Образование за рубежом

PlayPhrase.me - Учи английский

5.11. Будова ґрунтового профілю

Розмаїтість природних умов на Землі привела до формування неоднорідного ґрунтового покриву з визначеною закономірністю зміни типу ті по природних зонах і в зв’язку з висотною зональністю. У будь-якій частині місцевості ґрунт також неоднорідний і характеризується диференціацією профілю на більш-менш чітко виражені генетичні обрії. Приклад диференційованого ґрунтового профілю представлений на малюнку.

Рис. Схема будівлі ґрунтового профілю:

А1 — гумусово - акумулятивний обрій; А2 — елювіальний обрій; А2В —ілювіальний обрій; B — ілювіальний обрій; C — материнська порода

На формування визначеного типу ґрунту і ґрунтового профілю впливають клімат, материнські гірські породи, що її підстилають, рельєф, характер водообмінних процесів, тип природної рослинності, характерної для даної кліматичної зони, тварини і мікроорганізми, що живуть у ґрунті. Типовими для України є чорноземи, сірі і бурі лісові, каштанові і дерено-підзолисті ґрунти.

В останні сторіччя важливим фактором ґрунтоутворення стала діяльність людини. На урбанізованих територіях, у порівнянні з природними, антропогенний фактор у ґрунтоутворенні можна вважати ведучим. Характерні так називані техноземи — ґрунти, створювані людиною в процесі рекультивації тих або інших об’єктів або господарського освоєння ділянок землі. Техноземи частково успадковують властивості зональних порушених ґрунтів і гірських порід, частково формуються під впливом могутньої техніки, використовуваної при укладанні ґрунтового шару. Для них характерна відсутність чітка виражених обріїв, найчастіше мозаїчний характер фарбування, підвищена щільність і, відповідно, менша пористість.

Полнопрофільні ґрунти, близькі до природних, можуть зберігатися в зоні лісопарків і старих паркових насаджень.

Поза залежністю від типу ґрунтів основною властивістю, по якому проводиться їхня оцінка, є родючість. Родючість ґрунтів обумовлена наявністю в їхній сполуці органічних і мінеральних живильних речовин, визначеними параметрами структури, що підтримують нормальний газообмін і водообмін, фізико-хімічними характеристиками (концентрацією водневих іонів і сольовим режимом), що підтримують нормальне протікання фізіологічних процесів у рослинах. Родючість ґрунту забезпечує визначену біологічну продуктивність природної рослинності і врожай сільськогосподарських культур. Будучи найважливішою ланкою біологічного круговороту речовин, ґрунт продукує основний харчовий і енергетичний матеріал для інших мешканців планети. При цьому він виконує функції регулятора, що підтримує природну сполуку атмосфери за рахунок перетворення біоти, що відмирає і продуктів виробничої діяльності людини. Саме ця сторона участі ґрунту в біологічному круговороті речовин робить її найважливішою складовою екосистем міст. Завдяки високій поглинальній здатності ґрунт виконує роль фільтра для очищення поверхневого стоку. Глини і суглинки використовують для протифільтраційних екранів полігонів поховання побутових і виробничих відходів.

Забруднення ґрунтів. Ґрунти піддаються забрудненню, яке можна підрозділити на механічне, хімічне і біологічне.

Механічне забруднення полягає в засміченні ґрунтів великоуламковим матеріалом у виді будівельного сміття, битого скла, кераміки й інших щодо інертних відходів. Це впливає на механічні властивості ґрунтів.

Хімічне забруднення ґрунтів зв’язане з проникненням у них речовин, що змінюють природну концентрацію хімічних елементів до рівня, що перевищує норму, наслідком чого є зміна фізико-хімічних властивостей ґрунтів. Цей вид їхнього забруднення є найбільш розповсюдженим, довгостроковим і небезпечним.

Біологічне забруднення пов’язане з привнесенням у ґрунтове середовище небезпечних для людини організмів. Бактеріологічні, гельмінтологічні й ентомологічні показники стану ґрунтів визначають рівень їхньої епідеміологічної небезпеки. Ці види забруднення підлягають контролю насамперед на території жилих і рекреаційних зон.

Розглянемо більш детально процеси хімічного забруднення ґрунтів.

На урбанізованих територіях забруднення ґрунтів звичайно відбувається в результаті викидів промислових підприємств, транспорту, підприємств теплоенергетики, витоків з каналізації і відстійників, впливу промислових і побутових відходів, а також значною мірою за рахунок використання добрив і пестицидів.

Викиди промислових підприємств є джерелом забруднення ґрунтів міських територій важкими металами, канцерогенними речовинами, сполуками азоту і сірки. Однак даних, що дозволяють оцінити кореляційні зв’язки між змістом хімічних елементів у викидах, їхньою концентрацією в атмосферному повітрі, у випаданнях на поверхню землі і ступенем забруднення ґрунтів, недостатньо. Тому оцінити залежність розподілу хімічних елементів у викидах і випаданнях з повітряних потоків можна лише приблизно.

Графік на малюнку відбиває кількісний зв’язок між концентрацією свинцю в складі викиду підприємства кольорової металургії, у пилу, сніговому покриві атмосферного повітря, і в ґрунті.

Рис. Залежність між вмістом свинцю в атмосферному повітрі (х, мг/м3), у сніжному покриві (у2, мг/м3) і в ґрунті (у2, мг/м3) (за Саєтом, 1990)

Мулові опади станцій біологічного очищення стічних вод і компост із міських побутових відходів містять велику кількість органічних і живильних для рослин мінеральних речовин, тому їх використовують як добриво. Однак вони, як правило, містять багато металів у концентраціях, що є токсичними (див. таблицю).

При внесенні в ґрунти мулових опадів і компосту в дозах, обумовлених їхнього удобрювальною цінністю, можна прогнозувати збільшення вмісту токсичних елементів у ґрунтах у кілька разів.

Надходження забруднюючих хімічних речовин із ґрунту в організм людини пов’язано з процесом їхньої міграції по біологічних ланцюгах:

  • ґрунт — рослина — людин;

  • ґрунт — рослина — тварина — людинa;

  • ґрунт — вода — людина;

  • ґрунт — атмосферне повітря — людина.

Для ґрунтів сільськогосподарського використання оцінку рівня забруднення шкідливими речовинами ведуть на базі гранично припустимих концентрацій, причому пріоритетним є транслокаційний показник шкідливості, що враховує надходження в організм людини шкідливих речовин із ґрунту через рослини.

Базою для оцінки рівня забруднення ґрунтів у місті є значення фонової концентрації розглянутої речовини в ґрунтах регіону. Звичайно такі підходи використовують при аналізі забруднення території важкими металами й іншими токсичними елементами.

Таблиця Вміст хімічних елементів у мулових опадах міських стічних вод очисних споруджень (за Саєтом, 1990)
Елемент Мулові опади в промислових містах Мулові опади в малопромислових містах
Середня концентрація, мг/кг Коефіцієнт концентрації Середня концентрація, мг/кг Коефіцієнт концентрації
Ртуть 1,29 – 1,7 129 – 177 0,75 75
Кадмій 33,64 – 60 112 – 165 3,25 11
Срібло 13,42 – 36,23 134 – 362 13,03 130
Хром 792,14 – 1260,39 17 – 27 423,78 9
Молібден 28,2 – 29,9 28 – 29 14,79 15
Цинк 258,6 – 1818,0 5 – 35 117,3 2,3
Мідь 503,5 – 518,3 18 – 19 220 – 240 8-83
Вольфрам 22,7 – 25,9 23 – 26 22,8 23
Олово 45,29 – 58,26 9 – 12 30,98 6
Нікель 91,2 – 210,5 5 – 11 391 2
Свинець 191,57 – 235,8 7 – 9 201,3 6
Стронцій 145,2 – 184,1 5,2 – 6,6 42,4 1,5
Кобальт 2,1 – 15,0 0,3 – 2,2 4,8 0,7
Бор 44,0 – 76,3 1,2 – 2,0 43,0 1,2
Фтор 450,0 2
Барій 147,4 – 302,6 0,6 – 1,3 227,9 0,9
Вісмут 2,5 8
Сумарний показник забруднення (без обліку срібла) 370 – 610 190

Геохімічним тлом називають середній вміст хімічного елементу в ґрунтах за даними вивчення статистичних параметрів його розподілу. Геохімічне тло є регіональною або місцевою характеристикою ґрунтів і порід.

Ділянка території, у межах якої статистичні параметри розподілу хімічного елемента вірогідно відрізняються від геохімічного тла, називається геохімічною аномалією. Геохімічні аномалії, у межах яких вміст забруднюючих речовин досягає концентрацій, що роблять несприятливий вплив на здоров’я людини, називають зонами забруднення. Рівень забруднення характеризується величиною коефіцієнта концентрації КCi, що визначають зі співвідношення: Кс = Сіфі, де Сі — концентрація забруднюючої речовини в ґрунті; Сфі — фонова концентрація забруднюючої речовини, мг/кг ґрунту.

Забруднення звичайне буває поліелементним, і для його оцінки розраховують сумарний показник забруднення, що представляє собою адитивну суму перевищень коефіцієнтів концентрацій над фоновим рівнем:

де Ксі. — коефіцієнт концентрації елемента; п — число елементів із Кс > 1.

Хімічні елементи, умовно називані важкими металами (свинець, цинк, мідь, кадмій, ванадій і ін.), не тільки самі є небезпечними для здоров’я людини, але і служать індикаторами присутності більш широкого спектра забруднюючих речовин (газів, органічних сполук). Величину сумарного показника забруднення ґрунтів використовують для оцінки рівня небезпеки забруднення території міста. Значення сумарного показника забруднення до 16 відповідають припустимому рівневі небезпеки для здоров’я населення; від 16 до 32 — помірковано небезпечному; від 32 до 128 — небезпечному; більш 128 — надзвичайно небезпечному.

Негативні наслідки може мати використання стічних вод з високим солевмістом для поливу зелених насаджень. Тому гранична величина мінералізації води, використовуваної для поливу, не повинна перевищувати 2—3 г/дм3, а концентрація бікарбонату натрію у воді — 2, 5 мг • экв/дм3.

Щоб уникнути осолонцевування ґрунтів, необхідно підтримувати оптимальне співвідношення катіонів у складі сольового комплексу. Критерієм є показник 5АК, що розраховують за формулою Річардсона:

Гранично припустима величина SAR складає 10 при мінералізації вод до 1 г/дм3 і знижується до 4 при підвищенні мінералізації до 3 г/дм3.

До родючих ґрунтів відносять такі, у яких вміст гумусу на нижній границі шарів складає не менш 1,5—2%, величина рН водної витяжки не виходить за межі інтервалу 5,5—8,2, гідролітична кислотність по Al3+ не перевищує 3 мг • екв на 100 м ґрунти, а зміст Na+ в обмінному комплексі — не більш 5%. Кількість токсичних солей у ґрунтах повинна бути не більш 0,25%, а в гранулометричної сполуці ґрунтів кількість часток розміром менш 0,01 мм повинне бути в межах 10—75%. Якщо кількість гумусу знижується до 1%, ґрунт відносять до потенційно родючого.

Кислотні опади впливають не тільки на рослинність і водойми, вони ушкоджують будинки і конструкції з різних матеріалів, у тому числі з вапняку, мармуру, піщанику і стали. Вивчення геологічного спектру впливу кислотних дощів допомогло б передбачити інтенсивність їхніх впливів у майбутньому.

Під впливом перетворення рельєфу, регулювання поверхневого стоку, витоків з водогінних комунікацій відбувається зміна гідрогеологічного режиму території. Наслідком є підвищення рівня ґрунтових вод, а нерідко і підтоплення визначених ділянок міста. Зв’язане з цим насичення порід водою знижує їхню міцність і призведе до деформації і руйнування будинків і споруджень.

Теплове забруднення геологічного середовища являє собою підвищення її температури щодо природних значень. На території великого міста порушення температурного режиму може спостерігатися до глибини 100—150 м і більш. При цьому на обріях 10—30 м спостерігається тенденція до розширення по площі геотермічних аномалій з підвищенням на 2—6°С фонових значень температури гірських порід і підземних вод.

Під впливом надлишкового тепла може відбуватися локальне просушування порід зі зміною їхньої міцності. З підвищенням температури ґрунтових вод зростає швидкість хімічних реакцій у зоні їхнього контакту з матеріалами підземних споруджень.

Електричне поле блукаючих струмів у землі пов’язано з рейковим електротранспортом. Вплив його виражається в підвищенні корозійної активності середовища. Небезпека корозії виникає при щільності блукаючих струмів 5—10–2 А/м2, тоді як їхня щільність, що спостерігається реально, у містах у 200 разів вище. При високому рівні електричного впливу швидкість корозії стали складає до 2 мм на рік, а терміни безаварійної служби трубопроводів скорочуються вдвічі. Витоки з трубопроводів у свою чергу служать новими джерелами забруднення геологічного середовища міст.

Гірські породи є одним із природних джерел опромінення. Від змісту в породах радіонуклідів радію, торію і калію залежить як зовнішнє, так і внутрішнє опромінення людей. Внутрішнє опромінення найбільшою мірою пов’язано з надходженням через органи дихання газу радону, що є продуктом радіоактивного перетворення елементів уранового ланцюга. Цей газ має здатність еманірувати з порід, проникати через отвори в підлогах і стінах, через стики елементів конструкцій у приміщення і накопичуватися на перших поверхах будинків.

Безпосереднім джерелом виділення радону є радій-226. За вмістом цього ізотопу гірські породи сильно розрізняються. Особливо високий вміст радію можуть бути в деяких різновидах гранітів, а з осадових порід — у глинистих сланцях, збагачених органічною речовиною. Рівень радоновиділення залежить не тільки від концентрації в них радіоізотопів, але і від структурно-тектонічних особливостей території. У зонах тектонічних розламів і підвищеної тріщинуватості порід виділення радону відбувається більш інтенсивно.

В Україні райони з підвищеним радоновиділення знаходяться в основному на території Українського кристалічного щита і північно-західної частини Донецького басейну.