Ocena zasięgu migracji pierwiastków śladowych generowanych przez ruch samochodowy metodą pomiarów magnetometrycznych gleb

W pracy przedstawiono nową metodę oceny zasięgu migracji pionowej i poziomej pierwiastków śladowych w glebach leśnych w sąsiedztwie dróg. W badaniach monitoringowych mierzono podatność magnetyczną gleb w układzie poziomym i pionowym w różnych odległościach od drogi o dużym nasileniu ruchu samochodowego. Procedura pomiarów podatności magnetycznej oparta jest na zauważalnym związku pomiędzy wzrostem podatności magnetycznej a zawartością metali ciężkich w środowisku glebowym. Przeprowadzone badania wykazały podwyższoną powierzchniową podatność magnetyczną gleb w pasie przydrożnym o szerokości do 5,0 m (ok. 50×10-5 jednostek). Pas o szerokości od 5,0 do 40,0 m cechował się podatnością magnetyczną na poziomie tła(κ ≤22×10-5 jednostek). Średnia podatność magnetyczna dla gleb leśnych w Polsce wynosi 22×10-5 jednostek. Analiza pionowych rozkładów podatności magnetycznej wykazała maksimum wartości κ na głębokości od 5,0 do 10,0 cm Intensywny ruch samochodowego w krajach Europy Wschodniej wymusza rozbudowę i modernizację istniejącej sieci autostrad i tras szybkiego ruchu. Transport samochodowy generuje różne zanieczyszczenia chemiczne, w tym pierwiastki śladowe (Zn, Cu, Pb, Cd, Co, Cr, Ni, Cu). Nadmierne ilości niektórych pierwiastków śladowych mogą destabilizować homeostazę środowiska glebowego oraz osłabiać kondycję drzewostanów. Szkodliwość pierwiastków śladowych zależy nie tylko od stężenia, ale także ich form występowania. Potencjalne zagrożenia dla środowiska glebowego pierwiastkami metalicznymi można ocenić stosując metodę pomiaru podatności magnetometrycznej. Jest ona łatwo mierzalną wielkością geofizyczną opisującą zdolność danej substancji do zmian namagnesowania pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Magnetometria jest metodą alternatywną w stosunku do kosztownych metod geochemicznych. Podatność magnetyczna na powierzchni gleby wynosząca od 30 do 50×10-5 jednostek SI może oznaczać, że ilość przynajmniej jednego z metali przekracza wartość graniczną dopuszczalną dla gleb terenów leśnych. Celem podjętych badań było określenie rozkładu powierzchniowej i pionowej podatności magnetycznej gleb w sąsiedztwie drogi krajowej nr 11. Pomiary podatności magnetycznej przeprowadzano wzdłuż wyznaczonych geodezyjnie transektów badawczych o długości 40 m i przebiegały prostopadle do krawędzi drogi. Odczyty wykonywano co 0,5m, a każdy ostateczny wynik uzyskiwano z uśrednienia 10 odczytów. Pionowy rozkład podatności magnetycznej określano do głębokości ok. 20 cm. Badania przeprowadzono miernikiem podatności magnetycznej SM 400 produkcji czeskiej typu ZH Instruments – Brno. Przeprowadzone badania powierzchniowej i pionowej podatności magnetycznej wykazały, że największa koncentracja ferrimagnetyków występuje w nawierzchni i na poboczu drogi krajowej nr 11. Nie stwierdzono intensywnej migracji ferrimagnetyków do leśnych stref ekotonowych. Podwyższoną powierzchniową podatność magnetyczną gleb odnotowano w pasie przydrożnym o szerokości do 5,0 m (ok. 50×10-5 jednostek). Pas o szerokości od 5,0 do 40,0 m cechował się podatnością magnetyczną na poziomie tła (κ ≤20×10-5 jednostek). Średnia podatność magnetyczna dla gleb leśnych w Polsce wynosi 22×10-5 jednostek. Analiza pionowych rozkładów podatności magnetycznej wykazała maksimum wartości κ na głębokości od 5,0 do 10,0 cm. Mniejsza zawartość ferrimagnetyków w glebie w sąsiedztwie brzóz może wynikać z predyspozycji tego gatunku do intensywnego pobierania i bioakumulacji pierwiastków śladowych w aparacie asymilacyjnym.

Policy of road transportation development in the countries of Central Europe imposes construction of new and modernization of existing roads for still increasing transportation burdens. Road transportation release broad range of chemical pollutants, including trace metals (Zn, Cu, Pb, Cd, Co, Cr, Ni, Cu). High concentration of some chemical elements may destabilize homeostatic balance of the soil environment and may decrease health of forest stands. Negative impact of trace metals depends not only on its concentration but also on a form as well as chemical activity of chemical compounds which include trace metals. Potential negative impact of trace metals on the soil environment can be assessed with utilization of magnetic soil survey methods. An easy-to-measure geophysical indicator of magnetic properties of some materials is magnetic susceptibility, which describes the magnetic response of a sample when exposed to a weak increasing magnetic field and is directly linked to concentrations of ferromagnetic minerals. For example, if magnetic susceptibility over soil surface equals 30 to 50x10-5 SI units, it may be assumed that concentration of at least one trace metal goes beyond threshold natural value for forest ecosystem soils. The aim of the research was assessment of spatial distribution of magnetic susceptibility of forest soils in the vicinity of the state expressway no. 11. Magnetic susceptibility was measured along 40 m transects established with utilization of land survey methods. The transect axis were perpendicularly oriented against verge of road section. The resolution of measurements was 0.5 m. The result of measurement for transect axis was an average value calculated out of 10 separate measurements. Vertical distribution of magnetic susceptibility was measured up to 20 cm b.g.s. Magnetic susceptibility of cores was measured in the cores with MS2F sensor (Bartington Instruments). The highest κ values were noted for the asphalt concrete road pavement layer which was constructed with material containing ferromagnetic minerales. In general, patterns of κ values vertical distribution at experimental site were similar to the distribution patterns typical for natural, unpolluted forest soils. Intensive migration of ferromagnetic particles into forest ecotone zones was not identified. Increased surface magnetic susceptibility was noted for the area stretching up to 5 m from the road surface verge. (κ values no less than 50x10-5 SI units). Farther away from the road verge (5 to 40 m) soil magnetic susceptibility did not exceed 22x10-5 SI units – average threshold value for natural soil magnetic susceptibility of forest areas in Poland. Vertical magnetic survey returned maximum κ values at depth 5 to 10 cm b.g.s. Suppressed concentration of ferromagnetic particles in soil under Silver Birch stands may result from the species capability to uptake and bioaccumulate the magnetic particles in assimilative organs.