Проблемы загрязнения биосферы и ее экологическое значение
нители
4.1 ТЯЖЕЛЛЫЕ МЕТАЛЛЫ
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
4.2 СВИНЦОВАЯ ИНТОКСИКАЦИЯ
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.
С сожалением надо отметить, что в России отсутствует
государственная политика по правовому, нормативному и экономическому
регулированию влияния свинца на состояние окружающей среды и здоровье
населения, по снижению выбросов (сбросов, отходов) свинца и его соединений
в окружающую среду, полному прекращению производства свинецсодержащих
бензинов.
Вследствие чрезвычайно неудовлетворительной просветительной работы
по разъяснению населению степени опасност
| |  скачать работу |
Проблемы загрязнения биосферы и ее экологическое значение |
