Index of /rozprawy2/10014

Pełen tekst

(1)AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM ST. STASZICA W KRAKOWIE WYDZIAŁ GEODEZJI GÓRNICZEJ I INŻYNIERII ŚRODOWISKA KATEDRA KSZTAŁTOWANIA I OCHRONY ŚRODOWISKA. Rozprawa doktorska. METODYKA DOKUMENTOWANIA CHEMICZNYCH PRZEKSZTAŁCEŃ GLEB NA TERENACH PRZEMYSŁOWYCH. KRZYSZTOF URBAŃSKI. Promotor: Dr hab. inż. Stanisław Gruszczyński prof. n. AGH. Kraków 2008.

(2) Pragnę serdecznie podziękować mojemu promotorowi prof. dr hab. S. Gruszczyńskiemu za merytoryczne uwagi i dużą dozę cierpliwości. Dziękuję również całemu zespołowi Katedry Kształtowania i Inżynierii Środowiska, bez pomocy których niniejsza praca by nie powstała.. 2.

(3) Spis treści: 1. Wstęp ........................................................................................................................ 5 2. Cel i teza pracy ...................................................................................................... 6 3. Charakter zagadnienia i uwarunkowania prawne ................................... 9 4. Opis terenu badań ................................................................................................ 14 4.1. Położenie ....................................................................................................... 4.2. Klimat ........................................................................................................... 4.3. Rzeźba terenu i hydrografia ....................................................................... 4.4. Budowa geologiczna .................................................................................... 4.5. Gleby ............................................................................................................. 4.6. Lasy ............................................................................................................... 4.7. Zagospodarowanie terenu ........................................................................... 4.8. Źródła zanieczyszczeń .................................................................................. 14 14 15 16 19 20 20 22. 5. Metodyka badań ................................................................................................... 24 5.1. Badania terenowe ........................................................................................ 24 5.2. Badania laboratoryjne ................................................................................ 27. 6. Wyniki badań ........................................................................................................ 28 6.1. Skład granulometryczny ............................................................................. 6.2. Odczyn ......................................................................................................... 6.3. Gęstość właściwa ......................................................................................... 6.4. Przewodność elektrolityczna właściwa ..................................................... 6.5. Zawartość fosforu ogólnego, węgla i siarki .............................................. 6.6. Zawartość makropierwiastków (Na, K, Ca, Mg i Fe) ............................. 6.7. Zawartość pierwiastków śladowych (Pb, Cd, Sr, Zn, Cu, Ni, Mn, Cr) ... 28 28 28 32 33 33 36. 7. Formy prezentacji rozkładu zanieczyszczeń gleb .................................... 42 7.1. Regresja ....................................................................................................... 7.2. Klasyfikacja ................................................................................................. 7.3. Interpolacja ................................................................................................. 7.4. Algorytmy adaptacyjne .............................................................................. 7.4.1. MLP ................................................................................................ 7.4.2. MDN ............................................................................................... 7.4.3. ASNN .............................................................................................. 7.4.4. GMDH ............................................................................................ 7.4.5. ANFIS ............................................................................................. 7.4.6. RST .................................................................................................. 42 42 43 44 46 51 53 56 61 64. 8. Opracowanie wyników ....................................................................................... 67 8.1. MLP – wyniki obliczeń z danych surowych ............................................. 8.2. MLP – wyniki obliczeń z danych poddanych konwersji ......................... 8.3. MDN – wyniki obliczeń z danych surowych ............................................. 8.4. MDN – wyniki obliczeń z danych poddanych konwersji......................... 8.5. ASNN – wyniki obliczeń z danych surowych............................................ 8.6. ASNN – wyniki obliczeń z danych poddanych konwersji........................ 3. 67 74 75 76 77 77.

(4) 8.7. PNN – wyniki obliczeń z danych surowych............................................... 78 8.8. PNN – wyniki obliczeń z danych poddanych konwersji........................... 80 8.9. ANFIS – wyniki obliczeń z danych poddanych konwersji....................... 81 8.10. RST – wyniki obliczeń z danych różnego formatu (surowe, hektometry, conv I) ........................................................................................................ 82 8.11. Ocena zmienności krótkodystansowej w obrębie powierzchni próbnych (PP) ............................................................................................................ 86 8.12. Dyskusja wyników .................................................................................... 92. 9. Propozycja procedury dokumentacyjnej ................................................... 98 10. Podsumowanie i wnioski ................................................................................ 100 Bibliografia ................................................................................................................ 102 Spis tabel ..................................................................................................................... 111. Spis rycin .................................................................................................................... 112 Aneks ............................................................................................................................ 114. 4.

(5) 1. Wstęp Każda żywa istota zamieszkująca nasz glob jest w stanie modyfikować swoje najbliższe otoczenie. Równocześnie otoczenie posiada zdolność do oddziaływania na zamieszkujące je organizmy, proporcjonalnie do wywieranej na to otoczenie presji. Budująca się w ten sposób sieć zależności gwarantuje stabilność całego ekosystemu. Jedynym wyjątkiem od tej reguły zdaje się być człowiek, którego działania przewyższają „możliwości obronne” ekosystemu. Posiadł on dość umiejętności dowolnego kreowania zamieszkiwanej przestrzeni, ograniczonych jedynie czasem i dostępnymi środkami. Ingerencja w środowisko naturalne spowodowała miejscami trwałą jego modyfikację, włącznie z powstaniem stref o niekorzystnych walorach bytowania. Zanieczyszczone poprzez nadmierną koncentrację niektórych substancji rejony, stały się tak powszechne, że zaistniała potrzeba wyznaczenia dokładnej ich lokalizacji wraz z uwzględnieniem schematu rozkładu zanieczyszczeń w obrębie takiego obszaru. Podstawowym i najczęściej badanym elementem ekosystemu jest gleba, w której dochodzi do kumulowania się różnych substancji, zarówno pod względem ilościowym jak i ich właściwości chemicznych. Jednym z głównych sposobów oceny stanu zanieczyszczenia gleby jest wszechstronna analiza pobranych z niej próbek. W praktyce wiąże się to z tworzeniem zbiorów informacji, których rozmiary, w zależności od stopnia skomplikowania problemu, mogą być bardzo obszerne. Analiza takich, rozbudowanych baz danych nastręcza wiele problemów, głównie związanych z ogarnięciem całości informacji. W chwili obecnej mając do dyspozycji sprzęt obliczeniowy, algorytmy przetwarzania danych oraz niezbędną wiedzę, wydawać by się mogło, że problem rozpoznania obszaru o ponadnormatywnej zawartości zanieczyszczeń i zdefiniowanie przestrzenne rozkładu tego zanieczyszczenia w glebie nie powinien istnieć. Nie jest to do końca prawdą, a postępująca komputeryzacja i rozwój technologiczno-informatyczny powodują, iż dawne wytyczne (ustawy, normy, rozporządzenia) nabierają całkiem nowego wyrazu. Nowoczesne metody dokumentowania zanieczyszczenia gleb oraz występujących przy tym przekształceń fizykochemicznych utworów glebowych, pozwalają już nie tylko na określenie przybliżonej koncentracji polutanta w glebie, ale również, proporcjonalnie do stopnia niepewności otrzymanego wyniku, na wyznaczenie bezpiecznej strefy buforowej wkoło zanieczyszczonego obszaru. Algorytmy adaptacyjne oraz nowoczesne algorytmy przetwarzania danych jako alternatywa dla konwencjonalnych metod interpolacji posiadają cechy, dzięki którym otrzymywane wyniki mogą być bardziej precyzyjne, a jednocześnie pozwalają oszczędzać czas i pracę.. 5.

(6) 2. Cel i teza pracy Zgodnie z Dyrektywami Unii Europejskiej oraz na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 roku, glebę lub ziemię uznaje się za zanieczyszczoną, gdy stężenie co najmniej jednej substancji przekracza wartość dopuszczalną, z zastrzeżeniem, że takie podwyższone stężenie nie jest wynikiem naturalnej podwyższonej zawartości danej substancji w glebie lub ziemi. W tym drugim przypadku uważa się, iż przekroczenie dopuszczalnej wartości stężeń w glebie lub ziemi nie nastąpiło [141]. W niniejszej pracy chemiczne przekształcenie gleb definiowane będzie jako akumulowanie się w glebach pierwiastków i związków pochodzących z emisji przemysłowych, pogarszających właściwości użytkowe terenu i/lub osiągających koncentrację przekraczającą ustalony poziom standardu czystości ziemi. Zwiększenie zawartości substancji chemicznych w glebie w otoczeniu zakładów przemysłowych powodujących stopniowe przekształcenie tych gleb znane jest z szeregu pozycji literaturowych [42, 73, 182]. W racjonalnym zarządzaniu środowiskiem wymogiem nieodzownym jest posiadanie informacji o stopniu zanieczyszczenia gleb, w przekroju poziomym i pionowym, jak też przebiegu linii granicznej (w układzie trójwymiarowym powierzchni) między gruntami spełniającymi warunki standardu oraz takimi, które go przekraczają. Określenie stopnia i zasięgu zanieczyszczeń jest zadaniem złożonym, do którego ukończenia konieczne jest wyznaczenie odpowiedniej sieci opróbowania gleb, jej realizacji, a następnie pracochłonnych i materiałochłonnych oznaczeń laboratoryjnych. Z uwagi na wysokie koszty badań uzasadniona jest racjonalizacja tych prac. Z drugiej jednak strony ważnym zagadnieniem jest dostateczna precyzja zbadania przestrzennego rozkładu zanieczyszczeń. Istotna role odgrywają tutaj, co najmniej dwa czynniki: koszty wyłączenia obszaru charakteryzującego się nadmierną (ponadstandardową) koncentracją zanieczyszczeń z użytkowania (strefy ograniczonego użytkowania) oraz koszty naprawy (remediacji) gleb. Można przyjąć, że w warunkach naturalnej, mieszczącej się poniżej wymagań standardów zawartości substancji zanieczyszczających w glebach, nie występują żadne ograniczenia w dziedzinie wykorzystania właściwości użytkowych gleb. Inaczej jest, kiedy względy związane z ryzykiem środowiskowym wymuszają wprowadzenie ograniczeń użytkowych. Ograniczenia mogą być różnego rodzaju, na przykład polegające na wyłączeniu niektórych rodzajów upraw. W tych warunkach szkody związane z wyłączeniem partii terenu z użytkowania zależą od jej powierzchni K = f (a) . Dokładność oszacowania wielkości a staje się w tych okolicznościach istotnym czynnikiem ekonomicznym. Podobnie jest w przypadku gdy względy praktyczne zmuszają do wykonania odpowiedniej remediacji gleb. W tym przypadku należałoby założyć, że koszty remediacji KR zależą od dwu czynników: objętości lub masy gruntu poddawanego tej operacji vZ oraz stopnia zanieczyszczenia lZ. Niezależnie od rodzaju kształtu łączącej te wielkości funkcji istotną rolę w tym przypadku odgrywa rozpoznanie przestrzennego, trójwymiarowego, rozkładu zanieczyszczenia. Uzyskane wyniki wymagają odpowiedniej interpretacji, która jest trudna z uwagi na punktowe opróbowanie oraz nieregularność przestrzennego rozkładu zanieczyszczeń w glebach [8, 42]. Przypuszczalnymi źródłami tej nieregularności są: mikroróżnice w procesach akumulacji i wymywania składników zanieczyszczeń, lokalne nieregularności właściwości gleb (litologia, zawartość węgla organicznego, odczyn, nachylenie, uwilgotnienie itp.), różnice w użytkowaniu i nawożeniu i zapewne wiele innych czynników. Punktowa obserwacja stężenia zanieczyszczeń, wobec zróżnicowania ich przestrzennego rozkładu tworzy problem dokumentacyjny. Istotnym założeniem dokumentacji zjawiska zanieczyszczenia gleb jest jego regularna zmienność przestrzenna. Jednakże obserwacje [42] 6.

(7) wskazują, że przy wysokiej koncentracji zanieczyszczeń, w relatywnie małej odległości od źródła zanieczyszczenia, obserwacje dokonywane nawet w bardzo małym promieniu (rzędu kilku metrów), względnie przy bardzo niewielkich zmianach głębokości opróbowania dają bardzo silnie zróżnicowane wyniki. Pociąga to za sobą istotne następstwa praktyczne. W badaniu przestrzennego rozkładu zanieczyszczeń określoną w pewnym punkcie koncentrację zanieczyszczenia przyjmuje się za reprezentatywną dla jakiegoś otoczenia tego punktu. Innymi słowy ustalona wartość stężenia zanieczyszczenia, w pewnym promieniu nie powinna istotnie odbiegać od koncentracji w miejscu opróbowania. W warunkach znacznego, przemysłowego zanieczyszczenia gleb to założenie często nie jest spełnione. Uwidacznia się to, na przykład w formie charakterystycznego rozkładu koncentracji w profilu glebowym: od nienaturalnie dużej w poziomach powierzchniowych, zwłaszcza organicznych, do normalnej, wynikającej z właściwości skały macierzystej, głębiej. Taki obraz rozkładu zanieczyszczeń jest dość dobrze znany, jednakże w grę wchodzi także zmienność rozkładu w przekroju poziomym. Niektóre obserwacje wskazują, że krótkodystansowa zmienność koncentracji polutantów w glebach jest bardzo duża, często sięgająca różnic z zakresu rzędów wielkości. W takich okolicznościach wiele decyzji dotyczących zarządzania środowiskiem może być obciążone znaczną dozą niepewności. Obraz zróżnicowania przestrzennego zawartości zanieczyszczeń w glebach jest jednym z punktów startu oceny ryzyka środowiskowego [9, 88], zarówno w zakresie zagrożenia zdrowia i życia ludzi jak też bioróżnorodności ekosystemów (ryzyka ekologicznego) [88]. Decyzje podejmowane na tych podstawach pociągają zatem za sobą istotne konsekwencje zdrowotne i finansowe, nie mówiąc już o ekologicznych. Dlatego też świadomość stopnia niepewności towarzyszącego podstawie oceny ma dużą wagę merytoryczną. Celem podjętych badań jest empiryczna weryfikacja potencjalnie przydatnych modeli oceny przestrzennego (trójwymiarowego) rozkładu zanieczyszczeń gleb, które charakteryzują się stosunkowo wysokim przekroczeniem dopuszczalnych standardów. Tradycyjnym sposobem interpretacji przestrzennej zmienności obciążenia gleb zanieczyszczeniami na podstawie sieci obserwacyjnej punktów rozproszonych jest algorytm interpolacji liniowej. Trzeba podkreślić, że w warunkach interpolacji trójwymiarowej może, a przede wszystkim w warunkach dużej zmienności krótkodystansowej może on być źródłem znaczących błędów. Ich rozpoznanie może być przeprowadzone jedynie w sposób empiryczny, w warunkach rzeczywistych obserwacji dokonanych w terenie silnie obciążonym polutantami. Alternatywą mogą być algorytmy mające w ogólności charakter modeli regresji. Weryfikacja empiryczna bazuje na regularnej sieci opróbowania zaprojektowanej w otoczeniu Zakładów Górniczo-Hutniczych „Bolesław”. Weryfikowane modele są zróżnicowanej genezy: od metod interpolacji stosowanych w zadaniach geodezyjnego zobrazowania morfologii terenu, poprzez modele statystycznej regresji do algorytmów ewolucyjnych przeznaczonych do klasyfikacji i regresji. Należy podkreślić, że problem zobrazowania przestrzennego rozkładu zanieczyszczeń, zwłaszcza w otoczeniu zakładów przemysłowych, ma dodatkowy aspekt związany z coraz bardziej powszechnym stosowaniem technologii GIS w dokumentowaniu stanu środowiska. Przestaje ono być jednorazowym aktem generowania obrazu zanieczyszczenia a jest elastycznym algorytmem konstruowania wiarogodnej oceny zagrożenia związanego z rozkładem zanieczyszczeń w przestrzeni trójwymiarowej. W tej sytuacji istotna staje się, między innymi, ocena wiarygodności modelu otrzymanego przy zastosowaniu konkretnego algorytmu. Tezę pracy można ująć w formie następującego stwierdzenia: znacząco duża, krótkodystansowa zmienność koncentracji zanieczyszczeń pochodzenia antropogenicznego w glebach, ogranicza przydatność i użyteczność tradycyjnych modeli interpolacyjnych oraz regresyjnych jako narzędzi opisu przestrzennej zmienności przekształceń, prowadząc do. 7.

(8) konieczności uzupełnienia udostępnianych przez nie informacji o element lokalnej zmienności zawartości zanieczyszczeń w glebach, zwłaszcza w warunkach ich dużej koncentracji.. 8.

(9) 3. Charakter zagadnienia i uwarunkowania prawne Gleba jest zewnętrzną warstwą skorupy ziemskiej i stanowi środowisko do życia i rozwoju roślinności oraz niektórych zwierząt. Proces jej powstawania jest bardzo powolny (praktycznie ciągły) i zależy od wielu czynników: klimatu, rzeźby terenu, rodzaju skały macierzystej, flory i fauny danego regionu i innych. Wypadkową procesów glebotwórczych jest powstanie określonej jednostki glebowej o charakterystycznej budowie i właściwościach. Właściwości gleby znajdują się w stanie względnej równowagi, która może ulegać zmianom (korzystnym lub niekorzystnym) pod wpływem różnych czynników. Gleba, w przeciwieństwie do powietrza i wody, posiada w pewnym zakresie zdolność przeciwstawiania się szkodliwym oddziaływaniom, co związane jest np.: z jej zdolnościami buforowymi. Ten układ ma jednak wpływ na wszelkiego rodzaju prace rekultywacyjne, co w efekcie powoduje, iż również sam proces oczyszczania gleby jest dalece spowolniony [82]. Zanieczyszczona gleba przekazuje polutanty do roślin i dalej do ich konsumentów lub powoduje wtórne zanieczyszczenie innych elementów środowiska. Z tego też powodu prawidłowa ocena zanieczyszczenia gleby staje się niezwykle istotnym zagadnieniem. Substancje chemiczne wpływają na odczyn gleby, jej zasolenie oraz powodują zachwianie równowagi w obiegu mikro i makropierwiastków w glebie. Do najgroźniejszych zanieczyszczeń gleb należą metale ciężkie i ich związki, które oddziałują toksycznie (trująco). Najważniejszymi źródłami zanieczyszczeń są energetyka i górnictwo, hutnictwo metali nieżelaznych i żelaza, zakłady chemiczne i materiałów budowlanych, a także motoryzacja i chemizacja rolnictwa. Z gazów najczęściej wprowadzane są do gleby związki siarki (SO2) i fluoru (HF), a wraz z pyłem jako tzw. sucha depozycja do gleby dostają się metale ciężkie takie jak: Zn, Cu, Pb, Hg, Cd. Z hut żelaza do środowiska przenikają: Fe, Mn, Al oraz pyły zawierające Ca, Mg, K i Na. Huty metali nieżelaznych przyczyniają się do zwiększenia zawartości w glebie Zn, Pb, Mg, Al, Cu, Cd, Na i Ca. Energetyka i górnictwo odpowiedzialne są głównie za emisję do środowiska tlenków siarki oraz węgla, natomiast motoryzacja – za emisję tlenków N i C, a do niedawna również i Pb. Zakłady chemiczne emitują zanieczyszczenia gazowe, w których przeważają: SO2, CO, H2S, F, HCl, NOx, a przemysł materiałów budowlanych – pyły o odczynie zasadowym, z niewielką ilością metali ciężkich [95]. Zawartości metali ciężkich w produktach ubocznych różnych gałęzi przemysłu podano w tabeli 1. Tab. 1. Zawartość niektórych metali ciężkich w wybranych substancjach Pochodzenie. Popioły z węgla kamiennego Pyły kominowe elektrowni Osady z oczyszczalni ścieków. Cd. Zn. Zawartość w mg/kg s.m. Hg Cu Pb. Ni. Źródło. 200-4000. 100-4000. [7]. 2-100. 70-1000. 110-1600. [7]. 8-562 2-1500. 1150-10000 700-49000. Nawozy fosforowe. 7-170. 50-1450. Odpady komunalne. 2-4. 67-627. 0,1-55 0,010,12 0,2-1,4. 14-1250 50-300. 58-2970 50-3000. 3-950 16-5300. [4] [8]. 1-300. 7-225. 7-32. [7]. 30-156. 8-209. 11-110. [8]. Ilość i rodzaj emitowanych zanieczyszczeń zależy od charakteru produkcji i stosowanych technologii, wielkości produkcji oraz podjętych środków zapobiegawczych. Na 9.

(10) skalę zanieczyszczenia gleby największy wpływ ma rodzaj emisji (zorganizowana, niezorganizowana)wraz ze sposobem odprowadzenia gazów odlotowych oraz warunki ukształtowania i użytkowania terenu wraz z lokalnym klimatem. Ponieważ za najbardziej szkodliwe z uwagi na zanieczyszczenie gleb na terenach przemysłowych uważa się metale ciężkie (są praktycznie nieusuwalne), w dalszych rozważaniach skupiono się tylko na nich. Zwiększona zawartość poszczególnych związków w glebie nie musi oznaczać jej zanieczyszczenie pochodzenia antropogenicznego. Może się również wiązać z geochemicznym charakterem skały macierzystej. Duża zawartość określonego związku może być uruchamiana podczas wietrzenia i przemieszczać się w profilu powstającej gleby. Inne procesy naturalne, odpowiedzialne za nadmierną zawartość określonych substancji w glebach to np. erupcje wulkanów, w wyniku których wydobywające się do środowiska pyły i gazy mogą wpłynąć na równowagę biochemiczną gleby. Jak podają niektórzy badacze [174] naturalna zawartość metali ciężkich w glebach może być dość znaczna [tab. 2] i należałoby ją brać pod uwagę przy ocenie stanu ich zanieczyszczenia. Tab. 2. Naturalna średnia zawartość wybranych metali ciężkich w glebach Polski wg [174] Pierwiastek. Pb Zn Cu Cd Hg Ni. Zawartość w mg/kg s.m. gl. lekkie gl. średnie i ciężkie gl. organiczne 20 30 25 25 90 60 6 15 5 0,1 0,3 0,05 0,05 0,2 0,02 8 15 10. Normą prawną obowiązującą na terenie naszego kraju, regulującą poziomy dopuszczalnych stężeń metali ciężkich w glebie są standardy jakości [141]. Istotną cechą standardów jest ich powiązanie ze sposobem wykorzystywania terenu, wodoprzepuszczalnością i głębokością zanieczyszczenia [tab. 3]. W rozporządzeniu ustalającym standardy jakości gruntów dopuszczalne zawartości metali ciężkich (pierwiastków) ustalono w zależności od aktualnie pełnionej i planowanej funkcji, wydzielając trzy grupy terenów (gruntów): 1. Grupa A – zalicza się tutaj: • nieruchomości gruntowe wchodzące w skład obszaru poddanego ochronie na podstawie przepisów ustawy – „Prawo wodne”, • obszary poddane ochronie na podstawie przepisów o ochronie przyrody. 2. Grupa B – grunty zaliczane do użytków rolnych z wyłączeniem gruntów pod stawami i gruntów pod rowami, grunty leśne oraz zadrzewione i zakrzewione, nieużytki, a także grunty zabudowane i zurbanizowane z wyłączeniem terenów przemysłowych, użytków kopalnych oraz terenów komunikacyjnych. 3. Grupa C – tereny przemysłowe, użytki kopalne, tereny komunikacyjne. Nasuwa się kilka wątpliwości związanych ze standardami. Dotyczą one grup, gdzie ustawodawca wyróżnił dwa poziomy opróbowania: 0-30 cm i 0,3-15 m (grupa B) oraz 0-2 m i 2-15 m (grupa C). Nie precyzuje przy tym czy próbę należy pobrać jako próbę uśrednioną czy wykonać kilka oznaczeń uwzględniając zmienność morfologii profilu glebowego i dopiero wówczas wyciągać średnią z uzyskanych wyników. Jest to o tyle ważne, że sposób pobierania. 10.

(11) próby ma zasadnicze znaczenie dla późniejszego oznaczania zawartości badanych pierwiastków. Tab. 3. Wartości dopuszczalne stężeń metali ciężkich w glebie lub ziemi w mg/kg s.m. Grupa B Grupa C Głębokość [m ppt] 0,3-15,0 >15,0 0,2-0 2,0-15,0 Zanieczyszczenie Grupa A Wodoprzepuszczalność gruntów [m/s] 0-0,3 do poniżej do poniżej do poniżej -7 -7 1•10 1•10-7 1•10 Arsen 20 20 20 25 25 55 60 25 100 Bar 200 200 250 320 300 650 1000 300 3000 Chrom 50 150 150 190 150 380 500 150 800 Cyna 20 20 30 50 40 300 350 40 300 Cynk 100 300 350 300 300 720 1000 300 3000 Kadm 1 4 5 6 4 10 15 6 20 Kobalt 20 20 30 60 50 120 200 50 300 Miedź 30 150 100 100 100 200 600 200 1000 Molibden 10 10 10 40 30 210 250 30 200 Nikiel 35 100 50 100 70 210 300 70 500 Ołów 50 100 100 200 100 200 600 200 1000 Rtęć. 0,5. 2. 3. 5. 4. 10. 30. 4. 50. Odmienną klasyfikację zaproponował Instytut Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach, który na podstawie wieloletnich badań opracował własną tabelę granicznych zawartości metali ciężkich w glebach użytkowanych rolniczo [tab. 4]. Brana jest przy tym pod uwagę tylko warstwa powierzchniowa (poziom próchniczny) do głębokości 20 cm [69, 72]. Dodatkowo, w przeciwieństwie do standardów, nie występuje tu ostro zarysowana granica pomiędzy terenami przydatnymi do rolniczego wykorzystania, a terenami zanieczyszczonymi. W tabeli IUNG występuje stopniowanie od gleb z naturalną zawartością (stopień 0 – gleby niezanieczyszczone) do gleb o bardzo wysokiej koncentracji metali ciężkich (stopień V – gleby bardzo silnie zanieczyszczone). Taka forma unormowania przybliża je do klasyfikacji opartej o zasady logiki rozmytej, gdzie przejście z jednego stanu (gleby przydatne rolniczo) w drugi (gleby nieprzydatne rolniczo) następuje płynnie i na dużej przestrzeni W klasyfikacji opracowanej przez IUNG przy ustalaniu stopnia zanieczyszczenia brane są także pod uwagę: odczyn gleby (mierzony w KCl) oraz skład granulometryczny (zawartość frakcji <0,02 mm). Uwzględniając te parametry, wydzielono w obrębie każdego stopnia trzy grupy gleb: 1. grupa a – gleby bardzo lekkie, zawierające mniej niż 10% części spławialnych oraz gleby zawierające 10-20% części spławialnych, charakteryzujące się pH w KCl niższym od 5,5. 2. grupa b – gleby zawierające 10-20% części spławialnych o pH > 5,5 oraz gleby zawierające powyżej 20% części spławialnych i o pH < 5,5. 3. grupa c – pozostałe gleby tj. zawierające ponad 20% części spławialnych i pH > 5,5.. 11.

(12) Tab. 4. Graniczne zawartości metali w glebach o różnych stopniach zanieczyszczenia wg IUNG w [mg/kg] [69, 72]. Metal Pb. Zn. Cu. Cd. Ni. Grupa gleb a b c a b c a b c a b c a b c. 0 30 50 70 50 70 100 15 25 40 0,3 0,5 1,0 10 25 50. Stopień zanieczyszczenia gleb I II III 70 100 500 100 250 1000 200 500 2000 100 300 700 200 500 1500 300 1000 3000 30 50 80 50 80 100 70 100 150 1,5 2 3 2 3 5 3 5 10 30 50 100 50 75 150 75 100 300. IV 2500 5000 7000 3000 5000 8000 300 500 750 5 10 20 400 600 1000. V >2500 >5000 >7000 >3000 >5000 >8000 >300 >500 >750 >5 >10 >20 >400 >600 >1000. W innych krajach wartości dopuszczalne stężeń ustalono uwzględniając przede wszystkim kryterium użytkowania: rolnictwo, ogrody i parki, komunikację, przemysł, użytki wielofunkcyjne. Podawane są wielkości wyznaczone dla: wartości maksymalnych dopuszczalnych, wartości zalecanych po oczyszczeniu gleby, wartości progowych, przy których oczyszczanie gruntu jest konieczne [177]. Wartości te niejednokrotnie znacząco różnią się od stężeń wyznaczonych w standardach [141]. Najbardziej zbliżone do nich są wartości opracowane dla takich krajów jak: Dania, Holandia, Finlandia, Niemcy czy Kanada, w szczególności podane w tzw. Liście Berlińskiej [tab. 5], w której wyodrębniono cztery kategorie terenów: 1. 2. 3. 4.. Ia – tereny ochrony wód Ib – powierzchnie o wrażliwym wykorzystaniu II – pradolina III – wyżyna. Lista Holenderska [tab. 6] uwzględniają trzy poziomy zanieczyszczeń: 1. poziom A – wartość poziomu odniesienia 2. poziom B – wartość poziomu kontrolnego do podjęcia dokładniejszych badań 3. poziom C – wartość poziomu kontrolnego do podjęcia oczyszczania. Poszczególne normy różnią kategorie podziału, a także wielkości dopuszczalnych stężeń lub w niektórych przypadkach (Lista Holenderska) – wielkości warunkujące podjęcie odpowiedniego działania. Lista Berlińska stawia nieco wyższe (bardziej rygorystyczne) wymogi powierzchniom o tzw. wrażliwym wykorzystaniu (parki, rezerwaty itp.) oraz jako jedyna uwzględnia nie tylko zawartość chromu ogólnego lecz także chrom sześciowartościowy.. 12.

(13) Tab. 5. Wartości dopuszczalne metali ciężkich w gruncie w mg/kg s.m. (Lista Berlińska) Zanieczyszczenie Arsen Ołów Kadm Chrom (łącznie) Chrom VI Kobalt Miedź Nikiel Rtęć Cynk Cyna. Ia 10 100 2 150 5 100 200 200 0,5 500 100. Ib 7 100 1,5 100 5 100 100 50 0,5 300 100. II 20 500 10 400 25 200 500 250 1 2000 300. III 40 600 20 800 50 300 600 300 10 3000 100. Tab. 6. Wartości graniczne do oceny poziomu stężenia metali ciężkich w gruncie w mg/kg s.m. (Lista Holenderska) Zanieczyszczenie Chrom Kobalt Nikiel Miedź Cynk Arsen Molibden Kadm Cyna Bar Rtęć Ołów. A 100 20 50 50 200 20 10 1 200 200 0,5 50. 13. B 250 50 100 100 500 30 40 5 50 400 2 150. C 800 300 500 500 3000 50 200 20 300 2000 10 600.

(14) 4. Opis terenu badań Program badań terenowych objął opróbowanie i określenie zawartości metali ciężkich w glebach zanieczyszczonych emisją z hut cynku i ołowiu oraz składowisk odpadów zakładów przemysłowych. 4.1. Położenie. Obszar objęty badaniami (obszar testowy) leży w północno-zachodniej części Małopolski [ryc. 1], w odległości 42 km na północny zachód od Krakowa. Rozciąga się pomiędzy 19°20’12,5” i 19°38’15,5” długości geograficznej a 50°12”25,3” i 50°21’6” szerokości geograficznej tworząc pas szerokości 16 i długości 22 km, obejmując powierzchnię 352 km2. Administracyjnie obszar ten należy po części do województwa Śląskiego (zachodnia część) i Małopolskiego (wschodnia część). Geograficznie znajduje się w prowincji Wyżyny Polskiej [77], podprowincja Wyżyna Śląsko-Krakowska, w skład której wchodzą: Wyżyna Śląska (zachodnia część obszaru badań) i Wyżyna KrakowskoCzęstochowska (wschodnia część obszaru badań). 4.2. Klimat. Obszar objęty badaniami według regionalizacji E. Romera [139] należy do krainy klimatycznej Śląsko - Krakowskiej, do typu klimatu Wyżyn Środkowych, natomiast według R. Gumińskiego [44], wchodzi w skład dzielnicy częstochowsko - kieleckiej. Teren ten leży w strefie klimatu umiarkowanego, gdzie stosunki klimatyczne pozostają w silnym związku z czynnikami cyrkulacyjnymi. Położony w obrębie wyżyny otwartej od zachodu, północy i wschodu, a częściowo również od południa (Brama Morawska), znajduje się pod wpływem krzyżujących się różnorodnych mas powietrza (morskiego, kontynentalnego, a także arktycznego i zwrotnikowego). Na obszar ten najczęściej napływa powietrze polarno-morskie (64% przypadków). Powietrze polarnokontynentalne napływa w 31% przypadków, natomiast przez około 4% czasu w roku docierają tu masy powietrza zwrotnikowo-morskiego, a w 1 % - arktycznego. Dominują wiatry z sektora zachodniego, z kierunków SW, W, NW, które stanowią 45% ogółu wiatrów. Natomiast udział wiatrów wschodnich jest znacznie mniejszy (max do 30%wszystkich wiejących wiatrów). Omawiany teren charakteryzuje się dość dużą liczbą cisz (ponad 17 % dni w roku). Przeważają wiatry słabe o prędkości w granicach od 2,4m/s przy kierunku południowym do 3,5 m/s przy kierunku zachodnim. Dominacja wiatrów zachodnich warunkuje występowanie frontów atmosferycznych chłodnych, które stanowią ponad połowę wszystkich przechodzących tutaj frontów i występują dwukrotnie częściej niż fronty ciepłe. Roczny stopień zachmurzenia wynosi 65%. Zachmurzenie charakteryzuje się dużą zmiennością w ciągu roku, najmniejsze notuje się najczęściej w końcu lata (sierpień, wrzesień), a największe w grudniu, listopadzie oraz styczniu. Średnie roczne wartości usłonecznienia wahają się od 1300 do 1400 godzin. Średnia roczna temperatura powietrza dla posterunku Olkusz Olewin, za okres 19612000 wynosi 7,1°C. Najcieplejszym miesiącem jest lipiec (16,6°C), z kolei najchłodniejszym styczeń (–3,4°C). w całym roku notuje się średnio 82 dni z przymrozkiem, pierwsze przymrozki przypadają na wrzesień, a ostatnie wiosenne na maj, natomiast liczba dni z mrozem waha się w przedziale od 40 do 60 dni Charakterystyczną cechą są zmiany termiki między obszarem silnie uprzemysłowionym gdzie temperatura jest średnio o 1ºC wyższa, a 14.

(15) Ryc. 1. Lokalizacja terenu badań otaczającymi terenami. Charakterystyczna jest tu również duża roczna amplituda temperatur, wynosząca maksymalnie 21 C. Długość okresu wegetacji z temperaturą >5°C wynosi 200-210 dni. Średnia roczna suma opadów atmosferycznych z wielolecia waha się w pobliżu 750 mm. W przebiegu miesięcznym największe z nich przypadają na okres ciepły (od maja do sierpnia), kiedy w ich strukturze przeważają wydajne opady burzowe. Najmniejsze natomiast sumy opadów notowane są w początkach jesieni (wrzesień, październik) oraz zimie (luty). Ogólna liczba dni z opadem atmosferycznym wynosi średnio 165, z czego 34% (51 dni) to opady śnieżne. W ciągu roku występuje 38 dni z mgłą, a średnia liczba dni z pokrywą śnieżną wynosi przeciętnie 60-75 dni i jest bardzo zmienna w poszczególnych latach oraz zależna od rzeźby terenu [86, 93,102, 103, 120, 132, 133, 134, 135]. 4.3. Rzeźba terenu i hydrografia. Teren badań leży na obszarze dwóch dużych jednostek fizjograficznych: Wyżyny Śląskiej i Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej. Granica między tymi jednostkami ciągnie się od Zawiercia na północy poprzez Niegowonice, Klucze, Olkusz po Niesułowice na południu. Zaznacza się ona w morfologii wyraźną kuestą i dzieli omawiany rejon na dwa obszary zróżnicowane pod względem ukształtowania powierzchni [35, 76, 129]. Obszar Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej cechuje się urozmaiconą morfologią. W rejonie Olkusza pasma wzniesień i ostańców jurajskich osiągają wysokości 400-480m n.p.m. Podążając na zachód, na tereny wchodzące w skład Wyżyny Śląskiej obserwujemy mniejsze 15.

(16) wyniesienia sięgające nieco powyżej 350 m n.p.m. Najniższymi natomiast wysokościami bezwzględnymi charakteryzują się dolin rzek, gdzie rzędne obniżają się do 270 m n.p.m. rzędne terenu badań, który leży na połączeniu tych dwóch jednostek fizjograficznych, znajdują się w przedziale między 304 a 482 m n.p.m. Do charakterystycznych elementów morfologicznych Wyżyny Śląskiej w rejonie badań należą: Pustynia Błędowska i Pustynia Starczynowska. Są to duże obszary pokryte piaskami czwartorzędowymi. Łączy je wąski pas wypełniony utworami pradoliny Białej Przemszy, jednego z najważniejszych elementów rzeźby terenu, zwanej także doliną praPrzemszy [83]. Jej przebieg jest prawie równoleżnikowy [10, 81, 90, 91] i odmienny od współczesnego przebiegu doliny tej rzeki. Powstała ona, w wyniku erozji, w czasie tektonicznych ruchów wznoszących pod koniec trzeciorzędu i wypełniona została ostatecznie osadami wodno-lodowcowymi oraz rzecznymi podczas zlodowacenia środkowopolskiego i północnopolskiego. Przeważającą część tych utworów stanowią pochodne skał osadowych, głównie piaski, w których dominują ziarna kwarcu (88-97%), natomiast pozostałą część stanowi zwietrzelina skał magmowych i metamorficznych [87, 131, 138]. Wypływająca obecnie ze źródeł jurajskich koło Wolbromia na rzędnej 377m n.p.m. rzeka Biała Przemsza, nie jest uregulowana, a jej koryto cechuje się licznymi meandrami. Przepływając przez Pustynię Błędowską tworzy lokalne zalewiska. Przejmuje na omawianym obszarze szereg niewielkich dopływów, jak: Centuria, Sztoła, Biała i Kozi Bród. Oprócz cieków naturalnych obszar badań przecinają cieki sztuczne, do których jako najważniejsze należą: Kanał Roznos, Kanał Sztolnia oraz Kanał Dąbrówka. 4.4. Budowa geologiczna. Dzięki otworom wiertniczym, wyrobiskom kopalń oraz odsłonięciom naturalnym możliwe było dokładne poznanie budowy geologicznej obszaru objętego badaniami [ryc. 2, 3][182, 83, 152, 67, 68, 156]. Cechuje się on urozmaiconą budową geologiczną, za co odpowiedzialne są ruchy tektoniczne wielokrotnie nawiedzające te tereny. Z badań tych wynika, iż podłoże opisywanego obszaru tworzy brzeżna, północno-wschodnia część tzw. bloku górnośląskiego, który bezpośrednio na wschód od Bukowna graniczy wzdłuż strefy uskokowej Kraków – Lubliniec z tzw. masywem małopolskim [14, 80, 186, 187]. Zbudowane ze skał magmowych podłoże zalega na głębokości około 4 tys. m, zaś górna część bloku górnośląskiego zbudowana jest z metamorficznych skał prekambryjskich i osadowych skał dolnopaleozoicznych, reprezentowanych przez piaskowce, mułowce oraz iłowce [16, 15, 87]. Skały dewonu występują na powierzchni w rejonie Kluczy. Natomiast karbon znany jest z odkrywek oraz otworów wiertniczych wykonanych na zachód i południowy zachód od Bukowna. Skały dewonu wykształcone są jako: piaskowce o miąższości do 130 m, przeławicone mułowcami, iłowcami oraz zlepieńcami (dewon dolny); wapienie i dolomity uławicone miąższości do 500 m, miejscami masywne oraz margle o ciemnych barwach (dewon środkowy); płytowe wapienie o miąższości do 150 m (dewon górny). Karbon dolny reprezentowany jest głównie przez wapienie z wkładkami margli, iłowców i tufów, które w kierunku zachodnim przechodzą w skały okruchowe, piaszczystomułowcowe, natomiast górny to iłowce, mułowce i piaskowce znane m.in. z nielicznych odsłonięć powierzchniowych (np: w wyrobiskach Kopalni Piasku Podsadzkowego „Szczakowa”), których miąższość osiąga maksymalnie 350 m i zwiększa się w kierunku południowo-wschodnim [87]. Utwory triasu reprezentowane są na ogół przez skały węglanowe: wapienie i dolomity, powstałe jako osady morskie. W ich profilu wyróżnia się wapień muszlowy dolny, środkowy i górny. Wapienne utwory zostały wtórnie zdolomityzowane i zwane są dolomitami. 16.

(17) 17 Ryc. 2. Budowa geologiczna terenu badań wg [130]..

(18) 18 Ryc. 3. Objaśnienia do ryciny nr 2..

(19) kruszconośnymi lub warstwami olkuskimi [151, 161, 132]. Zasięg wtórnej dolomityzacji wapieni środkowotriasowych jest różny, stąd też miąższość dolomitów kruszconośnych waha się od kilku do kilkudziesięciu metrów, maksymalnie do 80 m. Dolomity te są krystaliczne, szare, porowate, miejscami kawerniste. Dolomityzacja spowodowała zatarcie większości tekstur pierwotnych wapieni, w tym przede wszystkim zniszczenie kopalnych szczątków fauny [46, 110, 161, 181, 124, 111]. W obrębie dolomitów kruszconośnych występuje mineralizacja cynku i ołowiu. Złoża rud cynku i ołowiu mają rozwinięcie generalnie horyzontalne (poziome) i miąższość do kilkunastu metrów [32, 31, 30]. Koncentracje rud powstały w rezultacie migracji gorących roztworów wodnych w obrębie dolomitów kruszconośnych. Kilkakrotnie powodowały one krasowienie skał, ich brekcjowanie oraz wytrącanie się minerałów kruszcowych [145, 146, 144]. Głównymi minerałami złożowymi są galena (siarczek ołowiu) oraz sfaleryt (siarczek cynku), którym towarzyszą siarczkowe minerały żelaza – piryt i markasyt oraz węglan wapnia – kalcyt. Stosunkowo duże domieszki w minerałach cynku i ołowiu stanowi srebro i kadm, a także german i tal. W strefie zwietrzałej złóż występuje galman – mieszanina smitsonitu (węglanu cynku) z kalcytem i innymi minerałami, których większe (złożowe) koncentracje były również przedmiotem eksploatacji [13, 30, 45, 74, 131, 46]. Utwory jury oraz kredy występujące na omawianym obszarze to głownie wapienie strefy powierzchniowej [75, 40]. Trzeciorzęd natomiast reprezentowany jest przez gruzowogliniaste wypełnienia obniżeń krasowych, które występują miejscami w obrębie węglanowych skał środkowego triasu, a czasami na powierzchni gdzie pokryte są jedynie zwietrzeliną i glebą. Osady czwartorzędu występują generalnie jako różnoziarniste piaski z wkładkami glin i żwirów, wykazują jednak duże zróżnicowanie litologiczne, co jest uwarunkowane różnym wiekiem osadów, odmiennymi warunkami powstania oraz ukształtowaniem podłoża. Najstarszymi utworami czwartorzędowymi są płaty utworów starszych, południowopolskich zlodowaceń, do których należą gliny zwałowe, zawierające otoczaki skał skandynawskich, miąższości nie przekraczającej kilku metrów [87]. Utwory powierzchniowe, najszerzej rozprzestrzenione to piaski stożków napływowych usypanych w młodszym pleistocenie. Lokalnie zawierają przewarstwienia mułków lub żwirów. Na przewianej powierzchni piaszczystych stożków napływowych powstały pokrywy utworów eolicznych - lessów. Miąższość ich jest zmienna, sięgająca maksymalnie kilkunastu metrów (rejon Krzykawy koło Olkusza) [135]. Współczesne osady to przede wszystkim mułki, piaski oraz iły pokryw aluwialnych den dolin rzecznych. 4.5. Gleby. Warunki litologiczne na terenie badań wpłynęły na zróżnicowanie pokrywy glebowej. Wyraźny jest podział na gleby leśne, związane w dużej mierze z ubogimi utworami piaszczystymi oraz gleby użytkowane rolniczo, związane z zasobniejszymi utworami wapiennymi oraz bogatszymi piaskami gliniastymi. Typologicznie dominują rędziny (brunatne i inicjalne), gleby brunatne oraz gleby bielicoziemne [132, 1333, 134, 135, 152, 67, 35, 129, 184]. Rędziny spotykamy w miejscach występowania górnojurajskich wapieni skalistych i ławicowych. Są one na tym obszarze zróżnicowane pod względem głębokości i składu mechanicznego. Dominują rędziny mieszane lekkie i średnie o składzie piasków gliniastych lekkich i średnich. Odczyn gleb jest obojętny, jednak w górnych partiach profilu glebowego często występuje odczyn kwaśny. Głębokość rędzin jest zmienna, lecz w większości przypadków nie przekracza miąższości kilkudziesięciu centymetrów. Większa część terenów występowania rędzin jest użytkowana rolniczo. Najczęściej są to kompleksy o przydatności. 19.

(20) rolniczej, ocenianej jako żytni i żytnio-ziemniaczany, dobry oraz słaby. Na terenach leśnych związane są z nimi siedliska lasu i lasu mieszanego. Gleby brunatne wytworzyły się z utworów gliniastych lub lessowych. Ich odczyn jest najczęściej słabokwaśny, a w profilu na ogół nie stwierdza się obecności węglanu wapnia. Wśród gleb rolnych dominuje kompleks przydatności rolniczej: żytni dobry i słaby. W terenach leśnych dominują gleby brunatne kwaśne tworząc przeważnie siedliska lasów i lasów mieszanych. Gleby bielicoziemne wytworzone są z lekkich utworów piaszczystych. Charakteryzuje je kwaśny odczyn i mała zasobność w składniki pokarmowe oraz duża przepuszczalność. Gleby te w dużej części pozostały zalesione. Tworzą siedliska borów i borów mieszanych. Występujące na terenach rolnych gleby bielicoziemne, wytworzone z piasków gliniastych, tworzą żytnie bardzo słabe kompleksy przydatności rolniczej. Gleby innych typów występują na znacznie mniejszych obszarach. Wzdłuż nielicznych cieków można spotkać mady, a na terenach zalewowych Białej Przemszy gleby bagienne torfowe i torfowo-murszowe. Na gleby tego obszaru wyraźny wpływ miało też długoletnie oddziaływanie antropogeniczne prowadząca do przesuszenia terenu oraz zmian składu chemicznego gleb. Charakterystyczne, są też słabo wykształcone gleby kwarcowokrzemianowe, bezwęglanowe, kwaśne i bardzo ubogie w składniki pokarmowe, utworzone z czwartorzędowych luźnych piasków, występujące w rejonie Pustyni Starczynowskiej lub Błędowskiej. Jako grunty rolne użytkowane jest niespełna 25% (85,5 km2) ogółu gleb występujących na obszarze badań. Stosunkowo niski udział użytków rolnych jest pośrednim wskaźnikiem słabej jakości gleb. Potwierdza to struktura użytków rolnych, w których dominowały kompleksy żytnie słabe i bardzo słabe, następne w kolejności plasują się lepsze kompleksy żytnie, zaś kompleksy pszenne występują marginalnie i nie odgrywają większej roli w strukturze użytków rolnych. 4.6. Lasy. Na omawianym terenie badań lasy (wraz z łąkami śródleśnymi) zajmują obszar 222,8 km2, co stanowi 63,3% łącznej powierzchni badań. Dominującymi siedliskami leśnymi są siedliska borowe: bór świeży i suchy, występujące na ubogich glebach, przewiewnych i przepuszczalnych, z natury rzeczy będących podłożem monokultur sosnowych. Pomimo przynależności do średniej klasy wiekowej miejscami drzewostany nie osiągnały pełnego zwarcia, co świadczy o skrajnym ubóstwie gleb, które porastają. Siedliska lasów mieszanych lub lasów wyżynnych czy olsów występują sporadycznie, zajmując gleby zasobniejsze w składniki pokarmowe. Ciekawostką jest występowanie na terenie Bukowna w rejonie Diablej Góry ciepłolubnej buczyny storczykowej [132, 134, 152, 67, 35, 129, 184, 50]. 4.7. Zagospodarowanie terenu. W zasięgu obszaru badań znajdują się liczne osiedla, zakłady przemysłowe, kopalnie, drogi oraz linie kolejowe i inne elementy zagospodarowania terenu [152, 67, 35, 129, 68, 184, 132, 133, 134, 135]. Zajmują one łączną powierzchnię 43,7km2 (12,4% całego terenu badań), z czego: • kopalnie kruszyw, surowców mineralnych, zakłady przemysłowe itp - 25 km2, • zabudowa urbanizacyjna- zwarta oraz rozproszona-18,7 km2 [ryc. 4]. Do najważniejszych ośrodków miejskich należą miasta: Olkusz, Bukowno, Sławków, Klucze oraz częściowo Jaworzno i Dąbrowa Górnicza. Miasta te oraz wiele mniejszych miejscowości łączy ze sobą gęsta sieć dróg, z których najważniejsze znaczenie ma droga. 20.

(21) 21 Ryc. 4. Zagospodarowanie terenu badań..

(22) krajowa nr 4 (DK E40) oraz linie kolejowe dwutorowe (w kierunku Olkusza, Kielc, Katowic i Jaworzna) i szerokotorowe (Linia Hutniczo - Siarkowa biegnąca od wschodniej granicy Polski do stacji w Sławkowie). Zakładami dominującymi na terenie badań są Zakłady Górniczo-Hutnicze „Bolesław” S.A (zajmujące się wydobywaniem rud cynkowo-ołowiowych, ich przerobem i produkcja koncentratów cynku i jego stopów) oraz PCC Rail Szczakowa S.A (wydobywający piasek kwarcowy). Pozostałe zakłady znajdujące się w obrębie omawianego obszaru to: • PHS „Katowice” oraz Koksownia „Przyjaźń” w Dąbrowie Górniczej, • Elektrownia „Siersza” w Trzebini, • Olkuska Fabryka Naczyń Emaliowanych w Olkuszu, • Kopalnia „Olkusz” w Olkuszu, • „Bolesław Recycling” Sp. z o.o. w Bukownie, • „Bol-therm” Sp. z o.o. w Bukownie, • „Arkop” Sp. z o.o. w Bukownie, • „International Paper Klucze S.A. w Kluczach, • Huta Szkła Walcowanego „Jaroszowiec” w Jaroszowcu, • Cegielnia „Sławków” w Sławkowie oraz wiele pomniejszych zakładów, składów materiałów budowlanych i innych. 4.8. Źródła zanieczyszczeń. Rozpatrując zanieczyszczenie gleb, największą uwagę należy zwrócić na zanieczyszczenia emitowane do powietrza. To one bowiem w wyniku opadu suchego lub wraz z opadami atmosferycznymi zostają zdeponowane na powierzchni gleb (lub roślin), gdzie mogą zostać związane przez materię organiczną glebowych poziomów powierzchniowych lub zostać wmyte w głąb profilu glebowego [70, 25]. Źródła emisji z uwagi na pochodzenie można podzielić na: • źródła pochodzenia naturalnego, np: erupcje wulkanów, pożary lasów, • źródła sztuczne, będące skutkiem działalności ludzkiej. W przypadku omawianego obszaru badań ten drugi typ źródeł emisji w głównym stopniu jest odpowiedzialny za nadmierne ilości niektórych składników w glebach. W skład źródeł emisji zanieczyszczających powietrze wchodzą: • zakłady przemysłowe (emisja z procesów technologicznych), • przedsiębiorstwa energetyki cieplnej (energetyczne spalanie paliw na cele grzewcze oraz na potrzeby technologiczne), • tzw. niska emisja, czyli emisja z indywidualnych systemów grzewczych, • transport, oraz emisja niezorganizowana związana z pyleniem i roznoszeniem materiału przez wiatr z hałd, zwałowisk, składowisk i innych sztucznych obiektów pochodzenia antropogenicznego. Główne zakłady i przedsiębiorstwa odpowiedzialne za emisję zanieczyszczeń do atmosfery, w większości zostały wymienione we wcześniejszym rozdziale. Z nich wszystkich, najprawdopodobniej decydujący wpływ na stan sanitarny powietrza ma Zakład GórniczoHutniczy „Bolesław” S.A. oraz przynależne do niego osadniki materiału poflotacyjnego i skały płonnej. Poza lokalnymi emitorami zanieczyszczeń, występują również inne znajdujące się, bądź w bezpośrednim sąsiedztwie obszaru badań (Huta „Katowice”, Elektrownia „Siersza”), bądź znajdujące się w znacznej odległości od obszaru badań, jednak mające. 22.

(23) istotny na niego wpływ (Zakłady Chemiczne w Oświęcimiu, Elektrownia „Jaworzno” oraz zakłady w Chrzanowie i Trzebini) [35, 129, 68, 184, ryc. 5]. Najważniejszymi zanieczyszczeniami emitowanymi do powietrza z tych zakładów są: • pył opadający i zawieszony, • metale ciężkie: zwłaszcza cynk, ołów i kadm • tlenek węgla, • dwutlenek siarki, • tlenki azotu, • węglowodory, • sadza oraz fenol, • fluor, formaldehyd i amoniak. • benzo-alfa-piren i inne węglowodory aromatyczne, Do źródeł niskiej emisji zalicza się lokalne kotłownie o emitorach nie wyższych niż 40 m oraz indywidualne ogrzewanie mieszkań i budynków mieszkalnych, które emitują do atmosfery substancje toksyczne pochodzące z procesów spalania różnego rodzaju paliw dla pokrycia potrzeb grzewczych. Natomiast zanieczyszczenia pochodzące z transportu związane są głównie z drogą krajową nr 4 (Kraków - Katowice), oraz z ruchem samochodowym wewnątrz miast znajdujących się w obrębie obszaru badań. Zanieczyszczenia tego typu zwykle mają niewielki zasięg i swoim oddziaływaniem obejmują najczęściej obszar przyległy do dróg [165, 53, 89].. Ryc. 5. Źródła emisji zanieczyszczeń w obrębie i otoczeniu terenu badań.. 23.

(24) 5. Metodyka badań Realizacja badań wymagała ustalenia metodyki, zaplanowania i następnie wykonania harmonogramu badań terenowych, związanych z pozyskaniem niezbędnych materiałów, które w toku dalszych prac zostały poddane szczegółowym analizom laboratoryjnym. 5.1. Badania terenowe. Prace terenowe obejmowały wykonanie odkrywek glebowych (26 głównych oraz 40 uzupełniających). Ich położenie zlokalizowano przy wykorzystaniu odbiornika GPS. Opróbowanie wykonano w okresie czerwiec-sierpień 2006 roku, natomiast odkrywki uzupełniające wykonano w sierpniu i wrześniu 2007 roku. Wszystkie próbki glebowe pobrano zgodnie z normą PN-R-04031:1997: Pobieranie prób [128]. Założona głębokość 150-ciu cm, do jakiej planowano wykonać podstawowe odkrywki glebowe, możliwa była do zrealizowania tylko w przypadku 17 punktów. W pozostałych przypadkach, najczęściej z uwagi na zbyt płytko zalegające warstwy skalne (8 punktów) lub zbyt wysokie zwierciadło wód gruntowych (1 punkt), głębokość, do jakiej wykonano odkrywki została ograniczona [zał. 1]. Każdą odkrywkę następnie (w miarę możliwości) podzielono na warstwy o przedziałach: 0-30 (warstwa I), 30-70 (II) oraz 70-150(III) cm, z których pobierano próbę glebową do dalszych analiz laboratoryjnych. W kilku przypadkach (tam gdzie występował poziom organiczny) pobrano również próbki tego poziomu. Uzupełniające odkrywki wykonano do głębokości 70 cm, tak, aby możliwe było objęcie badaniami dwóch pierwszych przedziałów głębokości. Odejście od podziału genetycznego profili glebowych, w którym wyróżnia się poziomy oraz warstwy glebowe i zastąpienie go rozbiciem na przedziały o z góry zdefiniowanej miąższości, było zamierzeniem celowym. Takie podejście gwarantuje możliwość interpretacji uzyskanych wyników w oparciu o standardy jakości gleb, gdzie jako obowiązującą uznaje się warstwę pierwszych (wierzchnich) 30 cm gleby, w której rozpatruje się zawartości poszczególnych związków. Tym samym uważa się, iż warstwa ta jest warstwą dominującą i najważniejszą we wszelkiego rodzaju opracowaniach związanych z jakościowym badaniem gleb. Podział profili z uwagi na ich budowę genetyczną, prowadziłby do zbyt dużego rozbicia na poszczególne poziomy (lub warstwy) glebowe, które dodatkowo nawet w profilach glebowych tych samych typów gleb, mogą znacząco się różnić między sobą miąższością, głębokością występowania i wieloma innymi parametrami. Do tego dochodzą jeszcze mogące wystąpić, szczególnie w glebach bielicoziemnych, niewyraźne przejścia pomiędzy poziomami jak również oznaczane niekiedy poziomy przejściowe lub mieszane. Uwzględnienie wszystkich elementów prowadzić by mogło do zbyt mnogiej parametryzacji zagadnienia i tym samym powodować trudności w interpretacji uzyskanych wyników. Stąd też w niniejszej pracy skupiono się na trzech poziomach głębokości, odchodząc tym samym od standardowej warstwy pierwszych trzydziestu centymetrów gleby, na której koncentruje się większość badaczy [183, 100, 176, 185, 158]. Odkrywki glebowe podstawowe zlokalizowane są w węzłach sieci stworzonej przez koncentryczne okręgi oraz linie obserwacyjne rozchodzące się promieniście, od domniemanego centrum emisji, czyli ZGH „Bolesław” [ryc. 6]. Odkrywki uzupełniające obejmują najbliższe sąsiedztwo podstawowych odkrywek glebowych o numerach: 3, 7, 8, 16 i 18 [ryc. 7], ich lokalizację wyznaczono w oparciu o siatkę kwadratów o boku 20 m. Natomiast wykonanie ich miało na celu uchwycenie zmienności krótko dystansowej zanieczyszczeń występujących w glebie.. 24.

(25) Emitowane do powietrza metale ciężkie gromadzą się na powierzchni gleby. Skutkiem tego jest ich znaczna akumulacja głównie w poziomie próchnicznym, skąd później przenikają w głąb profili. Określenie zakresu tego przemieszczania jest bardzo ważnym zagadnieniem. Wyznaczenie wcześniej wspomnianych przedziałów głębokości odkrywek podstawowych oraz uzupełniających uznano za wystarczające do wnioskowania o rozkładzie polutantów na badanym obszarze oraz do próby opracowania metodyki dokumentowania przekształceń chemicznych gleb. W trakcie wykonywania prac terenowych sporządzono dokumentację fotograficzną oraz opisową podstawowych odkrywek glebowych [zał. 1], uwzględniającą takie parametry, jak: • lokalizacja punktu w układzie WGS84 oraz UTM Zone 34N (dla regionu Polski), • głębokość odkrywki, • cechy morfologiczne profili glebowych, • typ i podtyp gleby, • określenie rodzaju użytkowania. Łącznie do badań laboratoryjnych pobrano 205 próbek glebowych.. Ryc. 7. Schemat rozmieszczenia odkrywek uzupełniających (kolor żółty) wokół odkrywki podstawowej (kolor czerwony).. 25.

(26) 26 Ryc. 6. Rozmieszczenie głównych odkrywek glebowych..

(27) 5.2. Badania laboratoryjne. Analizy laboratoryjne dotyczące oznaczeń właściwości fizycznych i chemicznych gleb wykonano w Laboratorium Katedry Kształtowania i Ochrony Środowiska Wydziału GGiIŚ Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Oznaczenia wykonano zgodnie z ogólnie stosowanymi i przyjętymi w gleboznawstwie metodami analitycznymi [92, 115, 118] oraz normami krajowymi. W trakcie badań laboratoryjnych oznaczono: • skład granulometryczny – metodą Casagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego (wg BN-78/9180-11: Gleby i utwory mineralne – podział na frakcje i grupy granulometryczne) [12], • gęstość fazy stałej gleby – metodą piknometryczną (wg PN-ISO 11276: Jakość gleby. Oznaczenie gęstości fazy stałej) [ 127], • odczyn pH w H2O i 1mol/dm3 KCl – metodą potencjometryczną (wg PN-ISO 10390: Jakość gleby. Oznaczenie pH.) [125], • przewodność elektrolityczną właściwą (PEW) – metodą konduktometryczną (wg PNISO 11265+AC1: Jakość Gleby. Oznaczanie przewodności elektrolitycznej właściwej) [126], • zawartość fosforu ogólnego – metodą kolorometryczną (jako kompleks heteropolikwasu molibdeno-wanado-fosforowego) po rozpuszczeniu w mieszaninie kwasów nadchlorowego i azotowego w stosunku 4:1, • zawartość siarki i węgla – przy pomocy analizatora elementarnego Eltra CS500, • całkowitą zawartość pierwiastków: Na. Mg, K, Ca, Fe, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Sr, Cd, Pb – metodą ASA po mineralizacji w mieszaninie kwasów nadchlorowego i azotowego w stosunku 4:1.. 27.

(28) 6. Wyniki badań Wśród odkrywek glebowych najczęściej reprezentowane były gleby bielicoziemne [160], w tym takie jak: • bielice– 6 profili, • gleby bielicowe – 4 profile, • gleby bielicowe w stadium inicjalnym – 4 profile. Pozostałe typy gleb, z jakimi spotkano się w czasie wykonywania odkrywek glebowych to odpowiednio: • rędziny – 5 profili, • gleby płowe – po 4 profile, • czarna ziemia – 2 profile, • gleba brunatna – 1 profil. Przykładowe profile przedstawia rycina nr 8, zaś podstawowe właściwości pobranych próbek gleb przedstawiają się następująco. 6.1. Skład granulometryczny. Skład mechaniczny [zał. 2] tworzywa mineralnego gleb wg normy [12] odpowiadał najczęściej piaskom (89% próbek), przy czym najliczniej reprezentowały grupę piasek luźny, do którego zaliczono 74% próbek. Następne w kolejności były: piaski słabogliniaste (10% próbek), piaski gliniaste lekkie (4%) oraz piaski gliniaste mocne (1%). Pozostałe grupy mechaniczne reprezentowały próbki odpowiednio: gliny lekkiej (6%), pyłu zwykłego (4%) oraz iłu (1%) [ryc. 9]. Biorąc pod uwagę średnią zawartość frakcji w poszczególnych profilach, zdecydowaną większość stanowiły gleby piaszczyste, natomiast o innym składzie mechanicznym występowały marginalnie [ryc. 10]. 6.2. Odczyn. Wartość pH [zał. 2] przebadanych próbek wahała się w zakresie od 3,5 (dla pH zmierzonego w KCl) i 4,3 (dla pH zmierzonego w H2O) dla bielic i gleb bielicowych do 7,8 (KCl) i 8,3 (H2O) dla rędzin [tab. 7]. Dało się też zauważyć wyraźne zróżnicowanie przestrzenne wartości pH w warstwie 0-30 cm, które były najwyższe w próbkach pobranych z terenów wchodzących w obręb obszarów miejskich (Olkusz, Bukowno, Sławków) lub z terenów w ich pobliżu. Najniższe wartości pH występowały natomiast w przypadku prób glebowych z terenów leśnych [ryc. 11]. Różnice pomiędzy warstwami w profilach nie były duże, choć zdecydowanie najwyższe wartości pH oznaczono w warstwie 30-70 cm [ryc. 12]. 6.3. Gęstość właściwa. Z uwagi na dominującą zawartość frakcji piasku i prawie jednakowy skład mechaniczny wszystkich próbek, gęstość właściwa nie wykazywała większego zróżnicowania [zał. 2] wśród ogółu próbek glebowych i wynosił średnio 2,64 g/cm3 (przy odchyleniu standardowym 0,06) [tab. 7]. Wartość ta odpowiada średniej wartości gęstości właściwej dla mineralnych gleb Polski [25]. Wraz ze zwiększaniem się głębokości pobrania próbek [ryc. 12] (równolegle ze wzrostem zawartości części spławialnych) gęstość właściwa rosła, uzyskując maksymalną wartość 2,79 g/cm3 w warstwie dolnej odkrywki nr 19. 28.

(29) BIELICA. GLEBA BIELICOWA. GLEBA PŁOWA. BIELICA. GLEBA BRUNATNA. CZARNA ZIEMIA. Ryc. 8. Przykładowe profile glebowe z terenu badań.. 29.

(30) Ryc. 9. Rozkład składu mechanicznego próbek.. Ryc. 10. Średnia zawartość poszczególnych frakcji w całym profilu w podstawowych odkrywkach glebowych. 30.

(31) Tab. 7. Podstawowe statystyki wybranych parametrów próbek glebowych w poszczególnych warstwach. Parametr H2O KCl PEW piasek pył cz. spł. c. wł. Na Mg K Ca Fe Cr Mn Ni Cu Zn Sr Cd Pb %C %S %P. 0-30cm 6,04 5,54 0,057 85,38 7,46 7,15 2,62 53,80 1272,08 872,00 4899,19 5946,15 7,22 361,90 6,56 5,50 474,35 3,37 4,09 101,40 2,032 0,027 0,022. Średnia 307070cm 150cm 6,45 6,25 5,89 5,67 0,034 0,026 89,25 87,05 5,13 4,79 5,63 8,16 2,66 2,67 38,71 79,44 1237,63 3855,11 825,50 1678,00 1639,79 6520,95 6217,50 4797,89 6,40 5,07 237,39 114,09 4,42 4,82 2,54 2,21 248,31 93,45 2,05 3,10 2,53 0,48 31,38 13,03 0,243 0,383 0,002 0,002 0,008 0,007. 00-30cm 150cm 6,16 6,10 5,60 5,60 0,042 0,035 87,78 91,50 5,89 4,00 6,33 4,50 2,64 2,62 55,25 37,53 1782,91 404,50 982,36 408,00 3831,75 720,00 5639,14 3485,00 6,20 6,25 227,51 176,00 5,23 3,00 4,35 4,25 290,02 169,50 2,96 2,50 3,06 2,33 61,75 73,50 1,204 1,181 0,019 0,010 0,013 0,018. 31. mediana 307070cm 150cm 6,70 6,00 5,90 5,30 0,021 0,018 96,00 98,00 2,00 1,00 1,50 1,00 2,65 2,66 18,23 17,05 166,00 187,00 249,00 251,00 160,50 172,00 2035,00 1430,00 3,75 3,00 70,15 47,90 1,50 1,50 1,00 1,00 31,25 22,00 1,74 1,25 0,23 0,15 12,50 2,50 0,153 0,063 0,002 0,001 0,007 0,002. 00-30cm 150cm 6,10 4,50 5,50 3,80 0,027 0,013 95,00 23,00 3,00 0,00 2,00 0,00 2,65 2,56 30,35 14,25 200,00 130,00 300,00 185,00 360,00 140,00 2510,00 1900,00 4,00 1,00 74,80 16,00 2,00 1,00 3,00 2,00 68,50 6,00 1,87 0,00 0,80 0,25 40,50 34,00 0,354 0,247 0,004 0,004 0,009 0,003. wartość minimalna 307070cm 150cm 5,20 5,30 4,50 4,30 0,009 0,009 28,00 5,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2,60 2,63 4,60 8,20 107,00 112,00 157,00 144,00 60,00 10,00 860,00 680,00 1,00 1,00 14,50 14,00 0,50 0,50 0,50 0,50 7,00 5,00 0,00 0,00 0,00 0,05 0,00 0,00 0,013 0,011 0,000 0,000 0,001 0,000. wartość maksymalna 0700-30cm 30-70cm 150cm 150cm 4,30 7,40 8,10 8,30 3,50 7,70 7,80 7,80 0,009 0,192 0,097 0,110 5,00 100,00 100,00 100,00 0,00 50,00 44,00 42,00 0,00 33,00 28,00 86,00 2,45 2,70 2,75 2,79 4,60 209,10 130,10 969,00 72,00 8590,00 11220,00 41340,00 125,00 3960,00 4011,00 21730,00 10,00 64400,00 16260,00 59500,00 680,00 27530,00 56400,00 39900,00 1,00 20,50 19,50 21,50 14,00 1550,00 1250,00 970,00 0,00 49,00 20,00 40,50 0,50 19,00 7,50 11,50 5,00 2990,00 2840,00 630,00 0,00 20,00 5,21 20,61 0,00 20,00 33,40 3,15 0,00 327,50 196,50 101,50 0,011 19,382 1,169 3,071 0,000 0,367 0,007 0,004 0,000 0,097 0,017 0,039. 0-150cm. 0-30cm. 8,30 0,86 7,80 1,23 0,192 0,050 100,00 16,68 50,00 9,77 86,00 8,36 2,85 0,04 969,00 44,03 41340,00 2190,20 21730,00 1004,45 64400,00 13040,10 56400,00 5971,83 21,50 5,12 1550,00 444,72 49,00 9,72 20,00 3,90 2990,00 736,14 20,61 3,99 33,40 4,88 327,50 74,54 19,382 3,646 0,487 0,070 0,097 0,020. odchylenie standartowe 7030-70cm 0-150cm 0-30cm 150cm 0,81 0,95 0,90 5,40 1,02 1,04 1,13 4,30 0,028 0,030 0,038 0,027 16,79 26,81 18,40 82,00 9,17 9,89 8,91 3,00 8,37 20,66 11,89 2,00 0,03 0,03 0,06 2,59 39,54 218,67 110,10 25,40 2655,09 10811,68 5603,25 186,00 1099,84 4942,03 2517,30 240,00 3717,86 18603,17 11835,58 300,00 11667,16 9300,36 8457,26 2420,00 5,92 5,39 5,17 3,00 342,97 221,83 344,81 56,50 5,96 9,47 7,88 2,00 2,58 3,26 4,61 3,00 619,14 183,17 577,25 77,00 1,47 5,01 3,52 1,50 7,11 0,93 5,92 1,45 48,73 27,98 71,52 56,50 0,280 0,936 2,444 0,916 0,002 0,001 0,067 0,008 0,005 0,011 0,015 0,009. dolny kwartyl 307070cm 150cm 5,65 5,40 4,90 4,90 0,016 0,012 85,50 95,00 1,00 1,00 0,00 0,00 2,65 2,65 12,93 11,80 130,50 145,00 201,00 216,00 115,00 120,00 1225,00 1140,00 2,00 1,50 27,75 23,00 1,00 1,00 0,50 0,50 16,00 11,50 1,00 1,00 0,13 0,05 3,50 0,50 0,076 0,030 0,001 0,001 0,004 0,000. 0150cm 5,50 4,80 0,018 86,00 1,00 1,00 2,61 15,70 151,00 214,00 142,00 1460,00 2,50 32,00 1,00 1,00 20,00 1,00 0,20 6,00 0,082 0,001 0,003. 0-30cm 6,70 6,30 0,071 95,00 8,00 10,00 2,64 59,55 1006,00 1040,00 1350,00 6890,00 9,50 440,00 8,50 6,00 400,00 3,26 4,30 114,50 1,801 0,015 0,030. górny kwartyl 307070cm 150cm 6,95 6,80 6,50 6,60 0,042 0,021 99,00 99,00 6,00 3,00 10,00 2,00 2,67 2,67 54,90 30,50 669,00 367,00 979,00 320,00 1240,00 500,00 5735,00 2550,00 9,05 8,00 360,00 96,50 5,75 2,50 5,25 1,50 112,75 58,00 3,03 1,87 0,88 0,25 29,50 10,00 0,280 0,109 0,003 0,003 0,012 0,012. 0150cm 6,80 6,40 0,050 98,00 7,00 6,00 2,66 59,55 664,00 778,00 1300,00 6740,00 8,50 224,50 6,50 6,00 197,50 3,47 2,65 91,00 1,369 0,010 0,018.

(32) Ryc. 11. Wartość pH w warstwie gleby 0-30 cm. Ryc. 12. Rozkład wartości średnich wybranych właściwości profili glebowych. 6.4. Przewodność elektrolityczna właściwa. Zmierzona metodą konduktometryczną wartość PEW [zał. 2], wynosiła średnio 42 μS/cm [tab. 7], z czego najwyższymi wartościami charakteryzowały się warstwy 32.

(33) powierzchniowe (warstwa 0-30 cm) profili glebowych [ryc. 12]. Najwyższa zanotowana przewodność elektrolityczna właściwa wynosiła 192 μS/cm, co wskazuje na znikomą ilość soli rozpuszczalnych w glebie i tym samym, jak podaje literatura [36, 92, 180], nie stanowią one praktycznie żadnego zagrożenia ani nie oddziałują szkodliwie, zarówno na roślinność, jak i na właściwości fizyczne gleb. 6.5. Zawartość fosforu ogólnego, węgla i siarki. We wszystkich próbkach glebowych zawartość fosforu ogólnego była niska [121] i wynosiła średnio 0,013%, przy czym wartości zanotowane w warstwie I były najwyższe i wynosiły średnio 0,022%, natomiast warstwa III profili glebowych charakteryzowała się najniższą zawartością fosforu na poziomie 0,007% [tab. 7]. Wyjątek stanowiły tu próbki dodatkowe pobrane z poziomów organicznych odkrywek glebowych nr 1, 3, 5 oraz odkrywka nr 2, gdzie poziom P ogólnego był znacznie wyższy i wynosił 0,085% [zał. 2]. Oznaczone zawartości siarki w większości utrzymywały się w przedziale charakterystycznym dla gleb bielicowych i bielic [25]. W warstwie 0-30 cm zawartość S wynosiła średnio 0,027%, a poniżej tej głębokości jej poziom spadał do 0,002% [tab. 7]. Nieco wyższą zawartość S w warstwie I-ej pozostałych typów gleb należy wiązać z większą zawartością materii organicznej w poziomach powierzchniowych tych gleb oraz siarką pochodzenia organicznego mogącą tam występować. Analogicznie sytuacja wyglądała w przypadku węgla ogólnego, gdzie dla próbek z poziomów organicznych oraz dla części próbek z warstwy I, zanotowane wyniki znacznie przewyższały średnie zawartości tego pierwiastka w glebie. W materiale pobranym do analiz z poziomów organicznych profili nr 1 i 3 zawartość węgla ogólnego wynosiła nieco ponad 30%. Natomiast w przypadku pozostałych próbek oznaczone zawartości węgla ogólnego były zbliżone do wartości charakterystycznych dla typów gleb, z których próbki owe zostały pobrane [114]. 6.6. Zawartość makropierwiastków: Na, K, Ca, Mg i Fe. Pod względem zasobności w sód pobrane próbki należałoby zaliczyć do ubogich w ten pierwiastek, choć jego zawartość w poszczególnych próbkach jest znacznie zróżnicowana mieszcząc się w przedziale pomiędzy 0,0004% a 0,0969% [zał. 2], jednakże tak niska zawartość sodu (średnio 0,0055% [tab. 7]) w glebach nie odgrywa znaczącej roli. Jego niski poziom należy tłumaczyć nieznaną zawartością w próbkach minerałów ilastych jak również pierwotnych glinokrzemianów (ortoklaz, albit, hornblenda), w których sód jest jednym z głównych składników [25]. Dodatkowym niekorzystnym zjawiskiem jest dość łatwe wypłukiwanie jonów sodowych w głębsze poziomy gleb, gdzie jego koncentracja, w przypadku analizowanych próbek, jest największa [ryc. 13]. Zwiększenie zawartości sodu w glebie może nastąpić między innymi w przypadku antropogenicznego oddziaływania, do którego zaliczyć należy stosowanie soli w okresie zimowym, niewłaściwe dawkowanie nawozów rolniczych, ale również jak wykazali Hiller i Meuser [48] akumulacja pyłów przemysłowych, ze spalania węgla lub odpadów komunalnych, jak również przesączająca się ze składowisk odpadów poflotacyjnych wysoce zmineralizowana woda [116]. Z podobnymi przypadkami najprawdopodobniej mamy do czynienia na obszarze naszego terenu badań, gdzie daje się zauważyć znaczny wzrost stężenia tego pierwiastka w okolicach Olkusza i Bolesławia. W próbkach z tych właśnie rejonów zanotowane zostały największe jego stężenia [ryc. 14] sięgające pułapu 0,0209% (w warstwie 0-30cm). Największą natomiast wartość prawie 0,1% Na można było zaobserwować w spodniej części profilu glebowego odkrywki nr 19, gdzie występował ił bogaty w minerały ilaste i glinokrzemiany. Silna korelacja pomiędzy. 33.

(34) zawartością sodu i ilością występujących w profilu minerałów ilastych występuje także w przypadku potasu [ryc. 15].. Ryc. 13. Średnia zawartość makropierwiastków w profilach glebowych.. 34.

(35) Ryc. 14. Zawartość makropierwiastków w warstwie gleby 0-30 cm badanego obszaru. 4500. 220 200. 4000. 180. 3500. 160 3000. 140 120 Na. K. 2500 2000. 100 80. 1500. 60. 1000. 40 500. 20. 0. 0. -500. -20 -5. 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. -5. cz ęści spławialne. 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. cz ęści spławialne. Ryc. 15. Wykres zależności między ilością części spławialnych a zawartością potasu i sodu.. 35.

(36) Oznaczone podczas badań zawartości potasu wahały się od wartości bardzo niskich, rzędu 0,0125% do ponad 2% [tab. 7]. Tak wysoka zawartość jest charakterystyczna dla bardzo ciężkich utworów [25]. Dotyczy to tylko dolnych warstw odkrywki nr 19 analogicznie jak w przypadku sodu [zał. 2]. Duża zawartość minerałów ilastych w dolnej części profilu oraz wchodzący w ich skład i najprawdopodobniej występujący tam illit wpłynęły na podwyższoną zawartość K w próbce glebowej [25, ryc. 13]. Przestrzenny rozkład tego pierwiastka w warstwie 0-30 cm przedstawiono na rycinie nr 14, gdzie podobnie jak miało to miejsce w przypadku sodu, występują dwa rejony o podwyższonej zawartości K znajdujące się w okolicach Olkusza i Bolesławia. Większe ilości wapnia, z uwagi na lekki skład mechaniczny pobranych próbek, występowały bardzo sporadycznie. Z reguły określone ilości Ca nie przekraczały poziomu 0,01% i tylko w kilku przypadkach, tam gdzie mieliśmy do czynienia z węglanową skałą macierzystą w profilu glebowym (profil nr 12) lub bogaty w kationy wapnia ił (profil nr 19), wartość ta sięga nawet nieco ponad 6% [zał. 2]. Pomimo dużych zawartości Ca w kilku próbkach, średnia dla ogółu jest niska, wynosząc 0,38% [tab. 7]. W warstwie 0-30 cm największe stężenie tego pierwiastka zanotowano w próbce z odkrywki nr 2 [ryc. 14]. Magnez, podobnie jak wapń, tylko w kilku przypadkach występował w nieco większych ilościach. W warstwie I największe zawartości oznaczono w profilach nr 21, 19, 2 i 8 [ryc. 14], gdzie ilość Mg wahała się między 0,45 a 0,86% [zał. 2], przy czym podwyższoną zawartość Mg (oraz Ca) w rejonie odkrywki nr 8 należałoby raczej wiązać z oddziaływaniem znajdującego się w pobliżu osadnika, niż z naturalnymi właściwościami gleby [41]. W głębszych partiach profili glebowych najwyższymi zawartościami charakteryzowały się profile nr 19 (4,1%) i 12 (2,5%). Średnia zawartość magnezu w przebadanych próbkach wynosiła 0,18% [tab. 7]. Zawartość żelaza w próbkach glebowych wahała się od ułamków do kilku procent, maksymalnie do 5,6%, choć średnia tego pierwiastka wyniosła zaledwie 0,56% [tab. 7]. Duże ilości Fe w glebie związane są z występowaniem warstw zorsztyniałych poziomów iluwialnych gleb bielicowych i bielic, gdzie odkładane są związki żelaza wymywane z poziomów wyższych. Obecność poziomów iluwialnych występujących najczęściej w warstwie II (30-70cm) spowodowała znacznie większe zawartości żelaza w tym przedziale głębokości. Największą natomiast koncentrację Fe w warstwie I profili glebowych zanotowano w okolicach Sławkowa [ryc. 14]. 6.7. Zawartość pierwiastków śladowych (Pb, Cd, Sr, Zn, Cu, Ni, Mn, Cr). Zawartość pierwiastków śladowych w badanych próbkach zależy głównie od głębokości, z jakiej zostały pobrane [ryc. 16]. Najwyższe stężenia pierwiastków występowały w warstwie 0-30 cm, gdzie najprawdopodobniej były one zatrzymywane przez materię organiczną i tylko w części wymywane w głąb profilu [70, zał. 2]. Największa ich koncentracja występowała w rejonie terenów silnie uprzemysłowionych (Olkusz, Bukowno, Bolesław, Sławków), gdzie zanotowano wyższe ich zawartości [ryc. 17]. Pozostałe rejony charakteryzowały się, zawartościami pierwiastków nie odbiegającymi od danych dla gleb naturalnych [70, 166]. W trakcie wydobycia i przetwarzania lub spalania surowców mineralnych [48, 17, 39] i związaną z tym emisją znaczne ilości pierwiastków śladowych (w tym metali ciężkich) w postaci zanieczyszczeń dostają się do gleb, niejednokrotnie przekraczając dopuszczalne normy stężeń [141]. Obserwuje się to w obszarze badań w przypadku metali ciężkich takich jak: cynk, kadm i ołów, gdzie zawartości osiągają poziom odpowiednio 2990 ppm, 33,4 ppm oraz 227,5 ppm [tab. 7]. Natomiast zawartości chromu, niklu, miedzi i strontu były znacznie niższe i nie przekraczały norm określonych przez standardy jakości gruntu dla terenów grupy A (Cr, Cu, Sr) lub B (Ni) [141, zał. 2].. 36.

(37) 37 Ryc. 16. Średnia zawartość pierwiastków śladowych w profilach glebowych..