Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами: причины и последствия

Самые долгие последствия вызывает загрязнение почв тяжелыми металлами вследствие добычи, плавки руд, промышленных выбросов, применения удобрений.

Содержание

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.

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.

Поступление ртути в водную среду приводит к появлению ее в пищевой цепи

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.

Источники загрязнения окружающей среды

В широком смысле источники загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами можно поделить на природные и техногенные. В первом случае химические элементы попадают в биосферу из-за водной и ветровой эрозии, извержения вулканов, выветривания минералов. Во втором случае ТМ попадают в атмосферу, литосферу, гидросферу из-за активной антропогенной деятельности: при сжигании топлива для получения энергии, при работе металлургической и химической индустрии, в агропромышленности, при добыче ископаемых и т. п.

Во время работы промышленных объектов загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами происходит различными путями:

  • в воздух в виде аэрозолей, распространяясь на обширные территории;
  • вместе с промышленными стоками металлы поступают в водоемы, изменяя химический состав рек, морей, океанов, а также попадают в грунтовые воды;
  • оседая в слое почвы, металлы изменяют ее состав, что приводит к ее истощению.

С чем связано загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами?

max_g480_c12_r16x9_pd10

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

  1. Естественные – включают выветривание металлосодержащих пород и извержения вулканов;
  2. 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.

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.

Источники загрязнения тяжелыми металлами

yandex.ru

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.

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

Чем тяжелее, тем токсичнее…

Токсичность тяжелых металлов возрастает с ростом атомной массы. Каждый такой химический элемент при высоком уровне в живом организме влияет на определённые биохимические процессы.

Учёные в последнее время заинтересовались действиями тяжелых металлов на животных. Оказывается, они могут аккумулировать их, таким образом служить индикаторами. Самыми чувствительными животными считаются почвенные животные (сапрофиты, благодаря тому, что они живут на определённую территорию), европейский крот, рыжая полевка, лось, бурый медведь. Особенно интересны сведения про млекопитающих, потому что так можно более точно узнать про возможные действия на человека.

Действие тяжелых металлов на живые организмы

Воздействуя на организмы животных, тяжелые металлы накапливаются в ткани и вызывают разные болезни.

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.

Меры по борьбе с загрязнением окружающей среды

Существуют меры, помогающие снизить загрязнение экосистем тяжёлыми металлами:

  • очистка и утилизация сточных вод промышленных предприятий;
  • ограничение применения минеральных удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве;
  • сортировка и утилизация твёрдых бытовых отходов;
  • рекультивация загрязнённых почв;
  • модификация фильтров, контроль за выхлопными газами транспорта.

Загрязнение атмосферы тяжелыми металлами

Тяжелые металлы в составе твердых частиц аэрозольных выбросов находятся в форме собственных оксидов или солей, а также в адсорбированном состоянии на частицах литогенного или техногенного происхождения.

Одной из характеристик состава атмосферы служит состав снега. Снег — хороший индикатор загрязнения не только атмосферы, осадков и почв, но и источников загрязнения.

Загрязнение снежного покрова происходит в два этапа: во время образования снежинок в облаке (адсорбция, или влажное поступление) и при выпадении снега на земную поверхность (сухое поступление загрязняющих веществ). В результате адсорбции загрязняющих веществ концентрация их в снеге в промышленной зоне обычно на 2—3 порядка выше концентрации в воздухе. По этой причине адсорбция поллютантов на снеге — эффективный механизм самоочищения атмосферы в зоне локального загрязнения.

В соответствии с двумя механизмами загрязнения снега применяют и два способа отбора проб снега: аспирационный и седиментационный. Согласно первому пробу отбирают из воздуха на высоте 1,5 м над землей, согласно второму — снег собирают на фильтрах и планшетах. Послойный отбор снега характеризует динамику загрязнения.

В снежной пробе определяют ряд химических веществ: 1) макрокомпоненты снеговых вод: пыль, сульфаты, гидрокарбонаты, Ca, Cl, F, минеральные формы азота и фосфора; 2) тяжелые металлы и другие микроэлементы; 3) фенолы, формальдегиды; 4) ПАУ; 5) радионуклиды; 6) ПХБ, пестициды.

В составе снега, как правило, определяют разные формы загрязняющих веществ: водорастворимые и в твердых фазах. В составе последних определяют вещества, связанные с минеральными и органо-минеральными носителями (сорбированные), а также присутствующие в виде карбонатов, оксидов, гидроксидов, На долю пыли приходится, как правило, 70—80% от общего количества веществ в снеге.

В естественных условиях в снеговых водах преобладают ионы НСO3— на втором месте (например, в пределах Русской равнины) ионы SO42-, Cl—, Са2+, Mg2+, Na+, К+.

Уровень загрязнения снеговых осадков оценивают с помощью коэффициента концентрирования (отношение загрязняющих веществ в единице объема воды осадков по отношению к такому же объему чистого воздуха).

Период нахождения в атмосфере загрязненных снежинок зависит от первоначальной эмиссии, физико-химических свойств вещества и растет с дисперсностью аэрозольных частиц. Локальное загрязнение формируется за счет сухого выпадения загрязненного снега с коротким периодом пребывания его в атмосфере. В случае регионального и глобального загрязнения преобладает влажное выпадение снежных частиц из подоблачного слоя.

Анализ снега позволяет определить количество и качество выбросов отдельных предприятий, долю веществ, вовлекаемых в трансграничный перенос. Метод эффективен для дистанционного выявления загрязнения местности.

Гетерогенность атмосферы обеспечивает возможность ее самоочищения от неорганических поллютантов за счет адсорбции на снеге и осаждения пылеватых частиц.

Загрязнение атмосферы металлами хорошо регистрируется методами лихеоиндикации. Метод основан на высокой чувствительности эпифитных (произрастающих на стволах деревьев) лишайников к качеству атмосферного воздуха. На загрязнение воздуха лишайниковое сообщество отвечает изменением видового разнообразия лишайников, снижением биомассы, повышением содержания в ней не только металлов, но и других видов поллютантов (серы, ПАУ и др.).

В зоне загрязнения в лишайниках содержание тяжелых металлов в несколько раз выше, чем в фоновых условиях. На основе результатов анализа лишайников удается решить и обратную задачу: установить уровень загрязнения атмосферного воздуха различными поллютантами, не регистрируемый прямым измерением содержания этих поллютантов в выбросах.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

По степени опасности ТМ подразделяют на три группы:

1) высоко опасные: Hg, As, Se, Сd, РЬ, Zn; 2) умеренно опасные: Сг, Со, Мо, Ni, Си, Sb и 3) малоопасные: V, W, Мп, Sr. По свойствам ионов ТМ в воде данные элементы подразделяются на металлы, изменяющие органолептические свойства воды, такие как цвет, запах, вкус (Те, Мп, Zn) и токсикологические (Al, Cd, Си, Мо, Сг). Также существует классификация ТМ по степени подвижности в почвенных экосистемах: первый класс включают Hg, As, Se, Сd, Pb, Zn и второй класс Cr, Со, Мо, Ni, Cu, Sb. Оба класса относятся к металлам первичного рассеивания (такого, как вулканическая деятельность). К третьему классу относятся металлы вторичного рассеивания: V, W, Мп, Sr [2].

Методы борьбы с загрязнением почвы тяжелыми металлами могут быть физическими, химическими и биологическими.

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )

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:

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

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

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.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...