Nehézfémek mozgását és megkötődését meghatározó geokémiai tényezők vizsgálata cserháti talajszelvények példáján

Sipos Péter Nehézfémek mozgását és megkötődését meghatározó geokémiai tényezők vizsgálata cserháti talajszelvények példáján Doktori értekezés tézisei 10 ábrával és 4 táblázattal Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Földtudományi Doktori Iskola Földtan-Geofizika Doktori Program Témavezető: Dr. Pantó György, a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagja Magyar Tudományos Akadémia Geokémiai Kutatólaboratóriuma Budapest 2004

Bevezetés Az emberi tevékenység jelentősen megváltoztatta a természetes egyensúlyt a biogeokémiai ciklusban, melynek során a természetesnél nagyobb mennyiségű kémiai elem mobilizálódott a környezetben. Mindezek következtében a természetes viszonyok között esszenciális elemáramok is ártalmassá váltak. A talaj adszorpciós kapacitása révén képes bizonyos mennyiségű nyomelemet tárolni és akkumulálni. Az ily módon tárolt nyomelemek mobilitását meghatározó körülmények megváltozása jelentős migrációt indíthat meg, amely az ún. kémiai időzített bombák felrobbanásához vezethet (Stigliani, 1991). A folyamat természetes és mesterséges hatásra is elindulhat, és a szennyeződés bekövetkezése, valamint hatásának kifejtése közt sok idő telhet el. A környezetgeokémia egyik legfontosabb feladata a nyomelemek migrációját, megkötődését és felhalmozódását meghatározó tényezők vizsgálata a felszíni képződményekben. A kutatás célkitűzése az volt, hogy hasonló genetikájú, de eltérő talajképző kőzeteken létrejött talajszelvényekben vizsgáljam különböző geokémiai tényezők hatását egyes nehézfémek eloszlására, mozgására és megkötődésére. Ennek során környezetgeokémiai szempontból jellemeztem a kiválasztott természetes állapotú talajszelvényeket, majd a már ismert jellegek figyelembevételével kiválasztott talajmintákon laboratóriumi kísérletek segítségével vizsgáltam a talajok pufferkapacitását. Összevetettem a nehézfémek eloszlását meghatározó geokémiai tényezőket a természetes geokémiai háttérértékekhez közeli, valamint az ezeket nagyságrendileg meghaladó nehézfém-koncentrációk esetében, kiemelt figyelmet fordítva a talajképző kőzetre. Következtetéseket vontam le a vizsgált terület környezetgeokémiai állapotára, valamint hozzájárultam a barna erdőtalajok környezetgeokémiai megismeréséhez. A célkitűzés megvalósításához olyan mintavételi területet kellett választanom, amely kis távolságon belül változatos földtani felépítéssel jellemezhető, míg az egyéb természetes talajképző tényezők nem mutatnak különösebb változatosságot, így várhatóan hasonló genetikájú talajok borítják. Célom közvetlen emberi hatásoktól érintetlen minták vizsgálata volt, figyelembe véve, hogy ma már az atmoszferikus eredetű nehézfémszennyezésektől sehol sem tekinthetünk el. A fentieknek megfelelően az alárendelt ipari tevékenységgel jellemzett régiók erdőkkel borított dombvidéki területei látszottak legalkalmasabbnak a vizsgálataim elvégzésére, melyek további előnye, hogy általában barna erdőtalajok jellemzik, amelyek Magyarország területének jelentős 1

hányadát (35%) fedik (Stefanovits, 1971). Mindezek figyelembevételével a mintavétel helyszínéül a Keleti-Cserhátot, a Karancsot és a Mátralábát választottam (1. ábra). 1. ábra. A mintaterület vázlatos földtani térképe (a MÁFI térképe alapján in Láng, 1967) a mintavételi helyekkel törm. ül. = törmelékes üledékek (kavics, homok, agyag stb.), karb. ül. = karbonátos üledékek (mészkő, mészhomokkő, márga stb.) 2

Alkalmazott módszerek A kutatás során begyűjtött tizenhat talajszelvényből kilenc szelvényt vizsgáltam részletesebben, ezek között öt agyagbemosódásos barna erdőtalaj, egy barnaföld, két humuszos homoktalaj és egy földes kopár szelvény található, melyek talajképző kőzetei jól reprezentálják a mintavételi terület földtani viszonyait (1. táblázat). A szelvények jellemzésére ásványos összetétel (XRD), főelem-összetétel (XRF), szervesanyag-tartalom (Rock-Eval), továbbá szemcseösszetétel és phvizsgálat történt. 1. táblázat. A vizsgált talajszelvények típusa, a talajképző kőzet, valamint a mintavételi helyek Szelvény Talajtípus Talajképző kőzet Mintavételi hely szám 1. földes kopár tari dácittufa / lösz Tar 4. humuszos homok lábnyomos homokkő Ipolytarnóc 7. humuszos homok glaukonitos homokkő Kishartyán 9. agyagbemosódásos barna erdőtalaj szécsényi slír Karancslapujtő 12. agyagbemosódásos barna erdőtalaj lajtamészkő Buják 13. agyagbemosódásos barna erdőtalaj garábi slír Kisbárkány 14. barnaföld salgótarjáni homokkő Nyárjaspuszta 15. agyagbemosódásos barna erdőtalaj szaramta durvamészkő Szentkút 16. agyagbemosódásos barna erdőtalaj piroxénandezit málladék Alsótold A természetes állapotú talajok környezetgeokémiai jellemzése során meghatároztam a vizsgált talajokban a króm, a kobalt, a nikkel, a réz, a cink és az ólom teljes koncentrációját, illetve a növények által felvehető fémmennyiségeket. A talajminták feltárása a magyar szabványban megadott eljárás szerint (MSZ 21470 50), a kapott oldatok fémkoncentrációjának meghatározása pedig AAS-módszerrel történt. A vizsgált nehézfémek potenciális mobilizálhatóságának meghatározására négy, különböző talajképző kőzeten létrejött agyagbemosódásos barnaerdőtalaj-szelvényt vizsgáltam szekvenciális kioldással a Li és munkatársai (1995) által kidolgozott módszerrel. A kapott oldatok fémkoncentrációjának meghatározása ICP-AES-módszerrel történt. A környezetgeokémiai jellegeik alapján kiválasztott talajmintákon nikkel-, réz-, cink- és 3

ólomadszorpciós és -deszorpciós kísérleteket hajtottam végre egyelemes és kompetitív helyzetben. Egyelemes helyzetben a 20 2000 mg/l-es tartományban, kompetitív helyzetben elemenként változó, az irodalmi adatok alapján a szennyvíziszapból mobilizálható nehézfémmennyiségek koncentrációtartományában zajlottak a vizsgálatok. A 48 órás reakcióidőt követően az oldatban maradt fémkoncentrációk meghatározása AAS-módszerrel történt. A kompetitív helyzetben megkötött fémek deszorpcióját desztillált vizes, magnézium-kloridos és nátrium-acetátos kioldással vizsgáltam. A kioldott fémkoncentrációk mérése ICP-AESmódszerrel történt. Az egyedi ásványszemcsék ólomadszorpciós képességének meghatározására TEM-EDS-módszert alkalmaztam. Eredmények 1. Megállapítottam, hogy a vizsgált nehézfémek koncentrációi a begyűjtött talajszelvényekben a hazai háttérértékekhez viszonyítva átlagosak vagy átlag alattiak (2. táblázat). 2. táblázat. A vizsgált szelvények nehézfémtartalma a TIM (Talajvédelmi Információs és Monitoring Rendszer) pontokon mért, valamint a 10/2000 (VI. 2.) rendeletben megadott háttér koncentráció értékekhez ( A érték) viszonyítva Fémek Vizsgált szelvények TIM pontok A érték mg/kg tartomány átlag tartomány átlag átlag Co 0-25 9 3-24 12 15 Cr 9-54 30 4-59 25 30 Cu 2-29 12 3-23 13 30 Ni 9-42 25 4-38 21 25 Pb 3-37 18 2-27 14 25 Zn 28-94 59 14-71 47 100 Ezek között az agyagbemosódásos barna erdőtalajok jellemezhetőek a legnagyobb nehézfémkoncentrációkkal, míg a humuszos homoktalajok a legkisebbekkel. Igazoltam a talajképző kőzet jelentős hatását a talajok nyomelemkészletére. Az andeziten képződött talajszelvény jellemezhető a legnagyobb, a homokkövön képződött szelvények a legkisebb nehézfém- 4

koncentrációval, míg a karbonátos alapkőzeten képződött szelvényekben jelentős relatív dúsulást tapasztaltam a karbonátásványok gyors mállása miatt (2. ábra). 2. ábra. A talajképző kőzet hatása néhány nehézfém eloszlására a) A piroxénandezit málladékon kialakult agyagbemosódásos barna erdőtalaj C szintjében hirtelen koncentrációnövekedés tapasztalható, sőt egyes esetekben (pl. króm) már a B szint alján is érezteti hatását az anyakőzet. b) A szarmata mészhomokkövön képződött agyagbemosódásos barna erdőtalajban a karbonátásványok gyors mállása miatt a talaj felső szintjeiben jelentős változó mértékű dúsulás tapasztalható a C szinthez képest 2. Vizsgálataim szerint a legtöbb nehézfém eloszlása a szelvényekben a talajtípustól függetlenül egyenletes. Kivételt képez az ólom, amelynek koncentrációja a felszíni rétegekben a legnagyobb, és a mélységgel fokozatosan csökken (3. ábra). A jelenség egyrészt az ólom és a szervesanyag-tartalom szoros kapcsolatára, másrészt az ólom atmoszferikus leülepedésből történő dúsulására utal, amit az ólomdúsulás hiánya igazol az erodált szelvény felső szintjében. 5

3. ábra. Az agyagbemosódás (a), valamint az emberi tevékenység hatása (b) néhány nehézfém eloszlására a) A garábi slíren kifejlődött agyagbemosódásos barna erdőtalaj szelvény B szintjének tetején néhány fém jelentős dúsulást mutat az A és E szintekhez képest a lefelé irányuló kilúgzás következtében. b) Az ólom mennyisége a vizsgált talajszelvények mindegyikében csökken a mélységgel, ami antropogén forrás (atmoszférikus leülepedés) jelemlétére utal 3. A vizsgált szelvényekben a növények által felvehető nehézfémmennyiségek a Pb > Co > Ni > Cu > Zn > Cr sorrendben csökkennek. Nem tapasztaltam közvetlen összefüggést a talajok teljes és felvehető nehézfémtartalma között. A talajtani jellegektől függetlenül a kobalt, az ólom és a nikkel relatív elérhetősége nagy vagy közepes, a rézé és a cinké kicsi, a krómé pedig nagyon kicsi. Arányait tekintve a szerves anyagban leggazdagabb szintekből vehető fel a legtöbb fém, de a felvehetőség nem csökken nagyságrendileg a mélyebb szintekben sem (4a. ábra). Igazoltam, hogy a fémek felvehetőségét leginkább a talaj szervesanyag-tartalma és a növények szabályozó képessége befolyásolja. Az agyagbemosódásos barna erdőtalajok B szintjében bizonyos fémek (kobalt, nikkel, réz, cink) felvehetőségének csökkenését tapasztaltam, amely az agyagásványok dúsulásának következtében megnövekedett megkötőképesség eredménye (4b. ábra). A karbonáttartalmú talajszintekben a nehézfémek 6

felvehetőségének csökkenését tapasztaltam, ami ezen szintek nagyobb pufferkapacitásának tudható be. 4. ábra. A növények által felvehető nehézfémmennyiségek eloszlási típusai A piroxénandezit málladékon képződött agyagbemosódásos barna erdőtalaj szelvényben a mélységgel csökken a felvehető kobalt, nikkel és cinkmennyiség (a), ami a szerves anyaggal való szorosabb kapcsolatra utal, míg a szécsényi slíren képződött szelvény B szintjében kisebb a felvehető fémtartalom, mint az A vagy BC szintekben (b) az agyagásványok dúsulása miatt bekövetkező megkötő képesség növekedés következtében 4. Vizsgálataim során a Pb > Co > Ni > Cu > Zn > Cr relatív mobilitási sort állapítottam meg. A sorozat végén álló króm 10, az ólom 50 70%-a potenciálisan mobilizálható a vizsgált szelvényekben (5. ábra). Méréseim az ólom nagyobb mobilitását mutatták az irodalmi adatokhoz képest, melyet a tapasztalt ólomkoncentrációk bizonyos fokig antropogén eredetének tulajdonítottam. Az egyes nehézfémek mobilitása a vizsgált talajszelvényekben nagyon hasonló, a szelvényekben zajló közel azonos mállási-talajképző folyamatoknak megfelelően. 7

5. ábra. Az ólom és a króm megoszlása a különböző szekvenciális kioldásos lépésekben néhány szelvény mintáiban Az ólom mutatkozott a leginkább mobilisnak, míg a króm a legkevésbé mobilisnak a vizsgált szelvényekben. A talajképző kőzet minőségétől függetlenül az agyagbemosódásos barna erdőtalajokban az egyes fémek kioldhatósága nagyon hasonló, ami az azonos talajképző folyamatoknak tudható be Mészhkő = szarmata durvamészkő (mészhomokkő), G. slír = garábi slír, Sz. slír = szécsényi slír 5. Igazoltam, hogy a fémek legnagyobb hányada a nem, vagy a nagyon nehezen mobilizálható frakcióhoz kötődik, és ez az arány a mélységgel nő, azaz növekszik a talajképző kőzet hatása a nehézfémek mobilitására (6. ábra). Kimutattam, hogy a mobilizálható frakciók közül a szerves anyaghoz köthető frakció szerepe leginkább az ólom, valamint a réz és a nikkel esetében, a vas- és mangán-oxidokhoz köthetőé a kobalt, az ólom, a cink és a nikkel esetében jelentős. Megállapítottam, hogy a könnyen mobilizálható nehézfémfrakció szerepe a vizsgált szelvényekben alárendelt. 6. Tapasztalataim szerint az egyelemes és a kompetitív fémadszorpció egyaránt jól leírható a Langmuir-féle izoterma segítségével, azonban azoknál az elemeknél, amelyeknél a versengés hatással van a megkötődésre (nikkel, cink), az illeszkedés romlik. A görbék alakja egyelemes helyzetben a vizsgált minták nagy affinitására, esetenként versengő megkötődésre és felületi kicsapódásra, azaz több folyamat együttes lezajlására utal. 8

6. ábra. A nikkel megoszlása a vizsgált szelvények genetikai szintjeiben a szekvenciális kioldási lépéseket követően A mélységgel egyre kisebb mennyiségű fém mobilizálható a szelvényből, ami az alapkőzet hatásának növekedésével, illetve a talajképző folyamatok hatásának csökkenésével magyarázható Adszorbeált = MgCl 2 utána NaOAc, Redukálható = NH 2.OH.HCl, Oxidálható = H 2 O 2 + HNO 3, Maradék = HF + HClO 4 + HNO 3 7. A kísérletek igazolták, hogy a talajok összetételétől és más fémek jelenlététől függetlenül a fémek affinitása a talajok felé a Cu > Pb > Zn > Ni sorban csökken (7. ábra). 7. ábra. A réz, az ólom és a nikkel maximális adszorpciója néhány talajmintán Az ábrán jól látható, hogy a különböző fémek affinitása a talajminták felé az összetételtől függetlenül ugyanaz. A zárójelben lévő számok a fajlagosan adszorbeált fémmennyiségeket jelzik, azaz az adszorbeált fémmennyiség maximálisan megköthető fémmennyiséghez viszonyított százalékos arányát. Ebben a megközelítésben tehát az affinitási sor a Pb > Cu > Ni sorozatra változik Megerősítettem továbbá, hogy míg a nikkel és a cink megkötődésére jelentős hatással van az ólom és a réz jelenléte, addig ez a megállapítás fordított esetben nem áll (8. ábra). 9

8. ábra. A réz és a cink adszorpciója kompetitív helyzetben különböző karakterű talajmintákon A két fém kiindulási koncentrációja közti eltérés igen jelentős (Cu = 200 mg/l, Zn = 1200 mg/l), mégis fajlagosan több réz kötődik meg a minta összetételétől függetlenül, ráadásul a szerves anyag dús mintában abszolút értékben is nagyobb a rézadszorpció. Ennek oka, hogy a a réz adszorpciója gátolja a cink megkötődését. A karbonátos mintában az adszorpciónál sokkal nagyobb szerepet kap a kicsapódás, emiatt jóval nagyobb fémmennyiségek immobilizálódnak. Mivel a kicsapódás fémenként eltérő ph érték mellett következik be, adott körülmények között jelentős eltérés lehet az immobilizált fémmennyiségek között Igazoltam, hogy a fajlagos adszorpció csökkenését egyedül a ph határozza meg. Megállapítottam, hogy a rohamos csökkenés minden fém esetében más ph-értéken indul meg, az ólom esetében 5,5 6,5 a réz esetében 5 6,5, a cinknél 6 7, a nikkelnél 6,5 7,5 mellett (9. ábra). 8. Megfigyeltem, hogy az ólom, a réz és a nikkel maximális megkötődése a vizsgált mintákon hasonlóan változik, tehát ugyanazok a talajtulajdonságok határozzák meg az adszorpciójukat. A karbonátos minta immobilizálja a legtöbb nehézfémet, ennél jóval kevesebb fémet köt meg a nagy szervesanyag-tartalmú minta. A minta szervesanyag-tartalmának eltávolításával jelentős mértékű csökkenést tapasztaltam az ólom adszorpciójában. Legkevesebb nehézfémet az agyagbemosódással jellemzett minták kötöttek meg, azonban a szelektivitás itt volt a legszembetűnőbb. Igazoltam, hogy az agyagfrakciók 30 40%-kal több nehézfémet képesek 10

megkötni, mint a teljes talajminták. A vizsgált mintákban az ólom esetében a vermikulit > montmorillonit > klorit, a réz esetében a montmorillonit > vermikulit, míg a nikkel esetében a vermikulit > montmorillonit dominanciasorban csökken a nehézfémmegkötés mértéke (10. ábra). 9. ábra. A fajlagosan adszorbeált rézmennyiség a ph függvényében A vizsgált fémek esetében más-más ph tartományban a fajlagosan adszorbeált fémmennyiség jelentősen lecsökken, azaz adott ph tartomány alatt jelentős mobilizáció várható fém specifikkusan 10. ábra. Különböző agyagásványos karakterű talajminták és agyagfrakcióikon megkötődő ólom adszorpciós görbéi Az agyagfrakciók jóval nagyobb menynyiségű fémet kötnek meg, mint a teljes talajminták. Az eltérés legnagyobb mértékű a kloritos, kisebb a montmorillonitos és legkisebb (a legnagyobb adszorpciós képességű) vermikulitos minta esetében. Ver = vermikulit, MM = montmorillonit, Klo = klorit 11

9. Az egyedi ásványszemcsék ólommegkötő képességét korábban nem alkalmazott módszerrel vizsgáltam (TEM-EDS). Ennek során kimutattam, hogy az egyes ásványfajok inhomogén módon kötik meg a fémeket (3. táblázat). Tapasztalataim szerint a kristályos fázisok közül az agyagásványok a legfontosabb ólommegkötő fázisok, de a vas-oxidok szerepe is jelentős lehet, míg kalciton nem mutattam ki ólommegkötődést. Az egyes agyagásványfajok ólommegkötő képessége széles intervallumon belül változik (0 15%), így elkülönítésük ebből a szempontból nehézkes. 3. táblázat. Egyedi ásványszemcsék által megkötött ólommennyiségek Ásványfázis Megkötött ólommenyiség (%) Vermikulit 1,92-6,72 Szmektit 5,44-9,85 Illit 0,68-11,03 Kevert szerkezetek* 1,80-9,12 Vegyes fázisok** 2,85-6,07 Vas-oxid*** 3,22-4,10 * = illit/szmektit, illit/vermikulit, klorit/vermikulit; ** = klorit /vermikulit + illit, illit/szmektit + illit, *** = kristályos vas-oxid 10. Igazoltam, hogy az adszorpcióhoz hasonlóan a deszorpció is szelektív folyamat, továbbá hogy a megkötött fémek mobilizálhatósága a Cu < Pb << Zn (< Ni) sorban nő. Vizsgálataim szerint a lecserélhető helyeken való megkötődésnek elsősorban a nagy agyagásvány-tartalmú mintákban van szerepe. A folyamat a cink esetében a nagy szervesanyag-tartalmú mintánál is jelentős mértéket ölt, hiszen ezen fém megkötődésére jelentős hatással van a versengés. A réz és a cink esetében az ioncsere a montmorillonitos, míg az ólom esetében a vermikulitos minta esetében jelentősebb. Kimutattam, hogy a vizsgált mintákban a specifikus adszorpció szerepe a fémek megkötésében elsősorban a nagy szervesanyag-tartalmú minta esetében jelentős. Ezeken a helyeken dominánsan a nagy affinitású elemek kötődtek meg (ólom, réz). A karbonátos mintában a kicsapódás az elsődleges megkötő folyamat, és ebben az esetben mobilizálható a legnagyobb mennyiségű nehézfém (4. táblázat). 12

4. táblázat. Az adszorbeált nehézfémek kioldhatósága a különböző karakterű talajmintákból A különböző fémek által elfoglalt adszorpciós helyek igen nagy változatosságok mutatnak a minta összetételének függvényében, ezáltal az adott körülmény megváltozásával nem ugyanaz a mennyiségű és minőségű fém mobilizálódik az eltérő karakterű mintákról Ioncsere = MgCl 2, Specifikus adszorpció és kicsapódott = NaOAc + CH 3 COOH, Mobilis hányad =desztillált vízzel kioldható + kicserélhető + specifikusan adszorbeált Szerves anyag dús minta (911) Kicserélhető Zn (26%), Pb (13%), Cu (9%) Specifikusan Pb (39%), adszorbeált Cu (24%), Karbonátos minta (915) Zn (6%) Kicsapódott Ni (80%), Cu (65%), Pb (62%), Zn (44%) Mobilis hányad Pb (53%), Zn (49%), Cu (35%) Ni (80%), Cu (65%), Pb (62%), Zn (44%) Montmorillonito s minta (1315) Zn (42%), Pb (31%), Cu (25%) Cu (9%), Pb (7%), Zn (4%) Zn (57%), Cu (43%), Pb (39%) Vermikulitos minta (913) Pb (41%), Zn (14%), Cu (6%) Pb (26%), Cu (19%), Zn (7%) Pb (67%), Zn (35%), Cu (28%) Következtetések 1. A kutatás alátámasztotta azt a megfigyelést, hogy a teljes nehézfémtartalom ismerete nem elegendő a talajképző folyamatok nehézfémek viselkedésére gyakorolt hatásának megismeréséhez, szükséges hozzá a fémek mobilitási viszonyainak ismerete is, melyekre szekvenciális kioldásos kísérletekből kaphatunk adatokat. Ezek a kísérletek azonban a gyakori alkalmazással ellentétben csak fenntartásokkal alkalmazhatóak annak megállapítására, hogy a fémek mely talajalkotókhoz köthetőek. Ennek egyik legjobb példája, hogy a talajok felépítésében és a megkötődési folyamatokban kiemelt fontosságú agyagásványok szerepére ezekből a vizsgálatokból nem tudunk következtetni. A fémek mobilitási viszonyairól a növények által felvehető fémmennyiségek vizsgálatával is nyerhetünk információt. Az irodalmi adatok szerint a növények igényeik szerint képesek szabályozni ezt a mennyiséget, így a különböző növényegyüttesek különböző mélységű 13

talajszintekből mobilizálják a fémeket. Ezért fontos az általános gyakorlattal szemben a mélyebb talajszintek felvehető nyomelemtartalmának vizsgálata is. 2. A természetes jellegek és a kísérletek során tapasztalt tulajdonságok összevetését nehezíti a mobilis fémkoncentrációk több nagyságrenddel való eltérése mellett a jelentős ph-különbség is. Tapasztalataim szerint a természetes állapotú talajokban az adszorbeált fémmennyiségek az összes fémkoncentrációhoz képest elhanyagolhatók. Ilyen fémmennyiségek mellett a versengés a nehézfémek között nem feltételezhető, és esetleges szennyezés esetén sem mobilizálódna a talajról nagy mennyiségű nehézfém. A kísérletek igazolták, hogy a jelentős karbonáttartalommal jellemzett mintában a kicsapódás az elsődleges megkötődési folyamat, ami természetes állapotok között is feltételezhető. Mind természetes viszonyok között, mind pedig a laboratóriumi kísérletek esetében igazoltam a nikkel, a réz és az ólom nagy affinitását a talajok szerves anyaga felé. 3. Kísérleteim szerint a nagy szervesanyag-, agyagásvány- és karbonáttartalommal rendelkező talajok hatékonyan képesek immobilizálni egy esetleges nehézfémszennyezést. Ez a hatékonyság többelemes szennyezés esetén csökken, és már nagyon kis ph-változás (egy egységnyi) is elegendő lehet ezen képesség jelentős hányadának elveszítéséhez. A komplex talajösszetétel előnye, hogy a környezeti változások hatása várhatóan szelektív módon működik, és az egyik tulajdonság pufferkapacitásának elvesztése nem feltétlenül jelenti a többi összetevő hatásának megszűnését. 4. A kutatási területről begyűjtött talajok nehézfémekben viszonylag szegények, mennyiségük gyakran az országos átlag alatt van. Ezt alapvetően a talajképző kőzet okozza, hiszen a vulkáni képződmények kivételével nyomelemekben szegény, durva törmelékes vagy karbonátos képződmények dominálnak a terület felszíni képződményei között. Mivel a mezőgazdasági művelés alatt álló területekről vett Talajvédelmi és Információs Monitoring rendszer pontjain is hasonló nehézfém-koncentrációkat mértek, feltételezhető, hogy a területen a mezőgazdasági termelés nem vezetett a nehézfém-koncentráció kimutatható növekedéséhez. 5. Az ólom eloszlásában és mennyiségének alakulásában szerepe van az atmoszferikus leülepedésből származó szennyezésnek is, amely a talaj felső szintjében dúsulást eredményez. Az A szintekben a B szintekben mért értékek több mint másfélszeresét tapasztaltam. Az 14

antropogén eredetet igazolja az ólom vártnál jelentősebb mobilitása is ezekben a talajszelvényekben. Azoknál a talajszelvényeknél, ahol az erózió hatása feltételezhető, a felső szintek lehordódása miatt nem mutatható ki koncentrációnövekedés. 6. A kutatási terület legelterjedtebb talajtípusa az agyagbemosódásos barna erdőtalaj, melynek szervesanyag-tartalma átlagos, agyagásvány-tartalma széles skálán mozog, és dominálnak benne a duzzadó agyagok. A karbonátos talajképző kőzeten képződött talajok területi elterjedése a vizsgált területen nem jelentős. Ennek megfelelően a talajok agyagásványos jellege kapná a fő szerepet egy esetleges szennyezés immobilizálásában. A vizsgált szelvények között ez a talajtípus jellemezhető a legnagyobb nehézfém-koncentrációkkal. A többi talajtípushoz képest érettebb talajokról van szó, ezért a nehézfémmegkötő fázisok mennyisége is nagyobb bennük, ennek ellenére a nehézfémek nagy része ezekben a talajokban is az alapkőzetből öröklött fázisokban csapdázódott. Ezen talajtípus felhalmozódási szintjében a kobalt, a nikkel, a réz és a cink felvehetősége relatíve lecsökken az alatta levő szintekhez képest is, ami az agyagásványok feldúsulásának következtében változó mértékben megnövekedett immobilizáló képességnek köszönhető, de kapcsolatban állhat a csökkenő növényi aktivitással is. Irodalomjegyzék 10/2000 (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes rendelete A felszín alatti víz és a földtani közeg minőségi védelméhez szükséges határértékekről. Magyar Közlöny 52: 3156-3167, 2000. Láng, S. 1967. A Cserhát természeti földrajza. Akadémiai Kiadó, Budapest, p. 376. Li, X., Coles, B. J., Ramsey, M. H., Thornton, I. 1995. Sequential extraction of soils for multielement analysis by ICP-AES. Chemical Geology 124: 109-123. MSZ (Magyar Szabvány) 21470-50. 1998. Környezetvédelmi talajvizsgálatok. Az összes és az oldható toxikuselem-, a nehézfém és a króm(vi)tartalom meghatározása. Magyar Szabványügyi Testület ICS 13.080, pp. 24. Stefanovits, P. 1971. Brown forest soils of Hungary. Akadémiai, Budapest, p. 261. Stigliani, W. M. 1991. Chemical time bombs: Definition, concepts, and examples. Executive Report No. 16., International Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria, p. 23. 15

A doktori értekezés témájában megjelent publikációk jegyzéke Tudományos folyóiratban megjelent cikkek Sipos, P., Németh, T., Mohai, I. 2005. Distribution and possible immobilization of lead in a forest soil (Luvisol) profile. Environmental Geochemistry and Health (in press) Sipos, P., Németh, T., Mohai, I., Dódony, I. 2005. Effect of soil composition on adsorption of lead as reflected by a study on a natural forest soil profile. Geoderma 124: 363-374. Sipos, P. 2004. Geological and pedogenic effects on heavy metal distributions in forest soils from the Cserhát Mts., NE Hungary. Acta Geologica Hungarica 47: 411-429. Gondi F., Hartyáni Zs., Nemecz E., Sipos P., Szendrei G. 2004. A hazai környezet-geokémiai kutatások néhány eredménye. Magyar Kémiai Folyóirat 109-110: 204-210. Sipos, P. 2003. Distribution of Cu, Ni, Pb and Zn in forest soil profiles from the Cserhát Mts., NE Hungary. Acta Mineralogica-Petrographica 44: 43 50. Nemzetközi konferenciák kiadványaiban megjelent összefoglalások Sipos, P., Németh, T., Mohai, I. The effect of clay mineralogy on the retention of heavy metals by soils. In: Abstracts (Eds) Németh T, Terbócs A 2 nd Mid-European Clay Conference (20 24 September 2004, Miskolc, Hungary.) Acta Mineralogica-Petrographica Abstract Series, Szeged, 4: 95. Sipos, P. Factors affecting heavy metal distribution in forest soils: inherited and pedogenic characteristics. Eurosoil 2004 Conference, Freiburg, Germany, 4-12. September, 2004, Abstracts, 95. Sipos, P., Németh, T., Mohai, I. 2003. Neutralizing effect of soils to a possible lead pollution as reflected by a study on two natural soil profiles. In: Kralik, M., Hausler, H., Kolesar, C. (eds.). First Conference on Aplied Environmental Geology in Central and Eastern Europe, Vienna, Austria, 7 10. October, 2003. Abstract Volume. pp. 232 234. Sipos, P. 2003. Geological and pedogenic effects on heavy metal distributions in natural forest soils from Hungary. In: 6 th International Symposium on Environmental Geochemistry, Edinburgh, Scotland, 7 11 September, 2003. pp. 185. Sipos, P., Póka, T. 2003. The variable geological and geochemical factors in the determination of threshold limit values for heavy metals in soils. In: 6 th International Symposium on Environmental Geochemistry, Edinburgh, 16

Scotland, 7 11 September, 2003. pp. 165. Németh, T., Sipos, P., Dódony, I., Mohai, I., Tóth, M. 2003. Heavy metal-soil vermiculite interactions in a Luvisol profile. In: Euroclay Conference, Modena, Italy, 22 26 June, 2003. pp. 205. Sipos, P., Németh, T., Mohai, I., Dódony, I. 2003. Adsorption of lead on a Luvisol profile from the Cserhát Mts., NE Hungary. In: 2 nd Mineral Sciences in the Carpathians International Conference, Miskolc, March 6 7, 2003. Acta Mineralogica-Petrographica, Abstract Series 1: 94. Sipos, P., Németh, T., Mohai, I. 2002. Distribution and possible fixation of lead in a Luvisol profile. In: 20 th European SEGH Conference on Heavy metal contamination and quality of life, Debrecen, Hungary, 4 6. September 2002. Book of abstracts. pp. 18. Sipos, P., Póka, T. 2002. Threshold limit values for heavy metals in soils in the function of spatial and temporal variation of geochemical factors. In: Specail Issue of Geologica Carpathica (CD) Vol. 53, ISSN 1335-0552, Proceedings of the XVII. Congress of CBGA Bratislava, September 1 4. 2002. Sipos, P., Németh, T. 2001. Effect of clay mineralogy on trace metal geochemistry as reflected by the soil profiles from the Cserhát Mts., NE Hungary. In: Mid-European Clay Conference, Stará Lesná, Slovakia, September 9 14, 2001. Book of Abstracts. pp. 99. Sipos, P., Németh, T. 2000. Trace metal distribution and clay mineralogy of some soil profiles of the Cserhát Mts., NE Hungary. In: XVIth Conference on Caly Mineralogy and Petrology, Karlovy Vary, Czech Republic, August 27 31, 2000. Book of Abstracts. pp. 91. Interneten megjelent tanulmány Sipos P., Póka T. A szennyezettségi határértékek a geokémiai háttér tér- és időbeli változásának függvényében. http://www.chemonet.hu/hun/olvaso/geokem/hatarertek.html 17