ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.04.2021
Просмотров: 1390
Скачиваний: 9
56
них органического вещества, гранулометрический состав, а также вод-
но-тепловой режим и геохимический фон региона.
Захват химических элементов растительностью знаменует их во-
влечение в особую форму движения – биологическую миграцию. Учи-
тывая неодинаковое физиологическое значение разных элементов, мож-
но предположить, что интенсивность вовлечения разных элементов в
этот процесс неодинакова. Б.Б. Полынов предложил характеризовать
интенсивность биологического поглощения
химического элемента
частным от деления его содержания в золе и горных породах. Этот па-
раметр А.И. Перельман (1975) назвал
коэффициентом биологического
поглощения
К
б
. Так, например, расчеты показывают, что молибден в
десятки раз интенсивнее аккумулируется растительностью, чем титан.
Все элементы можно разделить по интенсивности биологического
поглощения на две группы. К первой относятся те, концентрация кото-
рых в золе больше, чем в земной коре. Особенно активно захватываются
бор, бром, йод, цинк и серебро (
К
б
> 10). Ко второй группе относятся
элементы с низкой интенсивностью поглощения, имеющие
К
б
< 1. Не-
которые из них присутствуют в земной коре преимущественно в фор-
мах, трудно доступных для растений (галлий, цирконий, титан, иттрий,
лантан), другие токсичны, поэтому и поглощаются ограниченно (фтор,
уран).
Интенсивность биологического поглощения химических элементов
не зависит от их содержания в земной коре. Циркония в гранитном слое
континентов несколько больше, чем цинка, но интенсивность биологи-
ческого поглощения циркония в 13 раз меньше. Причина – его слабое
участие в биологических процессах и преобладание форм, трудно дос-
тупных для растений. Глобальные геохимические закономерности рас-
тительности суши, по-видимому, имеют глубокое физиологическое и
эволюционное обоснование.
Поглощение химических элементов растениями – процесс, в значи-
тельной мере регулируемый организмом в зависимости от характера
строения и химического состава клеточных оболочек у разных видов,
составляет всего 2–3% от всей массы усвоенных минеральных элемен-
тов. Однако регулирование растением поглощения элементов имеет
место только при питании из уравновешенных растворов с низкой кон-
центрацией минеральных веществ. При повышении концентрации про-
цессы регуляции в значительной степени подавляются, в результате
чего происходит значительное накопление элементов в растительном
организме.
При повышении уровня загрязнения инактивация токсикантов в
почве становится неполной и поток ионов начинает атаковать корни.
Часть ионов растение способно перевести в менее активное состояние
еще до проникновения их в корни: хелатировать (связывать) с помощью
57
корневых выделений и адсорбировать на внешней поверхности корней.
И все же большое количество токсикантов попадает в корень, где час-
тично адсорбируется на стенках. Если в клетках корня окажется ионов
все же больше допустимого уровня, то начинает действовать еще один
механизм защиты, переводящий излишек в вакуоли. При продвижении
по проводящим тканям растения элементы могут поглощаться ее стен-
ками, а также закомплексовываться присутствующими в клеточном соке
органическими соединениями. Для проникновения в клетку листа эле-
менту необходимо преодолеть клеточную мембрану, то есть по анало-
гии с корнями здесь действует механизм избирательного поглощения.
Помимо поступления тяжелых металлов в растение через корни из
загрязненных почв существует еще один путь – поглощение металлов
через листовую поверхность из газопылевых выбросов и аэрозолей.
При увеличении поступления химических элементов в природные
среды возможно изменение химического состава живых организмов.
Мигрируя по пищевым цепям, микроэлементы могут накапливаться в
органах и тканях растительных и животных организмов в токсичных
концентрациях. Это обстоятельство необходимо учитывать, так как ко-
нечным звеном трофической цепи является человек. Сельскохозяйст-
венная продукция и промысловые объекты с превышением уровня ПДК
микроэлементов могут оказаться опасными для здоровья человека при
использовании их в пищу и в качестве сырья для изготовления меди-
цинских препаратов.
Ртуть
– единственный металл, который находится в обычных усло-
виях в виде жидкости и интенсивно выделяет пары. Из неорганических
соединений ртути наиболее опасны металлическая ртуть, выделяемые
пары и хорошо растворимые соли ртути. Соединения двухвалентной
ртути токсичнее, чем одновалентные.
В 1972 г. С. Йенсен и А. Йермелов высказали предположение о на-
личии двух разных круговоротов ртути в окружающей среде – глобаль-
ного (включающего циркуляцию паров ртути в атмосфере) и локального
(основанного на предполагаемой циркуляции летучих соединений ди-
метилртути). Основная часть вовлекаемой в глобальный круговорот
ртути принадлежит ртути, поступающей преимущественно в результате
техногенной деятельности.
Считается, что основным природным источником ртути служит
общая дегазация земной коры и океана (по грубым оценкам – 8–
10 тыс. т/год).
Ртуть давно известна как яд. Выражение «сошел с ума как шляпоч-
ник» появилось в те времена, когда многие люди, занимавшиеся изго-
товлением фетровых шляп, страдали психическими расстройствами из-
за высоких концентраций ртути, применявшейся в шляпном деле. В
легких случаях отравление вызывает бессонницу, неспособность вос-
58
принимать критику, страхи, головную боль, депрессию и неадекватные
эмоциональные реакции.
Ни один известный биоцид не изучен так хорошо, как ртуть, в от-
ношении своей циркуляции в пищевых цепях и зависящей от нее опас-
ности для человека и животных. Это утверждение относится, прежде
всего, к метилртути, которая представляет собой особо эффективный
фунгицид, но одновременно очень токсична для теплокровных и очень
стабильна.
Как показывают имеющиеся данные, в настоящее время наиболее
опасные и критические ситуации, связанные с загрязнением ртутью,
проявляются в связи с ее поступлением в водные экосистемы. Свиде-
тельством этому являются широко известные события в Японии, Шве-
ции, Северной Америке.
В районе Минамата (Япония) заболело около 120 человек; 46 из
них умерли раньше, чем исследователи обнаружили, что люди и живот-
ные отравлялись выловленными в заливе моллюсками и рыбой, содер-
жащими большие количества ртути. Источником ртути оказалась фаб-
рика пластмасс, расположенная на реке, впадающей в залив Минамата.
Хотя для рыбы ртуть так же токсична, как и для людей, концентрации
ее в воде залива были не столь высоки, чтобы рыбы и моллюски не мог-
ли здесь жить. Ртуть из следового элемента превратилась в источник
эпидемиологического заболевания.
Согласно оценкам ученых, предприятия по производству хлора и
каустической соды в США до начала семидесятых годов отдавали в
стоки от 100 до 200 г ртути на каждую тонну произведенной каустиче-
ской соды. Концентрация ртути в рыбе, выловленной в этой реке, оказа-
лась такой же высокой, как и в рыбе из залива Минамата. Более того, у
кошек при кормлении их рыбой из этой реки появились признаки от-
равления ртутью. В настоящее время законы строго запрещают сброс
ртути с промышленными отходами. Однако в тех местах, где раньше
сбрасывали ртуть в среду, например при производстве бумаги и каусти-
ческой соды, ртуть в донном иле до сих пор загрязняет воду и живущие
в ней организмы. Во многих штатах США ограничены рыбная ловля,
поскольку в рыбе накапливается ртуть, сброшенная с отходами в воду
много лет назад. Один из крупнейших выбросов ртути в США имел ме-
сто в Ок-Ридже (штат Тенесси) на заводе Y-12, выпускающем компо-
ненты оружия. В 1983 г. частное исследование, предпринятое чиновни-
ками Ок-Риджа, показало, что, по-видимому, произошло серьезное за-
грязнение ртутью растительности и рыбы в окрестностях этого пред-
приятия.
Постепенно выяснилось, что примерно 1 млн кг элементарной рту-
ти попало в окружающую среду; вероятно, большая часть ее медленно
просачивалась в глубокие щели и трещины в породах, находящихся под
59
заводом. Около 200 тыс. кг было сброшено непосредственно в проток
Ист-Форк-Поплар. Выловленная вблизи завода рыба содержала в два
раза больше ртути, чем верхний предел, определяемый согласно закону
1·10
-6
(одна часть на миллион).
Ртуть аккумулируют планктонные организмы (например водорос-
ли), которыми питаются ракообразные. Ракообразных поедают рыбы, а
рыб – птицы. Концевыми звеньями пищевых цепей нередко бывают
чайки, чомги, скопы, орланы-белохвосты. В Швеции содержание ме-
тилртути в организме птиц, в значительной части питающихся рыбой,
приблизилось к тем уровням, при которых зерноядные наземные птицы
уже погибали от действия ртути, полученной при поедании посевного
зерна (в Швеции в 1940-х годах зерно протравливали метилртутьдициа-
намидом).
В водной пищевой цепи концентрация метилртути от звена к звену
увеличивается. Так как метилртуть растворима в жирах, она легко пере-
ходит из воды в водные организмы. При захвате мельчайших живых
существ более крупными, для которых они служат пищей, это вещество
сохраняется в последних. Так как у него период полураспада (особенно
в организмах с низким уровнем обмена веществ) необычайно длителен
(у человека 70 дней), яд не выделяется, а, наоборот, накапливается в
организме. Особенно страдают от этого морские млекопитающие, так
как они живут всецело за счет питания рыбой.
Каким бы путем ртуть ни попадала в воду, микроорганизмы мети-
лируют ее, и при этом всегда образуется метилртуть (рис. 6).
Рис. 6. Упрощенная схема превращений ртути в воде
(По: В. Эйхлер, 1986)
Это соединение жирорастворимо (как упоминалось выше), чрезвы-
чайно ядовито и очень устойчиво.
Свинец.
Человечество уже более 2 тыс. лет знакомо с опасностью,
которую несет использование этого металла и свинцовых изделий.
В Древней Греции отравления людей, работавших со свинцом, на-
зывали сатурнизмом. Его симптомами были колики, сопровождавшиеся
бредовым состоянием и параличами. Много отравлений вызвало хране-
ние напитков, вин и продуктов в глазурованных керамических сосудах.
В 1883 г. в английском законодательстве появился первый закон, по-
60
священный предупреждению свинцового отравления; он запрещал исполь-
зование гончарной посуды, покрытой свинцовой глазурью. В настоящее
время свинец используется в аккумуляторах, в производстве кабелей, кра-
сок, стекла, смазок, бензина, средств защиты от радиации и т.д.
К настоящему времени накоплено огромное количество сведений о
токсическом действии свинца на живые организмы, о поведении этого
элемента в природных средах.
Загрязнение среды свинцом обусловлено в основном четырьмя видами
хозяйственной деятельности: 1) сжиганием жидкого и твердого топлива,
сопровождающимся выбросами в атмосферу; 2) свинцовоплавильным про-
изводством, с которым тоже связаны выбросы свинца в атмосферу;
3) сбрасыванием сточных вод, в которых свинец обычно содержится в по-
вышенных количествах, и 4) внесением в почву химикатов. Настоящим
бичом современности является загрязнение атмосферы автомобильными
выхлопами, содержащими продукты неполного сгорания топлива, в том
числе и неразложившуюся часть тетраэтилсвинца.
В результате вдыхания воздуха, содержащего свинец, не менее 15%
его поступает в кровь. Токсическое действие свинца по отношению к
организму человека, животных связывают в первую очередь с SH-
группами устойчивых меркаптидов и блокированием ферментных сис-
тем. Свинец обладает кумулятивными свойствами. Среди механизмов
депонирования свинца главным является отложение его в костной ткани
в результате замещения кальция. В значительно меньшей степени сви-
нец откладывается в селезенке, печени, почках, головном мозгу и дру-
гих органах. Этот элемент может сохраняться в организме человека
долгое время (годы). Под влиянием неблагоприятных воздействий (ал-
коголизм, инфекция, травма) нередко наблюдается проявление или обо-
стрение свинцовой интоксикации, обусловленное выделением свинца из
депонирующего органа, ткани в ток крови.
Свинец является протоплазматическим ядом, действующим на все
органы и системы организма. Токсической дозой свинца для человека
является 1 мг, летальной – 10 г.
Основным источником поступления свинца в организм человека
служат продукты питания, в связи с этим опасно техногенное загрязне-
ние свинцом пищевых и кормовых культур. Важную роль играет посту-
пление свинца в организм человека с почвой, пылью, питьевой водой и
вдыхаемым воздухом. Данные по содержанию свинца в крови детского
населения России свидетельствуют о том, что почти у 44% детей в го-
родах России могут возникать проблемы в поведении и обучении, обу-
словленные воздействием свинца; около 9% нуждаются в лечении; здо-
ровье 0,2% детей находится в опасности и примерно 0,01% нуждается в
неотложном медицинском вмешательстве (Доклад о свинцовом загряз-
нении…, 1997).