ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.04.2021
Просмотров: 1376
Скачиваний: 9
16
торого было прекращено еще в конце 70-х годов. В водоемах испыта-
тельного полигона ВВС США во Флориде, где в 1962–1964 годах был с
исследовательскими целями распылен Оранжевый Агент, спустя 10 лет
ил содержал 10–35 нг/кг ТХДД (при норме, по стандартам США –
0,1 пкг/кг, России – 10 пкг/кг).
К числу веществ, длительно персистирующих в окружающей среде,
относятся тяжелые металлы (свинец, медь, цинк, никель, кадмий, ко-
бальт, сурьма, ртуть, мышьяк, хром), полициклические полигалогениро-
ванные углеводороды (полихлорированные дибензодиоксины и дибен-
зофураны, полихлорированные бифенилы и т.д.), некоторые хлорорга-
нические пестициды (ДДТ, гексахлоран, алдрин, линдан и т.д.) и многие
другие вещества.
2.2. Трансформация
Подавляющее большинство веществ подвергаются в окружающей
среде различным превращениям. Характер и скорость этих превраще-
ний определяют их стойкость.
Абиотическая трансформация.
На стойкость вещества в окру-
жающей среде влияет большое количество процессов. Основными яв-
ляются фотолиз (разрушение под влиянием света), гидролиз, окисление.
Фотолиз
. Свет, особенно ультрафиолетовые лучи, способен разру-
шать химические связи и тем самым вызывать деградацию химических
веществ. Фотолиз проходит главным образом в атмосфере и на поверх-
ности почвы и воды. Скорость фотолиза зависит от интенсивности света
и способности вещества его поглощать. Ненасыщенные ароматические
соединения, например полициклические ароматические углеводороды
(ПАУ), наиболее чувствительны к фотолизу, т.к. активно поглощают
энергию света. Свет ускоряет и другие процессы деградации веществ:
гидролиз и окисление. В свою очередь наличие в средах фотооксидан-
тов, таких как озон, окислы азота, формальдегид, акролеин, органиче-
ские перекиси, существенно ускоряет процесс фотолиза других поллю-
тантов (показано для ПАУ).
Гидролиз.
Вода, особенно при нагревании, быстро разрушает мно-
гие вещества. Эфирные связи, например, в молекулах фосфорорганиче-
ских соединений, высокочувствительны к действию воды, чем опреде-
ляется умеренная стойкость этих соединений в окружающей среде.
Скорость гидролиза сильно зависит от рН.
В результате превращения химических веществ в окружающей сре-
де образуются новые вещества. При этом их токсичность иногда может
быть выше, чем у исходного агента. Например, в результате фотоокис-
ления паратиона в среде может образовываться параоксон. Токсичность
17
последнего для млекопитающих в несколько десятков раз выше, чем у
исходного вещества.
Фотохимические превращения в окружающей среде 2,4,5-
трихлорфеноксиуксусной кислоты, известного гербицида, могут при-
вести к образованию опасного экополлютанта 2,3,7,8-тетрахлордибензо-
р-диоксина.
Еще один хорошо известный пример: образование нитрозосоедине-
ний. Так, по данным ученых США, в почве (в кислой среде) легко всту-
пают в соединение с нитритами целый ряд пестицидов. Среди них диал-
килтиокарбаматы, тиокарбамоилдисульфиды, соли феноксиуксусной
кислоты и др. Образующиеся нитрозосоединения рассматриваются в
настоящее время как возможные канцерогены.
Биотическая трансформация.
Абиотическое разрушение химиче-
ских веществ обычно проходит с малой скоростью. Значительно быст-
рее деградируют ксенобиотики при участии биоты, особенно микроор-
ганизмов (главным образом бактерий и грибов), которые используют их
как питательные вещества. Процесс биотического разрушения идет при
участии энзимов. В основе биопревращений веществ лежат процессы
окисления, гидролиза, дегалогенирования, расщепления циклических
структур молекулы, отщепление алкильных радикалов (деалкилирова-
ние) и т.д. Деградация соединения может завершаться его полным раз-
рушением, т.е. минерализацией (образование воды, двуокиси углерода,
других простых соединений). Также возможно образование промежу-
точных продуктов биотрансформации веществ, обладающих порой бо-
лее высокой токсичностью, чем исходный агент. Так, превращение не-
органических соединений ртути может приводить к образованию более
токсичных ртутьорганических соединений, в частности метилртути.
Подобное явление имело место в Японии на берегах бухты Минамато в
1950–60-х годах.
2.3. Процессы элиминации, не связанные с разрушением
Некоторые процессы, происходящие в окружающей среде, способ-
ствуют элиминации ксенобиотиков из региона, изменяя их распределе-
ние в компонентах среды. Загрязнитель с высоким значением давления
пара может легко испаряться из воды и почвы, а затем перемещаться в
другие регионы с током воздуха. Это явление лежит в основе повсеме-
стного распространения относительно летучих хлорорганических ин-
сектицидов, таких как линдан и гексахлорбензол.
Перемещение ветром и атмосферными течениями частиц
токсикан-
тов или почвы, на которых адсорбированы вещества, также важный
путь перераспределения поллютантов в окружающей среде. В этом пла-
не характерен пример полициклических ароматических углеводородов
18
(бензпирены, дибензпирены, бензантрацены, дибензантрацены и др.).
Бензпирен и родственные ему соединения как естественного (главным
образом вулканического), так и антропогенного происхождения (выброс
металлургического, нефтеперерабатывающего производств, предпри-
ятий теплоэнергетики и т.д.) активно включаются в биосферный круго-
ворот веществ, переходя из одной среды в другую. При этом, как прави-
ло, они связаны с твердыми частицами атмосферной пыли. Мелкодис-
персная пыль (1–10 мкм) длительно сохраняется в воздухе, более круп-
ные пылевые частицы достаточно быстро оседают на почву и в воду в
месте образования. При этом, чем выше выброс, тем на большее рас-
стояние рассеиваются поллютанты.
Сорбция веществ на взвешенных частицах в воде с последующим
осаждением приводит к их элиминации из толщи воды, но накоплению
в донных отложениях. Осаждение резко снижает биодоступность за-
грязнителя.
Перераспределению водорастворимых веществ способствуют дожди
и движение грунтовых вод. Например, гербицид атразин, используемый
для защиты широколиственных растений в сельском и парковом хозяйст-
вах США, повсеместно присутствует там в поверхностных водах. По не-
которым данным, до 92% исследованных водоемов США содержат этот
пестицид. Поскольку вещество достаточно стойкое и легко растворимо в
воде, оно мигрирует в грунтовые воды и там накапливается.
2.4. Биоаккумуляция
Если загрязнитель окружающей среды не может попасть внутрь ор-
ганизма, он, как правило, не представляет для него существенной опас-
ности. Однако, попав во внутренние среды, многие ксенобиотики спо-
собны накапливаться в тканях. Процесс, посредством которого орга-
низмы накапливают токсиканты, извлекая их из абиотической фазы (во-
ды, почвы, воздуха) и из пищи (трофическая передача), называется био-
аккумуляцией. Результатом биоаккумуляции являются пагубные по-
следствия как для самого организма (достижение поражающей концен-
трации в критических тканях), так и для организмов, использующих
данный биологический вид в качестве пищи.
Водная среда обеспечивает наилучшие условия для биоаккумуля-
ции соединений. Здесь обитают мириады водных организмов, фильт-
рующих и пропускающих через себя огромное количество воды, экстра-
гируя при этом токсиканты, способные к кумуляции. Гидробионты на-
капливают вещества в концентрациях порой в тысячи раз больших, чем
содержатся в воде.
19
Пример водной пищевой цепи, протекающей в сторону увеличения
размеров тела: растворенные вещества – фитопланктон – рачки рыбы –
хищные птицы – теплокровные животные, питающиеся рыбой.
В случае потребления чужеродных веществ, если эти вещества не
могут быть «переварены» или просто выведены из организма, начинает-
ся их накопление по ходу пищевой цепи, особенно в том случае, если
данное вещество имеет длительный период биологического полураспа-
да. Коэффициент накопления неразлагающихся ядов в большинстве
случаев составляет около 10 на каждую ступень пищевой цепи. К тому
же накопление ядов в пищевых цепях нередко усиливается из-за мень-
шей быстроты реакции и ограниченной подвижности животных, несу-
щих в себе яд, так как сильнее отравленные особи легче становятся до-
бычей хищников, чем все остальные. Вследствие этого в пищевой цепи
водоема наиболее высокое содержание ядовитых веществ отмечается у
хищных рыб. В дальнейшем ядовитые вещества могут переходить к
птицам, питающимся рыбой, к ластоногим, а также и к человеку.
Факторы, влияющие на биоаккумуляцию.
Склонность экотокси-
кантов к биоаккумуляции зависит от ряда факторов. Первый – персистиро-
вание ксенобиотика в среде. Степень накопления вещества в организме, в
конечном счете, определяется его содержанием в среде. Вещества, быстро
элиминирующиеся, в целом плохо накапливаются в организме. Исключе-
нием являются условия, при которых поллютант постоянно привносится в
окружающую среду (регионы близ производств и т.д.).
Так, синильная кислота, хотя и токсичное соединение, в силу высо-
кой летучести не является, по мнению многих специалистов, потенци-
ально опасным экополлютантом. Правда, до настоящего времени не
удалось полностью исключить, что некоторые виды заболеваний, нару-
шения беременности у женщин, проживающих близ золотодобывающих
предприятий, где цианиды используются в огромных количествах, не
связаны с хроническим действием вещества.
После поступления веществ в организм их судьба определяется
токсикокинетическими процессами. Наибольшей способностью к био-
аккумуляции обладают жирорастворимые (липофильные) вещества,
медленно метаболизирующие в организме. Жировая ткань, как правило,
основное место длительного депонирования ксенобиотиков. Так, спустя
много лет после воздействия, высокое содержание ТХДД обнаруживали
в жировой ткани и плазме крови ветеранов армии США, участников
вьетнамской войны.
Многие липофильные вещества склонны к сорбции на поверхно-
стях различных частиц, осаждающихся из воды и воздуха, что снижает
их биодоступность. Например, сорбция бензапирена гуминовыми ки-
слотами снижает способность токсиканта к биоаккумуляции тканями
рыб в три раза. Рыбы из водоемов с низким содержанием взвешенных
20
частиц в воде аккумулируют большее количество ДДТ, чем рыбы из
эвтрофических водоемов с высоким содержанием взвеси.
Вещества, метаболизирующие в организме, накапливаются в
меньшем количестве, чем можно было бы ожидать, исходя из их физи-
ко-химических свойств. Межвидовые различия значений факторов био-
аккумуляции ксенобиотиков во многом определяются видовыми осо-
бенностями их метаболизма.
Значение биоаккумуляции.
Биоаккумуляция может лежать в ос-
нове не только хронических, но и отсроченных острых токсических эф-
фектов. Так, быстрая потеря жира, в котором накоплено большое коли-
чество вещества, приводит к выходу токсиканта в кровь. Мобилизация
жировой ткани у животных нередко отмечается в период размножения.
В экологически неблагополучных регионах это может сопровождаться
массовой гибелью животных при достижении ими половой зрелости.
Стойкие поллютанты могут также передаваться потомству, у птиц и
рыб – с содержимым желточного мешка, у млекопитающих – с молоком
кормящей матери. При этом у потомства возможно развитие эффектов,
не проявляющихся у родителей.
2.5. Биомагнификация
Химические вещества могут перемещаться по пищевым цепям от
организмов-жертв к организмам-консументам. Для высоколипофильных
веществ это перемещение может сопровождаться увеличением концен-
трации токсиканта в тканях каждого последующего организма – звена
пищевой цепи. Этот феномен называется биомагнификацией. Так, для
уничтожения комаров на одном из калифорнийских озер применили
ДДТ. После обработки содержание пестицида в воде составило
0,02 части на миллион (ppm). Через некоторое время в планктоне ДДТ
определялся в концентрации 10 ppm, в тканях планктоноядных рыб –
900 ppm, хищных рыб – 2700 ppm, птиц, питающихся рыбой, –
21000 ppm. То есть содержание ДДТ в тканях птиц, не подвергшихся
непосредственному воздействию пестицида, было в 1000000 раз выше,
чем в воде и в 20 раз выше, чем в организме рыб – первом звене пище-
вой цепи.
В уже упоминавшейся ранее книге Рашель Карсон «Молчаливая
весна» приводится такой пример. Для борьбы с переносчиком «гол-
ландской болезни», поражающей вязы вязовым заболонником
Scolytes
multistriatus
, деревья обрабатывали ДДТ. Часть пестицида попадала в
почву, где его поглощали дождевые черви и накапливали в тканях. У
перелетных дроздов, поедающих преимущественно дождевых червей,
развивалось отравление пестицидом. Часть из них погибала, у других,
нарушалась репродуктивная функция – они откладывали стерильные