необходимостью и токсичностью
элементов; определении локализации канцерогенных
ионов; оценке порогового эффекта
токсикологического воздействия.
Подобный целостный комплекс
достаточно сложных научно-прикладных
задач,
решение которых предусматривается
в рамках экотоксикологии, в большинстве
случаев
позволяет произвести количественную
оценку порогового эффекта токсикологического
воздействия, имеющего место
в системах «токсикант - окружающая среда»
и «токсикант
- живой организм» согласно
уравнению:
Dr = Do – (De + Dm)
где Dr - доза вредного вещества,
достигшая рецептора;
Do - доза вредного вещества,
введенная в организм;
De и Dm - дозы вредного вещества,
соответственно выделенные из организма
и обезвреженные в процессе
продвижения яда к рецептору.
Концепция пороговости предполагает
высокое качество среды и полную
безопасность для человека
и любых популяций при условии загрязнения
этой среды
ниже определенного уровня,
воздействие которого на любые организмы
меньше
некоторого порогового значения.
Загрязнение окружающей среды
— это процесс привнесения в среду или
возникновение в ней новых,
обычно не характерных для нее физических,
химических,
биологических агентов, оказывающих
негативное воздействие. Существуют три
этапа
загрязнений: физическое (солнечная
радиация, электромагнитное излучение
и т.д.),
химическое (аэрозоли, тяжелые
металлы и т.д.), биологическое (бактериологическое,
8
микробиологическое). Каждый
тип загрязнения имеет характерный и специфичный
для
него источник загрязнения
- природный или хозяйственный объект,
являющийся
началом поступления вещества
– загрязнителя в окружающую среду. Различают
природные и антропогенные
источники загрязнения.
Основные природные источники
поступления токсикантов в окружающую
среду -
ветровая пыль, лесные пожары,
вулканический материал, растительность,
морские соли.
Антропогенные источники - это
первичное и вторичное производство цветных
металлов, стали, чугуна, железа;
добыча полезных ископаемых; автомобильный
транспорт; химическая промышленность;
производство меди, фосфатных удобрений;
процессы сжигания угля, нефти,
газа, древесины, отходов и др. Антропогенный
поток
поступления токсикантов в
окружающую среду превалирует над естественным
(50-80%)
и лишь в некоторых случаях
сопоставим с ним.
В качестве критериев количественной
оценки уровня загрязнения окружающей
среды могут быть использованы
индекс загрязнения, предельно допустимая,
фоновая и
токсическая концентрации.
Индекс загрязнения (ИЗ) - показатель,
качественно и количественно отражающий
присутствие в окружающей среде
вещества-загрязнителя и степень его воздействия
на
живые организмы.
Предельно допустимая концентрация
(ПДК) - количество вредного вещества в
окружающей среде, которое при
постоянном контакте или при воздействии
за
определенный промежуток времени
практически не влияет на здоровье человека.
Предельно допустимые концентрации
веществ, загрязняющих биосферу, вводились
как
нормирующие показатели во
многих странах, в том числе и в нашей стране.
Они
устанавливались в приземной
атмосфере, водах, почвах, растениях, продуктах
питания.
Фоновая концентрация — содержание
вещества в объекте окружающей среды,
определяемое суммой глобальных
и региональных естественных и антропогенных
вкладов в результате дальнего
или трансграничного переноса.
Под токсической концентрацией
понимают либо концентрацию вредного
вещества, которое способно
при различной длительности воздействия
вызывать гибель
живых организмов, либо концентрацию
вредного начала, вызывающую гибель живых
организмов в течение 30 суток
в результате воздействия на них вредных
веществ.
9
Говоря о токсической концентрации
как о своеобразном индикаторе токсичности
природно-антропогенных экосистем,
нельзя не коснуться и таких важных понятий
в
экотоксикологии, как вредное
вещество или токсикант - загрязнитель,
метаболизм,
канцерогенез, токсичности
как результат избытка необходимых веществ
и соединений,
биогеохимические свойства
токсикантов и их химически активные миграционные
формы
окружающей природной среде.
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 и др.) и органического
(нефтепродукты, поверхностно-активные
вещества, пестициды и др.). Существует
классификация опасности различных
химических веществ, попадающих в окружающую
среду. В зависимости от степени
токсикологического воздействия химические
вещества
подразделяют на три класса.
Понятие токсичности и канцерогенности
элементов и соединений
Показателями негативного воздействия
элементов и соединений на живые
организмы являются их токсичность
и канцерогенность.
Токсичность и канцерогенность
- это свойства элементов и соединений,
отрицательно влияющие на живые
организмы и приводящие к уменьшению
продолжительности их жизни.
Количество, при котором химические
ингредиенты становятся действительно
опасными для окружающей среды,
зависит не только от степени загрязнения
ими
гидросферы или атмосферы, но
также от химических особенностей этих
ингредиентов и
от деталей их биохимического
цикла. Для сравнения степени токсикологического
воздействия химических ингредиентов
на различные организмы пользуются понятием
10
молярной токсичности, на которой
основан ряд токсичности, отражающий увеличение
молярного количества металла,
необходимого для проявления эффекта
токсичности
при минимально молярной величине,
относящейся к металлу с наибольшей
токсичностью.
Факторами окружающей среды,
влияющими на токсичность, являются
температура, растворенный
кислород, рН, жесткость и щелочность воды,
присутствие
хелатообразующих агентов и
других загрязнителей в воде. Уменьшение
парциального
давления кислорода и увеличение
рН и жесткости воды приводят к понижению
токсикологического воздействия
веществ-загрязнителей на окружающую
среду и живые
организмы, обитающие в ней.
Устойчивость живого организма по отношению
к
токсикантам может быть достигнута
при: 1) уменьшении поступления токсиканта;
2)
увеличении коэффициента выделения
токсиканта; 3) переводе токсиканта в неактивную
форму в результате его изоляции
или осаждения. Факторы, влияющие на доступность
токсикантов, усвоение, их воздействие
на организм, могут быть совершенно разной
природы:
• химические (химические свойства,
окислительно-восстановительные потенциалы,
частота воздействия);
• физические (освещенность,
температура, турбулентность в растворах);
• биологические (размеры, стадии
развития, упитанность, состояние здоровья,
акклиматизация).
Канцерогенез - это способность
металла проникать в клетку и реагировать
с
молекулой ДНК, приводя к хромосомным
нарушениям клетки. Канцерогенными
веществами являются никель,
кобальт, хром, мышьяк, бериллий, кадмий.
Различие в
канцерогенной активности определяется
биодоступностью металлопроизводных:
наибо-
лее потенциально активные
соединения содержат канцерогенные ионы
металла,
способные легко внедряться
в клетки и реагировать с молекулой ДНК.
Например, соли
шестивалентного хрома CrO4
2- потенциально более канцерогенны,
чем соли трехвалент-
ного хрома СгСLз, поскольку
первые легче проникают в клетки, а вторые
— лишь
ограниченно.
Любая деятельность человека
оказывает воздействие на суммарные ресурсы
Земли.
Казалось бы, в результате такой
деятельности ресурсы Земли должны иссякнуть.
Однако
11
не следует забывать, что Земля
постоянно получает приток новой энергии,
источником
которой является Солнце.
Таким образом, деятельность
человека причиняет ущерб окружающей
среде
независимо от его добрых намерений
и задача состоит в том, чтобы сделать
последствия
этой деятельности наименее
пагубными.
Загрязнения окружающей среды
(ОС) можно классифицировать на физические
(шум, вибрации, различные
виды излучений) и химические (различные
вещества: в
воздухе - это токсичные газы
и пары, в воде и почве - ионы тяжелых металлов).
ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ
Характеристика атмосферы и
виды загрязнений
Это и твердые частицы, например
частицы сажи, асбеста свинца, и взвешенные
жидкие капельки углеводородов
и серной кислоты, и газы, такие, как оксид
углерода,
оксиды азота, диоксид серы.
Все эти загрязнения, находящиеся в воздухе,
оказывают
биологическое воздействие
на организм человека: затрудняется дыхание,
осложняется и
может принять опасный характер
течение сердечно-сосудистых заболеваний.
Под
действием одних содержащихся
в воздухе загрязнителей (например, диоксида
серы и
углерода) подвергаются коррозии
различные строительные материалы, в том
числе
известняк и металлы. Кроме
того, может измениться облик местности,
поскольку
растения также чувствительны
к загрязнению воздуха.
Смог (от англ. smoke - дым и fog -
туман), нарушающий нормальное состояние
воздуха многих городов, возникает
в результате реакции между содержащимися
в
воздухе углеводородами и оксидами
азота, находящимися в выхлопных газах
авто-
мобилей.
К основным загрязнениям атмосферы,
которых, по данным ЮНЕП, ежегодно
выделяется до 25 млрд. т ., относят:
диоксид серы и частицы пыли
- 200 млн т/год
оксид азота (NxOy) - 60 млн т/год
оксиды углерода (СО и СО2) - 8000
млн т/год
углеводороды (СХНУ) - 80 млн т/год
Оксид серы IV S02. При растворении
в воде образует кислотные дожди: Н20 + S02
= Н2S03 Выделяется в атмосферу
основном в результате работы теплоэлектростанций
12
(ТЭС) при сжигании бурого
угля и мазута, а также серосодержащих
нефтепродуктов и
при получении многих металлов
из серосодержащих руд .
Кислотные дожди губят растения,
закисляют почву, увеличивают кислотность
озер.
Россия входит в Конвенцию по
S02 и участвует во всех процессах,
способствующих снижению выбросов
окислов серы в атмосферу. Используя оксиды
серы как вторичное сырье, человечество
для производства такого необходимого
ему во
многих отраслях промышленности
продукта, как серная кислота, перестанет
извлекать из
недр ограниченные запасы серы.
Оксиды азота (NxOy). В природе
оксиды азота образуются при лесных пожарах.
Высокие концентрации оксидов
азота в городах и окрестностях промышленных
предприятий связаны с деятельностью
человека. В значительном количестве оксиды
азота выделяют ТЭС и двигатели
внутреннего сгорания. Выделяются оксиды
азота и при
травлении металлов азотной
кислотой. Производство взрывчатых веществ
и азотной
кислоты — еще два источника
выбросов оксидов азота в атмосферу.
Загрязняют атмосферу:
• N2O - оксид азота I (веселящий
газ), обладает наркотическими свойствами,
используется при хирургических
операциях;
• NO - оксид азота II, действует
на нервную систему человека, вызывает
паралич и
судороги, связывает гемоглобин
крови и вызывает кислородное голодание;
• NO2, N2O4 - оксиды азота V (N2O4=
2 NO2), при взаимодействии с водой
образуют азотную кислоту. Вызывают
поражение дыхательных путей и отек легких.
Оксиды азота принимают участие
в образовании фотохимического смога.
Уровни фотохимического загрязнения
воздуха тесно связаны с режимом движения
автотранспорта. В период высокой
интенсивности движения утром и вечером
отмечается
пик выбросов в атмосферу оксидов
азота и углеводородов. Именно эти соединения,
вступая в реакции, друг с другом,
обусловливают фотохимическое загрязнение
воздуха.
Оксид углерода II (СО). Концентрация
оксида углерода II в городском воздухе
больше, чем любого другого
загрязнителя. Однако поскольку этот газ
не имеет ни цвета,
ни запаха, ни вкуса, наши органы
чувств не в состоянии обнаружить его.
13
Самый крупный источник оксида
углерода в городах — автотранспорт. В
большинстве городов свыше
90% СО попадает в воздух вследствие неполного
сгорания
углерода в моторном топливе.
Другой источник оксида углерода
- табачный дым, с которым сталкиваются
не
только курильщики, но и их ближайшее
окружение. Доказано, что курильщик поглощает
вдвое больше оксида углерода
по сравнению с некурящим.
Оксид углерода вдыхается вместе
с воздухом или табачным дымом и поступает
в
кровь, где конкурирует с кислородом
за молекулы гемоглобина. Оксид углерода
соединяется с молекулами гемоглобина
прочнее, чем кислород.
Оксид углерода IV (СО2). Влияние
углекислого газа (СО2) связано с его
способностью поглощать инфракрасное
излучения (ИК) в диапазоне длин волн от
700 до