GLEBY
Gleby arkusza zostały ukształtowane przez naturalne czynniki glebotwórcze oraz antropogeniczne procesy przemysłowo-urbanizacyjne. Ich skałami macierzystymi są utwory permu, triasu i czwartorzędu, a czynniki oddziałujące na kumulację w nich pierwiastków należą do geologicznych (wychodnie formacji skalnych, bariery geochemiczne) i antropogenicznych (zrzuty wód kopalnianych i ścieków, odcieki z hałd odpadów pogórniczych i osadników, spalanie węgla, hutnictwo cynku).
Najbardziej powszechnym typem są gleby bielicowe wytworzone z piasków (Program…, 2005). Są to gleby kwaśne, powstające przy współudziale roślinności lasów iglastych. Na wapieniach i dolomitach wykształciły się rędziny, rzadziej reprezentowane są gleby brunatne. Na terenach dawnej eksploatacji galmanów występują rędziny inicjalne. Doliny rzeczne pokrywają mady, a w niektórych ich partiach i w obniżeniach terenu występują gleby torfowe.
Skład granulometryczny. Porównania wyników składu ziarnowego, uzyskane metodą sitowo-sedymentacyjną (zgodnie z klasyfikacją przyjętą w podziałach międzynarodowych FAO i USDA) i metodą laserową, wskazują na istotne różnice w zawartości poszczególnych frakcji (Kasza, 1992; Issmer, 2000). Bezpośrednie wykorzystanie wyników uzyskanych metodą laserową nie umożliwia zatem podziału gleb według kryteriów gleboznawczych. Dane są natomiast bardzo pomocne przy interpretacji wyników badań geochemicznych.
Wyniki analizy sitowej i pomiarów laserowych (po przeliczeniu na udziały procentowe) przedstawiono na mapach z uwzględnieniem wybranych klas ziarnowych: 1,0–0,1 mm frakcja piaszczysta, 0,1–0,02 mm frakcja pylasta i <0,02 mm frakcja ilasta (tabl. 4–6).
Prawie wszystkie właściwości chemiczne i fizyczne gleb wiążą się bezpośrednio lub pośrednio z ich składem mechanicznym. Określenie uziarnienia gleb pozwala wnioskować o ich genezie i podatności na zanieczyszczanie. Jest jednym z głównych parametrów warunkujących mobilność pierwiastków w profilu glebowym. Każda z frakcji mechanicznych, czyli grup cząstek o określonych wymiarach i często zbliżonych właściwościach fizyczno-chemicznych, wpływa na porowatość, zwięzłość, plastyczność, rodzaje sorpcji oraz odporność gleb na czynniki degradujące (Prusinkiewicz i in., 1994).
Skład ziarnowy gleb jest jednym z czynników warunkujących zawartość pierwiastków chemicznych. Gleby z dużym udziałem frakcji ilastej, zwanej w gleboznawstwie frakcją spławialną (<0,02 mm), i pylastej (0,1–0,02 mm) charakteryzują się zwykle większymi zawartościami pierwiastków i ich mniejszą mobilnością w warunkach hipergenicznych. W normach i zaleceniach określających dopuszczalne stężenia metali w glebach zwykle uwzględnia się tę ich właściwość, dopuszczając większe stężenia graniczne dla gleb z dużym udziałem frakcji ilastej i mniejsze dla gleb z dużym udziałem frakcji piaszczystych (Kabata-Pendias i in., 1995). Zróżnicowanie granulometrii gleb na arkuszu Sławków związane jest z litologią skał macierzystych. Na piaskach i żwirach plejstoceńskich w południowej i północno-wschodniej części arkusza rozwinęły się gleby piaszczyste o zawartości frakcji 1,0–0,1 mm >75%. W glebach rozwiniętych na piaskach wodnolodowcowych stożków napływowych znaczący jest udział piasku gruboziarnistego (1,0–0,5 mm), wynoszący 20–30%. W glebach powstałych z piasków i żwirów wodnolodowcowych na tę frakcję przypada 10–20%. Udział frakcji piasku średnio- (0,5–0,25 mm) i drobnoziarnistego (0,25–0,1 mm) jest podobny. Gleby te charakteryzują się niewielką zawartością (<5%) frakcji pylastej (0,1–0,02 mm) i frakcji ilastej (<0,02 mm). Specyficznym składem granulometrycznym wyróżniają się gleby rozwinięte na górnoplejstoceńskich lessach, występujących między Bolesławiem na południowym wschodzie i doliną Białej Przemszy na północnym zachodzie. Zawierają one powyżej 15% frakcji żwirowej (>1,0 mm). Udział frakcji piaszczystych rzadko przekracza w nich 10%, a dominują frakcje pylaste i ilaste.
Gleby środkowej części arkusza, rozwinięte na skałach permskich i triasowych, są mieszaniną różnych frakcji piaszczystych i zawierają <5% frakcji pylastych i ilastych. Znaczny udział w ich budowie mają frakcje żwirowe (odłamki skał podłoża).
Odczyn. Zarówno w warstwie powierzchniowej, jak i na głębokości 0,8–1,0 m przeważają gleby o odczynie kwaśnym, co związane jest ze sposobem ich użytkowania oraz charakterem litologicznym skał macierzystych. Kwaśne gleby lasów (pH <6,3), utworzone na piaszczysto-żwirowych utworach wodnolodowcowych i lessach, pokrywają około połowy obszaru arkusza. W niektórych lasach występują płaty gleb bardzo kwaśnych (pH <5). Kwaśny odczyn gleb powoduje wymywanie składników pokarmowych i może prowadzić do uwolnienia toksycznych form glinu. Występowanie gleb obojętnych i niekiedy zasadowych jest ograniczone do niewielkich obszarów w okolicy Bolesławia, ZGH Bolesław (w tym również w obrębie osadników poflotacyjnych) oraz rejonu położonego na północ od Sławkowa (wychodnie dolomitów kruszconośnych). Udział gleb obojętnych i alkalicznych wyraźnie wzrasta wraz z głębokością. Geochemia. Pierwiastki chemiczne zawarte w glebach w znacznej mierze zostały odziedziczone po skałach macierzystych, z których powstały w wyniku procesów glebotwórczych. W zależności od warunków fizykochemicznych środowiska procesy glebotwórcze prowadzą do zmian chemizmu gleb w stosunku do chemizmu skał macierzystych, najczęściej jednak podstawowe cechy geochemiczne skał pierwotnych są czytelne. Przestrzenne rozmieszczenie pierwiastków odziedziczonych po skałach macierzystych pozwala prześledzić zróżnicowanie tła geochemicznego i wydzielić lokalne anomalie pierwiastków. Gleby rozwinięte z plejstoceńskich lessów obfitują w glin, kobalt, chrom, żelazo, tytan i wanad, co jest bardziej widoczne na głębokości 0,8–1,0 m. Szczególnie charakterystyczny jest rozkład tytanu, którego rozmieszczenie dokładnie pokrywa się z wychodniami lessów. Dla gleb rozwiniętych na wychodniach utworów permskich i triasowych typowymi pierwiastkami są wapń i magnez oraz glin, żelazo, kobalt, chrom, nikiel, stront i wanad. Wzbogacenie gleb w te pierwiastki jest znacznie bardziej wyraziste na głębokości 0,8–1,0 m. Najbardziej charakterystyczną asocjację, związaną z utworami węglanowymi triasu, tworzą wapń, magnez, mangan i stront. Gleby najbogatsze w te pierwiastki występują w środkowej części arkusza. Do szczególnej koncentracji wapnia (>8%), magnezu (>4%), żelaza (>8%) i strontu (>80 mg/kg) dochodzi w glebach w pobliżu osadników poflotacyjnych ZGH Bolesław.
Kadm, cynk, ołów, srebro, arsen, miedź, rtęć i siarka są pierwiastkami związanymi z wychodniami dolomitów kruszconośnych i działalnością górniczo-hutniczą. W odróżnieniu od poprzedniego zespołu pierwiastków, koncentrują się głównie w powierzchniowej warstwie gleb, co wiąże się ze współczesną i historyczną eksploatacją oraz wzbogacaniem rud Zn–Pb. Na głębokości 0,8–1,0 m następuje redukcja obszaru zajmowanego przez gleby o ich anomalnej koncentracji. Najwyraźniej prawidłowość tę obserwuje się dla kadmu, cynku i ołowiu (tab. 6). Największe koncentracje metali w glebach z głębokości 0,8–1,0 m stwierdzono w rejonach historycznej eksploatacji skał kruszconośnych (Bolesław–Ujków) oraz w pobliżu huty cynku i osadników poflotacyjnych w Bukownie. W tym ostatnim przypadku dochodzi do bardzo silnego skażenia, prawdopodobnie do znacznej głębokości.
W powierzchniowej warstwie gleb anomalie srebra (>2 mg/kg), arsenu (>40 mg/kg), kadmu (>8 mg/kg), miedzi (>40 mg/kg), rtęci (>0,20 mg/kg), ołowiu (>500 mg/kg) i cynku (>1000 mg/kg) występują w obszarze przemysłowym ZGH Bolesław. Anomalie te mają charakter mieszany, antropogeniczno-geogeniczny i w większości są widoczne również w głębszej warstwie gleb. Najbardziej intensywne anomalie wielu pierwiastków zanotowano na obszarze osadnika poflotacyjnego ZGH Bolesław, którego wschodni fragment jest zlokalizowany na arkuszu Olkusz. W powierzchniowej warstwie gleb i na głębokości 0,8–1,0 m dochodzi tu do szczególnej koncentracji wapnia (odpowiednio do 23,12% i 17,79%), magnezu (do 8,34% i 19,83%), żelaza (do 26,30% i 16,18%) i siarki (do 10,83% i 13,34%). Maksymalna zawartość srebra w powierzchniowej warstwie gleb wynosi 41 mg/kg, arsenu 1750 mg/kg, kadmu 2107 mg/kg, miedzi 3429 mg/kg, rtęci 1,52 mg/kg, ołowiu 59 887 mg/kg i cynku 162 143 mg/kg.
Badane gleby są mało zasobne w całkowity węgiel organiczny. Najmniej węgla (<3%) zawierają gleby rozwinięte na piaszczystych utworach czwartorzędowych. W glebach utworzonych na lessach i madach dolin rzecznych zawartość tego składnika mieści się w zakresie 3-6%, a lokalnie przekracza 12%, osiągając maksymalnie 37,91% (tab. 2). Zawartość siarki w glebach rzadko przekracza 0,16%. Jedynie na obszarze ZGH Bolesław i w pobliżu osadników poflotacyjnych zanotowano >0,64% tego pierwiastka.
Gleby z głębokości 0,0–0,2 m są wyraźnie wzbogacone w fosfor w stosunku do warstwy głębszej. Przeciętna zawartość fosforu (0,020%) dla powierzchniowej warstwy gleb jest ponad dwukrotnie większa w porównaniu z zawartością w warstwie głębszej (0,009%). Rozkład zawartości fosforu wskazuje, że pochodzenie tego pierwiastka w glebach jest w znacznym stopniu antropogeniczne. Zwiększone zawartości fosforu (>0,030%) zajmują znacznie większe obszary w powierzchniowej warstwie w porównaniu z glebami z głębokości 0,8–1,0 m. Źródłem fosforu są zarówno nawozy sztuczne (stosowane kiedyś na polach, które obecnie są w większości nieużytkami), jak i zrzuty ścieków komunalnych.
Udział obszarów gleb zanieczyszczonych w różnym stopniu kadmem, cynkiem i ołowiem w warstwie powierzchniowej i na głębokości 0,8–1,0 m zawarto w tabeli 6. Na przeważającym obszarze arkusza (65%) gleby warstwy powierzchniowej zawierają <5 mg/kg kadmu. Zawartość ołowiu ≤100 mg/kg stwierdzono dla 43% gleb, a zawartość cynku ≤200 mg/kg dla 37,1% gleb. Gleby silnie zanieczyszczone kadmem (>5 mg/kg), ołowiem (>500 mg/kg) i cynkiem (>700 mg/kg) zajmują odpowiednio 35%, 12,60% i 33,80% w warstwie powierzchniowej, a na głębokości 0,8–1,0 m następuje wyraźne zmniejszenie obszarów anomalii.
Dla gleb z głębokości 0,0–0,2 m przeprowadzono ocenę stopnia zanieczyszczenia metalami, klasyfikując je do grup użytkowania A, B i C na podstawie zawartości dopuszczalnych (Rozporządzenie…, 2002). Przy klasyfikacji sumarycznej stosowano zasadę zaliczania gleb do danej grupy, gdy zawartość co najmniej jednego pierwiastka przekraczała wartość dopuszczalną. Ze względu na zawartość metali 21,39% spośród badanych gleb zaliczono do grupy A. Do grupy B zaklasyfikowano 24,69% analizowanych próbek, a do grupy C 53,92% (tab. 7). Warunki wielofunkcyjnego użytkowania spełniają gleby zaliczone do grup A i B. Gleby zaklasyfikowane do grupy C występują w środkowej części arkusza – w większości na obszarach obiektów przemysłowych ZGH Bolesław i w rejonach historycznej eksploatacji odkrywkowej galmanów. Mapa klasyfikacji gleb (tabl. 57) wskazuje, jak powinien być użytkowany dany teren zgodnie z wytycznymi Rozporządzenia… (2002). W wielu przypadkach aktualne użytkowanie jest niewłaściwe i wymaga monitorowania, a niekiedy rekultywacji. Stężenia metali w glebach niektórych lasów, pól, łąk i ogrodów są tak duże, że tereny te powinny być użytkowane tylko jako obszary przemysłowe.
OSADY WODNE
Skład chemiczny osadów wodnych znakomicie charakteryzuje zanieczyszczenie środowiska, ponieważ większość uruchomionych metali ciężkich i innych pierwiastków (zarówno w efekcie procesów naturalnych, jak i na skutek działalności gospodarczej człowieka) jest w nich zatrzymywana. Toksyczne oddziaływanie zanieczyszczonych osadów na ekosystemy wodne jest szeroko dokumentowane od wielu lat (Calmano, Förstner, 1995; Wolska i in., 1999; Burton, Landrum, 2003).
Osady wodne arkusza reprezentowane są przez osady rzek, kanałów i strumieni, a w mniejszym stopniu przez osady niewielkich zbiorników wód stojących. Główną cechą ich geochemii jest dominacja czynników antropogenicznych nad naturalnymi w koncentracji większości pierwiastków, szczególnie metali i siarki. Dopływy Białej Przemszy – Sztoła i kanały (Dąbrówka-Roznos i Sztolnia-Warwas) odprowadzają ścieki przemysłowe i komunalne oraz wody kopalniane z rejonu Olkusza, Bukowna, Bolesławia i ZGH Bolesław. W ich osadach występują odmienne zespoły pierwiastków.
Kanał Sztolnia. Aluwia kanału Sztolnia odprowadzającego wody poprodukcyjne ZGH Bolesław (Wójcik i in., 1990) wyróżniają się olbrzymimi zawartościami cynku (przeciętnie 54 853 mg/kg), sporadycznie osiągającymi ponad 400 000 mg/kg. Niezwykłą koncentrację cynku (>200 000 mg/kg) zanotowano w osadach niewielkiej sadzawki w górze zlewni koło wsi Krążek. Analiza rentgenograficzna osadów wykazała, że stanowią one prawie czysty hydrocynkit. Obecność hydrocynkitu w strefie wietrzenia rud Zn–Pb tego rejonu jest powszechna. Na całej długości cieku dochodzi do koncentracji kadmu (przeciętnie 250,7 mg/kg), rtęci (przeciętnie 0,3 mg/kg) i niklu (przeciętnie 35 mg/kg). Osady górnej części kanału są wzbogacone w srebro (>4 mg/kg), arsen (>500 mg/kg) i miedź (>250 mg/kg). Źródłem metali mogą być erodowane wychodnie i hałdy po eksploatacji galmanów między Bolesławiem a Bukownem.
Kanał Dąbrówka i potok Biała. Koncentracja większości pierwiastków, szczególnie metali i siarki, w osadach zlewni spowodowana jest przede wszystkim czynnikami antropogenicznymi. Najbardziej zanieczyszczone są aluwia górnego biegu Dąbrówki. Poprzez Dąbrówkę do Białej odprowadzane są wody z odwodnienia kopalni Olkusz-Pomorzany (z szybów Dąbrówka i Mieszko), wody poflotacyjne (ze stawów osadowych ZGH) i wody z oczyszczalni ścieków bytowych przy szybie Dąbrówka (Program…, 2004c).
Dla aluwiów Dąbrówki charakterystyczne jest zanieczyszczenie ołowiem (do 23 409 mg/kg, przeciętnie 10 021 mg/kg), srebrem (do 9 mg/kg, przeciętnie 5 mg/kg), arsenem (do 626 mg/kg, przeciętnie 264 mg/kg), kadmem (do 488,6 mg/kg, przeciętnie 185,4 mg/kg) i cynkiem (do 128 880 mg/kg, przeciętnie 44 722 mg/kg). Osady te są również bogate w wapń (do 13,98%, przeciętnie 9,26%), magnez (do 4,89%, przeciętnie 2,65%), żelazo (do 5,02%, przeciętnie 3,20 %) i siarkę (do 10,82 %, przeciętnie 4,682%). Ten sam zespół pierwiastków o podobnych stężeniach występuje w aluwiach Białej poniżej ujścia Dąbrówki.
Sztoła i Baba. W granicach arkusza znajduje się tylko ujściowy odcinek Baby, a zanieczyszczenia osadów strumienia pochodzą ze zrzutu ścieków z obiektów przemysłowych zlokalizowanych na sąsiednim arkuszu Olkusz.
Poza wschodnią granicą arkusza Sławków do strumienia odprowadzane są wody kopalniane z odwodnienia wyrobisk górniczych oraz wody technologiczne z Przedsiębiorstwa Energetyki Cieplnej w Olkuszu (Program …, 2004b). Zawierają one m.in. zawiesiny, siarczany, chlorki, cynk, ołów, kadm i żelazo. Poniżej dzielnicy przemysłowej Olkusza aluwia Baby na odcinku około 2,5 km są wzbogacone w srebro (do 10 mg/kg), kadm (do 94 mg/kg), kobalt (do 39 mg/kg), chrom (do 77 mg/kg), miedź (do 86 mg/kg), nikiel (do 96 mg/kg), ołów (do 1242 mg/kg) i tytan (do 689 mg/kg). Zanieczyszczenia można wiązać ze zrzutami ścieków działających tu zakładów: Olkuskiej Fabryki Naczyń Emaliowanych Emalia S.A., Przedsiębiorstwa Energetyki Cieplnej, fabryki wentylatorów, zakładów metalowych, remontowych, bazy transportowej i innych (Lis, Pasieczna, 2008).
Do gwałtownego wzrostu zawartości pierwiastków w aluwiach potoku Baba dochodzi poniżej ujścia kanału Południowego, prowadzącego wody z odwodnienia zakładu górniczego kopalni Olkusz (szyby Stefan, Bronisław i Chrobry). Aluwia na tym odcinku potoku zawierają olbrzymie ilości cynku (mediana 34 000 mg/kg, maks. 322 600 mg/kg) i ołowiu (mediana 8500 mg/kg, maks. 14 791 mg/kg). Są też wzbogacone w wiele innych pierwiastków: arsen (do 269 mg/kg), bar (do 382 mg/kg), wapń (do 17,03%), kadm (do 369 mg/kg), kobalt (do 50 mg/kg), żelazo (do 4,10%), magnez (do 5,57 mg/kg), mangan (do 2727 mg/kg), siarkę (do 3,40%) i stront (do 155 mg/kg).
W granicach arkusza Sławków utrzymuje się koncentracja metali w osadach Baby, a następnie Sztoły. Zwraca uwagę niewielka zmienność zawartości pierwiastków na analizowanych odcinkach cieków, wskazując na stabilne warunki fizykochemiczne oraz na pochodzenie metali z jednego źródła punktowego. Udział spływu powierzchniowego, jako źródła zanieczyszczeń metalami, wydaje się nieznaczny.
Biała Przemsza. Na analizowanym odcinku rzeki skład chemiczny jej aluwiów jest przekształcony przez bardzo zanieczyszczone metalami osady jej dopływów – Sztoły i Białej. W osadach Białej Przemszy przeciętne zawartości (wyrażone wartością median) wynoszą: 2 mg/kg srebra, 151 mg/kg arsenu, 106,4 mg/kg kadmu, 3915 mg/kg ołowiu, 0,779% siarki i 15 293 mg/kg cynku (tab. 4).
Aluwia małych cieków. Aluwia potoku Sztolnia Ponikowska zawierają znacznie mniejsze ilości metali w stosunku do innych cieków. Osady małych cieków bez nazwy (dopływy Białej Przemszy, Białej i Dąbrówki) drenujących centralną część arkusza oraz osady zbiorników wód stojących charakteryzują się zwykle małymi zawartościami badanych pierwiastków, podobnie jak aluwia kanału Głównego i rowów drenujących teren kopalni piasku Szczakowa.
WODY POWIERZCHNIOWE
Wody poszczególnych zbiorników różnią się charakterystycznymi zespołami pierwiastków oraz ich stężeniami.
Ocenę stopnia zanieczyszczenia wód arkusza przeprowadzono według Rozporządzenia,…(1991), uwzględniając tylko te pierwiastki, których zawartości przekraczają kryteria dla I klasy czystości. Pominięto fosfor ze względu na niedostateczną granicę oznaczalności w stosowanej metodzie analitycznej.
Do I klasy czystości (dla wszystkich badanych pierwiastków) zaklasyfikowano tylko wody kanału Głównego, odwadniającego wyrobiska kopalni piasku Szczakowa. Pozostałe cieki są w mniejszym lub większym stopniu zanieczyszczone. Największe jest zanieczyszczenie wód cynkiem. Z uwagi na obecność tego pierwiastka, do pozaklasowych zaliczono 100% wód Baby, 94,9% wód Białej Przemszy, 92,5% wód Sztoły, 90% wód Dąbrówki, 84,8% wód kanału Sztolnia i 60,6% wód Białej. Mniej zanieczyszczone cynkiem są wody Sztolni Ponikowskiej, małych cieków bez nazwy i małych zbiorników wód stojących. Pierwiastkiem bardzo zanieczyszczającym wody jest również ołów. Ze względu na zanieczyszczenie ołowiem do pozaklasowych należą wody kanału Dąbrówka (90%), Białej Przemszy (89,7%) i Białej (48,5%). Z uwagi na zawartość siarczanów, do pozaklasowych zaliczono 90% wód kanału Dąbrówka i 75,8% wód kanału Sztolnia. Siarczanami są też zanieczyszczone wody małych zbiorników wód stojących – 51,6%.
Kanał Sztolnia. Wody kanału są bardzo zanieczyszczone metalami. Zawartość cynku dochodzi w nich do 9294 µg/dm³; mediana 5840 µg/dm³, a kadmu do 135 µg/dm³; mediana 65 µg/dm³. Są bogate w wapń (do 231 mg/dm³; mediana 214 mg/dm³), magnez (do 114,2 mg/dm³; mediana 103 mg/dm³), siarczany (do 890 mg/dm³; mediana 805 mg/dm³) i lit (do 19 µg/dm³; mediana 18 µg/dm³). Zawierają niewielkie ilości ołowiu (maks. 34 µg/dm³; mediana 1 µg/dm³).
Kanał Dąbrówka i potok Biała. Charakterystycznymi pierwiastkami dla wód tych cieków są bar, żelazo i ołów. Zawartość baru w wodach Dąbrówki osiąga 211 µg/dm³ (mediana 203 µg/dm³), żelaza do 1,41 mg/dm³ (mediana 1,27 mg/dm³) i ołowiu do 141 µg/dm³ (mediana 103 µg/dm³). W wodach Białej zawartość baru dochodzi do 219 µg/dm³ (mediana 177 µg/dm³), żelaza do 1,77 mg/dm³ (mediana 0,70 mg/dm³) i ołowiu do 118 µg/dm³ (mediana 50 µg/dm³).
Sztoła i Biała Przemsza. W ołów obfitują wody Sztoły – do 50 µg/dm³ (mediana 34 µg/dm³) oraz Białej Przemszy do 118 µg/dm³ (mediana 78 µg/dm³).