Тяжелые металлы — наиболее опасные элементы, способные загрязнять экосистемы в течении длительного времени

Понятие «тяжёлых металлов» применяется к тем химическим элементам, у которых либо плотность превышает 5 граммов на квадратный сантиметр либо атомный номер больше 20. Среди тяжёлых металлов, попадающих в экосистемы, есть микроэлементы, биологически важные для растений и живых организмов, так как они входят в состав ферментов. Однако существенные превышения допустимых концентраций тяжёлых металлов оказывают токсическое и угнетающее действие на биоценозы экосистем.

Тяжелые металлы-загрязнители окружающей среды

Тяжёлых металлов из таблицы Менделеева насчитывается около 40. Но чаще всего главными загрязнителями окружающей среды становятся лишь некоторые из них.

Ртуть

Около половины количества содержания ртути попадает в экосистему по техногенным причинам. Вместе со сточными водами и атмосферными выбросами предприятий нефтехимии соединения ртути оказываются в окружающей среде. Подавляющее количество — около 97% — находится на поверхности мирового океана. Соединения ртути, обладающие разной степенью окисления, в природе вступают в реакции между собой. Самыми опасными являются органические (алкильные) соединения ртути — метилртуть и диметилртуть. Находясь в воде, эти соединения адсорбируются донными отложениями, а затем медленно высвобождаются, становясь источником вторичного загрязнения и хронического токсического поражения гидросферы.

Кадмий

Кадмий — высокотоксичный тяжёлый металл. Он обладает довольно большой летучестью, поэтому значительная его часть загрязняет атмосферу. Это происходит в результате работы заводов по его выплавке и гальванических производств. В почву кадмий проникает из сельхозудобрений, а также с нефтепродуктами. В результате атмосферных процессов он выпадает на землю и поверхностные воды в виде осадков, которые угнетают рост и развитие растений и оказывают канцерогенное действие на представителей животного мира.

Свинец

Такой тяжёлый металл, как свинец, относится к 1 классу токсичной опасности. Среди промышленных отравлений именно отравление свинцом занимает первое место. Основными поставщиками свинцовых загрязнений на почву и в атмосферу являются выхлопы от сжигания этилированного бензина, выбросы промышленных предприятий, выпускающих пластик, целлюлозно-бумажные изделия, смазки, пигменты и другие.

Свинец способен накапливаться в биомассе, образуя высокотоксичные соединения. Далее соединения свинца вмешиваются в метаболический цикл растений и животных. Так, следуя по пищевым цепочкам, токсические элементы попадают в организм человека.

Медь

В окружающую среду медь попадает из выбросов отходов металлургических предприятий, заводов по изготовлению химических источников тока (аккумуляторов, батареек), сельхозхимии. Когда ионы меди попадают в почву, то они быстро связываются с минералами и органическими веществами.

Попав в воду, медь распространяется на дальние расстояния, загрязняя всё новые акватории. Этот тяжёлый металл не разрушается в природе, и поэтому он накапливается в растениях, микроорганизмах. Большие дозы меди в организме человека разрушают его репродуктивную систему, органы ЦНС.

Цинк

На повышение содержания цинка могут повлиять как естественные геохимические процессы, так и техногенное загрязнение предприятиями цветной металлургии и химической промышленности.

Из вышеперечисленных тяжёлых металлов цинк наименее токсичен, однако, существенное превышение его доз аккумулируется в верхних слоях почвы, загрязняя плодородный слой.

Попав в организм человека, цинк заметно активирует деятельность ферментов. Превышенная доза цинка может вызвать рвоту.

Молибден

Молибден попадает в окружающую среду из минеральных удобрений и из выбросов предприятий по добыче и переработке молибденовых руд. Примечательно, что в некоторых регионах страны фиксируется недостаток молибдена в биосфере. А в регионах, где базируются крупные предприятия, добывающие и перерабатывающие молибденовые руды, его содержание в почве и воде может превышать норму в 100-200 раз. Растения, накапливающие данный металл в аномальных количествах, становятся ядовитыми для человека и животных. Повышенное содержание молибдена в организме человека вызывает угнетение функций гипофиза, гипоталамуса, щитовидной железы.

Источники загрязнения

Небольшая доля тяжелых металлов проникает в биосферу, благодаря естественным геохимическим процессам, таким, как, выветривание горных пород, вулканическая деятельность и другие. Основной загрязнитель природы тяжёлыми металлами — это антропогенный фактор, результат хозяйственной деятельности человека.

Промышленные сточные воды

В экосистемы тяжелые металлы поступают главным образом со стоками металлургических и горнодобывающих предприятий, а также заводов химической и легкой промышленности, где их соединения применяют в технологических процессах. К примеру, соединения цинка, меди, кобальта, титана используются в качестве красителей, соли хрома сбрасывают кожевенные фабрики, а никель и хром содержатся в отходах предприятий по гальваническому покрытию металлических изделий.

Неочищенные промышленные сточные воды загрязняют почвенный покров, подземные воды и ближайшие водоёмы соединениями тяжёлых металлов, провоцируя экологическую катастрофу.

Промышленные выбросы в атмосферу

Газодымовые выбросы предприятий, тепловых электростанций, выхлопные газы транспорта — всё это обуславливает загрязнение нижних слоёв атмосферы тяжёлыми металлами. Дальнейшие химические превращения в атмосфере могут приводить к образованию более или, напротив, менее токсичных форм металлов. Время нахождения тяжелых металлов в атмосфере и те расстояния, на которые они могут переноситься от источника выброса, зависит от размера частиц. Крупнодисперсные частицы, в первую очередь, выпадают в виде загрязняющих осадков на почву, водоёмы и включаются в миграционные процессы экосистем. Мелкодисперсные частицы дольше задерживаются в атмосферных слоях, находясь в подвижном, биологически активном состоянии.

Бытовые отходы

Свалки бытовых отходов так же являются накопителями тяжёлых металлов ввиду того, что без сортировки и должной утилизации туда сбрасывается большое количество опасных отходов.

Аккумуляторы, батарейки, ртутьсодержащие лампы, разбитые градусники, строительный мусор — это бытовые отходы с токсическим содержанием. Почва и растительность оказываются загрязнены на расстоянии 1,5 км от свалки.

Посредством осадков и талых вод токсические вещества просачиваются в грунтовые воды и ближайшие водоёмы, отравляя их.

Последствия для экологии

Отличительное свойство тяжёлых металлов — это неспособность разрушаться в природной среде: наоборот, они аккумулируются в экосистемах, причиняя долговременный вред. Следуя по звеньям миграционной цепи (почва — растения — животные — человек), тяжёлые металлы оказывают токсическое и канцерогенное действие на живые организмы.

Воздействие на гидросферу

Тяжёлые металлы мигрируют в природные водоёмы в основном в растворённом виде либо в виде взвеси. Часть соединений остаётся в растворённой форме, находясь на поверхности воды. Другая часть металлов-токсикантов сорбируется и аккумулируется фитопланктоном и другими водными микроорганизмами.

Нерастворимые соединения опускаются на дно водоёма, губительно действуя на донные микроорганизмы и в дальнейшем выступая, как источник вторичного загрязнения водоёма.

Присутствие тяжёлых металлов сокращает популяции рыб, млекопитающих, ракообразных в гидросфере, губительно действует на икру и мальков. В случаях предельного превышения доз наблюдаются мутации и гибель биоты.

На атмосферу

Испарения свалок и полигонов, газодымовые выбросы промышленных предприятий, выхлопы автотранспорта — эти техногенные факторы загрязняют нижние слои атмосферы соединениями тяжёлых металлов.

Последствия, которые наступают вследствие такого загрязнения:

• разрушение озонового слоя атмосферы, формирование озоновых дыр;
• усугубление парникового эффекта;
• формирование смога над мегаполисами;
• возникновение осадков с химическими примесями — дождей, туманов, снегопадов.

На почву

Почва выступает, как резервуар для тяжёлых металлов. Взаимодействуя с гумусом, металлы-токсиканты образуют труднорастворимые соединения, которые накапливаются в грунте.

Почва, в значительной степени загрязнённая тяжёлыми металлами, практически не подлежит очищению. Растения, выращенные на таком грунте, накапливают в себе аномальные дозы металлов. Они не пригодны для дальнейшего использования и подлежат уничтожению.

Восстановление почвенного покрова с загрязнением тяжёлыми металлами начинают с удаления и утилизации верхнего слоя грунта. На оставшейся почве высеивают быстрорастущие культуры, которые поглощают металлы из почвы, а после эту фитомассу удаляют.

На организм человека

Доли содержания токсичных веществ, поступающих в организм человека, попадают вместе с пищей, воздухом, водой. Поэтому отравление тяжёлыми металлами происходит через пищеварительный тракт, дыхательные пути и кожные покровы.

Последствия переизбытка основных тяжёлых металлов в организме человека:

• ртуть — попадая в организм, медленно выводится, накапливается в костях, волосах. Нарушает деятельность печени, мочевыделительной и репродуктивной систем;
• хром — провоцирует сбои в обмене веществ, угнетение иммунитета. Организм перестаёт усваивать питательные вещества;
• свинец — сильный канцероген, повышает возбудимость, провоцирует бессонницу, расстройство ЦНС. Нарушает работу мозга и сердечно-сосудистой системы;
• марганец — его избыток провоцирует подавленные состояния: повышает утомляемость, появляются сонливость, головокружение, депрессии;
• кадмий — является канцерогеном, вызывает нарушение нервной, костно-мышечной и репродуктивной систем.

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.