Работа с тяжелыми металлами

Обновлено: 07.01.2025

В прошлом году компания Longevica предложила мне поработать со своим продуктом, не смотря на свое образование и опыт работы в том числе и со старением, мне пришлось пройти большой путь чтения и глубоких интервью, что бы разобраться с концепцией. Концепция продления жизни у компании включает в том числе и снижение уровня тяжелых металлов: в клетках, в питании, в организме - во всем, что окружает нас. В серии статей на Хабр я решил показать свой путь скептика и обсудить открытые вопросы, как в научной области, так и в области техники и инженерии.

Само словосочетание "тяжелые металлы" у меня, как у обывателя, вызывает ассоциации с грибами растущими у шоссе или всплесками радиоактивности, но о продуктах в магазине, а уж тем более о риске для собственного здоровья я не задумываюсь. Точнее не задумывался.

В этой статье я приведу поразившие меня факты о тяжелых металлах. Последние научные данные показывают, что даже при уровне тяжелых металлов ниже официально допустимого (т.е. в пределах нормы) их влияние негативно. Попытаюсь разобраться откуда действительно появляются тяжелые металлы у современного человека в организма, и расскажу про всемирные инициативы по снижению их уровня.

Что такое "тяжелые металлы"?

Прежде чем перейти к самому вопросу, логично определиться, что такое “тяжелые металлы”, оказалось это очень плохой термин, так как он не научный и у него нет определения. Очень тут меня выручил автор Троицкого Варианта Захар Слуковский [1], который написал о своих мытарствах при подаче научной статьи с термином "heavy metals" . Процитирую из его текста.

В 2002 году Международный союз теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) выпустил технический отчет, готовившийся в течение 1999–2001 годов, где, ссылаясь на все предшествующие работы по критике термина heavy metals, было сказано, что данный термин является бессмысленным и вводящим в заблуждение, так как за почти 60 лет его использования он не получил четкого определения, основанного на химии (Duffus, 2002).

С точки зрения науки словосочетание "тяжелые металлы" некорректно, и, как увидим в комментариях к этой статье, спорить об этом можно бесконечно.
Оказывается само словосочетание бытовое, как и слово микроб, например. Да, оно пришло из науки, но из той науки, где не было систем и классификаций.
Изначально тяжелыми металлами считались элементы с плотностью выше 4,5 г/см, но по мере движения к систематизации с 1817 до нашего термин расплодил более 30 определений, а эксперты начали бороться с ним еще с конца 1980-х.

Что же выбрать как термин?

Основным документом, на который я ориентировался это американский план "Closer to Zero" по снижению "toxic elements" в детском питании принятый в 2021 году. Это самый современный документ, касающийся каких-либо планов по снижению уровня химических элементов из списка тяжелых металлов, в самом плане говорят не "тяжелые металлы", а "токсичные элементы", дальше в статье буду использовать термин "Toxis Elements" (TE), а "тяжелые металлы" оставлю лишь в заголовке для привлечения внимания к вопросу.

Американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов выбрало четыре "тяжелых металла" для снижения в первую очередь: мышьяк (англ. arsenic), свинец (англ. lead) и кадмий (англ. cadmium) и ртуть (англ. mercury). Они наиболее распространены и оказывают, по-видимому, самый существенный эффект с точки зрения массового здравоохранения.

Toxic elements и здоровье

Следующий вопрос это уровень доказательности во влиянии TE на здоровье. Вопрос, который меня интересует "Видим ли мы ухудшение здоровья при повышении уровня тяжелых металлов в организме и в каком диапазоне концентраций?"
Я искал связь смертности от всех причин (all cause mortality) и уровня выбранных TE в крови. Оказывается ученые не часто измеряют тяжелые металлы в крови или моче в эпидемиологических исследованиях, и хороших наборов данных не много. Нас выручает серия регулярных американских исследований диет и здоровья NHANES (National Health and Nutrition Examination Survey) [5], проводимых с 80х годов каждые 3-5 лет с числом участников от 10 до 40 тыс человек. В этой серии исследований TE измеряют.
Для 26 000 американцев (1999-2014 гг.) общий уровень TE в крови (свинец, кадмий и ртуть) и в моче (10 разных токсичных элементов) показал связь с риском смертности. Относительный риск был в диапазоне 1.22 до 1.94, то есть если сравнить людей с низким и высоким уровнем суммарным риск смертности может быть в полтора раза выше. Простыми словами: "почти в полтора раза можно снизить риск смертности, снизив общий уровень ТE до низкого". Из всего, что я прочитал это самое сильное утверждение вытекающее из статистики.

В том же исследовании было показано, что именно кадмий и в крови и в моче оказывает самое существенное влияние. И это данные для людей без отравления. Обычных людей. У одних высокий уровень, а у других низкий. Более того, именно после этой статьи стало понятно, что снижать тяжелые металлы имеет смысл в любом диапазоне.

Кадмий отдельно ученые смотрели на том же наборе данных NHANES, используя выборку 1999-2004 годов. Для восьмидесятого процентиля, то есть для тех, у кого уровень кадмия на уровне верхних 80% среди всех американцев (из 9000 человек в исследовании) уровень кадмия давал вклад 7 процентов в общий риск смертности и 9 в риск сердечно сосудистых.
Поиск позволяет найти десятки подобных публикаций (почти все они на тех же данных) и похожий уровень ассоциации с различными причинами смертности от почек и диабета до сердечно сосудистых осложнений.
Стоит сказать, что поскольку одним из основных факторов повышения кадмия обычно считается курение, при статистическом анализе обязательным образом разделяют вклад кадмия и курения как отдельных факторов. Дело не просто в дыме, а как мы увидим дальше и вообще не в нем.
Именно для кадмия изначально сигаретный дым был основным источником, но борьба с курением с 80х годов практически убрала этот фактор в западном мире.

На графике снижение кадмия с 80х годов произошло именно благодаря снижению сигаретного дыма (пассивного и активного) как утверждают авторы статьи [6].

Предварительный вывод такой: токсичные элементы (кадмий, ртуть, мышьяк и свинец) влияют на здоровье, потенциально значимо сокращают жизнь во всем диапазоне и появляются в организме из окружающей среды. Интересно, что является основным источником?

Токсичные элементы в детском питании

Если просто начать искать тему "heavy metals food", на первые места поиска выходят статьи от 2021 года с заголовками "Heavy metals in baby food". 4 февраля 2021 года производители детского питания проснулись в холодном поту. Конгресс США опубликовал данные по уровню "тяжелых металлов в детской еде", в котором выявлены превышения уровней всех четырех наших TE в детском питании, более того, расследование обнаружило отсутсвие внутренного контроля на одних фабриках, а на других пренебрежение собственными стандартами [7].
Привожу ниже результаты отчета по свинцу, но прежде скажу, что разрешенные нормы свинца в детском питании в Европе [9] 20 ppb (частей на миллиард), что равно 0,020 мг/кг, в США по детям нашел максимум для конфет 100 ppb и для 50 ppb для сока [8]. Отчет конгресса показывает содержание TE выше этих норм.
А теперь выдержка из отчета конгресса США.

"Свинец присутствовал в продуктах детского питания всех ответивших компаний.

Компания Nurture (HappyBABY) продавала готовые продукты детского питания, содержание свинца достигает 641 ppb. Почти 20% готовой продукции детского питания, протестированного компанией питания содержало более 10 частей на миллиард свинца.

Beech-Nut использовала ингредиенты, содержащие до 886,9 частей на миллиард свинца. Он использовал многие ингредиенты с высоким содержанием свинца, в том числе 483 ингредиента, которые содержали свинца более 5 частей на миллиард, 89 содержащих свинец более 15 частей на миллиард и 57 с содержанием более 20 частей на миллиард.

Hain (Earth’s Best Organic) использует ингредиенты, содержащие 352 ppb свинца. Хейн использовал много ингредиентов с высоким содержанием свинца, в том числе 88, в которых было протестировано содержание свинца более 20 частей на миллиард, и шесть, в которых было установлено содержание свинца более 200 частей на миллиард.

Гербер использовал ингредиенты, содержание свинца в которых достигало 48 частей на миллиард; и использовал много ингредиентов, содержащие более 20 частей на миллиард свинца. "

Слова Best и Organic особенно меня улыбнули в этом контексте. Может быть здоровая еда это не органическая, а что-то другое.
Несколько производителей не ответили на первый запрос конгресса. По итогам расследования почти во всех 50 штатах были поданы иски на производителей, по-видимому, родители получат возмещение по сделке, если у ребенка проявились расстройства, такие как Аутизм или СДВГ. Пример типичной американской конторы, которая помогает родителям получить возмещение по ссылке [10].

Механизмы поражения токсичными элементами

В чем проблема с этими тяжелыми металлами?
1 - они реакционно способны и будут вступать в реакции там, где их не ждут. И хотя в организме много возможно более реактивных натрия или кальция, но в физиологических концентрациях наш организм знает, что с ними делать.
2 - они 2-х валентные и могут с большей константой связывания заменять Цинк и Магний в реакционных центрах ферментов. хотя есть другие двухвалентные редкие металлы (хром, марганец и медь), они не так необратимо связываются, пожалуй самым сильным по связи с местами посадки магния является кадмий. Концентрация кадмия на порядки меньше, а связывание на порядки выше, возможно дефицит магния может усугублять последствия TE. Один только магний поддерживает более 300 известных реакций в организме.

Не углубляясь в Биохимию в этой статье, хочу процитировать вводную часть научной статьи о механизмах действия тяжелых металлов [11].
Острые или хронические отравления могут возникать при контакте с водой, воздухом и пищей. Бионакопление этих тяжелых металлов приводит к разнообразному токсическому воздействию на самые разные ткани и органы организма. Тяжелые металлы нарушают клеточные процессы, включая рост, пролиферацию, дифференцировку, процессы восстановления повреждений и апоптоз. Сравнение механизмов действия показывает сходные пути для этих металлов, чтобы вызвать токсичность, включая образование ROS (активных форм кислорода), ослабление антиоксидантной защиты, инактивацию ферментов и окислительный стресс. С другой стороны, некоторые из них обладают избирательным связыванием со специфическими макромолекулами. Некоторые токсичные металлы, включая хром, кадмий и мышьяк, вызывают нестабильность генома. Дефекты репарации ДНК после индукции окислительного стресса и повреждения ДНК тремя металлами считаются причиной их канцерогенности. Даже при современных знаниях об опасности тяжелых металлов частота отравлений остается значительной и требует профилактического и эффективного лечения.
Неслабо, да?

Эволюция живого и история использования токсичных элементов

Мне как биологу интересно рассуждать об эволюции живого и проблеме, следую за Добжанским: “ничего не имеет смысла, кроме как в свете эволюции” [12]. Понятно, что большинство металлов “не намазано ровным слоем” по земле, скорее наоборот, они концентрируются в местах, где земная мантия выходит к поверхности. В других (в большинстве) местах их сильно меньше. Жизнь научилась использовать некоторые металлы, например железо, в своих целях и приспособила к этому свою машинерию, например то же самое железо в молекуле гемоглобина связывает кислород и углекислый газ для транспортировки к легким. Другие металлы жизнь не встречала (токсичные элементы) в больших количествах и научилась их выводить из организма неспешно. Так продолжалось миллионы лет.
Потом пришел человек и начал ковырять застывшую мантию земной коры и доставать оттуда разные интересные штуки, например пигменты для красок. Доставать и добавлять их во всякое: краски, бензин, зубные импланты, средства для производства шляп. Таким образом в клетках была достигнута “быстрая” отравляющая доза, когда эффект виден очень быстро
И у Ван-Гога (отравление свинцом [13] из-за красок) и у сумасшедшего шляпника (отравление ртутью [14] использовавшейся для производства шляп) психопатологические отклонения были на лицо.

Мартовский Заяц:… Нужно всегда говорить то, что думаешь.
Алиса: Я так и делаю, по крайней мере… По крайней мере я всегда думаю то, что говорю… а это одно и то же…
Шляпник: Совсем не одно и то же. Так ты еще чего доброго скажешь, будто ``Я вижу то, что ем`` и ``Я ем то, что вижу``, - одно и то же!

Мы то с вами в 21-м веке и бензин у нас unleaded (неэтилированный – это бензин который не содержит тетраэтилсвинца в своем составе). Мы скоро уберем свинцовую краску в старых домах. Перешли на новые пломбы. Бросили курить. Не разбиваем электронные градусники. При чем тут тогда история с отравлениями?

Моя гипотеза для вас, гипотеза имеющая целую цепочку проверяемых фактов, что в небольших количествах яд продолжает работать так же как и в больших, но медленнее. Мы не сойдем с ума и не отрежем себе уши, мы просто сократим время жизни на 5-15% в зависимости от того, насколько нам повезет с местом производства нашей ежедневной еды.
Именно еда, вода и воздух стали сегодня самыми важными источниками тяжелых металлов, и судя по эпидемиологическим исследованиям (как те, что в начале статьи) есть коэффициент наклона кривой, который отражает влияние нашего текущего уровня тяжелых металлов на продолжительность жизни. Больше металлов, короче жизнь.

За пределами этой статьи остались механизмы нашего организма для борьбы с кадмием, проверка американскими лабораториями добавок на предмет содержания тяжелых металлов и возможности технологий в производстве и выращивании еды.

Я пиарюсь в этой части статьи
Обо всем этом я рассказываю в своем канале и напишу вторую и третью часть для этой серии здесь. Как всегда рад вдумчивым комментариям.

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Махниченко Анжела Сергеевна, Пащенко Анна Евгеньевна

Данная статья посвящена вопросу влияния тяжелых металлов на организм человека . Рассмотрен термин тяжелые металлы , источники их поступления в окружающую среду , а также приведены полезные советы.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Махниченко Анжела Сергеевна, Пащенко Анна Евгеньевна

Микроэлементозы - как возможные и реальные экологически обусловленные заболевания в Астраханском регионе

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА»

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Махниченко Анжела Сергеевна, Астраханский государственный технический университет, г. Астрахань

Пащенко Анна Евгеньевна, Астраханский государственный технический университет, г. Астрахань

Аннотация. Данная статья посвящена вопросу влияния тяжелых металлов на организм человека.

Рассмотрен термин тяжелые металлы, источники их поступления в окружающую среду, а также приведены полезные советы.

Ключевые слова: тяжелые металлы, организм человека, окружающая среда, влияние, загрязнение

В настоящее время состояние окружающей среды является важнейшим фактором, определяющим жизнедеятельность и развитие человека и общества в целом. К одним из наиболее распространенных химических загрязнений относится загрязнение тяжелыми металлами. Высокое содержание многих химических элементов и их соединений, обусловлены природными и техногенными процессами, происходящими в окружающем нас мире.

Тяжелые металлы обнаружены во всех природных средах: атмосфере, почве, воде, растениях, животных. По токсичности они занимают второе место в загрязнении окружающей среды и составляют группу наиболее опасных загрязнителей биосферы.

Необходимо отметить, что тяжелые металлы играют важную роль в биосфере, присутствуя в живых организмах в ничтожно малых концентрациях, они выполняют важные функции, но достигая определенной, отличной от нормы, концентрации, они оказывают губительное воздействие на организм человека. Они способны накапливаться в тканях, почках, печени, вызывая серьезные физиологические нарушения, токсикоз, аллергию, онкологические

заболевания, отрицательно влияют на генетическую наследственность.

Тяжелые металлы способны образовывать высокотоксичные металлорганические соединения (МОС), так как обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям, изменять формы нахождения при переходе от одной природной среды в другую, т.е. мигрировать. Миграция соединений тяжелых металлов происходит из-за того, что многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах.

Большой интерес представляют те металлы, которые загрязняют атмосферу в значительном объеме использующиеся в производственной деятельности. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк, именно они представляют серьезную опасность не только для человека, но и для всех организмов на Земле. Располагая сведениями о содержании тяжелых металлов у млекопитающих и растений, можно прогнозировать их влияние на организм человека.

Термин тяжелые металлы, характеризующий группу химических элементов, загрязняющих окружающую среду, получил значительное распространение в настоящее время. Авторы различных научных публикаций трактуют этот термин по-разному. В связи с этим список тяжелых металлов будет включать разные элементы. Существуют классификации, основанные на атомной массе, плотности, токсичности, распространенности в природной среде, степени вовлеченности в природные и техногенные циклы.

Немаловажную роль в классификации тяжелых металлов играет их высокая токсичность. В зависимости от степени токсикологического воздействия химические вещества в соответствии с ГОСТом 17.4.1.0283 подразделяют на три класса:

- I класс (высоко опасные) - As, Cd, Hg, Be,Se, Pb, Zn;

- II класс (умеренно опасные) - B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr;

- III класс (мало опасные) - Ba, V, W, Mn, Sr.

К тяжелым металлам относится более 40 химических элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева с высокой относительной атомной массой и относительной плотностью: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. Когда они находятся в естественных концентрациях, к ним применяют термин «микроэлементы», участвуют в биологических процессах. По А.П. Виноградову (1957), под микроэлементами подразумевают химические элементы, необходимые для растительных и животных организмов.

Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А.Т.Пилипенко (1977), к тяжелым металлам отнесены элементы, плотность которых более 5 г/см3. Если исходить из этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов Периодической системы элементов. По другой

классификации, Н.Ф. Реймерса, тяжелые металлы имеют плотность больше 8 г/

см . Следовательно, получится меньше таких элементов: Pb, Zn, Bi, Sn, Cd, Cu, Ni, Co, Sb. В теории, тяжелыми металлами можно назвать все элементы таблицы Менделеева, начиная с ванадия, но что это не совсем так из-за того, что не все элементы находятся в природе в токсичных пределах. По мнению исследователей, занимающихся практической деятельностью, связанной с наблюдением состояния окружающей среды, к тяжелым металлам включают только свинец, ртуть, кадмий и мышьяк. Ю.А. Израэль относит к ним Pb, Hg, Cd, As. Согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором, и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам.

Как в среде нашего обитания появляются тяжелые металлы? Источниками их поступления в окружающую среду являются природные и техногенные процессы. Природными или естественными источниками являются горные породы, но их насыщенность тяжелыми металлами невелика. Кроме того, естественными источниками являются термальные воды и рассолы (Br, Sr, As, Pb, V, Se, Cu и др.), космическая и метеоритная пыль, вулканические газы. Большая часть таких элементов попадает в биосферу - в виде сухих осаждений и атмосферных осадков (15-25%), которые удаляют данные загрязнители, поступающие в атмосферу в виде аэрозольных выбросов.

Техногенное поступление тяжелых металлов связано с присутствием их в сточных водах различных промышленных объектов, черной и цветной металлургии, машиностроением, они также поступают в окружающую среду с бытовыми стоками, с дымом и пылью, а часть элементов входит в состав пестицидов и удобрений и является источником загрязнения окрестных прудов. Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах часто связано с закислением, выпадением кислотных осадков, переходу металлов в свободное состояние.

В биосферу загрязнители поступают за счет возрастания объемов промышленных выбросов и отходов. Основными техногенными источниками атмосферного загрязнения являются тепловые электростанции (27%), предприятия черной металлургии (24,3%), предприятия по добыче и переработке нефти (15,5%), транспорт (13,1%), предприятия цветной металлургии (10,5%), а также предприятия по добыче и изготовлению строительных материалов (8,1%), химическая промышленность (1,3%).

К основным отраслям, с которыми связано загрязнение окружающей среды ртутью, относят горнодобывающую, металлургическую, химическую, приборостроительную, электровакуумную и фармацевтическую.

Наиболее интенсивные источники загрязнения окружающей среды кадмием - металлургия и гальванопокрытия, а также сжигание твердого и жидкого топлива.

Если рассмотреть это вопрос с точки зрения химии, то самым главным инициатором повышения уровня растворимых солей тяжелых металлов в окружающей среде являются кислотные дожди. Кислотные дожди снижают плодородие почв, ухудшают здоровье населения. Уменьшение кислотности среды сопровождается переходом тяжелых металлов из малорастворимых соединений в более растворимые в почвенном растворе.

С одной стороны, многие тяжёлые металлы, такие как Fe, Си, 7п, Мо, являются необходимыми для нормальной работа организма человека, так как участвуют в биологических процессах. С другой стороны, накопление данных элементов в тканях организма в большом количестве может оказывать вредное воздействие, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы, такие как свинец и ртуть, определяются как токсичные металлы. Металлы, не несущие пользы организму, такие как ^ и РЬ, считаются токсичными. А часть элементов, токсичная для одних организмов,

Загрязнение окружающей среды - процесс, происходящий в пространстве и во времени, поэтому реакцию человеческого организма на загрязнения иногда очень трудно предугадать. Постоянный рост поступлений токсичных веществ в окружающую среду, в первую очередь, сказывается на здоровье населения, ухудшает качество продуктов сельского хозяйства, снижает урожайность, оказывает влияние на климат отдельных регионов. Большинство человеческих болезней связаны прямо или косвенно с состоянием окружающей среды, которая либо становится причиной возникновения заболеваний, либо способствует их развитию.

Тяжелые металлы вызывают сердечно-сосудистые заболевания, тяжелые формы аллергии, и даже имеют канцерогенные свойства. Они влияют на генетический фон, так как накапливаются в организме с последующим эффектом действия, проявляющимся в наследственных заболеваниях, умственных расстройствах и т.д.

Токсичность тяжелых металлов выражается в связывании их с функциональными группами белковых и других жизненно важных соединений в человеческом организме. Последствием этого является отравление, то есть нарушение нормального функционирования клеток и тканей, которое иногда заканчивается летальным исходом.

Пыль, содержащая соединения с тяжелыми металлами, такими как кремний, мышьяк, ванадий, уменьшает вентиляцию и объем легких, повреждает слизистые оболочки глаз, верхних дыхательных путей, вызывает раздражение

полезна для других.

кожи, повышает смертность от рака легких и кишечника.

Под действием свинца нарушается синтез гемоглобина, возникают заболевания мочеполовых органов, нервной системы. В развитых городах содержание свинца в атмосфере превышает норму в 10 000 раз.

Так же очень опасны загрязнения вод ртутью, так как заражение морских организмов может стать причиной заболевания людей.

Кадмий присутствует во многих сельскохозяйственных удобрениях. Не осознавая этого, каждый день мы получаем этот вредный металл вместе с фруктами и овощами. Кадмий имеет свойство накапливаться и это, в дальнейшем может быть опасным.

Мышьяк так же является вредным для организма веществом. Чаще всего его можно найти в обычной водопроводной воде.

Интересным примером влияния тяжелых металлов может быть Ньютон. В 1692 году он заболел, болезнь была тяжелая и непонятная. Ученый потерял своё душевное равновесие, сон и аппетит, а иногда его даже подводила память. Биографы называли это время «черным годом» жизни великого ученого. Как стало известно позже, виновницей оказалась ртуть и её соли. Известно, что Ньютон обращался к химии и часто проводил опыты с ртутью, подолгу нагревая её, чтобы получить летучие вещества, и даже пробовал получившееся. Оказалось, у него было ртутное отравление, а анализ волос подтвердил, что концентрации высокотоксичных металлов в них сильно превышали нормы.

Тяжелые металлы повсюду - в нашей воде, пище, в бытовых чистящих средствах, и даже в воздухе, которым мы дышим. Некоторые опасны только в больших количествах, а некоторые и в маленьких, особенно если они попали внутрь организма. Симптомы отравления часто путают с другими заболеваниями, хотя каждый из нас имеют немалое количество токсичных элементов в своих клетках.

Одна из самых больших проблем, что токсичные металлы накапливаются и разрушают нас изнутри, а избавиться от них достаточно сложно. Мы предлагаем несколько полезных советов, которые помогут сохранить здоровье:

- противоядием от тяжёлых металлов и их солей является яичный белок.

- если металлическая ртуть рассыпалась, её необходимо засыпать порошком серы или залить раствором хлорида железа (III);

- потребляйте больше Омега-3 жирные кислоты, они отлично подходят для детоксикации тяжелых металлов из ваших клеток;

- консервные банки спаиваются припоем, содержащим определённое количество свинца, поэтому консервы следует перекладывать в стеклянную посуду после её открывания;

- выбирайте органическую или фермерскую продукцию. Убедитесь, что все ваши фрукты, овощи и травы выращивают без использования химических

пестицидов и удобрений;

- для приготовления и хранения пищи нужно использовать только специальную посуду, глазурь, которой покрыта декоративная посуда, содержит соли свинца и кадмия;

- используйте только натуральные моющие средства;

- вдоль дорог следует сажать только декоративные и лесные породы деревьев, а не пищевые, так как этилированный бензин, поглощается растениями, и употреблять их в пищу нельзя;

- полюбите свежий лук и чеснок. Лук, чеснок, лук-шалот содержат высокое содержание серы — мощный природный хелатообразователь, который связывает ионы тяжелых металлов (так же, как кинза и хлорелла) и выводит их через пищеварительный тракт;

- берегите детей. Некоторые детские игрушки содержат токсичные красители, в состав которых входит кадмий.

В результате общего загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы, за счет интенсивных и бесконтрольных выбросов цветной и черной металлургии, предприятий горнодобывающей, металлургической, химической промышленности, происходит интенсивное загрязнение почвы, воздуха, воды и морских организмов, вредными веществами. Они поступают в организм человека и способны накапливаться в костях, тканях, крови, отравляя организм и вызывая мутационные изменения, различные заболевания, а также могут изменять биологический режим работы организма.

В настоящее время люди не информированы о последствиях воздействия тяжелых металлов на человеческий организм, а ведь это воздействие чаще всего может стать губительным для него. Увеличение концентрации тяжелых металлов увеличивает число мутаций, передающихся по наследству, значительно ухудшает здоровье человека.

Загрязнение тяжелыми металлами может быть уменьшено в результате запрещения производства и применения ряда продуктов производства, отрицательно влияющих на человека, введением строгого контроля над отходами производства, а также за пищевыми продуктами, уменьшение техногенных выбросов в биосферу. Мы не должны экономить на очистных сооружениях, методах очистки от вредных элементов, содержащихся в почве и воде, ведь экономя на этом, мы экономим не только на своем здоровье, но и на здоровье нашего будущего поколения.

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая школа,1988.

2. Кирпатовский И.П. Охрана природы: Справочник для работников нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1974. - 376 с.

3. Мудрый И.В. Тяжёлые металлы в окружающей среде и их влияние на организм / И.В. Мудрый, Т.К. Короленко // Врачебное дело. - 2002. - № 5/6. - С.

Тяжелые металлы в промышленном производстве и их влияние на здоровье человека Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Текст научной работы на тему «Тяжелые металлы в промышленном производстве и их влияние на здоровье человека»

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Россия

В настоящее время в индустриально-развитых странах, несмотря на ускорение научно-технического прогресса, внедрение современных безопасных технологий, усиливается озабоченность ростом профессиональных заболеваний, причиной которых являются вредные производственные факторы. К ним относятся шум, вибрация от движущихся механизмов, электромагнитные поля, воздействие химических веществ и т.д. Наибольшую опасность, по мнению экологов, биологов и медиков представляют тяжелые металлы. Человек часто даже не догадывается, что работа с тяжелыми металлами отравляет его организм, вызывая необратимые процессы.

К тяжелым металлам относятся химические элементы (металлы) с атомной массой более 40, или химические элементы с удельным весом выше 5г/см Наиболее токсичными признаны: ртуть, свинец, кадмий, медь, ванадий, олово, цинк, молибден, кобальт, никель. По некоторым источникам наиболее опасными считаются ртуть, свинец, кадмий.

В последние годы ежегодное производство ртути составляет 10 тыс. тонн. К предприятиям, где ртуть является одним из элементов производственного цикла, относятся: электронная, электротехническая отрасли, химические производства (фунгицидов, красителей, хлора, каустической соды и др.), а также различные отрасли медицинского оборудования, промышленных и бытовых приборов. При испарении ртуть превращается в пар без цвета и запаха, поэтому её присутствие в воздухе не выявляется, у работающего с ртутью создается мнимое представление об ее отсутствии. Более того, пары ртути проникают во все пористые тела, щели, оседают на полу, стенах, создавая большие концентрации в воздухе.

Интоксикация ртутью вызывает поражение нервной и сердечнососудистой систем, нарушения пищеварительного тракта, обменных процессов, расстройства эндокринных желез и др.

Определенный положительный результат в плане безопасности при работе с ртутью наряду с медикаментозными формами дают усовершенствование технологических процессов, внедрение автоматизации, механизации.

Высокой токсичностью обладает и такой тяжелый металл как кадмий. В промышленности кадмий широко используется в качестве противокоррозионного покрытия изделий из стали, стабилизатора поливинилхлорида, пигмента для пластмасс и стекла, электродного материала в никель-кадмиевых аккумуляторах и батареях, в химической промышленности соединения кадмия приме-

няются в качестве катализаторов и т.д.

Кадмий поражает у человека практически все ткани, но откладывается преимущественно в печени, почках и костной ткани. Из человеческого организма кадмий почти не выводится, т.к. прочно фиксируется в составе ряда химических соединений.

При работе с кадмием кроме общепринятых мер безопасности, значительное внимание уделяется индивидуальным средствам защиты.

В производственных условиях серьезную опасность представляет свинец и его соединения в зависимости от их агрегатного состояния и характера контакта с ними. Свинец и его соединения широко используются в промышленности для изготовления сплавов, при производстве электрических аккумуляторов, красок, в химическом машиностроении, полиграфии и т.д.

Соединения свинца и сам металл могут проникать через дыхательные пути в виде пыли, аэрозоля и паров непосредственно в кровь. Свинец относится к ядам, вызывающим кумулятивное действие. Он откладывается в костях, вытесняя соли кальция из костной ткани, в мышцах, печени, почках. Свинец поражает мозг, лимфатические узлы, кровь, нервную систему. Меры безопасности в промышленном производстве при работе со свинцом и его соединениями имеют сложный характер, и важным моментом в этом плане является ограничение времени работы с данным тяжелым металлом.

Одним из главных аллергенов и канцерогенов является такой тяжелый металл как никель. Профессиональное отравление никелем возможно в следующих производственных процессах: обработка металлов, производство нержавеющей стали, магнитов, батареек, переработка нефти, гальваника и т.д. Повышенное содержание никеля в организме человека приводит к тяжелым легочным заболеваниям, к бронхиальному раку.

Итак, даже из этого небольшого перечня тяжелых металлов и видов промышленности, где имеется профессиональный контакт с ними, вызывающий профессиональные отравления, заболевания, следует сделать вывод о незамедлительном решении проблемы профессиональных заболеваний. Одними призывами здесь не обойтись. Необходимы законодательные меры по разработке и внедрению новых безопасных для человека способов и технологий использования тяжелых металлов в промышленном производстве.

МОРФОЛОГИЯ КЛЕТКИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВИБРАЦИИ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

Новосибирский государственный медицинский университет, Россия

Действие механических колебаний на все живое и на организм человека на протяжении всей биологической эволюции относится к очень важным экологи-

Тяжелые металлы – перечень, свойства и риски элементов

Официально такой группы химических элементов не существует. Однако металлурги, аграрии, особенно экологи, оперируют понятием «тяжелые металлы». Этот сегмент привлекает повышенное внимание.

Что представляют собой

Термин «тяжелые металлы» еще двести лет назад пытался ввести в научный оборот немецкий химик Лео Гмелин.

Однако в номенклатуре Международного союза, курирующего вопросы теории и практики химии (IUPAC), такое подразделение отсутствует.

Промышленность

В академических и промышленных кругах циркулирует четыре десятка критериев, по которым металл признается тяжелым.

Самые популярные основания:

• Атомный номер выше 50.
• Плотность 5+ г/см3.

На практике чаще востребован второй критерий.

То есть к тяжелым металлам относятся элементы с плотностью, превышающей 5 г/см3.

В соответствии с ним таковыми считаются:

• Традиционные: железо, медь, хром, марганец, кобальт, олово, свинец, никель, цинк.
• Менее известные: кадмий, молибден, вольфрам, сурьма. Плюс экзотика – галлий, теллур.
• И самые коварные – ртуть, таллий, висмут.

На бытовом уровне они считаются токсичными элементами. Подобное отождествление некорректно.

Не каждый тяжелый металл токсичен, но таким способно стать при благоприятных условиях безобидное вещество.

Экология, медицина

У экологов и врачей свои подходы. Для них тяжелыми металлами являются особо значимые (полезные либо опасные) для биологических организмов элементы.

Суровее критерии Организации Объединенных наций (ООН). В соответствии с ее экологической доктриной, тяжелыми считаются стабильные металлы либо металлоиды, их соединения (особенно соли тяжелых металлов) с плотностью более 4,5 г/см3.

Критерий действует с 1998 года.

Классификация

Кроме плотности, маркером принадлежности к группе служат температура плавления, степень использования, другие свойства.

На основании этого выделяют следующие виды тяжелых металлов:

– цинк, медь, олово, свинец, никель. – железо.
• Редкие – галлий, висмут, таллий, кадмий. – молибден, вольфрам, хром. – кадмий, кобальт, свинец, ртуть, олово, галлий, таллий, висмут.

Самый тяжелый металл планеты – иридий. Кубик с ребром в 1 см весит 22,6 грамма. Но вещество попадает на Землю только с метеоритами.

Иридий

В сегменте обычных земных «тяжеловесов» лидирует вольфрам – он на три грамма легче. Это восьмая позиция среди металлов.

Откуда берутся

Естественных поставщиков тяжелых металлов четыре:

1. Горное сырье. Чаще это магматические либо осадочные породы.
2. Породообразующие минералы. У меди, например, это малахит и другие минералы.
3. Вулканы. Частицы вещества извергаются попутно с вулканическими продуктами (газами, гейзерами).

Еще один источник – Вселенная. Вещество заносится в стратосферу метеоритами либо облаками космической пыли.

Получение продукта

На большинстве металлургических комбинатах сырье плавят в доменных и мартеновских печах. Это оборудование из позапрошлого века делает процесс тяжелым, опасным для экологии и человека.

Внедрение « зеленых » технологий продвигается медленно, поскольку требует инвестиций.

Результат недостаточной очистки отходов производства – высокое содержание вредных компонентов. Следствие – загрязнение почвы, воды, воздуха.

Влияние на экологию

Особо опасные загрязнители биосферы – именно тяжелые металлы. Самая вредная форма соединений – соли.

Пути поступления

Загрязнение биосферы происходит следующими способами:

1. Металлургия. Выбросы в процессе плавки, обжига. Вымывание тяжелых веществ из отвалов месторождений либо меткомбинатов водой, выветривание.
2. Агросектор. Полив плантаций, удобрение полей илом бытовых стоков либо пестицидами.
3. Быт. Использование как топлива торфа, угля, другого сырья.
4. Автобаны. Свинцом, цинком, кадмием насыщены обочины автострад.

Свинец пропитывает почву минимум на 100 м по обе стороны дороги.

Свинец

Способы очищения

Почва очищается от такого груза десятилетиями, иногда столетиями.

Концентрация цинка уменьшается наполовину спустя столетие, кадмию требуется вдвое меньше.

Медь исчезает через три столетия, свинец – через десять:

• Токсичные соединения растворяются в воде.
• В почве процесс активируют влажность и растительность.

Флора вытягивает «свои» металлы. Так, лишайники «кушают» цинк, никель, медь.

Самородная медь

Токсичность тяжелых металлов возрастает с увеличением атомного номера.

Воздействие на человека

Влияние большинства таких веществ двояко:

• Микродозы цинка, железа, меди задействованы в биологических процессах. Например, поддержании уровня гемоглобина в крови.
• Превышение микродоз опасно: тормозится работа нервной системы, сердца, почек, других органов. Разрушается скелет, идет разбалансировка жизненных процессов.
• Токсичны бесполезные свинец, ртуть.

Отравление организма внешне проявляется как тошнота, рвота, головная боль, нарушение координации движений. Плюс более тяжелые последствия, до летального исхода.

В зоне риска следующие категории:

• Работники меткомбинатов.
• Жители мегаполисов, окрестностей автострад.
• Потребители продуктов со стихийных рынков (не прошедших санитарный контроль).

Уровень загрязненности территории экологи определяют благодаря местным животным.

Чуткие «индикаторы» загрязненности на европейской части – лоси, мышь-полевка, кроты, бурый мишка.

Природные и антропогенные источники тяжелых металлов

Главный источник тяжелых металлов – промышленность. Выбросы проникают в водоемы, атмосферу, почву, а из нее – в сельхозкультуры. Самые токсичные – свинец, ртуть, мышьяк, кадмий и хром.

Ртуть

Ртути присвоен I класс опасности. Ее естественное состояние в земной коре – безвредные сульфидные остатки, но вследствие атмосферных процессов возникло загрязнение мирового океана. В нем было обнаружено 50 млн. т ртути. Если 5 000 т/год – естественный вынос, то еще столько же – результат деятельности человека.

В мире создается свыше 10 000 т ртути в год. В океане ртуть под воздействием анаэробов превращается в метилртуть и диметилртуть, опасные для всего живого. Метилртуть с кровью поступает в мозг, разрушая его, проникает в плаценту. При проглатывании и вдыхании паров металлической ртути чернеют и крошатся зубы. Ртутные соли просачиваются сквозь кожу, разъедая ее и слизистые.

Свинец

Свинцу присвоен I классу опасности. Он выделяется при выплавке из руды. Каждый год в мире используется до 180 000 т свинца, а наибольшее загрязнение наблюдается на автомобильных выхлопных газах. При движении машины в атмосферу выбрасывается свинец содержащийся в бензине. Основная масса оседает на землю, но часть остается в воздухе.

Еще свинцовая пыль покрывает почву в промышленных зонах. Другие источники загрязнения – угольные электростанции и бытовые печи, глиняная посуда с глазурью, красящие пигменты.

Неорганические соединения свинца расстраивают метаболизм, металл может замещать кальций в костях. Органические еще более токсичны.

Кадмий и цинк

1 млн. кг кадмия ежегодно выбрасывается в атмосферу вследствие его выплавки. Это 45% общего загрязнения. Другие 55% – следствие сжигания или переработки кадмийсодержащих изделий. Заводы по выплавке цинка – крупнейшие источники загрязнения данным металлом. Оба элемента проникают в водоемы, попадают в рыбу, скапливаются в печени и почках.

Значительные загрязнения цинком обнаруживаются вблизи автомагистралей. Источником загрязнения кадмием также являются удобрения. Элемент внедряется в растения, используемые в пищу, и отравляет организм. При этом кадмий намного токсичнее цинка, ему присвоен I класс опасности. Вдыхание воздуха, в котором его больше 5 мг/м3, в течение 8 ч. чревато смертью.

Сурьма, мышьяк, кобальт

Каждый год в мире производится около 70 т сурьмы. Она входит в состав сплавов, применяется для изготовления спичек, а в чистом виде идет на полупроводники. Хроническое отравление нарушает функции ЖКТ.

У мышьяка II класс опасности, он летучий и легко попадает в воздух. Сильнейшие источники загрязнения – гербициды, фунгициды и инсектициды. Элементарный мышьяк – слабый яд, но нарушает развитие плода. Отравление вызывает болезни ЦНС, изменения печени, атрофию костного мозга.

Кобальт задействуют в сталелитейном деле, изготовлении полимеров. Это элемент I класса опасности.

Медь и марганец

Медь относится ко II классу опасности. По воде и воздуху металл переносится на огромные расстояния. Аномальным содержание меди в почвах и растениях остается на расстоянии больше 8 км от плавильного завода. Ее излишки откладываются в тканях мозга, коже, печени, поджелудочной. Она провоцирует болезнь Вильсона.

У марганца тоже II класс опасности. Источники загрязнения – производства легированной стали, сплавов, электробатарей. Превышение нормы марганца в воздухе разрушает ЦНС.

Тяжелые металлы-загрязнители окружающей среды

Тяжёлых металлов из таблицы Менделеева насчитывается около 40. Но чаще всего главными загрязнителями окружающей среды становятся лишь некоторые из них.

Около половины количества содержания ртути попадает в экосистему по техногенным причинам. Вместе со сточными водами и атмосферными выбросами предприятий нефтехимии соединения ртути оказываются в окружающей среде. Подавляющее количество — около 97% — находится на поверхности мирового океана. Соединения ртути, обладающие разной степенью окисления, в природе вступают в реакции между собой. Самыми опасными являются органические (алкильные) соединения ртути — метилртуть и диметилртуть. Находясь в воде, эти соединения адсорбируются донными отложениями, а затем медленно высвобождаются, становясь источником вторичного загрязнения и хронического токсического поражения гидросферы.

Нехватка чистой пресной воды – глобальная проблема человечества

Загрязнение воды, как экологическая проблема номер один на планете

Вторичное загрязнение водоёмов как процесс, приводящий к деградации водных объектов

Кадмий

Кадмий — высокотоксичный тяжёлый металл. Он обладает довольно большой летучестью, поэтому значительная его часть загрязняет атмосферу. Это происходит в результате работы заводов по его выплавке и гальванических производств. В почву кадмий проникает из сельхозудобрений, а также с нефтепродуктами. В результате атмосферных процессов он выпадает на землю и поверхностные воды в виде осадков, которые угнетают рост и развитие растений и оказывают канцерогенное действие на представителей животного мира.

Тяжелые металлы – наиболее опасные элементы, способные загрязнять почву

Возможно ли решение современных экологических проблем в глобальном масштабе

Такой тяжёлый металл, как свинец, относится к 1 классу токсичной опасности. Среди промышленных отравлений именно отравление свинцом занимает первое место. Основными поставщиками свинцовых загрязнений на почву и в атмосферу являются выхлопы от сжигания этилированного бензина, выбросы промышленных предприятий, выпускающих пластик, целлюлозно-бумажные изделия, смазки, пигменты и другие.

Машиностроение в России и его вредные производства, влияющие на экологию

Влияние основных отраслей производства на экологию

Воздействие легкой промышленности и ее текстильной отрасли на окружающую среду

Свинец способен накапливаться в биомассе, образуя высокотоксичные соединения. Далее соединения свинца вмешиваются в метаболический цикл растений и животных. Так, следуя по пищевым цепочкам, токсические элементы попадают в организм человека.

Вы знали, что соединения свинца способны разрушить структуру ДНК и причинить существенный вред репродуктивной системе человека?

В окружающую среду медь попадает из выбросов отходов металлургических предприятий, заводов по изготовлению химических источников тока (аккумуляторов, батареек), сельхозхимии. Когда ионы меди попадают в почву, то они быстро связываются с минералами и органическими веществами.

Основные источники загрязнения литосферы и возможные последствия

С помощью каких мер можно защитить почву от загрязнения?

Химическое загрязнение почвы

Попав в воду, медь распространяется на дальние расстояния, загрязняя всё новые акватории. Этот тяжёлый металл не разрушается в природе, и поэтому он накапливается в растениях, микроорганизмах. Большие дозы меди в организме человека разрушают его репродуктивную систему, органы ЦНС.

На повышение содержания цинка могут повлиять как естественные геохимические процессы, так и техногенное загрязнение предприятиями цветной металлургии и химической промышленности.

Из вышеперечисленных тяжёлых металлов цинк наименее токсичен, однако, существенное превышение его доз аккумулируется в верхних слоях почвы, загрязняя плодородный слой.

Попав в организм человека, цинк заметно активирует деятельность ферментов. Превышенная доза цинка может вызвать рвоту.

Молибден

Молибден попадает в окружающую среду из минеральных удобрений и из выбросов предприятий по добыче и переработке молибденовых руд. Примечательно, что в некоторых регионах страны фиксируется недостаток молибдена в биосфере. А в регионах, где базируются крупные предприятия, добывающие и перерабатывающие молибденовые руды, его содержание в почве и воде может превышать норму в 100-200 раз. Растения, накапливающие данный металл в аномальных количествах, становятся ядовитыми для человека и животных. Повышенное содержание молибдена в организме человека вызывает угнетение функций гипофиза, гипоталамуса, щитовидной железы.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами

Самые долгие последствия вызывает загрязнение почв тяжелыми металлами вследствие добычи, плавки руд, промышленных выбросов, применения удобрений. Особенно опасны кадмий, медь, свинец, цинк, поскольку они стойкие, биоаккумулятивные и токсичные.

Последствия загрязнения почвы

Из-за загрязнения почв металлами ухудшается рост и метаболизм почвенных микробов. Это может затруднить поглощение растениями питательных веществ из почвы. Плюс тяжелые металлы токсичны для растений. Все это приводят к замедлению роста, низкой урожайности.

Растения, накопившие токсиканты, могут поступать в пищу. Это опасно для здоровья. Еще они из почвы проникают в питьевую воду, вызывая болезни.

Рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами

Перед рекультивацией земель, загрязненных тяжелыми металлами, важно выявить источник загрязнения, реализовать меры по его ликвидации и уменьшению выбросов. Только так достигается эффективность работ.

Рекультивация земельных участков проводится несколькими способами:

1. Выращивание устойчивых к загрязнению растений (колосовые зерновые, капуста, картофель, хлопчатник, свекла).
2. Фиторекультивация растениями, накапливающими металлы.
3. Контроль подвижности токсикантов в почве.
4. Регулирование соотношения элементов в почве.
5. Организация рекультивационного слоя.

Загрязнение водоемов тяжелыми металлами

Загрязнения нефтепродуктами и токсичными металлами ухудшают качество среды обитания водных биоресурсов. Они негативно влияют на кормовую базу рыб, выживаемость молоди и размножение взрослых особей.

Источники загрязнения водоемов – стоки горнодобывающих, металлургических заводов, химическая и легкая промышленность. Соли хрома сбрасывают фабрики по дублению кожи, хром с никелем используют для гальванического покрытия изделий из металла. Соединения цинка, кобальта, меди, титана – это красители.

Наибольшую опасность представляет загрязнение вод ртутью. При взаимодействии с микробами со дна образуются водорастворимые органические соединения высокой токсичности.

Некоторые металлы содержатся в пестицидах и удобрениях. Уровень загрязнения ими растет вследствие кислотных дождей, то есть закисления.

Предельно допустимые концентрации в воде

При оценке состояния экосистем учитывается загрязненность водных объектов токсичными веществами. Особенно опасны тяжелые металлы. Поэтому установлены их предельно допустимые концентрации, которые при ежедневном влиянии не допускают развития у людей патологий.

Металл	ПДК в обычной воде	ПДК в рыбохозяйственных прудах
Ртуть	0,5 мкг/л	до 0,1 мкг/л
Свинец	0,03 мг/л	0,1 мг/л
Кадмий	1 мкг/л	до 0,5 мг/л
Кобальт	0,1 мкг/л	0,01 мг/л
Марганец	0,1 мкг/л	0,1 мкг/л
Мышьяк	50 мкг/л	50 мкг/л
Медь	0,1 мкг/л	0,001 мг/л

Воздействие тяжелых металлов на наземные и почвенные экосистемы

Замечание 1
Тяжелые металлы являются представителями одной из приоритетных групп загрязнителей, являющихся причиной деградации окружающей среды. К ним относят более 40 элементов с атомной массой выше 50 а.е.м.

Как правило, основная масса тяжёлых металлов, поступающая в окружающую среду со временем аккумулируется почвой. Поступление металлов в почву сопровождается рядом физических, химических, биохимических, физико-химических и других взаимодействий, в ходе которых и происходит их аккумуляция, выщелачивание, осуществление межфазных переходов, а также поступление в растительные и животные организмы.

Следует отметить, что в ходе этих взаимодействий опасность металлов для живых организмов может существенно меняться. Для биоты наибольшую опасность тяжелые металлы представляют, когда они сконцентрированы в почвенном растворе. Поступление тяжелых металлов в экосистемы зачастую сопровождается их деградацией и даже полным разрушением. Однако чаще всего воздействие тяжелых металлов сопровождается следующими реакциями со стороны наземных экосистем:

Готовые работы на аналогичную тему

• Курсовая работа Влияние тяжелых металлов на экосистемы 420 руб.
• Реферат Влияние тяжелых металлов на экосистемы 240 руб.
• Контрольная работа Влияние тяжелых металлов на экосистемы 230 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

• наблюдается ухудшение состояния биологической составляющей экосистем, проявляющееся в снижении видового разнообразия, а также объёмов общей биомассы и численности организмов; происходит осуществление процесса техногенной сукцессии, характеризующейся развитием биоценоза в сторону ее пионерных стадий;
• происходит снижение продуктивности экосистем;
• наблюдается процесс деградации почвенного покрова, сопровождающийся уменьшением запасов гумуса, а также ухудшением его качественного состава, увеличением почвенной кислотности, снижением биологической активности и др.;
• происходит снижение плодородных свойств и как следствие — уменьшение запаса доступных растениям форм биогенных элементов, сопровождающееся нарушением оптимального соотношения макро- и микроэлементов.

Действие тяжёлых металлов на почву путем вмешательства в биологические циклы происходит как прямо, так и опосредованно. При этом зачастую подвергается изменениям структура микробиологического сообщества и его состав, являющийся показателем видового разнообразия. Больше всего действию тяжелых металлов в микробоценозе подвержены нитрифицирующие и целлюлолитические бактерии. Их угнетение приводит к нарушению прохождения цикла азота в почве и процессов минерализации органического вещества.

Требуется вычитка, рецензия учебной работы? Задай вопрос преподавателю и получи ответ через 15 минут! Задать вопрос

Кроме косвенного тяжелые металлы оказывают ещё и прямое воздействие на почву и её характеристики. Так, например, имеется информация о консервации в загрязненных почвах органического вещества. Причиной тому является ограниченная доступность комплексов тяжелых металлов с гумусовыми кислотами для минерализации микроорганизмами.

Загрязнение атмосферы тяжелыми металлами

Техногенные выбросы металлов в виде аэрозолей поступают в атмосферу и переносятся на огромные расстояния, провоцируя глобальное загрязнение. С гидрохимическими стоками их часть попадает в бессточные водоемы, скапливается в воде и на дне. Это может вызвать вторичное загрязнение.

Металлы быстро распространяются в воде, выпадают в осадок в виде сульфатов и карбонатов и частично абсорбируются на органических осадках. При исчерпании абсорбционной способности осадков токсиканты проникают в воду, повышая ее кислотность, провоцируя зарастание водоемов и интенсивное выделение углекислого газа вследствие жизнедеятельности микроорганизмов.

Откуда берутся тяжелые металлы?

Породы магматического и осадочного происхождения

Основным природным источником загрязнения тяжелыми металлами являются разные породы магматического и осадочного происхождения. Многие минералы, содержащие эти элементы, могут быть примесями в другие горные породы. В эту группу входят: минералы хрома (Fe2Cr2O4) и титана (анатаз, ильменит, брусит). Соединения этой категории химических элементов могут попасть в атмосферу из космоса (с космической пылью), и из недр нашей планеты (с помощью вулканических газов).

Антропогенное загрязнение

Важным фактором поступления тяжелых металлов в окружающую среду является антропогенное загрязнение. Промышленность цемента, черная и цветная металлургия, из-за технологических процессов при большой температуре, выбрасывает очень большое количество этих элементов в нашу среду обитания. Эти загрязнители могут проникнуть и в наши продукты питания, если орошение полей проводилось водами содержащие большую концентрацию таких химических элементов (например, бытовые сточные воды). Это случается по мотиву, что одни из них считаются микроэлементами. Конечно, не только так эти металлы попадают в водоёмы. Если рядом с вашим местом обитания есть металлургические предприятия, рудники, или на ваши поля вносится большое количество минеральных удобрений с содержанием цинка, меди, железа, молибдена, то они могут попасть в подземные воды благодаря дождям, таянью снега. Так что я вам советую провести контроль качества воды на содержания в местности тяжелых металлов, если вы хотите выкопать колодец.

Не только локальная антропогенная активность может повлиять на вырастание содержания тяжелых металлов в атмосфере. В виде аэрозолей, эти химические элементы могут быть перенесены на многие десятки, сотни, да и тысячи километров от места их выброса в атмосферу. Также тяжелые элементы они могут накапливаться на дне бессточных водоемов в отложениях. Часть их содержания образуют нерастворимые карбонаты, сульфаты, а также входят в состав минеральных и органических осадков. Таким образом, содержание тяжелых металлов в отложених водоёмов растёт, но если отложения перенасыщены этими металлами, то они попадут назад в воду и тогда будет «двойной удар». Почему так? Да потому что, мы ещё не почувствовали глобально эффект от сильного загрязнения такими элементами. Вот когда, эти отложения со дна водоёмов утратят способность связывать их, то «вернут» части этих элементов назад в воду и тогда мы будем искать пригодную воду где-то в другом месте. Особо затруднительная ситуация создалась вблизи автострад. Там почва накопила столько свинца, кадмия и цинка что положительных прогнозов не ожидается.

Загрязнение пищевых продуктов тяжелыми металлами

Пищевые цепочки – один из основных путей поступления токсикантов в организм. Они начинаются от сельхозугодий и заканчиваются человеком. Растения поглощают металлы из почвы, в продукты животноводства они поступают через антибиотики, гормоны для стимуляции роста животных. Как конечное звено пищевой цепи, человек может получать еду с концентрация токсикантов до 1000 раз выше, чем в почвах.

Загрязнение пищевых продуктов происходит при готовке еды, контакте сырья с посудой во время термообработки. При консервировании жестяные банки становятся источником загрязнения свинцом. Он попадает в состав продуктов питания из свинцового припоя в швах.

Читайте также:

  
• Сетка металлическая размеры ячеек
  
• Сколько разлагается металлическая банка
  
• Прибор для резки металла
  
• Емкость на 300 литров металлическая
  
• Металлические заборы в бресте