<<
>>

ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТОСФЕРЫ

Существуют два механизма перераспределения элементов в литосфере:

  • вертикальный (из недр наружу);
  • горизонтальный — миграция в поверхностном слое.

Первый из них ведет к негомогенному распределению

металлов в окружающей среде.

При этом их концентрации в различных породах могут различаться на порядок и выше (табл. 10.1). Одним из основных источников этого процесса является вулканическая деятельность. Так, например, в июне 1991 г. произошло одно из самых мощных извержений вулкана Пинатубо. Только за два дня в окружающую среду было выброшено 10 млрд т магмы, 20 млн т диоксидов серы, что оказало влияние на глобальный климат в течение трех лет. Помимо этого, из недр Земли было выброшено 2 млн т цинка, 1 млн т меди и более 5 тыс. т кадмия. Миллионы тонн золы, содержащей почти все элементы периодической системы, загрязнили тысячи квадратных километров поверхности почвы. Подобные вулканические извержения случались с периодичностью в несколько лет за всю геологическую историю. Не менее важную функцию играет вулканическая деятельность на дне Мирового океана, где по подсчету специалистов имеется около 3 тыс. действующих вулканов.

Таблица 10.1

Содержание некоторых элементов в материнских породах (части на миллион, ppm)

Элемент

Земная кора

Ультрабазиты

Базальт

Гранит

Сланец

Известняк

As

1,8

1

2

1,5

15

2,5

Cd

0,2

0,2

0,2

0,2

0,1

Со

25

150

50

1

20

4

Сг

100

2000

200

4

100

10

Си

55

10

100

10

50

15

РЬ

12,5

0,1

15

20

20

8

Se

0,05

_

0,05

0,05

0,6

0,08

и

2,7

0,001

0,6

4,8

4

2

W

1,5

0,5

1

2

2

0,5

Zn

70

50

100

40

100

25

Примечание. Ультрабазиты — изверженные горные породы, бедные кремнекислотой и обогащенные магнием.

Второй механизм, который перераспределяет элементы, — это выветривание. Физические процессы, связанные с этим явлением, ведут к измельчению пород, что подготавливает их к последующему постепенному растворению или переходу в аэрозольное состояние.

И тот, и другой процессы при участии органической матрицы ведут к формированию почвенного слоя. Таким образом, выветривание является ключевым процессом в миграции элементов от материнских пород к другим составным частям окружающей среды.

В окружающей нас среде присутствуют все известные элементы. Эссенциальными, т.е. необходимыми для процессов жизнедеятельности, являются макроэлементы: кальций, хлор, магний, фосфор, калий, сера. К этой группе относится и часть микроэлементов, которые присутствуют в организме животных и человека в следовых концентрациях: хром, кобальт, медь, фтор, йод, железо, марганец, молибден, селен, цинк. Следующая группа — неэссенциальные элементы, т.е. компоненты, не имеющие известных биологических функций. К ним относятся: кадмий, мышьяк, ртуть, свинец.

В отношении действия элементов на биоту значительную роль играют их концентрации в окружающей среде. Еще Парацельс (1493—1541) определил основные принципы токсикологии: «Все вещества являются ядами. Нет ни одного соединения, которое не является им. Только доза определяет ядовитые или лекарственные свойства» (см. рис. 3.1). Как для необходимых, так и для неэссенциальных элементов имеется оптимальное значение концентраций, которые соответствуют нормальному функционированию организма. Увеличение концентрации связано с токсическим эффектом, что может закончиться смертью. Снижение концентрации неэссенциальных компонентов не так фатально, как необходимых элементов, для которых уменьшенное поступление связано с возникновением дефицитного состояния, т.е. патологии (табл. 10.2).

Биодоступностъ, миграция и токсичность элементов зависят не только от физических и химических свойств самого компонента, но и от факторов окружающей среды, с которыми он взаимодействует. Важнейший фактор — кислотность почвы (pH). Подвижность большинства из элементов с уменьшением pH возрастает, в то время как защелачива- ние уменьшает биодоступность. Сильно влияет тип почвы.

Таблица 10.2

Заболевания, вызываемые дефицитом или избытком элементов

Элемент

Дефицит

Избыток

Железо

Анемия

Гемохроматоз

Медь

Анемия

Хроническая интоксикация медью

Цинк

Задержка полового развития

Диарея

Кобальт

Анемия. «Заболевание белой печени»

Сердечная недостаточность. Полицитемия

Магний

Дисфункция гонад

Атаксия

Хром

Нарушение обмена глюкозы

Нефрит

Селен

Некроз печени

Мышечная дистрофия

Так, например, почва с высоким содержанием органических компонентов (гумуса) оказывает на металлы хелатирующее (комплексообразующее) действие, что уменьшает скорость их миграции. Токсичность металлов зависит от атомного и ионного радиуса, буферной емкости, способности к химическим реакциям. Например, токсичность свинца и ртути больше выражена у их органических компонентов, чем у неорганических. Большое значение имеет степень окисления. Хром более токсичен при валентности, равной шести, и меньше — в трехвалентной форме.

Приведем некоторые из факторов внешней среды, влияющих на биодоступность металлов:

•pH;

  • окислительно-восстановительный (редокс) потенциал (Eh);
  • органический углерод;
  • температура;
  • неорганические лиганды (F, С1);
  • сульфиды;
  • комплексообразователи (гумус, органические соединения);
  • солевой состав среды;
  • метилирующие соединения;

  • способность к катионному или анионному обмену;
  • ионная сила среды;
  • жесткость воды.

Следующим важным фактором в биодоступности является взаимодействие элементов. Иногда их воздействие друг на друга выглядит очень просто, как в случае калия и натрия. В других случаях имеют место многочисленные взаимосвязи на уровне коферментов, энзимов и др. (рис.10.1).

Медь входит в состав многих ферментов, которые участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, например в состав Zn-Cu-зависимой супероксиддисмутазы. Биологическое окисление происходит с участием цитохромов, других медьсодержащих ферментов. Поперечные сшивки в коллагене и эластине, обеспечивающие их прочность и эластичность, происходят при помощи лизилоксидазы, относящейся к группе Cu-содержащих ферментов. Медь участвует в образовании сигнальных молекул нервной системы, способствует включению железа в состав гемоглобина. Она является компонентом, необходимым для функционирования иммунной системы человека.

Между медью, молибденом и серой имеется тесное взаимодействие. Сульфиды, образующиеся из сульфатов, могут включать вместо атома кислорода отрицательно заряженный молибден, что ведет к образованию тиомолибдатов.

 

 

  

Последние обладают высоким сродством к меди, связывание которой будет способствовать вычленению ее из метаболизма и вести к дефициту в организме этого элемента. Описанный феномен используется в сельском хозяйстве некоторых скандинавских стран, почва которых характеризуется повышенным содержанием меди. Добавление в корм животных молибдена приводит к уменьшению пула меди в печени, что предотвращает у них хроническую интоксикацию медью.

Другим примером могут являться взаимоотношения между фосфором, цинком и кадмием. Известно, что растения, выращенные в условиях избытка фосфатов, характеризуются дефицитом цинка. Фосфаты — главный компонент удобрений. Напротив, повышенное количество цинка предотвращает поглощение растениями такого токсичного элемента, как кадмий. Поэтому на почвах, характеризующихся повышенным содержанием кадмия, необходимо строго контролировать количество вносимых фосфорных удобрений. Предотвращение их избытка будет способствовать накоплению цинка, что позволит получить экологически чистую продукцию.

Селен является абсолютным антагонистом мышьяка. Следовательно, для предотвращения токсических эффектов мышьяка необходимо заботиться о достаточном поступлении в организм селена.

<< | >>
Источник: Стожаров, А. Н.. Медицинская экология ; учеб. пособие / А. Н. Стожаров. - Минск : Выш. шк. — 368 с.. 2008

Еще по теме ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТОСФЕРЫ:

  1. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГО-МЕДИЦИНСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТОСФЕРЫ
  2. Лекция 2. ИСТОЧНИКИ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОСФЕРЫ (В СИСТЕМЕ ТЕХНОСФЕРА - АТМОСФЕРА - ЛИТОСФЕРА - ГИДРОСФЕРА) Характеристика загрязнений
  3. 3.2.2. Оценка химической обстановки при применении химического оружия
  4. 3.5.2 Химический состав и физико-химические свойства игристого ароматизированного вина
  5. Химические и физико-химические методы очистки сточных вод
  6. 3.4 Изучение химического и физико-химического составаароматизированного виноматериала
  7. start="5" type="1"> АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЛИТОСФЕРУ
  8. Защита населения и территорий при авариях на химически опасных объектах Поражающие факторы и их влияние на население и территорию при авариях на химически опасных объектах
  9. 2.4.2. Очаг химического поражения
  10. 3.2. ОЦЕНКА ХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ
  11. Скорость химических реакций
  12. 2. Химическая авария
  13. 3.9.1.0жоги химическими веществами
  14. Химическая связь
  15. 6.8. ХИМИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА
  16. 1.1. Химическое загрязнение атмосферы