Зверев В.Л. Экология России. Проблемы природопользования и среды обитания. Краеведение. Учебные практикумы
Подождите немного. Документ загружается.
211
43 погибли, но японские врачи, изучавшие историю этого заболевания, оценивали
многими сотнями фактическое число людей, отравившимися ртутными
соединениями. Болезнь получила название от бухты Минамата, куда сливали
ртутьсодержащие отходы химического концерна, производившего
поливинилхлорид с использованием хлорида и сульфата ртути в качестве
катализатора. Заболевание поразило, в основном, семьи рыбаков, пищу которых
составляли морские
продукты: рыба, ракообразные и моллюски, пойманные в
бухте. Пострадавшие испытывали дисфункцию центральной нервной системы,
выражавшуюся в нарушении сенсорной и моторной функций организма: сужение
поля зрения, ухудшение слуха, затруднение речи, потеря разума, конвульсии и
судороги мышц. Самые тяжелые случаи заканчивались слепотой, параличом,
безумием, смертью. В рыбацких деревнях, пораженных болезнью Минамата,
наблюдались нарушения
центральной нервной системы у домашних кошек,
безумные животные бросались в воду, что не свойственно животным из семейства
кошачьих. Проведенные исследования обнаружили в сточных водах химического
завода метилртуть.
В 1965 году болезнь Минамата обнаружили в другом районе Японии -
Ниигата, где заболевшие питались рыбой, пойманной в реке Агано, куда спускали
ртутные стоки химического производства.
Естественным содержанием ртути в рыбе считается 0,1 - 0,2мг/кг. Однако
рыбы, особенно хищные, способны накапливать в своем организме ртуть,
увеличивая концентрацию в 5000-500 000 раз при поступлении ртути через
пищевую цепь, а также фильтруя воду через жабры. Каждый килограмм трески
содержит в 1000 раз больше ртути, чем вода, в которой она плавает.
212
Загрязнение озерных, речных и морских экосистем метилртутью
обнаружено на только в Японии, но и во многих других районах мира. Щуки из
Балтийского моря вблизи Стокгольма содержали 5,7 мг/кг ртути /В. Эйхлер,
1985/. Если кошки ели мясо таких щук, то погибали через 2-3 месяца от ртутной
интоксикации.
Водные и наземные пищевые цепи метилртути
создают наибольшую
экологическую опасность ртутной нагрузки для человека. Длительное
потребление рыбы с низкой концентрацией метилртути порядка 1-1,5мг/кг
вызывает накопление ртути в организме человека до 50 мг/кг в волосах, когда
начинают появляться характерные признаки заболевания. Накоплению ртути
способствует хорошая растворимость метилртути в жирах и большой период
биологического полураспада - 70 дней в организме человека.
Весьма токсична ртуть для почвенных микроорганизмов и ферментов,
уступая только серебру. Почвенное загрязнение ртутью слабо сказывается на
растительности из-за незначительного поступления.
Ртуть заслуженно входит в число биогенных токсикантов, приоритетных
загрязнителей среды обитания.
Свинец.
Голубовато-белый, тяжелый, мягкий и легкоплавкий металл. С древности
используется для литья дроби и пуль. Все знаю про свинцовую тяжесть, давящий
свинцово-серый цвет хмурого ненастного неба.
213
По твердости (1,5) свинец занимает место между тальком и гипсом,
обладая наибольшей среди всех металлов пластичностью. В средние века из
свинца делались казенные печати.
В современных условиях при аварии бурового инструмента в скважину
опускают свинцовую болванку, на которой при ударе отпечатывается характер
повреждения.
Сейчас свинец по-прежнему используется в производстве вооружения,
куда
идет 50-70 % его количества. Свинцовыми аккумуляторами оборудуются
корабли, подводные лодки, самолеты, танки. Значительно меньше свинца
расходуется на производство боеприпасов. Однако наилучшими инициирующими
взрывчатыми веществами по-прежнему служат: азид свинца и
тринитрорезорцитат свинца (ТНРС).
Около 20% свинца поглощает химическая промышленность, где он служит
антикоррозионным покрытием оборудования в производстве серной и соляной
кислот, а
также в гальванотехнике. Основную долю свинца химики превращают в
тетраэтилсвинец - антидетонаторную добавку к бензину, которая подавляет его
детонацию, повышает мощность и КПД двигателя.
Остальной свинец, как легирующую добавку употребляют в сплавах с
медью, цинком, оловом, сурьмой при изготовлении бронз, латуней, баббитов,
типографских сплавов, а также кабельной изоляции телеграфных и электрических
проводов.
Как изолирующий материал, свинцовую дробь сбрасывали с вертолетов в
развал 4-го блока ЧАЭС в апреле-мае 1986г. При этом, чтобы снизить уровень
214
радиации, кабины вертолетов устилали свинцовыми листами - самой
распространенной защитой от радиоактивного излучения.
Мировое производство свинца в 1997г. составило 6млн.т.
Свинцовые пигменты - красный сурик, желтые глет и крон, белила раньше
широко использовались в косметике, сейчас из-за вредности их применение
ограниченно наружными покрытиями металлоизделий и судов.
В литосфере встречается 180 свинцовых минералов,
основными
промышленными рудами служат: галенит или свинцовый блеск - PbS, церрусит
PbCO
3
, англезит - PbSO
4
. Свинцовые руды обычно встречаются вместе с
цинковыми в полиметаллических свинцово-цинковых месторождениях.
Спутниками таких руд бывают медь, серебро, золото, ванадий, молибден, кадмий,
кобальт и др.
Свинцовый промысел России начался на рубеже ХVП-ХVШвв.
Разработкой серебряно-свинцовых руд горы Култук в Нерчинском крае
Забайкалья. Вторым рудным районом стал Алтай,
где сейчас разрабатываются
Березовское, Зыряновское, Белоусовское и др. месторождения.
Геохимически свинец тяготеет к кислым разностям магматических пород и
преимущественно глинистым осадочных, где его концентрация находится в
пределах 10-40мг/кг. Значительно меньше свинца в породах основного ряда,
песчаниках и карбонатных осадках. В литосфере (кларк 1,4•10
-3
%) свинец
проявляет халькофильность, присутствуя главным образом в виде сульфида PbS
(галенит). В коре выветривания галенит подвергается окислению, что
способствует образованию карбонатов, сульфатов, фосфатов и ванадатов свинца.
В этих условиях свинец поглощается глинистыми минералами, оксидами железа
215
и марганца, органическим веществом. Геохимическое поведение свинца
определяется близостью его свойств с двухвалентными щелочноземельными
металлами (Ba, Sr, Ca), которые он изоморфно замещает в минералах и
коллоидах.
Естественное распределение свинца в почвах изменяется в значительных
пределах ( 2- 180мг/кг), однако верхний естественный уровень очевидно
составляет в среднем 50-60 мг/кг. В почвах свинец связан с глинистым
комплексом
, гумусом, гидрооксидами железа, марганца, алюминия.
Антропогенное увеличение почвенного фонда свинца характерно для
урбанизированных районов, особенно придорожных зон крупных
автомагистралей. Поступление почвенного свинца в организм человека возможно
двумя путями - воздушным при вдыхании пыли и пищевым с растительной
сельхозпродукцией. Свинцовое загрязнение почв в развитых странах достигает (7-
10)•10
3
мг/кг. Уровень почвенной фитотоксичности свинца большинством
авторов определяется в 100-200мг/кг. Экологические последствия свинцового
загрязнения почв определяются также его значительной микробиологической
токсичностью, что подавляет ферментативную активность и разложение
органических веществ почве.
Классический экологический эксперимент провели древние римляне,
построившие водопроводную систему со свинцовыми трубами. Возможно,
хроническая свинцовая интоксикация вызвала деградацию
населения и упадок
могущественной империи Древнего Рима.
Свинцовое отравление сначала проявляется неспецифическими
симптомами - возбудимостью, бессонницей, затем возникает утомляемость,
216
депрессия, желудочно-кишечные расстройства. Позже наступает поражение
функций нервной системы и головного мозга, сопровождаемых галлюцинациями
и атрофией зрительного нерва. Одновременно нарушается деятельность почек и
желудочно-кишечного тракта.
Некоторые специалисты связывают агрессивность и преступность жителей
крупных городов со свинцовой интоксикацией в результате деятельности
автомобильного транспорта. Листовые овощи большую часть свинца
аккумулируют из
воздуха, в основном вблизи автомобильных трасс, где
происходит наибольшее поступление свинца в атмосферу при сжигании
свинцовых присадок к автомобильному бензину.
Сжигание каменного угля также служит значительным источником
свинцового загрязнения биосферы. Высокой свинцовой токсичностью обладают
отходы городов, используемые как удобрения. По данным ВОЗ существенным
источником свинца для определенных групп населения могут
быть вина, где
концентрация этого токсиканта способна достигать 300мкг/л. В целом считается,
что 2/3 поглощаемого свинца человек получает из растительных продуктов
питания.
В глобальном цикле свинца сейчас 96% приходится на антропогенный
вклад. Естественное поступление в результате эрозии почв, вулканизма и лесных
пожаров дает 27тыс. т свинца в год. Антропогенное рассеяние свинца оценивается
ежегодной величиной 425 тыс. т .
Наибольшую экологическую опасность представляет воздушное
загрязнение свинцом атмосферного воздуха и почвенного покрова от
автомобильных выхлопов. Экологический вред этилированного бензина
217
выяснился много позже его широкомасштабного применения, которое достигло
максимума, в начале 1970-х гг. Почти 80% свинца, содержащегося в
тетраэтилсвинце, поступает с автомобильными выхлопами в атмосферу в виде
хлоридов и бромидов свинца. Аэрозоли галоидов свинца подвергаются
каталитическим и фотохимическим реакциям, участвуя в образовании
атмосферного смога в городах.
В 1991-95гг. парк легковых автомобилей России
увеличился в 1,6 раза,
причем 10% всего автотранспорта России сосредоточено в Москве.
Максимальная антропогенная свинцовая нагрузка от автотранспорта (более 2кг
свинца на 1кв.км в год) приходится на Московскую и Самарскую области. За
ними следуют Калужская, Нижегородская, Владимирская и др. Суммарное
поступление автомобильного свинца в атмосферу России достигает 4тыс.т в год.
По данным американских ученых в доисторическое время общее
количество свинца в биомассе Северного полушария составляло 3000т, сейчас в
этом полушарии промышленность и транспорт ежегодно выделяют 200 000т
свинца. За последине 300лет содержание свинца в воздухе возросло в 200раз, в
почвах сельской местности за последние 50 лет - в 2раза. В костной ткани
современных американцев
свинца в 500 раз больше, чем в костях индейцев эпохи
Колумба.
Крайне неблагоприятно свинцовая интоксикация сказывается на детском
организме, вызывая необратимые изменения в центральной нервной системе, что
отрицательно влияет на умственное развитие. Воздушное загрязнение свинцом
способствует возникновению сердечно-сосудистых и раковых заболеваний.
218
Физиологическая необходимость свинца в организме человека не доказана,
хотя свинец постоянно присутствует. Высокая токсичность и широкое
использование свинца делают его приоритетным токсикантом биосферы и среды
обитания.
Кадмий.
Наиболее распространенный в природе сульфид кадмия - минерал
гринокит раньше широко применялся как минеральный пигмент, называемый
кадмиевой желтью. Кадмиевой краской красили железнодорожные вагоны, мыло,
ткани, а также праздничные огни салютов и фейерверков. Кремовая краска
литопон содержит два приоритетных токсиканта - цинк и кадмий. Селенидом
кадмия окрашены рубиновые звезды Московского Кремля.
Кадмиевые сплавы обладающие высокой устойчивостью к истиранию
применяют для изготовления подшипников автомобильных, авиационных и
судовых двигателей. Легирование меди кадмием значительно повышает
износоустойчивость изделий, например контактных проводов
на линиях
электрического транспорта. Кадмий-никелевые аккумуляторы широко
используются в промышленности. В медицине их применяют как стимуляторы
сердечной деятельности. Полупроводниковые свойства соединений кадмия
используются в фотоэлементах, солнечных батареях и космической технике.
Твердый раствор теллуридов кадмия и ртути применяется для изготовления
тепловизоров - инфракрасных приборов, используемых в геологии, электронике и
др.
219
Исключительное значение кадмий сыграл в развитии ядерной техники как
сильный поглотитель тепловых нейтронов в регулирующих стержнях атомных
реакторов. Производство кадмия постоянно растет.
Геохимически кадмий - редкий халькофильный элемент, его кларк в
земной коре составляет 1,1•10
-5%
, что в десять раз меньше цезия, скандия,
германия, бериллия. Кадмий накапливается в сульфидных минералах свинца,
меди, железа и особенно цинка. Основными концентраторами кадмия служат:
кубический сфалерит и гексагональный вюрцит - полиморфные модификации
сульфидов цинка - ZnS. С увеличением содержания кадмия вюрцит переходит в
гринокит - CdS, с которым он образует изоморфный ряд.
Основное количество кадмия
добывается при переработке цинковых руд.
Наиболее обогащены кадмием цинковые месторождения в районах современного
вулканизма ( Рудные горы, Верхняя Силезия, Санта-Барбара(Мексика),
месторождения Средней Азии, Северного Прибалхашья и Восточного Забайкалья.
В литосфере кадмий тяготеет к глинистым осадочным породам, где его
содержание составляет 0,3мг/кг. Геохимически кадмий сопутствует цинку, но
отличается относительно большей
подвижностью в кислой среде. В коре
выветривания кадмий мигрирует в ионной форме, а также в виде комплексных
ионов с хлором, гидроксилом и органикой. Среднемировой фоновый уровень
кадмия в почвах определяется величиной 0,5мг/кг. Повышенные концентрации
кадмия в почвах характерны для территорий вблизи свинцово-цинковых рудников
и заводов цветной металлургии. Весомый
вклад (10%) в техногенное загрязнение
кадмием дает сжигание ископаемого топлива - каменного угля, несколько меньше
влияние фосфорных удобрений и орошения сточными водами.
220
Кадмий легко переходит из почвы в растения и грибы, а следовательно
попадает в продукты питания и пищевые цепи. Растворимые соединения кадмия
могут присутствовать в питьевой воде. Именно таким образом возникло
классическое отравление кадмием - болезнь ита-ита в Японии. Источником
кадмия послужили отвалы цинкового рудника, которые загрязнили речные воды,
использовавшиеся для питья
и орошения рисовых полей и соевых плантаций.
Спустя 10-20 лет более 150 местных жителей погибли от хронического
отравления кадмием, которое вызвало размягчение костей скелета, ломавшихся от
глубокого вздоха. Аналогичные случаи происходили в США в результате
кадмиевого отравления зеленым горошком, который как все бобовые сильно
концентрирует металлы из почвы.
Исключительная токсичность кадмия определяется
его способностью
замещать цинк в биохимических реакциях, что нарушает течение
ферментативных и окислительных процессов, вызывая гибель растений и
животных, угнетение почвенной азотфиксации. Кадмий нарушает деятельность
карбоангидразы, дегидрогеназы, фосфатазы, которые связаны с дыханием, а
также отрицательно влияет на белковый, нуклеиновый и кальциевый обмен (ита-
ита). В животных организмах кадмий является кумулятивным ядом
, он
накапливается в костях, замещая кальций, и имеет большой период
полувыведения, что усугубляет его токсичность, особенно при хроническом
отравлении. В этом случае поражаются почки, нервная система, половая и
легочная функции.