Znajomość przestrzennego rozmieszczenia pierwiastków chemicznych w abiotycznej części środowiska jest bardzo przydatna nie tylko w poszukiwaniu i rozpoznawaniu złóż surowców mineralnych, ale również w rolnictwie, leśnictwie, planowaniu przestrzennym oraz ochronie zdrowia ludzi i zwierząt zamieszkujących dany teren.
Kierując się wzrastającym społecznym zainteresowaniem zanieczyszczeniem środowiska i wymaganiami obowiązującego ustawodawstwa, od początku lat 90. XX w. naukowcy z Państwowego Instytutu Geologicznego wykonali wiele opracowań, które umożliwiły rozpoznanie stanu chemicznego materii nieożywionej środowiska w Polsce – gleb, osadów rzecznych i wód.
Wyniki badań są najczęściej prezentowane w formie map geochemicznych, podobnie jak informacje geograficzne są przedstawiane na mapach topograficznych. Rozkład zawartości pierwiastków na mapach geochemicznych pozwala oszacować tło geochemiczne oraz wydzielić anomalie geochemiczne (Lis & Pasieczna, 2001). Tło geochemiczne jest to naturalna zawartość pierwiastka chemicznego w danym środowisku, mieszcząca się w pewnych granicach, anomalią geochemiczną jest zaś jego ponadnaturalna zawartość lub niedobór. Anomalie geochemiczne mogą być wywołane czynnikami naturalnymi (np. obecnością złóż metali) lub czynnikami antropogenicznymi (działalnością człowieka). Niekiedy oba te czynniki działają równocześnie i wówczas mamy do czynienia z anomaliami o charakterze mieszanym, geologiczno-antropogenicznym. Anomalie geochemiczne mogą być przyczyną patologicznych zmian w organizmach – w obszarze anomalii dodatnich, powstają one na skutek działania substancji toksycznych, a w obszarze anomalii geochemicznych ujemnych – z powodu niedoboru danego składnika.
Prowincje geochemiczne Polski
Na podstawie wykonanych badań w Polsce wyróżniono dwie prowincje geochemiczne (północną i południową), charakteryzujące się odmiennym tłem geochemicznym, co spowodowane jest zróżnicowanym składem litologiczno-chemicznym skał podłoża.
Dla prowincji południowej, obejmującej Sudety, Górny Śląsk i Karpaty, charakterystyczna jest większa zawartość prawie wszystkich badanych pierwiastków (baru, kadmu, kobaltu, chromu, miedzi, żelaza, magnezu, manganu, niklu, ołowiu, wanadu i itru) w glebach i osadach rzecznych w porównaniu do pozostałej części kraju. W Sudetach gleby są rozwinięte na skałach magmowych i metamorficznych, z bogatym inwentarzem pierwiastków i licznymi przejawami mineralizacji kruszcowej, w Karpatach zaś i na Górnym Śląsku w podłożu gleb występują utwory fliszowe i molasowe, zawierające materiał pochodzenia magmowego. Na Górnym Śląsku dodatkowym elementem wpływającym na zwiększenie koncentracji pierwiastków w środowiskach powierzchniowych Ziemi są utwory kruszconośne i węglonośne.
W północnej prowincji geochemicznej, obejmującej teren Niżu Polskiego, gleby i osady rzek są wyraźnie uboższe w większość pierwiastków. Podłożem gleb tego obszaru są głównie polodowcowe utwory czwartorzędowe. Nieco podwyższoną zawartością niektórych pierwiastków (chromu, magnezu, niklu, tytanu, wanadu i itru) wyróżniają się jedynie gleby rozwinięte na osadach najmłodszego zlodowacenia, co można wiązać ze słabszym wyługowaniem (z uwagi na krótszy czas przemywania) oraz większym udziałem skał krystalicznych pochodzenia skandynawskiego. W prowincji tej wyraźnym wzbogaceniem w metale odznaczają się też najmłodsze, holoceńskie mady i iły akumulacji rzecznej, szczególnie w dolinach Odry i Wisły.
Anomalie naturalne i antropogeniczne
Dobrym przykładem ilustrującym zróżnicowanie tła geochemicznego w glebach Polski jest mapa rozkładu niklu. Na Niżu Polskim zawartość tego pierwiastka jest mniejsza od 6 mg/kg. W prowincji północnej wyróżniają się nieco gleby Wyżyny Lubelskiej, gleby aluwialne dolin rzecznych oraz gleby Polski północno-wschodniej, utworzone na najmłodszych osadach czwartorzędowych, które charakteryzują się zawartością niklu w granicach 3–11 mg/kg, a lokalnie do 20 mg/kg. W prowincji południowej – w Sudetach, Karpatach i na ich przedgórzach – zawartość niklu mieści się najczęściej w granicach 10–20 mg/kg.
Zawartość niklu w glebach Polski
Anomalie geochemiczne obejmują całe regiony bądź występują lokalnie. Do najważniejszych na terytorium Polski należą:
- anomalia geochemiczna cynku, ołowiu i kadmu w regionie śląsko-krakowskim,
- anomalia miedzi i ołowiu w Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym,
- anomalie metali w glebach miejskich.
Region śląsko-krakowski
Geologiczno-antropogeniczna anomalia geochemiczna cynku, ołowiu i kadmu w regionie śląsko-krakowskim występuje na obszarze około 1600 km2 (Lis & Pasieczna, 1995, 2005). Rozciąga się od okolic Chrzanowa i Olkusza na wschodzie po Bytom i Tarnowskie Góry na zachodzie. Głównym czynnikiem kształtującym stan chemiczny materii nieożywionej ekosystemu jest budowa geologiczna i związane z nią występowanie jednych z największych w Europie złóż rud cynkowo-ołowiowych i węgla kamiennego. Na naturalne procesy powodujące koncentrację metali w środowiskach powierzchniowych (odsłonięcia skał zawierających strefy zmineralizowane – anomalie naturalne) nakładają się czynniki związane z eksploatacją, przeróbką i hutnictwem metali (anomalie antropogeniczne).
Zawartość kadmu w glebach Polski
Wykonywane obecnie systematyczne prace kartograficzne (Szczegółowa mapa geochemiczna regionu śląsko-krakowskiego w skali 1:25 000; www.mapgeochem.pgi.gov.pl) umożliwiają ocenę przydatności gruntów do zagospodarowania przestrzennego. Możliwość wykorzystania map geochemicznych do planowania przestrzennego ilustruje klasyfikacja gleb zanieczyszczonych kadmem na arkuszu Sławków pod względem ich przydatności dla upraw ogrodowych.
Ocena przydatności gruntów do lokalizacji ogródków przydomowych i działkowych - kadm
Legnicko-Głogowski Okręg Miedziowy
Zanieczyszczenie Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego (LGOM) ma charakter wyłącznie antropogeniczny. Anomalie miedzi i ołowiu (a także arsenu, kadmu, rtęci i cynku) są związane z górnictwem i hutnictwem rud miedzi. W najbliższym sąsiedztwie hut występują kilkunasto- lub nawet kilkudziesięciokrotne wzbogacenia w miedź w stosunku do zawartości naturalnej (Lis i in., 1999).
Zawartość miedzi w glebach LGOM
W mniejszym stopniu zanieczyszczone są gleby w pobliżu zakładów przeróbczych rud miedzi między Polkowicami a Lubinem. Na podkreślenie zasługuje fakt znikomego skażenia gleb metalami wokół zbiorników odpadów poflotacyjnych Gilów i Żelazny Most.
Zbiornik odpadów poflotacyjnych Żelazny Most. Fot. Marek Ostrowski
Gleby miejskie
Na wzbogacenie gleb miejskich w metale ciężkie i inne pierwiastki mają wpływ zarówno czynniki naturalne (rodzaj i skład chemiczny skał macierzystych gleb, właściwości chemiczne poszczególnych pierwiastków, topografia terenu, warunki hydrogeologiczne), jak i działalność człowieka (emisje z zakładów przemysłowych i środków komunikacji oraz odprowadzanie ścieków).
Generalnie zawartość metali ciężkich i innych pierwiastków toksycznych w glebach miejskich jest od dwu do kilkunastu razy większa niż na przyległych terenach niezabudowanych (Pasieczna, 2003). Kilkudziesięciokrotne wzbogacenia w metale występują w miastach Górnego Śląska, zlokalizowanych na obszarze naturalnych anomalii glebowych (aureoli geochemicznych) nad złożami cynku i ołowiu.
Największe zanieczyszczenie gleb miejskich kadmem, ołowiem, cynkiem, miedzią, arsenem i rtęcią, spowodowane naturalnym występowaniem kruszców cynku i ołowiu, ich wydobyciem oraz działalnością zakładów metalurgicznych i energetycznych, występuje w miastach Wyżyny Śląsko-Krakowskiej (Świętochłowice, Piekary Śląskie, Siemianowice Śląskie, Chorzów, Chrzanów, Olkusz, Bytom, Ruda Śląska, Tarnowskie Góry, Mysłowice, Łazy).
Kumulacja arsenu, rtęci, baru, ołowiu, cynku i miedzi w glebach w Wałbrzychu, Boguszowie i Szczawnie-Zdroju pochodzi ze źródeł naturalnych (okruszcowanie żył barytowych, kwarcytowych i skał formacji węglonośnej) oraz przemysłowych (przemysł górniczy i energetyczny).
Wzbogacenie gleb miast aglomeracji łódzkiej, warszawskiej oraz Dęblina i Konina w miedź, cynk, ołów i rtęć jest głównie pochodzenia antropogenicznego.
Spośród największych miast kraju (>100 tys. mieszkańców) najbardziej zanieczyszczone gleby stwierdzono we Wrocławiu. Skażenie to powodują miedź, rtęć, ołów i cynk. W Krakowie gleby zanieczyszczone są cynkiem, ołowiem i miedzią, a w Łodzi – miedzią, rtęcią i cynkiem. Warszawa i Poznań należą do miast o glebach wzbogaconych w miedź, ołów i cynk.
Zawartość ołowiu w glebach Wrocławia
Rozkład przestrzenny anomalii w glebach miejskich sugeruje, że źródłem zanieczyszczeń są przede wszystkim pyły z elektrociepłowni i innych zakładów, zrzuty ścieków oraz emisje ze środków transportu kołowego, kolejowego i lotniczego.
Odrębny problem stanowią zanieczyszczenia gleb cynkiem, kadmem, ołowiem, rtęcią i miedzią wokół zakładów metalurgicznych oraz hałd i składowisk odpadów. Mają one zazwyczaj niewielki zasięg, jednak wymagają szczegółowych badań w celu okonturowania terenów o przekroczonych standardach jakości gleb. Zgodnie z aktualnie obowiązującymi regulacjami prawnymi, tereny te po odpowiednim przebadaniu powinny zostać wyłączone z użytkowania rolniczego (ogrodniczego) i w miarę możliwości poddane rekultywacji. Zanieczyszczone gleby mogą stanowić źródło skażenia wód i osadów wodnych poprzez spływy powierzchniowe i odcieki zarówno w najbliższym sąsiedztwie, jak i w obszarach odległych.
Przykładem lokalnej antropogenicznej anomalii jest rejon historycznej (1929–2003) fabryki kabli w Ożarowie Mazowieckim w powiecie warszawskim-zachodnim. Spośród 456 próbek gleb zbadanych na terenie powiatu 95% zawiera miedź w ilości nieprzekraczającej 27 mg/kg. Najmniejszymi stężeniami tego pierwiastka (<5 mg/kg) charakteryzują się gleby leśne Kampinoskiego Parku Narodowego. Wyraźna anomalia (z maksimum 1460 mg/kg miedzi) jest zlokalizowana wśród obiektów dawnej fabryki kabli. Źródłem miedzi są wieloletnie emisje pyłów metalonośnych oraz zrzuty ścieków tego zakładu do pobliskich kanałów i strumieni. Ta antropogeniczna anomalia obejmuje swym zasięgiem również pobliskie pola uprawne, co może być przyczyną kumulacji metalu w uprawianych tu warzywach (Ożarów Mazowiecki zaliczany jest do najważniejszych w Polsce rejonów warzywnictwa).
Zawartość miedzi w glebach powiatu warszawskiego-zachodniego (A) i dawnej fabryki kabli w Ożarowie (B)
Literatura
EIKMANN T. & KLOKE A., 1991 - Nutzungs- und schutzgutbezogene orientierungswerte für (Schad-) Stoffe in Böden. Mitt. VDLUFA, 1: 19–26.
LIS J. & PASIECZNA A., 1995 - Atlas geochemiczny Polski 1:2 500 000. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
LIS J. & PASIECZNA A., 2001 - Tło geochemiczne i anomalie w środowiskach powierzchniowych Ziemi w Polsce. Zeszyty Naukowe Politechniki Ślaskiej, Górnictwo, 248: 123–128.
LIS J. & PASIECZNA A., 2005 - Szczegółowe kartowanie geochemiczne na Górnym Śląsku. Zeszyty Naukowe Politechniki Ślaskiej, Górnictwo, 267: 173–182.
LIS J. & PASIECZNA A., 2006 - Metale ciężkie w glebach powiatu warszawskiego zachodniego. Przegląd Geologiczny,. 54, 2: 161–165.
LIS J., PASIECZNA A., BOJAKOWSKA I., GLIWICZ T., FRANKOWSKI Z., PASŁAWSKI P., POPIOŁEK E., SOKOŁOWSKA G., STRZELECKI R. & WOŁKOWICZ S., 1999 – Atlas geochemiczny Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
OSTROWSKI M., 2004 – Polska z lotu orła. Wyd. SCI-ART, Warszawa.
PASIECZNA A., 2003 – Atlas zanieczyszczeń gleb miejskich w Polsce. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
dr hab. Anna Pasieczna
Państwowy Instytut Geologiczny
