Речовини – забруднюючі навколишнє середовище

Із природних джерел людиною синтезовано і виділено близько 6 млн. хімічних речовин. Ця цифра щороку збільшується на 5%. Серед таких речовин антропогенного характеру є мутагени, канцерогени, тератогени. Одним із найважливіших питань хімічної екології є дослідження перетворень, які відбуваються з антропогенними речовинами в екосистемах різного ієрархічного рівня, біотрансформації антропогенних речовин у живих організмах та механізми їх шкідливої дії на організми, екосистеми та біосферу.

Вплив забруднюючих речовин на живі організми може бути трьох типів: цитотоксичний, теретогенний і генетичний.

В основі цитотоксичного впливу лежать зміни проникності клітинних мембран, порушення функціональних властивостей ферментативних систем клітин. Тератогенна дія пов’язана з порушенням дії генів без впливу на спадкові структури клітини і організму. В основі генетичного впливу лежить зміна темпу мутагенезу організму.

Наведемо деякі відомості про фізичні та хімічні властивості й біологічну дію найбільш поширених забруднювачів довкілля.

Карбон(ІІ) оксид (СО) – чадний газ – не має кольору та запаху і є одним з найпоширенішим забруднювачів повітря. Карбон(ІІ) оксид утворю-ється внаслідок неповного згорання кам’яного вугілля, газу, деревини, нафти, бензину. При концентрації в повітрі більше 1% він негативно впливає на рослин, тварин і людину, понад 4%— спричиняє смерть. Токсичність СО для людини полягає в тому, що потрапляючи в кров, він позбавляє еритроцити (червоні кров’яні тільця) здатності транспортувати кисень, настає кисневе голодування, задуха, запаморочення і навіть смерть.

Нітроген оксиди (NO, NO₂, N₂O) для людини в десятки разів небезпечніші, ніж карбон(ІІ) оксид. Їх багато в районах теплоелектростанцій, металургійних заводів і хімічних заводів, що виробляють нітратну кислоту та нітрати, анілінові фарби, целулоїд, віскозний шовк. З’єднуючись з водою в наших дихальних шляхах, вони утворюють нітратну та нітритну кислоти, що спричиняє сильні подразнення слизових оболонок, тяжкі захворювання. На територіях, що межують з найбільшими магістралями Києва (10-30 км), концентрація NO₂ перевищує ГДК в 10-30 разів, бензпірену — в 3-10 разів. Нітроген оксиди поглинаються листям рослин, які втрачають після цього кормові якості та хворіють

Сірчаний ангідрид (SO₃) утворюється внаслідок окислення сірчистого ангідриду (SO₂) в атмосфері під час фотохімічних і каталітичних реакцій і є аерозолем або розчином сульфатної кислоти в дощовій воді, яка підкислює ґрунти, посилює корозію металів, руйнування гуми, мармуру, вапняків, доломітів, загострює захворювання легеневої системи та дихальних шляхів. Його наявність характерна для районів хімічної, нафтохімічної та металур-гійної промисловості, теплоелектростанцій, коксохімічних і цементних заводів. Сірчаний ангідрид дуже шкідливий і для рослин, оскільки легко ними засвоюється та порушує їх життєдіяльність. Сірчаний газ (сірчистий ангідрид SO₂) виділяється внаслідок згорання палива з домішками сірки (вугілля, нафти), переробки сірчаних руд, частково – горіння териконів, виплавки металів.

Сірководень (Н₂S) і сірковуглець (СS₂) викидаються в повітря окремо або разом з іншими сірчаними сполуками, але в менших кількостях, ніж SO₂, підприємствами, що виготовляють штучне волокно, цукор, а також нафто - переробними і коксохімічними заводами.

Характерною ознакою цих забруднювачів є різкий неприємний, подраз-ливий запах і висока токсичність (вони в 100 разів токсичніші за сірчаний газ). У атмосфері сірководень повільно окислюється до SO₃.

Сірководень (Н₂S) на Землі існував завжди, утворюючись у результаті діяльності вулканів та сульфатредукуючих бактерій, які виникли з того часу, коли на Землі з’явилося повітря 9понад 3,6 млрд. років тому) Нині вони продовжують утворювати сірководень з використанням сірчанокислиз іонів у місцях де недостатньо кисню – донних відкладах річок, боліт, озер і морів, особливо в портах і районах стоку брудних вод з суші, в каналізаційних системах усіх міст. Сульфатредукуючі бактерії відбирають кисень у H₂SO₄, що міститься в стоках і застійних водах і виділяють Н₂S. Якщо цей Н₂S реагує з залізом та іншими елементами і стабілізується у вигляді чорних осадків, він не шкідливий. Утворення великої кількості вільного сірководню є дуже небезпечним. Цей газ з різким запахом тухлих яєць має щільність за повітрям 1,19,добре розчиняється у воді (в 100 мл води при 0⁰С розчиняється 437 мл Н₂S), легко поглинається слизовими оболонками очей, носа, дихальних шляхів. У значних кількостях він дуже подразнює ці органи, роз’їдає їх, призводить до запалення трехеї, бронхів, легенів і навіть до смерті. Внаслідок тривалої дії незначних концентрацій Н₂S виникають подразнення шкіри, сип, фурункули. Одне – два вдихання високих концентрацій цього газу викликає параліч органів дихання та смерть.

Сполуки хлору концентруються в повітрі навколо хімічних заводів, що виробляють хлоридну кислоту, пестициди, цемент, суперфосфат, гідролізний спирт, оцет, хлорне вапно, соду, калійні добрива, тощо. У великих кількостях вони дуже шкідливі для рослин, тварин і людини. В атмосфері ці сполуки знаходяться у вигляді молекулярного хлору та гідроген хлориду; 84% сумарної кількості сполук хлору в атмосфері сконцентровано в районах, де сильно розвинена промисловість.

Сполуки флуору характерні для районів, де діють підприємства, що виробляють алюміній, емаль, скло, кераміку, фарфор, сталь, фосфатні добрива. В повітрі вони містяться у вигляді газоподібного гідроген флуориду або пилуватих частинок СаF₂. Сполуки флуору надзвичайно токсичні. До флуору дуже чутливі комахи. Надлишки флуору (накопичуються в рослинах, а через рослинний корм - у тваринах) призводять до швидкого псування зубів, кісток, зниження діяльності молочних залоз, некрозу нирок, пошкодження кишок.

Шкідливі вуглеводні (парафіни, нафтени, ароматичні, бензпірен) – пари пального, що викидаються в повітря з двигунів внутрішнього згорання через нестачу кисню (недосконалість процесів згорання бензину в циліндрах двигунів), картерні гази, випаровування самого бензину. Хорошим абсорбентом бензпірену є сажа, тому вона дуже шкідлива.

Дуже шкідливими є ненасичені (олефінові) вуглеводні (етилен, пропілен, тощо), які становлять 35% від загальної кількості вуглеводистих викидів. Вони є однією з причин утворення смогів – фотохімічних туманів у містах – гігантах.

Смог серйозно зашкодив здоров’ю сотень тисяч жителів таких міст як Лос-Анжелес, Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Дейтрот, Токіо, Лондон, Мілан, Мехіко. Найближчим часом це явище може виникнути в наших найбільших індустріальних містах і містах перевантажених автотранспортом (Київ, Одеса, Харків, Ялта, Сімферополь та ін.). Сприятливими умовами для появи смогу є сонячні літні безвітряні дні.

У грудні 1952 р. звістка про смог облетіла весь світ, коли в Лондоні від нього загинуло близько 4 тис. чоловік. Це був так званий чорний смог, що виник внаслідок надлишку в повітрі міста комплексу шкідливих газів (в основному NO₂ – 5-10 мг/м³ і більше, в результаті спалювання вугілля, солярки і мазуту на промислових підприємствах і теплоцентралях Лондону.

А ще перед ІІ світовою війною білий фотохімічний смог почав з’явля-тися над Лос-Анжелесом в результаті великої загазованості міста, спричине-ної автотранспортом. Найбільшої шкоди він став завдавати 70-80-х роках минулого століття. Останнім часом завдяки системі чіткого автоматизова-ного регулювання рухом автотранспорту, переходу на нові типи двигунів і нові види пального, застосування в машинах спеціальних газофільтрів смог в Лос-Анжелесі став з’являтися значно рідше. У разі перевищення у повітрі встановленої норми забруднювачів автоматично включаються спеціальні сирени, зупиняється рух автотранспорту, виключаються двигуни. Завдяки заходам по охороні повітрі в США, Японії, Іспанії, Великобританії, Канаді рівень загазованості міст щорічно знижується на 4-5%.

На території колишнього СРСР у 1989-1991 р. р. реєструвалися випадки масових отруєнь брудним повітрям у містах Ангарську, Оренбурзі, Нижньому Тагілі.

Дослідження американських, англійських і японських вчених свідчать, що смог виникає в результаті складних фотохімічних реакцій у повітрі, забрудненому вуглеводнями, пилом, сажею і оксидами нітрогену під впливом сонячного світла, підвищеної температури нижніх шарів повітря й великої кількості озону (озон виділяється в результаті розкладу нітроген двооксиду олефінами). У сухому (вологість 70%) загазованому і теплому повітрі внаслідок впливу сонячного проміння виникає синюватий прозорий туман, який складається з озону (понад 3 мг/м³)й інших речовин, що значно токсичніші за первинні забруднювачі повітря. Туман неприємно пахне, подразнює очі, горло, спричинює задуху, бронхіальну астму, порушення вітамінного обміну, сну у дітей, емфінезу легенів. Листя починає в’янути, стає плямистим, набуває сріблястого або бронзового кольору. Набагато прискорюється корозія металу, руйнування мармуру, вапняку, фарби, гуми, синтетичних виробів, швидко псується одяг, взуття, порушується рух транспорту.

У фотохімічних реакціях беруть участь альдегіди, пероксиацетилнітрати та інші речовини. Навіть у зовсім малих концентраціях вони сильно подраз-нюють оболонки очей, носоглотки, впливають на органи кровообігу. Тобто, головним діючим фактором смогу є різні суміші, утворені у специфічних умовах, органічні пероксиди.

З розвитком великих тваринницьких ферм, птахоферм, де кількість тварин сягає десятків і сотень тисяч, постала проблема сильного забруднення довкілля і в с/г районах. У зонах, де є приміщення для утримання птиці, свиней, корів, у повітря надходить велика кількість H₂S, NH₃, CO₂, а в ґрунти та ґрунтові води – органічних забруднювачів, хімічних синтетичних продуктів. Спеціалісти стверджують, що одна велика сучасна свиноферма (100 тис. голів), де використовують гідрозмив нечистот, забруднює довкілля з такою ж інтенсивністю і в такому обсязі, як сучасне місто з населенням в 300 400 тис. чоловік.

В сучасних умовах атмосферне повітря забруднюється кількома шкідли-вими речовинами. Кожна з них взята окремо, може мати концентрацію, що менша ГДК і начебто нешкідлива, але сумісний вплив усіх забруднювачів викликає такий же ефект, як речовина з перевищеною ГДК. Це явище називається ефектом сумації дії шкідливих речовин. Прикладом сумації негативного впливу може бути сумісна дія SO₃ та H₂S, ацетону й фенолу, ацетальдегіду та вінілацетату, NO₂ і SO₂, суміші кислот (HCl, H₂SO₄,HNO₃).

Серед різноманіття хімічних речовин, що надходять до біосфери, найшкідливішими є канцерогени – речовини або фізичні агенти, які пригнічуючи діють на еритроцити крові та сприяють розвитку злоякісних утворень. Канцерогенна дія проявляється за двоступеневим механізмом: генотоксичного ініціювання та епігенетичного промоторування. Ініціатори в процесі взаємодії з ДНК викликають незворотні соматичні мутації, причому достатньо малої дози речовини й однократного введення. Вважається що для цього впливу не існує граничних значень концентрацій, нижче яких він не проявляється. Навіть мікрограми таких речовин здатні викликати розвиток пухлин. Речовина промотор сама по собі не канцерогенна, але посилює дію ініціатора, її власний вплив на організм протягом деякого часу є зворотним. Промотору потрібен більш тривалий час впливу на організм, щоб він викликав появу ракових пухлин. Канцерогенез провокується багатьма хіміч-ними забруднювачами навколишнього середовища. Хімічні канцерогенні речовини поділяють на дві основні групи – істинні канцерогени та інші хімічні речовини, які діють на організм подібним чином. До них відносяться:

· поліциклічні вуглеводні, що утворюють донорно-акцепторні комплекси з пуриновими основами ДНК та РНК;

· алкілнітрозоаміни, що алкілірують білки;

· ароматичні аміни (опосередковано), що утворюють канцерогенноактивні продукти трансформації (гідроксил аміни, амінобензоли);

· аміноазосполуки (опосередковано), що утворюють N- оксі- або N-оксиметилові похідні, які взаємодіють з метіоніновим залишком білків.

Потенційними канцерогенами вважається понад 25 тис. речовин. Вони впливають на живу тканину таким чином, що здійснюється злоякісна трансформація клітинних елементів без розвитку тяжких токсичних явищ у тканинах, без видимого протягом тривалого часу тканинних змін, які виявля-ються тільки на найпізніших стадіях процесу утворення злоякісних пухлин.

Досліди на тваринах показали, що фенобарбітал, поліхлоровані біфеніли (ПХБ), дихлордифенілтрихлоретан (ДДТ), тетрахлордібензодіоксин (ТХДД) і хлороформ є промоторами канцерогенезу. Мутагенною дією володіють полі - конденсовані ароматичні вуглеводні (ПАВ), наприклад бензпірен, нітро-ароматичні сполуки і багато пестицидів. Нітрити також сприяють мутаціям.

Нижче приведені формули ініціаторів і промоторів канцерогенезу і пояснення до них.

а) Найсильнішим канцерогенів серед ряду поліциклічних ароматичних вуглеводнів є бензпірен (С₂₀Н₁₂), який присутній у вихлопних газах автомобілів:

Синтез поліциклічних ароматичних вуглеводнів відбувається під час переробки нафти, кам’яного вугілля, сланців, під час спалювання їх в опалювальних системах промислового та побутового призначення. Сучасний природний рівень бензпірену в біосфері характеризують такі показники: атмосферне повітря, мкг/м³: над континентами 0,0001-0,0005, над океанами-0,00001; ґрунт, рослинність мкг/кг сухої маси – до 1-5; прісні водоймища: вода, мкг/л – близько 0,0001, донний пісок та водяні рослини, мкг/кг сухої маси – до 1-3.

б) Загальна формула нітрозосполук R – N = O, де – N = O - нітрозогрупа; R -аліфатичний або ароматичний радикал.

Формула N – нітрозоамінів:

Вони володіють канцерогенними і мутагенними властивостями, вико - ристовуються у виробництві барвників, лікарських препаратів, в якості компонентів ракетного палива. У повітрі житлових приміщень джерелами нітрозо сполук є тютюновий дим, опалювальні системи, газові плити, каміни. При зберіганні рослинних продуктів, особливо за несприятливих умов, під час технологічної переробки харчових продуктів у них здійснюється синтез канцерогенних нітрогеновмісних сполук з їх попередників (нітратів, нітритів, амідів, амінів та ін.): у процесі сушіння і концентрування трав вміст таких сполук збільшується від 0 до 150 мкг/кг; у беконі та консервах – до 100-200 мкг/кг, в окремих копчених ковбасах – до 1600 мкг/кг, у копченій та солоній рибі – до 110 мкг/кг.

Нижче наведені формули деяких нітрозо сполук і нітрозо амінів, що служать ініціаторами канцерогенезу

N-нітрозо- N-нітро- N-метилгуанідін N-нітрозо- N-метилсечовина

диметилнітрозоамін диетилнітрозоамін

в) Уретан(и) (карбам ати – це похідні карбпмінової кислоти:

Вони використовуються у виробництві лікарських препаратів і гербіцидів. Етилкарбамат-уретан має формулу:

г) Формула 1,2-диметилгідразіну:

Сполуки а, б, в, г відносяться до ініціаторів канцерогенезу.

д) Кротонове масло містить смоло подібну речовину, склад якої не вивчений, яка є причиною його токсичності. Воно відноситься до промоторів канцерогенезу.

Самі по собі промотори не являються канцерогенними. Їх дія проявля-ється тільки після появи ініціатора. Гранична концентрація, ймовірно, залежить від часу впливу дози. До промоторів відносяться також фенобарбітал (5-етил-5-фенілбарбітурова кислота), полі хлоровані біфеніли (наприклад, 2,4-дихлордіфеніл), діоксини і ін.

Для природних середовищ звичайним є одночасна присутність декількох полютантів, тобто має місце комбінована їх дія на живі організми. Залежно від характеру процесів, що при цьому розвиваються, спільна дія шкідливих речовин може проявлятися як:

· синергізм – одна речовина посилює дію іншої речовини;

· адитивність – дія речовин додається;

· антагонізм – одна речовина послаблює дію іншої речовини.

На речовини – забруднювачі в екосистемах діє комплекс біотичних та абіотичних чинників середовища, унаслідок чого ці речовини можуть транс-формуватися. Продукти трансформації можуть мати змінену екологічну роль та біотичну активність відносно живого.

Дата добавления: 2017-01-14