Зверев В.Л. Экология России. Проблемы природопользования и среды обитания. Краеведение. Учебные практикумы

Подождите немного. Документ загружается.

181

Кобальтом богаты растительный продукты - красные перец, щавель,

редька, зеленый лук, свекла, лесные орехи, капуста, картофель, морковь.

Наибольшими содержаниями витамина B

обладают мясные продукты - печень,

почки, говядина, съедобные моллюски.

Молибден.

Молибденом в древности называли "пишущие" минералы - графит,

галенит, молибденит. В 1778 году знаменитый шведский химик К.В.Шееле

получил из молибденита молибденовую кислоту. Опыт по восстановлению

кислоты до металла К.В.Шееле попросил выполнить своего коллегу Г.Я.Гельма,

который в высокотемпературной печи приготовил

металлический молибден.

В 1920-х годах кристалл молибденита использовали в качестве

детектора слышимости в детекторных /безламповых/ радиоприемниках. Сейчас

молибденит находит применение наряду с графитом, как высокотемпературная

смазка.

Металлический молибден применяют в электровакуумной /молибденовое

стекло, электроды, рентгеновые трубки, радиолампы/ технике, космической и

атомной промышленности. Молибден и его соли служат катализаторами

химических

и нефтеперерабатывающих производств, их используют в

керамической, кожевенной, текстильной промышленности.

Известно 20 молибденовых минералов, но почти весь металл добывают из

дисульфида молибденита или молибденового блеска MoS

. Промышленные

концентрации молибденита генетически связаны с кислыми гранитными

породами, образуя скарновые, грейзеновые и гидротермальные месторождения.

В России молибденовые месторождения разрабатываются в Забайкалье

182

/Жирекенское, Давендинское/, на Северном Кавказе/Тырнауз/, в Красноярском

крае /Сорское/, Горном Алтае, на Дальнем Востоке.

Основной потребитель молибдена - металлургическое производство сталей

и сплавов. Легированные молибденом конструкционные стали обладают высокой

прочностью, жаростойкостью, коррозионной устойчивостью. Они используются в

авиационной и автомобильной промышленности. Из особо прочных и пластичных

сталей делают броневые листы, орудийные

стволы, котлы высокого давления,

турбины, судовые валы, подшипники.

Впервые легированную молибденовую сталь выплавили на Путиловском

заводе в Санкт-Петербурге в 1885году, а в 1900 году на всемирной выставке в

Париже демонстрировались резцы из молибденовой стали, которые закаливались

во время работы. Однако, как выяснил русский металлург П.П.Амосов,

молибденовая сталь еще в

глубокой древности использовалась для изготовления

булатных мечей.

Кларк молибдена в литосфере составляет 1,5•10

-4

%, увеличиваясь от

основных пород к кислым. В зоне гипергенеза молибденит легко окисляется,

образуя легкорастворимые силикаты и молибдаты, которые образуют вторичные

минералы и мигрируют с поверхностными водами. С органическими веществами

молибден образует металлоорганические комплексы, в виде которых он

накапливается в каустобиолитах и фосфоритах в осадочном процессе.

Геохимически молибден проявляет литофильные и

халькофильные

свойства, в основном определяемые его миграцией в анионных формах.

Среднемировой уровень молибдена в почвах составляет 2 мг/кг, увеличиваясь в

районах развития гранитных пород и богатых органикой сланцев. Очевидно,

183

поведение молибдена в почвах определяется его взаимодействием с органическим

веществом и гидрооксидами железа. Поглощение молибдена растениями зависит

от кислотности и влажности, поэтому на щелочных почвах он относительно

доступнее, чем в условиях пониженной кислотности, особенно при высоком

содержании оксидов железа.

Антропогенное загрязнение молибденом связано о горнодобывающей

деятельностью, предприятиями цветной металлургии, металлообработкой, а

также нефтеперегонными заводами. Использование угольной золы тепловых

электростанций для мелиорации почв должно сопровождаться микроэлементным

мониторингом, поскольку щелочная реакция золы резко увеличивает поглощение

молибдена растительностью.

Молибден жизненно необходим растениям, животным и человеку. В

растениях молибден участвует в азотном обмене деятельностью фермента -

молибденсодержащей нитрогеназы, а также способствует синтезу белка в виде

фермента

нитратредуктазы, которая является по строению

молибдофлавопротеином. Недостаток молибдена в растениях вызывает

накопление нитратов, угнетает образование аминокислот, что ведет к

уменьшению синтеза хлорофилла, увяданию листьев, снижению плодоношения.

У травоядных животных может насупить молибденовый токсикоз или

молибденозис, когда растительность накапливает подвижные формы молибдена

на щелочных почвах. На развитие молибденового токсикоза влияет пониженное

отношение

Cu/Mo в подножном корме и низкий уровень сульфат-иона в почве.

В организме животных молибденсодержащий фермент ксантиноксидаза

регулирует превращение пуриновых оснований в мочевую кислоту. Избыток

184

молибдена в организме человека повышает ферментативную активность, что

вызывает патологию в виде подагры и др. Потенциально токсичным для человека

считается физиологический уровень молибдена в пределах 5-20 мг/кг.

Экологическая опасность молибдена относительно невелика. В обогащенных

молибденом биогеохимических провинциях /например, в Армении/ среди

местного населения распространена эндемическая подагра, как результат избытка

молибдена в

почвах.

Мышьяк.

Мышьяк используется в медицине, металлургии, сельском хозяйстве

/борьба с грызунами, насекомыми/ с Ш-П тысячелетий до н.э. Токсичность

неорганических соединений мышьяка также знакома людям с древнейших

времен. Особенно известен своей токсичностью оксид трехвалентного мышьяка

, называемый "белый мышьяк". С середины 1970-х гг., когда соединения

мышьяка стали применяться в микроэлектронике, радиоэлектронике, голографии

и волоконной оптике, появились исследования экологических свойств мышьяка,

изучение его биологической активности. Одновременно в передовых странах

ужесточились меры экологического контроля, уменьшилось использование

мышьяка в сельском хозяйстве.

Известно свыше 160 минералов, содержащих мышьяк, в основном в

виде

сульфидов и реже оксидов: реальгар - As

, аурипигмент - As

, арсенопирит -

FeAsS, скородит - Fe

AsO

•H2O, теннантит - 3Cu

SAs

, энаргит - 3CuSAs

прустит - 3Ag

SАs

и др.

90% мирового производства мышьяка связано с переработкой руд цветных,

металлов - теннантита, энаргита, прустита, где мышьяк является побочным

185

продуктом производства. В России имеются мышьяково-медные и золото-

мышьяковые /Урал, Западная и Восточная Сибирь, Чукотка, Колыма/, мышьяково

- оловянные /Забайкалье/, реальгар-аурипигментовые /Якутия, Приморье/ и др.

месторождения.

Являясь элементом переменной валентности и находясь в периодической

системе на границе металл-неметалл, мышьяк обнаруживает свойства,

характерные как для металлов, так и для неметаллов. Поэтому биогеохимические

характеристики мышьяка весьма различны в биологических процессах и

экологических системах.

Содержание мышьяка в земной коре составляет 1,5•10

-4

%,что

соответствует 33-му месту по распространенности химических элементов.

Наиболее высоким содержанием мышьяка обладают осадочные горные породы,

особенно сланцы и глины /до 13 • 10

-4

%/.

Содержание мышьяка в почвах Русской равнины довольно однообразно и

колеблется в пределах (1 -10) • 10

-4

% при среднефоновом уровне 3 •10

-4

Более высокие содержания мышьяка характерны для черноземов и серых лесных

почв, низкие преобладают в почвах тундры и подзолистых. Для всех почв, кроме

тундровых, проявляется тенденция к увеличению содержания мышьяка в верхних

горизонтах почв, наиболее обогащенных органическим веществом, что указывает

на поступление мышьяка с растительными остатками. Среднее содержание

мышьяка в почвах

мира составляет 5 мг/кг.

Существуют биогеохимические провинции о высоким содержанием

мышьяка - Фергана, Кустанайская обл., где почвы содержат до 20 мг/кг мышьяка.

В вулканических районах /Мексика, Италия, Япония/ содержание мышьяка в

186

почвах также на уровне 20 мг/кг. В долине Вайотапу в Новой Зеландии почвы

имеют до 10000 мг/кг. мышьяка.

Содержание мышьяка в гидросфере значительно ниже, чем в литосфере, в

среднем, его концентрация в морской воде составляет 2-Змкг/л. Более высокие

содержания мышьяка характерны для донных, отложений. Осадки Азовского

моря и Атлантического океана

богаче мышьяком, чем морская вода

соответственно в 1300 и 200-250 раз.

Среднефоновый уровень мышьяка в реках составляет 10 мкг/л. Речные

осадки также как морские обогащены мышьяком. В России имеются

месторождения мышьякосодержащих минеральных вод с концентрацией

мышьяка 0,7 мг/л - 70 мг/л.

Фоновое содержание мышьяка в растениях составляет 0,01 - 5 мг/кг сухой

массы. Грибы накапливают до 400

мг/кг мышьяка. Некоторые морские водоросли

имеют до 100мг/кг сухой массы мышьяка. Среднее содержание мышьяка в

пресноводных организмах составляет 1 мг/кг сухой массы, в морских оно

поднимается до 100 мг/кг и выше. Печень рыб нередко содержит вдвое больше

мышьяка, чем мышечная ткань.

В организме высших животных содержится n •10

-6

- n •10

-5

% мышьяка,

который присутствует во всех органах и тканях. Среднестатистический человек

носит в себе 14-21 мг мышьяка на одном уровне с I, Sn, Cd, Mn, превышая

содержание Cr, Co, Mo. В отличие от других микроэлементов мышьяк не

накапливается в органах и тканях, он достаточно быстро выводится из организма.

Представление о мышьяке как о жизненноважном элементе сложилось в

1970-х годах. Физиологический уровень мышьяка составляет 0-2мкг/г., пороговый

187

- 3 мкг/г, показатель острого или хронического воздействия - 12мкг/г. В животных

организмах мышьяк служит регулятором деятельности ферментов /энзимов/ в

процессе метаболизма аргинина - незаменимой аминокислоты, присутствующей в

организме в свободном виде и в составе белков. Аргинин участвует в синтезе

мочевины и других процессах азотистого обмена.

Многие признаки дефицита мышьяка сходны с

проявлениями цинковой

недостаточности - это депрессия роста, угнетение синтеза мочевой кислоты. В

малых дозах мышьяк положительно влияет на кровеобразовательную функцию,

способствуя увеличению количества гемоглобина, эритроцитов, лейкоцитов,

улучшает обмен веществ, увеличивает скорость роста тканей, способствует

чистоте кожи и росту волос, толщине костей.

Токсичность мышьяка проявляется в действии на центральную и

периферическую нервную систему

, он вызывает поражение сердца и

периферических сосудов, печени, верхних дыхательных путей, кожи, желудочно-

кишечного тракта, влияет на кроветворение и хромосомы.

Основная экологическая опасность мышьяка в природной среде

определяется его мутагенностью и терратогенностью для животных и человека.

Согласно Харрису/ / мышьяк замыкает ряд токсикантов по степени опасности в

окружающей среде: Hg > Cd> Cu> Pb >Zn> Se> As.

Селен.

Кларк селена в литосфере равен кларку ртути и составляет 5•10

-6

Распределение селена в изверженных породах довольно однообразно, в

осадочных он концентрируется в глинах, где его содержание на порядок выше,

188

чем в песчаниках и известняках. Наибольшие концентрации селена встречаются в

самородной сере и сульфидных минералах, где он накапливается до 200 мг/кг.

Селен образует около 40 собственных редких минералов - селенидов,

аналогов сульфидов. Более часто встречаются клаусталит - PbSe (~28% Se),

клокманит - CuSe (55% Se).

На геохимию селена в коре выветривания существенно влияют процессы

микробиологического метилирования с образованием органических хелатов /

(СН

)

Se/.

Среднемировой уровень селена в почвах оценивается в 0,4 мг/кг. Селен

присутствует в кислых почвах в виде малоподвижных и труднодоступных для

растений селенидов и сульфидов. В нейтральных почвах преобладают селениты /

SeO

/, поглощаемые гидрооксидами и оксидами железа и также не усваиваемые

растительностью. Для щелочных хорошо дренируемых почв характерны

легкорастворимые, хорошо поглощаемые растительностью селенаты / SeO

Селен - химический аналог серы, которую он заменяет в биологически

важных соединениях - серусодержащих аминокислотах и ферментах, витамине

. В 1950-х годах китайские ученые установили влияние недостатка селена в

пище на развитие болезни Кешана / увеличение размеров сердца, аритмия, боли в

мышцах/ и болезни Кашина-Бека/некроз и дегенерация хрящей и костей/. Но

только в 1974 году удалось установить механизм физиологического действия

селена, когда сумели выделить селенсодержащий фермент - селензависимую

глутатионпероксидазу, разрушающую в организме перекись водорода, которая

агрессивно разъедает мембрану клетки. Защитные свойства фермента

взаимосвязаны с антиокислительными свойствами витамина Е. Поэтому

189

недостаток витамина Е усугубляет признаки селенового дефицита и наоборот.

Суточная норма селена для человека составляет 50-200 мкг. Избыток селена

вызывает токсикоз, недостаток способствует развитию тяжелых заболеваний,

особенно кардиологических и онкологических.

Существует обратная зависимость между обеспеченностью селеном и

количеством инфарктов. Уровень селена в организме влияет на развитие раковых

заболеваний желудочно-кишечного тракта, простаты, молочной железы, легких.

Защитные свойства селена помогают организму в таких болезнях как полиартрит,

гепатит, катаракта. В условиях дефицита селен распределяется в организме по

жизненноважным органам - мозгу, щитовидной железе, семенникам,

надпочечникам, что свидетельствует о высокой физиологической роли селена.

В биосфере обнаружены биогеохимические селеновые провинции с

высокими концентрациями биологически доступного селена. Это Южная Дакота,

Колорадо, Аризона в США, Канадский Вайоминг, часть Колумбии, Венесуэллы,

Израиля, некоторые провинции Китая, Барыкинская долина в Туве.

В условиях кислых почв селен образует плохо растворимые и слабо

доступные растениям устойчивые комплексы с гидрооксидом железа,

характерные для земель Полесья /Беларусь, север Украины, Брянская область

России/. Аналогичные селенодефицитные территории представляют

Скандинавские

страны, Новая Зеландия, западная Австралия, районы Монголии и

Китая. В России селенодефицитные провинции находятся в Бурятии, Читинской

области, Хабаровском крае, Карелии, Мурманской, Архангельской и Брянской

областях.

Основным источником селена для человека служат продукты питания, в

190

частности, хлеб, который в зависимости от места произрастания зерна имеет

разную концентрацию селена. В пшеничной муке содержание селена изменяется

от 50 до 600 мкг/кг. Очень бедна селеном сельхозпродукция Беларуси,

Прибалтики, Калининградской, Ленинградской, Брянской областей России.

Наиболее богатые селеном пшеница, рожь и сухое молоко производятся в России

в черноземных районах Поволжья, Курганской и

Оренбургской областях, что

определяется накоплением органических комплексов селена в почвах, богатых

гумусом. Также богата селеном /200-500 мкг/кг/ импортная мука из США и

Австралии. Особенно богат селеном белково-жировой концентрат морских рачков

- криля, разработанный Всероссийским институтом рыбного хозяйства и

океанографии. Он служит прекрасным источником пищевого белка с

оптимальным аминокислотным составом, где

концентрация селена достигает 2

мг/кг. Бывают богаты селеном некоторые грибы - шампиньоны, белые, сморчки.

Жители районов с селенодефицитными почвами имеют недостаток селена

в организме, достигающий 20-50% у постоянного населения Карелии,

Архангельской, Мурманской, Калужской, Челябинской, Брянской областей.

Установлен более высокий уровень селена в крови горожан относительно

сельских жителей, что связано с относительным разнообразием пищи.

Уникальны защитные свойства селена по отношению к тяжелым металлам

и радионуклидам. Селен способствует выведению из организма тяжелых

металлов /Cd, Hg, As, Pb / , образуя с ними биологически нейтральные комплексы

MeSe, наподобие сульфидных. Механизм радиозащитного, радиопротекторного

действия селена не ясен, но исследования показывают, что селенсодержащие

препараты ослабляют воздействие радиации. По иронии судьбы, пострадавшее от