Földtani ismeretek Környezetföldtani alapfogalmak 13. témakör: Előadó: Dr. Cserny Tibor egyetemi docens

Témavázlat A környezetföldtan A talajok szerepe a környezetföldtanban meghatározása, a kutatás fontosabb módszerei és mozgásterületei A talajok szerepe a környezetföldtanban az emberi tevékenység hatása a talajra, szennyezőanyag a talajban, a talajok funkciói a környezetvédelemben Az agyagok szerepe a környezetföldtanban az agyagásványok felépítése, környezetföldtani jelentősége Földtani érzékenység, sérülékenység, környezetérzékenység, geokémiai gátak

Környezetföldtan Meghatározása * a geológia és a környezettudományok határterülete * fiatal tudomány, mely integrálja: az elemző és az alkalmazott földtan tudományágait * szerves részei: a geomorfológia, a vízföldtan és a mérnökgeológia tudományterületei * fontosabb társtudományai és kutatási módszerei: geofizika, geokémia, biokémia, mikrobiológia A környezetföldtani kutatás fontosabb módszerei: * komplex környezetföldtani állapotfelmérés (térképezés), különböző méretarányban * esettanulmányok elvégzése komplex in situ, laboratóriumi és modell módszerekkel

A környezetföldtan fontosabb mozgásterületei * tájak, körzetek, régiók környezetállapotának felmérése * települések fejlesztésének és területek rendezésének környezetföldtani megalapozása * vonalas létesítmények (utak, vasutak, alagutak) környezetföldtani kérdéseinek megoldása * mezőgazdasági területek környezeti problémái * a földtani természetvédelem megalapozása * a bányászat (külfejtés, mélyművelés, meddőhányók, rekultiváció) környezeti problémái * felszínalatti régió környezetföldtani állapota * hulladék elhelyezés (kommunális, veszélyes) környezetföldtani vonatkozásai * radioaktív hulladékok elhelyezésének környezetföldtani megalapozása * felszínalatti vizek és vízbázisok védelmének kérdései * limno-geológia (tavak, lápok, mocsarak, ún. wetland területek) * környezeti károk lokalizálása és elhárítása * felszínalatti üregek (pincék, barlangok, vágatok) megkutatása

A talajok szerepe a környezetföldtanban Az emberi tevékenység hatása a talajra A talaj termőképességének növelése, megőrzése vagy annak pusztulása végbemegy az ember közvetett vagy közvetlen ráhatásával. Közvetett hatás: az atmoszférán, a hidroszférán, a litoszférán és a bioszférán történő beavatkozás kapcsán. Közvetlen hatás: a művelt területek csökkentése a terület más irányú hasznosításával a talaj degradációjával (erózió, defláció, szikesedés, savanyodás, talajszennyezés, fizikai degradáció)

Szennyezőanyag a talajban Fajtái: szervetlen anyagok: toxikusak Pb, Cd, As szerves anyagok: illó és nem illó alifás és aromás CH (kerozin, gázolaj, benzol, poliaromás CH) és halogénezett szerves vegyületek (triklóretilén, penklóretilén, peszticidek) radioaktív anyagok: 137Cs és 90Sr

A szennyeződését befolyásoló tényezők a szennyezett csapadék mennyisége a domborzat (pl. a völgyek talpán fokozott felhalmozódás) a talaj szemcseösszetétele (pl. az agyag jobban megköti, adszorbeálja a radioaktív anyagokat) a talaj vízgazdálkodási sajátságai (pl. jó vízvezető-képességű talaj + nagy vízmennyiség => talajvízbemosás talajkémiai jellemzők (pl. Sr a Ca-hoz, a Cs a K-hoz hasonlóan viselkedik) ion adszorpció (pl. a radioaktív anyagok megkötődését csökkentik a Na, K, Ca, Mg ionok) kémhatás (pl. lúgos közegben csökken a Sr-felvétel (oldhatóság), mert rosszul oldódó SrCO3 keletkezik) agrokémia (pl. meszezéssel csökkenthető a Sr, kálium műtrágyázással a Cs oldhatósága)

A talajok funkciói a környezetvédelemben tárolás (szennyező anyagokat) elbontás és átalakítás (a szerves-anyagot) tompítás (sav, bázis) megkötés: tartósan a nagy molekulájú szerves-anyagot, korlátozottan a nehézfémeket, kevéssé a radioaktív szennyeződést, kicserélhetően kationokat, anionokat A talajok környezeti puffer képessége = az ásványi frakció (a szénsavas mész és az agyagásvány) + a humusz puffer-kapacitása homokhátak talajai alacsony pufferképességűek löszhátak csernozjom talajai közepesek erdőtalajok, réti és szikes talajok pufferképessége összetett.

Az agyagok szerepe a környezetföldtanban Az agyagásványok felépítése • az agyagok a rétegszilikátok csoportjába tartoznak • a SiO4 – tetraéder egyik pólusa szabad, ezzel kötődnek össze más rétegekkel, illetve más elemmel (pl. Al). Ezek összeépülve rétegeket alkotnak. • A töltésfeleslegek kiegyenlítésére kationok és vízmolekulák lépnek be. • Az agyagásványok legtöbbször keverednek egymással. Ez a keveredés lehet valamilyen szabály szerint vagy kaotikusan.

Az agyagásványok környezetföldtani jelentősége • a rétegek közötti tér • a térben előforduló víz és kationok minősége és mennyisége befolyásolja az agyag fizikai tulajdonságait. Molekuláris és pórusvíz jelenléte esetén szilárd vizsgálati rendszerről beszélünk, ha az agyag van a vízben, akkor kolloidális rendszerről. • Az agyagásványokon adszorbeálódott kationok és vizek helyzete: — a rácsok alkotta rétegek lapjain — a rétegek közötti térben — a rétegek szabad végeinél. • Ionok liotrop sora (relatív kicserélhetőségi sorrend): Li, Na, K, Mg, Cu, Co, Mn, Cd, Ca, Hg, Pb, Al, Fe (a könnyen lecserélhetőtől az egyre nehezebben lecserélhető felé). • A szerves anyagok hasonlóképpen be tudnak épülni a rácsok közé.

A földtani érzékenység alapjai földtani érzékenység (s.l.) érzékenység (s.str.) - sensibility migrációs érzékenység (lehetővé teszi a szennyeződés továbbterjedését) akkumulációs érzékenység (felhalmozza a szennyeződést) => CTB effect (chemical time bombs) a migrációs és az akkumulációs érzékenység szelektív a szennyező anyag tulajdonságai szerint, ezért kisegítő értékeket használunk (a kőzettest vízvezetőképessége, „k”–tényező)

A földtani érzékenység alapjai földtani érzékenység (s.l.) a sebezhetőség - sérülékenység térbeli helyzet alapján értelmezhető (a fedőhöz, illetve a többi földtani alakzathoz képest) kiegészítendő a hidrodinamikai hatásokkal a sebezhetőség időben is változik, főleg antropogén hatásokra a sebezhetőség kiterjeszthető a mélységi víztartókra is a kőzettestek belső tulajdonságaiban bekövetkező változások is módosítják a sebezhetőséget

A környezetérzékenység tradicionális szemlélet: a földtani adottságokból levezetett kategóriák a "potenciális, pontszerű szennyeződésforrásból kiinduló konvektív anyagmozgás a folyadékfázisban, a talajvíz felé" elvet veszi figyelembe geokémiai szemlélet: figyelembe veszi a vezető közeg anyaga és a mozgó szennyezők kölcsönhatását is (pl. adszorbció, fiziko-kémiai tényezők szennyezés visszatartó hatása)

A geokémiai környezetérzékenységi szemlélet mozgástere a folyadékmozgás (=anyagáram) és a terjedési közeg (=geokémiai tér) kölcsönhatása. Pl.: szerves/szervetlen szennyezők stabilitása, illetve mobilitása a változó ásvány-kőzettani, fizikai-kémiai és liotológiai adottságok közepette. A tradicionális tényezők mellett fontos: pH és Eh, melyek befolyásolják a geokémiai gátak (csapdák) kialakulását. az anyagforgalom, terjedést alapvetően befolyásoló, tradicionális tényezők: térszíni helyzet, morfológia, földtan, vízföldtani viszonyok. a szennyeződési pontok és a víztartó közötti talaj és mállási szelvény.

A környezeti elemek (közegek) szennyeződésérzékenysége A környezeti elemek (közegek) szennyeződésérzékenysége az érzékenység meghatározó tényezőkön keresztül értékelhető, kategorizálható, illetve szennyező-anyagok szerint specifikálható. * környezeti elemek (közegek) felszínalatti és felszíni vizek a víztartó üledékek, alluviális, illetve mederüledékek a talaj, illetve mállási szelvény (mint telítetlen zóna) bioszféra a mesterséges környezeti alakzatok * érzékenység-meghatározó tényezők kémhatás (pH) – a talajtani normák redoxipotenciál (Eh) Eh = f (pH) diagramok => geokémiai gátak a térszín morfológiája (befolyásolja a beszivárgás és a lefolyás arányát, a felszíni szennyeződés terjedését)

A geokémiai gátak Geokémiai gátak (csapdák) meghatározása: amely mellett az elemek mobilitása csökken és immobilis formában koncentrálódik Geokémiai gátak típusai: savas/bázisos geokémiai gát (karbonátos térszín/tőzeges terület => savanyú talaj/lúgos aljzatkőzet) oxidatív/reduktív geokémiai gátak (a lejtők oxidatív és a völgy reduktív felszíni, illetve felszínalatti anyagáramának találkozásánál) adszorpciós geokémiai gátak (a szemcseméret finomodása => a szivárgási tényező csökkenése és a fajlagos felület növekedése (adszorpció) szulfátos geokémiai csapda (szulfidos ásványok oxidatív közegben => savas oldat, mely kicsapja a Ca, Ba, Pb, Sr) potenciális geokémiai csapda (pl. karbonátos, egyveretű mállási szelvény => savas eső, antropogén savas behatás => pufferkapacitás)