Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды

Подождите немного. Документ загружается.

антропогенных ландшафтов и степень их концентрации [27]

Серебро

0,24

0,51

—

0,12

0,3

К,

0,8

1,7

—

0,4

Кадмий

0,5

3,7

1325

130

6,2

до 9

0,4

0,07

7,1

18929

1857

88,6

285

до 129

5,7

Ртуть

0,14

0,49

—

0,08—1

0,04

0,01

К,

—

8—100

Свинец

0,7

4,2

175

6,9

—

20—40

0,2

К,

3,5

875

34,5

—

100—200

6,5

рации относительно фонового содержания,

«—»

— данные отсутствуют

Общая оценка последствий загрязнения водных систем

Техногенное воздействие, связанное с городами, привело к рез-

кому и быстрому изменению геохимического состояния водных

систем во многих районах мира. Это проявилось в многократном

увеличении содержаний широкого комплекса химических эле-

ментов (в том числе токсичных) в различных компонентах вод-

ных объектов (табл. 56, 57).

Постоянно растущее

водопотребление

урболандшафтах

при-

водит к увеличению объемов сбрасываемых в поверхностные

водные системы сточных вод. Сток крупных рек, протекающих по

урбанизированным районам промышленно развитых стран, обыч-

но в среднем на

10—20%

состоит из сточных вод, а в периоды

межени — в еще большей степени. Небольшие реки в индустри-

альных районах состоят на

30—40%

(иногда на 90%) из сточных

вод городов. Так, в США к категории наиболее загрязненных

относятся 72% всех водных объектов страны. В Нидерландах

сильно загрязнены 95% вод, в

Швейцарии

—

75%, в

ГДР

—

87%, в Болгарии — 46%, Испании — 37%, ПНР — 35%, в Авст-

ралии—

27%. Аналогичная картина наблюдается и в других

странах [6,

50].

В то же время экономические и

эколого-гигиенические

послед-

ствия загрязнения водных систем в урболандшафтах выявлены

и изучены недостаточно полно. Во многих экспертных оценках,

191

Таблица

57. Содержание химических элементов в донных отложениях водотоков

Водоток

Гранд-Калумет,

США

р. Мала

Панев,

ПНР

р. Мала Панев, ПНР

р. Эльба, ФРГ

р. Гудзон, США

р.

Тама,

Япония

р. Рейн в нижнем течении

р.

Бяла

Пжемша,

ПНР

р.

Кер'д'Ален,

Франция

Источник загрязнения

Крупный сталелитейный за-

вод

Цинковый завод

Химический завод

г. Гамбург

Производство батарей

Крупный урбанизированный

район

Крупный

промышленно-ур-

банизированный

район

Металлургические предпри-

ятия, производство серной

кислоты

Горнодобывающая и метал-

лургическая промышлен-

ность, добыча и производст-

во

РЬ

и 2п

Хром

—

359

—

397

—

Кс

—

4,1

—

4,4

—

Медь

—

359

104

2600

376

156

115

К,

—

2,3

57,8

8,4

1,2

2,6

Примечание С - содержание химического элемента,

мг/кг;

— коэффициент

концент

ствуют

как правило, речь идет о потенциальном риске и уровне, кото-

рые в полной мере смогут проявиться лишь в дальнейшем. Но

более тщательный анализ проблемы взаимодействия «город —

водоток» позволяет выявить ряд проблемных ситуаций, которые

уже в настоящее время имеют негативные последствия.

Во многих районах мира города и связанные с ними промыш-

ленные предприятия испытывают существенную нехватку воды

высокого качества. Это связано с тем, что в результате техно-

генного загрязнения из хозяйственно-питьевого и промышленного

водопользования изымаются крупные водные системы либо ис-

пользование их вод очень затруднено и требует больших мате-

риальных затрат. Качество водопроводной питьевой воды су-

щественно зависит от качества исходной воды. Существующие

технологии очистки питьевой воды малоэффективны в отношении

многих загрязняющих веществ и особенно металлов. Более того,

во многих случаях разбавление сточных вод, сбрасываемых в

малые реки, очень незначительно. Поэтому в крупных агломера-

циях при небольших расстояниях от пункта сброса стоков до

пункта водопользования, когда нельзя ожидать существенного

самоочищения воды (для металлов практически

невозможного),

сточные воды почти в неизменном виде используются в самых

различных целях. В результате подпитки и инфильтрации

возможно загрязнение вод аллювиальных горизонтов, которые

во многих районах широко используются для питьевого водо-

снабжения.

Загрязнение негативно сказывается не только на состоянии вод

192

антропогенных

ландшафтов и степень их концентрации [27]

Цинк

2060

3000

5000

2499

388

1700

1098

2000

3800

Кс

21,7

31,6

52,6

21,3

4,1

17,9

11,5

21,1

Кадмий

7,85

15,2

116

16,9

908

9,8

—

Кс

26,2

50,7

386

56,3

3026

32,6

—

143,3

Ргуть

—

16,9

—

К,

—

42,3

—

Свинец

811

200

150

262

179

370

333

500

3700

Кс

40,6

7,5

13,1

18,5

16,5

185

рации относительно среднего содержания в осадочных породах,

«—»

— данные

отсут-

как экономического ресурса, но и оказывает воздействие на цен-

ности, не имеющие прямой экономической оценки. Это прежде

всего урон, наносимый водным

системам,

используемым

для^

рек-

реационных целей, что связано не только с ухудшением их эс-

тетического состояния, но и с прямой угрозой для здоровья

людей. В настоящее время уже есть попытки экономических

оценок влияния загрязнения на рекреационные ресурсы водных

систем. Например, ущерб для рекреационных ресурсов в резуль-

тате загрязнения вод в 1973 г. в США оценивался в 6,3 млрд

долларов. Особую опасность представляет загрязнение водных

систем в районах крупных курортных зон. В частности, авторы

наблюдали,

как в результате загрязнения поверхностных вод бы-

товым стоком города, гидравлически связанных с подземными,

происходило загрязнение минеральных вод, широко используе-

мых в бальнеологических целях.

В последние годы интенсивно развивается орошение сельско-

хозяйственных угодий на местном стоке. Применение загрязнен-

ных стоками городов речных вод для полива приводит к накоп-

лению токсичных элементов в сельскохозяйственных почвах и

продукции. Аналогичные явления могут отмечаться и при разли-

вах рек во время половодий и паводков. Все это увеличивает

вероятность попадания загрязняющих веществ в организм чело-

века. Уже известны случаи отравления людей и сельскохозяйст-

венных животных, употреблявших в пищу растения, орошаемые

загрязненными речными водами.

Техногенное

воздействие приводит к изменению

биогеохими-

193

ческих

циклов и существенной перестройке водных биоценозов.

Способность

гидробионтов

аккумулировать химические элементы

более или менее пропорционально их содержаниям в воде и

донных отложениях приводит к обогащению пищевой цепи ток-

сичными элементами, что в конечном итоге способствует нару-

шению естественных циклов химических элементов и деградации

водных экосистем. Живыми

'организмами,

испытывающими воз-

действие загрязнения, прежде всего являются

гидробионты,

со-

вокупность которых не в меньшей степени, чем физико-химиче-

ские факторы, определяет качество воды.

Пресные воды — биокосные системы. Влияние изменений в

гидробионтах

сказывается далеко не сразу. Эти процессы сейчас

являются предметом интенсивного изучения, но, к сожалению,

прямые корреляции биогеохимических параметров с геохимиче-

скими характеристиками потоков в водотоках пока еще очень

мало известны.

В ряде случаев прослеживается связь с накоплением хими-

ческих элементов в водах и биогеохимическими реакциями чело-

века или животных. К сожалению, отработанной методики иссле-

дований, позволяющей получить достоверные данные, до сих

пор нет. Наиболее разработаны подходы к изучению вопросов

эпидемиологии — влияния микробного загрязнения вод на инфек-

ционную заболеваемость населения

[44].

Широко известны случаи

массового

отравления людей в

Японии в районе залива

Минамата

и в Ниигата, которые были

вызваны промышленными сбросами ртутных соединений химиче-

скими заводами по синтезу

ацетатальдегида

винилхлорида,

что

привело к накоплению ртути в промысловой рыбе, крабах, уст-

рицах. При употреблении в пищу таких продуктов возникали

симптомы поражения центральной нервной системы, паралич,

потеря слуха, разума, зрения. К 1974 г. в

Минамате

б"ыло

выяв-

лено более 700 случаев ртутных отравлений и более чем 500

случаев в Ниигате. Признаки болезни Минамата, а также случаи

отравления людей другими химическими элементами в результате

загрязнения природных вод известны и в других районах мира.

Таким образом, загрязнение водных систем в городах при-

водит к невозможности использования их ресурсов в самых

различных целях (питьевого, промышленного и сельскохозяйст-

венного водоснабжения, рекреации), увеличивает вероятность

воздействия токсичных элементов на живые организмы и челове-

ка, вызывая у них отрицательные биогеохимические реакции, а в

отдельных случаях — даже гибель.

3.4. БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ И ГЕОГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКИ

ТЕХНОГЕННЫХ АНОМАЛИЙ

Окружающая среда современных индустриальных городов —

искусственно созданная среда обитания. Химический состав ат-

мосферного воздуха, вод, уровень шума, электромагнитных

полей, ультрафиолетовой радиации и другие факторы в городах

резко отличаются от природных условий, в которых ранее су-

ществовало человечество. Поступление химических элементов в

организм человека происходит с продуктами питания, водой и

воздухом. Но в условиях большинства городов доминирующее

значение приобретает ингаляционный путь. Это связано с тем,

что качество питьевой воды в большинстве городов является бо-

лее стабильным фактором, чем состав атмосферного воздуха.

Если иногда наблюдаются значительные отклонения в химиче-

ском составе воды, связанные с его природной вариацией или

антропогенным преобразованием источников водоснабжения, то

обычно это относится ко всей территории города или к его очень

крупным частям. Нивелируется в городе и влияние состава про-

дуктов питания, так как они поступают из различных источников

и в городах обычно смешиваются. Даже если в общий «котел»

города и поступают продукты с отклонениями от нормального

микроэлементного состава, то, как правило, они рассеиваются по

всей территории.

Для небольших городских поселений возле крупных промыш-

ленных предприятий с расположением водозаборных сооружений

в зоне влияния выбросов или золоотвалов, возможны случаи, когда

избыточные количества металлов или других загрязняющих

веществ проникают в питьевую воду. Повышенное поступление

токсичных веществ по всем основным путям с воздухом, питье-

вой водой и продуктами питания наиболее вероятно в рабочих

поселках около крупных металлургических, горнодобывающих

и химических производств, где люди живут в зонах интенсивных

аэрогенных аномалий. Здесь же расположены источники водо-

снабжения и жители широко применяют продукты питания из

подсобных хозяйств.

Для оценки воздействия на человека геохимической обста-

новки в городах необходимо понять закономерности проникно-

вения техногенных геохимических потоков в организм человека

и установить их влияние на изменение его микроэлементного

статуса. Таким образом, необходимо создание индикационной

биогеохимической модели «техногенная аномалия — организм

человека». Формирование такой модели возможно на основе изу-

чения диагностических биосубстратов (кровь, волосы, моча и

другие) населения в городах различного типа и техногенного воз-

действия различной интенсивности. Наличие биогеохимических

связей в системе «среда — человек» обосновывает

принципиаль-

195

Таблица

58 Содержание свинца, кадмия, меди и цинка в волосах населения

Регион (ландшафт)

Нечерноземный

(равнинный)

Центральночерноземный (равнин-

ный)

Закавказский (горно-долинный)

Закавказский (горный)

Крым (горно-долинный)

Среднее значение по регионам

Число проб

дети

136

236

взрослые

105

Свинец

дети

3,58

0,34

7,24

0,96

4,0

0,54

4,8 +

0,74

4,8+1,7

4,4

0,31

взрослые

2,97

0,46

3,07

0,6

1,83

0,22

3,3 +

0,5

2,7

+ 0,5

ную

возможность перехода к изучению состояния здоровья

человека и, в последующем, к формированию

эколого-геохими-

ческих

моделей городов, в рамках которых можно провести

геогигиеническое структурирование территорий с выделением

групп населения повышенного риска.

Биогеохимические особенности организма человека в городе

Изучению микроэлементного состава тех или иных диагности-

ческих органов и тканей посвящено уже довольно много иссле-

дований. Особенно детально изучается микроэлементный состав

волос — доступного для массовых исследований диагностическо-

го биосубстрата, чутко отражающего уровень поступления хи-

мических элементов в организм

[28].

Тем не менее работы,

показывающие связь микроэлементной структуры организма с

химическими характеристиками окружающей среды, пока не-

многочисленны. Практически не изучено влияние

ландшафтно-

климатических

ландшафтно-геохимических

характеристик

природной геохимической неоднородности окружающей среды.

Особенно мало исследований, посвященных фоновой характерис-

тике распределения химических элементов в биосубстратах.

Совершенно ясно, что понятие о «фоновом содержании» при-

менительно к биосубстратам человека весьма условно. Природной

«биологически обусловленной» картины распределения хими-

ческих элементов в организме человека наблюдать, вероятно,

уже не удастся. Использование в качестве эталона сравнения

при анализе бионакопления химических элементов в

городах,

состав биосубстратов у сельских жителей не всегда правомерно

из-за резкого

различия

характера используемых продуктов пита-

ния и источников водоснабжения.

В табл. 58 приведены данные по содержанию наиболее рас-

пространенных в техногенных геохимических аномалиях тяжелых

металлов

(РЬ,

СМ, Си и

2п)

в образцах волос взрослых и

детей,

проживающих в различных ландшафтных зонах СССР.

196

«фоновых»

районов городов различных регионов,

мкг/г

Кадмий

дети

0,19

0,07

0,38

0,10

0,15

0,03

0,35

0,06

0,30

0,07

0,24

0,04

взрослые

0,26

0,03

0,27

0,05

0,34

0,11

0,30

0,03

0,29

0,07

Медь

дети

11,0

0,35

10,1+0,5

10,1+0,46

10,5

0,38

14,1+0,32

11,1+0,43

взрослые

14,3

+ 0,7

13,3+1,8

12,3+1,0

26,3

+ 3,9

15,1

1,85

Цинк

дети

132,8

22,0

131,5

7,1

121,4

6,1

155,7

+ 3,9

147,0

86,0

135,8

2,1

взрослые

195,3+10,0

198,6

+ 8,3

166,0+11,1

212,0+10,0

190,2+12,0

Отметим, что среди перечисленных элементов два

(РЬ

С<1)

являются высокотоксичными, а два (Си и 2п) — биологически

важными. Отметим также, что в окружающей среде изученных

территорий кадмий, цинк и медь имели надежные фоновые ха-

рактеристики. В отношении свинца имеются определенные сомне-

ния, так как в любых городах некоторое количество автотранс-

порта с выбросом свинца всегда имеется.

Приведенные материалы показывают некоторые различия в

биоконцентрациях этих элементов. Для всех элементов, кроме

свинца, содержания у детей и взрослых в фоновых условиях

Таблица 59 Содержание химических элементов в волосах детей фоновых

районов городов различных регионов, мкг/г

Элемент

Натрий

Алюминий

Скандий

Титан

Ванадий

Хром

Марганец

Железо

Кобальт

Мышьяк

Селен

Бром

Рубидий

Серебро

Сурьма

Теллур

Лантан

Церий

Самарий

Европий

Золото

Ртуть

Нечерноземье (я

20)

х,

мкг/г

12,01

1,16

12,8+1,27

0,007 + 0,001

7,09

0,50

0,07

0,014

0,62

0,20

0,27

0,04

18,5+1,86

0,07 + 0,009

0,16

0,02

0,42

0,03

2,13

0,05

1,80

0,31

0,16

0,02

0,18

0,07

0,52

0,08

0,039 + 0,003

0,09

0,03

0,004 + 0,0004

0,014

0,001

0,006 + 0,001

0,99

0,14

о, %

144

174

149

Закавказье

(п

= 33)

X, МКГ/Г

28,3

2,54

14,7+1,82

0,004 + 0,001

—

0.65

0,07

0,53

0,08

21,7

2,21

0,04 + 0,004

0,14

0,02

0,58

0,04

2,81+0,35

1,40

0,17

0,15

0,03

0,12

0,04

—

0,044 + 0,005

—

0,009 + 0,001

—

0,06

0,015

1,06

0,17

144

—

115

109

—

144

197

различаются слабо. Для свинца во всех случаях наблюдается

повышенное (в

1,5—2,0

раза) содержание в волосах детей. Объяс-

нить это явление можно тем, что накопление токсичных эле-

ментов в молодом растущем организме в результате активных

метаболических процессов происходит более интенсивно.

Для описываемой группы элементов в пределах изученных

случаев ландшафтных различий в распределении содержаний не

отмечается. На основе

нейтронно-активационного

анализа про-

ведено сопоставление распределения большой группы элементов

в двух районах, контрастно отличающихся по климатическим

ландшафтно-геохимическим

характеристикам (табл. 59). Мы

видим, что большинство редких элементов содержится в близких

концентрациях. Однако для

Ыа,

Мп,

а также 5е, Аи, 5п за-

фиксировано контрастное увеличение в волосах детей из субарид-

ной зоны

(Закавказье),

тогда как Со и 5с имеют более высокие

содержания у детей из

гумидной

зоны

(Нечерноземье).

В табл. 60 сведены данные по содержаниям химических эле-

ментов в волосах взрослого населения из разных стран (всюду

приведены результаты нейтронно-активационного анализа).

Имеющиеся сведения не позволяют дать

ландшафтно-геохими-

ческие

интерпретации этим данным. Тем не менее, результаты

позволяют оценить наблюдаемые пределы вариации фоновых

содержаний. Интересно отметить, что для Канады демонстри-

руется широкая вариация фоновых содержаний по ряду макро-

элементов окружающей среды

(Ыа,

Са,

А1,

ТМ,

Мп), а также

некоторым микроэлементам (Аи,

А§,

Аз,

Вг).

Это позволяет

предположить более важную, чем нам представляется значимость

ландшафтных факторов в биоконцентрировании химических эле-

ментов.

Биогеохимическое исследование влияния загрязнения окру-

жающей среды города проведено для ряда групп населения,

контрастно отличающихся по условиям воздействия на них по-

токов загрязненного воздуха.

Максимально возможные уровни накопления изучались на

примере рабочих, имеющих профессиональный контакт с хими-

ческими элементами. Биоконцентрирование для наиболее высоких

уровней загрязнения окружающей среды изучалось на рабочих

и служащих тех же предприятий, не связанных по условиям

работы с

профвредностью.

Эта группа рабочих обычно находится

в ядрах формируемых геохимических аномалий.

Кинетика биоконцентрирования исследовалась на сопряжен-

ных выборках детей и взрослых, проживающих на различных

расстояниях от источников выбросов.

Биогеохимические последствия загрязнения окружающей

среды городов изучены как в условиях многоотраслевых городов,

так и на примере серии производств, где прослеживается цепь

получения, переработки и использования таких токсичных

эле-

198

Таблица

60. Микроэлементный состав волос взрослого населения разных стран мира,

мкг/г

Химический

элемент

Натрий

Алюминий

Кальций

Скандий

Титан

Ванадий

Хром

Марганец

Железо

Кобальт

Мышьяк

Селен

Бром

Рубидий

Серебро

Сурьма

Теллур

Лантан

Церий

Самарий

Европий

Золото

Ртуть

Европа

СССР (Нечерно-

земный регион)

12,9

0,75

9,04+1,31

678+161

0,0098 + 0,0015

4,35

0,55

0,033 + 0,020

1,09

0,10

0,66

0,18

87 +

20,5

0,13

0,014

0,09

0,010

0,50

0,04

2,37

0,70

1,97

0,016

0,18

0,02

0,10

+ 0,007

0,63

0,07

0,085 + 0,014

0,18

0,02

0,009 + 0,002

0,001+0,0005

0,020 + 0,008

1,81+0,15

ГДР

17,7

—

0,54

1,34

0,38

—

0,31

—

0,24

—

0,019

—

Италия

—

0,9—1,7

—

30—60

0,1—0,3

—

0,3—0,7

—

2,0

0,6

0,05

—

1,5—2,2

ПНР

560

—

0,18

2,07

1,42

145

0,56

0,14

0,98

2,7

—

0,59

0,26

—

0,054

—

0,036

—

Бельгия

5!0

—

0,062

—

1,20

0,13

0,11

0,80

3,0

—

0,80

0,15

—

0,037

—

Америка

США

289

1854

0,07

—

0,05

1,6

2,6

30,0

0,30

1,9

1,3

8,0

—

0,41

0,7

—

0,06

—

0,15

6,3

Канада

516—1205

3,7—9,0

135—1150

—

3,9—24,0

—

1,3—2,0

1,7—8,8

73—100

0,24—0,34

0,06—1,2

0,48—0,79

0,2—2,1

0,20—0,23

0,4—2,56

—

0,49—0,83

—

0,001—0,005

1,1

— 1,5

Азия

Индия

—

0,46

3,36

0,07

0,038

1,28

—

0,68

0,12

—

0,66

—

Южная

Корея

7,49

1630

—

0,22

2,3?

3,54

152

0,48

0,27

—

3,45

—

0,60

—

0,025

—

0,041

1,88

Япония

790

0,006

—

0,03

0,58

0,48

0,042

0,085

0,70

7,0

—

0,27

0,078

—

0,024

—

0,004

0,003

0,01

3,9

Паки-

стан

—

1,42

4,27

5,11

0,33

0,26

1,03

—

0,47

0,15

—

0,31

1,73

Примечание:

«—»

— данные отсутствуют

ментов как

РЬ,

Сс1

Н§.

С этой целью обследовано население,

проживающее в окружении различных источников загрязнения

(металлургические комбинаты, машиностроительные заводы,

производства аккумуляторов, минеральных красок, термометров,

минеральных удобрений). Перечисленные выше элементы отно-

сятся к первому классу опасности и входят в списки приори-

тетных загрязняющих веществ, подлежащих обязательному конт-

ролю по рекомендациям ВОЗ и Программы ООН по охране

окружающей среды. Рассмотрим закономерности накопления в

организме человека этих химических элементов.

Свинец. В организм человека большая часть свинца посту-

пает с пищей,

может попадать с питьевой водой и

0,1%

— из

атмосферного воздуха. Курильщики получают дополнительно по

мкг

свинца от каждой сигареты. Неорганические соединения

свинца всасываются при прохождении через респираторный и

желудочно-кишечный тракты. Количество свинца, задерживае-

мого в респираторном тракте или проникающего через него в

кровь, зависит от размера частиц и частоты дыхания. Крупные

частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкие

поступают в легкие, где и осаждается 30% достигающего их

свинца

[42].

Большая часть свинца выводится из организма через желу-

дочно-кишечный тракт. Часть элемента элиминируется с желчью,

мочой, волосами. Выведение свинца из организма происходит

медленно, что способствует его накоплению в органах и тканях

человека. Преодолев биологический барьер (альвеолярную стен-

ку легких или слизистую оболочку кишечника), свинец попадает

в кровоток, где большая часть его (95%) связывается с эрит-

роцитами.

Воздействие свинца на организм человека проявляется преж-

де всего в нарушении синтеза гемоглобина и отклонениях пока-

зателей состояния нервно-психической системы. Важно отметить,

что установленные в ряде работ психоневрологические изменения

у детей могут быть связаны с воздействием свинца на организм

матери. У беременных женщин, которые использовали воду с

повышенным содержанием свинца или подвергались влиянию

этого металла на производстве, концентрации свинца в крови, а

также в плаценте, крови и пупочном канатике новорожденного

достоверно выше, чем в контрольной группе. Свинец может

поступать в организм ребенка и с молоком кормящей матери.

Между концентрацией свинца в молоке матери и крови ребенка

обнаружена прямая корреляция.

Вопросы накопления свинца в биосубстратах, определение

связей между биоконцентрациями и показателями воздействия

на состояние здоровья населения широко освещены в литературе.

Основные результаты проведенных работ содержатся в резюми-

рующем документе международной группы экспертов ВОЗ

[42].

200