000 Млрд т. Эта величина колеблется и зависит, в частности, от

вулканической активности. Однако антропогенные выбросы углекислого газа

превышают естественные и составляют в настоящее время большую долю его

общего количества. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере,

сопровождающееся ростом количества аэрозоля (мелких частиц пыли, сажи,

взвесей растворов некоторых химических соединений), может привести к

заметным изменениям климата и соответственно к нарушению складывавшихся в

течение миллионов лет равновесных связей в биосфере.

Итогом нарушения прозрачности атмосферы, а следовательно, и теплового

баланса может явиться возникновение “ парников ого эффекта”, то есть

увеличения средней температуры атмосферы на несколько градусов. Это

способно вызвать таяние ледников полярных областей, повышение уровня

Мирового океана, изменение его солености, температуры, глобальные нарушения

климата, затопление прибрежных низменностей и многие другие неблагоприятные

последствия.

Выброс в атмосферу промышленных газов, включающих такие соединения, как

окись углерода СО (угарный газ), окислы азота, серы, аммиака и других

загрязнителей, приводит к угнетению жизнедеятельности растений и животных,

нарушениям обменных процессов, к отравлению и гибели живых организмов.

Загрязнение природной среды. Появление в природной среде новых компонентов,

вызванное деятельностью человека или какими-либо грандиозными природными

явлениями (например, вулканической деятельностью), характеризуют термином

загрязненность. В общем виде загрязненность - это наличие в окружающей

среде вредных веществ, нарушающих функционирование экологических систем или

их отдельных элементов и снижающих качество среды с точки зрения проживания

человека или ведения им хозяйственной деятельности. Этим термином

характеризуются все тела, вещества, явления, процессы, которые в данном

месте, но не в то время и не в том количестве, какое естественно для

природы, появляются в окружающей среде и могут выводить ее системы из

состояния равновесия.

Экологическое действие загрязняющих агентов может проявляться по-разному;

оно может затрагивать либо отдельные организмы (проявляться на

организменном уровне, либо популяции, биоценозы, экосистемы и даже биосферу

в целом.

На организменном уровне может происходить нарушение отдельных

физиологические функций организмов, изменение их поведения, снижение темпов

роста и развития, снижение устойчивости к воздействиям иных неблагоприятных

факторов внешней среды.

На уровне популяций загрязнение может вызывать изменение их численности и

биомассы, рождаемости, смертности, изменения структуры, годовых циклов

миграций и ряда других функциональных свойств.

На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях

сообществ. Одни и те же загрязняющие вещества по-разному влияют на разные

компоненты сообществ. Соответственно меняются количественные соотношения в

биоценозе, вплоть до полного исчезновения одних форм и появления других.

Изменяется пространственная структура сообществ, цепи разложения

(детритные) начинают преобладать над пастбищными, отмирание - над

продукцией. В конечном счете происходит деградация экосистем, ухудшение их

как элементов среды человека, снижение положительной роли в формировании

биосферы, обесценение в хозяйственном отношении.

Загрязняющие вещества, возникшие в результате хозяйственной деятельности

человека, и их влияние на среду очень разнообразны. К ним относятся:

соединения углерода, серы, азота, тяжелые металлы, различные органические

вещества, искусственно созданные материалы, радиоактивные элементы и многое

другое.

Так, по оценкам экспертов, в океан ежегодно попадает около 10 млн т нефти.

Нефть на воде образует тонкую пленку, препятствующую газообмену между водой

и воздухом. Оседая на дно, нефть попадает в донные отложения, где нарушает

естественные процессы жизнедеятельности донных животных и микроорганизмов.

Кроме нефти, значительно возрос выброс в океан бытовых и промышленных

сточных вод, содержащих, в частности, такие опасные загрязнители, как

свинец, ртуть, мышьяк, обладающие сильным токсическим действием. Фоновые

концентрации таких веществ во многих местах уже превышены в десятки раз.

Каждый загрязнитель оказывает определенное отрицательное воздействие на

природу, поэтому их поступление в окружающую среду должно строго

контролироваться. Законодательство устанавливает 'для каждого загрязняющего

вещества предельно допустимый сброс (ПДС) и предельно допустимую

концентрацию (ПД К) его в природной среде.

Предельно допустимый сброс (ПДС) - это масса загрязняющего вещества,

выбрасываемого отдельными источниками за единицу времени, превышение

которой приводит к неблагоприятным последствиям в окружающей среде или

опасно для здоровья человека. Предельно допустимая концентрация (ПДК)

понимается как количество вредного вещества в окружающей среде, которое не

оказывает отрицательного воздействия на здоровье человека или его потомство

при постоянном или временном контакте с ним. В настоящее время при

определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнителей на

здоровье человека, но и воздействие их на животных, растения, грибы,

микроорганизмы, а также на природное сообщество в целом.

Специальные службы мониторинга (наблюдения) окружающей среды осуществляют

контроль за соблюдением установленных нормативов ПДС и ПДК вредных веществ.

Такие службы созданы во всех районах страны. Особенно важна их роль в

крупных городах, вблизи химических производств, атомных электростанций и

других промышленных объектов. Службы мониторинга имеют право применять

предусмотренные законом меры, вплоть до приостановки производства и любых

работ, если нарушаются нормы охраны окружающей среды.

Кроме загрязнения среды, антропогенное воздействие выражается в истощении

природных ресурсов биосферы. Огромные масштабы использования природных

ресурсов привели к значительному изменению ландшафтов в некоторых регионах

(например, в угольных бассейнах). Если на заре цивилизации человек

использовал для своих нужд всего около 20 химических элементов, в начале XX

втекало 60, то сейчас более 100 - почти всю таблицу Менделеева. Ежегодно

добывается (извлекается из геосферы) около 100 млрд т руды, топлива,

минеральных удобрений.

Быстрый рост потребностей в топливе, металлах, минеральном сырье и их

добыче привели к истощению этих ресурсов. Так, по оценкам специалистов, при

сохранении современных темпов добычи и потребления разведанные запасы нефти

будут исчерпаны уже через 30 лет, газа - через 50 лет, угля - через 200.

Аналогичная ситуация сложилась не только с энергетическими ресурсами, но и

с металлами (истощение запасов алюминия ожидается через 5О0-6ОО лет, железа

- 250 лет, цинка - 25 лет, свинца - 20 лет) и минеральными ресурсами, как,

например, асбест, слюда, графит, сера.

Вот далеко не полная картина экологической ситуации на нашей планете в

настоящее время. Даже отдельные успехи природоохранной деятельности не

могут заметным образом изменить общий ход процесса пагубного влияния

цивилизации на состояние биосферы.

В настоящее время в биосферу поступает свыше 500 тыс. разновидностей химических веществ – продуктов хозяйственной деятельности, большая часть которых накапливается в почве. Среди загрязнителей значительное место занимают тяжелые металлы. Тяжелые металлы – группа химических элементов, имеющих плотность 5 г/см3. Для их биологической классификации правильнее руководствоваться атомной массой, т.е. считать тяжелыми металлы с относительной массой более 40. К тяжелым металлам отнесена группа элементов, имеющих большое биохимическое и физиологическое значение. Это так называемые микроэлементы – медь (Cu), цинк (Zn), молибден (Mo), кобальт (Co), марганец (Mn). В зависимости от концентрации в природной среде их определяют или как микроэлементы, или как тяжелые металлы. Однако существует группа металлов, за которыми закрепилось только одно определение – «тяжелые» в смысле «токсичные». К ним относятся ртуть (Hg), кадмий (Cd), свинец (Pb), таллий (T l) и некоторые другие элементы. Их считают наиболее опасными загрязнителями окружающей среды наряду с такими металлоидами, как мышьяк (As), селен (Se), теллур (Te). Основные источники антропогенного поступления тяжелых металлов в природную среду – тепловые электростанции, металлургические предприятия, карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд, транспорт, химические средства защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей. Наиболее мощные потоки тяжелых металлов возникают вокруг предприятий черной, особенно цветной металлургии, в результате атмосферных выбросов. Вследствие несовершенства технологических процессов и средств очистки выбрасываемых газов загрязняются атмосфера, почвенный и растительный покровы. Учет источников атмосферного воздуха и инвентаризация выбросов ведется практически во всех регионах нашей страны и в индустриально развитых странах. Загрязнение природной среды токсинами происходит, как правило, в результате работы промышленных комплексов, а не отдельных предприятий. Учитывая, что плотность потока выпадающих металлов на подстилающую поверхность пропорциональна их концентрации в воздухе, с помощью специальных методик оценивают конкретный источник поступления металлов в окружающую среду. Основные источники антропогенных выбросов вредных веществ в атмосферу сосредоточены в странах Северной Америки и Европы, т.е. в Северном полушарии. Содержание металлов в атмосфере колеблется в широком диапазоне и зависит от расстояния от источника загрязнения, характера подстилающей поверхности и метеорологических условий в момент измерения. Летучесть металлов обусловлена тем, что они связаны в атмосфере с субмикронными частицами, которые в воздухе ведут себя практически как газ. Загрязняющие вещества в атмосфере захватываются дождевыми каплями или снежинками и выпадают с осадками или на поверхность Земли в виде сухих выпадений. Промышленные источники аэрогенного загрязнения почвы металлами локализованы в пространстве, поэтому они создают высокие уровни загрязнения почв в ограниченных районах. В зависимости от высоты и дисперсного состава выбросов в локальной зоне загрязнения выпадает 10-15% количества металлов, поступивших в атмосферу. Конфигурация изолиний содержания металла в почве вокруг источника выбросов в основном соответствует климатической розе ветров. Поступление металлов в почву вблизи источников выбросов происходит обычно в форме нерастворимых соединений. Подвижность тяжелых металлов в почвах. Трансформация соединений тяжелых металлов, поступающих в почву, включает в себя следующие процессы: растворение, адсорбция катионов тяжелых металлов твердой фазой почв, образование новой твердой фазы. Основными процессом, контролирующим содержание водорастворимых форм тяжелых металлов в почвах, подверженных техногенному загрязнению, является адсорбционно-десорбционное равновесие. Установлено, что после внесения оксидов тяжелых металлов содержание их подвижных форм практически не отличалось от содержания в почве, в которую вносили водорастворимые соли тех же тяжелых металлов. Со временем во всех почвах содержание водорастворимой, обменной и непрочно связанной форм тяжелых металлов уменьшилось, а прочносвязанной форм – увеличивалось. Концентрация тяжелых металлов в почвенном растворе – наиболее важная экологическая характеристика почвы, поскольку определяет миграцию тяжелых металлов по профилю и поглощение их растениями. Изменение влажности почв, активности микробиоты влияют на кислотно-основное и окислительно-восстановительное равновесие, содержание хелатообразующих соединений, состав почвенной атмосферы, и все это в свою очередь сказывается на подвижности тяжелых металлов. В поглощении тяжелых металлов почвами действуют 2 механизма: первый включает адсорбцию с образованием внешне- и внутрисферных комплексных соединений с минеральными и органическими компонентами почв; второй состоит в осаждении из почвенного раствора труднорастворимых соединений, т.е. в образовании вторичной твердой фазы. В дальнейшей судьбе металлов, образующих прочные связи с кислородом и серой, большую роль играет комплексное образование с органическим веществом. При достаточно высокой концентрации металла в растворе начинается осаждение вторичной твердой фазы: гидроксидов железа, алюминия, карбонатов кальция, магния, сульфидов цинка, кадмия, ртути. При этом концентрация металла в растворе зависит от аниона, обеспечивающего минимальную растворимость катиона. Поступление тяжелых металлов в растения. Важное место при разработке мероприятий по охране природной среды от загрязнения техногенными выбросами занимает изучение поглощения тяжелых металлов растениями. Проблема поступления металлов в растения имеет 3 практических аспекта: во-первых, растения являются промежуточным резервуаром, через который металлы переходят из воды, воздуха и, главным образом, почвы в организмы человека и животных, в связи с чем необходима разработка методов защиты пищевых цепей от проникновения токсикантов в опасных концентрациях; во-вторых, доказана токсичность тяжелых металлов для самих растений – как для низших, так и для высших, что ставит ряд вопросов о реакции растений на избыток тяжелых металлов в среде; в-третьих, выяснение возможности использования растений в качестве биоиндикаторов загрязненной природной среды тяжелыми металлами. Известно, что при аэротехногенном загрязнении природной среды тяжелыми металлами возможны два основных пути их поступления в растения: из атмосферы – через листовую поверхность; и из почвы – через корневую систему. Поглощение металлов корнями может быть пассивным (неметаболическим) и активным (метаболическим): пассивное поглощение происходит путем диффузии ионов из почвенного раствора в эндодерму корней; при активном поглощении необходимы затраты энергии метаболических процессов, и оно направлено против химических ингредиентов. При обычных концентрациях в почвенном растворе поглощение тяжелых металлов корнями растений контролируется метаболическими процессами внутри корней. Обнаруживаемое в ряде случаев падение концентрации металлов в растворе вблизи поверхности корней отражает более высокую скорость поглощения корнями по сравнению с диффузионным и конвективным переносом в почве. При высоких концентрациях тяжелых металлов в почвенном растворе в транспорте их к корням растений преобладающую роль играет диффузия. Поступление тяжелых металлов в растения через корневую систему зависит, прежде всего, от количества этих металлов в почве. Коэффициенты корреляции между содержанием металлов в растениях и средах при разных условиях (тип почвы, влажность, кислотность и др.) могут быть достаточно высоки – в некоторых случаях превышают величину 0,80. Ученые отмечают как линейное, так и нелинейное возрастание содержания металлов при увеличении их концентрации в растворах или питательных средах. Различные виды растений в значительной степени различаются по способности поглощать тяжелые металлы. Высшие растения меньше накапливают тяжелые металлы и менее устойчивы к повышенным концентрациям, чем низшие. Наиболее высокое содержание ртути, кадмия, меди и цинка отмечено в грибах, мхах и лишайниках. Как правило, высокой устойчивостью к воздействию металлов отличаются виды растений, растущие в биохимических провинциях с высокими концентрациями тяжелых металлов в течение длительного исторического периода (металлофиты). Формирование устойчивости к металлам имеет генетическую основу. Эволюционные изменения у растений, возникающие под действием тяжелых металлов, отличают их от популяций тех же видов, растущих на обычных почвах. К металлофитам, например, относят растение Silene maritina, накапливающее в золе цинка до 21 000 мг/кг. Различают псевдометаллофиты, способные накапливать металлы только при попадании на обогащенный ими субстрат. Культурные растения, как правило, в меньшей степени способны накапливать тяжелые металлы и обладают меньшей устойчивостью к ним, чем дикорастущие. Накопление в культурных растениях токсикантов опасно для здоровья человека, поскольку при этом допускается проникновение загрязнителей в пищевые цепи. В многочисленных полевых и вегетационных опытах установлена различная способность сельскохозяйственных культур к накоплению тяжелых металлов и устойчивости к ним. Содержание избыточного количества тяжелых металлов в растительной массе может меняться в течение вегетационного периода. Одна из причин этого – неспособность потока, поступающего из почвы в растения, равномерно в течение всей вегетации насыщать тяжелыми металлами прирост биомассы, который в середине лета достигает максимума, и хотя темп их поступления более или менее равномерен, возникает так называемый «эффект разбавления». На почвах, загрязненных ртутью, установлено, что соотношение содержания этого элемента в корнях, листьях и зерне составляло соответственно 30 : 3 : 1, т.е. сравнительно небольшая часть поступившей в растения ртути достигла зерна, оставаясь преимущественно в корнях. Преимущественное накопление металлов в корнях объясняется тем, что при проникновении в плазму происходит инактивация и депонирование значительных количеств тяжелых металлов в результате образования малоподвижных соединений с органическими веществами. Для минимизации перехода металлов из почвы в растения рекомендуется использовать метод рационального подбора культур. Предпочтение необходимо отдавать, во-первых, техническим культурам, более устойчивым к воздействию тяжелых металлов; во-вторых, тем пищевым и кормовым культурам, товарная (употребляемая в хозяйстве) часть которых наименее подвержена проникновению токсичных металлов и не накапливает их. При разработке мероприятий по охране природной среды от загрязнения техногенными выбросами необходимо учитывать поступление тяжелых металлов в растения из атмосферы через листовую поверхность, из почвы через корневую систему, а также влияющие на них факторы. Нормирование содержания тяжелых металлов в почвах и растениях Антропогенная эволюция почвенного покрова зависит как от характера антропогенных воздействий, так и от особенностей природных свойств экосистем, их устойчивости к различным видам нагрузок и способности к восстановлению. Эта эволюция носит глобальный характер с существенным изменением многих закономерностей распределения почв и структур как планеты в целом, так и отдельных регионов. Необходимо, прежде всего, получить и систематизировать всестороннюю информацию о комплексе антропогенных воздействий на почвы и почвенный покров страны, а также изучить трансформации различных по генезису почв и структур почвенного покрова под влиянием отдельных видов их воздействий. Особенно важно изучить устойчивость и регенеративную (восстановительную) способность почв и почвенного покрова в различных природных обстановках. Под нормированием следует понимать такую антропогенную нагрузку, которая при длительном (многолетнем) воздействии на почву не вызывает каких-либо патологических изменений в почвенной биоте и в свойствах ее абиотической части, особенно в почвенном поглощающем комплексе. Нормирование содержания, в частности металлов, в почвах предусматривает установление их предельно допустимых концентраций (ПДК). Под ПДК тяжелых металлов следует понимать такие их концентрации, которые при длительном воздействии на почву и произрастающие на ней растения не вызывают каких-либо патологических изменений или аномалий в ходе биологических почвенных процессов, а также не приводят к накоплению токсичных элементов в сельскохозяйственных культурах и, следовательно, не могут нарушить биологический оптимум для животных и человека. Различают следующие виды экологического нормирования: ландшафтное, биотическое, почвенное. Нормирование содержания любого ингредиента для почвенно-растительного покрова встречает огромные трудности в связи с тем, что биота, почва, ландшафт, в отличие от сравнительно гомогенных (однородных) водной и воздушной сред, являются гетерогенными компонентами биосферы в пространстве и времени. Загрязнители можно разбить на 4 группы - почвохимически активные; биохимически активные; загрязнители, сочетающие в себе признаки обеих групп; индифферентные: в группу почвохимически активных загрязнителей включены вещества (оксиды щелочноземельных катионов, минеральные кислоты, щелочи, нефтепродукты и др.), воздействующие на щелочно-кислотные, окислительно-восстановительные условия, меняющие химическую обстановку, морфологию почвенного профиля; в группу биохимически активных загрязнителей включены вещества, активно воздействующие на биоту почвы. Это – деформанты, пестициды, тяжелые металлы, радионуклиды и др.; третья группа включает в себя соединения, вещества, являющиеся почвохимически и биохимически активными одновременно. Это, в первую очередь, тяжелые металлы в высоких концентрациях, способные к гидролизу и оказывающие негативное воздействие не только на биоту, но и на физико-химические свойства почв, и ряд других ингредиентов, составляющих первые две группы; в группу индифферентных загрязнителей входят: оксиды кремния, железа, глинистые минералы и др., являющиеся индифферентными и не оказывающие существенного влияния на почвенно-растительный покров. В соответствии с этой классификацией нормирование загрязнителей должно проводиться с учетом направленности, степени их воздействия на состав почв, их морфологию, на почвенную и наземную биоту. Существует 3 способа загрязнения почв – агрогенный, гидрогенный, аэрогенный. Первые два способа загрязнения воздействуют на природные или сельскохозяйственные экосистемы в основном периодически и только через корневую систему. Аэрогенный перенос загрязнений является наиболее масштабным по воздействию на природную среду, действует непрерывно, атакует и непосредственно наземный растительный покров. В связи с этим очень важно знать, во-первых, эффекты его непосредственного воздействия на наземную биоту, во-вторых, скорость поступления и трансформации загрязнителей в почвах. Большую работу по нормированию содержания химических ингредиентов в почвах проводят медики-гигиенисты. Согласно принятой ими схеме, нормирование подразделяется на: транслокационное (переход нормируемого элемента в растение); миграционное воздушное (переход в воздух); миграционное водное (переход в воду); общесанитарное, гигиеническое (влияние на самоочищающую способность почвы и почвенный микробиоценоз). При нормировании содержания тяжелых металлов в почвах некоторые ученые предлагают различать их весовые доли: губительные (летальные), снижающие урожай (сублетальные), не влияющие на рост, развитие и биомассу растений (толерантные) и те доли, которые ведут к накоплению элементов до уровня ПДК по пищевым и кормовым цепям. Для того, чтобы решить проблему нормирования воздействия того или иного токсиканта, необходимо иметь систему взаимосвязанных показателей: предельно допустимые нормы поступления вещества на единицу площади, предельно допустимые концентрации его в атмосфере, наземном растительном покрове, почвах, почвенно-грунтовых водах. В настоящее время многочисленные государственные и ведомственные службы, призванные контролировать состояние компонентов биосферы, свои основные усилия обращают на оценку состояния конечных звеньев изучаемой системы: источник эмиссии – атмосфера – питьевые воды – воды открытых водоемов – почва – наземный растительный покров – товарная часть растительной продукции – животные – человек, при этом очень мало внимания уделяют начальным звеньям системы. А ведь широко известно: легче предотвратить загрязнение, чем ликвидировать его последствия. Мероприятия по мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами В большинстве промышленных стран Запада благодаря использованию современных промышленных технологий и высокой степени очистки атмосферных выбросов от вредных аэрозолей острота проблемы загрязнения почв тяжелыми металлами на локальном уровне в последние годы значительно ослаблена и преодолевается. В нашей стране переработка огромных масс сырьевых и энергетических ресурсов вызывала и продолжает вызывать возникновение многих экологических проблем. Основные направления природоохранной деятельности должны быть сосредоточены, в первую очередь, на резком сокращении выбросов вредных веществ в атмосферу. Реальность, однако, такова, что безотходных производств нет и, по-видимому, не будет. Необходимо стремиться к созданию малоотходных технологий. Для снижения загрязнения придорожных территорий продуктами сгорания автомобильного топлива целесообразны организация санитарно-защитных зон и высадка лесополос. Сформированные защитные насаждения предотвращают необратимое накопление выбросов автотранспорта в придорожных полосах и сохраняют хозяйственную ценность этих земель. Перечислим различные способы химической мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами: один из самых распространенных способов – известкование, которое увеличивает поглотительную способность почв, изменяет состав поглощенных оснований в твердой фазе почвы: водород и обменный алюминий в значительной степени замещаются кальцием; внесение органического вещества. Органическое вещество выступает как хороший адсорбент катионов и анионов, повышает буферность почв, понижает концентрацию солей в почвенном растворе. Все это способствует снижению фитотоксичности многовалентных тяжелых металлов, препятствует их поступлению в растения; применение ионообменных смол, которые содержат карбоновые и гидроксильные группы. Смолы используют в кислотной форме, либо в форме, насыщенной ионами кальция, калия, магния или их смесью и вносят в почву в виде гранул или порошка в количестве, зависящем от содержания тяжелых металлов; существенное снижение фитотоксичности большинства тяжелых металлов в результате образования в почве трудно-растворимых солей. Так, обогащение почв растворимыми соединениями ортофосфорной кислоты, с одной стороны, повышает содержание фосфора в почве, улучшая тем самым ее плодородие, с другой стороны – способствует образованию нерастворимых соединений тяжелых металлов. Данный прием наиболее эффективен при сильном загрязнении почв, так как для образования нерастворимого осадка нужна определенная концентрация, обеспечивающая образование насыщенного раствора соли того металла, осаждения которого нам необходимо добиться. Наиболее эффективен этот прием в тех случаях, когда можно ожидать соединения металла с анионом кислоты, образующей соль с очень низким произведением растворимости; к таким анионам относятся фосфаты, карбонаты, силикаты и некоторые другие.

Тяжелые металлы - это элементы периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, с относительной молекулярной массой больше 40. К тяжелым металлам относятся более 40 химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева, масса атомов которых свыше 50 атомных единиц. Эта группа элементов участвует в биологических процессах, входя в состав многих ферментов. Группа «тяжелых металлов» во многом совпадает с понятием «микроэлементы». Отсюда такие вещества как: свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, хром, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, ванадий являются тяжелыми металлами. Тяжелые металлы, попадая в наш организм, остаются там навсегда, вывести их можно только с помощью белков молока и белых грибов. Достигая определенной концентрации в организме, они начинают свое губительное воздействие - вызывают отравления, мутации. Кроме того, что сами они отравляют организм человека, они еще и чисто механически засоряют его – ионы тяжелых металлов оседают на стенках тончайших систем организма и засоряют почечные каналы, каналы печени, таким образом, снижая фильтрационную способность этих органов. Соответственно, это приводит к накоплению токсинов и продуктов жизнедеятельности клеток нашего организма, т.е. самоотравление организма, т.к. именно печень отвечает за переработку ядовитых веществ, попадающих в наш организм, и продуктов жизнедеятельности организма, а почки – за выведение наружу. Источники поступления тяжелых металлов делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозийные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, движение транспорта, деятельность для сельского хозяйства).Часть техногенных выбросов, поступающих в природную среду в виде тонких аэрозолей, переносится на значительные расстояния и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть поступает в бессточные водоемы, где тяжелые металлы накапливаются и становятся источником вторичного загрязнения, т.е образования опасных загрязнений в ходе физика – химических процессов, идущих непосредственно в среде(например, образование из нетоксичных веществ ядовитого газа фосгена). Тяжелые металлы накапливаются в почве, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции – выдувании почв. Период полу удаления или удаления половины от начальной концентрации составляет продолжительное время: для цинка – от 70 до 510 лет, для кадмия - от 13 до 110 лет, для меди – от 310 до 1500 лет и для свинца – от 740 до 5900 лет. В гумусовой части почвы происходит первичная трансформация попавших в нее соединений. Тяжелые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физика – химическим и биологическим реакциям. Тяжелые металлы и их соединения, как и другие химические соединения, способны перемещаться и перераспределяться в средах жизни, т.е мигрировать. Миграция соединений тяжелых металлов происходит в значительной степени в виде органа – минеральной составляющей. Часть органических соединений, с которым связываются металлы, представлена продуктами микробиологической деятельности. Ртуть характеризуется способностью аккумулироваться в звеньях «пищевой цепи». Микроорганизмы почвы могут давать устойчивые к ртути популяции, которые превращают металлическую ртуть в токсические для высших организмов вещества. Некоторые водоросли, грибы и бактерии способны аккумулировать ртуть в клетках. Ртуть, свинец, кадмий в общий перечень наиболее важных загрязняющих веществ окружающей среды, согласованный странами, входящие в ООН. Под загрязнением окружающей среды понимают нежелательные изменения физическим, Физика – химических и биологических характеристик воздуха, почв, вод, которые могут неблагоприятно влиять на жизнь человека, необходимые ему растений, животных и культурное достояние, истощать или портить его сырьевые ресурсы. Эти негативные изменения являются результатом деятельности человека. Они прерывают или нарушают процессы обмена и круговорота веществ, их ассимиляцию, распределение энергии, в результате меняются свойства окружающей среды, условия существования организмов, снижается продуктивность или же разрушаются экосистемы. Прямо или косвенно такие преобразования влияют на человека через биологические ресурсы, воды и продукты. Основные источники загрязнений антропогенного происхождения: . Тепловые электростанции(27%); . Предприятия черной(24%) и цветной (10,5%) металлургии; . Нефтехимическое; . Строительных материалов(8,1%), химической промышленности(1,3%); . Автотранспорта (13,3%). Типы загрязнений и вредных воздействий: физические загрязнения - радиоактивные элементы (излучение), нагрев или тепловое загрязнение, шумы; биологические загрязнения - микробиологическое отравление дыхательных и пищевых путей (бактерии, вирусы), изменение биоценозов вследствие внедрения чужеродных растений или животных; химические загрязнения -- газообразные производные углерода и жидкие углеводороды, моющие средства, пластмассы, пестициды, производные серы, тяжелые металлы, фтористые соединения, аэрозоли и др.; эстетический вред - нарушение ландшафтов, примечательных мест малопривлекательными постройками и др. Влияние на организм тяжелых металлов В последнее время все острее стоит проблема загрязнения окружающей среды вредными компонентами. К числу этих загрязнителей, прежде всего, относятся некоторые тяжелые металлы. Было установлено, что основным путем (до 70%) поступления их в организм человека являются пищевые продукты. Эти исследования убедительно доказали, что неконтролируемое загрязнение пищевых продуктов токсичными металлами может вызвать серьезные последствия в организме. Для предотвращения и ослабления этих последствий появились законодательства, регулирующие предельное содержание токсичных элементов в продуктах питания. Объединение комиссия ФАО и ВОЗ по пищевому кодексу включила в число обязательных компонентов пищевых продуктов , подвергаемых контролю, 8 наиболее опасных токсичных элементов: ртуть, кадмий ,свинец, мышьяк, медь, олово, цинк и железо. Одним из самых распространенных и опасных токсикантов является свинец. В земной коре он содержится в незначительных количествах. Вместе с тем мировое производство свинца составляет более 3,5 тонн в год, и только в атмосферу поступает в переработанном и мелкодисперсном состоянии 4,5 тонн в год. Среднее содержание свинца в продуктах питания 0,2 мг/кг. Отмечено активное накопление свинца в растениях и мясе сельскохозяйственных животных вблизи промышленных центров, крупных автомагистралей. По данным К.Рейли взрослый человек получает ежедневно с пищей 0,1- 0,5 мг свинца. Общее его содержание в организме составляет 120 мг. В организме взрослого человека усваивается в среднем 10% поступившего свинца, у детей – 30 – 40%. Из крови свинец поступает в мягкие ткани и кости, где депонируется в виде трифосфата. 90% поступившего свинца выводиться из организма с фекалиями, остальные – с мочой и другим биологическими жидкостями. Механизм токсичного действия свинца определяется по следующей схеме: проникновение свинца в нервные и мышечные клетки, образование лактама свинца путем взаимодействия с молочной кислотной, затем фосфатов свинца, которые создают клеточный барьер для проникновения в нервные и мышечные клетки ионов кальция. Основными мишенями при воздействии свинца являются кроветворная, нервная, пищеварительная системы и почки. Отмечено его отрицательное влияние на половую функцию организма. Кадмий в природе в чистом виде не встречается, это сопутствующий продукт при рафинировании цинка и меди. С рационом взрослый человек поучает Сd до 150 мг/кг и выше в сутки(92 – 94%) Медь принимает активное участие в процессах жизнедеятельности, входя в состав ряда ферментных систем. Суточная потребность -4–5 мг. Дефицит меди приводит к анемии, недостаточности роста, ряду других заболеваний, в отдельных случаях – к смертельному исходу. Цинк входит в состав около 80 ферментов, участвуя в многочисленных реакциях обмена веществ. Типичными симптомами недостаточности цинка является замедление роста у детей, половой инфантилизм у подростков, нарушение вкуса и обоняния и др. Основным источником поступления металлов в растения является почва. Плодородная почва должна обеспечиваться микро и макропитательными веществами, необходимыми для роста растений. Все почвы, содержав незначительном количестве многие элементы органической и в неорганической форме. Содержание микроэлементов в разных почвах колеблется в широком интервале. Более высокий уровень загрязнения тяжелыми металлами отмечается в верхнем (0-10см), наиболее гумусированном слое почвы, что является одной из причин повышенного содержания тяжелых металлов в сельскохозяйственной продукции. Опасность состоит в том, что химическое загрязнение длительное время может не проявляться и выращенная на такой почве, с виду нормальная сельскохозяйственная продукция, может оказать токсическое воздействие на здоровье человека. Северо-Осетинская станция агрохимической службы проводит агроэкологический мониторинг почв сельскохозяйственное назначения, в том числе ведет наблюдение за содержанием тяжелых металлов. Анализ почвенных проб, взятых в районах нашей республики на содержание тяжелых металлов, выполнялся нами атомной – адсорбционным методом. В результате исследований было выявлено, что основными загрязнителями почв в РСО-Алания являются: свинец, цинк, кадмий и медь. В связи с этим следует принимать меры не только по снижению содержания тяжелых металлов в почве, но и разрабатывать мероприятия по снижению их содержания в сельскохозяйственной продукции и пищевых продуктах, получаемые из этой продукции. Медь Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. Медь и ее сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря восстановимости оксидов и карбонатов медь была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Латинское название меди происходит от названия острова Кипр (лат. Cuprum), где древние греки добывали медную руду. В древности для обработки скальной породы ее нагревали на костре и быстро охлаждали, причем порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов – штейна (сплава сульфидов), в котором концентрируется медь, и шлака (сплава окислов).Сейчас существуют методы, позволяющие получать наночастицы меди, упорядоченные в виде цепей, колец или трехмерных сверхрешеток, которые обладают уникальными физическими свойствами и считаются перспективными материалами для создания плазменных волноводов для фотонных устройств, химических и биологических сенсоров. Существует целый ряд методов, позволяющих варьировать морфологию наночастиц металлов и, поэтому, изменять физические свойства материалов на их основе.Среднее содержание меди в земной коре 4,7•10–3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, ее больше (1•10–2%), чем в верхней (2•10–3%), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. Медь энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды Меди, имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов Меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная медь, карбонаты и оксиды. Медь – важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание меди в живом веществе 2•10–4%, известны организмы – концентраторы меди. В таежных и других ландшафтах влажного климата медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит меди и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) медь малоподвижна; на участках месторождений меди наблюдается ее избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные. Метилртуть Ртуть в составе выбросов из антропогенных и природных источников поступает в атмосферу в неорганической форме и затем в результате протекания биологических процессов может преобразовываться в метилртуть в почве и водной среде. В окружающей среде происходит биологическая аккумуляция метилртути, которая беспрепятственно поступает в человеческий организм через пищевые продукты. Атмосферные концентрации ртути в Европе, а также во всем мире обычно находятся на уровне, существенно ниже того, при котором, как известно, оказывается негативное воздействие на здоровье человека в результате вдыхания ртути. Концентрации неорганических соединений ртути в почве и подземных водах обычно находятся на уровне существенно ниже того, при котором, как известно, возникают негативные последствия для здоровья человека в результате потребления питьевой воды. Метилртуть является сильнодействующим нейротоксичным химическим веществом. Неврожденные дети (т.е. зародыши) являются наиболее уязвимой группой и подвергаются воздействию этого химического вещества главным образом в результате потребления рыбы в рационе матери. Метилртуть также выделяется вместе с молоком матери. Данные человеческого биомониторинга и биомоделирования режима питания свидетельствуют о том, что допустимые объемы поступления метилртути в составе пищевых продуктов превышаются в подгруппах населения, которые потребляют значительное количество рыбы, например в Скандинавии, Северной Америке и Франции. Концентрации ртути в размере 0,5 мг/кг, т.е. показателя, использующегося во многих странах в качестве опорного, нередко превышаются для некоторых видов (главным образом крупных хищных) пресноводных и морских рыб и млекопитающих. Ретроспективные данные (например, данные об озерных отложениях в Скандинавии) свидетельствуют о том, что в сравнении с доиндустриальной эрой концентрации ртути возросли в 2-5 раз в результате антропогенных выбросов ртути и ее переноса на большие расстояния. Метилртуть, присутствующая в организмах пресноводных рыб, трансформировалась из неорганической ртути, содержащейся в почве и непосредственных атмосферных осаждениях. С 1990-х годов антропогенные выбросы ртути в Европе сократились приблизительно на 50%. Данные моделирования и ограниченного мониторинга свидетельствуют о том, что уровень осаждения ртути в Европе сократится в аналогичном размере. Однако не было отмечено сопутствующего уменьшения концентрации метилртути в организмах пресноводных рыб. Существует лишь ограниченный объем информации об источниках метилртути, присутствующей в организме морских рыб, и о роли, которую в этом процессе играет перенос загрязнения на большие расстояния. Ряд данных свидетельствует о росте концентрации ртути в организмах морских рыб и млекопитающих в Арктике - этот факт подтверждает воздействие переноса ртути на большие расстояния. В целом потребление рыбы весьма благоприятно сказывается на здоровье человека, однако в организмах представителей некоторых групп населения, потребляющих значительное количество рыбы или рыбы, содержащей загрязняющие вещества, объем поступления метилртути может достигать опасных уровней. В этой связи сокращение концентраций метилртути в рыбе следует рассматривать в качестве высокоприоритетной задачи. Одним из средств для достижения этой цели является сокращение атмосферных выбросов и переноса загрязнения на большие расстояния. Ртуть и ее соединения опасны для жизни. Метилртуть особенно опасна для животных и человека, так как она быстро переходит из крови в мозговую ткань, разрушая мозжечок и кору головного мозга. Клинические симптомы такого поражения - оцепенение, потеря ориентации в пространстве, потеря зрения. Симптомы ртутного отравления проявляются не сразу. Другим неприятным последствием отравления метилртутью является проникновение ртути в плаценту и накапливание ее в плоде, причем мать не испытывает при этом болезненных ощущений. Метилртуть оказывает тератогенное воздействие на человека. Ртуть относится к I классу опасности. Мышьяк Мышьяк в природе присутствует в виде сульфатов. Его содержание в свинцово-цинковых концентратах около 1 %. Вследствие летучести он легко попадает в атмосферу. Самыми сильными источниками загрязнения этим металлом являются гербициды (химические вещества для борьбы с сорными растениями), фунгициды (вещества для борьбы с грибными болезнями растений) и инсектициды (вещества для борьбы с вредными насекомыми). По токсическим свойствам мышьяк относится к накапливающимся ядам. По степени токсичности следует различать элементарный мышьяк и его соединения. Элементарный мышьяк сравнительно мало ядовит, но обладает тератогенными свойствами. Вредное воздействие на наследственный материал (мутагенность) оспаривается. Соединения мышьяка медленно поглощаются через кожу, быстро всасываются через лёгкие и желудочно-кишечный тракт. Смертельная доза для человека - 0,15-0,3г. Хроническое отравление вызывает нервные заболевания, слабость, онемение конечностей, зуд, потемнение кожи, атрофию костного мозга, изменения печени. Соединения мышьяка являются канцерогенными для человека. Мышьяк и его соединения относятся ко II классу опасности. Арсенизм, или отравление мышьяком, столь распространенное и любимое в эпоху средневековья, к счастью в наше время - очень редкая болезнь. Соли, оксиды и пары мышьяка чрезвычайно опасны. Препараты на основе мышьяка используются в качестве гербицидов для опрыскивания фруктов, в качестве инсектицидов, яда для крыс и во многих промышленных процессах. Различают острый и хронический арсенизм. Острое отравление, обычно, наблюдаемое при суициде или гоминиде, редко, но хроническое отравление из-за продолжительного контакта с мышьяковой пылью, парами, как в промышленности, так и в сельском хозяйстве является нередко причиной смерти и в наши дни. Механизм воздействия на клетку еще полностью неясен. Однако известно, что мышьяк соединяется с сульфгидрильными группами (SH - группами). Вот почему при хронической интоксикации мышьяк скапливается в волосах, ногтях, эпидермисе и может там обнаруживаться. Возможно, что мышьяк может инактивировать энзимы, содержащие SH - группы и, таким образом, являться ингибитором дыхательных ферментов. Проявления арсенизма зависят от дозы. Довольно маленькая доза в 30 мг триоксида мышьяка может быть смертельной. Значительные дозы этого сильнейшего яда могут убить в течение 1-2 часов, вызывая обычно выраженную периферическую вазодиллятацию, резкое уменьшение объема циркулирующей крови и шок. Хром Хром необходим нашему организму в определенных дозах, но если его слишком много, он опасен. Считается, что нормой для взрослого человека является 150 мг в сутки. Особенно полезен хром пожилым людям, организм которых плохо усваивает углеводы. А мы должны знать, что именно хром усиливает процессы обмена углеводистых соединений. Так, определенное соединение хрома облегчает проникновение глюкозы через мембрану внутрь клеток. Это так называемый глюкозотолерантный фактор (ГТФ). Наш организм способен вырабатывать ГТФ, но в очень малых количествах. Если хрома в организме недостаточно, уровень холестерина и сахара повышается. Аналогичными свойствами обладает витамин В6.Когда содержание хрома в организме выше нормы, происходит усвоение глюкозы, если же содержание этого элемента снижено, усвоение сахаров нарушается. Биологическое действие хрома: регулирующее уровень глюкозы в крови, термогеническое, антиатеросклеротическое, ранозаживляющее и язвозаживляющее, улучшающее метаболизм миокарда и метаболизм нервной ткани, улучшающее половые функции и др. Люди, работающие в контакте с хромом и вдыхающие хромовую пыль, заболевают раком легких в 20—30 раз чаще тех, кто не соприкасается с хромосодержащими веществами. Очень много хрома обнаруживается обычно в воздухе промышленных районов, если на предприятиях отсутствует хорошая пылеулавливающая система. Хром содержится в медной пыли и в других шлаках. Именно хром вызывает заболевания астмой. В 1973 г канадский доктор Эдвард Конецко сообщил о том, что хром, принимаемый по 1 мг через день, цинк (50 мг ежедневно) и циствин (5 мг ежедневно) способны предупредить и даже лечить катаракту. Однако хром и цинк должны сочетаться с аминокислотами, так как только таким образом они могут переходить в усвояемую форму. Отличные источники хрома — пивные дрожжи, печень. Мы должны употреблять эти продукты хотя бы раз в неделю. Ежедневно можно есть картофель, сваренный в кожуре, свежие овощи, хлеб из муки грубого помола. Говядину, куриные ножки, сыры рекомендуется вводить в рацион один - два раза в неделю. А макароны, кукурузные хлопья, молоко, масло, маргарин, сахар можно вообще исключить: они бедны многими микроэлементами, в том числе и хромом. Терапевтическая ценность хрома в других областях не так твердо установлена, как в случаях диабета, сердечно-сосудистых заболеваний и гипертонии, однако она может распространяться и на многие другие заболевания. Например, он может облегчать хронические головные боли и помогать лечению угревой сыпи, которая, по-видимому, отчасти обусловлена нарушением обмена инсулина. Хром укрепляет кости, повышая уровень дегидроэпиандростерона (ДГЭА), и потому он может входить в программу лечения остеопороза. И хотя мы не можем утверждать, что хром предотвращает глаукому, он может (вместе с витамином С) сдерживать рост внутриглазного давления. Важнейшая биологическая роль микроэлемента хрома состоит в регуляции углеводного обмена и уровня глюкозы крови, поскольку хром является компонентом низкомолекулярного органического комплекса - “фактора толерантности к глюкозе. Он нормализует проницаемость клеточных мембран для глюкозы, процессы использования ее клетками и депонирования, и в этом плане функционирует совместно с инсулином. Предполагают, что они образуют комплекс, регулирующий уровень глюкозы в крови. Хром увеличивает чувствительность клеточных рецепторов тканей к инсулину, облегчая их взаимодействие и уменьшая потребность организма в инсулине. Он способен усиливать действие инсулина во всех метаболических процессах, регулируемых этим гормоном. Поэтому хром необходим больным сахарным диабетом (прежде всего II типа), поскольку уровень его в крови у таких больных понижен. Более того, высокий дефицит этого микроэлемента может стать причиной диабетоподобного состояния. Уровень хрома снижается у женщин во время беременности и после рождения ребенка. Этим дефицитом хрома можно объяснить диабет у беременных, хотя эта причина едва ли единственная. Дефицит хрома в организме, помимо повышения уровня глюкозы в крови, приводит к повышению триглицеридов и холестерина в плазме крови и в конечном итоге к атеросклерозу. Влияние хрома на липидный обмен также опосредуется его регулирующим действием на функционирование инсулина. В связи с изложенным, хром имеет большое значение для профилактики сахарного диабета и сердечно-сосудистых заболеваний. Свинец В настоящее время свинец занимает первое место среди причин промышленных отравлений. Это вызвано широким применением его в различных отраслях промышленности. Воздействию свинца подвергаются рабочие, добывающие свинцовую руду, на свинцово-плавильных заводах, в производстве аккумуляторов, при пайке, в типографиях, при изготовлении хрустального стекла или керамических изделий, этилированного бензина, свинцовых красок и др. Загрязнение свинцом атмосферного воздуха, почвы и воды в окрестности таких производств, а также вблизи крупных автомобильных дорог создает угрозу поражения свинцом населения, проживающего в этих районах, и прежде всего детей, которые более чувствительны к воздействию тяжелых металлов. Отравление свинцом (сатурнизм) - представляет собой пример наиболее частого заболевания, обусловленного воздействием окружающей среды. В большинстве случаев речь идет о поглощении малых доз и накопление их в организме, пока его концентрация не достигнет критического уровня необходимого для токсического проявления. Острые свинцовые отравления встречаются редко. Их симптомы - слюнотечение, рвота, кишечные колики, острая форма отказа почек, поражение мозга. В тяжёлых случаях - смерть через несколько дней. Ранние симптомы отравления свинцом проявляются в виде повышенной возбудимости, депрессии и раздражительности. При отравлении органическими соединениями свинца его повышенное содержание обнаруживают в крови. Существует острая и хроническая форма болезни. Острая форма возникает при попадании значительных его доз через желудочно-кишечный тракт или при вдыхании паров свинца, или при распылении свинцовых красок. Хроническое отравление наиболее часто возникает у детей, лижущих поверхность предметов, окрашенных свинцовой краской. Дети в отличие от взрослых гораздо легче абсорбируют свинец. Хроническое отравление может развиваться при использовании плохо обожженной керамической посуды, покрытой эмалью, содержащей свинец, при употреблении зараженной воды, особенно в старых домах, где канализационные трубы содержат свинец, при злоупотреблении алкоголем, изготовленным в перегонном аппарате, содержащим свинец. Проблема хронической интоксикации связана также с наличием паров свинца при применении тетраэтилсвинца при ожогах в качестве артишокового препарата. Выбросы газа отравляют не только атмосферу, но почву, и воду, и продукты питания. Только в Северной Америке такие выбросы в атмосферу составляют 200 тыс. тон свинца ежегодно. Отравление атмосферы повсеместно и в среднем взрослый человек получает примерно от 150 до 400 мг свинца и его концентрация в крови и в тканях составляет до 25 мг/100 мл. Для возникновения клинических признаков болезни необходимо около 80 мг/100. Попадая оральным путем, свинец абсорбируется в кишечнике и достигает печени, откуда с желчью вновь попадает в 12-ти перстную кишку. Одна часть свинца реабсорбируется, другая удаляется с испражнениями. Если свинец попадает через дыхательные пути, он быстро достигает кровотока и тогда его действие максимально. Из крови свинец экскретируется почками, часть его депонируется в костях. Свинец ингибирует действие многих энзимою, а также инкорпорацию железа в организме, в результате чего в моче резко увеличивается количество свободного протопорфирина. Его увеличение в моче является четким клиническим признаком сатурнизм. Органами -- мишенями при отравлении свинцом являются кроветворная и нервная системы, почки. Менее значительный ущерб сатурнизм наносит желудочно-кишечному тракту. Один из основных признаков болезни -- анемия, возникающая в результате усиленного гемолиза. Эта анемия характеризуется “точечным крапом” эритроцитов в виде барофильных гранул, хорошо выявляемых, при окраске метиленовым синим. На уровне нервной системы отмечается поражение головного мозга и периферических нервов. Сатурнизм-обусловленная энцефалопатия чаще наблюдается у детей, реже - у взрослых. В головном мозге выражен диффузный отек серого и белого вещества в сочетании с дистрофическими изменениями кортикальных и ганглионарных нейронов, демиэлинизация белого вещества. В капиллярах и артериолах отмечается пролиферация эндотелиоцитов. Мозговые поражения клинически сопровождаются конвульсиями и бредом, иногда приводят к сонливости и в коме. Из периферических нервов чаще всего поражаются наиболее “активные” двигательные нервы мышц. Морфологически наблюдается их демиэлинизация с последующим повреждением осевых цилиндров. Тяжелее всего страдают мышцы - разгибатели кисти, которая приобретает вид “рогов оленя”. Паралич m. perineum приводит к положению “согнутой ноги”. При хроническом сатурнизме характерно появление кислотоустойчивых внутриядерных включений в эпителиальных клетках проксимальных канальцах нефрона. Эти включения содержат магний, кальций, свинец и протеины. Каково бы ни было их происхождение, выявление этих включений является важным морфологическим признаком сатурнизма. У некоторых больных может наблюдаться развитие хронического тубуло-интерстициального нефрита и хронической почечной недостаточности. Интоксикация свинцом может быть, по большей части предупреждена, особенно у детей. Законы запрещают использовать краски на основе свинца, равно как и его присутствие в них. Соблюдение этих законов может хоть частично решить проблему этих “тихих эпидемий”. Свинец является металлом, оказывающим хорошо известное нейротоксическое воздействие. Нарушение процесса развития нервной системы детей является наиболее важным воздействием свинца. Эти нарушения могут объясняться его воздействием на эмбрионы, а также в период грудного вскармливания и в раннем детском возрасте. Свинец накапливается в скелете, и его поступление из костей в период беременности и грудного кормления вызывает воздействие на эмбрионы и детей, вскармливаемых грудью. В этой связи важное значение имеет воздействие свинца на организм женщин до беременности. В последние десятилетия во многих районах отмечено значительное сокращение уровней Pb-B, главным образом, в результате постепенного прекращения использования этилированного бензина, а также в связи с уменьшением воздействия других источников. Существующий в настоящее время самый низкий средний уровень Pb-B в ряде европейских стран составляет около 20 мкг/л; однако, в отношении многих районов Европы отсутствует надежная информация об уровнях Pb-B. Относительный вклад источников зависит от местных условий. Пища является доминирующим источником поступления свинца в организм человека во всех группах населения. Важным источником поступления свинца в организм младенцев и детей младшего возраста может быть также попадание в организм через их руки пищи, содержащей частицы загрязненной почвы, пыли и свинцовой (старой) краски. При использовании водопроводных систем со свинцовыми трубами поступление свинца в организм через питьевую воду может быть также важным источником, в особенности для детей. Воздействие свинца в результате вдыхания может быть также значительным в тех случаях, когда концентрации свинца в окружающем воздухе являются высокими. В последние десятилетия концентрации свинца в окружающем воздухе сократились: в период 1990-2003 годов уровни содержания свинца в воздухе сократились на 50-70% в Европе. Аналогичным образом сократились уровни атмосферного осаждения. Ежегодные объемы поступления свинца в верхние слои почвы в результате ТЗВБР и в связи с использованием минеральных и органических удобрений имеют практически одинаковый порядок величины и изменяются между странами, а также в зависимости от объема сельскохозяйственной деятельности. Это поступление является относительно небольшим в сравнении с уже накопленными запасами свинца, поступающими из природных источников и в результате ресуспендирования. Однако ТЗВБР может в значительной степени повышать содержание свинца в сельскохозяйственных культурах в результате непосредственного осаждения. Хотя объемы его поглощения через корни растений являются относительно небольшими, в долгосрочной перспективе особую озабоченность вызывает рост концентраций свинца в почве, которому следует препятствовать ввиду возможной опасности воздействия низких концентраций свинца на здоровье человека. Поэтому объемы атмосферных выбросов свинца следует поддерживать на максимально возможном низком уровне. Содержание свинца в магматических породах позволяет отнести его к категории редких металлов. Он концентрируется в сульфидных породах, которые встречаются во многих местах в мире. Свинец легко выделить путем выплавки из руды. В природном состоянии он обнаруживается в основном в виде галенита (РbS) Кадмий, цинк Кадмий и цинк являются наиболее важными металлами при изучении проблемы загрязнений, так они широко распространены в мире и обладают токсичными свойствами. Кадмий и цинк (так же как свинец и ртуть) обнаружены в основном в сульфидных осадках. В результате атмосферных процессов эти элементы легко попадают в океаны. В почвах содержится приблизительно 4,5х10 -⁴ %. Растительность содержит различное количество обоих элементов, но содержание цинка в золе растений относительно высоко -0,14;, так как этот элемент играет существенную роль в питании растений. Около 1 млн. кг кадмия попадает в атмосферу ежегодно в результате деятельности заводов по его выплавке, что составляет около 45 % общего загрязнения этим элементом. 52 % загрязнений попадают в результате сжигания или переработки изделий, содержащих кадмий. Кадмий обладает относительно высокой летучестью, поэтому он легко проникает в атмосферу. Попадание кадмия в природные воды происходит в результате применения его в гальванических процессах и техники. Наиболее серьёзные источники загрязнения воды цинком - заводы по выплавке цинка и гальванические производства. Потенциальным источником загрязнением кадмием являются удобрения. При этом кадмий внедряется в растения, употребляемые человеком в пищу, и в конце цепочки переходят в организм человека. Кадмий и цинк легко проникают в морскую воду и океан через сеть поверхностных и грунтовых вод. Кадмий накапливается в определённых органах животных (особенно в печени и в почках). Кадмий и его соединения относятся к I классу опасности. Он проникает в человеческий организм в течение продолжительного периода. Вдыхание воздуха в течение 8 часов при концентрации кадмия 5 мг/м³ может привести к смерти. При хроническом отравлении кадмием в моче появляется белок, повышается кровяное давление. При исследовании присутствия кадмия в продуктах питания было выявлено, что выделения человеческого организма редко содержат столько же кадмия, сколько было поглощено. Единого мирового мнения относительно приемлемого безопасного содержания кадмия в пище сейчас нет. Одним их эффективных путей предотвращения поступления кадмия в виде загрязнений состоит в введении контроля за содержанием этого металла в выбросах плавильных заводов и других промышленных предприятий. Почки и кости являются целевыми органами, подвергающимися наибольшему воздействию окружающей среды. В число основных видов критического воздействия входят: a) Повышенное содержание белков с низким молекулярным весом в моче в результате повреждения проксимальных тубулярных клеток и b) Увеличение опасности остеопороза. Сообщалось также о повышенной опасности рака легких в результате воздействия через дыхательные пути в ходе осуществления профессиональной деятельности. Запас безопасности между содержанием кадмия в суточном рационе, который не оказывает какого-либо воздействия, и содержанием, которое может привести к возникновению последствий, является весьма малым, а для групп населения, подверженных высокому уровню воздействия, - практически нулевым. В группы населения, подверженные риску, входят престарелые лица, диабетики и курильщики. Женщины могут быть подвержены более высокой опасности ввиду того, что с учетом более низкого содержания железа в их организмах они поглощают по сравнению с мужчинами более значительные объемы кадмия при одинаковом уровне воздействия. Пища является основным источников воздействия кадмия на все группы населения (более чем 90% общего объема поступления в организмы некурящих). В сильно загрязненных районах пыль, содержащаяся в окружающем воздухе, может в значительной степени загрязнять сельскохозяйственные культуры и оказывать воздействие через дыхательные и пищеварительные тракты. Ежегодные объемы поступления кадмия в верхние слои почвы в результате ТЗВБР и в связи с использованием минеральных и органических удобрений имеют приблизительно одинаковый порядок величины. Это поступление увеличивает уже имеющиеся и нередко относительно значительные объемы кадмия, содержащиеся в верхних слоях почвы. Несмотря на сокращение выбросов кадмия, его концентраций в окружающем воздухе и уровней его осаждения, недавно опубликованные данные не свидетельствуют об уменьшении содержания кадмия в организмах некурящих в течение последнего десятилетия. Результаты исследований баланса кадмия в верхних слоях пахотной почвы свидетельствуют о том, что поступление кадмия по-прежнему превышает его удаление. Кадмий накапливается в почвах и водосборных бассейнах при определенных условиях состояния окружающей среды и тем самым увеличивает риск будущего воздействия через пищевые продукты. В этой связи с учетом малого запаса безопасности следует приложить все силы для дальнейшего сокращения атмосферных выбросов кадмия и других видов поступления кадмия в почву. Разговор о кадмии должен быть особым. Л.Г. Бондарев приводит тревожные данные шведского исследователя М. Пискатора о том, что разница между содержанием этого вещества в организме современных подростков и критической величиной, когда придется считаться с нарушениями функции почек, болезнями легких и костей, оказывается очень малой. Особенно у курильщиков. Табак во время своего роста очень активно и в больших количествах аккумулирует кадмий: его концентрация в сухих листьях в тысячи раз выше средних значений для биомассы наземной растительности.

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам,

наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих

веществ, получил в последнее время значительное распространение. В

различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение

этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе

тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев

принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса,

плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень

вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под

определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким

(например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды

и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам

относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной

массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn,

Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых

металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых

организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к

биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под

это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута,

биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют

в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По

классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью

более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni,

Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество

элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической

деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и

загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не

равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит

сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями

приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. Так, в

ставших уже классическими работах Ю.А. Израэля в

перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на

фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы

поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, согласно решению Целевой

группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской

Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о

выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb

были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от

тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно,

остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных

работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au,

Mn.

Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В

зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал,

наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в

состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений,

которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить

в состав минеральных и органических взвесей.

Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма

разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической

полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и

комплексообразования с различными лигандами. Соответственно, как

каталитические свойства металлов, так и доступность для водных

микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме.

Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти

комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных

водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и

являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями

железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых

металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной,

слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы

способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния.

Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь

поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно.

Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в

природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую

доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание,

но и долю свободных и связанных форм металла.

Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три

следствия:

1. Может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за

счет перехода его в раствор из донных отложений;

2. Мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться

от проницаемости гидратированных ионов;

3. Токсичность металла в результате комплексообразования может сильно

измениться.

Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы.

Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных

водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и

токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю

связанных и свободных форм. Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами

служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей,

черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы

входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со

стоком с сельскохозяйственных угодий. Повышение концентрации тяжелых

металлов в природных водах часто связано с другими видами загрязнения,

например, с закислением. Выпадение кислотных осадков способствует снижению

значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и

органических веществах состояния в свободное. Прежде всего представляют

интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют атмосферу ввиду

использования их в значительных объемах в производственной деятельности и в

результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с

точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним

относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово,

сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

Биогеохимические свойства тяжелых металлов

|Свойство |.Cd. |.Co.|.Cu.|.Hg.|.Ni.|.Pb.|.Zn .|

|Биохимическая активность |В |В |В |В |В |В |В |

|Токсичность |В |У |У |В |У |В |У |

|Канцерогенность |— |В |— |— |В |— |— |

|Обогащение аэрозолей |В |Н |В |В |Н |В |В |

|Минеральная форма |В |В |Н |В |Н |В |Н |

|распространения | | | | | | | |

|Органическая форма |В |В |В |В |В |В |В |

|распространения | | | | | | | |

|Подвижность |В |Н |У |В |Н |В |У |

|Тенденция к |В |В |У |В |В |В |У |

|биоконцентрированию | | | | | | | |

|Эффективность накопления |В |У |В |В |У |В |В |

|Комплексообразующая |У |Н |В |У |Н |Н |В |

|способность | | | | | | | |

|Склонность к гидролизу |У |Н |В |У |У |У |В |

|Растворимость соединений |В |Н |В |В |Н |В |В |

|Время жизни |В |В |В |Н |В |Н |В |

В — высокая, У — умеренная, Н — низкая