Как правило почву рассматривают с точки зрения почвенного плодородия. Традиционно качество плодородного слоя связано с размером урожая, который можно получить без затрат на покупку и внесение удобрений. Плодовитые черноземы ценятся выше бедных дерново-подзолистых почв, а богатые микроэлементами и питательными веществами вулканические почвы выше тундровых буроземов. Так было во времена, когда промышленная революция, бум фабричного и заводского производства еще не трансформировали облик нашей планеты, не создали участки локального загрязнения почвогрунтов тяжелыми металлами, нефтепродуктами, полиароматическими углеводородами, мышьяком, другими токсичными элементами и соединениями. Попробуем разобраться, почему токсикологический анализ почвы стал востребованным.
В середине XIX века возникает вопрос о разработке значений содержания загрязнителей в почвах. Знаменитый пример с загрязнением свинцом, произошедшем в результате использования тетраэтилсвинца как добавки к топливу. Клер Паттерсон, геохимик, начал научную работу по уточнению возраста Земли с помощью анализа изотопного состава свинца, но у него ничего не получалось, в противоположность коллеге, который использовал анализ изотопов урана. С течением времени Клер понял: проблема в том, что стены, посуда, реактивы в лаборатории загрязнены свинцом, который попадает вместе с почвенной пылью в помещение лаборатории. Выявив причинно-следственную связь Клер начал компанию по борьбе с использованием свинца при производстве топлива. В процессе исследователи выявили, что земля, расположенная рядом с дорогами и трассами уже накопила в себе повышенное содержание свинца, поскольку этот элемент связывается органическим веществом и не вымывается.
В естественных почвах тоже встречается повышенное содержание веществ и элементов, токсичных для человека и животных. Такие районы называют геохимическими аномалиями, которые формируются в результате почвообразования на материнских породах, обогащенных тем или иным элементом или веществом. Например, если породы обогащены мышьяком или ванадием, верхний плодородный слой тоже будет обогащен этими металлами. Это явление используют геологи для геологоразведки: отбирают образы почв или растений на большой территории и строят тематическую карту распределения концентраций, если удается выявить территории с постоянно повышенным содержанием металла, в том числе, золота, можно с уверенностью сказать, что породы под этими почвами содержат много этого элемента. Такие территории не принято считать загрязненными, хотя люди, проживающие на них подвержены эндемичным заболеваниям. Например, повышенное природное содержание молибдена приводит к развитию подагры.
Но что, если природные почвы не были естественно загрязнены. Рассмотрим причины, приводящие к загрязнению:
- промышленность (выбросы заводов и фабрик, примеры: пустоши вокруг добывающих и обогатительных фабрик Кольского полуострова)
- катастрофы (взрыв на Чернобыльской АС привел к загрязнению верхнего слоя радионуклидами)
- добыча недр, в том числе нефти (нефтяные разливы, сбросы отработанной руды и отходов на поверхность)
- применение удобрений и пестицидов (приводит к накоплению в почвах тяжелых металлов, пестицидов)
- вторичное загрязнение через воздух и воду (помните пример про тетраэтилсвинец? в этом примере земля загрязнялась вторично через сажу со свинцом из двигателей внутреннего сгорания, переносимую воздухом)
- умышленное загрязнение (Карфаген должен быть разрушен, а еще почву посыпали солью — такой пример умышленного загрязнения)
Различия источников поступления загрязнителей в почвы обуславливают различия в характеристике накопления и динамике изменения концентраций токсикантов. Статичные источники с показателями эмиссии 2-3 тонны в неделю, например заводы, формируют вокруг себя равномерный градиент загрязнения, который совпадает с направлениями розы ветров. Катастрофические выбросы характеризуются образованием длинного шлейфа загрязненной территории, положение которой совпадает с доминирующим направлением ветра в краткосрочной перспективе, непосредственно в области самого катастрофического выброса. Применение удобрений приводит к постепенному увеличению содержания загрязнителей, например тяжелых металлов, что обусловлено низкой миграционной способностью, поэтому внесение удобрений предполагает регулярный агрономический и почвенно-токсикологический мониторинг.
В токсикологическую оценку почв входит
- анализ загрязнителей, которые наносят вред здоровью человека, взаимодействующего непосредственно с почвой;
- вдыхающего пыль, содержащую частички почвенной пыли;
- пьющего воду, проходящую через загрязненный грунт;
- потребляющего продукты питания, выращенные на загрязненной территории.
В зависимости от пути поступления вредных веществ к человеку им присваиваются разные классы токсикологической опасности.
Для оценки уровня загрязнения в Испытательном центре «МГУЛАБ» разработаны комплексные наборы показателей, включающие определение концентрации тяжелых металлов, удельной активности радионуклидов, анализ полиароматических углеводородов и нефтепродуктов, а также измерение pH солевой вытяжки. Последний параметр анализируют для правильного выбора нормативных значений.
Можно составить набор показателей, который ограничивается форматом Ваших исследований и экспериментов. Для этого воспользуйтесь, пожалуйста, калькулятором анализа.
Для корректного анализа пробу отбирают согласно правилам, которые включают в себя материал тары, условия охлаждения и время, за которое образец можно доставить в лабораторию. После доставки образцы подготавливают: если методика определения требует, высушивают или анализируют в свежем виде. Из пробы готовят усредненный образец чтобы исключить влияние случайных факторов, таких как камни, растительные остатки, почвенных животных и естественную или искусственную неоднородность грунта.
После, в зависимости от методики и определяемого компонента, образец подвергают мокрому или сухому озолению, экстракции водой, растворами солей, органическими растворителями или буферными растворами. Анализируют, как правило, жидкую фазу, полученную в результате подготовки проб. К немногочисленным методам прямого измерения относят измерение ртути и валового содержания металлов методом электротермической атомизации.
