Влияние тяжелых металлов на окружающую среду

Обновлено: 07.01.2025

Почва является поверхностным слоем суши. При воздействии техногенных факторов состав грунта подвергается изменениям. Процесс, при котором в земле появляются нехарактерные микроэлементы, характеризующиеся токсичным воздействием, и влияющим на свойства грунта, называется загрязнением почвы тяжелыми металлами.

Тяжелые металлы, загрязняющие почву

Негативные последствия провоцируются переизбытком любых инородных примесей в грунтовых слоях. Самыми опасными, с учетом степени их токсичности, считаются ртуть, кадмий и свинец. Но другие вещества, не характерные для состава, также вызывают загрязнение и вредят земле.

С учетом способности к загрязнению выделяют 4 группы микроэлементов:

На основании классификации по степени загрязнения определяется уровень токсичности и способы очистки.

Ртуть

Вещество проникает в почву с пестицидами. Другой источник ртути – промышленные и бытовые отходы. Среди бытовых предметов, в составе которых есть этот элемент, люминесцентные лампы, термометры, другие измерительные приспособления.

Ежегодно в грунт проникает 5 тыс. тонн этого элемента. Учитывая токсичные свойства, загрязнение почвы ртутью относят к наиболее опасным техногенным процессам. Из земли вещество способно отравлять животных и людей. Попадая в организм, ртуть провоцирует сильную интоксикацию с одновременным поражением нервной системы. Часто отравление приводит к летальным исходам.

Свинец

Наибольшее количество свинца попадает в грунт в местах его добычи. На 1 тонну металла приходится 25 кг свинца, попадающего в землю в виде пыли.

Источником загрязнения выступают транспортные средства. Свинец содержится в выхлопных газах, которые выделяются двигателями внутреннего сгорания. Поэтому почва наиболее загрязнена свинцом возле крупных автомагистралей, шоссе. Радиус загрязнения достигает 200 метров вдоль трасс.

Из грунта свинец проникает в растения, которые позже используются в пищу домашними животными. Вместе с мясом и мясными продуктами токсичный элемент попадает в организм человека.

Главная опасность свинцовой соли заключается в ее канцерогенных свойств. При попадании в организм в избытке, микроэлемент откладывается в органах, в том числе почках и печени. Поражается нервная система, головной мозг. Избыток свинца повышает риск развития онкологических опухолей, врожденных аномалий.

Кадмий

К источникам кадмия, проникающего в землю, относятся промышленные отходы, образующиеся во время добычи и переработки цинковой, свинцово-цинковой и медно-цинковой руды. Кадмий содержится в составе выхлопных газов, фунгицидов, суперфосфатов.

Медь и цинк

Эти микроэлементы входят в состав веществ, провоцирующих загрязнение почв тяжелыми металлами. В малых количествах они не несут угрозы. Но в высоких концентрациях, особенно в сочетании с другими веществами, оказывают токсичное воздействие.

Загрязнение грунта цинком и медью отмечается в непосредственной близости от предприятий, на которых изготавливаются лакокрасочные материалы, электроприборы, кабели. Также высокие концентрации цинка и меди в земле отмечаются в местах непосредственной добычи этих элементов.

Молибден

Попадание в почву происходит при добыче и переработке медно-молибденовых руд.

Поступление молибдена в почву происходит двумя путями:

Попадание в почву на этапе переработке руды.
Вынос из отвалов рудника.

Молибден относится ко 2-ой категории опасности среди загрязняющих веществ. В минимальных количествах микроэлемент поступает вместе с пищей. Суточная норма составляет до 250 мкг. При попадании в организм свыше 15 мг наступает интоксикация. У пациентов возникают патологии костного мозга, селезенки, развивается подагра.

Сурьма

Источником загрязнения считаются производственные предприятия, на которых используется такое вещество. Сурьма применяется при изготовлении лакокрасочных материалов, электротехники, производстве сплавов, цветных металлов, удобрений.

Сурьма образует летучие соединения. Из-за этого вещество распространяется на большие расстояния от промышленного региона.

Мышьяк

Попадает в грунт при обработке гербицидами и инсектицидами, при помощи которых борются с вредителями. Мышьяк известен токсичными свойствами. Он способен накапливаться в почве. При этом вещество не адсорбируется и не поглощается растениями.

При попадании в организм мышьяк провоцирует поражение нервной системы. Нейротоксикоз приводит к осложнениям, в том числе отказу жизненно важных органов.

Марганец

Марганец входит в число незаменимых микроэлементов, но в концентрациях, превышающих норму, обладает негативным воздействием. Источником загрязнения выступают добывающие и перерабатывающие предприятия.

Из почв, загрязненных тяжелыми металлами, марганец попадает в растения. Оттуда вещество попадает в воздух и воду. По биологическим цепям элемент проникает в организм животных и человека.

При переизбытке марганца нервные клетки отмирают. Это приводит к ряду расстройств, способных привести к летальному исходу.

Оценка степени загрязнения тяжелыми металлами

При диагностике загрязнения почв применяются разные методы. Каждый из них имеет свою специфику и не одинаково эффективен в разных регионах. Поэтому концентрацию элементов определяют с учетом потенциальных источников загрязнения.

Выделяют такие способы оценки:

Биоиндикация.
Оценка состояния грунта, отражаемого биологическими индикаторами. К таким индикаторам относят состояние растений на изучаемой территории, активность грунтовых микроорганизмов, реакции мхов, лишайников на изменения в составе грунта.
Оценка загрязнения снежного покрова.
В промышленных регионах микроэлементы попадают в грунт через воздух посредством техногенной пыли. Она оседает и в дальнейшем проникает в почвенные слои. За счет оценки снежного покрова в зимний сезон определяется примерный объем металлов, попадающих в грунт в течение отдельного отрезка времени.
Определение магнитной восприимчивости почвы.
Представляет собой экспресс-метод, при котором определяется количество содержащихся в грунте оксидов железа. Эти вещества являются основным разносчиком загрязнения при выбросах в атмосферу.

В регионах, где почва наиболее загрязнена тяжелыми металлами, ведется учет численности микроорганизмов. Этот показатель отражает активность почвы и качество протекающих в ней процессов разложения и адсорбции веществ.

Методы очистки земель от тяжелых металлов

Для предотвращения негативных последствий, связанных с попаданием в грунт токсичных веществ, выделяют 2 направления мероприятий. Первое связано со снижением концентрации металлов, проникающих в землю при производстве, в совокупности с отбросами и другими источниками.

Второй путь решения проблемы предполагает восстановление почвы, которая уже подверглась пагубному влиянию. Для этого используются методы, направленные на снижение концентрации металлов и их нейтрализацию.

Известкование

Внесение извести в грунт положительно сказывается на химических, физических и биологических свойствах. В сочетании с известью микроэлементы образуют труднорастворимые соединения, которые постепенно рассасываются за счет химического поглощения.

Растения, выращенные в земле, обработанной известью, содержат минимальное количество металлов в составе. При попадании извести меняется кислотность почвы, в результате чего подвижность частиц тяжелых металлов снижается а растворимость увеличивается.

Глинование

Глинование положительно отражается на составе почвы, влияя на подвижность тяжелых металлов. При внесении глины, содержащей минеральные добавки, увеличивается катионообменная емкость грунта. Глинистые вещества сорбируют металлы сильнее органических добавок. Степень воздействия зависит от характеристик загрязняющих веществ.

Промывка почв

При значительной концентрации токсичных веществ применяется метод промывки при помощи реагентов. Способ имеет несколько недостатков, среди которых попадание металлов в грунтовые воды и одновременное выведение из грунта ценных для растений компонентов.

В качестве реагента применяют растворимые соли железа, характеризующиеся низкой токсичностью для растений. После промывания проводится известкование почвы, внесение минеральных и органических удобрений.

Природные и искусственные сорбенты

Метод предусматривает внесение цеолитов – природных сорбирующих веществ, повышающих объем впитываемых микроэлементов. Для биоремедиации могут использоваться метаболически активные грибы, черви или насекомые. Результаты данного метода зависят от общего состояния почвы, степени загрязнения, состава.

В качестве искусственных сорбентов применяют активированный уголь, ионообменные смолы, биологически активные отходы.

Минеральные удобрения

Компоненты минеральных удобрений влияют на подвижность металлов. Однако такой способ не всегда полезен, а при неправильном применении наносит вред. Побочным действием внесения удобрений является рост уровня кислотности, что негативно влияет на подвижность токсинов.

Для детоксикации вносят фторсодержащие удобрения. Метод целесообразен при сильных загрязнениях. При незначительной концентрации вредных веществ применение удобрения ухудшит общее состояние почвы.

Органические удобрения

Земля, подпитанная органикой, менее чувствительна к негативному воздействию. При помощи органических удобрений увеличивается плодородность, растет запас питательных компонентов, необходимых растениям для полноценного роста.

Рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами

Метод рекультивации почв предусматривает ряд мероприятий, направленных на восстановление естественного состава. Перед началом процедур определяется вещество, вызывающие ухудшение состояния земли.

К методам рекультивации относятся:

Взращивание растений, устойчивых к источникам загрязнения.
Восстановление почвы методом фиторемедиации (высадка растений, накапливающих и удерживающих в себе вредные элементы).
Контроль подвижности тяжелых металлов в грунтовых слоях.
Соблюдение баланса микроэлементов в грунте.
Замена или разбавление загрязненного слоя земли.

При рекультивации применяются многочисленные методы очистки. В вспомогательных целях в грунт вносят вещества-сорбенты естественного и искусственного происхождения.

Методы защиты почвы от загрязнения тяжелыми металлами

Для снижения концентрации отравляющих элементов применяют физические, химические и биологические методы.

К ним относятся:

Увеличение кислотности почвы за счет органических и минеральных удобрений.
Очистка грунтовых вод.
Снижение выбросов металлической пыли в атмосферу.
Альтернативные источники энергии.
Уменьшение потерь во время производственных процессов.
Переработка и безопасная утилизация промышленных отходов.

Одновременно с очищением почвенных масс требуются меры, направленные на снижение вредных выбросов в атмосферу и загрязнение почвы. Поэтому защита грунта от тяжелых металлов – только одна из трудностей, связанных с техногенным воздействием на окружающую среду.

Последствия загрязнения почвы тяжелыми металлами

Избыток таких веществ провоцирует ряд негативных эффектов. К опасным последствиям загрязнения почв относятся патологии, возникающие при попадании металлов в организм. Большинство описанных элементов в избыточных концентрациях обладают нейротоксическими свойствами. Отравление может сопровождаться как острыми, так и хроническими заболеваниями, потенциально опасными для жизни осложнениями.

В число негативных для почвы последствий загрязнения входят:

Ухудшение роста растений.
Снижение общей плодородности грунта.
Гибель полезных растительных культур.
Ухудшение качества воды.
Уменьшение количества питательных веществ в земле.
Негативное влияние на фауну.
Воздействие на микробиологические характеристики.

Загрязнение тяжелыми металлами приводит к нарушению круговорота веществ в природе, что отражается на всех элементах биосферы.

Попадание тяжелых металлов в почву – побочный техногенный эффект человеческой деятельности. Несмотря множество методов защиты и очистки, в грунт поступают большие объемы отравляющих веществ.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами

Загрязнение тяжелыми металлами окружающей среды становится все более серьезной проблемой и вызывает серьезную озабоченность из-за негативных последствий, которые оно вызывает во всем мире. Эти неорганические загрязнители выбрасываются в воду, почву и в атмосферу из-за быстро растущего сельского хозяйства и металлургической промышленности, неправильной утилизации отходов, удобрений и пестицидов. Некоторые металлы влияют на биологические функции и рост, в то время как другие металлы накапливаются в одном или нескольких органах, вызывая множество серьезных заболеваний, в том числе и рака.

С чем связано загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами?

Тяжелые металлы – хорошо известные загрязнители окружающей среды из-за их токсичности, стойкости в окружающей среде и биоаккумуляционной природы. Различают следующие их источники:

Естественные – включают выветривание металлосодержащих пород и извержения вулканов;
Антропогенные – включают горнодобывающую промышленность и различные виды промышленной и сельскохозяйственной деятельности.

Горнодобывающая и промышленная переработка применяются в отрасли добычи полезных ископаемых. Их последующее применение для экономического развития привели к увеличению мобилизации этих элементов в окружающей среде. Из-за этого нарушены биогеохимические циклы.

Загрязнение водных и наземных экосистем токсичными тяжелыми металлами представляет собой экологическую проблему, вызывающую обеспокоенность населения. Являясь стойкими загрязняющими веществами, тяжелые металлы накапливаются в окружающей среде. Как следствие, они загрязняют пищевые цепи.

Накопление потенциально токсичных тяжелых металлов создает потенциальную угрозу здоровью их потребителей, включая людей. Наиболее опасные для окружающей среды тяжелые металлы и металлоиды включают Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg и As.

Проводятся всесторонние химические и токсикологические исследования опасных тяжелых металлов и металлоидов. Результаты показывают, что необходимо предпринять шаги для минимизации воздействия этих элементов на здоровье человека и окружающую среду.

Источники загрязнения тяжелыми металлами

Тяжелые металлы естественным образом присутствуют в земной коре с момента образования Земли. Увеличение использования их человеком привело к неизбежному выбросу токсичных металлов как в земную, так и в водную среду.

В большинстве случаев загрязнение тяжелыми металлами возникло из-за антропогенной деятельности. Она является основной причиной загрязнения из-за следующего:

добычи металлов, плавки, литья;
других отраслей, в которых используются металлы;
выщелачивания металлов из различных источников, в том числе и из мусорных свалок;
экскрементов, домашнего скота и куриного помета;
стоков, автомобилей и дорожных работ.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами связано с использованием достижений научно-технической революции в аграрном секторе. Это происходит, например, из-за применения пестицидов, инсектицидов, удобрений и т.п.

Естественные причины могут также увеличивать загрязнение тяжелыми металлами. К ним относятся вулканическая активность, коррозия металлов, испарение металлов из почвы и воды, повторное взвешивание отложений, эрозия почвы, геологическое выветривание.

Воздействие тяжелых металлов на окружающую среду

Загрязнение тяжелыми металлами становится серьезной проблемой во всем мире. Оно набирает обороты из-за увеличения использования и обработки таких металлов во время различных видов деятельности для удовлетворения потребностей быстро растущего населения. Почва, вода и воздух – основные компоненты окружающей среды, на которые влияет загрязнение тяжелыми металлами.

Загрязнение тяжелыми металлами почв

К попаданию в почву и ее загрязнению приводят:

промышленные выбросы;
удаление отходов с высоким содержанием металлов;
этилированный бензин и краски;
внесение удобрений на землю, пестициды, навоз;
осадки сточных вод;
остатки от сжигания угля и разлив нефтехимических веществ.

Было отмечено, что почвы являются основными поглотителями тяжелых металлов, выбрасываемых в окружающую среду в результате вышеупомянутой антропогенной деятельности. Большинство не подвергаются микробной или химической деградации, поскольку они не разлагаются. Их общие концентрации сохраняются в течение длительного времени после попадания в окружающую среду.

Присутствие тяжелых металлов в почвах является серьезной проблемой из-за их наличия в пищевых цепочках, разрушающих всю экосистему. Поскольку органические загрязнители могут быть биоразлагаемыми, скорость их биоразложения снижается из-за присутствия тяжелых металлов в окружающей среде. Это удваивает загрязнение окружающей среды, увеличивает присутствующие органические загрязнители и тяжелые металлы.

Существуют различные способы, которыми тяжелые металлы представляют опасность для людей, животных, растений и экосистем в целом. К таким путям относятся:

прямое попадание в организм;
поглощение растениями;
пищевые цепи;
потребление загрязненной воды;
изменение pH почвы, пористости, цвета и ее естественного химического состава, что, в свою очередь, влияет на качество почвы.

Загрязнение тяжелыми металлами воды

Хотя существует множество источников загрязнения воды, индустриализация и урбанизация являются двумя виновниками повышенного уровня загрязнения воды тяжелыми металлами. Они переносятся стоками промышленных предприятий, муниципалитетов и городских территорий. Загрязнение водоемов тяжелыми металлами происходит из-за их накопления в почве и отложениях водоемов. Они очень токсичны и создают серьезные проблемы для здоровья людей и других экосистем.

Опасность загрязнение воды для человека определяется уровнем токсичности металла, который зависит от таких факторов:

организмы, которые подвергаются его воздействию;
его природа и биологическая роль;
период, в течение которого организмы подвергаются воздействию металла.

Пищевые цепи символизируют взаимоотношения между организмами экосистемы. Следовательно, загрязнение воды тяжелыми металлами влияет на все организмы в этой цепи. Люди, питающиеся на самом высоком уровне, более склонны к серьезным проблемам со здоровьем. Причина – концентрация тяжелых металлов в пищевой цепи увеличивается.

Загрязнение тяжелыми металлами атмосферы

Индустриализация и урбанизация, вызванные быстрым ростом населения мира, в последнее время сделали загрязнение воздуха серьезной экологической проблемой во всем мире. Загрязнение воздуха увеличивается с помощью пыли и твердых частиц (ТЧ), которые выбрасываются в результате естественных и антропогенных процессов.

Природные процессы, которые приводят к выбросу твердых частиц в воздух, включают:

пыльные бури;
эрозию почвы;
извержения вулканов;
выветривание горных пород.

Антропогенная деятельность в большей степени связана с промышленностью и транспортом. Именно они влияют на загрязнение атмосферы тяжелыми металлами. Последствия могут привести к серьезным проблемам со здоровьем:

раздражение кожи и глаз;
респираторные инфекции;
преждевременная смертность;
сердечно-сосудистые заболевания.

Данные загрязнители также вызывают ухудшение инфраструктуры, коррозию, образование кислотных дождей, эвтрофикацию и дымку. Тяжелые металлы, такие как металлы группы 1 (Cu, Cd, Pb), металлы группы 2 (Cr, Mn, Ni, V и Zn) и металлы группы 3 (Na, K, Ca, Ti, Al, Mg, Fe) происходят из промышленных зон, транспортных средств и естественных источников.

Чтобы защитить здоровье человека, растений, животных, почвы и всех компонентов окружающей среды, должное и тщательное внимание следует уделять технологиям восстановления тяжелых металлов. На текущий момент большинство физических и химических технологий их восстановления требуют обработки большого количества ила, разрушают окружающие экосистемы, и они очень дороги.

Загрязнение тяжелыми металлами окружающей среды

Серьезные экологические проблемы в городах вызывает загрязнение тяжелыми металлами, а это свыше 40 элементов таблицы Менделеева. В малых дозах они зачастую даже необходимы организму. Однако при превышении допустимых уровней эти вещества вызывают отравление, болезни и мутации.

Тяжелые металлы — загрязнители природной среды

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

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.

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.

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:

Выращивание устойчивых к загрязнению растений (колосовые зерновые, капуста, картофель, хлопчатник, свекла).
Фиторекультивация растениями, накапливающими металлы.
Контроль подвижности токсикантов в почве.
Регулирование соотношения элементов в почве.
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

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.

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.

Воздействие тяжелых металлов на организм человека

В индустриально-развитых странах наблюдается рост профессиональных болезней вследствие вредных производственных факторов. Это шум, вибрация от движущихся механизмов, воздействие электромагнитного поля, химических веществ. Наиболее опасны тяжелые металлы. При превышении допустимого уровня они становятся токсичными, откладываются в почках и печени, приводят к мутациям.

Распространенные заболевания на фоне интоксикации металлами:

Никель провоцирует астму, врожденные пороки.
Кобальт – некроз почечных канальцев, болезни легких.
Хром и бериллий – дерматиты.
Мышьяк – белокровие.
Кадмий – почечную дисфункцию, разрушение костей.
Цинк – остеопороз, цинковую лихорадку.
Медь – аутоиммунные нарушения, желтуху, гипертонический криз.
Молибден – ломкость костей, прекращение роста у детей.
Марганец – атеросклероз.
Ртуть – нарушения ЦНС, уродства.
Селен – выпадение волос и ногтей, внезапную смерть.
Ванадий – астму, нервные расстройства, изменение состава крови.
Таллий – нарушения метаболизма.

Мышьяк, бериллий, кобальт, никель, хром и кадмий – еще и канцерогенны. Большие концентрации этих металлов в организме могут вызывать рак.

Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды

Термин тяжелые металлы (ТМ), характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. На сегодняшний день к ТМ относят более 40 металлов периодической системы Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц, при этом немаловажную роль в категорировании ТМ играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции.

Тяжелые металлы при избыточном попадании в объекты окружающей среды ведут себя как токсиканты и экотоксиканты. При этом к токсикантам относятся элементы и соединения, оказывающие вредное воздействие на отдельный организм или группу организмов, а экотоксикантами являются элементы или соединения, негативным образом воздействующие не только на отдельные организмы, но и на экосистему в целом. Специалистами по охране окружающей среды среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа. В нее входят кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром как наиболее опасные для здоровья человека и животных. Из них ртуть, свинец и кадмий наиболее токсичны. Поступление ТМ в окружающую среду связано с активной деятельностью человека. Их основные источники - промышленность, автотранспорт, котельные, мусоросжигающие установки и сельскохозяйственное производство.

Для крупных городов с многопрофильной промышленностью характерно присутствие в окружающей среде не отдельного загрязнителя, а ассоциации тяжелых металлов, способных оказывать комбинированное действие на организм, при котором может наблюдаться как суммирование эффектов, так и их потенцирование. Опасные уровни загрязнения окружающей среды ТМ отмечаются во многих промышленных развитых территориях. Кроме антропогенных источников загрязнения среды обитания тяжелыми металлами существуют и другие, естественные, например вулканические извержения. Увеличение концентрации металлов-токсикантов в поверхностных водах может происходить в результате кислотных дождей, приводящих к растворению минералов и пород, омываемых этими озерами. Все эти источники загрязнения вызывают в биосфере или ее составляющих (воздухе, воде, почвах, живых организмах) увеличение содержания металлов-загрязнителей по сравнению с естественным, так называемым фоновым уровнем.

Попавшие в окружающую среду соединения тяжелых металлов загрязняют атмосферный воздух, воду, почву, попадают в растения и организмы животных, населяющих данную местность.
Актуальность проблемы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами объясняется, прежде всего, широким спектром их действия на организм человека. ТМ влияют практически на все системы организма, оказывая токсическое, аллергическое, канцерогенное, гонадотропное действие. Доказано эмбриотоксическое действие ТМ через фетоплацентарную систему, а также их мутагенное воздействие. Многие тяжелые металлы обладают тропностью - избирательно накапливаются в определенных органах и тканях, структурно и функционально нарушая их. Выбор тропного органа зависит также от дозы и пути поступления ТМ в организм.
Загрязнение окружающей среды токсичными металлами в первую очередь сказывается на детях, так как интенсивное накопление различных токсичных элементов происходит еще в плаценте. Это приводит к появлению врожденных уродств, снижению иммунитета, развитию множества болезней, зачастую с хронизацией патологического процесса, задержке умственного и физического развития. Вырастает поколение ослабленных людей, восприимчивых к инфекции, с высоким риском развития ИБС и онкопатологии.

Соединения ТМ поступают в организм преимущественно через желудочно-кишечный тракт с пищевыми продуктами, водой, в меньшей степени — через органы дыхания. ТМ поступают также через кожу при контакте с загрязненными средами: воздухом, водой. Тяжелые металлы, попадая в организм человека, накапливаются по ходу биологической цепи: почва (вода) — растение — животное — продукция — человек.
Возросшая нагрузка на организм, обусловленная широким производством вредных для человека химических продуктов, попадающих в окружающую среду, изменила иммунобиологическую реактивность жителей городов, включая детское население. Это приводит к расстройствам основных регуляторных систем организма, способствуя массовому росту заболеваемости, генетическим нарушениям и другим изменениям, объединенных понятием - экологическая патология.
В условиях экологического неблагополучия раньше других систем реагируют иммунная, эндокринная и центральная нервная системы, вызывая широкий спектр функциональных расстройств. Затем появляются нарушения обмена веществ и запускаются механизмы формирования экозависимого патологического процесса.

Большинство фундаментальных исследований о негативном влиянии ТМ на состояние здоровья населения выполнены на территориях РФ, характеризующихся развитой промышленностью, особенно горнодобывающей, предприятиями черной и цветной металлургии, развитой транспортной транзитной сетью, что определяет присутствие мощных источников загрязнения. Для ТМ почва является емким акцептором, занимающим место в руговороте химических загрязнителей в биосфере. Почва находится в постоянном взаимодействии с другими экологическими системами – атмосферной, гидросферой, растительным миром и является важным источником поступления ТМ в организм человека. Поступившие в почву ТМ в процессе активного их извлечения из почвы корневой системой, могут накапливаться в сельскохозяйственных культурах, а при вымывании поверхностными водами концентрируется в водных организмах, донных отложениях. Установлено, что металлы сравнительно быстро накапливается в почве и крайне медленно из нее удаляются.

Первый период полуудаления (т.е. удаления половины от начальной концентрации) ТМ значительно варьирует у различных элементов и занимает весьма продолжительный период времени: для цинка − от 70 до 510 лет; кадмия − от 13 до 110 лет, меди − от 310 до 1 500 лет, свинца − от 770 до 5 900 лет. Изучению ТМ в почве посвящено большое количество исследований. Подробно рассмотрены источники поступления ТМ в почву и проанализировано валовое содержание целого ряда металлов.
Характер распределения ТМ в биомассе растений такой: больше всего их скапливается в корнях, корнеплодах, клубнях, несколько меньше - в надземных зеленых органах и еще меньше - в плодах. Часть ТМ может проникать в растительный организм не через корни, а с поверхности листьев. Доступность их через листья неодинакова и уменьшается в ряду: кадмий, свинец, цинк, медь, марганец, железо. В результате интенсивного движения транспорта вдоль автомагистралей образуются своеобразные техногенные аномалии. Почвы придорожной зоны содержат цинка и меди в несколько десятков и даже сотен раз больше, чем почвы, удаленные от автомагистралей. В придорожной полосе накопление ТМ в кормовых и овощных растениях часто достигает уровня, оказывающего вредное влияние на организм человека и животных. Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. Источниками загрязнения вод ТМ служат сточные воды гальванических цехов, недостаточно очищенные канализационные воды, стоки промышленных предприятий и поверхностный сток с территории города. ТМ входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий. Повышение концентрации ТМ в природных водах часто связано с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное.

В России, свыше 62 млн. га загрязнено выбросами промышленных предприятий, в результате добычи полезных ископаемых и работы топливно-энергетического комплекса нарушено 1,0 млн. га продуктивных земель. Загрязнение ТМ объектов биосферы (почва, вода, воздух) является причиной накопления их в пищевом сырье как растительного, так и животного происхождения в количествах, порой превышающих санитарно-гигиенические нормы. Обеспечение безопасности пищевых продуктов входит в число приоритетных направлений государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации. При оформлении Государственной регистрации пищевые продукты и БАДы в частности проверяют на присутствие тяжелых металлов: свинца, кадмия, мышьяка и ртути. Их значения не должны превышать определенные показатели для каждого вида продукта. Рассмотрим эти элементы более подробно.

Свинец является естественным компонентом таких природных сред, как почва, атмосферный воздух, вода. В результате природной эмиссии в атмосферу ежегодно поступает в среднем 27 тысяч тонн свинца, однако все же большая его часть поступает в окружающую среду в результате деятельности человека, т.е. из антропогенных источников. Вследствие широкой распространенности свинца в окружающей среде он в той или иной мере содержится во всех видах пищевых продуктов. Так, среди овощных культур наибольшее содержание свинца отмечено в свекле, моркови, луке, наименьшее - в капусте. Показана возможность накопления свинца в картофеле, ячмене, овсе, внутренних органах домашних животных.
Уровни свинца в растениях, произрастающих близко к автодороге, выше, чем с участков, удаленных от дороги. По этим же данным, содержание свинца в мышечной ткани и субпродуктах крупного рогатого скота составляет 0,9 и 2,4 мг/кг, соответственно, причем наибольшее количество свинца накапливается в почках. При этом более высокий уровень характерен для старых животных, что указывает на аккумуляцию данного токсичного элемента в организме животного с возрастом. Основными путями поступления свинца в организм человека являются пероральный (с водой и продуктами питания), ингаляционный, а также поступление через кожу. Всасывание свинца в желудочно-кишечном тракте у взрослых составляет от 15% поступившего с пищей, а у детей и беременных женщин его абсорбция может достигать 50%. Свинец, каким бы путем ни поступал в организм, главным образом аккумулируется в костях. Воздействие свинца и на сегодняшний день остается серьезной проблемой, особенно для детей. Отравление этим тяжелым металлом обычно происходит через старые краски, загрязненную воду и продукты, а также через косметику, кухонную утварь, консервные банки и бензин. Повышенное содержание свинца в организме вызывает анемию, почечную недостаточность и умственную отсталость. На всасывание свинца оказывают существенное влияние различные факторы. Так, кальций, железо, магний и цинк снижают всасывание свинца, что объясняется конкуренцией металлов на участках связывания, и переносчиках в эпителии кишечника. Усиление всасывания свинца наблюдается при полном и частичном голодании. Период полувыведения свинца из крови и мягких тканей составляет в среднем 25-40 дней. К стабильной фракции относится свинец скелета, период полувыведения которого составляет более 25 лет. Основными путями выведения свинца из организма являются экскреция с мочой (80%), в меньшей степени с калом (15%), потом, слюной и волосами (5%).
Свинец ингибирует действие многих энзимов, а также инкорпорацию железа в организме, в результате чего в моче резко увеличивается количество свободного протопорфирина. Основными органами-мишенями при отравлении свинцом являются кроветворная и нервная системы, почки.

Кадмий. Естественное содержание кадмия в объектах окружающей среды относительно невелико, и в основном его наличие является следствием антропогенных выбросов. Наибольшее поступление кадмия в атмосферу связано с деятельностью промышленных предприятий (34 тонны в год) и сжиганием разнообразных отходов (31 тонна в год). Основными путями поступления кадмия в организм человека являются пероральный, ингаляционный и через кожу. Всасывание кадмия в желудочно-кишечном тракте составляет 4-5% и происходит в тонком кишечнике. Всасывание кадмия усиливается в случае дефицита кальция, железа и белка. При этом, всасывание кадмия угнетается цинком, а также молоком и солями желчных кислот. Действие молока объясняется повышенным содержанием в нем кальция, а солей желчных кислот мицеллообразованием.
Абсорбция кадмия в кишечнике повышается в условиях физиологического стресса, при беременности и кормлении грудью. У новорожденных уровень всасывания кадмия в кишечнике значительно выше, чем у взрослых. Около 50% поступившего в организм кадмия обнаруживается в почках, около 15% - в печени и около 20% - в мышцах. Содержание кадмия в почках возрастает по мере поступления данного токсичного элемента в организм до достижения человеком возраста 50-60 лет, а затем снижается в результате возрастных почечных изменений. Основным путем выведения кадмия из организма является его экскреция с калом. Кроме того, данный токсичный элемент выводится из организма с мочой, слюной, через волосы и с грудным молоком. Период полувыведения кадмия составляет по разным оценкам от 10 до 38 лет. Основным критическим органом, характеризующим интенсивность кадмиевой нагрузки на организм, являются почки, поражение которых характеризуется нарушениями реабсорбции в дистальных канальцах с протеинурией, в тяжелых случаях сопровождающимися аминоацидурией, глюкозурией и фосфатурией. Кроме того, металлический кадмий является доказанным для человека канцерогеном, вызывая рак простаты, легких, кожи, почек и мочевого пузыря.

Мышьяк является естественным компонентом более 200 природных минералов. Около трети выбросов мышьяка в атмосферу осуществляется из природных источников. Источниками мышьяка могут служить выбросы предприятий стекольной, радиоэлектронной (полупроводниковой), металлургической промышленности, ТЭЦ, автомобилей. Соединения мышьяка хорошо всасываются в желудочно-кишечном тракте, и через несколько дней от 45 до 15% поступившего количества выделяется с мочой. Поступая в организм человека в повышенных количествах, мышьяк, в первую очередь, может вызвать нарушение функций печени, аллергические реакции, изменения состояния кожи (гиперкератоз, дерматит), поражение сосудов (в первую очередь, нижних конечностей), снижение слуха, повышенную возбудимость ЦНС, раздражительность, головные боли, угнетение иммунитета, кроветворения. Больше страдают периферические нервы, в которых резко выражены явления демиелинизации вплоть до деструкции осевых цилиндров. На ладонях и стопах развивается гиперкератоз. В этих участках часто возникают эпидермоидные карциномы. Главными осложнениями острой интоксикации являются внутрисосудистый гемолиз, острая почечная, печеночная недостаточность, кардиогенный шок. Отдаленными последствиями острых травлений у детей может быть значительное снижение остроты слуха. Поражение нервной системы проявляется в виде токсической энцефалопатии (нарушение речи, координации движений, эпилептиформных судорог, психозов).

Ртуть попадает в окружающую среду как в результате естественного испарения ее из земной коры, так и в результате промышленного загрязнения. Естественные выбросы ртути могут достигать 25-12000 тонн в год. До недавнего времени семена зерновых протравляли ртутью, и это отразилось на ее содержании в почве. Из овощей особенно сильно аккумулируют ртуть капуста, горький перец и фасоль. Темные сорта винограда поглощают больше ртути, чем светлые. Достаточно большое количество ртути попадает в окружающую среду самым обычным образом – при разбивании медицинских термометров. Этот тяжелый металл присутствует почти во всех морских продуктах, материале для зубных пломб, многих косметических средствах, пестицидах и фунгицидах (противогрибковых препаратах). При вдыхании паров ртути она концентрируется в мозге. Возникают нервно-психические нарушения, головокружение и постоянные головные боли, снижается память, расстраивается речь, возникает скованность, общая заторможенность. Ртуть опасна, так как действует бессимптомно. Необратимые процессы в организме начинаются незаметно: появляются головная боль, головокружение, воспаление десен, затруднения в концентрации внимания, бессонница, выпадение волос. И только через какое-то время нарушается речь, появляется состояние страха, нервозность или сонливость, количество белых кровяных телец уменьшается. Все это признаки потери иммунитета, состояние, при котором даже незначительная инфекция может оказаться смертельной.
Ртуть накапливается в организме животных и людей понемногу, но те, кто живет вблизи от предприятий, загрязняющих воздух отравляющими веществами, накапливают в себе огромное количество этих ядов, причем их накопления могут дать о себе знать и в последующих поколениях. Если этот металл проникает в организм достаточно длительное время, то это приводит человека к опасной болезни - миастении (потеря проведения нервно-мышечных импульсов), заболеваниям почек и печени. При хроническом отравлении ртутью развиваются астеновегетативный синдром, тремор, психические нарушения, лабильный пульс, тахикардия, гингивит, протеинурия, изменения со стороны крови. При пероральном поступлении ртути наблюдаются язвенно-некротический гастроэнтерит, в дальнейшем развивается некротический нефроз с гибелью эпителия проксимальных отделов почечных канальцев. Независимо от пути поступления и формы соединения, ртуть накапливается в основном в почках до 90% ее общего содержания в организме. До 10% поступившей в организм ртути, особенно в форме метилртути, может содержаться в головном мозге. Примерно 90% общего количества абсорбированной метилртути выделяется из организма с калом и желчью и меньше - с мочой, потом, грудным молоком.

Читайте также: