ТОПЫРАҚТЫҢ АУЫР МЕТАЛДАРМЕН ЛАСТАНУЫ

Соңғы уақытта, өнеркәсіптің қарқынды дамуына байланысты қоршаған ортадағы ауыр металдар деңгейінің аса жоғарылауы байқалады. Сонымен қатар, ауыр металдар табиғатта кездеседі, бірақ зиянды мөлшерде сирек болады.

Топырақта ауыр металдар екі фазада болады – қатты және жер ерітіндісінде. Металдардың тіршілік формасы орта реакциясымен, жер ерітіндісінің химиялық және заттық құрамымен, бірінші кезекте органикалық заттар құрамымен анықталады. Элементтер – жерді ластайтын комплексанттар, негізінен жоғарғы 10 см қабатында шоғырланады. Дегенмен, азбуферлі жерді қышқылдандыру кезінде темірдің басым мөлшері ауысу-жұту жағдайынан жер ерітіндісіне ауысады. Кадмий, мыс, никель, кобальттың қышқыл ортада мықты миграциялық қасиеті бар. рН 1,8–2 бірлікке төмендеуі мырыш қозғалғыштығын 3,8 – 5,4 есеге, кадмий 4-8 есеге, мыс қозғалғыштығын 2-3 есеге арттырады.

Аса улы – сынап, кадмий, қорғасын, мышьяк. Олармен улану ауыр нәтижелерге әкеледі. Улылығы төмендеу – мырыш және мыс, бірақ олармен жердің ластануы микробиологиялық әрекетті басады және биологиялық өнімділікті төмендетеді.

Қоршаған орта құрамдарының қорғасынмен ластану мәселесі қорғасын түсу қайнаркөз мөлшерінің артуына байланысты. Қорғасынмен ластану жалпы экожүйе жағдайына әсер етеді және ластанған аумақтағы тұрғындардың денсаулығына айтарлықтай зиян келтіреді.

Топырақты қорғасынмен ластаудың негізгі қайнаркөздері жергілікті сипаттағы атмосфералық түсулер (өнеркәсіптік кәсіпорындар, жылуэлектростанциялары, автокөлік, пайдалы қазбалар өндіру және т.б.), сонымен қатар трансшекаралық тасымалдаулар нәтижесі. Ауылшаруашылық топыраққа минерал тыңайтқыштарымен (әсіресе фосфорлы) бірге қорғасын қосындыларын енгізудің маңызы бар, сонымен қатар өніммен бірге шығару. Сонымен қатар қорғасын өсімдіктерде жинақталу қасиетіне ие, онда ауадан топырақ арқылы түседі.

Мышьяктың топырақтағы мөлшері 0,3–12,9 мг/кг құрайды. Топырақта ол 60 см тереңдікке жылжып, жыртылған қабатында жинақталады. Әлемдегі топырақтағы мышьяктың орташа мөлшері 5 мг/кг. Топырақтағы мышьяк қосындысы жеңіл ерігіш, әсіресе қышқыл ортада. Мышьяктың барлық ерігіш қосындылары аса улы болып табылады.

Топырақтың жоғары қышқылдығы металдардың қозғалғыштығын арттырады, яғни олардың өсімдіктерде жиналуын арттырады.

Жер ерітіндісінің реакциясы топырақта микроэлементтердің, соның ішінде мышьяктың, қозғалу үрдісінде рөл атқаратын маңызды фактор болып табылады. Осылайша, топырақтың рН нейтралды реакцияға дейін төмендеуі олардың катионалмасу сыйымдылығын арттырады. Әкпен тыңайту топырақтың қышқылдығын төмендете отырып, осы ортада мышьяк қозғалғыштығының төмендеуіне әсер етеді, яғни өсімдіктердің мышьякты сіңіруін төмендетеді.

Топырақтың қышқылдығының жоғарылауы адсорбцияланған мышьяктың төмендеуіне әкеледі, осылайша, жер ерітіндісінде оның концентрациясы өседі. Бұл үрдістің салдары өсімдіктерде мышьяк ассимиляциясын арттырады, сонымен қатар топырақтың терең орналасқан қабаттарына жылжуына себепкер болады.

Кадмий топыраққа мырышты, қорғасын-мырышты, мыс-мырышты кенді игеру және қайта өңдеу кезінде түзілетін қоқыс құрамында; автокөліктердің пайдаланылған газдары құрамындағы оксид қоспасы, сульфидтер мен басқа галогенидтерде, суперфосфатпен бірге түседі және фунгицид құрамына кіреді. Топырақтың кадмиймен ластануының негізгі қайнаркөзі – мырыш металлургиясы және игеру, сонымен қатар бояу мен электротехникалық өнім өндірісі.

Кадмий сирек кездесетін шашыранды элементтерге жатады, ол құрамында жоғары мөлшерде мырышы бар минералдарда болады. Кадмийдің топырақтағы мөлшері шамалы: қаратопырақта 1•10-5 % құрайды, бұл өсімдіктердегі мөлшерден азырақ. Топырақтағы кадмий мөлшері 5 мг/кг деңгейінде болса, ауылшаруашылық дақылдардың өнімділігін жартылай төмендетеді, ал оның топырақтан жартылай шығару кезеңі ең ұзақтардың бірі (1100 жылға жуық). Топырақтағы Cd мөлшерін анықтауға аналық жыныстардың химиялық құрамы көмектеседі, ал оның топырақтағы қозғалғыштығын – топырақтағы орта реакциясының деңгейі және тотығу-тотықсыздану потенциалы. Сазбалшықта кадмий адсорбциясы қышқылды диапазонда маңызы зор. Қышқылдық (pH) 7,5 асқанда топырақпен сіңірілген Cd жеңіл қозғалғыш болуын тоқтатады. Кез келген топырақта Cd белсенділігі қышқылдық (pH) шамасымен анықталады, қышқыл топырақтан басқа.

Кадмийдің топырақтағы қозғалысы мен қауіптілік деңгейі элементтердің жер компоненттерінің геохимиялық ассоциациясымен анықталады. Кадмийдің топырақтағы түрі оның мобильдігін және биологиялық жетімділігін анықтайды.

Топырақтың кадмиймен ластануы – аса қауіпті экологиялық құбылыстардың бірі. Cd қозғалысын баяулату үшін топырақтың рН әкпен тыңайту жолымен жоғарылатуды қолданады, бұл әдіс кейбір жер қыртыстары мен өсімдіктерге жарамайды.

Топырақтағы мырыш мөлшері, мыс мөлшері сияқты аналық жыныс сипатына, органикалық заттардың мөлшеріне, топырақтың құрылымына және орта реакциясына байланысты.

Топырақтағы мырыш мөлшері әдетте 2–10 % немесе одан артық болады, сондықтан оның болуы өндірістік ластануға сай белгі емес. Химиялық тұрғыда мырышқа ұқсас кадмий, таралуы төмендеу және аса улы болып табылады. Оның l–10 % асатын мөлшері әдетте өндірістік ластанудың бар болуын көрсетеді.

Никель (Ni) – атомдық салмағы 58,71 болатын, периодтық жүйенің VIII топ элементі. Mn, Fe, Co және Cu қатар никель өтпелі металдар деп аталатын топқа жатады, олардың қосындылары жоғары биологиялық белсенділікке ие. Электрондық орбиталдардың құрылыс ерекшелігінің салдарынан жоғарыда айтылған металдар, соның қатарында никель, комплекс түзуге қабілеттілігі айқын дамыған. Никель тұрақты комплекс құра алады, мысалы, цистеинмен және цитратпен, сонымен қатар көптеген органикалық және бейорганикалық лигандалармен. Аналық жыныстардың геохимиялық құрамын көбінесе топырақтағы никель мөлшері анықтайды. Негізгі және ультранегізгі жыныстардан түзілген топырақта никельдің аса көп мөлшері болады. Кейбір авторлардың мәліметтері бойынша никельдің артық және улы деңгей шекаралары көптеген түрлерде 10нан 100 мг/кг дейін өзгереді. Никельдің негізгі мөлшері топырақта тұрақты түрде бекітілген, ал коллоидты жағдайдағы өте әлсіз миграция және механикалық жүзгіндер олардың вертикалды кескін бойынша таралуына әсер етпейді және бірқалыпты.

Қалыпты жағдайда сұйықтық түрінде болатын және қарқынды бу шығаратын жалғыз металл. Плюс 1 және плюс 2 (соңғысында жиі кездеседі) қышқылдану жағдайында және бейорганикалық қосынды түрінде ғана емес, сонымен қатар еківалентті сынаптың органикалық туындысы түрінде де болуы мүмкін, әсіресе метил-, этил- және пропилсынап ретінде, олар биологиялық кедергілерден жоғары өтімділігіне және тіндік субстраттар мен құрылымдарға үйірлігі арқасында бейорганикалық қосындыларға қарағанда аса улы және қауіпті болып табылады. Сынаптың бейорганикалық қосындыларының ішінде аса қауіптісі металдық сынап, ол бу мен жақсы еритін тұздар Hg(II) бөледі, сынап иондарын түзеді, осылардың әрекеті токсикалық әсерін анықтайды. Еківалентті сынап қосындысы бірваленттіге қарағанда улырақ болып келеді. Сынаптың және оның қосындыларының айқын токсикалық әсері, қандайда бір елеулі оң физиологиялық және биохимиялық әсерінің болмауы зерттеушілерді бұл элементті биологиялық қажетсіз топқа ғана емес, сонымен қатар оның табиғатта кең таралуына байланысты, тіпті аз мөлшерде қауіпті деп анықтауға итермеледі. Алайда, соңғы онжылдықта сынаптың өмірлік маңызды рөлі жайлы дәлелдемелер мен пікірлер пайда болып жатыр. Айта кететін мәселе, сынап – аса улы металдардың бірі, ол әрдайым табиғи ортада (топырақта, суда, өсімдіктерде) болады, адам ағзасына көп мөлшерде тамақ және сумен асқазан-ішек жолымен түсуі мүмкін. Сынаптың бейорганикалық қосындылары асқазан-ішек жолдарында нашар сіңіріледі, ал органикалық, мысалы метилсынап, толығымен дерлік сіңіріледі.

Қазіргі уақытта топырақты ауыр металдармен ластау маңызды экологиялық мәселелердің бірі болып тұр. Топырақта олар түрлі химиялық формада болады және химиялық әсерлесу, мобильділік, биологиялық жетімділік және потенциалды улылығы тұрғысынан түрлі химиялық және физикалық қасиеттерге ие. Топырақ суға, өсімдіктерге, жануарлар мен адамдар ағзасына ауыр металдардың түсуін шектейтін өзіндік кедергі рөлін атқарады.

Қолданылған әдебиеттер тізімі:

1. Белопухова С. Л., Сюняев Н. К., Тютюнькова М. В., Химия окружающей среды: Учебное пособие. – М.: Проспект, 2015. – 195 с.
2. Большаков Б. А., Гальпер Е. Я., Клименко Т. И., Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами. – М.: ВНИИИиТЭИсельхоз, 1978. – 16 с.
3. Орлов Д. С. Химия почв / Д. С. Орлов. – М.: Издательство МГУ, 1992. – 400 с.
4. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение / В. Б. Ильин. – Новосибирск: Наука, 1991. – 45 с.
5. Воробьева Л.А. Химический анализ почв: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1998. – 272 с.