ALICJA KOT*
Wskaz
niki geochemiczne do oceny zanieczyszczenia metalami ciężkimi
środowiska gruntowego terenu poprzemysłowego Zakładów
Metalurgicznych  Trzebinia
SÅ‚owa kluczowe
Zakłady Metalurgiczne  Trzebinia  teren poprzemysłowy  wskaz
niki geochemiczne
Streszczenie
W celu oceny zanieczyszczenia środowiska gruntowego terenu poprzemysłowego Zakładów
Metalurgicznych  Trzebinia , obliczono cztery wskaz
niki geochemiczne: współczynnik wzbogacenia,
współczynnik zanieczyszczenia, wskaz
nik geoakumulacji i wskaz
nik ładunku zanieczyszczeń.
Obliczeń dokonano na podstawie analiz chemicznych 27 próbek gruntów naturalnych
i antropogenicznych pochodzących z głębokości 0,00  0,30 m. Uzyskane wyniki jednoznacznie
wskazują na degradację chemiczną metalami ciężkimi tego obszaru. Największy udział
w zanieczyszczeniu terenu mają Cd, Cu, Zn i Pb, nieco mniejszy Cr i Ni. Wartości obliczanych
indeksów wskazują również, na antropogeniczne z
ródło tychże metali. W granicach analizowanego
obszaru znaczne powierzchnie zajmują tereny, na których niegdyś znajdowały się instalacje
produkcyjne Zakładów. y
ródłem zanieczyszczenia były więc prawdopodobnie wielokierunkowo
procesy technologiczne prowadzone przy użyciu zróżnicowanych surowców.
1. Wprowadzenie
Tereny poprzemysłowe definiuje się jako zdegradowane, nie użytkowane lub nie w pełni
wykorzystane tereny przeznaczone pierwotnie pod działalność gospodarczą, która została już
zakończona [11]. Grunty te są zwykle zanieczyszczone, o znacznie przekroczonych
dopuszczalnych wartościach stężeń substancji chemicznych. W Polsce liczba takich obiektów,
które wymagają pilnych działań naprawczych, wynosi około kilku tysięcy, ale w skali regionalnej
największe ich obszary pokrywają się z zasięgiem występowania (w przeszłości i obecnie)
okręgów i miast przemysłowych [8]. Są to przede wszystkim tereny pogórnicze węgla kamiennego
i rud metali, tereny pohutnicze oraz tereny po innych uciążliwych dla środowiska gałęziach
przemysłu na obszarze głównie Górnego i Dolnego Śląska. Problem ten dotyczy również wielu
*
mgr inż., AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony
Åšrodowiska, Katedra Analiz Åšrodowiskowych, Kartografii i Geologii Gospodarczej, e-mail:
[e-mail]
603
Kot A.: Wskaz
niki geochemiczne do oceny zanieczyszczenia metalami ciężkimi środowiska...
niki geochemiczne do oceny zanieczyszczenia metalami ci kimi Å›
terenów poprzemysłowych w innych najwi kszych aglomeracjach miejskich w Polsce, takich jak
terenów poprzemysłowych w innych największych aglomeracjach miejskich w Polsce, takich jak
Warszawa, A
ódz
, Kraków, Wrocław, Poznań, Szczecin czy Trójmiasto. A
Ä…cznie stanowiÄ… one
, Kraków, Wrocław, Pozna ącznie stanowi
około 3% powierzchni kraju [13]. Na tych terenach występuje największe obciążenie
kraju [13]. jwiększe obci
wieloczynnikowÄ… degradacjÄ… o charakterze antropogenicznym, przejawiajÄ…cÄ… siÄ™
degradacj o charakterze antropogenicznym, przejawiaj
przekształceniami geomechanicznymi, hydrologicznymi i chemicznymi.
przekształceniami geomechanicznymi, hydrologicznymi i chemicznymi.
W obszarach wydobycia i przeróbki kopalin, a szczególnie w miejscach eksploatacji
W obszarach wydobycia i przeróbki kopalin, a szczególnie w miejscach eksploatacji
W obszarach wydobycia i przeróbki kopalin, a szczególnie w miejscach eksploatacji
i hutnictwa rud metali kolorowych najwi rodowiska gruntowego
twa rud metali kolorowych największy udział w zanieczyszczeniu środowiska gruntowego
mają metale ciężkie. Do takich obszarów w Polsce należy Górny Śląsk, gdzie badania
kie. Do takich obszarów w Polsce nale ąsk, gdzie badania
geochemiczne wykazały rozległe anomalie cynku, ołowiu i kadmu. Anomalie te wywołane s
geochemiczne wykazały rozległe anomalie cynku, ołowiu i kadmu. Anomalie te wywołane s
geochemiczne wykazały rozległe anomalie cynku, ołowiu i kadmu. Anomalie te wywołane są
obecnością złóż Zn-Pb oraz eksploatacj rud i hutnictwem metali. Na ich intensywno
Pb oraz eksploatacją, przeróbką rud i hutnictwem metali. Na ich intensywność
i rozprzestrzenienie poziome maj antropogeniczne [5]. Na tym
i rozprzestrzenienie poziome mają wpływ czynniki naturalne i antropogeniczne [5]. Na tym tle
szczególnie wyraz
nie zarysowuje się miasto i gmina Trzebinia, będące obszarem o głębokich
nie zarysowuje si obszarem
przekształceniach antropogenicznych, zwi cymi tu od stuleci różnymi gałęziami
przekształceniach antropogenicznych, związanych z działającymi tu od stuleci róż
przemysłu górniczo-przetwórczego. Wymienić należy choćby: KWK Siersza, kopalnia
przetwórczego. Wymieni by: KWK Siersza, kopalnia
 Trzebionka , Zakłady Surowców Ogniotrwałych  Górka , Zakłady Metalurgiczne  Trzebinia
 Trzebionka , Zakłady Surowców Ogniotrwałych  Górka , Zakłady Metalurgiczne  Trzebinia
czy nadal funkcjonującą rafinerię  Trzebinia . Składowiska odpadów, osadniki, stara zabudowa
rafineri  Trzebinia . Składowiska odpadów, osadniki, stara zabudowa
przemysłowa, nieczynne szyby górnicze ty system komunikacyjny
słowa, nieczynne szyby górnicze i jednocześnie dobrze rozwinięty system komunikacyjny
świadczą o wysokim potencjale tego regionu w przeszłości, ale też wskazują na silną presję
o wysokim potencjale tego regionu wskazujÄ… na siln
lokalnego przemysłu na środowisko przyrodnicze.
środowisko przyrodnicze.
Celem poniższego artykułu jest próba określenia stopnia degradacji środowiska gruntowego
szego artykułu jest próba okre rodowiska gruntowego
terenu poprzemysłowego ZM  Trzebinia metalami ci kimi, w oparciu o
terenu poprzemysłowego ZM  Trzebinia metalami ciężkimi, w oparciu o wartości pięciu
wskaz
ników geochemicznych, obliczonych na podstawie zawartości tych metali w 27 próbkach
ników geochemicznych, obliczonych na podstawie zawarto ci tych metali w 27 próbkach
gruntów z warstwy powierzchniowej.
gruntów z warstwy powierzchniowej.
2. Obiekt badań
Teren poprzemysłowy (tp) Zakładów Metalurgicznych  Trzebinia (ZMT) zlokalizowany
(tp) Zakładów Metalurgicznych  Trzebinia (ZMT) zlokalizowany
jest około 1 km na południe od centrum miasta Trzebinia, położonej w zachodniej części
południe od centrum miasta Trzebinia, poło onej w zachodniej cz
powiatu chrzanowskiego w województwie małopolskim (Rysunek 1).
powiatu chrzanowskiego w województwie małopolskim (
Rysunek 1. Lokalizacja terenu poprzemysłowego Zakładów Metalurgicznych  Trzebinia
Rysunek 1. Lokalizacja terenu poprzemysłowego Zakładów Metalurgicznych  Trzebinia .
Rysunek 1. Lokalizacja terenu poprzemysłowego Zakładów Metalurgicznych  Trzebinia
Figure 1. Location of postindustrial area of the  Trzebinia Metal Company.
Location of postindustrial a Metal Company
604
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011
Rozciąga się na długości około 700 m wzdłuż ulicy T. Kościuszki, będącej główną drogą
przelotową w kierunku Chrzanowa i Górnego Śląska. Wschodnią granicę tp stanowi
krawędz
, rozciągającej się na powierzchni około 3 ha, hałdy odpadów przemysłowych tychże
właśnie Zakładów. W dniu dzisiejszym najokazalszym obiektem dawnych Zakładów
pozostaje XIX-wieczna hala muflowa, oraz budynek administracyjny, który kilka lat temu
zaadoptowany został na kompleks hotelowy. Brak zainteresowania zabudową
poprzemysłową sprawił, że pozostałe budynki uległy dewastacji i w konsekwencji
w większości zostały rozebrane, a nieliczne ponownie wykorzystane pod działalność
gospodarczą. Z uwagi na fakt, że w przeszłości powstanie i rozwój Zakładów
Metalurgicznych determinował proces urbanizacyjny miasta, obecnie najbliższe otoczenie tp
stanowi zabudowa mieszkalna i mieszkalno-usługowa oraz tereny zieleni miejskiej.
Ważnym elementem w krajobrazie terenu poprzemysłowego ZM  Trzebinia jest,
wspomniane wyżej, składowisko żużli cynkowych, ołowiowych i miedziowych, wznoszące
się ponad teren na wysokość 10  20 m. Powstało ono z nagromadzenia materiałów
z działalności produkcyjnej z lat 1896  1954. Pozwoliło to na zgromadzenie stosunkowo
niewielkiej ich ilości  262 000 Mg  ale za to bardzo różnorodnych (14  16 rodzajów).
Składowisko jest nieuszczelnione, a w jego podłożu występują przepuszczalne piaski, sam
zaś składowany materiał jest silnie porowaty, co umożliwia infiltrację wód opadowych.
Podstawowym bowiem materiałem budującym hałdę jest żużel hutniczy, ubocznie występuje
miał węglowy, piasek, kawałki przepalonej cegły, dolomitu i wapienia [10].
3. Metodyka badań
3.1 Prace terenowe i laboratoryjne
W celu jakościowej i ilościowej oceny zanieczyszczeń oraz ich poziomego i pionowego
zasięgu na terenie poprzemysłowym ZMT, prowadzone jest szczegółowe kartowanie
geochemiczne w skali 1:10 000. Analizie poddany został obszar o powierzchni około 2 km2 ,
w granicach którego znalazła się zabudowa poprzemysłowa, hałda odpadów hutniczych oraz
użytkowane przez mieszkańców tereny przyległe. Próbki gruntów pobierane są w sieci
100x100 m w 120 punktach pomiarowych, co w konsekwencji pozwoli na zgromadzenie
około 240 próbek środowiskowych. W każdym punkcie bowiem pobierane są one z dwóch
poziomów głębokościowych: 0,00  0,30 m (poziom A  gleba) oraz 0,80 m  1,0 m (poziom
B  podglebie). Niejednokrotnie występowanie nasypów antropogenicznych uniemożliwia
opróbowanie poziomu podglebia. Próbki gruntu, o masie około 500 g, pobierane są przy
użyciu ręcznej sondy o średnicy 60 mm, a miejsce poboru zapisywane jest w pamięci
odbiornika GPS. Każda próbka, wysuszona w temperaturze pokojowej, jest wstępnie
przesiewana przez nylonowe sito o oczkach 2 mm, a część frakcji <2mm, przeznaczona do
analizy chemicznej, ucierana jest do frakcji <0,06 mm w agatowych młynach kulowych.
Roztwarzanie próbek gruntów przeprowadzane jest w wodzie królewskiej przez 1 godzinę
w temperaturze 95ºC w termostatowym bloku aluminiowym. Oznaczenia zawartoÅ›ci metali
ciężkich wykonywane są za pomocą spektrometrii emisyjnej ze wzbudzeniem plazmowych
(ICP-AES) w Centralnym Laboratorium Chemicznym Państwowego Instytutu
Geologicznego w Warszawie.
3.2 Wskaz
niki geochemiczne
Jedną z geochemicznych metod oceny wpływu antropogenicznego na środowiska są,
obok badań tła geochemicznego i znaczników geochemicznych, również wskaz
niki
605
Kot A.: Wskaz
niki geochemiczne do oceny zanieczyszczenia metalami ciężkimi środowiska...
geochemiczne. Początkowo konstruowane były głównie z myślą o osadach wodnych, szybko
jednak znalazły zastosowanie również przy określaniu wielkości wpływu działalności
człowieka w zanieczyszczonych glebach. W artykule wykorzystano cztery wskaz
niki
geochemiczne: współczynnik wzbogacenia, współczynnik zanieczyszczenia, wskaz
nik
geoakumulacji oraz wskaz
nik ładunku zanieczyszczeń.
3.2.1 Współczynnik wzbogacenia (enrichment factor, EF)
Współczynnik wzbogacenia zaproponowany w latach 70-tych XX wieku, pierwotnie
skonstruowany został do rozważań nad pochodzeniem niektórych pierwiastków
w atmosferze, opadach atmosferycznych i wodzie morskiej. Z biegiem czasu jego
zastosowanie poszerzono o gleby, osady jeziorne, torfy i odpady górnicze. Obecnie obliczeń
wartości współczynnika wzbogacenia, który określa wpływ zanieczyszczeń
antropogenicznych na zawartość metali ciężkich, dokonuje się na podstawie
zgeneralizowanej formuły [12]:
EF = [Apróbka/Xpróbka]/[Aklark/Xklark] (1)
gdzie:
Apróbka  stężenie oznaczanego pierwiastka w próbce środowiskowej,
Xpróbka  stężenie pierwiastka odniesienia w próbce środowiskowej (tutaj Ca),
Aklark  wartość klarka oznaczanego pierwiastka,
Xklark  wartość klarka pierwiastka odniesienia (tutaj Ca).
W przytoczonej formule za klark rozumieć należy średnią procentową zawartość
pierwiastka w skorupie ziemskiej. Pierwiastki odniesienia (konserwatywne) natomiast to
takie, które wchodzą w skład minerałów odpornych na wietrzenie chemiczne, nie uczestniczą
aktywnie w cyklach biogeochemicznych oraz nie majÄ… znaczÄ…cych z
ródeł antropogenicznych
Najczęściej stosowanymi pierwiastkami odniesienia są: Al, Li, Sc, Zr, Ti, Fe i Ca [3]. Na
podstawie wartości EF zaproponowano pięć kategorii wzbogacenia osadu w analizowane
pierwiastki (tabela 1).
Tabela 1. Kategorie wzbogacenia w oparciu o wartość wskaz
nika wzbogacenia [7].
Table 1. Contamination categories on the basis of the enrichment factor [7].
EF Kategoria
<2 brak wzbogacenia
2-5 średnie wzbogacenie
5-20 znaczÄ…ce wzbogacenie
20-40 bardzo wysokie wzbogacenie
>40 ekstremalnie wysokie wzbogacenie
3.2.2 Współczynnik zanieczyszczenia (Contamination Factor, CF)
Współczynnik zanieczyszczenia umożliwia ocenę stopnia zanieczyszczenia osadu,
poprzez porównanie obecnej zawartości danego pierwiastka z jego zawartością z okresu
przedprzemysłowego [7]:
CF = c0-1/cn (2)
gdzie:
c0-1  średnie arytmetyczne stężenie analizowanego pierwiastka, na podstawie co
najmniej 5 punktów pomiarowych,
606
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011
cn  stężenie analizowanego pierwiastka z okresu przedprzemysłowego (tutaj tło
geochemiczne).
Sumując współczynniki zanieczyszczenia dla wszystkich analizowanych pierwiastków
można uzyskać wskaz
nik geochemiczny zwany stopniem zanieczyszczenia Cdeg (degree of
contamination), który również pozwala na zakwalifikowanie terenu do jednej z 5 kategorii
(tabela 2).
Tabela 2. Kategorie zanieczyszczenia osadu w oparciu o wartość współczynnika
zanieczyszczenia i stopnia zanieczyszczenia [4].
Table 2. Contamination categories on the basis of the contamination factor and degree of
contamination [4].
CF Kategoria Cdeg
<1 niewielkie zanieczyszczenie <8
1d"CF<3 średnie zanieczyszczenie 8d"Cdeg<16
3d"CF<6 znaczÄ…ce zanieczyszczenie 16d"Cdeg<32
6d" bardzo silne zanieczyszczenie 32d"
3.2.3 Wskaz
nik geoakumulacji (Geoaccumulation Index, Igeo)
Wskaz
nik geoakumulacji pierwotnie stosowany był do oceny zanieczyszczenia osadów
dennych [9], ale równie skutecznie można go stosować do oceny rozmiaru zanieczyszczenia
gleb [7]. Obliczeń dokonuje się na podstawie formuły [9]:
Igeo = log2[Ce/1,5BG] (3)
gdzie:
Ce  stężenie analizowanego pierwiastka w próbce,
BG  tło geochemiczne dla analizowanego pierwiastka.
Mnożnik 1,5 odzwierciedla naturalne wahania w zawartości danego metalu
w środowisku, o niewielkich wpływach antropogenicznych, wynikające z niewielkich różnic
w budowie geologicznej. Wskaz
nik geoakumulacji pozwala na wydzielenie siedmiu klas
jakości danego środowiska, dla którego dokonywane są obliczenia; od niezanieczyszczonych
do ekstremalnie zanieczyszczonych (tabela 3) [1].
Tabela 3. Klasy zanieczyszczenia terenu w oparciu o wartość Igeo.
Table 3. The degree of metal pollution in terms of seven enrichment classes.
Klasa Igeo Określenie jakości osadu
0 d"0 niezanieczyszczony
1 0< Igeo<1 niezanieczyszczony  umiarkowanie
zanieczyszczony
2 1< Igeo<2 umiarkowanie zanieczyszczony
3 2< Igeo<3 umiarkowanie  silnie zanieczyszczony
4 3< Igeo<4 silnie zanieczyszczony
5 4< Igeo<5 silnie  ekstremalnie zanieczyszczony
6 5< ekstremalnie zanieczyszczony
607
Kot A.: Wskaz
niki geochemiczne do oceny zanieczyszczenia metalami ciężkimi środowiska...
3.2.4 Wskaz
nik ładunku zanieczyszczeń (Pollution Load Index, PLI)
Wskaz
nik ładunku zanieczyszczeń obliczany jest dla każdego punktu pomiarowego
osobno i uwzględnia sumaryczne zanieczyszczenie wszystkimi z analizowanych
pierwiastków, wykorzystując przy tym współczynnik zanieczyszczenia dla każdego z nich.
Wyznaczany jest zgodnie z formułą [2]:
PLI = (CF1* CF2* CF3*& CFn)1/n (4)
gdzie:
n  liczba analizowanych pierwiastków,
CF  współczynnik zanieczyszczenia (CF) obliczany wg wzoru (2).
4. Analiza danych
4.1 Założenia
Próbki gleb poddane zostały analizom chemicznym w celu określenia zawartości 23
metali, w tym przede wszystkim metali ciężkich, a więc: Cu, Co, Cr, Cd, Fe, Zn, Pb, Sn, Hg,
Mn, Mo i Ni. Spośród wymienionych najwyższe koncentracje odnotowano dla Cu, Cr, Cd,
Fe, Zn i Pb. Pozostałe pierwiastki występują na znacznie niższym poziomie i tylko punktowo
ich zawartości przekraczają zawartości graniczne określone dla gleb Polski. Ponadto ich
zawartości maksymalne odnotowano głównie w obrębie zabudowy poprzemysłowej lub
hałdy odpadów, tereny zamieszkałe natomiast pozostają w większości wolne od anomalnych
zawartości tych pierwiastków. W najniższych stężeniach, niekiedy poniżej progu
oznaczalności, występuje Hg, Mo i Sn.
W związku z powyższym ocena stopnia zanieczyszczenia terenu poprzemysłowego,
z wykorzystaniem wskaz
ników geochemicznych, dokonana zostanie na podstawie zawartości
9 pierwiastków: Cu, Co, Cr, Cd, Fe, Mn, Ni, Zn i Pb.
Do obliczeń wskaz
ników geochemicznych wykorzystano dane pochodzące z 27 punktów
pomiarowych (Rysunek 2), a więc zostały one obliczone na podstawie analiz chemicznych
27 próbek środowiskowych pochodzących z warstwy powierzchniowej (0,0-0,3 m). Zostały
one wytypowane spośród 55 punktów, które do chwili obecnej były zbadane. Nieregularne
rozmieszczenie punktów związane jest zarówno z tym, że badania nad terenem
poprzemysłowym ciągle trwają, jak i z ograniczeniami związanymi z zagospodarowaniem
terenu, a więc niemożliwością opróbowania terenu (tory kolejowe, parkingi, ulice, chodniki
z twardą nawierzchnią, itp.). Próby z wytypowanych punktów pomiarowych reprezentują
grunty naturalne i antropogeniczne, pochodzące zarówno z terenu poprzemysłowego jak
i obszarów bezpośrednio z nim sąsiadujących.
608
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011
Rysunek 2. Siatka opróbowania terenu bada
Rysunek 2. Siatka opróbowania terenu badań.
Figure 2. Sampling grid of the area.
Przy obliczaniu większo ycie warto
Przy obliczaniu większości wskaz
ników konieczne było użycie wartości tła
geochemicznego pierwiastków. Zróżnicowanie tła geochemicznego gleb Polski związane jest
geochemicznego pierwiastków. Zró nicowanie tła geochemicznego gleb Polski zwi
głównie ze zmiennym składem chemicznym skał macierzystych, z których powstały. Na tym
głównie ze zmiennym składem chemicznym skał macierzystych, z których powstały. Na tym
tle można wydzielić szereg anomalii regionalnych i lokalnych pochodzenia geologicznego,
szereg anomalii regionalnych i lokalnych pochodzenia geologicznego,
szereg anomalii regionalnych i lokalnych pochodzenia geologicznego,
antropogeniczno-geologicznego i antropogenicznego, wśród nich antropogeniczno-
geologicznego i antropogenicznego, w ród nich antropogeniczno
geologiczną anomalię Górnego uralne zawartości
Górnego Śląska [6]. W związku z tym, że naturalne zawarto kilku
istotnych metali ciężkich (Cd, Pb i Zn) w glebach Górnego znacznie wyższe od ich
kich (Cd, Pb i Zn) w glebach Górnego Śląska są znacznie wy
zawartości naturalnych w glebach całej Polski, do obliczeń wzięto wartości tła
ci naturalnych w glebach całej Polski, do oblicze ęto warto
geochemicznego dla gleb Górnego
geochemicznego dla gleb Górnego Śląska.
Przy obliczaniu wartości współczynnika wzbogacenia gruntów (EF) jako czynnik
Przy obliczaniu wartości współczynnika wzbogacenia gruntów (EF) jako czynnik
normalizujący (pierwiastek odniesienia) wykorzystano Ca. Jest to jeden z głównych
cy (pierwiastek odniesienia) wykorzystano Ca. Jest to jeden z głównych
cy (pierwiastek odniesienia) wykorzystano Ca. Jest to jeden z głównych
pierwiastków budujących skorupę ziemską, a jego koncentracja w glebach związana jest
cych skorup , a jego koncentracja w glebach zwi
przede wszystkim ze skałą macierzystą [7].
macierzy
Wyznaczenie współczynnika zanieczyszczenia przeprowadzono na podstawie
Wyznaczenie współczynnika zanieczyszczenia przeprowadzono na podstawie
Wyznaczenie współczynnika zanieczyszczenia przeprowadzono na podstawie średniej
arytmetycznej z zawartości poszczególnych pierwiastków w 28 próbach gruntu z terenu
ści poszczególnych pierwiastków w 28 próbach gruntu z terenu
ci poszczególnych pierwiastków w 28 próbach gruntu z terenu
poprzemysłowego. W związku z cych stanu gleb sprzed działalno
poprzemysłowego. W związku z brakiem danych dotyczących stanu gleb sprzed działalności
przemysłowej, jako dzielnik we współczynniku zanieczyszczenia zastosowano warto
przemysłowej, jako dzielnik we współczynniku zanieczyszczenia zastosowano warto
przemysłowej, jako dzielnik we współczynniku zanieczyszczenia zastosowano wartość tła
geochemicznego.
4.2 Dyskusja wyników
Pierwszy z obliczonych wska ), obliczony dla
Pierwszy z obliczonych wskaz
ników  współczynnik wzbogacenia (EF), obliczony dla
każdego pierwiastka z każdej próby, największe (a jednocześnie najbardziej zróżnicowane
z każdej próby, najwi nie najbardziej zró
wartości  od 8 do 3275,75) osiągnął dla Cd. EF dla 93% próbek przekroczył warto
od 8 do 3275,75) osi dla 93% próbek przekroczył wartość 40, a
więc teren można zaklasyfikować jako ekstremalnie wzbogacony w ten pierwiastek, który
na zaklasyfikowa jako ekstremalnie wzbogacony w ten pierwiastek, który
prawdopodobnie ma pochodzenie antropogeni ela
prawdopodobnie ma pochodzenie antropogeniczne (gdyż EF>1,0) (tabela 4). Zbliżone
wyniki uzyskano dla Zn i Pb. Niska warto <2 wskazuje jednocze
wyniki uzyskano dla Zn i Pb. Niska wartość EF<2 wskazuje jednocześnie na brak
wzbogacenia niemal całej powierzchni gruntów w takie pierwiastki jak Co, Cr czy Ni (tab
wzbogacenia niemal całej powierzchni gruntów w takie pierwiastki jak Co, Cr czy Ni (tabela
wzbogacenia niemal całej powierzchni gruntów w takie pierwiastki jak Co, Cr czy Ni (tab
4).
609
Kot A.: Wskaz
niki geochemiczne do oceny zanieczyszczenia metalami ciężkimi środowiska...
Tabela 4. Wyniki obliczeń.
Table 4. Calculation results.
Cd Co Cr Cu Fe Mn Ni Pb Zn
Kategoria
współczynnik wzbogacenia (EF)
brak 0 89 96 7,5 77,8 89 100 3,7 3,7
średnie 0 11 4 3,7 18,5 7,4 0 0 3,7
znaczÄ…ce 0 0 0 48,2 3,7 3,7 0 7,4 3,7
b. wysokie 7,5 0 0 18,5 0 0 0 0 7,4
ekstremalne 92,5 0 0 22,2 0 0 0 89 81,5
Klasa wskaz
nik geoakumulacji (Igeo)
niezanieczyszczona 0 3,7 0 0 74,1 0 0 0 0
niezan.-um. zan. 0 14,8 0 0 14,8 0 0 0 0
um.
14,8 18,5 0 0 11,1 0 0 0 0
zanieczyszczona
um.-silnie zan. 11,1 29,6 0 0 0 0 0 0 0
silnie zan. 14,8 26,0 14,8 0 0 0 11,11 0 0
silnie-ekstr. zan. 22,2 7,4 29,6 0 0 0 37,1 0 0
ekstr. zan. 33,3 0 55,5 100 0 100 51,8 100 100
współczynnik zanieczyszczenia (CF)
[% próbek] 29,82 1,30 3,54 66,57 4,41 2,09 5,17 36,60 46,25
Współczynnik zanieczyszczenia (CF), osiągnął największą wartość dla Cu (66,57), nieco
niższe wartości zaś dla Zn (46,25), Pb (36,60) i Cd (29,82), wszystkie jednak wskazują na
bardzo silne zanieczyszczenie terenu poprzemysłowego tymi pierwiastkami. CF dla
pozostałych metali wyniósł od 1,30 dla Co (średnie zanieczyszczenie) do 5,17 dla Ni
(znaczące zanieczyszczenie) (tabela 4). Stopień zanieczyszczenia terenu obliczony w oparciu
CF, osiągnął znaczną wartość 195,76, co jednoznacznie określa zanieczyszczenie gruntów
powierzchniowych terenu poprzemysłowego ZM  Trzebinia jako bardzo silne.
Indeksy geoakumulacji (Igeo) wykazują zróżnicowanie w zależności od danego metalu
ciężkiego. Wskaz
nik ten we wszystkich 27 analizowanych punktach pomiarowych osiÄ…gnÄ…Å‚
wartość >5 dla Cu, Mn, Pb i Zn, co sugeruje ekstremalny stopień zanieczyszczenia terenu
tymi metalami. Niewiele mniejsze znaczenie w degradacji chemicznej terenu
poprzemysłowego ma Cd, którego indeks geoakumulacji w 60% próbek klasyfikuje teren
jako silnie bÄ…dz
ekstremalnie zanieczyszczony. Podobnie wysoki jest wskaz
nik Cr; ponad
połowa próbek wskazuje na ekstremalny stopień zanieczyszczenia tym metalem.
Niejednoznaczne wyniki uzyskano dla Co, którego Igeo mieści się dość równomiernie
w kilku kategoriach (tabela 4). Jednocześnie na podstawie Igeo można powiedzieć, że obszar
nie jest zanieczyszczony Fe, a tylko punktowo występuje zanieczyszczenie nieznaczne lub
umiarkowane.
Uwagę zwraca fakt, że dla Cr, Mn, Ni uzyskano zupełnie odmienne wyniki dla
wskaz
ników EF i Igeo. Współczynnik wzbogacenia bowiem wskazuje na minimalny udział
tych pierwiastków w degradacji chemicznej obszaru. Indeks geoakumulacji zaś klasyfikuje
teren poprzemysłowy jako silnie, lub nawet ekstremalnie zanieczyszczony tymi
pierwiastkami. W tym przypadku wydaje się, że wysoki Igeo jest efektem bardzo niskiego tła
geochemicznego tych pierwiastków na Górnym Śląsku.
Ostatni z obliczanych wskaz
ników to wskaz
nik ładunku zanieczyszczeń (PLI), który
obliczany wg proponowanej formuły, wykazuje ogromne fluktuacje i jego wartość zmienia
się o kilka rzędów wielkości między poszczególnymi próbami. Najniższe wartości uzyskano
dla punktów pomiarowych zlokalizowanych w południowej części terenu badań, na południe
od torów kolejowych (Rysunek 2). Jest to teren najbardziej odległy od ZM Trzebinia.
610
[%
próbek]
[% próbek]
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011
Wysokie zawartości PLI w pozostałych punktach wskazują oczywiście na wysoką
koncentrację metali i silne wpływy antropogeniczne.
5. Wnioski
" Uzyskane wartości wskaz
ników geochemicznych świadczą o tym, że teren
poprzemysłowy Zakładów Metalurgicznych  Trzebinia jest silnie zanieczyszczony
metalami ciężkimi.
" Największy udział w degradacji chemicznej omawianego terenu, spośród metali
ciężkich mają Cu, Cd, Pb i Zn. Mniejsze znaczenie w tym aspekcie mają Cr i Ni,
najmniejsze zaÅ› Fe.
" Na podstawie wskaz
ników stwierdzić można, że wysoka zawartość metali ciężkich
w strefie przypowierzchniowej gruntów związana jest ze z
ródłami antropogenicznymi.
" W granicach analizowanego obszaru znaczne powierzchnie zajmują tereny, na których
niegdyś znajdowały się instalacje produkcyjne Zakładów. Tereny te zostały
zanieczyszczone przede wszystkim w trakcie produkcji cynku i miedzi. Po jej
zatrzymaniu wyburzono zbędne instalacje technologiczne i odgruzowano cały teren,
ale zanieczyszczonego gruntu nie poddano sanacji.
" Przy wykorzystaniu wskaz
ników geochemicznych jako narzędzia do oceny wpływów
antropogenicznych należy pamiętać, że nie zawsze uzyskane wyniki wskazują na
zanieczyszczenie ze z
ródeł antropogenicznych. Dotyczy to szczególnie tych obszarów,
gdzie zanotowano silne anomalie naturalne, np. na wychodniach dolomitów
kruszconośnych.
Literatura:
[1] Al-Haidarey M.J.S, Hassan F.M., Al-Kubaisey A.R.A., Douabul A.A.Z.: The
geoaccumulation Index of Some Heavy Metals in Al-Hawizeh Marsh, Iraq, E-Journal of
Chemistry 7, s. 157  162, 2010.
[2] Chakravarty M., Patgiri A.D.: Metal Pollution Assessment in Sediments of the Dikrong
River, N.E. India, J. Hum. Ecol, 27(1), s. 63  67, 2009.
[3] Gałuszka A.: Geochemiczne metody oceny wpływu antropogenicznego na środowisko,
Wykłady PTMin, 2011.
[4] Hakanson L.: An ecological risk index for aquatic pollution control. A sedimentological
approach, Water Res 14, s. 975  1001, 1980.
[5] Lis J., Pasieczna A.: Anomalie geochemiczne Pb-Zn-Cd w glebach na Górnym Śląsku,
PrzeglÄ…d Geologiczny, vol 45, nr 2, 1997.
[6] Lis J., Pasieczna A.: Tło geochemiczne i anomalie w środowiskach powierzchniowych
ziemi w Polsce, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej. Górnictwo z. 248, s. 123  127,
2001.
[7] Loska K., Wiechuła D., Korus I.: Metal contamination of farming soils affected by
industry, Environment International 30, s. 159  165, 2004.
[8] Markuszewska I.: Możliwości i ograniczenia zagospodarowania nieużytków
poprzemysłowych, Problemy Ekologii Krajobrazu, T. XXIV, s. 17  23, 2009.
[9] Müller G.: Index of geo-accumulation in sediments of the Rhine River, Geojournal, vol.
2, s. 108  118, 1969.
[10] Ocena oddziaływania na środowisko odpadów ZM  Trzebinia oraz propozycje ich
zagospodarowania, Instytut Metali Nieżelaznych, Archiwum UM Trzebinia, 1996.
611
Kot A.: Wskaz
niki geochemiczne do oceny zanieczyszczenia metalami ciężkimi środowiska...
[11] Program Rządowy dla Terenów Poprzemysłowych, Ministerstwo Środowiska, 2004.
[12] Reimann C., de Caritat P.: Distinguishing beetween natural and anthropogemic sources
for elements in environment: region al geochemical surveys versus enrichemnt factors,
Science of the Total Environment 337, s. 91  107, 2005.
[13] Wysokiński L.: Degradacja i stopień zanieczyszczenia terenów w Polsce, Instytut
Techniki Budowlanej, s. 143  150, 2004.
Praca finansowana z badań własnych AGH nr 15.11.140.067
ALICJA KOT
Geochemical indexes to assess heavy metal contamination in soil of
postindustrial area of the  Trzebinia Metal Company
Key words
 Trzebinia Metal Company  postindustrial area  geochemical indexes
Abstract
The degree and source of soil contamination in the area of the  Trzebinia Metal
Company has been evaluated using: Enrichment Factor (EF), Contamination Factor (CF),
Geoaccumulation Index (Igeo) and Pollution Load Index (PLI). The topsoil samples from 27
sampling sites were analysed for of 23 elements; the discussion focuses on nine in particular:
Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn. Results clearly indicate that chemical degradation of
postindustrial area is connected with extremely high concentration of Cd, Cu, Zn and Pb.
Lesser contamination has been revealed for Cr and Ni. Geochemical indexes value indicate
anthropogenic soil enrichment in heavy metals in the region of important natural anomaly of
Cd-Pb-Zn. Diversified metallurgy processing, diversity of raw materials and open-cycle
technologies were the source of contamination.
612