Основы гидроэн:ологии

12.5. Цинк

В природе существует пять стабильных изотопов цинка, среди

которых наиболее распространены 64Zn (8,89 %) и 66 Zn (27,81 % ).

Из девяти радиоактивных изотопов наибольшее биологическое

значение имеет 65 Zn с периодом полураспада 245 суток. В соедине­

ниях цинк проявляет степень окисления +2, а как восстановитель легко замещает в растворах Fe, Cu, Ni, Со и некоторые другие эле­ менты. По растворимости в воде Zn приближается к железу и ме­ ди, но он более подвижный в связи с большей растворимостью его оксидов и гидроксидов. Соединения цинка по растворимости рас­ полагаются в такой последовательности: наиболее легко раство­ римые ZnSO4 и ZnCl2 , менее растворимым является его карбонат

ZnC03 , а к слаборастворимым относятся фосфат Zn3(P04) 2 и суль­

фид цинка ZnS. Для природных вод наиболее характерны его гид­

роксокомплексы [ZnOH]+ и в меньшей мере- [Zn(OH)2] 0 •

Среди минералов, в состав которых входит цинк, наиболее

распространены сфалерит (сульфид цинка) и смитсонит, содер­

жащий до 65 % цинка. Источниками поступления цинка в гид­

росферу являются океанические железо-магниевые конкреции и

донные осадки вулканического происхождения. Только за счет

гидратермических процессов, связанных с океанической вулка­

нической деятельностью, в гидросферу поступает в среднем

4·1017 г/год цинка, или приблизительно 1/90 его ежегодного по­

ступления с речным стоком.

В грунтах цинк легкоподвижен, но при миграции довольно быстро сорбируется органическими и минеральными вещества­ ми, в состав которых входят алюминий, железо, кремний, марга­

нец и другие элементы. Именно высокая сорбционная способ­

ность некоторых веществ относительно цинка определяет его на­

ибольшее содержание в приповерхностном слое грунта. В грунтах

цинк находится в разных формах - в составе слаборастворимых

оксосульфатов, карбонатов, фосфатов, силикатов и других соеди­ нений, в комплексах с гуминовыми и фульвокислотами. В кис­ лых почвах растворимость Zn выше, чем в нейтральных и щелоч­

ных. При высоком содержании фульвакислот иглицинаего раст­

воримость снижается. Эти факторы влияют на переход Zn с

водосборной площади в водные объекты.

Значительное количество цинка поступает в водные объекты в результате техногеиного загрязнения. Так, его накопление в

хвостохранилищах - накопителях отработанных магнетитовых

производств на протяжении года достигает 4 тыс. т. В зоне распо­

ложения фабрик по обогащению полиметаллических руд его со­

держание в грунтах достигает 0,3 %. Важные источники поступ­

ления цинка в водные объекты - рудниковые смывные воды и

282

Раздел III. Абиоти<tеские факторы водпых экасистем

сточные воды гальванических цехов, производств лаков и кра­

сок, химических средств защиты растений, комбинатов цветной металлургии и тепловых электростанций, рабо•rающих на камен­

ном угле.

В поверхностных водах суши содержание цинка оценивается

несколькими микрограммами в 1 л воды (мкг/дм3). Его количест­

во в воде и грубодетритнам иле имеет тенденцию к увеличению от гумидных к аридным ландшафтным зонам. Данные о содержании цинка в воде и донных отложениях некоторых водоемов "Украины приведеныв таблице 9.

Таблица 9. Содержание цинка в воде (мкг/дм3) и донных отло­

жениях (мгjкг сухой массы) некоторых водных объектов Украи­ ны[61, 62]

При.мечание. Указаны предельные величины концентрации.

В воде цинк находится в растворенной форме и в составе взве­

шенных частиц органического и минерального происхождения.

В реках, формирующих водность Киевского водохранилища, взвешенные формы Zn составляют 50-90% его общего содержа­ ния, из них до 30-40% постепенно оседают на дно и накаплива­

ются в донных отложениях. На соотношение отдельных форм

цинка в воде влияет содержание и комплексаобразующая способ­

ность органических и минеральных соединений, поступающих в

водоемы с водосборной площади. Так, в речном стоке Припяти на долю растворенных форм приходится 77,5 %, в верхнем Днепре- 40, в Тетереве- 54%. В Десне, наоборот, до 70% цинка составля­

ют его взвешенные формы, т. е. комплексы с органическими и ми­

неральными веществами.

283

Основыгидроэкологии

Каскадное расположение днепровских водохранилищ обуслов­ ливает постепенное оседание (седиментацию) взвешенных форм

цинка, что и определяет возрастание его концентрации в донных

отложениях от верхнего Киевского к нижерасположенному Ка­

невскому водохранилищу. В процессах сорбции цинка важную

роль играют гидробионты. Планктонные организмы могут адсор­

бировать до 40-48 % растворенного в воде цинка.

Содержание цинка в океанических и морских водах значи­

тельно меньше, чем в речных. Для океанических вод средняя кон­ центрация цинка оценивается в 7,6 мкгjдм3 (в том числе 7,0 - растворенных и 0,6- взвешенных форм). Для морских вод эти ве­ личины несколько выше. При общей концентрации 11,0 мкгjдм3

на долю растворенных форм приходится 10,0, взвешенных - 1,0 мкгjдм3 • В формировании микроэлементнаго состава морских

вод исключительная роль принадлежит речному стоку. Это четко

проявляется при сравнении содержания цинка в речной и морской водах, а также в воде эстуариев, в которые поступает речной сток.

Так, содержание цинка в воде устьевых участков рек составляет в

среднем 90 мкгjдм3 • В зетуариях или заливах вследствие умень­

шения скорости течения и резкого ускорения седиментации об­

щая концентрация цинка в воде снижается до 14,3 мкгjдм3 , а в

близлежащей акватории моря - еще в 2-3 раза. Указанные фак­ торы обусловливают значительно меньшую концентрацию не

только цинка, но и других микроэлементов (меди, марганца) в

морских (океанических) водах по сравнению с речными.

В процессах, связанных с круговоротом цинка в водных эка­

системах, важная роль принадлежит гидробионтам. Способность

водных организмов к аккумуляции этого металла давно интересу­

ет ученых с точки зрения возможности их использования как по­

казателей (мониторов) загрязнения водоемов и водотоков. Уста­

новлено, что водные растения и беспозвоночные накапливают в

своем теле значительное количество микроэлементов, тогда как в

воде их содержание имеет лишь слабо выявленную тенденцию к

возрастанию.

Например, на р. Уемань (Воронежский биосферный заповед­ ник) при довольно незначительной (12,3 %) разнице концентра­ ции цинка в воде наиболее чистой южной и более загрязненной се­

верной частей реки у растений эта разница была намного больше.

Содержание цинка в сестоне на чистом и загрязненном участках различалось на 41, 7, а у высших водных растенийна 110%. У двустворчатого моллюска шаровки роговой (Sphaerium corneum)

из этих участков реки разница содержания цинка в мягких тканях

составляла 85 % . Еще больше отличался этот показатель у брюхо­ ногих моллюсков: прудовика обыкновенного (Lymnaea stagnalis)-

на 100% и катушки роговой (Planorbarius corneus)- на 160%.

284

Раадел 111. А6иотические факторы водных экасистем

Наряду с пресноводными, многие морские (океанические) гид­

робионты служат :концентраторами цинка. Содержание его в оке­

анических организмах несколько меньше, чем в морских. Так,

средняя :концентрация цинка в морском фитопланктоне состав­

ляет 90-93 мг на 1 :кг сухой массы, а в океаническом- 61. Такая же тенденция обнаруживается и в зоопланктоне: в морском содер­

жание цинка равно в среднем 41, а в океаническом- 36 мгj:кг су­

хой массы.

В водных растениях роль цинка определяется его влиянием на :ключевые реакции фотосинтеза, на превращение соединений, со­

держащих сульфгидрильные группы. Цинк необходим для синте­

за нуклеиновых :кислот и белков. Наряду с другими элементами

он принимает участие в регуляции синтеза :крахмала и в реакци­

ях, связанных с углеводным и фосфорным обменом у растений. Цинк входит в состав :карбоангидразы, :которая :катализирует ре­ акцию дегидратации угольной :кислоты в организме водных жи­ вотных. Он стимулирует активность кишечных ферментовин­ вертазы, амилазы и пептидазы у рыб. При увеличении концентра­

ции цинка в воде до 0,1 мгjдм3 активируется синтез РНК и ДИК в

печени, :кишечнике и мышцах рыб. Более высокие концентрации угнетают их синтез. Известно влияние цинка на окислительно­

восстановительные процессы, на связывание кислорода тканями.

Как и другие микроэлементы, цинк в больших концентрациях

может становиться токсичным, что проявляется в блокировании передачи нервных импульсов, торможении подвижности рыб и

других функциональных нарушениях соматических органов.

Токсичность действия растворенного в воде цинка зависит :как от

его концентрации, так и от наличия других химических элемен­

тов в воде. Так, в присутствии кадмия и меди в воде токсичность цинка для рыб возрастает, и, наоборот, в воде, насыщенной :каль­ цием и магнием, токсическое действие проявляется при значи­ тельно более высокой его :концентрации.

В отличие от водных растений и беспозвоночных, у рыб высо­

кая аккумулирующая способность по отношению к цинку не вы­

явлена. Отмечается лишь неодинаковая его концентрация в от­ дельных органах и тканях. Наибольшее :количество цинка обнару­

живается в костной ткани и в чешуе. При этом характер питания

рыб не влияет на тканевое распределение цинка. Так, у чехони, яв­ ляющейся планктофагом и в меньшей мере хищником, его сред­ нее содержание в мышцах составляет 63 мг на 1 :кг сухой массы. У

бентофагов плотвы и леща этот по:казатель равен соответственно

134 и 73,3 мгj:кг. У окуня (смешанный тип питания) содержание

цинка в мышцах достигает 102 мгjкг сухой массы. У типичных хищниковсудака (84 мгj:кг) и щуки (125 мгjкг сухой массы) уро­ вень цинка в мышцах близок к этому по:казателю у бентофагов.

285