Предмет и задачи экологической химии

только свинца природа получает около 250 тыс. т в год.

Большинство этих металлов оказывается  в воде в раство'

римой форме (в кислой, но не в щелочной среде!). В этом

случае они попадают и накапливаются в растениях, а зна'

чит, и в нашей пище, что вызывает ряд серьезных послед'

ствий (табл. 8).

Таким образом, содержание любого вещества, в том

числе тяжелых металлов, например, в почве должно быть

в определенных пределах, выход за которые в ту или дру'

гую сторону чреват серьезными последствиями для орга'

низмов (закон оптимума). Это отчетливо  видно в табл. 8.

__________

__________ _________________

________________________________

________________________

______

_______________

________________

__! __

"________________

_________________

__! __

________

__________________

_________________________

____

_ __!_________________

_________"*__

#____

$%&_____________________

____________________

___'_(______________

$ __)_(_*_____________

________*___+,__

#_(____-_

.  __/___________________

+_____________

_   __/___________________

______'_

0____

_ ____(_____'__(____

*_____',___(________

_ _________+_________

___________',__(_-______

#________ %_&__/___________(________ .__)____(____________

1_(_

_$__2___(___________(_____+_

(________

_ __1_(__'______(__'_

3___  &__4________________

. __)__________________

__5__________*______

_

132 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

5.4.3.

ЯДОХИМИКАТЫ

Пестициды — это химические средства защиты расте_

ний от вредителей и болезней.

По оценкам ученых, до 50% урожая погибает от сорня_

ков и вредителей. Во всем мире это  приводит к потере еже_

годно около 75 млрд долларов. В результате в середине про_

шлого столетия руководством ряда стран  было принято

решение о расширенном производстве пестицидов. Одна_

ко мало кто тогда задумывался о последствиях, в частно_

сти, о том, что это приведет к  загрязнению окружающей

среды, а также природы и нашей  пищи.

Хотя фактически производство и  применение пестици_

дов началось с 30_х годов прошлого века, но еще в 1873

году одним из первых был синтезирован ксенобиотик ДДТ

(дихлоридифенилтрихлорметилметан). В 1937 году после

относительно кратковременного исследования, где была

показана его высокая эффективность  как инсектицида на

фоне, как тогда казалось, практического отсутствия ток_

сичности, ДДТ начали производить  и использовать в ши_

роких масштабах и в сельском хозяйстве, и в быту. Одна_

ко сегодня ситуация изменилась. В чем же дело?

Через относительно небольшой срок после начала ис_

пользования ДДТ был обнаружен  и в жире северных жи_

вотных (тюленей, пингвинов), и в  молоке кормящих мате_

рей. Оказалось, что на фоне высокой стабильности (время

полураспада около 20 лет) он обладает кумулятивной спо_

собностью, накапливаясь в жировой  ткани, ЦНС, печени

и т. п. (концентрируясь в пищевых  цепях в степени 108–10),

и рядом побочных действий (гонадо_ и эмбриотоксическим,

аллергенным, мутагенным, тератогенным и др.).

Сегодня в большинстве стран  он запрещен, но в мире

производится несколько тысяч  других пестицидов, при_

чем около 180 — достаточно широко. Их классифицируют

по функциональному признаку:

гербициды — против сорняков;

альгициды — против водорослей;

фунгициды — против грибов;

дефолианты — очищают от листвы;

Глава 5. ПРОБЛЕМЫ ПЕДОСФЕРЫ 133

бактерициды — против микробов и бактерий;

акарициды — против клещей;

зооциды — против грызунов.

По химической природе ядохимикаты  делятся на хлор%

органические (в том числе алифатические, ароматические

и др.), фосфорорганические (сложные  эфиры фосфорных

кислот), карбоматы (например, карбаминовые кислоты),

азотсодержащие (производные гуанидина) и другие.

Все пестициды различаются по стойкости. К наиболее

устойчивым относятся хлорорганические, которые обла%

дают кумулятивной способностью и  способностью концен%

трироваться в звеньях пищевой  цепи. В результате еже%

годно из%за пестицидов гибнет до 20 тыс. человек только

сельскохозяйственных рабочих.

Для всех пестицидов существуют предельно  допустимые

концентрации (ПДК), но они, как правило, не соблюдают%

ся. Считается, что чем больше использовать пестицида, тем

выше будет урожайность. Но это  не так. Эксперименты в

США показали, что увеличение (в  оптимальных условиях)

количества пестицидов в 10 раз вызывает максимум 12%

прироста урожая. Причем доказано, что из 100% использо%

ванного вещества в цель попадает не более 3%, а остальное

теряется. Поэтому очень часто  превышают их требуемую

дозировку, что приводит к дополнительным потерям.

Кроме передозировки в районе применения, пестициды

теряются при производстве, хранении, транспортировке,

вызывая загрязнение воздуха, воды, почвы и пищи. В ре%

зультате они попадают в организм, негативно влияя на

функции печени, легких, почек, желудка  и др. К наиболее

опасным последствиям относятся канцерогенез и наследст%

венные заболевания.

Заметим, что многие пестициды способны циркулиро%

вать в природе, вызывая нарушение  циклов биотического

и биологического круговоротов веществ. Кроме того, к не%

гативным последствиям их применения относятся:

_ подавление и снижение численности живых организ%

мов в почве;

_ ухудшение состава и структуры почвы, снижение ее

плодородия;

134 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

_ увеличение эрозии почвы;

_ возрастание устойчивости сорняков и паразитов (му#

тагенез приводит к новым формам);

_ снижение количества насекомых#опылителей;

_ понижение концентрации микроэлементов в составе

растений;

_ ухудшение качества, устойчивости и других показате#

лей сельхозпродукции.__

 

 

 

 

 

 

21. Загрязнение литосферы и продуктов питания пестицидами, минеральными удобрениями.

 

 

Верхняя часть литосферы, которая непосредственно выступает  как минеральная основа биосферы, в настоящее время подвергается все более возрастающему антропогенному воздействию. В эпоху бурного  экономического развития, когда в  процесс производства вовлечена  практически вся биосфера планеты, человек, по гениальному предвидению  В. И. Вернадского, стал «крупнейшей  геологической силой», под действием  которой меняется лик Земли.  
 
Уже сегодня воздействие человека на литосферу приближается к пределам, переход которых может вызвать необратимые процессы почти по всей поверхностной части земной коры. В процессе преобразования литосферы человек (по данным на начало 90 - х гг.) извлек 125 млрд. тонн угля, 32 млрд. тонн нефти, более 100 млрд. тонн других полезных ископаемых. Распахано более 1500 млн. га земель, заболочено и засолено 20 млн. га. Эрозией за последние 100 лет уничтожено 2 млн. га, площадь оврагов превысила 25 млн. га. Высота терриконов достигает 300 м, горных отвалов – 150 м, глубина шахт, пройденных для добычи золота, превышает 4 км (Южная Африка), нефтяных скважин – 6 км.  
Основные загрязнители почвы:  
1)пестициды;  
2)минеральные удобрения;  
3) отходы и отбросы производства;  
4) газо – дымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;  
5) нефть и нефтепродукты.

 

 

 

 

22. Биотрансформация загрязняющих веществ в окружающей среде и литосфере

 

Биотрансформация – это  процесс превращения вещества в  форму,

удобную для выведения из организма.

Биотрансформация токсикантов

– сложный многоплановый  процесс, в которой вовлечено большое

колтчество веществ, находящихся  во взаимодействии друг с другом.

Биотрансформация, как правило, приводит к снижению активности

токсикантов – дезактивации (детоксикации). Однако в некоторых

случаях метаболиты ксенобиотиков становятся более токсичными

соединениями (процесс токсикации). Биотрансформация токсикантов

состоит из двух тфаз, каждая из которых выполняет в

водорастворимую форму, выводимую  из организма.

Биотрансформация токсикантов  состоит из двух фаз, каждая из

которых выполняет свои функции, а в итоге липофильный

ксенобиотик превращается в  водорастворимую форму, выводимую  из

организма. Различают две  фазы биотрансформации.

В первой фазе происходит модификация  молекулы токсиканта,

создающая или освобождающая  функциональные группы (например, -

ОН, - NH2, - SH и др.) и осуществляемая различными ферментными

системами, локализованными  в большей степени в клетках  печени.

Вторая фаза представляет собой конъюгацию (синтетические

реакции токсикантов или  их метаболитов с эндогенными  веществами).

В результате образуются конъюгаты, которые являются в основном

гидрофильными соединениями.

Экзогенные соединения, содержащие функциональные группы

(гидрокси-, амино-, карбокси-, эпокси-, галоген) или представляющие

собой метаболиты реакций  первой фазы, подвергаются

биосинтетическим реакциям – реакциям конъюгации (реакциям второй

фазы). Биохимическое конъюгирование - это взаимодействие

вышеперечисленных субстратов с такими эндогенными

соединениями, как глюкуроновая кислота, серная кислота,

аминокислоты, глутатион  и др.

Реакции конъюгации делят  на два типа в зависимости от того,

какой объект реакции (субстрат или реагент) активирован.

К первому типу относятся  реакции, протекающие при участии

активированных форм присоединяемых агентов (образование

гликозидов, сульфатов, метилатов  и ацетилатов). 67

Второй тип – это  реакции, протекающие при участии

активированных форм токсикантов (конъюгация с глутатионом или

аминокислотами).

Как правило, продукты конъюгации более полярны, менее

липидорастворимы, быстрее  выводятся из организма и менее

токсичны.

Различают печеночную и внепеченочную  биотрансформацию.

Особенно интенсивно процессы биотрансформации протекают в

печени. При прохождении  токсикантов через печень большинство  из

них подвергаются биотрансформации в паренхиматозных клетках

печени, что называют эффектом первого прохождения, или

пресистемным метаболизмом. Метаболиты из печени поступают в

кровь, распределяются по органам  и тканям, ферментативная

активность которых значительно ниже, а также реабсорбируется

печенью для последующей  экскреции сжелчью.

Поскольку почки, легкие, кишечник, селезенка, мышечная ткань,

плацента, мозг, кровь содержат ферментные системы обеих фаз

биотрансформации, то они, хотя и менее интенсивно, чем печень, но

также участвуют в этом процессе.

При внепеченочной биотрансформации могут образоваться

отличные от печеночных метаболиты одного и того же токсиканта.

Метаболиты, поступившие  с желчью в кишечник, частично

реабсорбируются и вновь  поступают в печень (печеночная

рециркуляция). Основная часть  ферментов, участвующих в

биотрансформации, локализована в гладком эндоплазматическом

ретикулуме клеток печени. Ферменты, локализованные в цитоплазме,

в плазматической мембране, лизосоме или мембране ядра, также

участвуют в биотрансформации. Большинство обеих фаз являются

энзиматическим преобразованием  молекул токсиканта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23. Химические процессы, приводящие к образованию растворимых форм соединений тяжелых металлов в природной воде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24. Атмосфера, строение  и химический состав атмосферы.

 

Общая масса газовой оболочки нашей планеты – атмосферы  – составляет 5,14*10¹⁵ т. Это примерно одна миллионная часть массы Земли.

Состав атмосферы претерпевал  серьезнейшие изменения в различные  геологические эпохи. В настоящее  время состав атмосферы находится  в состоянии динамического равновесия, поддерживаемого в результате действия живых организмов, геохимических  явлений и хозяйственной деятельности человека.

Общая масса газовой оболочки нашей планеты – атмосферы  – составляет 5,14*10¹⁵т. Это примерно одна миллионная часть массы Земли. Состав атмосферы претерпевал серьезнейшие изменения в различные геологические эпохи. В настоящее время состав атмосферы находится в состоянии динамического равновесия, поддерживаемого в результате действия живых организмов, геохимических явлений и хозяйственной деятельности человека.

Главными компонентами атмосферы (табл.) являются азот, кислород и аргон: на их долю в приземном  слое приходится соответственно 78, 21 и 0,9% (об.). На долю всех остальных компонентов приходится менее 0,1% (об.). Объемные концентрации постоянно содержащихся в атмосфере (так называемых «квазипостоянных») компонентов (N₂, O₂, Ar, He, Xe, Kr, H₂) остаются практически неизменными вплоть до высоты 100 км. Содержание других («активных») газов и аэрозолей существенно меняется в зависимости от сезона, географического положения и высоты над уровнем моря. Антропогенное влияние на состав атмосферы ограничено, в основном, изменениями концентрации «активных» газов и аэрозолей.Одним из важных показателей, характеризующих поведение примесей в атмосфере, является время их пребывания в рассматриваемом объеме атмосферы. В случае динамического равновесия – равенства скоростей поступления примеси из всех возможных источников и суммарного стока примеси из резервуара – время пребывания примеси и ее общая масса в резервуаре связаны уравнением:

Q_{источник} = Q_сток = A / τ ,       (1)