Magnetyzm środowiskowy : wykorzystanie zintegrowanych metod geofizycznych i geochemicznych do oceny stopnia antropopresji na obszarach historycznej działalności górniczej (konurbacja górnośląska, południowa Polska)

• Autorzy: Szuszkiewicz Maria Magdalena , Łukasik Adam , Szuszkiewicz Marcin

Identyfikatory

DOI

10.32045/PG-2020-014

Warianty tytułu

EN

Environmental Magnetism : Application of Integrated Geophysical and Geochemical Techniques to Assess the Anthropopressure Degree in the Regions of Historical Mining Activity (Upper Silesian Conurbation, Southern Poland)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Głównym celem badań była ocena stopnia antropopresji na obszarach historycznej działalności górniczej w oparciu o uzyskany szczegółowy rozkład przestrzenny (pionowy i powierzchniowy) anomalii (i.e. podatności magnetycznej i gradientu składowej pionowej pola magnetycznego) oraz geochemicznych występujących w glebie (zawartości wybranych potencjalnie toksycznych pierwiastków (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb i Zn), Fe i Mn). Uzyskane wyniki badań pokazują, iż wieloletnia, historyczna działalność górnicza prowadzona w rejonie badań skutkuje obecnością w glebie rozmaitych artefaktów (np. śruby, gwoździe, nakrętki, pręty, żużel, cegły oraz węgiel drzewny), przede wszystkim związanych bezpośrednio bądź pośrednio z wydobywanymi rudami metali (Ag, Fe, Zn czy Pb). Anomalie, zarówno podatności magnetycznej, jak i gradientu składowej pionowej pola magnetycznego, występujące w glebach badanych obszarów są efektem współwystępowania artefaktów i technogenicznych cząstek magnetycznych. Przy czym, w oparciu o wyliczone wartości współczynnika przekształcenia, należy podkreślić, że dominującym źródłem tych anomalii są artefakty i przekształcenia terenu związane z historyczną eksploatacją występujących na badanych obszarach rud metali. Ponadto, z punktu widzenia badań podstawowych, interesujące są wyniki pomiarów częstotliwościowej zależności podatności magnetycznej (powyżej 5%), które związane były z próbkami gleby, gdzie stwierdzono obecność węgli drzewnych, co wymaga dogłębnego przeanalizowania i dodatkowych specjalistycznych pomiarów magnetycznych, przed wyciągnięciem dalszych wniosków.

EN

The main project objective was to assess the anthropopressure degree in the areas located in the historical mining activity regions, on the basis of the results obtained in detailed spatial distribution (vertical and surface) of the magnetic (i.e. magnetic susceptibility and gradient of the vertical magnetic field component) as well as geochemical (concentration of characteristic Potentially Toxic Elements (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn), Fe and Mn) anomalies in soil.The results show that the long-term historical mining activity has had a significant influence on the presence of various magnetic artefacts (e.g. metal scraps: screws, nails, twigs; slags; bricks; and charcoal particles) related to the metal bearing ore mining (Ag, Fe, Pb or Zn). The studied magnetometeric and gradiometric anomalies occur in the soil are effect of co-occurrence artefacts and technogenic magnetic particles. However, values of the Topsoil Transformation Factor, indicating artefacts as the predominant source of the studied anomalies and the post-exploitation land transformations of the soil. Moreover, in terms of basic research, unexpected were results of the frequency-dependent magnetic susceptibility measurements (above 5%) related to soil samples characterised by the presence of charcoal particles, but this needs to be verified.

Słowa kluczowe

PL

magnetyzm środowiskowy; gradiometria magnetyczna; antropopresja

EN

environmental magnetism; magnetic gradiometry; anthropopressure

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2020
• Tom: Z. 3-4
• Strony: 155--166
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Szuszkiewicz Maria Magdalena

• Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska, Polska Akademia Nauk, Polska

autor

Łukasik Adam

• Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska, Polska Akademia Nauk, Polska

autor

Szuszkiewicz Marcin

• Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska, Polska Akademia Nauk, Polska

Bibliografia

• [1] Bartington G., Chapman C. E., 2004, A high-stability fluxgate magnetic gradiometer for shallow geophysical survey applications, Archaeological Prospection, 11 (1), 19-34, DOI: 10.1002/arp.219.
• [2] Błońska E., Lasota J., Szuszkiewicz M., Łukasik A., Klamerus-Iwan A., 2016, Assessment of forest soil contamination in Krakow surroundings in relation to the type of stand, Environmental Earth Sciences, 75, 1205, DOI: 10.1007/s12665-016-6005-7.
• [3] Cabała J., 2009, Metale ciężkie w środowisku glebowym olkuskiego rejonu eksploatacji rud Zn-Pb, Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice, 130 s.
• [4] Chaparro M. A. E., Nuñez H., Lirio J. M., Gogorza C. S. G., Sinito A. M., 2007, Magnetic screening and heavy metal pollution studies in soils from Marambio Station, Antarctica, Antarctic Science, 19 (3), 379-393, DOI: 10.1017/S0954102007000454.
• [5] Dearing J. A., Hay K., Baban S., Huddleston A., Wellington E., Loveland P., 1996, Magnetic susceptibility of soils: a test of conflicting theories using a national database, Geophysical Journal International, 127, 728-734.
• [6] Fabijańczyk P., Zawadzki J., Magiera T., 2019, Towards magnetometric characterization of soil pollution with rare-earth elements in industrial areas of Upper Silesian Industrial Area, Southern Poland, Environmental Earth Sciences, 78 (12), 352.
• [7] Gonet T., Górka-Kostrubiec B., Łuczak-Wilamowska B., 2018, Assessment of topsoil contamination near the Stanisław Siedlecki Polish Polar Station in Hornsund, Svalbard, using magnetic methods, Polar Science, 15, 75-86, DOI: 10.1016/j.polar.2017.12.006.
• [8] Helios-Rybicka E., 1996, Impact of mining and metallurgical industries on the environment in Poland, Applied Geochemistry, 11 (1-2), 3-9, DOI: 10.1016/0883-2927(95)00083-6.
• [9] Heller F., Strzyszcz Z., Magiera T., 1998, Magnetic record of industrial pollution in forest soils of Upper Silesia, Poland, Journal of Geophysical Research. Solid Earth, 103 (B8), 17767-17774, DOI: 10.1029/98JB01667.
• [10] Hulett L. D., Weinberger A. J., Northcutt K. J., Ferguson M., 1980, Chemical species in fly ash from coal-burning power plant, Science, 210 (4476), 1356-1358, DOI: 10.1126/science.210.4476.1356.
• [11] ISO 11466:2002, Jakość gleby – Ekstrakcja pierwiastków śladowych rozpuszczalnych w wodzie królewskiej.
• [12] Jędrzejczyk-Korycińska M., Rostański A., 2015, Tereny o wysokiej zawartości metali ciężkich w podłożu na Górnym Śląsku, [w:] Ekotoksykologia. Rośliny, gleba, metale, M. Wierzbicka (red.), Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa, 171-185.
• [13] Lu S., Yu X., Chen Y., 2016, Magnetic properties, microstructure and mineralogical phases of technogenic magnetic particles (TMPs) in urban soils: Their source identification and environmental implications, Science of the Total Environment, 543, 239-247, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2015.11.046.
• [14] Łukasik A., Szuszkiewicz M., Magiera T., 2015, Impact of artifacts on topsoil magnetic susceptibility enhancement in urban parks of the Upper Silesian conurbation datasets, Journal of Soils and Sediments, 15, 1836-1846, DOI: 10.1007/s11368-014-0966-5.
• [15] Magiera T., Jabłońska M., Strzyszcz Z., Rachwał M., 2011, Morphological and mineralogical forms of technogenic magnetic particles in industrial dusts, Atmospheric Environment, 45 (25), 4281-4290, DOI: 10.1016/j.atmosenv.2011.04.076.
• [16] Magiera T., Żogała B., Szuszkiewicz M., Pierwoła J., Szuszkiewicz M., 2019, Combination of different geophysical techniques for the location of historical waste in the Izery Mountains (SW Poland), Science of the Total Environment, 682, 226-238, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.05.180.
• [17] Majgier L., Badera J., Rahmonov O., 2010, Kamieniołomy w województwie śląskim jako obiekty turystyczno-rekreacyjne na terenach uprzemysłowionych, [w:] Krajobrazy rekreacyjne – kształtowanie, wykorzystanie, transformacja, Problemy Ekologii Krajobrazu, 27, 267-275.
• [18] Maliszewska-Kordybach B., Smreczak B., Klimkowicz-Pawlas A., 2009, Effects of anthropopressure and soil properties on the accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons in the upper layer of soils in selected regions of Poland, Applied Geochemistry, 24 (10), 1918-1926, DOI: 10.1016/j.apgeochem.2009.07.005.
• [19] Masters P., Stichelbaut B., 2009, From the air to beneath the soil – revealing and mapping great war trenches at Ploegsteert (Comines-Warneton), Belgium, Archaeological Prospection, 16 (4), 279-285, DOI: 10.1002/arp.357.
• [20] Misiewicz K., Małkowski W., 2009, New data from magnetic survey of Ptolemais, Revue d’Archéométrie, 33, 117-120, DOI: 10.4000/archeosciences.1402.
• [21] Petrovský E., Kapička A., Jordanova N., Knab M., Hoffmann V., 2000, Low-field magnetic susceptibility: a proxy method of estimating increased pollution of different environmental systems, Environmental Geology, 39, 312-318, DOI: 10.1007/s002540050010.
• [22] Pierwoła J., Szuszkiewicz M., Cabała J., Jochymczyk K., Żogała B., Magiera T., 2020, Integrated geophysical and geochemical methods applied for recognition of acid waste drainage (AWD) from Zn-Pb post-flotation tailing pile (Olkusz, southern Poland), Environmental Science and Pollution Research, 27, 16731-16744, DOI: 10.1007/s11356-020-08195-4.
• [23] Rosowiecka O., Nawrocki J., 2010, Assessment of soils pollution extent in surroundings of ironworks based on magnetic analysis, Studia Geophysica et Geodaetica, 54 (1), 185-194, DOI: 10.1007/s11200-010-0009-7.
• [24] Thompson R., Oldfield F., 1986, Environmental magnetism, Allen and Unwin, London.
• [25] Vermeulen F., Corsi C., De Dapper M., 2012, Surveying the townscape of Roman Ammaia in Portugal: An integrated geoarchaeological investigation of the forum area, Geoarchaeology, 27 (2), 123-139, DOI: 10.1002/gea.21402.
• [26] Wojas A., 2017, The magnetic susceptibility of soils in Kraków, southern Poland, Acta Geophysica, 65 (3), 453-463, DOI: 10.1007/s11600-017-0041-x.
• [27] Wynne-Jones S., 2012, Exploring the use of geophysical survey on the Swahili coast: VumbaKuu, Kenya, Azania: Archaeological Research in Africa, 47 (2), 137-152, DOI: 10.1080/0067270X.2012.677324.
• [28] Zawadzki J., Szuszkiewicz M., Fabijańczyk P., Magiera T., 2016, Geostatistical discrimination between different sources of soil pollutants using a magneto-geochemical data set, Chemosphere, 164, 668-676, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.08.145.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).