4. Види і джерела забруднення літобіосфери.

Третім компонентом біосфери є грунти.

Увага! Визначення!

Літобіосфера - частина БС, яка займає верхні шари земної кори (до 2-3 км, за деякими даними до 6-8,5 км) з живими організмами і шарами біогенних осадових порід. Проміжне положення між: приземним шаром атмосфери (аеробіосферою), фітобіосферою та літобіосферою займає педосфера - ґрунтовий шар Землі. Педосфера відіграє роль глобального фіксатора та акумулятора сонячної енергії, яка в процесі фотосинтезу накопичується продуцентами.

Ґрунти - узагальнене найменування будь-якої гірської породи (осадової, магматичної, метаморфічної), яка залягає переважно в межах зони вивітрювання земної кори і що розглядається з інженерно-геологічної (будівельної) точки зору при загальному підході до особливостей земної поверхні (твердий, пухкий, мерзлий іт.д.), або при формі ведення сільського господарства (відкритий, закритий) і власне ґрунтів.

В сільськогосподарському виробництві використовується поняття «ґрунт» що відноситься до самих поверхневих родючих шарів біолітосфери.

Головною відміною рисою ґрунтів від гірських порід, що складають основну частину літобіосфери є специфічна властивість - родючість. Ґрунт родючий (далі ґрунт) - особливе органо-мінеральне природноісторичне утворення, яке виникло внаслідок впливу живих організмів на мінеральний субстрат і розкладу мертвих організмів, впливу природних вод і атмосферного повітря на поверхневі горизонти гірських порід у різних умовах клімату і рельєфу в гравітаційному полі Землі. Згідно з образним висловом В.І. Вернадського, ґрунти є основою організації БС. Географи називають ґрунт «дзеркалом», «фокусом» ландшафту. Усі компоненти БС стикаються з ґрунтом, з'єднуються з ним і формують складну полігенну, біокосну систему, яка є основою життя земних рослин і тварин. Товщина родючого ґрунту - до 2-3 м. Завдяки вибірній поглинаючій здатності, ґрунти накопичують у собі запаси живильних елементів, яких може вистачити, навіть без новонадходження на 200-1000 років життя рослин, що є гарантією їх існування у відповідних ландшафтах навіть під час кліматичних аномалій та катаклізмів.

Зверніть увагу!

Сутність ґрунтоутворення полягає у поглинанні живими організмами мінеральних елементів із ОПС і виділення ними у процесі життя різноманітних органічних та мінеральних компонентів, які впливають на це середовище і змінюють його.

У цьому процесі беруть участь і впливають на нього усі елементи фізико-географічного середовища, включаючи і господарську діяльність людини. Ґрунтоутворюючий процес органічно пов'язаний з процесами фотосинтезу. Внаслідок фотосинтезу в ґрунт вноситься органічна речовина, а атмосфера поповнюється киснем, звідти він надходить у ґрунт (зону аерації) в газоподібному і водорозчинному стані. В результаті ґрунтоутворення до атмосфери повертається С0₂, необхідний для продовження процесів фотосинтезу й життя на Землі. В еволюції ґрунтів відзначається декілька стадій. Молоді ґрунти є результатом поступового вивітрювання материнської (ґрунтопідстеляючої) породи. Процес еволюції ґрунтів закінчується при досягненні рівноваги ґрунту з рослинністю і кліматом, яке може порушуватися під впливом природних і антропогенних факторів. Так, у тропічних зонах вируб лісу часто призводить до мінералізації ґрунтів і утворення латеритного панцира. У районах з помірним кліматом ґрунти змінюються рідко, тому що гумус руйнується повільніше.

Зверніть увагу!

Hа відміну від гірських порід, для фунтів характерна наявність гумусу - органічних речовин, що утворюються внаслідок розкладу рослинних і тваринних залишків, і продуктів життєдіяльності організмів. Гумус здатний поглинати різні живильні елементи, тобто контролюєродючість ґрунтів.

Багато організмів мешкають у ґрунті і сприяють зміненню його фізико-хімічних характеристик: бактерії - 1000-7000, мікрогриби - 100-1000, водорості -10-300, найпростіші- 5-Ю, членистоногі-1000, дощові черв'яки - 350-1000 кг/га. Завдяки сукупній дії ґрунтових організмів, хімічним та

біохімічним реакціям, рослини мають можливість живитися мінеральними і органічними речовинами. Окрім органічних сполук С та N, ґрунти повинні давати рослинам достатню кількість Р, S, K, Ca, Mg і навіть Na, а також отримувати у невеликій кількості необхідні для життєдіяльності В, Zn, Co, Мп та ін. Кожний із цих елементів необхідний не лише у мінімальній кількості, але й обов'язковий за умови збереження рівноваги: від великої кількості декількох живильних речовин буде замало користі, якщо будь-яка живильна речовина відсутня або її недостатньо. Це було зазначено у 1840 р. Лібіхом і зараз називається законом мінімуму. Окрім того, надлишок живильних речовин може бути шкідливим. Наприклад, хлористий натрій необхідний рослинам у незначній кількості, однак надлишок його у ґрунті спричиняє зникненню багатьох видів рослин, за винятком солестійких. Це покладено в основу закону толерантності. Обидва закони слушні лише у першому наближенні, тому що багато рослин здатні адаптуватися до відсутності або нестачі живильної речовини, замінюючи її близькою за своїми властивостями.

Таким чином, ґрунти разом із організмами утворюють складні екосистеми, які виконують в біосфері найважливіші функції: безперервне протікання процесів біогенного накопичення, трансформації і перерозподілу сонячної енергії, яка надходить на земну поверхню; підтримку планетарного круговороту біогенних елементів.

Ці функції здійснюються системою «організми - ґрунт» шляхом створення рослинно-органічної речовини, яка використовується численними кільцями мікрофагів, ґрунтових безхребетних і мікробів. Природа у процесі еволюції виробила самовідновлювальний механізм ґрунтоутворення й здатність оптимального пристосування до всіляких несприятливих умов. Однак, техногенне навантаження зростає до розмірів, які перевищують поріг сталості EC, у тому числі ґрунтів.

Зверніть увагу!

Зниклий грунт поновити у первісному вигляді практично неможливо. Для формування ґрунтового шару потужністю у 20-30см необхідно від 2 до 8 тис. років.

Постійне зниження площі і об'єму педосфери відбувається під впливом природних і антропогенних факторів. До перших відносяться: природна ерозія; природні шкідники, хвороби і бур 'яни; зростання народонаселення. Основними антропогенними факторами забруднення і вилучення землі є:

-технічне перетворення (підземне будівництво, видобуток корисних копалин);

-штучна ерозія (осушування боліт, оголення землі та ін.);

-схибне господарювання (порушення гідрологічного режиму, неефективне сільське господарювання;

-забруднення (теплоенергетичне, транспортне, сільськогосподарське, комунально-побутове, промислове);

-відвід під будівництво (гідротехнічне, транспортне, промислове, житлове).

Якщо під впливом природних факторів не порушується рівновага й хід звичних геологічних процесів, то під впливом антропогенних факторів відбуваються негативні процеси, які призводять до деградації та виснаження ґрунтів, виключення їх з сільськогосподарського користування.

Інтенсивне сільськогосподарське використання земель часто приводить до негативних наслідків: дегуміфікації, фізичної деградації, переущільненню, розвитку водної та вітрової ерозії, забрудненню ґрунтів токсичними речовинами і т.д. Це приводить до поступового зниження родючості та втрати земель. Пораховано, що за 10 тис. років сільськогосподарської діяльності втрачено 2 млрд. га (0,2 млн. га за рік), за останні 300 років - 700 млн. га (2,3 млн. га за рік), а за останні 50 років втрачено 300 млн. га (6 млн. га за рік), тобто втрати земель постійно зростають.

Найбільшу шкоду літобіосфері й педосфері наносить водна (площинна, лінійна) і вітрова ерозія. Ерозія - руйнування гірських порід, ґрунтів або будь-яких інших поверхонь з порушенням їх цілісності і зміною їх фізико-хімічних властивостей, які звично супроводжуються переносом частинок з одного місця на інше. Причинами ерозії у природі є:

вітер (вітрова ерозія або дефляція);

різкі коливання температури повітря й поверхонь об'єктів;

вода (водна ерозія), яка переміщується;

водорозчинні кислоти, хімічне і фізичне забруднення середовища;

вплив біологічних агентів (витоптування, біохімічний вплив і т.д.).

Близько 15% поверхні суші деградовано під впливом антропогенної діяльності (55,7% порушень викликано водною ерозією, 28%-вітровою ерозією, 12,1%-хімічним впливом, 4,2%-фізичним впливом). Насамперед відбувається забруднення ґрунту як найбільш доступного елемента верхньої частини земної кори. Цей процес виключно небезпечний, оскільки орні землі складають близько 10% території суші, а пасовища і сінокоси-20%. Так, за порівняно короткий період з 1950 по 1990 рік площа орної землі на душу населення в колишньому СРСР скоротилася з 1,06 до 0,87 га, незважаючи на освоєння нових земель.

При загальній площі України 60,4 млн. га на ріллю припадає 34,2 млн. га (54,96%), луки-6,17 млн. га (10,2%). Україна відноситься до країн із високим рівнем освоєння і антропогенної трансформованності земельних ресурсів. У окремих степових і лісостепових районах розорані землі складають 80-90%, що є небажаним в економічному і екологічному плані, оскільки різко зменшується загальний природний потенціал території (для порівняння: Франція і Туреччина, які мають приблизно таку ж чисельність населення, характеризуються набагато меншими площами розораних земель - відповідно 17 і 19 млн. га). Через водну ерозію втрачається значна кількість ґрунту. Так, за 1966-1991 pp. (25 років) вміст гумусу поменшав з 3,5 до 3,2% [14].

Згідно з чинними нормами, площа розораності земель на рівні 60-80% загалом вважається несприятливою, 20-60% - умовно сприятливою і менше 25%-сприятливою. Найвищу сільськогосподарську освоєність території мають землі Запорозької (88%), Миколаївської (87%), Кіровоградської (86%), Дніпропетровської, Одеської (по 83%) та Херсонської (82%) областей (Щ.Г. Шищенко, В.А. Барановський, 2002) .

Хімічне забруднення грунтів відбувається в основному через викиди підприємств промисловості, енергетики та автотранспорту, а також хімізацію сільського господарства. Воно зберігається упродовж тривалого часу, тому що здатність ґрунтів до самоочищення невелика або її може не бути зовсім (це залежить, головним чином, від ступеня динамічності вод зон аерації й насичення). Найбільш згубний вплив справляють кислотні дощі, які руйнують структуру ґрунтів, нищать мікроорганізми і привносять у ґрунти токсичні речовини. Значну шкоду ґрунтам наносить забруднення важкими металами, найбільш небезпечними із яких є Hg, Pb, Cd, Ni, Си, Zn. Виробнича діяльність людини призводить до забруднення важкими металами і іншими токсичними речовинами майже до утворення антропогенних геохімічних аномалій навколо промислових центрів і вздовж автомагістралей. Внаслідок роботи металургійних підприємств на поверхню ґрунтів щорічно викидається не менше ніж 150 тис. т Си, 122 тис. т Zn, 90 тис. т РЬ, 12 тис. т Ni, 1500 т Мо, 800 т Co і 31 т Hg. Свинець надходить також разом із викидами автотранспорту (поблизу автотрас на відстані до 200 м вміст РЬ в 25-30 разів вищий, ніж у звичайних районах), а ртуть - з отрутохімікатами. Суперфосфатні заводи забруднюють ґрунти недогарковим пилом, який містить Fe, Си, As, Pb, F. Внаслідок спалювання каустобіолітів на земну поверхню щорічно надходить 1600 т. Hg, 3600 т. РЬ, 2100 т. Си, 7000 т. Zn, 3700 Ni, а з вихлопними газами - 260 тис. т РЬ. Деякі промислові підприємства перекачують до хвостосховищ, шламових ставів та накопичувачів різноманітні солі кольорових і важких металів, ціаніди, сполуки миш'яку, ароматичні вуглеводні. Кожний м² ґрунтів щорічно поглинає із атмосфери 6 кг шкідливих речовин, що призводить до концентрування цих компонентів у ґрунтах, зміни фізико-хімічних властивостей останніх.

У розвинених країнах відбувається зростання сільськогосподарської продукції на 50-60%, пов'язане із застосуванням мінеральних добрив, що дозволяє задовольнити потреби рослин у основних елементах споживання, а також значно підвищити урожайність сільськогосподарських культур. Разом із урожаєм вилучаються біогенні елементи (N, Р, К, меншою мірою S, Са, Mg та ін.).

Отже, виникає необхідність внесення в ґрунт сполучень цих елементів у кількості, еквівалентній вилученої з урожаєм. Частіше за все вносять: нітрат амонію, нітрат кальцію, сульфат амонію та сечовину; фосфор вносять у вигляді суперфосфатів; кислі ґрунти нейтралізують вапняком та гіпсом. Оскільки мінеральні добрива застосовують у неочищеному вигляді, то разом з ними у ґрунти потрапляють метали й металоїди, малорухливі в цьому середовищі (мобільність збільшується у ряді: Hg, Pb > As, Cd > Zn). Вони накопичуються у поверхневих горизонтах, де зосереджена коренева система рослин. За допомогою кореневої системи рослини витягують із ґрунту мінеральні солі, необхідні для побудови цитоплазми (при наявності сонячної енергії і води), і тим самим транспортують частину елементів.

Необхідно знати, яка кількість біогенних елементів дістається із ґрунту, щоб повернути йому ідентичну кількість з добривами.

Лише такий підхід забезпечує постійність виробничої спроможності ґрунту. Якщо у лісах під час падолисту повертається в ґрунт більша частина вилучених живильних речовин (Са, К, Р, N), то деякі польові рослини (злакові, картопля і ін.) за певний період часу витягують із ґрунту більше біогенних елементів, ніж повертають у ґрунти (в кг/га). Бобові культури (конюшина, люцерна і ін.) є виключенням, тому що їх корені мають бульбочки (симбіотичні бактерії), які дозволяють фіксувати азот у ґрунті; у цьому випадку вилучається лише кальцій (якщо закопати люцерну, то у ґрунті накопичиться достатня кількість кальцію). Використовуючи біологічну культивацію, у ґрунт повертають елементи в органічній формі, вилучені урожаєм, а, отже, відпадає необхідність внесення мінеральних добрив і знижується можливість забруднення ґрунтів.

Забруднення ґрунтів відбувається і внаслідок застосування пестицидів. Пестициди (від mr.pestis - зараза, caedo - вбиваю) - загальна назва хімічних речовин, що застосовуються для боротьби з небажаними видами рослин, тварин (комах) та мікроорганізмів. Згідно з офіційним документом (Пестициди. Терміні та визначення. ДСТУ 3180-95. Держстандарт України, Київ, 1996) до пестицидів відносяться речовини (суміш речовин) хімічного або біологічного походження, що використовуються для боротьби з організмами, які завдають шкоди сільськогосподарським культурам або запасам сільськогосподарських продуктів, для знищення небажаної рослинності, збудників хвороб і переносників хвороб тварин і рослин, а також для регулювання розвитку організмів.

Пестициди за дією на шкідників поділяються на такі групи: гербіциди -засоби знищення бур'янів, інсектициди - засоби для боротьби зі шкідливими комахами, нематоциди - засоби для знищення черв'яків, фунгіциди - засоби для боротьби з грибними і вірусними захворюваннями, бактерициди - засоби для винищення збудників хвороб та ін. Отруйні та відстрашувальні препарати, що застосовуються задля обкурювання сільгоспугідь, тваринних дворів і побутових споруд, називають фумігантами, а речовини, які відстрашують тварин - репелентами. Окрім того, застосовуються дефоліанти - засоби для видалення листя (наприклад, бавовнику під час механічного збору).

Норма використання пестицидів на 1 га в середньому в світі 0,3 кг (в Росії, США і країнах Західної Європи 2-3 кг/га). Якщо світове виробництво прийняти за 100%, то на частку гербіцидів припадає 40%, інсектицидів - 35, фунгіцидів - 15, інших пестицидів - 10%.

За хімічним складом розрізнюють пестициди хлорорганічні (ХОП), фосфорорганічні (ФОП), що містять Hg, As, Pb та інші токсичні сполуки. До числа найбільш широко використовуваних відносяться ФОП, серед яких є високоактивні препарати різного призначення.

При характеристиці пестицидів особливо часто використовується як токсикологічний показник LD_S0- доза середня летальна ефективна, яка спричиняє загибель у 50% стандартної групи тварин при певному терміні такого спостереження; при введенні токсикантів в шлунок до 50 мг/кг -сильнодіючі речовини, 50-200 - високотоксичні, 200-1000 - помірнотоксичні, більше за 1000 мг/кг - малотоксичні.

Пестициди є типовими екотоксикантами. У цей час вхвіті зареєстровано більше ніж 1500 пестицидів, але для живих організмів особливу небезпеку представляють ХОП (ДДТ і його метаболіти, метафос, ГХЦГ, трефлан та ін.) і ФОП.

У більшості випадків вони мають широкий спектр токсичного впливу як на види

рослин, так і види тварин;

пестициди завжди токсичні для теплокровних хребетних;

пестициди завжди застосовують проти популяцій;

Як правило, для «надійності» використовують значно більше пестицидів, ніж:

необхідно для знищення шкідників;

площі застосування пестицидів значні;

багато пестицидів зберігаються у землі роками (період розпаду, тобто час, необхідний для того, щоб препарат втратив не менше ніж: 95% активності за нормальних умов, складає для сполук Pb, As, Cu, Hg-10-ЗО років, для ДДТ-2-4 роки, для гербіцидів типу 2,4-D і 2,4-Т-0,1-0,4 роки, для фосфорорганічних інсектицидів 0,02-0,2 року і т.д.).

Пестициди погано мігрують у водних розчинах через погану розчинність. Одним із основних фізичних факторів, які визначають поведінку пестицидів у ґрунті, є сорбція їх ґрунтовими частинками. Сорбувальні властивості ґрунту залежать від його складу, вогкості та температури. З підвищенням температури відбувається десорбція пестицидів.

Для розуміння екологічної небезпеки, пов'язаної з використанням пестицидів, необхідно мати на увазі процеси міграції їх в НПС. Пестициди зазвичай попадають в ґрунти при їх плановому внесенні із застосуванням тих або інших технічних засобів, при використанні посадочного матеріалу.

Використання пестицидів регламентується законодавством в усіх країнах. ГДК деяких хімічних речовин у ґрунтах України (за станом на 1.01.1991 р.) у мг/кг ґрунту з урахуванням фону (кларкових значень) такі: Си - З, Ni - 4, Zn < 3, Co - 5, F- 2, Br-6 (рухомі форми); F-10 (водорозчинна форма); Sb -4,5,Мл-1500, V-150, РЬ-ЗО, As-2,Hg -2,1,нітрати-130,бенза(а)пірен - 0,02, бензол - 0,3, толуол - 0,03, комплексні гранульовані добрива - 120, рідкі комплексні добрива - 80 (валовий вміст) і т.д. ГДК деяких пестицидів: ДДТ і його метаболіти - 0,1, карбофос - 2, хлорофос - 0,5 мг/кг ґрунту.

Крім характеристики забруднення ґрунтів в одиницях ГДК, оцінка ступеня їх забрудненості проводиться за ГОСТ 17.4.3.06-86, згідно з яким ґрунти класифікуються як: сильно забруднені, в яких вміст ЗР у декілька разів перевищує ГДК; середньо забруднені, в яких вміст ЗР перевищує ГДК, але без явних змін властивостей ґрунту; слабо забруднені, в яких вміст ЗР не перевищує ГДК.