- •Введение
- •1. Загрязняющие вещества: понятие и классификация
- •Источники разброса результатов при биотестировании
- •2. Загрязнение гидросферы
- •Запасы воды в гидросфере Земли
- •Средний ионный состав (в %) морской и пресной воды
- •Средний состав (в %) озерных вод
- •Потребление воды на одного человека
- •Страны, испытывающие нехватку водных ресурсов
- •Время разложения компонентов бытового мусора в морской воде (Frid, 2002)
- •Загрязнение вод различными отраслями промышленности
- •2.1. Загрязнение бытовыми сточными водами
- •Загрязненность органикой промышленных сточных вод в эквивалентах бытовых стоков
- •2.2. Токсиканты в водных экосистемах
- •2.2.1. Загрязнение углеводородами
- •Основные источники поступления нефти в океан (Сытник, 1987)
- •Поступление нефтяных углеводородов в морскую среду (Мт·год-1) (Segar, 1998)
- •Среднее содержание основных классов углеводородов и их производных (%) в нефти и бензине из различных месторождений (Израэль, 1989)
- •2.2.2. Полициклические ароматические соединения
- •Средние уровни загрязнения морской среды бенз(а)пиреном, мкг·л–1
- •2.2.3. Загрязнение вод металлами
- •Естественное и антропогенное загрязнение Мирового океана, т·год-1
- •Степень токсичности ряда солей тяжелых металлов для некоторых водных животных
- •Примеры соединений ртути
- •2.2.4. Синтетические органические вещества
- •Оценка распределения пхб в окружающей среде в глобальном масштабе (пересчитано на 2000 г. По Израэль, 1989)
- •Биологическое концентрирование ддт в пресноводных экосистемах (Jørgensen, 1992)
- •Средняя концентрация в морской воде и гидробионтах (мкг кг-1) хлорированных углеводородов в Тихом океане (Израэль, 1989)
- •Концентрации ддт (мг кг–1 сх. В.) (Jørgensen, 1992)
- •2.2.5. Синтетические поверхностно-активные вещества
- •Содержание в воде детергентов, приводящее к 50 %-ной смертности через 48 ч среди типичных морских беспозвоночных, мг/л (Сытник, 1989)
- •3. Загрязнение атмосферы
- •3.1. Состав атмосферы
- •Состав воздуха в приземном слое
- •3.2. Первичное загрязнение
- •Содержание серы в топливах (Андруз, 1999)
- •3.3. Вторичное загрязнение
- •Концентрация загрязнителей в фотохимическом смоге (Браун, 1983)
- •3.4. Источники загрязнения атмосферы
- •Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу (тонн/год, по данным юнеско, 1996)
- •Выбросы в атмосферу главных загрязнителей в мире (1990 г.) и в России (1991 г.)
- •3.5. Кислотные дожди
- •3.6. Парниковые газы в атмосфере
- •Вклад парниковых газов в изменение радиационного баланса, % (Андруз, 1999)
- •Наблюдаемые тренды концентрации основных парниковых газов в атмосфере (Кондратьев, 1999)
- •3.7. Выбросы серы и их влияние на климат
- •4. Загрязнение литосферы
- •Химический состав земной коры на глубинах 10 - 20 км
- •Классификация природных вод (почвенных растворов) в зависимости от их минерализованности
- •4.1. Загрязнение почв пестицидами
- •3.2 Удобрения.
- •5. Радиационное загрязнение
- •Основные радиоактивные изотопы, имеющие значение для экологии (Рамад, 1981)
- •Среднее содержание 90Sr и 137Cs (Бк/кг сухой массы) в культивируемых растениях
- •Распространение 40k в окружающей среде
- •Концентрации радиоактивных изотопов (Бк/кг) в горных породах
- •Радиоактивность строительных материалов
- •Серия распада 238u до 222Rn
- •Серия распада 222Rn до 206Pb
- •Скорость эксгаляции радона
- •Концентрация радона в приземном слое
- •Источники радиации по радону в типичном жилом доме
- •Средние значения концентраций радона в разных помещениях для средних широт северного полушария
- •6. Стандарты качества окружающей среды
- •6.1. Нормирование атмосферных загрязнений
- •6.2. Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах
- •6.3. Нормирование содержания вредных веществ в почве
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2.2.3. Загрязнение вод металлами
Среди веществ, поступающих в природные воды, консервативны, т.е. практически не трансформируются биотой, три класса веществ: тяжелые металлы, пестициды и синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), входящие в состав синтетических моющих средств (СМС), или детергентов. Первые – в силу своей химической природы, вторые (в большей) и третьи (в меньшей степени) – в силу чуждости их строения биосфере. Не перерабатываясь организмами, эти вещества, тем не менее, способны накапливаться в их тканях и аккумулироваться в пищевых цепях (рис. 4).
Металлы принадлежат к числу главных неорганических загрязнителей пресных и морских вод. Это, в основном, соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути.
Острота проблемы загрязнения водной среды токсичными металлами определяется:
- высокой концентрацией соединений тяжелых металлов в прибрежных районах океана и внутренних морях;
- образованием высокотоксичных металлоорганических комплексов, которые как включаются в абиотический компонент экосистемы, так и поглощаются гидробионтами;
- накоплением металлов гидробионтами в дозах, опасных для человека.
Среди загрязняющих веществ по токсикологическим оценкам «стресс-индексов» тяжелые металлы занимают второе место, уступая только пестицидам.
Попав в живую клетку, соединение металла первоначально осуществляет некоторую простейшую химическую реакцию, за которой затем следует каскадный отклик все более сложных взаимодействий биологических молекул.
Целый ряд металлов включен в различные процессы метаболизма. Эти металлы являются жизненно важными для живых организмов. Так, например, железо и медь - переносчики кислорода в организме, натрий и калий регулируют клеточное осмотическое давление, магний и кальций (и некоторые другие металлы) активизируют энзимы - биологические катализаторы.
Многие металлы в виде конкретных соединений нашли применение в медицине в качестве лекарственных и диагностических средств. Другие же оказались крайне нежелательными для живых организмов и небольшие избыточные дозы их оказывают фатальное воздействие.
Рис. 4. Миграционные пути консервативных токсикантов в водных экосистемах
Активность металлов как ядов в значительной мере зависит от формы, в которой они попадают в организм. Так, известный всем мышьяк ядовит в трехвалентном состоянии и практически неядовит в пятивалентном состоянии. А соединение мышьяка (CH3)3As+CH2COO– вообще неядовито и содержится в тканях некоторых морских ракообразных и рыб, откуда он поступает в организм человека.
Дневная потребность цинка составляет 10-15 мг, но бóльшие дозы уже отрицательно сказываются на организме. Однако ион Zn2+ хорошо комплексуется фосфатными группами, отщепляемыми от нуклеиновых кислот и липидов. В результате ион Zn2+ переходит в малоядовитую форму и легко выводится из организма:
Барий - нежелательный металл для живой клетки, но сульфат бария практически нерастворим в воде и выводится из организма без какого-либо воздействия, что позволило применять его при рентгеновских исследованиях желудочно-кишечного тракта.
Ртуть не оказывает отрицательного действия на организм в виде одновалентных соединений. Так, каломель (Hg2Cl2) почти неядовита, но двухвалентный ион Hg2+, как и пары ртути, оказывают токсическое действие.
Биологическая активность металлов связана с их способностью повреждать клеточные мембраны, повышать проницаемость барьеров, связываться с белками, блокировать многие ферментные системы, что приводит к повреждениям организма.
Все металлы по степени токсичности можно разделить на три группы:
1) высокотоксичные металлы - ртуть, уран, индий, кадмий, медь, таллий, мышьяк, золото, ванадий, платина, бериллий, серебро, цинк, никель, висмут;
2) умеренно токсичные металлы - марганец, хром, палладий, свинец, осмий, барий, иридий, олово, кобальт, галлий, молибден, скандий, сурьма, рутений, родий, лантан, лантаноиды;
3) малотоксичные металлы - алюминий, железо, германий, кальций, магний, стронций, цезий, рубидий, литий, титан, натрий.
Металлы расположены в каждом ряду по мере убывания их токсичности. Если токсичность ионов Na+ принять за единицу, то токсичность иона ртути будет почти в 2300 раз выше.
Источники поступления металлов. Основные источники поступления токсичных металлов в водную среду – прямое загрязнение и сток с суши. Только воды рек ежегодно привносят в океан свыше 320 Мт железа. Кроме того, важная роль в загрязнении гидросферы металлами принадлежит атмосферному переносу. Главные пути поступления металлов в Мировой океан приведены в табл. 16.
Таблица 16