Проблемы загрязнения биосферы и ее экологическое значение

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 опасности воздействия  тяжелых металлов на организм человека, в России не снижается, а постепенно увеличивается численность контингентов, имеющих профессиональный контакт  со свинцом. 
Случаи свинцовой хронической интоксикации зафиксированы в 14 отраслях промышленности России. Ведущими являются электротехническая промышленность 
(производство аккумуляторов), приборостроение, полиграфия и цветная металлургия, в них интоксикация обусловлена превышением в 20 и более раз предельно допустимой концентрации (ПДК) свинца в воздухе рабочей зоны.

Значительным  источником свинца являются автомобильные  выхлопные газы, так как половина России все еще использует этилированный  бензин. 
Однако металлургические заводы, в частности медеплавильные, остаются главным источником загрязнений окружающей среды. И здесь есть свои лидеры. 
На территории Свердловской области находятся 3 самых крупных источника выбросов свинца в стране: в городах Красноуральск, Кировоград и Ревда.

Дымовые трубы  Красноуральского медеплавильного завода, построенного еще в годы сталинской индустриализации и использующего оборудование 1932 года, ежегодно извергают на 34-тысячный город 150 -170 тонн свинца, покрывая все свинцовой пылью.

Концентрация  свинца в почве Красноуральска варьируется  от 42,9 до 790,8 мг/кг при предельно допустимой концентрации ПДК=130 мк/кг. Пробы воды в водопроводе соседнего пос. Октябрьский, питаемого подземным водоисточником, фиксировали превышение ПДК до двух раз.

Загрязнение окружающей среды свинцом оказывает влияние  на состояние здоровья людей. Воздействие  свинца нарушает женскую и мужскую  репродуктивную систему. Для женщин беременных и детородного возраста повышенные уровни свинца в крови  представляют особую опасность, так  как под действием свинца нарушается менструальная функция, чаще бывают преждевременные роды, выкидыши и  смерть плода вследствие проникновения  свинца через плацентарный барьер. У новорожденных детей высока смертность.

Отравление свинцом  чрезвычайно опасно для маленьких  детей - он действует на развитие мозга  и нервной системы. Проведенное  тестирование 165 красноуральских детей от 4 лет выявило существенную задержку психического развития у 75,7%, а у 6,8% обследованных детей обнаружена умственная отсталость, включая олигофрению.

Дети дошкольного  возраста наиболее восприимчивы к вредному воздействию свинца, поскольку их нервная система находится в  стадии формирования. Даже при низких дозах свинцовое отравление вызывает снижение интеллектуального развития, внимания и умения сосредоточиться, отставание в чтении, ведет к развитию агрессивности, гиперактивности и другим проблемам в поведении ребенка. Эти отклонения в развитии могут носить длительный характер и быть необратимыми. Низкий вес при рождении, отставание в росте и потеря слуха также являются результатом свинцового отравления. Высокие дозы интоксикации ведут к умственной отсталости, вызывают кому, конвульсии и смерть.

Белая книга, опубликованная российскими специалистами, сообщает, что свинцовое загрязнение покрывает  всю страну и является одним из многочисленных экологических бедствий в бывшем Советском Союзе, которые  стали известны в последние годы. Большая часть территории России испытывает нагрузку от выпадения свинца, превышающую критическую для  нормального функционирования экосистемы. В десятках городов отмечается превышение концентраций свинца в воздухе и  почве выше величин, соответствующих  ПДК.

Наибольший уровень  загрязнения воздуха свинцом, превышающий  ПДК, отмечался в городах Комсомольск-на-Амуре, Тобольск, Тюмень, Карабаш, 
Владимир, Владивосток.

Максимальные  нагрузки выпадения свинца, ведущие  к деградации наземных экосистем, наблюдаются  в Московской, Владимирской, Нижегородской, 
Рязанской, Тульской, Ростовской и Ленинградской областях.

Стационарные  источники ответственны за сброс  более 50 тонн свинца в виде различных  соединений в водные объекты. При  этом 7 аккумуляторных заводов сбрасывают ежегодно 35 тонн свинца через канализационную  систему. 
Анализ распределения сбросов свинца в водные объекты на территории России показывает, что по этому виду нагрузки лидируют Ленинградская, Ярославская, 
Пермская, Самарская, Пензенская и Орловская области.

В стране необходимы срочные меры по снижению свинцового загрязнения, однако пока экономический  кризис России затмевает экологические  проблемы. В затянувшейся промышленной депрессии Россия испытывает недостаток средств для ликвидации прежних загрязнений, но если экономика начнет восстанавливаться, а заводы вернутся к работе, загрязнение может только усилиться.

10 наиболее загрязненных  городов бывшего СССР

(Металлы приведены  в порядке убывания уровня  приоритетности для данного города)

|1. Рудная Пристань (Примор. край)|свинец, цинк, медь, марганец+ванадий,| 
| |марганец. | 
|2. Белово (Кемеровская область) |цинк, свинец, медь, никель. | 
|3. Ревда (Свердловская область) |медь, цинк, свинец. | 
|4. Магнитогорск |никель, цинк, свинец. | 
|5. Глубокое (Белоруссия) |медь, свинец, цинк. | 
|6. Усть-Каменогорск (Казахстан) |цинк, медь, никель. | 
|7. Дальнегорск |свинец, цинк. | 
|(Приморский край) | | 
|8. Мончегорск (Мурманская обл.) |никель. | 
|9. Алаверди (Армения) |медь, никель, свинец. | 
|10. Константиновка (Украина) |свинец, ртуть. |

3. КИСЛОТНЫЕ  ДОЖДИ

Термином "кислотные  дожди" называют все виды метеорологических  осадков 
- дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 
5.6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO2) и окислы азота (NОx) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды. Впервые термин 
«кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом 
Смитом. Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и растительности. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.