Все статьи

Тяжелые металлы

29 Июня
0
    Среди факторов загрязнения окружающей среды заметная роль отводится тяжелым металлам. Этот термин давно уже фигурирует не только в профессиональной литературе, но и в многочисленных популярных публикациях, посвященных промышленному загрязнению, и городской экологии.

Что это за металлы и почему они «тяжелые»? А самое главное - почему они опасные?

Существует более 40 определений термина «тяжелые металлы» (ТМ). В одних решающим показателем является плотность химического элемента, в других — его атомная масса. Однако употребление термина на сегодняшний день происходит и с точки зрения вызываемых такими элементами биологических эффектов.
Таким образом, существует три основных подхода к определению критериев, относящих металлы к тяжёлым.

Атомный вес. Исходя из этого критерия, к тяжелым металлам принадлежат более 40 элементов с атомной массой, превышающей 50 а.е.м (г/моль).

Плотность. Согласно этому критерию, тяжёлыми считаются те металлы, у которых плотность равна или превосходит плотность железа.

Биологическая токсичность. Критерий объединяет тяжёлые металлы, негативно влияющие на жизнедеятельность человека и живых организмов. В этом списке порядка 20 элементов.

Список токсичных элементов группируется по степени опасности по так называемым правилам Мертца, согласно которым наиболее токсичные металлы имеют наименьший диапазон концентрации (чем меньше диапазон, тем металл «опаснее). Металлы с малыми значениями диапазона концентраций условно отнесены в разные группы по степени опасности:

  1. Кадмий, ртуть, таллий, свинец, мышьяк (группа самых опасных металлических ядов, превышение допустимых норм которых способно привести к серьёзным психо-физиологическим нарушениям и даже к летальному исходу).

  2. Кобальт, хром, молибден, никель, сурьма, скандий, цинк.

  3. Барий, марганец, стронций, ванадий, вольфрам.


Где «обитают» тяжелые металлы?


Естественное поступление тяжелых металлов в биосферу, в основном, связано с естественным выветриванием или вымыванием горных пород, с вулканической деятельности, в результате чего в атмосферу, воду и почву из горных пород переносятся соединения тех или иных металлов. Существуют даже зоны с повышенным естественным  содержанием в почве или в водоемах ртути, свинца, мышьяка и других элементов.

Выветривание.jpg

Естественное выветривание горных пород. (Источник: Sofia Cristina Córdova Valladare)

Но все-таки главным способом происхождения и разноса тяжелых металлов являются техногенные выбросы, поступающие в природную среду в виде тонких аэрозолей и вместе с атмосферной влагой, пылью, сажей  и т.п. способны переносится на значительные расстояния и осаждаться на земной поверхности.

Почва, как губка, способна накапливать в себе металлы, особенно в верхних гумусовых горизонтах. Причем, как правило, процесс накопления происходит обычно быстрее, чем процесс естественного удаления тяжелых металлов и почвы путем потребления растениями, выщелачивания или вымывания.

Часть поступающих в почву соединений тяжелых металлов, подвергается биогенному превращению в еще более токсичные вещества. К примеру, несколько видов обитающих в почве анаэробных бактерий, преобразовывают поступающий в почву сульфат неорганической ртути в метилртуть посредством собственных метаболических процессов.

С экологической точки зрения, метилртуть даже более опасна и токсична, чем сама ртуть как таковая. Из почвы метилртуть попадает в грунтовые или поверхностные воды и начинает «гулять» по пищевой цепи, начиная с поглощения фитопланктоном. Фитопланктон затем съедается зоопланктоном, а тот поедается мелкой рыбой, которая, в свою очередь, является кормом для более крупных и хищных рыб.

Морские обитатели потребляют и накапливают в своих организмах все большее количество ртути с каждым шагом вверх по пищевой цепи. Вот почему в крупных хищных рыбах, таких как голубой тунец, обнаруживается просто гигантское количество метилртути.

Главными «поставщиками» выбросов с тяжелыми металлами являются цветная и черная металлургия, энергетика (особенно сжигание угля), электротехническое производство.

В сельскохозяйственной деятельности загрязнение тяжелыми металлами связано с использованием удобрений и пестицидов. В составе минеральных удобрений такие соединения являются естественными примесями. Наибольшее их количество содержится в фосфорных удобрениях.

Как заявляет Галина Анериевна Теплая, транспорт — причина более половины выбросов в атмосферу. Более того, подшипники, вкладыши, тормозные масла — источники поступления в окружающую среду меди и цинка. Однако основной источник токсичных веществ - выхлопные газы автомобилей, содержащие свинец. Кроме того, в процессе износа автомобильных шин выделяется кадмий.

По данным многочисленных исследований, придорожные полосы вдоль оживленных автострад, хронически отравлены тяжелыми металлами на расстоянии до 100 метров по обе стороны от дороги.

Еще одним важным источником поступления тяжелых металлов (ртути, кадмия, хрома, свинца и др.) в окружающую среду являются мусоросжигательные заводы (МСЗ). Даже самые современные МСЗ – это настоящие фабрики по загрязнению территорий вокруг них: при термической утилизации бытовых отходов, тяжелые металлы не разрушаются (в отличие от скажем, диоксинов), а подвергаются различным превращениям, после чего выбрасываются в атмосферу и распространяются на десятки, а при определенных условиях - на сотни километров вокруг.


Вред для человека


Находясь в атмосфере, почве и воде, тяжелые металлы попадают в растения и организмы животных, в том числе и человека. ТМ поступают в организм, в основном, вместе с растительной и животной пищей и водой. В меньшей степени — через органы дыхания и еще реже через кожу.

Свинец, кадмий, мышьяк, ртуть, медь, цинк и другие металлы и полуметаллы содержатся в небольших количествах практически во всех продуктах питания. Но все дело в концентрации и способности конкретных металлов накапливаться в организме.

Вред для человека.jpg

Антропогенный фактор - основная причина попадания тяжелых металлов в организм человека. (Источник:day-omega.com)

Свинец. Этот опасный металл способен аккумулироваться в костях, вытесняя кальций. В организм попадает через органы дыхания, с водой, едой (свинец может накапливаться в больших количествах, например, в морепродуктах).

Отравление свинцом называется сатурнизмом. Интоксикация наносит удар наносится по кроветворной и нервной системам, почкам, нарушает общий веществ в организме. Период полувыведения свинца из мягких тканей и крови составляет в среднем 25-40 дней, период полувыведения из костей скелета  - около 25 лет.

Кадмий попадает в организм через дыхательные пути и кожу. Металл накапливается в почках человека, поражая их до достижения 50-60 лет, затем, в силу возрастных почечных изменений, его концентрация снижается. Этот тяжелый металл содержится в почках животных, рыбе, его повышенное содержание наблюдается также в какао-порошке. Период полувыведения кадмия составляет от 10 до 38 лет. Металлический кадмий является доказанным канцерогеном, вызывающим рак.

Мышьяк содержится в естественной среде в более чем 200 минералов. Около 1/3 выбросов мышьяка в атмосферу происходит из природных источников.

Соединения мышьяка хорошо всасываются в желудочно-кишечном тракте, затем, через несколько дней, часть выводится из организма вместе с мочой. Поступая в организм в повышенных количествах, мышьяк вызывает сбои в работе печени, аллергическую реакцию, снижение слуха, раздражительность, головные боли, угнетение иммунитета и кроветворения. Поражение нервной системы выражается в нарушении речи, координации движений, психозов.

Ртуть попадает в окружающую среду как в результате естественных процессов вымывания и выветривания ртутной руды  - киновари, так и в результате антропогенного фактора.

Этот тяжелый металл присутствует почти во всех морских продуктах, почках животных. Ртуть опасна тем, что отравление происходит относительно незаметно: возникают нервно-психические изменения, воспаляются десна, появляется бессонница, постоянные головные боли, снижается память, появляется общая заторможенность и только потом расстраивается речь, появляется чувство страха, сильно падает иммунитет.

Медь является жизненно необходимым элементом в составе организма и присутствует во всех его тканях и основные ее запасы находятся в печени, однако в высоких дозах она токсична. Отравление медью сопровождается нарушением метаболизма, вызывает аутоимунные (когда именные клетки начинают уничтожать здоровые клетки организма) реакции организма.

Высокое содержание олова в организме вызывает головные боли, рвоту, спазмы, нарушение координации, дыхательной и нервной системы, кому.

Хром, никель и другие тяжелые металлы также находятся в наших телах в небольших количествах и часть из них необходимы для нормальных физиологических процессов. Однако отравление этими металлами тоже вызывает тяжелые последствия для организма.


Международные механизмы контроля


В Конвенции ООН 1979 года о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния тяжелым металлам посвящен отдельный протокол.

Этот документ, который призван ограничить выбросы тяжелых металлов, которые подвергаются трансграничному атмосферному переносу на большие расстояния, регламентируются предельные значения для таких крупных источников выбросов как металлургической, цементной, стекольной промышленностей, доменных и электродуговых печей, производства свинца, цинка и других источников, в том числе и сжигания отходов.

ООН.jpg

Международные соглашения - один из способов контроля вредных выбросов. (Источник: ru.thehealthypost.com/)

Россия является стороной-участницей конвенции.

В международном масштабе контролировать уровень загрязнения планеты тяжелыми металлами помогает Международная совместная программа комплексного мониторинга влияния загрязнения воздуха на экосистемы (МСП КМ).

Первоначально конечной целью МСП КМ было лишь определение и прогнозирование состояния и изменений экосистем в долгосрочной перспективе под воздействием загрязнения воздуха. Это требовалось для обоснования решений по контролю эмиссий и оценки экологических последствий этого контроля в рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния.

Однако со временем возникло понимание, что полное выполнение программы комплексного мониторинга позволит выявить экологические последствия воздействия токсичных микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов. Осуществляя МСП КМ, страны-участницы данной программы, среди которых и Российская Федерация, смогут выполнить свои обязательства по проведению исследований не только в рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния в Европе, но и Рамочной конвенции по изменению климата и Конвенции по биоразнообразию.


Что делать


Впрочем, решить проблему загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами только путем мониторинга невозможно. Нужно работать с источниками образования тяжелых металлов.

Например, существенно снизить выбросы тяжелых металлом можно, если постепенно замещать угольную энергетику более экологичными видами генерации или (в идеале) - возобновляемыми источниками энергии. Это значительно улучшить экологическую обстановку в зависимых от угля регионах страны (Сибирь, Дальний Восток).

Есть также огромный потенциал для модернизации устаревших металлургических производств, для повышения качества моторного топлива и развития экологичного транспорта.

Наличие тяжелых металлов в организме человека также предоставляется возможным проверить благодаря медицинским лабораторным обследованиям. Пробы берут из крови, мочи, ногтей, волос.

Сегодня, на волне желания людей питаться чистыми продуктами, ряд компаний предлагает свои приборы для измерения уровня тяжелых металлов в воде и в твердой пищи. Однако наиболее точными показателями обладают лишь те данные, что были получены из специальных лабораторий в результате комплексного изучения.

Непосредственное потребление тяжелых металлов с водой и пищей  можно решить усилением требований к безопасности воды и продуктов питания, усилением контроля за качеством применяемых в сельском хозяйстве удобрений и пестицидов соблюдением положенных регламентов.

Даниил Обирин


Источники:

Добровольский С.А. — Формирование загрязнений тяжелыми    металлами поверхностной грунтовой толщи в примагистральной зоне городских дорог
Егорова О.С., Гоголь Э.В. и др. — Тяжелые металлы и мусоросжигание как источник их поступления в окружающую среду.   
Теплая Г.А. — Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды  
Черных Н.А., Баева Ю.И. — Тяжелые металлы и здоровье человека       
Водяницкий Ю. Н. — Тяжелые и сверхтяжелые металлы и металлоиды в загрязненных почвах      
РГАУ-МСХА — Природные источники тяжелых металлов и формы их нахождения в компонентах экосистемы 
Тулемисова Г.Б., Амангосова А.Г. — Исследование содержание тяжелых металлов в водоемах Урало-Каспийского бассейна 
Европейская экономическая комиссия — Международная совместная программа комплексного мониторинга влияния загрязнения воздуха на экосистемы. Версия 04.12.2013

Подписка на рассылку
Будь в курсе наших событий