Wyznaczenie bazowych zawartości odniesienia/ tła geochemicznego pierwiastków w gruntach w oparciu o dane geochemiczne uzyskane w ramach projektów realizowanych przez PIG-PIB w latach 1990-2021. Etap pilotażowy obejmujący obszary: 1) Warszawa i okolice oraz 2) Bytom i okolice.
Pojęcie tła geochemicznego, które pojawiło się w literaturze naukowej w latach 60. XX w., pierwotnie związane było z badaniami ukierunkowanymi na poszukiwanie złóż surowców mineralnych (Gałuszka, Migaszewski, 2011) i oznaczało normalną zawartość pierwiastka w surowym materiale ziemskim (Hawkes, Webb, 1962). Jednakże z czasem termin ten zaczęto wykorzystywać także w badaniach środowiskowych, ukierunkowanych na wykrywanie źródeł zanieczyszczeń związanych z działalnością człowieka. W geochemii środowiska terminem tło geochemiczne określa się zazwyczaj naturalną zawartość substancji chemicznej w próbce pozbawionej wpływu antropogenicznego. Przyjmuje się, że wyznaczenie pierwotnego tła geochemicznego dla obszarów niezanieczyszczonych lub geochemicznego tła odniesienia/ bazowej zawartości odniesienia dla obszarów silnie zurbanizowanych i uprzemysłowionych ma priorytetowe znaczenie dla oceny stanu chemicznego środowiska i procesów zarządzania nim.
Obszary Bytomia i okolic oraz Warszawy i okolic to tereny silnie przekształcone w wyniku długoletniej działalności urbanizacyjnej i przemysłowej, w konsekwencji czego niemożliwe jest ustalenie dla nich tła geochemicznego odzwierciedlającego naturalną zawartość pierwiastków w gruntach. Na podstawie wyników współczesnych badań realne jest natomiast wyznaczenie bazowych zawartości odniesienia – zawartości pierwiastków, które w danym czasie charakteryzują stan chemiczny powierzchni ziemi, uwzględniając jednocześnie budowę geologiczną, jak i mające miejsce w przeszłości, warunkowane czynnikami geogenicznymi i antropogenicznymi procesy geochemiczne.
Do wyznaczenia bazowych zawartości odniesienia wybranych 14 pierwiastków (Ag, As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sr, Ti, V, Zn) posłużono się danymi pozostającymi w zasobach Państwowego Instytutu Geologicznego – PIB pozyskanymi podczas realizowanych na przestrzeni 30 lat projektów z zakresu kartografii geochemicznej: Szczegółowej mapy geochemicznej Górnego Śląska w skali 1:25 000, arkusze Tarnowskie Góry, Świerklaniec, Bytom, Piekary Śląskie (Pasieczna, Konon (red.) 2021a, 2021b, 2021c, 2021d) (zbiór Bytom), Atlasu geochemicznego Warszawy i okolic 1:100 000 (Tomasi-Morawiec (red.), 2016) (zbiór Warszawa); Atlasu geochemicznego Górnego Śląska 1:200 000 (Lis, Pasieczna, 1995) (zbiór Górny Śląsk) oraz Atlasu geochemicznego Warszawy i okolic 1:100 000 (Lis, 1992) (zbiór Warszawa 92). Dla zbiorów Bytom i Warszawa dysponowano informacjami dotyczącymi zawartości pierwiastków w glebach z dwóch poziomów głębokości (p1: 0,0-0,3 m p.p.t. i p2: 0,8-1,0 m p.p.t.), natomiast dla zbiorów Górny Śląsk i Warszawa 92 dostępne były tylko informacje o zawartości pierwiastków w warstwie powierzchniowej.
Podczas prac ustalono kryteria selekcji pozwalające na wyłączenie z wielotysięcznych zbiorów danych tych próbek, w których oznaczone zawartości poszczególnych pierwiastków są skutkiem oddziaływań antropogenicznych, mając jednocześnie świadomość, że nie istnieje możliwość całkowitego wyeliminowania wpływu tego czynnika na wyniki badań. Następnie na przygotowanych zbiorach wykonano obliczenia bazowych zawartości odniesienia wybranych pierwiastków stosując powszechnie wykorzystywane metody: miarę mediany i bezwzględnego odchylenia mediany (Me±2MAD), miarę opartą na rozstępie międzykwartylowym (TIF) oraz miary oparte na percentylach: Q90., Q95. i Q98. Obliczeń nie wykonano dla zbiorów, których liczba elementów była mniejsza niż 10. i takich, w których odsetek wyników poniżej granicy oznaczalności przekraczał 50%. Z powodu drugiego z wymienionych warunków niemożliwe było określenie bazowych zawartości odniesienia dla srebra (zbiór Bytom, p1 i p2; zbiór Warszawa p1 i p2; zbiór Górny Śląsk), arsenu (zbiór Bytom, p2; zbiór Warszawa p1 i p2), kadmu (zbiór Bytom, p2; zbiór Warszawa, p1 i p2; zbiór Warszawa 92), kobaltu (zbiór Warszawa, p1 i p2), i rtęci (zbiór Bytom, p2; zbiór Warszawa p1 i p2; zbiór Górny Śląsk).
Uzyskane rezultaty charakteryzowały się dużą zmiennością wynikającą z rozkładu zmiennych i zastosowanej metody obliczeniowej – co do zasady metoda TIF dostarczała wyników o większym rozstępie niż metoda Me±2MAD, która jest bardziej odporna na dane odstające. Metodę 95. percentyla wskazano jako alternatywne podejście w przypadku, gdy odsetek wyników poniżej granicy oznaczalności przekraczał 50%, ale był niższy niż 95%. Mając na względzie, że bazowa zawartość odniesienia pierwiastka charakteryzuje stan chemiczny powierzchni ziemi w danym czasie, przyjęto, że do wyznaczenia jej wartości numerycznych posłużą zbiory Bytom i Warszawa, ponieważ zawierają one najbardziej aktualne dane geochemiczne dla próbek z głębokości 0,0-0,3 m i 0,8-1,0 m. Poniżej, w formie tabelarycznej zestawiono wartości górnych progów bazowych zawartości odniesienia obliczone metodą Me±2MAD.
| Pierwiastek | Obszar pilotażowy: Bytom i okolice | Obszar pilotażowy: Warszawa i okolice |
||
| wartość górnego progu bazowej zawartości odniesienia [mg/kg] | ||||
| p1 | p2 | p1 | p2 | |
| Ag | nie obliczono | nie obliczono | nie obliczono | nie obliczono |
| As | 27 | nie obliczono | nie obliczono | nie obliczono |
| Ba | 613 | 88 | 147 | 50 |
| Cd | 14 | nie obliczono | nie obliczono | nie obliczono |
| Co | 30 | 52 | nie obliczono | nie obliczono |
| Cr | 32 | 47 | 31 | 23 |
| Cu | 40 | 31 | 31 | 8 |
| Hg | 0,23 | nie obliczono | nie obliczono | nie obliczono |
| Ni | 23 | 31 | 16 | 30 |
| Pb | 788 | 78 | 28 | 16 |
| Sr | 49 | 31 | 44 | 16 |
| Ti | 151 | 181 | 76 | 103 |
| V | 40 | 62 | 23 | 14 |
| Zn | 1205 | 260 | 198 | 27 |
Literatura:
Gałuszka A., Migaszewski Z., 2011: Geochemical background–an environmental perspective. Mineralogia, Vol. 42, No. 1, pp. 7-17
Hawkes H.E., Webb J.S. 1962: Geochemistry in Mineral Exploration. Harper & Row, New York
Lis J., 1992: Atlas geochemiczny Warszawy i okolic 1:100 000. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa
Lis J., Pasieczna A., 1995: Atlas geochemiczny Górnego Śląska 1:200 000. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa
Pasieczna, Konon (red.), 2021a: Szczegółowa mapa geochemiczna Górnego Śląska w skali 1:25 000, arkusz Tarnowskie Góry M-34-50-D-a. Państwowy Instytut Geologiczny-PIB, Warszawa
Pasieczna, Konon (red.), 2021b: Szczegółowa mapa geochemiczna Górnego Śląska w skali 1:25 000, arkusz Świerklaniec M-34-50-D-b. Państwowy Instytut Geologiczny-PIB, Warszawa
Pasieczna, Konon (red.), 2021c: Szczegółowa mapa geochemiczna Górnego Śląska w skali 1:25 000, arkusz Bytom M-34-50-D-c. Państwowy Instytut Geologiczny-PIB, Warszawa
Pasieczna, Konon (red.), 2021d: Szczegółowa mapa geochemiczna Górnego Śląska w skali 1:25 000, arkusz Piekary Śląskie M-34-50-D-d. Państwowy Instytut Geologiczny-PIB, Warszawa
Tomassi-Morawiec (red.), 2016: Atlas geochemiczny Warszawy i okolic 1:100 000. Państwowy Instytut Geologiczny-PIB, Warszawa
