Экологические последствия загрязнения морских вод тяжелыми металлами

Самыми токсичными из тяжелых металлов являются ртуть, свинец, кадмий, мышьяк. По токсикологическим оценкам тяжелые металлы уступают только пестицидам. Основными источниками поступления тяжелых металлов в океан являются:

– речной сток;

– смыв с суши;

– вымывание из атмосферы;

– непосредственная промышленная деятельность в море.

Ртуть (Hg) – один из самых токсичных металлов. Антропогенный источник ртути – сжигание ископаемого топлива, сбросы сточных вод с хлорощелочных предприятий, использование в сельском хозяйстве различных биоцидов, содержащих ртутные соединения. Ежегодно в окружающую среду поступает до 10 тыс. т ртути, из которых около 3 тыс. т – за счет сжигания ископаемого топлива (из атмосферы).

Кадмий (Cd) – получают в промышленности из цинковых руд. Ежегодно добываются до 18 тыс. т кадмия. К основным источникам поступления кадмия в окружающую среду – горнорудные и металлургические предприятия и сточные воды.

Мышьяк (As) – входит в состав инсектицидов, гербицидов, пищевых консервантов, антикоррозийных агентов в красках. Загрязнение идет за счет индустриальных стоков и стоков с сельскохозяйственных полей. В основном поступает с речным стоком. По оценкам специалистов – до 70 тыс. т в год.

Свинец (Pb) – добывают около 3,5 млн. т в год. Кроме того, происходит повторное извлечение (еще 4,1 млн. т). Загрязнение свинцом идет за счет обжига и плавки свинцовых руд, за счет выбросов отходов производств, использующих свинец, в результате сжигания древесины и других органических материалов, при использовании этиолированного бензина (с присадками тетраэтилсвинца). В больших количествах поступает с речным стоком в прибрежные зоны Западной Европы.

По исследованиям самые высокие концентрации ртути:

– у берегов Германии – до 0,045 мкг/л;

– у берегов Франции – до 0,039 мкг/л;

– в Северном море, проливах Ла-Манш, Гибралтар – до 5 мкг/л;

– в Средиземном море в отдельных районах – до 0,19 мкг/л;

– в среднем в Средиземном море – около 0,008 мкг/л.

Самые высокие концентрации кадмия:

– в Японском море – 0,20 мкг/л;

– в Северном море – 0,033 мкг/л;

– в Мексиканском заливе – 0,022 мкг/л.

Самые высокие концентрации свинца:

– в Средиземном море – 0,35 мкг/л;

– в Северном море – 0,15 мкг/л.

Очень высокие концентрации тяжелых металлов фиксируются в отложениях эстуариев рек, бухтах. По оценкам немецких исследователей в осадках содержание тяжелых металлов в 1000-10000 раз больше, чем в воде. Например, в бухтах Норвегии ртути – до 350 мкг/г сухой массы.

Тяжелые металлы активно накапливаются в тканях гидробионтов, притом на их накопление в тканях влияют температура и соленость воды, а также pH.

Свинец концентрируется в гидробионтах, где его концентрация варьирует от 50 до 20000 мкг/кг сырой массы. Он наиболее активно концентрируется в жабрах рыб.

Кадмий практически не концентрируется в гидробионтах. Регуляция его поступления в ихтиофауну осуществляется более жестко, чем у высших растений. Проникая в организм гидробионтов, он трансформируется и связывается с белками-металлопротеинами. Его концентрация в тканях организмов может колебаться от 50 до 550000 мкг/кг сухой биомассы.

Ртуть является наиболее опасным для человека тяжелым металлом. Под воздействием анаэробных микроорганизмов она переходит в очень токсичные соединения – метилртуть и диметилртуть. Концентрация в тканях – от 50 до 3800 мкг/кг. Устрицы накапливают ртуть более активно, чем другие металлы.

Мышьяк особенно активно накапливают моллюски и ракообразные.

Физиологические последствия: изменения таких функций организмов, как рост, дыхание, питание, размножение, ионно-осмотическая регуляция, фотосинтетическая активность у водорослей. Биохимические последствия: воздействие на ферментативные системы организма. Морфологические и патобиологические последствия являются следствием первых двух:

– воспаление (острое или хроническое);

– дегенерация;

– регенерация;

– неоплодия, включая злокачественные образования;

– генетические перестройки.

Наконец экологические последствия, такие как подавление хеморецепции, т.е. нарушение работы органов восприятия.

Согласно существующему мнению, отклики морских организмов на воздействие токсичных веществ в соответствии с их дозой и свойствами могут быть выделены в следующие категории:

1) гибель организмов, вызванная острой токсичностью;

2) смертность гидробионтов, вызванная хроническим длительным воздействием;

3) негативные морфологические, физиологические и поведенческие эффекты и заметные биохимические изменения, вызванные воздействием сублетальных доз загрязняющих веществ.

Наиболее опасным является длительное воздействие загрязнения в малых дозах, приводящее к постепенному накоплению в среде загрязняющих веществ и в конечном итоге к деградации экосистемы.

В отношении человека прецеденты могут быть очень опасными. В 1953 г. в Японии на побережье в бухте Минамата было обнаружено заболевание у 121 жителя, сопровождающееся ломотой в суставах, нарушениями зрения и слуха (болезнь Минамата). Треть больных погибла (41 человек). Было установлено, что на ацетиленовом производстве ртутные отходы сбрасывались в реку, впадающую в эту бухту. Ртуть микробиологическим путем превращалась в метилртуть.

Hg → CH₃Hg⁺ → (CH₃)₂Hg

Метилртуть через планктон, моллюсков и рыб, в конце концов, попала в пищу людей и достигла токсичной концентрации. Это возможно, когда она поступает быстрее, чем выводится. Тяжелые металлы хорошо растворяются в жирах и после этого плохо выводятся.

Биологический период полувыведения ртути для тканей организма человека составляет 70-100 дней, а для кадмия он составляет более 10 лет! Соответствующая кадмию болезнь называется болезнью “итаи-итаи” (скручивание костей, анемия, почечная недостаточность). Хром в свою очередь в высоких концентрациях блокирует работу печени.

Лекция №14 (№2 по второму – осеннему семестру)

Дата добавления: 2015-08-13