Поведінка хімічних елементів та їх сполук залежить від геохімічного середовища, в якому відбуваються процеси міграції. Якщо елемент в одному типі ландшафтів добре мігрує, то з іншому він може бути абсолютно інертним Степові ландшафти мають свої типові риси. Їм властиві особливі біохімічні симбіози, оскільки рухомість притаманна лише для тих елементів, які знаходяться в тісному зв'язку з рослинним світом даної природної зони.
У степовому кліматі Південно-Східного Донбасу значну роль відіграють підстеляючі породи, які обумовлюють специфіку геохімії ландшафтів (оскільки четвертинні породи, які перекривають відкритий карбон, малопотужні). На значній території переважає гідрокарбонатно-кальцієвий тип алювіальних вод з рН>7. Кількість іонів водню середовища є одним з основних факторів рухомості, малорухомості чи нерухомості елементів у даних геохімічних умовах.
Елювіальний та транселювіальний ландшафти. За даними геоекологічних досліджень на території Луганської області, одержаних за допомогою хімічного та атомно-адсорбційного методів, встановлено, що елементи степового елювіального та транселювіального ландшафтів Донбасу утворюють типову геохімічну асоціацію: Мо - Нg - Аs - Zr - Sс - Sі (частково). Ці елементи можуть знаходитися в іонообмінному стані. Для зон субширотних регіональних насувів притаманна Нg - Аs - Zn - Рb парагенетична асоціація.
Під впливом техногенезу відбувається кардинальна зміна геохімічного фону території. Це стосується як локальних ділянок (безпосередньо від джерела забруднення), так і регіону в цілому. Значний викид в атмосферу різних хімічних елементів та їх сполук призводить до зміни складу атмосферних опадів. Так, залежно від пори року в них виявлені сульфат- та хлоридіони, що не властиво континентальним опадам, а також присутня сірка, яка спричиняє випадання кислих дощів з вмістом важких металів та їх сполук. Викиди в атмосферу газів і пилу вуглепереробних підприємств і теплоелектростанцій насичують атмосферні опади такими токсикантами, як Нg, НgСl, НgS, НgО, Аs2O3, Аs2O5, Ве, НF, ВF3, NiSO4, NiСl2, Ni(СО)4, СоО, V2О5 СrO3, МnO2, Н2S, SO2, NO2, СО, Т12(SO4) та ін. [5]. Надходячи з атмосферними опадами в ґрунти (при перевазі випаровування над кількістю опадів), вони змінюють геохімічний фон регіону, незважаючи на те, що джерело впливу може знаходитися на значній відстані. У подальшому під дією мікроорганізмів деякі з них (Нg, Аs, Тl, Сu та ін.) [1, 4] можуть утворювати леткі форми і насичувати ними приземну атмосферу. Але до більш кардинальної зміни геохімічного ландшафту призводять відходи вуглевидобутку та вуглепереробки. Здійснюються перетворення, не притаманні для даного кліматичного поясу. Це особливо характерно для ділянок безпосереднього впливу териконів і відвалів на стадії окислення:
1. Відбувається різкий перехід від лужного середовища до 3,8-4,5, що веде до зміни міграційних властивостей елементів у даному середовищі - стають рухомими такі елементи, як Мn, Сu, V, Рb, Ni, Со, Fе, Gе, U та ін.
2. Вивільнені в значній кількості мікро- та макроелементи (при окисленні породи терикона) надходять у даний ландшафт. Ті з них, які накопичувались у процесі седиментації гумідного та прибережно-морського літогенезу, при фізико-хімічному вивітрюванні виносяться з відвалу і потрапляють у степовий ландшафт, змінюючи його фізико-хімічні параметри. Вивільнені мікроелементи і гумінові комплекси, сульфати і хлориди не тільки змінюють хімічний склад і структуру ґрунтів, але й негативно впливають на рослинність. Наприклад, вміст свинцю (понад 40 мг/кг) діє як інгібітор Р, N [2]. Великі концентрації важких металів тим самим гальмують ріст і розвиток рослин, а іноді призводять до абсолютного їх відмирання, особливо бобових.
3. Зміна рН у бік зменшення (рН < 7) спричиняє втрату іонообмінної форми кремнію, яка входить у процеси метаболізму степових злаків. Отже, навіть невелике зменшення рН порушує баланс мікро- та макроелементів верхнього прошарку грунту.
4. Вугленосно-теригенний комплекс порід відвалів і териконів збагачений оксидами заліза та марганцю, які, надходячи у грунт, стають сорбентами багатьох важких металів (Zn, Рb, Сr, Сu, U тощо), а також рідкісних земель. При надмірному зволоженні у весняний період чи при поливанні вони можуть набувати іонообмінних властивостей, тобто здатні транспортуватися в рослини або інгібувати Р, Ni, Со, Мg, Sі та ін. Також слід зазначити, що при одночасному впливі Сu, Nі, F, Мn, Zn спостерігається сингенетизм дії на навколишнє середовище [3].
5. Стічні води з-під териконів і відвалів сульфатні та сульфатно-хлоридні, що веде до зміни складу грунтових вод з гідрокарбонатних на сульфатні чи хлоридно-сульфатні з мінералізацією 0,5-2 мг/дм3. Це, в свою чергу, спричиняє засолення ґрунтів у напрямку руху поверхневих вод [5].
Результати досліджень, проведених на техногенних аномаліях, підтверджують, що природні ландшафти під дією техногенезу акумулюють у грунтах важкі метали. Відмічається чітка зональність та затримка елементів на певних геохімічних бар'єрах. При незначному порушенні структури грунту рослини пристосовуються до даних геохімічних параметрів ґрунтів. Зовсім інша ситуація спостерігається на агрокультурних ландшафтах техногенно-забруднених територій. При оранні (на глибину 25 - 40 см) відбувається перекидання нижніх горионтів грунту на поверхню. У результаті цього важкі, токсичні та інші метали, які пройшли певні геохімічні бар'єри і були виведені із стану подальшої міграції, знову надходять у верхній горизонт грунту, тобто відбувається дисбаланс різних форм знаходження важких металів та їх сполук. Це призводить до того, що окрім техно-генного впливу ззовні відбувається додаткове навантаження верхнього прошарку грунту цими елементами та їх сполуками, що, в свою чергу, негативно впливає на агрокультури, оскільки:
- степові ландшафти мають досить тонкий прошарок гумусового горизонту, який повністю переорюється;
- у зону живлення рослин надходять елементи, які акумулювалися на сірководневому бар'єрі (Рb, Ni. Сu, Zn, Hg, Аs, Со) і знаходяться в ґрунтах у вигляді сульфідів, не здатних до іонного обміну$
- верхніq прошарок грунту також збагачусться карбонатами та металами, які акумулювались на лужному геохімічному бар'єрі - Сr, Ni, Со, Zn, Аg. Сd, Sr, V, Сu та ін.;
- додаткове надходження важких металів призводить до інгібування таких життєвонеобхідних елементів для росту рослин, як N. Р, Ni,. О, Сu та ін.;
- перевага випаровування над кількістю опадів спричиняє постійне щорічне збільшення концентрації мікроелементів у даних агроландшафтах.
Враховуючи викладене, можна сказати, що ґрунти не здатні повністю самовідновлюватися протягом року з умовах постійного сільськогосподарського обробітку.
Внаслідок дії стоку з-під териконів та відвалів відбувається зміна геохімічних параметрів алювіального та транселювіального степового ландшафту, а саме:
- парагенегична асоціація елементів Мо - Нg - Аs - Zr - Sс - Sі - N - Р, здатних до вільної міграції в умовах Донбасу, змінюється на Mn- Рb - Сu - Со - Fе - Gе- Ве - U - Li - Вr;
- тип ґрунтових вод гідрокарбонатно-кальцієвий переходить у сульфатно-хлоридно-кальцієвий;
- рН 7-8,5 змінюється на рН 3,4-4,5.
Окрім поступово; деградації ґрунтів, при сільськогосподарській діяльності, навантаженні важкими металами (від постійних джерел забруднення) вони засолюються іонами SO42-, Сl-, Са2+, що, в свою чергу, сприяє появі новоутворень у них, зокрема СаSO4. Постійне перемішування ґрунтів (при орних роботах), збагачування їх важкими та токсичними металами, утворення карбонатів та пластинок гіпсу - все це призводить до виснаження гумусового прошарку, зниження родючості і харчової якості вирощених сільськогосподарських культур.
Супераквальні ландшафти. На території Південно-Східного Донбасу вони розвинені в основному в заплавах рік. Їх геохімічні параметри в природних умовах відрізняються від таких, характерних для техногенезу. При переході від елювіального до супераквального ландшафту відповідно змінюються параметри ґрунтів. Основним показником цього процесу є зниження рН до 5 і менше. На межі переходу ландшафтів затримуються багато хімічних елементів, тобто на кислому бар'єрі акумулюються Hg, As, Y, Sc тощо.
Під дією техногенезу в одних випадках спостерігається зменшення рН (відносно фонового), а в інших збільшення та перехід від кислого середовища до лужною. Зменшення рН відбувається при скиді кислих вод з металургійних, хімічних підприємств, шахт та центральних збагачувальних фабрик, а також при стоці з-під відвалів і териконів, розташованих у безпосередній близькості від річкової мережі. Це вказує на те, що розчини важких і токсичних металів та їх сполук практично безперешкодно (тобто не зустрічаючи на своєму шляху геохімічного бар'єра) надходять у область живлення водоносних горизонтів і стають безпосереднім джерелом забруднення гідросистеми. Збільшення рН у бік лужного середовища відбувається внаслідок скиду содових і карбонатних вод з великою мінералізацією (Лисичанський содовий завод, сільгосппідприємства тощо). У даному випадку це призводить до кардинальної зміни геохімічних параметрів супераквального ландшафту, а саме:
- рН 5,5 змінюється на рН>7,5;
- підвищується концентрація
тобто можливе содове засолення ґрунтів (ареол біля заводу Лиссода);
- парагенетична асоціація іонообмінних форм металів Мn - V - Сu - Со - Fе - Gе - Ве та ін. змінюється на асоціацію Мо - Нg - Аs - Zr - Sс. Тобто задепоновані форми таких дуже токсичних елементів, як Hg, Аs, залучаються в процеси міграції і можуть надходити в область формування водоносного горизонту, оскільки вони не затримуються на кислому геохімічному бар'єрі.
Субаквальні ландшафти. Ландшафти рік, струмків, водоймищ є накопичувачами рідких і твердих речовин атмосферних опадів. Міграція хімічних елементів та їх сполук в основному відбувається шляхом механічного перенесення у вигляді колоїдів та істинних розчинів. У водоймищах акумуляція речовин відбувається швидше, ніж у ріках, тому що утруднений виніс. Органічні речовини, глинисті мінерали, залізо-марганцеві оксиди є природними сорбентами більшості важких і токсичних металів та їх сполук. Але якщо метал надходить у водне середовище у вигляді метил- чи алкилсполук, то він дуже токсичний для живих організмів даного водоймища [3]. Такі елементи, як Hg, Cd, Аs, Pb, Ті, Sе, S, Сr, Сu, Ge, та їх сполуки із зв'язкамb С - Ме чи Ме - SН мають велику проникаючу властивість у живі організми та надзвичайну токсичність [2, 6] завдяки дуже високій рухо-мості у водному середовищі, атмосфері та значній розчинності (до п-100 мг/л) [2,3].
В урбанізованих районах часто метилуються такі елементи: S - СН3S; Те - СН3Те+; Se - СН3Se+, Hg - ->НgСН+; Рb - РbСН+ [2-4 та ін.]. Утворенню металоорганічних форм металів сприяють бактерії [1, 4|. Як показали дослідження Дж. В. Мура і С. Рамамурті [4], у рибах, які існують в забруднених водоймищах, знайдені метилсполуки важких металів, що викликають онкоутворення, зміну (деформації або розростання) кісток, жабер тощо, а при значній концентрації - їх загибель.
У формуванні техногенних ландшафтів основне навантаження припадає на ґрунти, оскільки вони є накопичувачами різноманітних відходів. У них відбуваються різні геохімічні та мікробіологічні перетворення речовин, що надходять. Саме гумусовий горизонт грунтів відіграє найважливішу роль у затримці важких металів, сорбції, акумуляції на різних геохімічних бар'єрах і в подальшому не сприяє проникненню багатьох токсичних елементів у водоносні горизонти. Таким чином, через велике техногенне навантаження, що призводить до засолення, закислення, засушення, перезволоження, заболочування, забруднення відходами промисловості, і внаслідок водної та вітрової ерозії здійснюється втрата гумусу - відбувається поступова деградація грунтів.
1. Глазовская М. А., Добровояьский Н. Г. Геохимические функции микроорганизмов. - М.: Изд-во МГУ 1984. - 153 с.
2. Давидюк С. Л. О токсичности ионов металлов , Химия. - 1991,- №3.-56 с.
3. Крайнов С. Р., Закутий В. ТІ. Геохимическая типизация загрязненных подземных вод // Сов. геология. - 1991. 11. -С. 78-87.
4. Мур Дж. В., Рамамурті С. Тяжелые металлы в природних водах. -М.: Міф, 1987. - 288 с.
5. Петрова Л. О. Вплив на навколишнє середовище відходів вуглевидобутку і вуглепереробки // Геол. журн. - 2002. - № 2. - С. 81-87.