8.4. Загрязнение тяжелыми металлами

Тяжелые металлы – собирательное название металлов с плотностью более 4,5 г/см³(в некоторых справочниках к ним относят металлы с плотностью более 8 г/см³). Говоря о загрязнении окружающей природной среды тяжелыми металлами, имеют, прежде всего, в виду такие металлы, как хром (Cr), марганец (Mn), железо (Fe), кобальт (Co), никель (Ni), медь (Cu), цинк (Zn), мышьяк (As), молибден (Mo), кадмий (Cd), олово (Sn), сурьма (Sb), ртуть (Hg), свинец (Pb), висмут (Bi). Эти металлы широко используются в промышленности, весьма распространены в быту. Загрязнение тяжелыми металлами представляет серьезную проблему для крупных промышленных городов. Так, концентрация тяжелых металлов в воздухе городов превосходит их концентрацию в воздухе горных районов: для хрома – в 48 раз, для кобальта – в 46 раз, для никеля – в 25 раз, для меди – в 12,7 раза, для бериллия – в 12 раз, для кадмия – в 10 раз, для мышьяка – в 7,5 раза, для ртути – в 5 раз. Тяжелые металлы накапливаются в почвах городов и пригородов, особенно вдоль больших автострад. Из почв они могут попасть в овощи, фрукты и другие продукты питания.

Особую опасность представляют некоторые химические соединения, содержащие тяжелые металлы и растворимые в воде. Попадая в организм, такие соединения взаимодействуют с рядом ферментов и подавляют их активность, что приводит к крайне тяжелым физиологическим и неврологическим последствиям. Подобный переход тяжелых (и не только тяжелых) металлов в биологически активные соединения называется биологической мобилизациейи может стимулироваться, например, кислотными осадками (см. раздел 8.7.2). В таблице 8.2 приведены летальные, токсичные, нормальные и дефицитные дозы тяжелых металлов при попадании их в организм человека (с массой 70 кг) с пищей за сутки. Рассмотрим влияние некоторых из перечисленных тяжелых металлов на организм человека более подробно.

Таблица 8.2

Поступление тяжелых металлов в организм человека с пищей за сутки

Металл	Поступление, мг/сут.
	Летальное	Токсичное	Нормальное	Дефицитное
Cr	3000 – 8000	200	0,01 – 1,2	0,005
Mn	–	–	0,4 – 10	–
Fe	7000 – 35000	200	6 – 40	6
Co	–	500	0,005 – 1,8	0,0002
Ni	–	–	0,3 – 0,5	0,0006
Cu	175 – 250	–	0,5 – 6	0,03
Zn	6000	150 – 600	5 – 40	5
Mo	–	–	0,05 – 0,35	–
Cd	1500 – 9000	3 – 330	0,07 – 0,3	–
Sn	–	2000	0,2 – 3,5	–
Hg	150 – 300	0,4	0,004 – 0,02	–
Pb	10000	–	0,06 – 0,5	–

Свинец.Загрязнение свинцом в основном (до 90 %) обусловлено выбросами при сгорании бензина с примесью свинцовых соединений, существенный вклад вносят и некоторые производства (нефтепродуктов, красок, свинцовых труб и др.). Городская пыль может содержать до 1 % свинца, содержание свинца в дожде и снеге колеблется от 1,6 мкг/л в районах, удаленных от промышленных центров, до 250 – 350 мкг/л в крупных городах.

Весьма значителен для свинца эффект биоконцентрирования, так, в донных водорослях концентрация свинца повышается в 700 раз, в фитопланктоне – в 4000 раз, в зоопланктоне – в 3000 раз, в моллюсках – в 4000 раз.

Соединения свинца поступают в организм человека через кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути, пищеварительный тракт. Свинец очень медленно выводится из организма, так, например, для того, чтобы концентрация свинца в костях уменьшилась в два раза, требуется 10 лет.

Интоксикация свинцом сопровождается поражением мозга (энцефалопатия), нарушениями дыхательной функции крови из-за разрушения эритроцитов, развитием импотенции, гипертонией, нарушениями функций пищеварительного тракта вследствие атрофии слизистой оболочки тонкого кишечника и угнетения ряда ферментов. Установлена зависимость между уровнем свинца в волосах школьников и степенью их умственного развития.

Ртуть.Основной источник загрязнения ртутью – сточные воды и другие сбросы промышленных предприятий (например, по производству азотных удобрений). Весьма часто оказываются загрязненными ртутью лабораторные помещения (в том числе и учебные лаборатории), в которых в предыдущие десятилетия весьма широко использовались ртутные термометры, манометры и другие ртутьсодержащие приборы и аппаратура.

Как и свинец, ртуть способна к биоконцетрированию, например, в рыбах, а особенно в устрицах, концентрация ртути может в сотни раз превышать ее концентрацию в окружающей морской воде.

В организм человека соединения ртути попадают при дыхании, с пищей и через кожу. Наиболее опасны органические соединения ртути: метилртуть, этилртуть и др. В организме ртуть циркулирует в крови, соединяясь с белками и частично откладываясь в печени, почках, селезенке, ткани мозга. Ртуть легко проникает через плаценту в плод, а также в грудное молоко. Суточная предельно допустимая доза ртути для взрослого человека составляет 0,05 мг, из которых метилртути должно быть не более 0,03 мг. Для уменьшения содержания ртути в организме в два раза после прекращения ее поступления в организм требуется около 70 дней.

Характерным признаком отравления ртутью является появление по краям десен каймы сине-черного цвета. Интоксикация ртутью получила название "болезни Минамата" по названию залива Минамата и поселка на его берегу в Японии, где в 1956 году было зарегистрировано первое массовое ртутное отравление (погибло около 50 человек и еще 150 человек получили серьезные заболевания). На начальных стадиях отравление ртутью выражается в различных симптомах поражения центральной нервной системы: расстройствах речи, нарушении походки, понижения слуха и зрения. При больших дозах наступают тяжелейшие психические расстройства. В XIX веке даже появилось выражение "сумасшедший как шляпник", поскольку мастера, занятые изготовлением шляп, часто сходили с ума. Впоследствии выяснилось, что эти расстройства случались из-за отравления ртутью, которая широко тогда использовалась в шляпном производстве. При тяжелых отравлениях возможен летальный исход. При интоксикации беременных женщин возможно рождение детей с различными врожденными уродствами.

Кадмий.Кадмий попадает в окружающую среду при добыче и переработке сырья, при сгорании некоторых видов топлива, сжигании городских отходов и др. Установлено, что в организм взрослого жителя Швеции ежесуточно проступает 15 – 20 мкг кадмия, в США этот показатель составляет уже 50 – 60 мкг, а в Японии – 80 мкг.

Как и свинец, и ртуть, кадмий обладает хорошей способностью к биоконцентрированию. Коэффициент концентрирования его водными организмами составляет от нескольких сотен (для рыб) до многих тысяч (для фито- и зоопланктона и моллюсков). В организме человека кадмий накапливается в почках.

Известно, что даже незначительные количества кадмия способны привести к серьезным заболеваниям нервной системы и костных тканей. Заболевание костных тканей ("итай-итай"), вызванное отравлением кадмием, впервые было зарегистрировано в Японии в 1956 году, когда содержащие кадмий сточные воды концерна "Мицуи" попали в оросительную систему рисовых полей. Употребление в пищу отравленного кадмием риса вызвало у людей апатию, боли в различных частях тела, повреждение почек, размягчение костей, было несколько смертельных случаев.

Хром.Токсичность хрома зависит от степени окисления: наиболее токсичен хром (VI). Он вызывает раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, а также оказывает сенсибилизирующее действие, поскольку является аллергеном. Хром обладает канцерогенным действием, вызывает поражения печени, почек, сердца, расстройства психики.

Медь.Многие соединения меди весьма токсичны, обладают мутагенными свойствами. При отравлении соединениями меди поражаются печень, легкие, развивается гипертония, возникают различные аллергические реакции, расстройства нервной системы.