Вопрос 27. Тяжелые металлы в природных средах

1. Миграция рассеянных металлов, особо опасные загрязнители;

2. Свинец;

3. Кадмий;

4. Ртуть.

1. В небольших количествах некоторые металлы (медь, цинк, железо, марганец, молибден и др.) необходимы для жизнедеятельности организма. Однако увеличение их содержания выше нормы вы­зывает токсический эффект и представляет угрозу для здоровья.

Кроме того, существует около 20 металлов, не являющихся не­обходимыми для функционирования организма.

Миграция рассеянных металловв биосфере — не простое меха­ническое перемещение: часть их выносится с суши речными водами, а часть захватывается в биологический круговорот, в про­цессе которого в одних условиях металлы относительно накап­ливаются, в других — сильнее рассеиваются.

Так называемые тяжелые металлы — свинец, медь, никель, ртуть, кобальт и др., находясь в состоянии рассеяния, облада­ют способностью постепенно концентрироваться в пищевых цепях.

Международная группа ученых, занимающихся изучением со­стояния окружающей среды, включила в список особо опасных загрязнителейтри металла, находящихся в состоянии рассея­ния: свинец, кадмий и ртуть. Рассмотрим подробнее геохимию этих металлов в окружающей среде.

2. Свинец— один из первых металлов, который человек научился добывать и использовать. В настоящее время ежегодно добыва­ется около 3млн.т. свинца. Это много, если учесть, что его кларк составляет всего 0,001%.

В ничтожном количестве свинец необходим для живых орга­низмов. Содержание его в растениях обычно незначительно. Верхний порог концентрации свинца для растений пока не ус­тановлен. Некоторые растения, например мхи и лиственница, поглощают относительно большее его количество, абереза, ива, осина — значительно меньшее.

Техногенное рассеяние металла происходило интенсивно и было обусловлено открытием, которое преследовало цель улучшить использование бензина как топлива.

Бесчисленные двигатели внутреннего сгорания на суше, на во­де и в воздухе начали работу по насыщению биосферы рассе­янным свинцом. При сгорании 1 л этилированного бензина выделяется от 200 до 500 мг свинца. Имеющиеся во всем мире автомобили могут поставлять в биосферу более 2млн.т. рассе­янного свинца ежегодно. Этот высокоактивный, находящийся в состоянии рассеяния, а значит, легкоподвижный свинец обо­гащает почву вдоль дорог. Из почвы и частично непосредст­венно из воздуха он попадает в растения.

Рассеиваемый вдоль автострад свинец включается в биологиче­ский круговорот. Скот получает его, поедая траву; человек — с овощами, плодами, молоком и, конечно, через вдыхаемый воздух.

Свинец рассеивается не только двигателями внутреннего сго­рания, но и в результате сжигания каменного угля, при добыче и обогащении руд. Он выбрасывается в атмосферу также с ме­таллургической пылью, уходит с промышленными водами. Происходит его глобальное распространение. За последние 10 лет его содержание в океанической воде Северного полуша­рия возросло в 3 раза и еще больше — в воде прибрежных мо­рей и заливов. В ледяном панцире, покрывающем Гренлан­дию, ученые проследили резкое возрастание количества свинца в годовых слоях льда.

В медицине известны случаи свинцовых отравлений, которые происходят на металлургических предприятиях.

Свинцовое отравление вызывает заболевания организма, со­провождающиеся поражением центральной и вегетативной нервной систем, нарушением обмена веществ. Кроме того, бы­вает медленное, незаметное отравление организма, результаты которого имеют генетические последствия.

Признаки свинцового отравления — анемия, постоянные голов­ные боли, мышечная боль.

Деревья также подвержены свинцовому отравлению: при вы­соком содержании свинца в воздухе может наступить летний листопад. Но, концентрируя свинец, они тем самым очищают воздух. В течение вегетационного периода одно дерево обез­вреживает соединения свинца, содержащиеся в 130л. бензина.

3. Содержание кадмия в земной коре оценивается величиной 0,000013%. Природных химических соединений кадмия всего пять, причем встречаются они очень редко. Это типичный рас­сеянный металл, который извлекают из цинковых руд. Годовая добыча его невелика — 13 тыс. т во всем мире.

Одновременно с производством происходит довольно значи­тельное его рассеяние: при добыче и обогащении руд, при сжи­гании каменного угля. Кадмий рассеивается человеком вместе с минеральными удобрениями (входит в состав суперфосфата) и фунгицидами (противогрибковыми препаратами). Он — спут­ник широко применяемого цинка и всегда присутствует в изде­лиях, содержащих цинк. Кадмий добавляется в изделия из пла­стмассы для прочности, а также в составе красителей. При сжигании мусора, содержащего такие изделия, кадмий попадает в атмосферу.

Его почти невозможно изъять из природной среды, поэтому он все больше накапливается в ней и попадает в пищевые цени животных и человека. В небольших количествах кадмий даже необходим организму (регулирует содержание сахара в крови), но опасный порог лег­ко может быть достигнут и преодолен. Он способен повышать кровяное давление, поражает почки, размягчает кости. Облада­ет также канцерогенными свойствами.

4. Ртути в земной коре содержится еще меньше кадмия — в ко­личестве 0,0000045%, при этом она образует 16 природных хи­мических соединений.

В чистой речной воде содержится ничтожное количество ртути — 0,1 мкг в литре, а в золе растений — менее одной миллионной процента.

Годовая добыча металла составляет около 9 тыс. т. Примерно половина этого количества ежегодно рассеивается: при перера­ботке руд цветных и редких металлов, в результате сжигания каменного угля. При этом в золе остается 10% ртути, остальное переходит в парообразное состояние. Электростанция мощно­стью 700 МВт, работающая на угле, каждый день выбрасывает через дымовые трубы 2,5 кг ртути.

Другой источник техногенной атмосферной ртути — цементное производство. Обжигание известняка и глинистых сланцев происходит при весьма высокой температуре — до 1500°С. Это­го достаточно, чтобы ртуть, рассеянная в осадочных породах, перешла в атмосферу. Ртутные пары выделяются в воздух так­же при переработке полиметаллических руд — при производстве свинца, цинка, меди. В атмосфере ртуть адсорбируется части­цами пыли, при этом ее отношение к весу пыли часто бывает 1:1.

Кроме того, в атмосферу ртуть постоянно поступает с вулкани­ческими газами при извержениях и с горячими источниками.

Достаточно большое количество ртути попадает в воздух са­мым прозаическим образом — при разбивании стеклянных меди­цинских термометров. Любители статистики подсчитали, что в США ежегодно выделяется в окружающую среду из разбитых термометров 60т. ртути.