OCENA STANU GEOCHEMICZNEGO GLEB MIASTA PRZEMYŚLA EVALUATION OF GEOCHEMICAL CONDITION OF SOILS IN THE PRZEMYŚL CITY

Transkrypt

1 GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2012 Tom 7 zeszyt 2 Agnieszka PĘKALA Zakład Geotechniki i Hydrotechniki Politechnika Rzeszowska OCENA STANU GEOCHEMICZNEGO GLEB MIASTA PRZEMYŚLA Streszczenie. Przeprowadzone analizy geochemiczne dla gleb miasta Przemyśla wykazały, że koncentracje pierwiastków śladowych nie przekraczają ich naturalnej zawartości, a gleby nie wykazują nadmiernego zakwaszenia. Zasadniczy udział na badanym obszarze mają gleby obojętne i zasadowe. Gleby kwaśne i lekko kwaśne występują jedynie w niewielkim zakresie. Wyniki badań mineralogicznych pozwalają stwierdzić, że w analizowanych próbkach fazą dominującą jest kwarc. Spośród minerałów ilastych wyodrębniono kaolinit, minerały z grupy mik oraz minerały z grupy smektytu. EVALUATION OF GEOCHEMICAL CONDITION OF SOILS IN THE PRZEMYŚL CITY Summary. The geochemical analyses carried out for Przemysl soil showed that the concentrations of trace elements do not exceed their natural content and acidification. The main part of the area are neutral and alkaline soils. Slightly acid soil and acid are visible only to a small extent. The results of mineralogical studies allow to conclude that in the analysed samples, quartz is the predominant phase. Among the clay minerals kaolinite was separated, minerals of micas group as well as minerals from the smectite group. 1.Wstęp Pierwiastki śladowe są elementami środowiska naturalnego, odgrywającymi ważną rolę w jego zanieczyszczeniu i degradacji. Poświęca się im coraz więcej uwagi, ciągle bowiem wzrasta ich emisja przez rozwijający się przemysł, motoryzację, chemizację rolnictwa i urbanizację. Pierwiastki te przenikają z różnych źródeł do gleby, wody i powietrza. Stwarzają one bezpośrednie zagrożenie zdrowia człowieka, wchodząc w łańcuch pokarmowy, powodując wiele groźnych chorób cywilizacyjnych [1]. Zachowanie się pierwiastków śladowych w glebie jest ściśle związane z jej składem mineralnym. Ich zawartość w glebach wzrasta ze zwiększeniem się ilości cząstek ilastych. Ilość, jak również rodzaj tzw. minerałów wysokodyspersyjnych może sprzyjać lub ograniczać migrację toksycznych pierwiastków. Mobilność w glebie znacznej ilości tych składników jest również uzależniona od jej odczynu. Na ogół ruchliwość wszystkich metalicznych pierwiastków wzrasta przy zakwaszeniu, a maleje przy alkalizacji. Nie dotyczy to cynku, który dzięki amfoteryczności jest ruchliwy zarówno w środowisku kwaśnym, jak i zasadowym [2].

2 198 A. Pękala Celem przeprowadzonych badań było określenie zawartości pierwiastków śladowych w glebach miasta Przemyśla oraz ocena wpływu przemysłu na środowisko przyrodnicze miasta na podstawie badań geochemicznych i mineralogicznych. 2. Charakterystyka badanego obszaru Przemyśl, według podziału geologicznego Polski, jest położony na granicy Karpat zewnętrznych (fliszowych) i zapadliska przedkarpackiego [3, 4, 5]. Zachodnia część miasta należy do Karpat fliszowych. Budują ją w tym rejonie piaskowce i łupki warstw inoceramowych, należących do jednostki skolskiej (paleogen kreda). W części południowej są spotykane sfałdowane osady mioceńskie, należące do jednostek zgłobickiej i stebnickiej. Reprezentują je iły, mułowce i piaskowce. Północny i północno-wschodni rejon miasta wypełniają osady zapadliska przedkarpackiego, stanowiące nieckę przedgórską. Utwory miocenu spoczywają niezgodnie na starszych utworach: prekambryjskich, paleozoicznych i mezozoicznych. Należą do warstw przeworskich, wykształconych jako iły, mułowce i łupki z wkładkami piasków i piaskowców [6]. Utwory starsze przykryte są osadami czwartorzędowymi. Na omawianym obszarze centralna część miasta jest pokryta piaskami i żwirami częściowo zaglinionymi. W obszarach nadzlewowych głównymi utworami są mady i gliny piaszczyste. Poza doliną Sanu są spotykane lessy oraz pyły i gliny pylaste. 3. Materiał i metodyka badań Na omawianym terenie pierwotnym źródłem zanieczyszczenia środowiska niektórymi pierwiastkami jest emisja pyłów i dymów pochodzących ze spalania surowców energetycznych, zawierających zanieczyszczenia, których udział jest zależny od rodzaju węgla i spalanych odpadów. Próbki do przeprowadzonych badań pobrano zgodnie z Polską normą (PN-R-04031:1997) z południowo-wschodniej części miasta oraz z obszarów nadzalewowych w pobliżu miejsc o znacznej emisji zanieczyszczeń. Łącznie analizom poddano 18 próbek gleb. Miejsce pobrania próbek przedstawia rys. 1. Próbki pobierano z powierzchniowej warstwy gleby z zakresu głębokości 0-0,30 m p.p.t. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleb i standardów jakości ziemi (Dz.U. 2002, Nr 165 poz. 1359) [7] opróbowane grunty należą do grupy B, gdyż są to grunty zabudowane i zurbanizowane.

3 Ocena stanu geochemicznego 199 W celu określenia zawartości pierwiastków śladowych dla pobranych próbek wykonano oznaczenia z zastosowaniem atomowej spektroskopii absorpcyjnej (ASA) na spektrometrze PHILIPS PU 9100Xi Camera SX-100. Badania pomiaru ph wykonano przy użyciu ph-metru typu CX - 551, kalibrowanego roztworami buforowymi o ph 4 i 7. Rys. 1. Poglądowa mapa poboru próbek gleb w mieście Przemyślu Fig.1. Demonstrative map of taking sampling of soils in Przemysl city W celu określenia składu mineralnego analizowanych osadów wykorzystano: -obserwacje mikroskopowe w spolaryzowanym świetle przechodzącym z zastosowaniem mikroskopu Olimp BX-51; -dyfraktometrię rentgenowską przy wykorzystaniu dyfraktometru PHILIPS X Pert z monochromatyzatorem refleksyjnym. Dyfraktogramy interpretowano za pomocą programu identyfikacyjnego XRAYAN z bazą minerałów ICPDS [8]; -mikroskopię skaningową z zastosowaniem mikroskopu elektronowego (SEM)FEI Quanta 200FEG z mikroanalizatorem rentgenowskim (EDX).

4 200 A. Pękala 4. Wyniki badań 4.1. Zawartość pierwiastków śladowych W badanych glebach oznaczono zawartość: Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, Cu (tab.1). Analiza uzyskanych wyników pozwala na stwierdzenie, że zawartości pierwiastków śladowych, takich jak Pb, Cr, Ni, Zn czy Cu w glebach miasta Przemyśla nie przekraczają dopuszczalnych wartości, biorąc pod uwagę wymagania zawarte w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 (Dz.U. 2002, Nr 165 poz. 1359) w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi [7]. Jedynie kadm charakteryzuje się wartością najbardziej zbliżoną do górnej granicy dopuszczalnej, tj. zawartości 4 mg/kg s.m., określonej w Rozporządzeniu Ministra Środowiska. Największa zawartość kadmu w analizowanych próbkach wyniosła 2,6 ppm (próbka nr 11), natomiast najmniejsza zawartość to 0,17 ppm. Kadm w glebach o ph 4,5-5,5 jest bardzo mobilny, a przy większych wartościach ulega unieruchomieniu. Średnia zawartość kadmu w powierzchniowych poziomach gleb Polski wynosi w 0,2 ppm. Występuje jednak zróżnicowanie pomiędzy gatunkowymi grupami gleb, średnia geometryczna zawartość w glebach lekkich (piaszczystych) wynosi 0,22 ppm, w glebach średnich (gliniastych lekkich) - 0,31 ppm, a w glebach ciężkich (gliniastych) - 0,51 ppm [2]. Porównanie uzyskanych wyników badań z danymi zawartymi w Atlasie geochemicznym Polski [9] na terenie miasta Przemyśla pozwala stwierdzić, że koncentracje poszczególnych pierwiastków w badanych glebach nie przekraczają maksymalnych wartości, odpowiednio: Pb 50 ppm, Cr 10 ppm, Ni -20 ppm, Zn -100 ppm, Cu - 40 ppm. Jedynie zwartość Cd jest na terenie Przemyśla (Cd <0,5 ppm) kilkukrotnie podwyższona w stosunku do danych zawartych w Atlasie Wartość odczynu (ph) badanych gleb Wyniki kwasowości wymiennej gleb wykonane dla 18 próbek, oparte na wartości ph mierzonego w KCl o stężeniu 1 mol/dm 3, według polskiej klasyfikacji Polskiego Towarzystwa Gleboznawczego wskazują na występowanie w Przemyślu gleb: obojętnych (66,7%), lekko kwaśnych (16,7%), zasadowych (11,1%) i kwaśnych (5,5%) (rys. 2). Gleb bardzo kwaśnych nie odnotowano. Gleby kwaśne i lekko kwaśne są jedynie widoczne na niewielkim obszarze na terenie Zespołu Suchego Portu Przeładunkowego PKP Żurawica Medyka.

5 Ocena stanu geochemicznego 201 [%] gleba obojętna gleba lekko kwaśna gleba zasadowa gleba kwaśna Rys. 2. Procentowy udział gleb o różnym poziomie kwasowości w Przemyślu Fig.2. Percentage part of soils with different levels of acidity in Przemysl city 4.3. Wyniki badań mineralogicznych Przeprowadzone badania mineralogiczne wykazały, że główną fazą mineralną badanych utworów jest kwarc. Obserwacje przy zastosowaniu mikroskopu skaningowego ujawniają, że powierzchnia ziarn kwarcu jest matowa i posiada liczne ślady erozji eolicznej. Większość z obserwowanych ziarn jest na ogół średnio lub dobrze obtoczonych, tylko sporadycznie spotykano ziarna ostrokrawędziste. Mają zwykle średnice mm, maksymalnie dochodzą do 1 mm. Obok kwarcu we wszystkich badanych próbkach stwierdzono minerały z grupy węglanów. Identyfikacja faz metodą dyfrakcji rentgenowskiej ujawnia, że w większości przypadków jest to kalcyt (rys. 3). Ziarna tego minerału są w przeważającej ilości nieregularne, tylko sporadycznie idiomorficzne. Wśród rozpoznanych minerałów węglanowych akcesorycznie spotykano dolomit o pokroju rombowym lub zbliżonym do rombowego. Wykazano też obecność nielicznych, zwykle mniejszych od 0.5 mm, ziarn skaleni sodowo - wapniowych. Odmiany potasowe skaleni są reprezentowane przez ortoklaz i mikroklin. Obok wymienionych składników stwierdzono także obecność minerałów ilastych kaolinitu, minerałów z grupy mik (illit, muskowit) oraz minerału z grupy smektytu. Nieliczne, drobne (poniżej 0.1 mm) blaszki muskowitu i hydromuskowitu są lekko rozwarstwione (rys. 3).

6 202 A. Pękala Tabela 1 Zawartość pierwiastków śladowych oraz kwasowość gleb miasta Przemyśla Oznaczenia Nr Pierwiastki śladowe [ppm] ph próbki gleby gleby Pb Cr Cd Ni Zn Cu w H 2 O w KCl 1 11,7 7,7 1,61 27, ,6 7,44 7,40 2 3,9 6,2 2,30 7, ,8 7,01 7, ,6 7,7 0,17 22, ,6 6,90 6,99 4 3,9 7,7 0, ,6 6,42 5, ,6 10,8 0, ,8 7,33 7,09 6 9,7 3,1 1,62 17, ,2 7,08 7,07 7 5,8 9,3 0, ,8 6,84 6,81 8 3,9 9,3 0,74 22, ,6 6,90 6,48 9 9,7 n.o 0,61 12, ,6 7,14 7, ,7 6,2 0, ,2 6,87 6, ,4 3,1 2, ,4 7,24 7, ,6 3,1 1,61 17, ,2 7,15 7, ,7 7,7 1,62 22, ,2 7,38 7, ,6 10,8 0,17 22, ,6 6,90 6, ,7 6,2 0, n.o 6,64 6, ,7 9,3 0, n.o 6,76 6, ,7 0,17 17,5 85 n.o 5,90 5, ,7 0,74 22,5 125 n.o 6,99 6,96 n.o nie oznaczono

7 Ocena stanu geochemicznego Rys. 3. Blaszki minerałów ilastych. SEM/EDX Fig. 3. Blades of clayey minerals SEM/EDX Rys. 4. Dyfraktogram gleby poddanej analizie (próbka nr 11). Objaśnienia: Q kwarc, Sm smektyt, M minerały z grupy mik, IL minerały ilaste, PL plagioklazy, C kalcyt, F skalenie potasowe Fig. 4. X-ray pattern of analysed soil (sample no 11). Commentary: Q quartz, Sm smectite, M - minerals from micas group, IL - clayey minerals, PL - plagioclase, C calcite, F feldspar 203

8 204 A. Pękala 5. Podsumowanie Przeprowadzone badania kwasowości wykazały, że zasadniczy udział na badanym obszarze mają gleby obojętne i zasadowe. Wysoki procent gleb o takim odczynie jest związany prawdopodobnie ze spadkiem emisji zanieczyszczeń przemysłowych, powodujących zakwaszenie środowiska oraz z często przeprowadzanym przez właścicieli działek wapnowaniem gleb. Gleby kwaśne i lekko kwaśne są widoczne jedynie na niewielkim obszarze. Ocena stopnia skażenia środowiska przyrodniczego pierwiastkami śladowymi jest bardzo złożona i zależy od bardzo wielu czynników. Wyznaczenie jednoznacznych progowych stężeń pierwiastków śladowych w glebach nie zawsze jest możliwe ze względu na dużą zmienność naturalnych zawartości oraz zjawiska ich tolerancji i adaptacji. Ze względu na punktowy pobór próbek oraz możliwość losowego zakłócenia uzyskanych wyników zamieszczone wyniki badań należy traktować jako orientacyjne. BIBLIOGRAFIA 1. Wiatr I., Sawicki B., Charytoniuk E.: Zanieczyszczenie gleb i roślin metalami ciężkimi. Ekoinżynieria, Kabata Pendias A., Pendias H.: Biogeochemia pierwiastków śladowych, Wydawnictwo PWN, Warszawa Borysławski A., Gucik S., Paul Z., Ślączka A., Wójcik A., Żytko K.: Mapa geologiczna Polski 1: , ark. Przemyśl, Kalników, wersja A. Mapa podstawowa 1: ark. Przemyśl, Inst. Geol., Warszawa Gucik S., Paul Z., Ślączka A., Żytko K.: Mapa geologiczna Polski 1: , ark. Przemyśl, Kalników, wersja B. Mapa podstawowa 1: ark. Przemyśl, Inst. Geol., Warszawa Gucik S., Wójcik A.: Objaśnienia do mapy geologicznej Polski 1: ark. Przemyśl, Kalników, Inst. Geol., Warszawa Kotlarczyk J, Pękala K.: Karpaty Przemyskie. Przewodnik LIX Zjazdu PTG, Wydawnictwo AGH, Kraków Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi (Dz.U. 2002, Nr 165 poz. 1359).

9 Ocena stanu geochemicznego Diduszko R., Marciniak H.: XRAYAN- program do rentgenowskiej analizy fazowej. Warszawa Lis J., Pasieczna A.: Atlas geochemiczny Polski 1: Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa Polska Norma - PN-R-04031:1997 Abstract Executed investigation of acidity of soils in city Przemyśl showed that neutral and alkaline soils have fundamental part on studied area. High percentage of soils about such reaction is probably related to fall industrial emission causing souring environment as well as often lime application by allotment holders. Sour and lightly sour soils are noticeable in small range only. Made geochemical analyses of content of trace elements did not show them of raised concentarations. In mineral composition of studied soils it was affirmed, that occurring silica is predominant mineral phase in form of quartz. Calcareous minerals are mainly represented by calcite. Among plagioclase and feldspars were distinguished orthoclase and microcline. From among clayey minerals in studied soils minerals from micas and smectite group were affirmed mainly.