Стойкие органические загрязнители (СОЗ).

Стойкие органические загрязнения (persistent organic pollutants) относятся к классу хлорорганических соединений. Их особенностью является способность сохраняться в неизменном виде в окружающей среде десятки и даже сотни лет. Некоторые из них аккумулируются в тканях живых организмов, причем концентрация их увеличивается по мере продвижения по пищевой цепи. Повышение внимания к хлорорганическим загрязнителям в последнее время вызвано тем, что их обнаруживают даже там, где нет ни промышленных производств, ни какой-либо иной человеческой деятельности, например в Арктике.

Принятый в мире список наиболее опасных СОЗ включает в себя 12 соединений: полихлордибензодиоксины (ПХДД) и полихлордибензофураны (ПХДФ), полихлорбифенилы (ПХБ) и гексахлорбензол (ГХБ), а также 8 пестицидов — ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан), алдрин, диэддрин, эндрин, хлордан, мирекс, токсафен и гептахлор.

В 2002 г. большинство стран мира подписали Стокгольмскую конвенцию о СОЗ. Стороны Конвенции договорились об основных действиях, направленных на сокращение или ликвидацию выбросов, образующихся в результате преднамеренного производства и использования СОЗ, а также непреднамеренного их производства или обусловленных хранением отходов СОЗ; о целях и задачах научных исследований; повышении осведомленности общественности в этих вопросах.

Многие СОЗ являются канцерогенными веществами, из них наиболее токсичный считается диоксин 2,3,7,8-ТХДД (тетрахлордибензопарадиоксин), который отнесен МАИР (международное агенство изучение рака) к 1-й группе веществ, чья роль в возникновении злокачественных новообразований вполне доказана. (Приложение 1.) Как показали эколого-эпидемиологические исследования, СОЗ обладают политропностью действия, причем в аграрных районах это связывают с влиянием пестицидов, а в индустриальных центрах и местах интенсивной застройки — с выбросами диоксинов и ПХБ. Механизмы воздействия СОЗ весьма сложны и состоят из ряда последовательных событий, протекающих на молекулярном уровне, что приводит к изменениям в регуляции работы генов и жизнедеятельности клеток. СОЗ действуют, прежде всего, на эндокринную систему, разрушая ее. Они обладают гормоноподобным действием, но, не будучи истинными гормонами, нарушают нормальное функционирование эндокринной системы. Гормоны являются весьма мощными биологическими соединениями, действуя как химические посредники (медиаторы), они регулируют широкий спектр ответных реакций в организме — обмен веществ, репродукцию, рост, развитие, поведение и другие процессы. Механизм эстрогенной активности СОЗ пока полностью не изучен.

Диоксины и фураны

Диоксин – это обиходное название 2,3,7,8-тетрахлордибензопарадиоксина (коротко 2,3,7,8 ТХДД). Это наиболее токсичное и хорошо изученное вещество, относящихся к классу полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД) и сходных с ними по химическому строению полихлорированых дибензофуранов (ПХДФ).

Опасность диоксинов, как веществ, относящихся к разряду супертоксикантов, в конце 70-х годов прошлого столетия приобрела общепланетарные масштабы. Угрозу человечеству от этой группы веществ можно сравнить с последствием применения ядерного оружия. Так как основными источниками загрязнения окружающей природной среды являются химические производства, в первую очередь, фирмы-производители хлороорганической продукции и заводы по сжиганию бытового мусора, то во многих странах разработаны специальные программы исследований по данной проблеме. В настоящее время мониторинг диоксинов осуществляется в США, Канаде, Японии, большинстве стран Западной Европы, России. Агентство охраны окружающей среды (США) издало список веществ, при производстве которых в объемах более 500 кг/год могут образовываться диоксины. Он включает 84 органических соединения, а также различные препараты на их основе, направляемые в торговлю. Особенно большое значение имеют ди-, три- и пентахлорфенолы и трихлорфеноксиалкильные кислоты, гексахлорбензол (ГХБ), хлорнафталин, полихлорированные бифенилы (ПХБ). Все эти вещества могут содержать примесь диоксинов.

При производстве пентахлорфенола образуется и выделяется в окружающую среду преимущественно ПХДД/Ф, которые остаются в готовом продукте в концентрации порядка млн^-1. Это значительно увеличивает концентрацию вредных веществ в домах, обработанных средствами для защиты дерева.

Диоксины и дибензофураны относятся к органическим загрязнителям с острой токсичностью для живых организмов. В приложении 2 приведены данные по токсичности этих соединений.

Максимальной токсичностью обладает 2,3,7,8-ТХДД. Острая токсичность этого соединения для некоторых животных (например, морских свинок) сопоставима с токсичностью таких отравляющих веществ, как табун, зарин, зоман.

По токсичности галогенированные диоксины и родственные им соединения можно расположить в следующей последовательности:

дибензо-n-диоксин > дибензофуран >> бифенил > нафталин.

После проникновения диоксинов в живые организмы происходит их связывание с белками и накопление в печени и жировых тканях. Липофильные ПХДД/Ф выделяются из организма только после метаболизации.

Фураны – это класс органических соединений, производных фурана. Сам фуран мало токсичен, но некоторые его производные чрезвычайно ядовитые. Токсичность тетрохлордибензофуранов составляет около 1/10 токсичности диоксинов.

Полихлорированные дибензодиоксины и дибензофураны оказывают тератогенное и отравляющее действие на зародыши. Смертность эмбрионов проявляется уже при очень низких концентрациях: 0,01 – 0,05 млрд. (в -1степени) для обезьян: 0,25 млрд^-1для кроликов: 0,5 – 1,0 млрд. (в -1 степени) для крыс.

В период войны во Вьетнаме с 1965 по 1971гг. армия США применяла содержащий значительный примесей диоксина дефолиант агент (оранж). В общей сложности его было распалено около 40 миллионов литров. Эпидемиологические исследования показали зависимость между акциями по распылению указанного дефолианта американскими военными и частотой появления специфических (в том числе и очень тяжелых) врожденных аномалий у новорожденных вьетнамских детей. Тоже наблюдалось у потомства американских ветеранов. Которые в период войны во Вьетнаме подверглись действию ядовитого дождя.

Считается, что район, в наибольшей степени заражённый диоксинами находится в штате Миссури в США. В начале 70х годов некий торговец отработанным техническим маслом с химическими отходами, содержащими экстремально высокие примеси диоксина обработал дорогу используя эту смесь в качестве противопылевого связывающего средства. В результате этих преступных действий около 60 кг 2,3,7,8 –ТХДД попало на близлежащие полесадники домов около магистралей примерно в 100 населенных пунктах. В результате этого 1983 году были эвакуированы 2000 жителей.

Полихлорированные бифенилы (ПХБ)

ПХБ - относятся к группе хлорированных углеводородов, образуются из бифенила, путем замещения атомов водорода на атомы хлора. Таким образом можно получить 290 различных хлорбифенилов. ПХБ относятся к наиболее стабильным органическим соединениям. Причем их стабильность возрастает с увеличением числа атома хлора.

Полихлорированные бифенилы (арохлоры, канехлоры, соволы, фенохлоры, хлорфены) активно применяются с конца двадцатых годов прошлого столетия в качестве компонента масел, смазок и гидравлических жидкостей и типографских красок; они нашли широкую область использования при производстве пластмасс, в электропромышленности и т.д.

Первоначально ПХБ были идентифицированны как хлорорганические пестициды и их метаболиты. Однако позднее они были выделены в класс самостоятельных загрязнителей промышленного происхождения.

В настоящее время мировое производство ПХБ превышает 4 млн.т. Из этого объема лишь 53% используется в закрытых и 16% - условно закрытых системах. Остальная масса ПХБ в той или иной форме оказывается в окружающей среде. В результате такого использования около 400 тыс.т. ПХБ циркулируют в глобальной экосистеме. В окружающую среду (особенно в реки, заливы, эстуарии) попадает примерно половина производимого количества ПБХ, которые обнаруживаются практически повсеместно.

В середине 60х годов были открыты сильновыраженные токсические свойства ПХБ и связанные с этим экологические проблемы. Возможно, что токсическое действие ПХБ, связанно с наличием в них примесей полихлорированных диоксинов и дибензофуранов.

ПХБ - трудно разлагаемые химические препараты. На открытом воздухе период полураспада ПХБ может составлять от 10 до 100 лет, в почве - примерно в 5 лет.

ПХБ обнаружены в организме рыб, морских животных, птиц, в яйцах, в маргарине, в материнском молоке и в жировых тканях человека.

У человека ПХБ вызывают поражение печени, селезенки и почек, помутнение хрусталика, изменение пигментации и нервные расстройства. Токсическое действие их усиливается при взаимодействии их с ДДТ.

Воздействие ПХБ на человека возникает обычно при отсутствии надлежащих мер безопасности в процессе работы с химической продукцией. Это может происходить, например, при изготовлении трансформаторов, конденсаторов и других электротехнических устройств. Так, при работе с ПХБ на НПО «Конденсатор» (г. Серпухов, Московская обл.) стоки без очистки от них сбрасывались непосредственно в ручей Боровлянка. ПХБ были обнаружены в продуктах питания, реализуемых на городском рынке. Например, яйца кур из частного сектора, расположенного в зоне влияния завода, содержали ПХБ в количествах, в 100-200 раз превышающих фоновое значение. Анализ различных органов и тканей рыбы, выловленной в реке Оке, свидетельствует о ее загрязнении ПХБ. При этом у густеры наблюдалось равномерное распределение ПХБ по органам и тканям, у плотвы же и леща ПХБ накапливались преимущественно в гонадах (приложение 3).

Проведенное в 1985г исследование проб сырого молока из Баварии, показало наличие в каждой третьей пробе ПХБ в концентрации превышающих ПДК.

Известно также, что голодание и охлаждение стимулируют кратковременное, но значительное повышение ПХБ в крови, что может стать причиной повреждения печени. Кардинальное решение проблемной ситуации - использование ПХБ только в замкнутых производственных системах.

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы - это металлы с плотностью, большей, чем у железа. Свыше 40 химических элементов с удельным весом более 4,5 г/см³.

Тяжелые металлы относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединений тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу.

Главными природными источниками аэрозолей являются: ветровая эрозия горных пород и почв, вулканическая пыль, частица морской соли, дым лесных пожаров, частицы растительного происхождения.

Из большого числа разнообразных химических веществ, поступающих в окружающую среду из антропогенных источников особое место занимают, тяжелые металлы (ТМ).

По степени опасности химические элементы подразделяются на три класса:

I – вещества высоко опасные;

II – вещества умеренно опасные;

III – вещества мало опасные.

Таблица 1. Химические вещества, попадающие в почву с выбросами, сбросами, отходами по классу опасности

Класс опасности	Химическое вещество
I	Мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор
II	Бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром
III	Барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций

Не все ТМ представляют одинаковую опасность для живых организмов. Большинство этих элементов относится к группе микроэлементов. В действии каждого микроэлемента на живые организмы много общего: они входят в состав ряда белковых комплексов (ферментов) или активизируют их деятельность; они необходимы живым организмам в очень небольших количествах – тысячных или десятитысячных долях процента, повышение концентрации их в живых организмах выше оптимального уровня приводит к угнетению роста и развития. Они способны вызывать мутагенез, эмбриотоксический и канцерогенный эффект. Все ТМ относятся к редкостным и рассеянным в природе химическим элементам.

По токсичности и способности накапливаться в пищевых цепях лишь немногим более 10 элементов признаны приоритетными загрязнителями биосферы.

Среди них выделяют: ртуть, свинец, кадмий, медь, ванадий, олово, цинк, молибден, кобальт, никель. Три элемента (ртуть, свинец, кадмий) считаются наиболее опасными.

В процессе эволюции растения, животные и человек приспособились к природному (фоновому) содержанию ТМ в почве. Однако интенсивное развитие промышленности, транспорта и использование различных химических средств привело к накоплению ТМ на значительных территориях, это отрицательно влияет на почву, растения и другие живые организмы, и как следствие, фоновый уровень ТМ в биосфере постоянно возрастает.

Все основные циклы миграции ТМ в биосфере (водные, атмосферные, биологические) начинаются в почве, потому что именно в ней происходит мобилизация металлов и образование различных миграционных форм. Почва – важнейший фактор регулирующий поступление ТМ в растения, она служит естественным барьером на пути ТМ и сдерживает их поступление в растения и сопредельные среды. Особенность загрязнения почв ТМ состоит в том, что они не подвергаются процессам естественного разрушения и, попадая в почву, становятся определяющим фактором ее плодородия.

Под предельно допустимыми количествами ТМ в почве следует понимать такую их концентрацию, которая при длительном воздействии на почву и произрастающие на ней растения не вызывает патологических изменений и аномалий в ходе биологических процессов и не приводит к накоплению токсических элементов в возделываемых культурах, а следовательно, и в продукции.

В России приняты ПДК ТМ в почве с учетом комплекса показателей поведения ТМ в окружающей среде (приложение 8). ТМ поступают в почву в форме различных соединений (карбонатов, оксидов) с ограниченной растворимостью. Поэтому только часть из них может быть усвоена растениями. Для растений представляет опасность, так называемая доступная (подвижная) форма элемента, которая может быть усвоена непосредственно через корневую систему. Доступным считаются те формы соединений ТМ, которые переходят в вытяжку 2М азотной кислоты или 1М раствор солярной кислоты. Именно эти формы ТМ поступают из почвы в растения и оказывают на них токсическое действие.

Выпадающие на поверхность почвы ТМ аккумулируются в слое 2-5 см и подразделяются на фиксируемую и мигрирующие части. Миграционные формы ТМ частично или полностью трансформируются. Миграция ТМ по почвенному профилю приводит к тому, что с глубиной содержания их снижается, а на глубине 30-40 см выходит на фоновый уровень.

Содержание ТМ зависит от типа почв (приложение 9). Почва является таким компонентом экосистем, где наиболее интенсивно протекает взаимодействие живой и неживой материи, где замыкаются важнейшие процессы обмена веществ, среди которых особое место занимают микроорганизмы. ТМ попадая в почву, оказывают влияние на их структуру (видовой состав, численность).

ТМ в растения могут поступать не только из почвы, но и непосредственно из атмосферы. В живых организмах ТМ играют двоякую роль. В малых количествах они входят в состав биологически активных веществ, регулирующих нормальный ход жизнедеятельности организмов. Нарушение этих концентраций в результате техногенного загрязнения окружающей среды приводит к отрицательным и катастрофическим последствиям для живых организмов. ТМ условно делят на фитотоксичные (токсичность для растений выше, чем для человека и животных) и токсичные для человека и животных. К фитотоксичным ТМ относятся: медь, никель, цинк. Одни и те же металлы оказывают неодинаковое действие на различные виды растений. Поступление и накопление ТМ в растениях определяется целым рядом закономерностей:

- различные виды растений обладают неодинаковой способностью поглощать и накапливать ТМ;

- растения имеют физиолого-биохимические защитные механизмы, препятствующие поступлению ТМ;

- отсутствует прямая связь между уровнем загрязнения и интенсивностью поступления ТМ в растения.

В России насчитывается более 130 биогеохимических провинций, что накладывает свой отпечаток на элементарный состав сельскохозяйственной продукции, получаемый в их пределах. Не меньшее воздействие на ее качество оказывает техногенное поступление химических элементов в окружающую среду.

Критические уровни содержания ТМ в растениях растительных кормах даны в приложении 10.

Тяжелые металлы относятся к числу наиболее опасных для природной среды химических загрязнителей (экотоксикантов). Действие их зачастую скрыто, но они передаются по трофическим цепям с выраженным кумулятивным эффектом, поэтому проявление токсичности могут возникать неожиданно на отдельных уровнях трофических цепей.

В основе токсического действия ТМ лежит их денатурирующее действие на метаболистически важные белки. Связывание белками ТМ, снижает токсическое действие металла на клетку. Причиной мутагенной активности ионов ТМ является их способность образовывать комплексы с белками. Разнообразное полноценное питание повышает устойчивость организма к их воздействию.

Допустимое количество ТМ, которое человек может потреблять с продуктами питания без риска заболевания колеблется в зависимости от вида металла: свинец – 3; кадмий – 0,4-0,5; ртуть – 0,3 мг в неделю. И хотя эти уровни условны, тем не менее они служат основой для контроля содержания ТМ в продуктах питания.

Поступившие в организм человека ТМ выводятся крайне медленно, они способны к накоплению, главным образом в почках и печени. В связи с этим продукция растениеводства, даже на слабо загрязненных ТМ почвах способна вызывать кумулятивный эффект – постепенное увеличение содержания их в организме теплокровных (человек, животные). Высокое содержание пектиновых веществ, способствует выводу ТМ из организма человека.

Транспорт ТМ через атмосферу играет важную роль в их распространении в окружающей среде. ТМ относятся к большой группе гидрогенических элементов природных вод. В отличие от атмосферы, где время пребывания ТМ не велико, поверхностные воды суши являются более консервативным компонентом окружающей среды. Содержание их в природных водах обусловлено геохимическим фоном и влиянием антропогенных источников, проявляющихся в региональном или глобальном транспорте их по цепям: атмосфера – поверхностные воды и атмосфера – почва – поверхностные воды.

Состав атмосферных осадков в отношении ТМ – фактор, определяющий направленность функционирования и устойчивости экосистем и отдельных их компонентов. ПДК ТМ даны в приложении 11.

Загрязнение окружающей среды ТМ происходит в основном от металлургических предприятий. Из множества путей техногенного поступления ТМ важнейшим является выброс их в атмосферу в виде паров с исходной температурой 1500⁰С.

СВИНЕЦ (химический символ Pb) – голубовато-серый, мягкий, тяжелый металл. В природе он встречается повсеместно, но жизненно необходимым не является. За последние десятилетия уровень концентрации в природе все более повышается вследствие антропогенных нагрузок. Особую угрозу это представляет для еще не рожденных и маленьких детей. Главным источником, из которого свинец попадает в организм человека, служит пища. Наряду с этим важную роль играет вдыхаемый воздух, а у детей также заглатываемые ими свинцово – содержащие пыли и краски. Вдыхаемая пыль примерно на 30-50% задерживается в легких, значительная доля ее всасывается током крови. Всасывание в ЖКТ (Желудочно-кишечный тракт) составляет в целом 5-10%, у детей 50%. Дефицит кальция и витамина Д усиливает всасывание свинца в ЖКТ. В среднем за одни сутки организм человека поглощает 26-42 мкг свинца. Это лишь грубая оценка, поскольку количество поглощенного свинца может заметно варьироваться у разных групп населения (приложение 12). Около 90% общего количества свинца в человеческом теле находится в костях, у детей – 60-70%.

Биологический период полураспада в костях – около 10 лет. Количество свинца, накопленного в костях, с возрастом увеличивается и в 30-40лет (фаза насыщения) у лиц, по роду занятий не связанных с загрязнением свинцом, составляет 80-200 мг. Он проникает сквозь плазму в систему кровообращения эмбриона. В незначительных количествах особенно у детей свинец преодолевает также барьер между кровью и мозгом. Содержания свинца, в материнском молоке низки. Острые свинцовые отравления встречаются редко. Их симптомы – слюнотечение, рвота, запор, кишечные колики, острая форма отказа почек, поражение мозга (особенно у детей). В тяжелых случаях – смерть через несколько дней.

Симптомы хронического отравления – ощущение слабости, отсутствие аппетита, нервозность, быстрая утомляемость, дрожь, дурнота, головная боль, нарушение функций желудка и кишечника, импотенция, бледность, свинцовая кайма на деснах возле зубов. Для диагностики загрязнения организма свинцом, служит анализ крови. Поскольку предельные биологически допустимые концентрации рабочих веществ, для населения в целом представляются спорными, специалисты по токсикологии окружающей среды требуют установления фактора безопасности в 10 раз меньше этой величины. Концентрация свинца в крови, по их мнению, не должна превышать 15 мкг/100 мл, у беременных и детей – 7мкг/100мл. Повышенный допустимый уровень концентрации свинца в крови равный 15 мкг/100 мл, базируется на предположении о том, что судя по результатам экспериментов на животных и эпидемиологических исследований возможных воздействий свинца на человеческий организм, нет основания при таких концентрациях опасаться существенного вреда для здоровья, хотя полностью (особенно для групп риска) такая опасность не исключена. Уже при концентрации свинца в крови 50-60 мкг/100мл в поведении человека появляются признаки депрессии, агрессивности, а также ухудшение общего самочувствия. Это означает, что угроза здоровью становится реальной для рабочих-мужчин, у которых количество свинца в крови составляет 70 мкг/100 мл (а для женщин, соответственно, 45 мкг/100 мл).

Вероятно, существуют связи между свинцовым загрязнением, приобретенным человеком до рождения и/или в раннем детстве и снижением уровня его интеллекта, способности к обучению, нарушением двигательных процессов и поведения (гиперактивность). Вследствие глобального загрязнения окружающей среды свинцом стал вездесущим компонентом любой растительной и животной пищи и кормов. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные. Наибольшее содержание его отмечается в печени и почках забитых животных. В некоторых районах, где автомобильное движение особенно сильно или имеются значительные промышленные эмиссии, отмечены повышенные, отчасти опасные содержания свинца в сельскохозяйственных продуктах. Относительно много свинца содержат говяжья и телячья печень, корнеплоды и листовые культуры. Питьевая вода в среднем содержит мало свинца, однако если по свинцовым водопроводам протекает мягкая вода, то концентрации свинца в ней могут быть высокими. Если же вода жесткая, в трубах может отлагаться слой основного карбоната свинца, препятствующий поступления свинца в питьевую воду.

ПДК для питьевой воды, установленное в Германии - 40 мкг/л, ВОЗ (для Европы) – 50 мкг/л, директивой ЕЭС (Единой Экономической Системы) – 50 мкг/л. ПДК для воздуха в населенных пунктах - 2 мкг/м³. Законодательно установленное допустимое содержание свинца в обрабатываемых почвах – 100мкг/кг.

РТУТЬ (химический символ Hg) – жидкий серебристо-белый тяжелый металл, растворяющий другие металлы с образованием амальгам. При оценке токсичности и опасности для окружающей среды следует различать:

-Металлическую (элементарную) ртуть. Проглотить металлическую ртуть сравнительно не опасно. Обычно это не вызывает каких-либо признаков отравления (тем не менее, следует обратиться к врачу!). Существенно опаснее возникшие ртутные пары. Симптомы: металлический привкус во рту, тошнота, рвота, колики в животе, кровавый понос, зубы чернеют от ртути и начинают крошиться. Категорически запрещается выбрасывать ртуть в бытовой мусор! ПДК для воздуха рабочих мест – 0,01 мл/м³, что соответствует 0,1 мг/м³.

-Неорганические соединения ртути. Соли ртути практически не летучи. Поэтому опасность представляет лишь попадание ртути внутрь организма через рот – с пищей и через кожу. Соли ртути разъедают кожу и слизистые оболочки тела. Попадание солей ртути внутрь организма вызывает воспаление зева, затруднение глотания, оцепенение, рвоту, боли в животе, коллапс кровообращения и шок.

-Органические соединения ртути особенно токсичны и коварны, т.к. их токсичность проявляется и становится заметной лишь спустя несколько недель. Характерны эмоциональные и психические расстройства. Симптомы: возбужденное состояние, раздражимость, нерешительность, неспособность сосредоточиться, боязливость, чувство усталости, изнеможение, депрессия, конвульсии, повреждение рассудка, носовые кровотечения, поражение глаз. У взрослых при попадании внутрь около 350 мг ртути может наступить смерть.

Метилртуть – пока единственное соединение с тератогенным действием – с этим связанны ограничения при работе с метилртутью только для женщин в детородном возрасте. Ртуть попадает в организм людей главным образом с пищей, рыба и моллюски содержат около 0,1-0,4 мг ртути на 1 кг сухой массы. Так, выращенные шампиньоны содержат 0,014-1,56 мг ртути на 1 кг сырой массы. Органические соединения ртути проникают сквозь плацентарный барьер, тогда как неорганические соединения ртути (ионы) через него практически не проходят. В обеих формах она легко попадает в материнское молоко. Значение ПДК, установленное ВОЗ для попадания ртути в организм с пищей, - 5мкг на 1 кг массы тела за неделю. Из них максимум 3,3 мкг в форме метилртути. Эти значения легко достигаются лицами, ежедневно съедающими 500г рыбы, содержащей 0,6 мг/кг. ПДК ртути в рыбе: в Германии -1 мг/кг, в США и Швейцарии – 0,5мг/кг. Первые симптомы заболевания проявляются при попадании в организм 3-7 мкг ртути. ПДК ртути для питьевой воды- 1мкг/л.

Мировое производство ртути – свыше 10 000 т. в год. Области применения: электроника, электрические батареи; химическая промышленность, стоматология и др. Выбросы ртути по всему миру уже составили 40000-50000 т, и примерно 4000 т. ртути сброшено в море, в том числе 66% из природных и 33% - из антропогенных источников (информация о влияние ртути на здоровье человека дана в приложениях 13-14). В воде происходит бактериальное преобразование ртути в более опасную форму – метилртуть (ее суммарное количество, образующееся в реках и морях - около 490 т. в год).

МЫШЬЯК (химический символ As)- широко распространенный полуметалл, но по своей токсичности относится к ТМ.

-Элементарный мышьяк сравнительно мало ядовит, но обладает тератогенными свойствами (т.е. нарушает развитие эмбриона). Вредное воздействие на наследственный материал (мутагенность) оспаривается.

- Соединения мышьяка, чье медленное поглощение происходит через кожу, быстрое всасывание – через легкие и ЖКТ. Смертельная доза для человека – 0,15 -0,3г. Хронические отравления ими вызывают нервные заболевания, слабость, онемение конечностей, зуд, потемнение кожи, атрофию костного мозга, изменения печени. Соединения мышьяка однозначно являются канцерогенными для человека.

В пищевых цепях происходит накопление мышьяка, например, моллюски-двустворки содержат около 15, креветки – около 70, рыбы – 43-188 мг/кг. Содержание мышьяка в свинине примерно в 10 раз меньше, чем в говядине и телятине. Минеральные воды могут содержать 1-190 мкг/кг. ПДС (предельно допустимое содержание) мышьяка в питьевой воды -40 мкг/л.

КАДМИЙ (химический символ Cd) – блестящий белый тяжелый металл, получаемый попутно из цинковых руд (в среднем 3кг на 1т цинка). Согласно современным представлениям, он не является жизненно необходимым для человека химическим элементом. Напротив, при повышенном поступлении кадмия и его соединений в живые организмы они оказывают токсичное действие. Вдыхание воздуха в течение 8 часов при концентрации кадмия 5 мг/м³может привести к смерти. Многолетнее вдыхание воздуха с кадмий содержащей пылью вызывает заболевания печени и почек.

В Японии употребление риса и питьевой воды с высоким содержанием кадмия в течение длительного промежутка времени привело к тяжелым костным заболеваниям у многих людей. Как показали опыты на животных, кадмий, возможно, усиливает вредное воздействие свинца и ослабляет жизненно важную функцию цинка. В этих опытах кадмий обнаруживает также мутагенные и тератогенные свойства. Имеются основания считать кадмий и его соединения канцерогенными для человека.

Хлорид кадмия в форме аэрозолей (вдыхаемой пыли) однозначно проявил канцерогенные свойства в опытах над животными. Наиболее предрасположенным к заболеванию органом являются почки. Предельно допустимой считается концентрация кадмия в коре почек около 200 мг/кг. Биологический период полураспада – около 19 лет. Важнейший источник отравления кадмием - питание, а также курение. Средние оценки количества кадмия, попадающего в организм с пищей, колеблются от 6 до 94 мкг в день. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) считает ПДК в организме - 1 мкг кадмия в день на 1 кг массы тела. В районах с высокой плотностью населения содержание кадмия в почвах на более чем 20% территории повышено. Максимально допустимые значения кадмия в пищевых продуктах официально не узаконены. ПДК для питьевой воды 5мкг/л. ВОЗ стремится снизить ее до 1 мкг/л.

Для того чтобы оценить воздействие кадмия на здоровье, необходимо учитывать его концентрацию, потребляемое количество и его усвоение организмом. При попадании его в организм по пищевому тракту всасывание составляет 6%. Недостаток кальция, белка и железа усиливает всасывание его в организме. Кадмий накапливается в почках и печени. Если с пищей в организм попадает около 30 мкг в день, то усваивается из этого количества около 1,8 мкг. Из дыма 20 выкуренных сигарет усваивается около 1,1 мкг кадмия в день. Отложение его в организме у некурящих мужчин составляет около -15 мкг в день, у курящих около 30 мкг. Печень и почки курящих содержат в 2 раза больше кадмия (до 4-6 мкг/кг), чем те же органы некурящих (до 2- 3 мкг/кг). Кадмий не способен проникать сквозь барьер плаценты, и потому в теле новорожденных его содержится очень мало.

Ежегодный выброс кадмия в атмосферу во всем мире составляет около 8 тыс. т. (в т.ч. 5-10% из природных источников).

ХРОМ (химический символ Cr) – тяжелый металл. Входит в состав многих минералов. Является элементом, жизненно необходимым для живых организмов, по крайней мере, в виде определенных соединений. Как показывают опыты на животных, недостаток хрома приводит к диабету, артериосклерозу, нарушениям роста. Ценность или же вредность хрома для человека зависит от степени его окисления: соединения Cr⁶⁺ в 1000 раз токсичнее, чем более часто встречающиеся соединения Cr³⁺. Опасно также попадание хрома в организм через кожу.

Симптомы отравления: поносы, желудочные и кишечные кровотечения, тяжелейшие поражения печени и почек, спазмы. Опасность длительного контакта с соединениями Cr⁶⁺ состоит, прежде всего, в их канцерогенном и мутагенном воздействии. При обращении с такими соединениями, как триоксид хрома и хроматы свинца, кальция, стронция, хромикхроматы (Cr³⁺) и хроматы щелочных металлов (Cr⁶⁺), необходимо соблюдать большую осторожность. Вообще считается, что хроматы являются сильнодействующим повышенным фактором риска заболевания раком легких. Экземы, возникающие вследствие контакта с цементом, вызываются аллергической реакцией на соединения Cr⁶⁺. Основная масса хрома попадает внутрь организма с пищей и питьевой водой. С воздухом поглощается менее 0,001 мг/л. ПДК хрома для питьевой воды (ВОЗ) – 0,05 мг/л.

Применение: легирующий металл (хромовая сталь), гальванотехника, катализаторы, дубильные вещества, пропитка древесины и др. Хром - содержащие сточные воды и отработанный воздух во многих случаях представляют опасность для окружающей среды. В Германии и во Франции ежегодно из промышленных предприятий в воздух попадает около 700 т хрома, в воду – около 1000 т. Каждый год несколько сот тысяч тонн хрома попадают с моря. Биологически ценный хром содержится в неочищенном соке сахарного тростника и сахарной свеклы, в проращенных семенах пшеницы, в черном перце, в пивных дрожжах, в печени, в твороге и сыре. Организм человека содержит 5-20мг хрома.

ЦИНК (химический символ Zn) – тяжелый металл, жизненно необходимый для людей, животных и растений. Цинк содержится в организме человека в количестве 1,4-2,3 г. Дневная норма поступления его в организм 10-15 мг. Спутником цинка в природных минералах является кадмий. Цинк обнаруживает химическое родство с кадмием и ртутью, но по сравнению с ними относительно не токсичен. Вдыхание паров оксида цинка вызывает температуру, боли в суставах и мышцах, озноб и кашель, обильный пот и др. Хромат цинка – канцероген. Однако его канцерогенные свойства обусловлены хромом. ПДК в питьевой воде: ВОЗ - 5 мг/л, РФ - 1 мг/л, Германии – 2 мг/л.

Мировое производство – около 6 млн. тонн в год. Применение: гальваническое оцинкование изделий из железа и стали, компонент сплавов, цинк содержащий препарат батитрацин – кормовая добавка для ускоренного роста свиней и птицы. Важнейшим соединением является оксид цинка, используемый в фотокопировальных установках, глазурях и др.

Выбросы цинка в воздух обусловлены, главным образом, черной металлургией и автотранспортом (на долю последнего приходится 23%, т.к. в резине автопокрышек содержится 1,5% цинка.)

НИКЕЛЬ (химический символ Nj). В зависимости от того, в каком физическом или химическом состоянии он находится, никель может быть более или менее ядовитым. Для некоторых животных он является жизненно важным.

Его соединения могут вызывать аллергию, некоторые соединения никеля причисляются к канцерогенам. В Бельгии, Нидерландах и США уже сам процесс его производства считаются потенциально канцерогенным.

Применение: известно свыше 3000 сплавов никеля (кухонная посуда, столовые приборы, монеты, турбины и др.), никель - кадмиевые аккумуляторы, катализаторы.

МЕДЬ (химический символ Cu) – тяжелый металл, относится к числу полу благородных. Чистая медь имеет светло-красный цвет, безопасна при попадании внутрь организма по пищеварительному тракту. Возможные отравления связаны с примесями свинца или мышьяка. Для человека медь жизненно необходима. Он ежегодно получает с пищей до 5 мг меди и ее соединений, из которых, поглощается организмом лишь около 5%. В первый год жизни ребенок должен получать с пищей не более 0,5-0,7 мг меди.

Для низших растений (водорослей, грибков, бактерий) медь является сильным ядом, т.к. она в кислой среде образует следовые концентрации растворимых солей (Cu²⁺).

ПДК на содержание меди в питьевой воде не установлена. Рекомендация ВОЗ – 0,05 части на млн., в СССР принята ПДК 0,1 части на млн.

Зерновые культуры и молоко сравнительно бедны медью, мясо, особенно внутренние органы (печенка и др.), рыба, орехи, какао, зеленые овощи и красное вино обогащены.

Мировое производство меди превышает 7 млн. тонн в год. Применение – около 50% в электротехнической промышленности и для чеканки монет. При получении меди из руд выделяется значительное количество вредных веществ.

Тестовые задания

1.Какие основные источники поступления ТМ в атмосферу:

а) аэрозоли природного происхождения;

б) минеральные удобрения;

в) органические удобрения;

2.Какие главные природные источники аэрозолей: