Talajt érő környezeti hatások

1. Talajt érő környezeti hatások

2. Mi a talaj…? • A talaj a szilárd földkéreg legfelső (pedoszféra, 5 m vastagság), laza, termékeny takarója. Háromfázisú, heterogén, polidiszperz rendszer. • A talajban intenzív anyag- és energiacsere folyamatok mennek végbe (mikroorganizmusok, növények, állatok). Legfontosabb tulajdonsága a termékenység (amely által képes a növényeket tápanyagokkal ellátni) • Kialakulása a Föld kőzetburkának (litoszféra, 5-30 km vastagság) felszínén, külső erők hatására lejátszódó mállási folyamatoknak köszönhető • Talajképző kőzetek: a földtörténeti időszakok során képződött üledékes (tengeri, folyóvízi), magmás (mélységi, kiömlési) vagy átalakult (metamorf) kőzettípusokba sorolhatóak • Ásványok: a szilárd földkéreg kémiai-fizikai szempontból egységes felépítésű alkotórészei • Másodlagos ásványok: mállás vagy újraképződés során keletkező agyagásványok

3. Talajok képződése: mállás és humifikáció • Fizikai, kémiai és biológiai folyamatok eredményezik • Fizikai mállás: szemcseméret csökkenés (aprózódás) hőmérsékletváltozás, fagy- vagy sórepesztés, növényi gyökerek hatására • A megnövekedett felület miatt a kémiai folyamatok nagyobb térhez jutnak • Kémiai mállás: ásványok feloldódása vagy kémiai szerkezetének megváltozása víz hatására (hidratáció, ásványok fellazulása, ionok kioldódása, kémiai szerkezet szétesése, talajkolloidok képződése, kristályosodás, másodlagos agyagásványok) • Biológiai folyamatok: humuszképződés és ásványosodás • Humusz: a talajban és a talajfelszínen felhalmozódó, állati és növényi eredetű szerves maradványokból képződő humuszanyagok összessége • Humuszképződés: szerves anyagok biológiai lebontása során (talajlakó állatok felaprítják és elfogyasztják, a mikroorganizmusok lebontják) • Végtermék: sejtanyag, CO2, víz, foszfát, ammónium, kálium, kalcium (mineralizáció) + nehezen bomló, nagy molekulájú, rosszul oldódó szerves vegyületek (humifikáció: huminsavak, fulvosavak, huminok) • Agyagásványokkal kapcsolat: agyag-humusz komplexek (sötét szín)

4. Talajok fizikai félesége • Szemcseméret-eloszlás szerinti osztályozás • Besorolás: két legnagyobb arányú frakció alapján • Laborvizsgálat: ábrázolás háromszögdiagramban Talajszemcsék mérete kőzettörmelék >7 mm durva kavics 5-7 mm apró kavics 2-5 mm durva homok 0,2-2 mm finom homok 0,02-0,2 mm iszap 0,002-0,02 mm agyag <0,002 mm Speciális esetek: vályogtalaj (a három fő frakció kb. egyenlő arányban) lösz (a jégkorszak során a szél által kifújt és szállított finom, főként iszapos talaj)

5. Talajok fizikai félesége hazánkban

6. Talajok vízháztartása • Utánpótlódás: csapadékvíz (lefolyik a felszínen vagy beszivárog a talajba) • Beszivárgó víz: gravitációs vízként halad lefelé (szivárgás a talajvízig) vagy tározódik a talajban (megkötött víz) • Megkötődés: a talajszemcsék felületén adszorpcióval történik (hidrátburok) • A nehézségi erővel szemben a talajszemcse-vízmolekula kohéziója mellett a vízmolekulák egymás közti vonzóereje (adhézió) tartja a vizet a pórusokban (+ felfelé történő talajvízszállítás – kapillaritás) • Vízkapacitás (vízmegtartó képesség): a szemcseméret függvénye (több adszorpciós felület) • Szabadföldi vízkapacitás: az a vízmennyiség, amit az adott talaj a nehézségi erővel szemben még tárolni tud (nincs szivárgás) • Hervadáspont: az a vízmennyiség, amely még felvehető a növények gyökerei által (ez alatti vízmennyiség „holtvíz”)

7. Talajok vízháztartása hazánkban

8. Talajok hő- és ionháztartása • Nappal hősugárzást felvevő, éjjel kisugárzó talajfelszín • A hő egy része a talaj közeli légrétegek felmelegítésére fordítódik, másik része tovább vezetődik a talajban, ill. nedves talajoknál párolgási hőként elvész • A felső 1 m alatt már nincs jelentős hatása a beérkező hősugárzásnak (közel állandó talajhőmérséklet) • Agyagásványok és szerves anyagok felülete túlnyomórészt negatív töltésű • Pozitív ionok megkötésére alkalmasak adszorpcióval (lokális pozitív helyeken negatív ionokat is köthetnek), ill. a már megkötöttek kicserélődhetnek másokra • A megkötött ionok nem mosódnak ki, tápanyagul szolgálhatnak a gyökerek számára • Kationok kötődési sorrendje: H+ > Fe3+, Al3+ > Ca2+, Mg2+ > NH4+ > K+, Na+ • Anionok kötődési sorrendje: PO43- > SO42- > NO32- > Cl-

9. Talajok élővilága (edafon) • Felső 20-30 cm-ben koncentrálódik az élővilág (humuszos feltalaj), 1%-a a talaj teljes szerves anyag tartalmának • Az egyes populációk életterei kis mértékben különböznek, abiotikus tényezőktől, a táplálék és a búvóhelyek eloszlásától és a fajok közötti kölcsönhatásoktól függően • Mozgás szerint: talajhoz kötött, talajban úszó, mászó és ásó élőlények • Méret szerint: mikro- (egysejtűek), mezo- (kerekesférgek, fonalférgek, atkák, ugróvillások), makro- (bogarak, lárvák, ászkák, férgek) és megafauna (földigiliszták, csigák, gerincesek), ill. mikroflóra (baktériumok, algák, gombák) • Edafon jelentősége: a szerves anyagokat a növények számára felvehető tápanyagokká bontják le és CO2-t termelnek • Szárazság és fagy nem kedvez a lebontásnak (tavasszal és ősszel aktívak) • Elsődleges lebontók (lárvák, férgek, ászkák, csigák, giliszták): aprítás és fogyasztás, felületnövelés • Baktériumok, gombák: gyors lebontás (cukrok, fehérjék, zsírok) • Speciális baktériumok: nehezen bontható szerves anyagok feldolgozása • Alsó humuszrétegek: O2-hiány a korlátozott diffúzió és a lebontás miatt • Speciális kapcsolatok: mikorrhiza (gomba-gyökér), N-kötés (baktérium-gyökér)

10. Talajok élővilága (edafon)

11. Talajszennyezés Talajdegradáció: minden olyan folyamatot, amely a talaj termékenységét csökkenti, minőségét rontja, funkcióképességét korlátozza vagy a talaj teljes lepusztulásához vezet. A talajdegradáció lehetséges formái: • Víz és szélerózió, • Szikesedés, talajsavanyodás (só- és savfelhalmozódás) • Talajszerkezet romlása (pl. tömörödés közlekedési hatások miatt) • Elmocsarasodás, kiszáradás (bányászat hatásai) • Talaj pufferkapacitásának romlása (véges tárolótér) • Biológiai leromlás (humusz kimerülése) • Talajszennyezés Talajszennyezés: emberi tevékenységhez köthető folyamat, melynek során a talaj természetes viszonyok között kialakult fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai jelentős mértékben és kedvezőtlen irányban változnak meg. A talajszennyeződéssel az ökológiai talajfunkciók (biomassza termelés, szűrő, kiegyenlítő, átalakító és raktározó szerep, élettér és genetikai tartalék) károsodnak.

12. Erosion potential Relative scale 0 – 0.02 0.02-0.05 0.05-0.15 0.15-1

13. Talajszennyezés forrásai Ipari szennyezések – légköri kiülepedés révén, csővezeték törés, szivárgás, szakszerűtlen tárolás, tartálykocsi sérülés miatt, veszteség vasúti átfejtőknél Ásványi anyagok: meddőhányók, fémfeldolgozó üzemek - alumínium kohók (Al, Be), színesfémkohók (Pb, As, Cu). Fosszilis energiahordozók tüzelésekor keletkező füstgázok. Ülepedő por és aeroszolok. Nehézfémek. Szénhidrogének: Kőolajfeldolgozásból több száz vegyület, szénatomszám szerint 1-4 től 60-ig (C5-C12 benzin, C12-C16 kerozin, C16-C25 gázolaj, fűtőolaj). Talajban kétfázisú, heterogén rendszert alkot, a benzin a vízzel kb. azonos sebességgel, az olaj lassabban áramlik. (Benzin 1 év alatt 40m, fűtőolaj 20 nap alatt 20m) PAH-ok: tökéletlen égés, kokszosítás, pirolízis során keletkeznek (kőolajlepárlók, kohók), természetes légköri koncentrációjuk alacsony. Talajba ülepedéssel jutnak, a gyökérzöldségekben felhalmozódnak. Mutagenitás. PCB-k: természetes előfordulásuk nincs. Szigetelő folyadék, ragasztók, kenőanyagok előállítása. Krónikus mérgező hatásuk miatt kivonták a forgalomból. Benzol és alkilbenzol (BTEX): gyógyszeripar, festékipar, műanyagipar. Illékonyak, festékek hígítók komponensei. Klórozott aromás szénhidrogének: olaj, bakelit, kaucsuk oldószerei, régen növényvédőszerekben is használták. Kiülepedéssel jutnak a talajfelszínre. Bioakkumuláció, karcinogenitás. Poliklórózott dibenzo-dioxinok és dibenzo-furánok: szerves klóranyagok gyártása, papírfehérítés/cellulózipar, termikus eljárások (olaj, PVC, hulladékégetés). Légköri szennyeződés útján jutnak a talajba. Nagyfokú perzisztencia jellemző, akkumuláció. Detergensek, felületaktív anyagok: mosószerek, 2-3 cm-es rétegben adszorbeálódnak és a talajvízbe is bejutnak. Lassan vándorolnak: 1-3 év alatt 300-500 m. Elősegíthetik szerves mikroszennyezők táplálékláncba jutását. Savképzők (SO2) – talajsavanyodás

14. Talajszennyezés forrásai Mezőgazdasági talajszennyezés Intenzív műtrágyázás (ammónium, nitrát, foszfát, kálium): nincs humuszképző anyag, tápanyag-felhalmozódás, kimosódás Szerves trágyázás (hígtrágya, istállótrágya, zöldtrágya, komposzt): jó hatás a humuszképződésre, nincs megfelelő mennyiségű termőterület a feldolgozásra (tápanyagfelesleg, kimosódás) Szennyvíziszap elhelyezés: nehézfém-tartalom jelentős lehet, felhalmozódnak a talajban, a növények számára hozzáférhetővé válhatnak Talajjavító, fertőtlenítő anyagok, kártevők elleni anyagok, növényvédő szerek: gyomirtók (herbicidek), gombaölők (fungicidek), rovarirtók (inszekticidek). Nagy mennyiségben 10-15 cm mélyen bedolgozzák, ill. permetezik. Ezenkívül szakszerűtlen kezelés esetén As, Hg, Cu-vegyületek is bekerülhetnek. Klórozott szénhidrogének: régi típusú hatóanyagok: (DDT, aldrin, dieldrin, PCB-k, dioxin, HBC, PCP, 2,4,5-T). Régebbi verziók: zsíroldékonyak, rosszul bomlanak, akkumulálódnak. Kevésbé akkumulálódók: lindán (gamma-HCH), endoszulfán, atrazin. Szerves foszforsav-észterek: vízben jól oldódó, nem (vagy kevésbé) perzisztens, nem akkumulálódó szerek (triazin, 2,4-D). Ma: gyorsan bomló, hatékony és szelektív szerek

15. Talajszennyezés forrásai Közlekedés – kipufogógázok, sózás Nehézfémek (Pb, Cu, Cr, Ni, Zn, Cd) – bioakkumuláció, biomagnifikáció, krónikus hatások Szénhidrogének (benzin, motorolaj, kenőolaj, PAH) – mérgezés, akkumuláció Savképzők (NOx) - talajsavanyodás Sók: NaCl, KCl – közvetlen mérgezés, ioncsere, talajduzzasztás (szikesedés) Hulladéklerakás Háztartási szennyvíz (tápanyagok, kórokozók, detergensek) – fertőzés, mérgezés Illegális hulladéklerakás (mikroszennyezők, szerves anyagok, kórokozók) – fertőzés, mérgezés Kommunális lerakók (csurgalékvizek, por, szélfútta könnyű anyagok; nehézfémek, szerves mikroszennyezők) – mérgezés Veszélyes hulladék tárolók (meghibásodás, szakszerűtlen telepítés esetén; nehézfémek, arzén, erősen klórozott szénhidrogének, ipari hulladékok, égetőművek maradékanyagai, salakanyagok, radioaktív hulladékok) – krónikus mérgezés, mutagén, karcinogén hatások

16. Szennyezőforrások Háttérszennyezettség Atmoszférikus kiülepedés Mezőgazdasági tevékenység Ipari tevékenység és bányászat Közlekedés és üzemanyag szállítás Legális és illegális hulladéklerakás Talajszennyezés forrásai és sorsa Aszennyezők további sorsa Gáz és por emisszió Talaj- és felszíni víz szennyezése Talaj Beépülés a táplálékláncba Immobilizáció, kötődés a talajalkotókhoz Biológiai lebomlás

17. Talajok szennyezőanyag-visszatartása • Talaj: szerves anyagok, légköri szennyezők, hulladékok, szennyvizek befogadója hosszú ideje (határtalan befogadóképesség ideája) • Mezőgazdaság: nagy mennyiségű műtrágya (N: 20-200 kg/ha/év, P: 10-50 kg/ha/év) és szerves peszticid (1985: ~ 2.5 millió tonna) alkalmazás • Hatások: eutrofizáció, nitrátosodás, toxicitás; következmények: ökológiai romlás, vízhasználatok ellehetetlenülése • Biológiailag bontható szerves anyagok: jelentős mennyiségben lebontódnak (CO2, metán, nitrogén gáz, foszfátok) • Nagymennyiségű lebontó mikroorganizmus a talajban: természetes visszaforgatás biztosítása • Aerob és anaerob körülmények között egyaránt végbemegy a lebomlás • Nagy tározási, visszatartási kapacitással rendelkeznek a talajok, azonban ez nem végtelen (kimerülés) • Területhasználati váltás: kémiai változások a talajban: szennyezőanyagok elengedése (wetland – szántó, szántó – erdő) • Fontos szennyezés-elimináló szerep: a talajvízben már kicsi a visszatartás mértéke (kevesebb mikroorganizmus, szerves anyag, finomszemcsés ásvány, rosszabb kémiai körülmények)

18. „Kémiai időzített bomba”: kapacitás kimerülése

19. Talajprofil jellemzői (fent humuszos, lent ásványos)

20. Talajszennyezések tér- és időléptéke • Veszélyes szennyezőanyag lerakók (egyedi szennyezések, azonosítható szennyezők): vegyszertárolók, működő és felhagyott ipari és vegyi üzemek, korábbi katonai bázisok, szennyezett üledékek • Nagyterületű talajszennyezések (hosszú idejű szennyezések): korábbi vagy működő nagy kiterjedésű ipari parkok, közlekedési területek • Kisebb szennyezett talajterek (egyedi források, a kibocsátás helyétől távolodva csökkenő hatás): autópályák, autóutak környezete, felszín alatti tárolók, hulladéklerakók • Mezőgazdasági művelésű talajok: talajok telítődése foszfáttal, nitrátkimosódás, peszticidek akkumulációja, szerves kemikáliák kimosódása • Egyes szennyezők évszázadok óta akkumulálódnak (pl. nehézfémek kitermelése és használata) • Kemikáliák, tápanyagok: XX. század második felétől jelentős a felhalmozódás • Szennyezés kontrollálása: talajoknál lassabb pozitív hatások (hosszabbak a tartózkodási idők, az akkumulált szennyezők helyben maradnak, főként a kimosódás okozza a tisztulást

21. Kimosódás „hatékonysága”

22. Partikulált szennyezők feldúsulása • Szennyezőanyagok túlnyomó része a finomabb szemcsefrakciókhoz kötődik (nagy fajlagos felület) • Az erózió szelektív a finom szemcsékre nézve, a finomabb részecskék feldúsulnak a lebegőanyag transzport során • Dúsulás: a transzportált lebegőanyagban nagyobb szennyezőanyag koncentráció alakul ki, mint az eredeti talajban • Kiváltó folyamatok: • A „szennyezettebb” finom szemcsék szelektív eróziója • A kis sűrűségű komponensek (szerves anyagok) felúszása a talajról a felszíni lefolyásba • A nehéz, durva szemcsék (kevesebb adszorbeált szennyező) kiülepedése a transzport során • Feldúsulási arány: a felszíni vagy a mederbeli lefolyás által szállított lebegőanyagban és az eredeti talajban lévő szennyezőanyag koncentrációk hányadosa

23. Partikulált szennyezők feldúsulása

24. Talajösszetétel hatása a visszatartásra • Szilárd fázisú szennyezők: talajszemcséken rögzültek adszorpció (elektrosztatikus kötődés) és/vagy kicsapódás (kémiai kötődés) révén • Oldott fázis: szennyezőanyagok oldott vagy disszociált állapotban a talaj vízfázisában • Szilárd fázis: immobil szennyezők (kivéve felső rétegek erózió által), akkumulálódnak a talajban, növények és mikroorganizmusok által nem vagy korlátozottan hozzáférhetőek • Oldott anyagok: kismértékű kötődés a szemcsékhez, mozognak a vízzel (lefolyás, szivárgás), biológiailag hozzáférhetőek • Fázisok alakulása: a talaj összetételétől, szerkezetétől függ

25. Talajösszetétel hatása a visszatartásra • Szerves szennyezők: talaj szervesanyag tartalmához kötődnek • Nehézfémek, foszfor: agyagásványok és szerves összetevők adszorbeálják őket • Adszorpciós kapacitás: szemcsék fajlagos felületének függvénye • Legfontosabb talajjellemzők az adszorpció szempontjából: szerves anyag tartalom, ill. ioncsere kapacitás (fajlagos felülettel arányos), egyéb tényezők (pH, ionösszetétel) • Csapadékképződés: pH és a komplexképző vegyületek jelenléte befolyásolják • Komplexképzők: számos esetben a víz oxidatív viszonyai határozzák meg jelenlétüket (pl. anoxikus környezetben oldhatatlan fém-szulfidok) • Más anyagok esetén (peszticidek, foszfor) általában nem tényező az oxidációs állapot, ezek inkább adszorpcióra hajlamosak

26. Talajszennyezők átalakulási- és transzportfolyamatai Légköri kiülepedés/fixáció Aratás Elillanás Műtrágya, szerves és zöldtrágya, peszticidek, szennyvíziszap, hulladék, szerves maradványok Lemosódás Erózió Szerves Immob./Miner. Oldott szervetlen Drénezés Aktív partikulált Adszorpció/Deszorpció Kémiai, biokémiai reakciók Kicsapódás/Oldódás Inaktív partikulált Talajjellemzők, környezeti feltételek Kimosódás

27. Talajszennyezések környezeti következményei • Közvetlen hatások: • Tápanyagfeldúsulás, sófelhalmozódás • Talaj savanyodása, erdőpusztulás • Közvetlen mérgezés és feldúsulás a táplálékláncban (krónikus hatások) • Mutagén, teratogén, rákkeltő hatások • Közvetett hatások: • Felszín alatti vizek szennyezése (nitrátosodás, szerves és szervetlen mikroszennyezők) • Felszíni vizek szennyezése (erózióval, drénezéssel, alaphozammal), pl. üledékterhelés, eutrofizáció, szerves és szervetlen mikroszennyezők • Légszennyezés (üvegházhatás, ózonlyuk, metán)

28. Talajszennyezés kezelése 1. Nem tisztítunk, csak korlátozzuk a területhasználatot 2. Nem tisztítunk, csak izolálunk és immobilizálunk (terjedés megakadályozása) 3. Kitermeljük a szennyezett talajt, elszállítjuk és deponáljuk (talajcsere) 4. Megszüntetjük a szennyeződést és helyreállítjuk a területet (talajtisztítás) • Technológia szerint: • - a szennyezés teljes lebontása: termális, biológiai és kémiai kezelés • - a szennyezés extrakciója és elkülönítése a környezeti közegektől (termális deszorpció, talajmosás, oldószeres kivonás, talajgáz extrakció, fázisszétválasztás, molekuláris szétválasztás, adszorpció szénen, kiűzés, ioncsere, vagy ezek kombinációja) • Eljárás helyszíne szerint: • - ex situ (kitermelést követően) • - in situ (helyben)