Mi a talaj A talaj a szilrd fldkreg

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

Talajok képződése: mállás és humifikáció • Fizikai, kémiai és biológiai folyamatok eredményezik • Fizikai mállás: szemcseméret csökkenés (aprózódás) hőmérsékletváltozás, fagyvagy 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, CO 2, 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)

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)

Talajok fizikai félesége hazánkban

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”)

Talajok vízháztartása hazánkban

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+ > Fe 3+, Al 3+ > Ca 2+, Mg 2+ > NH 4+ > K+, Na+ • Anionok kötődési sorrendje: PO 43 - > SO 42 - > NO 32 - > Cl-

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 CO 2 -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: O 2 -hiány a korlátozott diffúzió és a lebontás miatt • Speciális kapcsolatok: mikorrhiza (gomba-gyökér), N-kötés (baktérium-gyökér)

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: 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.

Erosion potential Relative scale 0 – 0. 02 -0. 05 -0. 15 -1

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

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 metán, nitrogén gáz, foszfátok) (CO 2, • 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)

Talajprofil jellemzői (fent humuszos, lent ásványos)

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

Partikulált szennyezők feldúsulása • Szennyezőanyagok túlnyomó része a finomabb szemcsefrakciókhoz kötődik fajlagos felület) (nagy • Az erózió szelektív a finom szemcsékre nézve, a finomabb részecskék feldúsulnak a lebegőanyag transzport során • Dúsulás: a transzportált lebegőanyagban nagyobb szennyezőanyag alakul ki, mint az eredeti talajban koncentráció • 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

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

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 (p. H, ionösszetétel) • Csapadékképződés: p. H 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

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

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)

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)