Д.А. Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.Н. Роева, О.С. Шорина, Н.Д. Эриашвили, Ю.Г. Юровицкий, В.А. Яковлев
Экология и безопасность жизнедеятельности
Учебное пособие для вузов / Под ред. Л.А. Муравья. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 447 с.
Раздел 1. Основы экологии
Глава 3. Экотоксикология
3.2. Токсиканты и их специфические биогеохимические особенности
Понятия «вредное вещество» и «токсикант» – ключевые в
экотоксикологии.
Вредное вещество – это инородный нехарактерный для
природных экосистем ингредиент, оказывающий отрицательное влияние на них и
живые организмы, обитающие в этих экосистемах.
Токсиканты – вещества или соединения, способные
оказывать ядовитое действие на живые организмы. В зависимости от характера
воздействия и степени проявления токсичности, т. е. способности этих веществ
оказывать вредное воздействие на живые организмы, они классифицируются на две
большие группы: токсичные и потенциально токсичные. По химической природе
вредные вещества, или токсиканты, бывают неорганического происхождения (кадмий,
ртуть, свинец, мышьяк, никель, бор, марганец, селен, хром, цинк и др.) и
органического (нитразосоединения, фенолы, амины, нефтепродукты,
поверхностно-активные вещества, пестициды, формальдегид, бенз(а)пирен и др.).
Существует классификация опасности различных химических веществ, попадающих в
окружающую среду. В зависимости от степени токсикологического воздействия
химические вещества подразделяют на три класса (табл. 3.5).
Наиболее приоритетными для химико-токсикологического анализа
являются тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, медь, никель, кобальт, цинк),
обладающие высокой токсичностью и миграционной способностью.
Поведение этих токсикантов в различных природных средах
обусловлено специфичностью их основных биогеохимических свойств:
комплексообразующей способностью, подвижностью, биохимической активностью,
минеральной и органической формами распространения, склонностью к гидролизу,
растворимостью, эффективностью накопления [33]. По характеру взаимодействия с
различными лигандами тяжелые металлы считаются промежуточными акцепторами между
жесткими и мягкими кислотами [23]. В первом случае для них характерны низкие
поляризуемость и электроотрицательность, высокая степень окисления и
образование ионных связей, во втором – образование преимущественно ковалентных
связей.
Определенная аналогия биогеохимических свойств некоторых
тяжелых металлов позволила сгруппировать эти элементы и выявить общие
закономерности их токсикологического воздействия на окружающую среду (табл.
3.6).
Примечания: В– высокая, У – умеренная, Н – низкая.
Так, например, медь и цинк характеризуются как наибольшей
химической активностью, позволяющей считать их хорошими индикаторами
терригенного стока, седиментации, так и высокой эффективностью накопления в
водорослях и планктоне, что определяет их особую значимость для биоты [38]. Они
являются главными составляющими многих металлоферментов, участвующих в
природной селекции аэробных клеток, в окислительно-восстановительных процессах
тканей, иммунной реакции, стабилизации рибосом и мембран клеток [43].
Никель и кобальт – биологически активные и канцерогенные.
Сравнительно малая подвижность этих элементов обусловливает их достаточно
равномерное распределение в природных средах.
Геохимические особенности свинца – малая подвижность и
непродолжительное время жизни в атмосфере и фазе раствора природных вод. В
поверхностных водах оно составляет несколько лет, а в глубинных – до 100 лет
[7].
По химическим свойствам и специфике поведения в различных
природных средах кадмий имеет определенную аналогию с цинком. Высокая
токсичность и растворимость этого элемента обусловлены большим сродством к
SH-группам [4]. В отличие от ртути сродство кадмия к кислороду выражено менее
ярко, что объясняет образование его достаточно неустойчивых металлорганических
соединений и определенную инертность в окислительно-восстановительных реакциях.
Кадмий склонен к активному биоконцентрированию, что приводит в довольно
короткое время к его накоплению в избыточных биодоступных концентрациях.
Поэтому кадмий по сравнению с другими тяжелыми металлами является наиболее
сильным токсикантом почв (Cd > Ni
> Си > Zn) [24].
Ртуть – самый токсичный элемент в природных экосистемах. По
токсикологическим свойствам соединения ртути классифицируются на следующие
группы: элементная ртуть, неорганические соединения, алкилртутные (метил- и
этил-) соединения с короткой цепью и другие ртутьорганические соединения, а
также комплексные соединения ртути с гумусовыми кислотами [5]. Из этих
соединений ртути наиболее токсичны для человека и биоты ртутьорганические
соединения. Их доля в речных водах составляет 46% от общего содержания, в
донных отложениях -до 6%, в рыбах – до 80–95%. Как неорганические, так и
органические соединения ртути высокорастворимы.
Степень загрязнения окружающей среды токсикантами во многом
определяется их химически активными миграционными формами и механизмом
миграции.
Миграция элементов – это перенос и перераспределение
химических элементов в земной коре и на поверхности Земли.
Сложность биогеохимических процессов, происходящих в
атмосферном воздухе, атмосферных осадках, природных водах, донных отложениях,
почвах, не позволяет высказать достаточно однозначной точки зрения на
соединения тяжелых металлов, определяющих их подвижные формы, и преобладание
одной из них в естественных и техногенных процессах. Тем не менее анализ фундаментальных
работ позволил сделать следующее заключение: в атмосферном воздухе и
атмосферных осадках тяжелые металлы находятся и мигрируют в газообразной и
аэрозольной формах, а также в форме органических и неорганических комплексных
соединений; в природных водах – в форме свободных ионов, моноядерных
гидроксокомплексов, неорганических (сульфатные, хлоридные, карбонатные) и
органических (фульватные, гуматные) соединений, взвешенных и коллоидных формах;
в донных отложениях – преимущественно во взвешенных формах органического
происхождения; в почвах – в водорастворимых ионообменных и непрочно
адсорбированных формах.
|