POWRÓT

ZARZĄDZANIE ŚRODOWISKIEM - SEMESTR II

Litosfera - ochrona wód gruntowych, gleb i powierzchni


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Litosfera
Gleby
Zanieczyszczenia litosfery
Jakość gleb na Dolnym Śląsku (raport WIOŚ za 2008 r.)

 

Litosfera

   




 

W budowie zewnętrznych warstw Ziemi wyróżnia się dwie główne części litosferę i astenosferę, które różnią się od siebie właściwościami fizycznymi. Litosfera jest chłodniejsza i bardziej sztywna, podczas gdy astenosfera - cieplejsza i bardziej plastyczna. Litosfera - inaczej sklerosfera, zewnętrzna, sztywna powłoka Ziemi obejmująca skorupę ziemską i górną część płaszcza ziemskiego.
Skorupa ziemska jest to zewnętrzna, znajdująca się w stanie stałym strefa Ziemi, sięgająca od jej powierzchni, aż po nieciągłość Mohorovičicia. Jest to kilkusetmetrowej grubości warstwa przejściowa. Leży na różnych głębokościach, pod oceanami średnio na głębokości 5-8 km, natomiast pod kontynentami znacznie głębiej - około 35 km. Pod wysokimi górami (np. Himalajami) może leżeć nawet na głębokościach do 80 km.

Grubość skorupy ziemskiej jest różna. Na kontynentach grubość ta wynosi średnio ok. 30 km, lecz miejscami wzrasta do kilkudziesięciu, skrajnie 70 km. Pod oceanami grubość skorupy ziemskiej jest wielokrotnie mniejsza, spada nawet do 5 - 6 km.

Rys. 1. Przekrój wnętrza Ziemi. 1. Skorupa kontynentalna 2. Skorupa oceaniczna 3. Górny płaszcz 4. Dolny płaszcz 5. Jądro zewnętrzne 6. Jądro wewnętrzne 7. Nieciągłość Mohorovičicia.

Okazuje się przy tym, że skorupa ziemska nie jest jednorodna. Na kontynentach obecne są materiały lżejsze, o mniejszej gęstości. Są one bogate w krzemionkę i glinokrzemiany, stąd też otrzymały nazwę sialu (Si-Al). Pod oceanami dno zbudowane jest przede wszystkim z cięższych niż sial materiałów, bogatych w krzemiany magnezu i stąd zwanych simą (Si-Mg). Sima rozpościera się nie tylko pod oceanami, ale również pod kontynentalną częścią sialu, tworząc w ten sposób ciągłą, dolną część skorupy ziemskiej, na której "pływa" niby kra kontynentalna część sialu.
Skorupa ziemska zbudowana jest ze skał, czyli zespołów minerałów, występujących w wielkich masach. Wyróżniamy trzy zasadnicze grupy skał:

  • Skały magmowe - powstałe przez zakrzepnięcie magmy, czyli stopu krzemianowego,
  • Skały osadowe - powstałe jako rezultat nagromadzenia się i osadzania na powierzchni Ziemi, na lądach i na dnie oceanów, różnych substancji mineralnych, stanowiących produkty rozkruszenia, przeobrażenia i rozpuszczenia skał i minerałów,
  • Skały metamorficzne - powstałe przez przekształcenia skał magmowych lub osadowych pod działaniem podwyższonego ciśnienia, temperatury lub pod wpływem deformacji mechanicznych.

Skorupa ziemska znajduje się w ciągłym ruchu, gdyż jest położona na plastycznej astenosferze. Ruch ziemskiej litosfery jest dowodem aktywności geologicznej naszej planety i wywołuje określone skutki na jej powierzchni, takie jak: wędrówki ziemskich kontynentów, wybuchy wulkanów i przesuwanie się płyt tektonicznych.

Warstwą powierzchniową skorupy ziemskiej jest gleba.

Do góry


 

Gleby

   


 

Gleba - jest składnikiem przyrody, mieszczący się na styku litosfery, atmosfery i biosfery, składający się z luźnych cząstek mineralnych i organicznych, powietrza i wilgoci, wyróżniający się tym, że zachodzą w nim przemiany materii mineralnej w organiczną i odwrotnie pod wpływem żyjących w niej i na niej organizmów roślinnych i zwierzęcych.
Gleba to ożywiony twór przyrody złożony z fazy stałej, płynnej i gazowej w którym zachodzą ciągłe procesy rozkładu i syntezy związków mineralnych i organicznych, ich przemieszczanie się i akumulacja, a efektem zachodzących w niej procesów życiowych jest produkcja biomasy. W czasach pierwotnego rolnictwa była naturalnym tworem litosfery. Zawartość ciał stałych (organicznych i mineralnych) wynosi 40 - 50 % a wody 20 - 25 %. Powietrze wypełnia przestrzenie między ziarnami gruntu.

Najwyższą warstwę gleby stanowi warstwa próchnicza, w której przebiega wiekszość procesów życiowych roślin i organizmów żywych. Gleba powstała pod wpływem czynników glebotwórczych i nadal jest przez nie modyfikowana. Składa się ona z obumarłych, nierozłożonych do końca części roślin, martwych mikroorganizów, substancji humusowych. W skład tej warstwy gleby wchodzą także związki organiczne, takie jak: aminokwasy, organiczne kwasy karboksylowe, węglowodany i tłuszcze. Zawartość próchnicy w glebach może być różna - od poniżej 1 % w piaskach pustynnych do 100 % na torfowiskach.
Pod warstwą próchniczą występuje poziom eluwialny (wymywania), zwany też bielicowym. Pod wpływem wód opadowych i procesów chemicznych w tej strefie występują procesy wypłukiwania soli Ca(II), Mg(II), Na(I), K(I) i Fe(II), a także przemieszczania i przemiany związków organicznych wymywanych z poziomu próchniczego.
Poniżej poziomu wymywania znajduje się poziom iluwialny (wmywów). W tej strefie wytrącają się sole żelaza, glinu, fosforu i wapnia. Najniżej znajduje się poziom skały macierzystej, tzn. twór geologiczny, z którego utworzyły się wyżej położone warstwy gleby i który nie został w widoczny sposób zmieniony przez procesy glebotwórcze.
Proces powstawania gleby trwa cały czas i jest nieodłącznym elementem przemian zachodzących w ekosystemie. Gleba jest naturalnym siedliskiem dla wielu organizmów. W glebie rozwijają się populacje takich mikroorganizmów, jak: wirusy, bakterie, samożywne i cudzożywne, promieniowce, pleśniowce, a także pierwiotniaki, glony i nicienie. Wśród organizmów wyższych dominiują dżdżownice, stawonogi, pajęczaki i inne owady. Gleba jest także siedliskiem kręgowców, takich jak: myszy, susuły, krety, piżmaki, chomiki i świstaki.

Do góry


 

Zanieczyszczenia litosfery

   


 

Zanieczyszczenia gleby

Każda gleba stanowi wyjątkowo skomplikowany twór charakteryzujący się określonym układem właściwości zależnych od rodzaju skały, z której powstała oraz czasu działania i kierunku przebiegu naturalnego procesu glebotwórczego. Właściwości te mogą być w mniejszym lub większym stopniu, w zależności od zdolności buforowych gleby, modyfikowane działalnością gospodarczą człowieka. Rozmiary tych zmian powinny być dokładnie monitorowane. Nakładanie się czynników antropogenicznych i przyrodniczych oraz zdolność gleby do samoregulacji powoduje ogromną trudność ich analitycznego udokumentowania.
Do głównych czynników powodujących ubożenie i degradację gleb należą:

  • mechaniczne zakwaszenie wywołane wypłukiwaniem wapnia i magnezu w warstwy głębsze, kwaśnymi opadami (tlenki siarki, azotu i węgla), stosowaniem nawozów fizjologicznie kwaśnych, wynoszeniem dużej ilości wapnia z plonami;
  • wadliwy sposób użytkowania gleby spowodowany nieprzestrzeganiem zasad prawidłowego zmianowania i płodozmianu;
  • zmniejszenie zawartości substancji organicznej spowodowane dynamicznym nawożeniem obornikiem, wykluczeniem z płodozmianu roślin strukturalnych;
  • zanieczyszczenie gleb pierwiastkami metali ciężkich pochodzących ze spalin, pyłów kominowych, uaktywnienie się w kwaśnym środowisku glebowym jonów glinu i manganu.

Zanieczyszczenia gleby pochodzą od szkodliwych substancji zawartych w powietrzu, jonów metali ciężkich, trwałych substancji organicznych, nawozów sztucznych nadmiernie użytych w terenie, pozostałości po nieczynnych zakładach przemysłowych i stacjach paliw.

Co może zanieczyszczać glebę?

Zakwaszenie gleby - z gleby nadmiernie zakwaszonej wymywane są substancje odżywcze, uwalniane są toksyczne jony glinu oraz wprowadzane w obieg jony metali ciężkich. W konsekwencji zatruciu ulegają wody gruntowe.

Nawozy sztuczne - nadmiernie użyte są wypłukiwane do rzek i zbiorników wodnych wywołując eutrofizację wód.

Metale ciężkie (Pb, Cd, Hg, Cu, Zn, Ni, Co, Cr, Ag) - pochodzą od zanieczyszczeń wywołanych spalaniem benzyn, przenikaniem ścieków z hut, wyrzucaniem akumulatorów, farb i środków antykorozyjnych. W większości przypadków pierwiastki te są toksyczne dla ludzi i zwierząt, jednak niektóre z spośród nich wykazują dualizm funkcjonalny. Na przykład jony miedzi, chromu lub kobaltu są szkodliwe w dużych stężeniach, gdyż hamują działanie enzymów i zakłocają metabolizm komórek organizmów. Z drugiej strony, pierwiastki te występują w organiźmie, gdyż są niezbędne do budowy pewnych kompleksów białkowych. Organizmy nie mogą się prawidłowo rozwijać bez tych mikroelementów, więc woda i żywność muszą zawierać pewną ilość tych niezbędnych do życia biopierwiastków. Do właściwego funkcjonowania roślin i zwierząt są potrzebne m.in: Cu, Co, Mn, Cr i Zn. Natomiast inne metale ciężkie, takie jak: Pb, Cd, Tl, As, czy Hg nie są biopierwiastkami, a mają zdolność kumulowania się w roślinach oraz w tkankach zwierząt, mogą w konsekwencji powodować ciężkie zatrucia.
Z gleby metale ciężkie przenikają do roślin a następnie spożywane są przyczyną chorób takich jak: anemia, uszkodzenie szpiku kostnego, uszkodzenie układu nerwowego, osteoporoza i wiele innych.
W polsce naturalny poziom metali ciężkich w glebach uprawnych wynosi (w mg/kg suchej masy): Cd 0,3 - 1,0, Cu 10 -25, Cr 20 - 50, Pb 20 - 60. W porównaniu z innymi krajami Europy i świata, stan jakości polskich gleb nie jest zły. Zdecydowana większość terenów przeznaczonych pod produkcję rolną nie zawiera metali ciężkich w stężeniach, które przekraczają poziom naturalny. Są jednak miejsca, gdzie gleby są mocno zanieczyszczone (klasa IV i V). Tymi miejscami są południowe, uprzemysłowione rejony Polski.

Gleby zanieczyszczone podaje sie rekultywacji w ramach której można prowadzić:

  • przemywanie gleby połączone z biologicznym rozkładem
  • mycie gleby z a pomocą odpowiednich rozpuszczalników
  • ogrzewanie bez dostępu powietrza lub spalanie

Ocenę jakości gleb prowadzi się w oparciu o badania laboratoryjne w czasie których bada się odczyn gleby, zawartość mikroelementów i metali ciężkich. Analizę zawartości składników gleby prowadzi się w oparciu opracowane procedury badawcze oraz normy. W czasie analizy badaniom podlega: pH gleby, zawartość P2O5, K2O, Mg, Pb, Cd, Hg, As, S-SO4, N-NO3, N-NH4.


Odpady

Odpady są to substancje wytwarzane w wielkich ilościach w procesach produkcyjnych i syntezach chemicznych jako produkt uboczny oraz są to substancje, które powstają w czasie konsumcji i na skutek zużycia nie są już potrzebne. Ta grupa odpadów ogólnie nazywana jest śmieciami.

Odpady mogą pochodzić z:

  • gospodarstw domowych
  • zakładów rzemieślniczych
  • rolnictwa i przemysłu

Wszystkie odpady odpowiednio nie zabezpieczone i nie przetworzone zanieczyszczają środowisko co w konsekwencji prowadzi do zanieczyszczenia wód gruntowych, powietrza i gleby.
Dlatego należy tak zorganizować gospodarkę odpadami aby zminimalizować straty w środowisku. Cel ten osiąga się poprzez:

  • recykling, który polega na ponownym wykorzystaniu odpadów do wytwarzania nowych produktów.
  • kompostowanie, który polega na biologicznym rozkładzie i przekształcaniu śmieci organicznych, masy roślinnej i szlamu ściekowego.
  • spalanie odpadów, który polega na pozbywaniu się odpadów (śmieci z gospodarstw domowych) na drodze spalania

Recykling największe zastosowanie ma w stosunku do takich materiałów jak papier, tworzywa sztuczne, metale i szkło.
Odpady z tworzyw sztucznych dotyczą przedmiotów, których czas używalności jest ograniczony. Najczęściej są to różnego rodzaju opakowania, butelki lub przedmioty, które po wykorzystaniu wyrzucamy do śmietnika. Ponowne wykorzystanie materiałowe tworzyw sztucznych wymaga ich sortowania i oczyszczenia. Praktycznym i ułatwiającym sortowanie jest wydzielenie w rejonach śmietników pojemników na tworzywa sztuczne, gdzie mozemy wrzucać opakowania i butelki wykonane z tworzyw sztucznych. W ramach recyklingu z tworzyw sztucznych możemy otrzymać:

  • olej napędowy na drodze uwodornienia
  • gaz syntezowy
  • rozpuszczalniki

Papier jako odpad nazywany jest makulaturą. Podobnie jak tworzywa sztuczne wymaga sortowania, czyszczenia i przetworzenia. W ramach recyklingu makulatura jest przerabiana na papier ale o krótszym okresie użytkowania. Przykładem jest papier gazetowy, paier toaletowy.

Metale jako odpad nazywane są złomem metalowym i jako złom po sortowaniu trafiają do hut. W hutach ponownie trafiają do pieca i po wytopie jako surówka ulega przetworzeniu na produkty nazywane wyrobami hutniczymi.

Podobnie jak wcześniej opisane odpady postępuje się z odpadami szklanymi. Najczęściej produktem końcowym recyklingu jest kolejne opakowanie szklane.

Kompostowanie to proces gdzie śmieci organiczne, masa roślinna i szlam ściekowy ulegają przekształceniu przy udziale bakterii i grzybów na nawóz sztuczny.

Spalanie odpadów to sposób pozbywania się odpadów takich jak śmieci, odpady specjalne i szlamy ściekowe. Po spaleniu powstają substancje nie zagrażające środowisku. Ubocznie w procesie spalania powstają znaczne ilości ciepła, które wykorzystać można do ogrzewania mieszkań.

Do góry


 

Jakość litosfery na Dolnym Śląsku (raport WIOŚ za 2008 r.)

   


 

Głównymi przyczynami degradacji i dewastacji gleb województwa dolnośląskiego (2. miejsce w kraju) są: górnictwo, działalność przemysłowa oraz źródła mobilne.
Obszary wymagające rekultywacji to przede wszystkim: zwałowiska w rejonie PGE Kopalni Węgla Brunatnego Turów S.A., tereny powojskowe i przemysłowe czy obszary eksploatacji surowców skalnych.
W związku z budową nowych zakładów i zmianą profilu produkcji w istniejących zakładach systematycznie zwiększa się powierzchnia gleb zanieczyszczonych benzo(a)pirenem i innymi węglowodorami. Wskutek działań naprawczych od 2004 r. obserwuje się powolny spadek powierzchni tych gruntów.

Stosowanie w rolnictwie nawozów, zwłaszcza obornika i gnojowicy, niezgodne z dobrymi zasadami praktyk rolniczych przyczynia się do wzrostu zawartości azotu mineralnego w glebie, a w konsekwencji może wpływać na zanieczyszczenie wód podziemnych, w szczególności na glebach lekkich. Na terenie województwa dolnośląskiego prowadzone są zarówno działania na rzecz ochrony powierzchni ziemi, jak i działania rekultywacyjne, mające na celu przywrócenie obszarom zdegradowanym ich funkcji przyrodniczych i użytkowych. I tak, w latach 2000 - 2008 działania na rzecz ochrony powierzchni ziemi obejmowały m.in.:

Rys 2. Przekroczenie dopuszczalnych stężeń w glebach badanych w latach 2004 - 2008 na terenie województwa dolnośląskiego

  • badania stopnia zanieczyszczenia gleb prowadzone przez starostwa w powiatach: wrocławskim, głogowskim, polkowickim, średzkim, zgorzeleckim, jeleniogórskim, trzebnickim, oławskim, ząbkowickim, kłodzkim, wałbrzyskim, wołowskim i w mieście Wrocław;
  • badania erozji wodnej i wietrznej - opracowano monografię "Kształtowanie granic rolno - leśnej i darniowo - polowej w Sudetach" wskazującą możliwości rozwiązywania problemów erozji występujących w Sudetach;
  • przeciwdziałanie zakwaszeniu gleb poprzez ich wapnowanie (m.in. w gminach: Wąsosz, Żukowice, Marciszów, Bogatynia, Lubomierz, Gryfów Śląski, Pieńsk, Gaworzyce, Ścinawa, Świerzawa, Pęcław, Jordanów Śląski, Czarny Bór, Żmigród)

Z przeprowadzonych badań wynika:

  • Wśród gleb użytkowanych rolniczo na terenie Dolnego Śląska od lat dominują gleby zakwaszone i stan ten nie ulega poprawie. Gleby o odczynie bardzo kwaśnym, kwaśnym i lekko kwaśnym zajmują 80% powierzchni przebadanych użytków rolnych (UR). Gleby o odczynie obojętnym i zasadowym zajmują odpowiednio 13 i 7% powierzchni UR.
  • Gleby Dolnego Śląska charakteryzują się bardzo zróżnicowaną zawartością fosforu, potasu oraz magnezu. Gleby ze stwierdzoną bardzo niską i niską zawartością fosforu zajmują 34% powierzchni UR. Najwyższy odsetek takich gleb występuje w południowej i południowo- zachodniej części województwa, w powiatach: kamiennogórskim, kłodzkim, jeleniogórskim, lwóweckim, lubańskim, zgorzeleckim, wałbrzyskim i bolesławieckim. Najkorzystniejszy stan zasobności gleb w fosforpanuje w powiatach: wrocławskim i strzelińskim.
  • Stan zasobności w potas w porównaniu do fosforu przedstawia się korzystniej. Przeważają gleby ze średnią zawartością potasu (33%).
  • Na terenie Dolnego Śląska nieznacznie przeważają gleby ze średnią zawartością magnezu (27%). Najkorzystniej stan zasobności gleb w magnez przestawia się w powiatach: strzelińskim, ząbkowickim, kłodzkim, wałbrzyskim, kamiennogórskim i jaworskim, natomiast najmniej korzystnie w powiatach: lwóweckim, bolesławieckim, polkowickim, lubińskim i wołowskim, gdzie udział gleb z deficytem magnezu waha się od 40 do 60%.
  • Badania zawartości mikroelementów w glebach województwa dolnośląskiego wykazały, że:
    • gleby o niskiej zawartości boru (62% powierzchni UR) przeważają nad glebami ze średnią (37%) oraz wysoką (1%) zawartością.
    • 91% powierzchni UR charakteryzuje się średnią zawartością manganu. Gleb, w których zawartość manganu jest deficytowa, jest tylko 4%.
    • zawartość miedzi jest zróżnicowana - gleby ze średnią zawartością miedzi (55% powierzchni UR) dominują nad glebami z zawartością wysoką (26%) oraz niską (19%).
    • stan zasobności gleb w cynk również jest wyraźnie zróżnicowany - większość gleb w województwie (68% powierzchni UR) charakteryzuje się średnią zawartością cynku, gleby z niską zawartością cynku
    • gleby użytkowane rolniczo charakteryzują się korzystną zasobnością w żelazo - zdecydowanie dominują gleby ze średnią zawartością żelaza (88% powierzchni UR).

Do góry


   

Literatura
1. Roman Zarzycki - Wprowadzenie do inżynierii i ochrony środowiska (WNT 2007)
2. Raporty Wojewódzkiej Inspekcji ds. Ochrony Środowiska (2008, 2007)
3. Strona Ministerstwa Ochrony Środowiska - http://www.mos.gov.pl/
4. Antoni Polański- Geochemia i surowce mineralne

 

 (C) 2018 Wydział Przyrodniczo-Techniczny KPSW. All Rights Reserved