Экологический менеджмент

тания (воздух, гидросфера и литосфера). Также представлена цепь круговорота наночастиц в веществах (рис 1.17). Каждый этап представляетсобойширокуюобластьдляглубокогоизучения.

При попадании наночастиц в воздух могут образовываться устойчивые во времени аэрозоли, которые затем проникают в наземные биологические объекты с дыханием, через кожу и пищеварительный тракт. Посредством сорбции наночастицы из аэрозолей поглощаются растениями, активно проникая в растительный мир, являющийся источником пищи практически для всех биообъектов. Диспергированные наночастицы в воздухе могут абсорбироваться водой озер, рек и так далее), а выпадающие в осадок будут попадать в почву и грунты.

Рис. 1.16. Круговорот наночастиц в окружающей среде

Рис. 1.17. Круговорот наночастиц в веществах

41

Попадание наночастиц в почвы может происходить из атмосферы (осаждение, адсорбция, адгезия), гидросферы (растворе- ние-осаждение, адсорбция, адгезия) и из биологических объектов (в результате их жизнедеятельности и при разложении). При попадании в почвы наночастицы могут нарушать ее микробиологический состав, оказывая опосредованно влияние на плодоносность. Из почвы наночастицы могут проникать в бентос, который насыщается питательными веществами, и далее по пищевой цепочке в водоросли и более сложные организмы животного мира.

Наночастицы, содержащиеся в воздухе, могут осаждаться на листьях и других наземных частях растений, а наночастицы из гидросферы и литосферы будут взаимодействовать с частями растений, находящимися соответственно в этих средах.

Миграция наночастиц через трофические цепи. После по-

падания в гидросферу из воздуха и в составе сточных вод наночастицы образуют суспензии, которые в первую очередь поглощаются планктоном или беспозвоночными, живущими на дне среди отложений. Например, самый большой отряд беспозвоночных – членистоногие – состоит более чем из 1 млн видов, среди которых особое место занимает класс ракообразных. Являясь своеобразными фильтрами веществ, токсичных для крупных организмов, а также источником питания для водорослей и рыб, они являются одним из главных представителей организмов, подвергаемых экотоксикологическому воздействию нано- и микроразмерных материалов. В силу того, что беспозвоночные представляют начало трофической цепи, существующей на земном шаре, они наиболее чувствительны к изменениям в окружающей среде. Мидии пропускают через себя большое количество воды, что играет очень важную роль в экологическом балансе. Именно поэтому обитатели гидросферы считаются обязательными объектами для экспериментального определения экотоксикологических параметров наноматериалов.

Любой организм, представляющий собой звено трофической цепи, может подвергаться воздействию наноматериалов. Тем не менее очевидно, что водоросли, бентос, рыбы и особенно

42

бактерии в первую очередь подвергаются биологическому действию наноматериалов.

На рис. 1.18 представлена трофическая цепь, по которой могут мигрировать наночастицы в окружающей среде. Продуценты на суше – леса, луга; продуценты в воде – водоросли; к травоядным относят многих насекомых, птиц и зверей на суше, моллюсков и ракообразных в воде, а также паразитов растений; редуценты – это сапрофиты (бактерии и грибы), питающиеся органическими остатками мертвых растений и животных, детритофаги – животные (черви), ускоряющие процесс разложения остатков.

Рис. 1.18. Упрощенная схема трофических связей между организмами окружающей среды

Миграция наночастиц в организме человека. Основные воз-

можные пути попадания окружающих наночастиц в человеческий организм – это через желудочно-кишечный тракт, кожу и дыхательные пути (рис. 1.19).

Поступление наночастиц через дыхательные пути. Уста-

новлено, что распространение наночастиц по воздуху, респираторное поступление с воздухом в легкие человека – основной способ поступления нанообъектов в организм.

43

лее глубоких областях дыхательных путей. Частицы с аэродинамическим диаметром менее 2,5 мкм могут проникнуть в альвеолярную область (рис. 1.20).

Рис. 1.20. Легкие крыс: а – исходные, непораженные легкие; б – пораженные сажей; в – асбестом; г – многостенными углеродными нанотрубками; д – осажденными нанотрубками;

Доказано, что в носовой полости человека практически полностью задерживаются частицы размером 12 мкм и выше. Степень осаждения в носовой полости частиц диаметром 4 мкм составляет около 50 %.

На рис. 1.21 показан маршрут, по которому нанообъекты с молекулами воздуха циркулируют но респираторному тракту, проходя через три области:

I.Носоглоточная (носовые пути, глотка, гортань).

II. Трахеобронхиальная (трахея, бронхи, легочные артерии). III. Альвеолярная (альвеолярные мешочки, капилляры –

дно легких).

45

привести к увеличению поглощения частиц в желудочнокишечном тракте. Например, у крыс, экспериментально индуцированных диабетом, было 100-кратное увеличение поглощения 2 мкм частицами полистирола по сравнению с крысами, у которых не было данного заболевания.

В желудочно-кишечном тракте есть сложная смесь соединений, ферментов, продуктов питания, бактерий и так далее, которые могут взаимодействовать с попадающими к ним частицами, а иногда и уменьшить их токсичность.

Проникновение через кожный покров. Кожа состоит из трех слоев – эпидермиса, дермы и подкожного слоя (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Строение кожи

Верхняя часть эпидермиса, называемая роговым слоем, имеет толщину 10 мкм слоя мертвых клеток. Поверхность эпидермиса показана на рис. 1.23, она имеет чешуйчатый вид, а также поры для пота, сальных желез, а также волосяные фолликулы.

47

Дерма, находящаяся под эпидермисом, содержит клетки, которые отвечают за «дыхание» кожи. Кожа хорошо снабжается кровью и лимфой, имеет множество макрофагов, дендритных клеток и пять разных видов сенсорных нервных окончаний. Размер кожных пор составляет 10–20 мкм, поэтому они могут служить входным порталом для проникновения наночастиц в организм человека.

Проникновение наночастиц в кожные покровы является механическим процессом. Они механически вти-

раются в ороговевшую кожу. Ее верхний слой напоминает слоеное тесто с отделяющимися ороговевшими фрагментами (корнеоцитами), между которыми осуществляется втирание. Нижний слой ороговевшей кожи можно сравнить со страницами книги, которые еще не намокли.

Имеются и другие часто обсуждаемые возможные пути проникновения наночастиц. В первую очередь речь идет о волосяных фолликулах. Также это могут быть потовые или сальные железы. Периодически ученые анализировали их срезы и не обнаруживали там никаких частиц. В отношении потовых желез можно с уверенностью сказать, что они не способствуют проникновению наночастиц.

Накопление и выведение наночастиц. Из-за малого размера многие наночастицы не распознаются защитными системами организма, не подвергаются биотрансформации и не выводятся из организма. Макрофаги «не видят» частицы размером <70 нм. Это ведет к накоплению наноматериалов в растительных, животных организмах, а также в микроорганизмах; к передаче по пищевой цепи, чтоувеличиваетихпоступлениеворганизмчеловека.

48

Наночастицы могут перемещаться с кровью и уходить с грудным молоком; могут выводиться с потом, концентрируясь в кожном покрове. Из печени осевшие наночастицы могут доставляться в желудочно-кишечный тракт, откуда выводиться с фекалиями. Однако важно отметить, что все эти способы основаны только на предположениях, исходя из функциональных особенностей жизнедеятельности организма и свойств наночастиц, поэтому требуют проверки с привлечением достоверных экспериментальных данных.

1.4.Причины загрязнения, истощения

иразрушения природной среды

Среди причин истощения, загрязнения и разрушения природной среды, исходящих от антропогенной деятельности, можно выделить объективные и субъективные. К объективным относятся следующие.

Во-первых, предельные возможности природы к самоочищению и саморегуляции. До определенного времени природа перерабатывает, очищает отходы человеческого производства, будто защищая себя от их вредного воздействия. Но возможности ее ограничены. Емкость природной среды не позволяет перерабатывать все возрастающие отходы хозяйственной деятельности человека, и их накопление создает угрозу глобального загрязнения окружающей среды.

Во-вторых, физическая ограниченность земельной территории рамками одной планеты. Вследствие этого запасы полезных ископаемых: каменного угля, нефти и других, которые используются человеком, постепенно расходуются и перестают существовать. Перед человечеством стоят новые, более грандиозные задачи по изысканию альтернативных источников энергии.

В-третьих, безотходность производства в природе и отходность человеческого производства. В природе производство осуществляется по замкнутому кругу. Оно безотходно: конечный продукт производственной деятельности становится исходным для нового производственного цикла. В отличие от природного человеческое производство в своей массе и своей основе является отходным. Иначе говоря, конечный продукт производства не

49

является и не становится исходным для следующего цикла, а поступает в отходы. Подсчитано, что для жизнедеятельности человека необходимо в год расходовать не менее 20 т природных ресурсов. Из них лишь 5–10 % идут на продукцию, а 90–95 % поступают в отходы. Такая отходность человеческого производства ведет к загрязнению окружающей среды вредными веществами, что влечет за собой преждевременное истощение природной среды и в конечном счете разрушение экологических систем природы.

В-четвертых, познание и использование человеком законов развития природы. Дело в том, что законы развития природы, определяющие последствия человеческой деятельности, человек вынужден познавать не умозрительно и не путем лабораторных анализов, а в процессе использования природы, путем накопления опыта ведения хозяйства.

Следует обозначить две особенности проявления результатов воздействия человека на природную среду. Во-первых, проявление последствий во времени. Результаты производственнохозяйственной деятельности, загрязнения окружающей среды, разрушения ее экологических связей проявляются не только в настоящем, при жизни данного поколения, но и в будущем, при жизни других поколений, когда человек уже не может стать свидетелем пагубных последствий своего господства над природой.

Вторая особенность заключается в проявлении последствий хозяйственной деятельности в пространстве. Действие, оказываемое на природу хозяйствованием в определенном месте, в определенной точке, благодаря действующим законам единства и взаимосвязи природной среды имеет влияние и на другие регионы, отдаленные от точки воздействия человека на окружающую среду. Подобное своеобразие способно создавать ложное представление о безвредности той или иной хозяйственной деятельности, об отсутствии непосредственно вредных, точнее, отрицательных симптомов экономической деятельности.

После истощения легкодоступных месторождений нефтяные компании начнут добывать нефть в труднодоступных местах с помощью новых технологий. В отличие от традиционных статистических моделей в новом подходе к прогнозированию

50