Browse Our Earth and Environmental Sciences Journals
Earth and environmental sciences cover all planetary and Earth science aspects, including solid Earth processes, development of Earth, environmental issues, ecology, marine and freshwater systems, as well as the human interaction with these systems.
Earth and Environmental Sciences
Kutatásunkban arra kerestük a választ, hogy az antropogén tevékenységek milyen hatást gyakorolnak a városi talajokra. Sopron és Szombathely város területén és környékén összesen 192 ponton gyűjtöttünk talajmintákat 0–10 cm és 10–20 cm- es mélységben. A kémiai és fizikai talajtulajdonságok laboratóriumi meghatározása után, az oldható toxikus elemek mennyiségének méréséhez (ICP-OES) Lakanen-Erviö-féle kivonatot (Lakenen & Erviö, 1971) készítettünk.
A terepi és a laboratóriumi mérési eredményeket térinformatikai módszerekkel dolgoztuk fel (DigiTerraMap), majd következtetéseket vontunk le a helyszíni adatok, a laboratóriumi értékek és a készített tematikus térképek alapján. A mérések során hat elemet (Co, Cd, Ni, Cu, Zn, Pb) emeltünk ki, melyek kiemelkedő fontosságúak a városi talajokban. A talajminták eredményeinek kiértékelését a Magyarországon hatályos rendeletek határértékei és a Kádár (1998) által javasolt határértékek alapján végeztük.
A szombathelyi talajok kémhatása semleges (pH = 6,9), és a toxikus elemek előfordulása magasabb koncentrációban csak néhány esetben volt jellemző. A minták fele nem tartalmazott kalcium-karbonátot. A városközpont felé haladva folyamatosan nőtt a karbonáttartalom, mely erős összefüggést mutatott a kémhatással (felső rétegben: R2 = 0,75; alsó rétegben: R2 = 0,78). A talajok fizikai félesége mindkét rétegben agyagos vályog volt.
A nehézfémtartalom alapján jelentős eltérés nincs az egy ponton mért egymás feletti rétegek között. A felső rétegben több pont mutat szennyezettségi határértéket meghaladó értéket. Az alsó rétegben, ugyan kevesebb mintavételi ponton, de magasabbak, sőt bizonyos helyen kiugróak a mért nehézfém értékek.
A természetes háttérkoncentrációt nem haladta meg Cd-, Co- és a Ni-tartalom. A Cu-tartalom több esetben nagyobb, mint a természetes háttérkoncentráció, de a szennyezettségi határértéket (40 mg Cu·kg−1) nem érte el.
A forgalmas — elsősorban belvárosi — utak mellől gyűjtött talajok a folyamatos terhelés miatt ólommal szennyezettek. Ez a terhelés a külváros felé haladva mérséklődhet, csökkenhet az Pb-tartalom, de a külvárosi savanyú kémhatású területek felé haladva a kisebb forgalomból származó ólomterhelés is veszélyes lehet, az ólom mozgékonyságának növekedésével. Cinkre nézve 14 db minta az első intézkedési határértéket, kettő pedig a 80 mg Zn·kg−1-ot is meghaladta; mely értékeket a Gyöngyös patak parti mintákban találtunk.
Összefoglalva úgy véljük, hogy a jövőben a patakparti minták további részletes vizsgálatára kell hangsúlyt fektetni. Ezen felül a városi növények elemzésére is sor kerülhet, mivel a patak mentén parkok, sétányok és pihenőövezetek vannak, tehát a talajszennyezés hatással lehet az emberi egészségre. Az összes elemre nézve a leg-magasabb összterhelést a belvárosi parkok talajának két rétegében mértük. A leve-gőből származó szennyeződések megkötődnek a város zöldfelületein, és bemosód-hatnak a parkosított patakpartok talajába.
A 2010-es Ajkai vörösiszap-katasztrófa hatásainak csökkentésére több tudományos vizsgálat indult, beleértve azokat is, amelyekben különféle adalékanyagokkal próbálták megszüntetni a szennyezett talaj előnytelen, sőt, káros tulajdonságait. Laboratóriumi modellkísérletet állítottunk be annak tesztelésére, hogy a DUDARIT® márkanevű talajjavító anyag, mely a barnaszénből kioldódó huminsavak által éri el jótékony hatását, milyen mértékben optimalizálja a talaj pH-ját, valamint, hogy mennyiben növeli meg a talajok eredeti sav-bázis pufferoló képességét.
Semleges kémhatású, kis CaCO3-tartalmú, homok–homokos vályog fizikai féleségű, közepes humusztartalmú, humuszos öntéstalaj három iszap-szennyezési szintjén (2, 5 és 10 cm-es borítottság) alkalmaztunk 5, 10 és 50 t·ha−1 DUDARIT®-ot, majd mértük a talaj pH-ját és sav-bázis pufferkapacitását. A talaj egyensúlyi pH-ja kis mértékben, tendenciaszerűen, statisztikailag nem igazolt módon csökkent a növekvő DUDARIT® adagokkal mindhárom iszap-szennyezési szinten. Az iszap-kontroll talajok kémhatása (pH (H2O)) 7,14-ről 6,89-re, a maximális, 10 cm iszap-pal szennyezett talajon 9,49-ről 9,33-ra, míg az iszap-kezelések átlagában 8,36-ról 8,14-es értékre csökkent. A talajok sav-bázis pufferoló képessége a DUDARIT®-kezelések hatására nem változott szignifikánsan; bár minden iszap-kezelésben nőtt a talajok pufferoló képessége a DUDARIT® adagokkal, csak a maximális adag (50 t·ha−1) okozott jól észlelhető növekedést.
A DUDARIT® és vele együtt az igen lúgos kémhatást okozó fahamu, illetve a kioldódó huminsavak alapvetően nem változtatták meg a lúgos kémhatású talajminták kémhatásviszonyait. Ennek alapvető oka az, hogy a huminsavak gyenge savkarakterű funkciós csoportjai részben vagy teljes egészében disszociált állapotban vannak ezen a talaj és a DUDARIT® pH-n. Azokon a pH-értékeken ugyanis, amelyek megközelítőleg azonosak vagy nagyobbak, mint a gyenge sav csoport pKa értéke (pKa ≈ pH vagy pKa < pH) nem várható érdemi pH-korrekció. Bár azonnali hatás nem mutatható ki, nem jelenthetjük ki, hogy a DUDARIT®-kezelések nem fogják módosítani a talaj kémhatásviszonyait hosszabb inkubációs periódusban. A szerves anyag mineralizációja (CO2 képződés, nitrifikáció, ammonifikáció, denitrifikáció) olyan lényeges hatású H+ és OH− forrás a talajban, amely mindenképp a kémhatás módosulásának irányába hat. A DUDARIT® alkalmazása tehát nagy valószínűséggel hosszú távon fejt ki kedvező hatásokat a talaj kémhatására és más tulajdonságaira.
Knowledge of the distribution and sorption characteristics of trace metals in soils is essential because of their importance both from agricultural and environmental point of view. In this paper, an overview will be provided on the relationship between the behavior and sorption properties of Cu and Pb as well as major soil characteristics, based on the results obtained by several independent research projects carried out on this field at the Institute for Geological and Geochemical Research over the last 15 years. These projects were accomplished using methods with different approaches, e.g. studying metal characteristics by total metal content, selective chemical extractions and batch sorption experiments.Our results show that both metals can be found in soils, primarily in the form of phases highly resistant to weathering. However, if they are mobilized, they are easily and strongly immobilized by soils rich in organic matter, with higher affinity for Cu than for Pb. In acid soils, on the other hand, the leaching of Cu is expected to be higher from such horizons when compared to Pb, especially when iron oxides, which immobilize Pb preferentially, are also present in these horizons. In mineral horizons the close association of Pb and iron oxides can be still expected, whereas Cu prefers to be bound both by clay minerals and iron oxides. In alkaline soils, however, precipitation of both metals as carbonates is a general feature. Our results obtained through different approaches presented in this paper were found to be effectively complementary to each other, providing a much deeper insight into soil-metal interaction than when they are used independently.
High concentration of naturally-occurring arsenic in groundwater poses a significant risk to human health if this water is a drinking water resource. Chronic arsenic ingestion has been linked mainly to skin cancer, and a wide variety of non-cancer health impacts. Research conducted in Hungary shows that there is an excessive risk of arsenic-related diseases in populations consuming water that exceeds the 10 microgram/liter limit value. It is therefore important to understand the significance of reduction of arsenic concentration in drinking water and the size of the exposed population.
A field experiment with microelement loads was set up on loamy-textured, calcareous chernozem soil formed on loess. The ploughed layer contained about 5% CaCO3 and 3% humus. The soil was well supplied with Ca, Mg, Mn and Cu, moderately supplied with N and K, and weakly supplied with P and Zn. The water table is at the depth of 15 m, the water-balance of the area is negative, and the site is drought-sensitive. Salts of the 13 examined microelements were applied at 4 levels in the spring of 1991.Treatments were arranged in split-plot design, in a total of 104 plots with two replications. Loading rates were 0, 90, 270 and 810 kg/ha per elements in the form of AlCl3, NaAsO2, BaCl2, CdSO4, K2CrO4, CuSO4, HgCl2, (NH4)6Mo7O24, NiSO4, Pb(NO3)2, Na2SeO3, SrSO4, and ZnSO4. Soil profiles of the control and the 810 kg/ha treatment were sampled in the 3rd, 6th and 10th year of the trial. The mixed samples, consisting of 5 cores/plot, were taken every 30 cm to the depth of 60 (1993), 90 (1996) and 290 (2000) cm. NH4-acetate + EDTA-soluble element content was determined. The scheme for vertical movement of soluble elements in soil profile as a function of time is shown in Fig. 1. The main conclusions of the study can be drawn as follows:
- 1. On contaminated soil with 810 kg/ha loading rates, As, Hg, Ni, Cu, Pb, Ba and Sr displayed no significant vertical movement. The movement of these elements is blocked in the soil-plant system: their accumulation in the above-ground plant parts usually remains below 5–10 mg/kg D.M., with the exception of Ba and Sr which showed a somewhat higher accumulation. On this soil the above elements do not seem to be dangerous contaminants either to soil, groundwater or plants. Extreme As and Hg loads, however, resulted in phytotoxicity in some plants.
- 2. Moderate extent of leaching occurs in the case of Zn and Cd, when they are enriched significantly. Their accumulation was moderate in the above-ground plant parts. Zn is not a dangerous pollutant either for soil, plants or groundwater at this site. Cd, however, is a very dangerous element from the human toxicological point of view and more extreme Cd loads also proved to be toxic for soil life, crops yield and quality.
- 3. Cr, Se, and Mo (in the form of chromate, selenate and molybdenate anions) exhibited great mobility in the soil and partly in the soil-plant system. Cr was hardly detectable in the above-ground floral parts. Its rapid leaching, however, can jeopardize groundwater quality. Se showed hyperaccumulation in all plant organs with high toxicity for all kind of crops. Mo also showed two or three orders of magnitude greater accumulation in plant parts, resulting in products unfit for animal or human consumption. Under our experimental conditions Cr(VI), Se, Mo can be classified as dangerous contaminants, since the anion forms remained stabile for a long time in this well-aerated calcareous environment.
South of the Sudetes and Tatra Mountains young sediments contain more of almost all micro- and mesoelements than those to the north of the Carpathian Mountains, which were covered by ice during the Late Pleistocene. As detailed investigations show this larger unit is a collection of many individual geochemical regions, among which there are four on the area of Hungary: the region of soil calcification in the central part of Hungary, the slope debris of the foothills of the Eastern Alps, the floodplains of the rivers of Eastern Hungary that are contaminated with the waste material of heavy industry, and the rest of the country. No general geochemical background can be given to the whole; the background value intervals for each element shall be given for each geochemical region separately. In Eastern Hungary, where those rivers flow that originate from the heavy industrial centers of Transylvania and Slovakia, the toxic elements can locally exceed the limit value. In the central part of the country, however, the micro-elements are frequently found below the minimum concentration required, since a carbonate accumulation zone develops above the groundwater level and the carbonate minerals contain low amounts of nutrient elements.
The aim of this paper is to examine the relationship between soil properties and potentially toxic element contents of arable soils based on the dataset of the Soil Information and Monitoring System in Hungary. Nine potentially toxic elements (As, B, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) were compared with selected soil parameters. We carried out grouping of related soil properties by principal component analysis. The method was suitable to describe the relationship within groups of the soil properties. We studied correlations of the resulting components and potentially toxic elements. The change of Ni content was influenced by the physical properties of the soil (e.g. clay content, field capacity, R = 0.67). Boron is the only one of the examined elements that indicates significant positive correlation with saline-alkali (R = 0.21) parameters. Zn, Co and Cr behaved very similarly; their correlation with components 1 and 2 were the closest.
The birth of urban geologic maps (which are considered environmental-geologic themed maps) and the progress in development of their content and design were driven by the growing importance of addressing environmental problems, and the increasing complex utilization of urban areas. Therefore, MÁFI and, since 2012, the MFGI Department of Environmental Geology, have prepared a series of maps for the local authorities of Budapest. These maps usually focus on the problems of urban planning from the viewpoint of geology, hydrogeology, and water chemistry, and as experience shows, they prove to be excellent tools in decision-making processes. This paper examines the chemical content of groundwater, which is one of the main indicators of the state of the environment. According to the everyday experience of the authors it is very useful to understand the state of both quality and quantity of subsurface and surface water. In a recent series of research work we measured the zinc, copper, boron and arsenic level of the groundwater in 10 districts of Budapest.
Understanding and simulating the interaction of groundwater and surface water is essential to hydrologists. Water supply and water quality aspects are a few examples of common water-resource issues where understanding the interconnections of groundwater and surface water is fundamental to develop an effective water-resource management and policy. In our study a detailed investigation of a riverbank aquifer was performed to be able to simulate and predict the behavior of the flow system. The continuous hydraulic head measurements in the area of interest showed strong influence on the hydraulic head field caused by intensively changing river head at a distance from the river up to 3,500 m. Based on the results steady state and transient flow calculations were compared, and a great effort has been made to ensure that the model more precisely describe the time and space variable flow field. Beside fulfilling the standard calibration requirements, a multi-step calibration process was performed.
