магазины, столовые и больницы.

Последствия загрязнений почвы

Неправильное ведение сельского хозяйства, неуправляемая деятельность в промышленности и неэффективная утилизация отходов влекут за собой весьма серьезные последствия. Загрязнение почвы сказывается на различных аспектах жизни человека и экосистем в целом.

1. Вред для здоровья

Существуют четкие взаимосвязи между состоянием здоровья человека и чистотой почвы. Как уже было упомянуто, почва исполняет роль первого фильтра, через который проходит вода перед тем, как поступить к человеку. Если этот фильтр загрязнен, и вода становится небезопасной, это напрямую сказывается на ее качестве.

Промышленные и сельскохозяйственные поллютанты попадают в организм человека, вызывая различные заболевания и увеличивая коэффициент смертности. Последствия могут варьироваться от краткосрочных, как интоксикации или диарея, до более серьезных хронических заболеваний, включая онкологические.

2. Загрязнение водных и воздушных ресурсов

Деградация почвы также изменяет ее способность удерживать влагу, что неблагоприятно отражается на качестве доступных водных ресурсов и влияет на воздух.

3. Снижение урожайности

Почва является основным источником продовольствия на Земле, поскольку около 95% всех продуктов питания производится на ней. Чем чистее и здоровее будут почвы, тем лучше будет урожай. Здоровье самого грунта — это важный аспект решения проблемы голода на планете. Однако в последние годы заметно снижение плодородия земель, загрязнение почвы приводит к уменьшению количеств питательных веществ в сельскохозяйственных культурах.

4. Вымирание видов

Заражение и истощение почв является причиной снижения биоразнообразия на планете. Например, с 1970 до 2012 года популяция наземных позвоночных животных сократилась на 38% как следствие ухудшающейся экологической ситуации.

5. Опустынивание

За последние 300 лет территории водно-болотных угодий на планете уменьшились на 87%. Если деградация почвы продолжится в том же духе, к 2050 году в засушливых районах с ограниченными ресурсами воды и бедными дальневосточными почвами может оказаться до 45% всего населения Земли.

6. Экономические потери

По оценкам ученых, загрязнение почвы влечет за собой потери более 10% мирового валового внутреннего продукта (ВВП).

Общие последствия загрязнения почвы

Загрязнение почвы влечет за собой изменения ее химического состава, а также ухудшение физических и биологических свойств, которое изменяет структуру. Следствием неправильного ведения сельского хозяйства, неаккуратной утилизации отходов и интенсивного производства ресурсов является целый ряд негативных последствий.

1. Ухудшение качества продуктов питания и вред для здоровья. Почва — это первый фильтр, обеспечивающий чистоту питьевой воды. Загрязненная почва приводит к тому, что вредные вещества и токсины мигрируют в грунтовые воды, накапливаются в растениях, которые потребляются животными на пастбищах, после чего попадают в пищу человеку. Вредные вещества и тяжелые металлы могут вызывать заболевания — от легких проявлений в виде диареи до более серьезных — онкологических.
2. Снижение эффективности антибиотиков. Значительная часть антибиотиков, используемых в медицине и сельском хозяйстве, после выхода из организма попадает в окружающую среду, где может загрязнять почву и распространяться, что приводит к образованию устойчивых к антибиотикам бактерий и снижает эффективность противомикробных препаратов. По оценкам, каждый год происходит до 700 тыс. смертей из-за бактерий, которые стали устойчивыми к антибиотикам. Если ситуация не изменится, то к 2050 году число смертей от бактерий превысит количество случаев, связанных с онкологией.
3. Снижение урожайности. Загрязненные почвы становятся менее плодородными, что приводит к серьезным экономическим последствиям. Земля — это главный ресурс для производства 95% продуцируемой пищи на планете.
4. Изменения климата. Загрязнение почв приводит к опустыниванию и обезвоживанию: за период с 1970 года было утрачено около 35% водно-болотных угодий, которые исчезают быстрее лесов. Если текущие тенденции не измениться, к 2050 году около половины населения Земли будет жить в засушливых районах с бедными почвами.

Опасность загрязнения почвы заключается в том, что данный процесс часто остается незаметным. На текущий момент около трети всех почв на Земле подвержены деградации, возникающей в результате эрозии, засоления, химического загрязнения и других факторов. Формирование всего лишь одного сантиметра плодородного слоя земли занимает около тысячи лет. При отсутствии действенных мер для предотвращения этого процесса здоровью и качеству жизни будущих поколений может угрожать глубокая опасность. К концу 2020 года деградация почв уже затрагивала не менее 3,2 миллионов жителей планеты, что составляет 40% всего населения Земли.

Пути решения проблемы загрязнения почвы

Почва обладает некоторой способностью к самоочищению, однако этот процесс затягивается надолго. Учитывая, что загрязнение почв не прекращается ни на минуту, загрязненная земля не сможет очиститься без человеческого вмешательства.

Решение проблемы должно быть предпринято на нескольких уровнях, начиная с глобального. В 2021 году ООН объявила о запуске программы Десятилетие ООН по восстановлению экосистем. Эта программа предполагает восстановление как наземных, так и морских экосистем.

На государственном уровне экологические вопросы регулируются на законодательной основе. В России Министерство экологии и природных ресурсов ежегодно собирает и обрабатывает статистические данные о загрязнении почв промышленными токсикантами.

В дополнение, существует правительственное постановление о проведении рекультивации и консервировании угодий. Данный документ определяет понятие деградации почвы (ухудшение качественных характеристик земель в результате негативного воздействия хозяйственной деятельности) и фиксирует меры рекультивации (восстановление) земель, такие как выемка загрязненных грунтов, восстановление плодородного слоя, создание защитных лесных насаждений. Уголовный кодекс также определяет ответственность за загрязнение почвы. Согласно ст. 254 Уголовного Кодекса, наказание варьируется от штрафов до лишения свободы на срок до пяти лет, в зависимости от степени тяжести преступления.

Местные нормативные акты обеспечивают реализацию множества мероприятий по охране почв и в основном касаются производств: контроль за вредными выбросами, обеззараживание сточных вод. Помимо этого, возможны следующие меры для защиты почвы:

• минимизация обработки плодородного слоя, а также сокращение применения пестицидов и химических средств в сельском хозяйстве;
• укрепление грунта и формирование растительного покрова;
• высадка деревьев и создание защитных лесополос;
• очистка выбросов газов;
• осушительные мероприятия, направленные на снижение уровня грунтовых вод.

На бытовом уровне каждый из нас может внести свой вклад: сортировать мусор, сдавать токсичные отходы (например, батарейки, термометры) в специальные пункты приёма, использовать многоразовые сумки и мешки вместо одноразовых пакетов, а при передвижениях выбирать экологический транспорт.