Лекция 10

Использование живых организмов для оценки токсичности веществ. Системы классификации техногенных загрязнителей по уровню токсичности

Классификация загрязнений

Для начала определимся, что же считать загрязнением окружающей среды.

Загрязнение –привнесение в среду или возникновение в ней новых, не характерных для среды химических, физических, биологических или информационных агентов; или повышение концентрации этих агентов сверх среднего наблюдавшегося количества или уровня.

Иными словами, загрязнение в общем виде – все то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, которые характерны (естественны) для природы и отличаются от обычно наблюдаемых норм. Загрязнение выводит системы природы из равновесия.

Все виды загрязнителей можно разделить по их природе на:

Физические

Химические

Биологические

Информационные.

Кроме того, существуют классификации загрязнителей по их происхождению (сельскохозяйственные, промышленные, бытовые), по степени их опасности (классы опасности) и ряд других. Подробная классификация загрязнителей атмосферы была дана в одном из спецвыпусков рассылки. В этой лекции нам будет удобно пользоваться приведенной выше классификацией, так какосновное внимание мы уделим химическим загрязнителям.

Рассмотрим подробнее, какие загрязнения можно отнести к физическим, химическим, биологическим и информационным.

Физическое загрязнение включает в себя

тепловое загрязнение (один из основных источников – теплоэлектростанции, особенно в случае наших отапливающих “улицу” теплосетей),

световое загрязнение (фактор беспокойства для многих биологических видов)

электромагнитные поля (возникают вокруг высоковольтных линий электропередач, а также создаются многочисленными бытовыми приборами, мобильными телефонами и т.д.)

радиационное загрязнение – связано с дополнительным (к естетсвенному фону) облучением из-за попадания в среду радионуклидов (в том числе, отсутствовавших в биосфере ранее – например, плутоний) вследствие плановых и аварийных выбросов. Причиной дополнительного облучения могут быть также медицинские операции (например, рентгеновское обследование).

Химическое загрязнение. Один из старейших видов загрязнения окружающей среды, с которым сталкивался человек. Включает минеральные и органические вещества. Различают разрушаемые и стойкие химические загрязнители. Последние особо опасны, так как могут накапливаться в биосфере. Наличие стойких загрязнителей объясняется тем, что человек синтезировал новые вещества и даже классы веществ, которые ранее отсутствовали в биосфере, а следовательно, в природе отсутствуют естественные пути утилизации этих веществ. Примером чрезвычайно стойкого загрязнителя является инсектицид ДДТ: не смотря на то, что его не применяют уже несколько десятков лет, ДДТ обнаруживает в крови животных, обитающих в самых удаленных уголках земного шара, где этот ядохимикат никогда не применялся.

Биологическое загрязнение –это привнесение в среду и размножение в ней нежелательных для человека организмов; привнесение патогенных микроорганизмов. В качестве биологического загрязнения может выступать и интродукция безобидных, на первый взгляд, видов (пример: усиленное размножение завезенных в Австралию кроликов, где у них не оказалось естественных врагов).

Информационное загрязнение – поток негативной информации, поступающей человеку по различным информационным каналам. Особенно актуальным информационное загрязнение стало в последнее время: члены современного информационного общества постоянно подвергаются воздействию лавины негативной информации. Все беды и катастрофы мира мгновенно становятся общеизвестны и обрушиваются на индивидуума. Информационное загрязнение ощущают и другие биологические виды – разнообразные факторы беспокойства, которые несут информационную (сигнальную) нагрузку: шум, свет. К информационному загрязнению относятся и визуальное загрязнение, вызванное однообразной архитектурой.

Виды химических загрязнителей.

Среди химических загрязнителей выделяют:

Ксенобиотики - вещества, чужеродные по отношению к живым организмам и не входящие в естественные биогеохимические циклы.

Экотоксиканты - ядовитые вещества антропогенного происхождения, вызывающие серьезные нарушения в структурах экосистем.

Суперэкотоксиканты (СЭТ)- вещества, обладающие в чрезвычайно малых дозах мощным токсическим действием. Для СЭТ фактические теряет смысл введение ПДК. К тому же, они сильно повышают чувствительность живых организмов к другим, менее сильным загрязнителям.

Загрязняющие вещества, подвергаясь комплексному воздействию различных факторов среды, трансформируются, в результате чего их токсичность может изменяться.

Примеры трансформации загрязнителей:

Гербицид симазин окисляется в канцерогенное для млекопитающих вещество

Восстановление тетрахлорметана в печени млекопитающих с образованием свободных радикалов, которые повреждают печень

Образование намного более токсичной диметилртути (по сравнению с металлической ртутью) после прохождения по цепям питания.

По силе и характеру воздействия на окружающую среду загрязнения бывают:

Импактные (разовые, залповые)

Постоянные (хронические, перманентные)

Постепенно нарастающие и катастрофические

Тяжелые металлы.

Тяжелый металл (т.м.) –

металл с плотностью 8 тыс. кг/м3 и более (кроме благородных и редких).

К т.м. относятся: свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, сурьма, олово, висмут, ртуть.

Часть техногенных выбросов т.м., поступающих в атмосферу в виде тонких аэрозолей, переносится на значительные расстояния и приводит к глобальному загрязнению. Основной поставщик – предприятия цветной металлургии. Для таких предприятий характерно наличие 5 км- зоны максимальных концентраций т.м. и 20-50 км- зоны повышенных концентраций. Сильное загрязнение свинцом и другими тяжелыми металлами наблюдается вокруг автострад.

Растения могут накапливать тяжелые металлы, являясь промежуточным звеном в цепи почва –> растение –> животное –> человек (или минуя животных). Однако растения не повторяют химических состав почвы, так как способны к избирательному поглощению. Главным показателем здесь является коэффициент биологического поглощения – отношение содержания элемента в золе растения к концентрации в почве. Медь накапливают растения семейства гвоздичные, кобальт – перцы, цинк поглощают карликовые березы и лишайники и т.д.

Тяжелые металлы являются ядами. Механизмы их токсического действия различны. Многие металлы при определенных концентрациях ингибируют действие ферментов (медь, ртуть). Некоторые металлы образуют хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами, нарушая обмен веществ (железо). Другие металлы повреждают клеточные мембраны, изменяя их проницаемость и другие свойства. Некоторые металлы конкурируют с необходимыми организму элементами (Sr-90 может замещать в организме Ca, Cs-137 – калий, кадмий может замещать цигк).

Пестициды

Пестициды поступают в биосферу путем непосредственного внесения, с протравленными семенами, отмирающими частями растений, трупами насекомых, мигрируют в почве и водах. Особую опасность представляют стойкие и кумулятивные (т.е. накапливающиеся в экосистемах) пестициды, которые обнаруживаются спустя десятки лет после применения.

Даже при низких концентрациях в воде пестициды опасны из-за способности некоторых организмов накапливать эти вещества в своих тканях. Так, если процесс концентрирования (биологического усиления) хлорпроизводных углеводородов повторяется на нескольких трофических уровнях (планктон – мальки – моллюски – более крупные организмы), то в конце их концентрация может оказаться очень высокой.

В результате накопления пестицидов уменьшается численность популяций некоторых видов рыб. Отмечены многочисленные случаи массовой гибели птиц и насекомых в местах интенсивного использования пестицидов. Выявлены такие негативные аспекты воздействия пестицидов на биологические объекты как мутагенный, канцерогенный, аллергенный.

Нефть и нефтепродукты.

Нефтепродукты – один из наиболее характерных загрязнителей океана. В Мировой океан и поверхностные воды ежегодно вносится 15-17 миллионов тонн нефти и нефтепродуктов. Влияние нефтяного загрязнения на состояние гидробионтов описывается следующими фактами:

Непосредственноеотравление организмов с летальным исходом

Серьезные нарушения физиологической активности гидробионтов

Прямое обволакивание птиц и других организмов нефтепродуктами. Нефтепродукты нарушают изолирующие функции оперения, а при попытке очистить перья птицы заглатывают нефтепродукты и погибают.

Изменения в организмах, вызванные проникновением нефтепродуктов

Изменение химических, физических и биологических свойств среды обитания.

Наибольшую опасность представляют ароматические углеводороды, растворимые в воде. Смертельные концентрации ароматических углеводородов для мальков и икры очень низки (10-4%). Накопление ПАУ не только ухудшает вкус съедобных организмов (например, моллюсков, рыб), но и является опасным, так как эти вещества канцерогенны. Так, концентрация канцерогенных углеводородов в ткани мидий, выловленных в районе порта Тулон (Франция), достигала 3,5 мг на кг сухого веса.

Влияние газопылевых выбросов на растительность

Под влиянием газопылевых выбросов наблюдается нарушение и даже полное уничтожение естественных фитоценозов. Воздействие высоких концентраций газопылевых выбросов в конечном счете приводит к гибели растительности и эрозии почвы. Формируются геохимические аномалии антропогенного происхождения. В значительной мере изменяется флористический состав, возникают специфические болезни хвойных (например, дехромация, суховершинность).

Зона максимального загрязнения почвенного покрова, угнетения и гибели растительности под влиянием газопылевых выбросов наблюдается в радиусе 5-10 км от источника выбросов. Вокруг медеплавильных предприятий четко выделяется четыре зоны:

С отсутствием или сильным угнетением растительности (техногенная пустыня)

Средне угнетенная, с наличием травянистого покрова

Слабо угнетенная, характеризуется суховершинностью хвойных деревьев

Неповрежденная (фоновая).

Поступление тяжелых металлов в растения может происходить двояко: воздушным путем с пылью, оседающей на листья и стебли, и через почву – при поглощении почвенного раствора, содержащего высокие концентрации тяжелых металлов. Устойчивость различных растений к загрязнению тяжелыми металлами различна. Наиболее устойчивы к загрязнению травянистые рудеральные (т.е. растущие на мусорных местах) растения, образованные сорными видами разнотравья и злаков (мать-и-мачеха, бодяк, пырей). Из древесных пород к газопылевому загрязнению наиболее устойчивы береза и ива. Полностью выпадают в загрязненных зонах лесные разнотравные и папоротниковые ассоциации.

Воздействие химических загрязнителей на человека

Различают два вида воздействия химических загрязнителей на человека:

Специфическое - приводит к возникновению определенных заболеваний в результате избирательного воздействия на органы и ткани организма - при высоких дозах

Неспецифическое - способствует росту заболеваний, этиологически связанных с другими факторами; возимкает при хроническом воздействии небольших доз.

Специфическое действие. Отравление кадмием вызывает болезнь итай-итай. Употребеление в пищу рыбы, отравленнной ртутью, приводит к болезни минамата. Специфическая болезнь возникают при отравлении хлебом из пшеницы, протравленной фунгицидом. Поражения слуха наблюдается при выбросах мышьяка. Кожные заболевания – вблизи алюминиевых заводов. И так далее - список можно продолжать: сколько есть специфических ядов, столько и специфических болезней.

Общетоксическое действие высоких доз тяжелых металлов на человека приводит к поражению или изменению деятельности нервной системы, органов кроветворения, эндокринной системы. Некоторые загрязняющие вещества, помимо общетоксического действия, обладают канцерогенным эффектом. Специфическое канцерогенное действие выявлено у следующих веществ: мышьяка, кобальта, кадмия, хрома (VI), некоторых полициклических ароматических углеводородов (например, бенз(а)пирен), у некоторых пестицидов.

В результате загрязнения атмосферы в индустриальных районах проявляются неспецифические реакции - увеличение заболеваемости и смертности, снижение средней продолжительности жизни, нарушения иммунной системы, замедление физического развития детей, аллергические реакции, синдром хронической усталости и т.д. Можно обратиться к официальной медицинской статистике (взять комплексный доклад о санитарно-эпидемиологической обстановке в вашем регионе, который готовят органы государственного санэпиднадзора), и вы увидете в промышленных районах рост заболеваемости, особенно эндокринных, психических и онкологических заболеваний. Например, в Челябинской области рост онкологических заболеваний за последние 7 лет составил более 13%.

1. Физический энциклопедический словарь. Батова А.Ю.- Изд-во С.-Петербург ун-та, 1996.-164 с.

2. Малый практикум по физиологии растений. Учеб пособие. Под ред. А.Т.Мокроносова.- М.: Изд-во МГУ, 1994.-184 с.

3. Бигон М., Харпер Дж. Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества: В 2-хт.-М.:Мир, 1989.

4. Тиходеев П.М. Очерки об исходных (метрологических) измерениях. М.,1954.

5. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: учеб. пособие для вузов.- М.: Логос, 2001.- 408 с.; илл.

6. Требования, предъявляемые Системой аттестации и аккредитации аналитических лабораторий. Уфа., Документация ЦСМ РБ.

7..Полевой В.В. Физиология растений. М,:Высш школа, 1989.

8. Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений. М.,: Мир. 1986. В 2-х т.

9. Гэлстон Дж. Жизнь зеленого растения. М,: Мир.1982. гл 4,5.

10 Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф., Музыкантов В.С. Физическая химия. - М.: Высш. шк., 1990. - 416с.

11. Алесковский В.Б., Бардин В.В., Булатов М.И. Физико-химические методы анализа. Практическое руководство.- Л.: Химия, 1988. - 376с.

12 Ольшанова К.М. Практикум по хроматографическому анализу. М., Высш. школа, 1970.-312 с.

Дата добавления: 2014-01-06