The mobility of heavy metals in fluvial sediments

Abstract

Wydział Nauk Geograficznych i GeologicznychZanieczyszczenie osadów fluwialnych metalami ciężkimi stanowi istotny problem ekologiczny. Mogą one bowiem z jednej strony kumulować znaczne ilości metali ciężkich, z drugiej zaś stanowić wtórne źródło zanieczyszczenia metalami ciężkimi. Osady fluwialne mogą być erodowane podczas wysokich stanów wód oraz powodzi. Takie warunki mogą powadzić do wzrostu zanieczyszczenia osadów wodnych, wód rzek oraz osadów teraz zalewowych, a także do remobilizacji metali ciężkich. Metale ciężkich, w zależności od warunków fuzyczno-chemicznych osadów, ulegają reakcjom sorpcji, współstrącania oraz kompleksowania. Ponadto ich mobilność i dostępność warunkowane są formą chemiczną, w jakiej metale te występują w osadach. W pracy doktorskiej podjęta została tematyka zanieczyszczenia teras zalewowych Odry na odcinku pomiędzy ujściem Nysy Łużyckiej w ujściem Warty metalami ciężkimi tj.: kadmem, chromem, miedzią, niklem, ołowiem, cynkiem oraz manganem i żelazem. Analizowano zawartości całkowite oraz aktualnie i potencjalnie dostępnych frakcji badanych metali ciężkich w osadach fluwialnych pobieranych wzdłuż 9 transektów o szerokości od 44 m do 1372 m zlokalizowanych pomiędzy 551 a 609 km biegu rzeki. Próbki osadów fluwialnych pobierane były z dwóch głębokości oraz w różnej odległości od rzeki Odry. Cele postawione w pracy doktorskiej pozwoliły na: (1) wydzielenie i określenie ilościowe aktualnie i potencjalnie dostępnych form metali ciężkich w osadach fluwialnych Odry na odcinku od ujścia Nysy Łużyckiej do ujścia Warty, (2) określenie zmienności przestrzennej metali ciężkich w osadach fluwialnych, (3) określenie możliwości remobilizacji oznaczonych metali ciężkich oraz (4) określenie wpływu powodzi na migrację oraz remobilizację metali ciężkich z osadów fluwialnych.Heavy metal contamination of fluvial sediments is one of the greatest ecological problems. Fluvial sediments can act on the one hand as the ultimate sinks for trace metals and on the other hand as secondary source of contaminants. They are stable during normal river flows and may be eroded in the conditions of rising water and floods. Such conditions can lead to the increase of the pollution of river bed sediments, river water and floodplain areas, as well as to the remobilization of heavy metals. Heavy metals are subject to sorption, complexation and coprecipitation with solid particles, and the amount of available forms increases under favorable physico-chemical conditions. Besides their mobility and availability depend on their chemical form. The present work aims to study the contamination of the fluvial sediments of the Odra River between the mouth of the Nysa Łużycka River and the mouth of Warta River with heavy metals, such as cadmium, chromium, copper, nickel, lead, zinc, manganese and iron. The concentrations of total, actually and potentially available fractions of heavy metals were analyzed. The sediment samples were collected from 9 transects with a width between 44,0 m and 1372 m located between 551 and 609 km of the Odra River. The sampling depths were from 0 to 30 cm (surface layer) and from 30 to 60 cm (subsurface layer). The objective of the dissertation was: (1) separation and quantification of the actually and potentially available fractions of heavy metals in the fluvial sediments of the Odra River between the mouth of the Nysa Łużycka River and the mouth of Warta River, (2) investigation of the spatial variability of heavy metal concentrations in fluvial sediments, (3) determination of mobility of heavy metals in fluvial sediments and (4) determination of the impact of floods on the migration and remobilization of heavy metals in fluvial sediments