Миграция загрязнений в биосфере. Аккумуляция вредных веществ в живых организмах. Возможные последствия

Загрязнение биосферы - комплекс разнообразных воздействий человеческого общества на биосферу, приводящих к увеличению уровня содержания вредных веществ в биосфере, появлению новых хим. соединений, частиц и чужеродных предметов, чрезмерному повышению температуры (тепловое), шума (шумовое), радиоактивности (радиоактивное) и т. д.

Загрязнение окружающей среды - ущерб, наносимый природе, среде обитания вредными веществами, выбросами, отходами. На всех стадиях развития человек влиял на окружающую его природу, использовал ее богатства приспосабливал ее под себя, видоизменял. И если на ранних этапах воздействие носило незначительный и очаговый характер, то с развитием науки и техники оно возросло до ужасающих пределов.

Можно выделить несколько направлений антропогенного воздействия, которые ухудшают экологическую ситуацию на планете. Наиболее масштабным и опасным является химическое загрязнение природной среды (изменение ее естественно - химических веществ, а также проникновение в природную среду, в ее отдельные сферы, химических веществ, отсутствовавших ранее).

Миграции и накопление биосферой радиоактивных изотопов. 

Oснoвными путями миграции тoксичных, радиoактивных и других веществ, oпасных для челoвека, живoтных и растений, являются:

1) перенoс вoздушными течениями;

2) распрoстранение пo вoдным oбъектам, в тoм числе прoникнoвение в пoдземные вoды, с пoследующим пoпаданием в вoды Мирoвoгo oкеана;

3) движение пo трoфическим цепям - ряду видoв или их групп, каждoе предыдущее звенo в кoтoрых служит пищей для следующегo. 

1. Миграция радионуклидов в почвах

Радионуклиды, отложившиеся на поверхности почвы, под воздействием различных факторов могут перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. Причиной горизонтального передвижения свежевыпавших радионуклидов может быть поверхностный сток после сильного дождя. Еще большее значение имеет смыв талыми водами радионуклидов, отложившихся в снегу за зиму. Вертикальная миграция радионуклидов по профилю почвы может быть следствием механического переноса частиц, на которых сорбированы радионуклиды, а также результатом собственного перемещения свободных ионов. На обрабатываемых сельскохозяйственных почвах радионуклиды сравнительно равномерно распределяются в пределах пахотного слоя.  Некоторый механический перенос их с поверхности в глубжележащие слои почвы возможен вследствие деятельности дождевых червей и других роющих животных. В песчаных почвах радионуклиды могут мигрировать значительно глубже, чем в глинистых и черноземных.

2. Поступление радионуклидов в растения

Загрязнение может происходить непосредственно путем осаждения радионуклидов, находящихся в воздухе, на поверхность надземных частей растений, фиксацией на ней, проникновение в глубь тканей, а также корневым путем, при котором радионуклиды, попавшие в почву, поглощаются корнями вместе с питательными веществами, необходимыми для жизнедеятельности растений. Кроме того растительность может быть загрязнена радионуклидами, содержащимися в частицах почвы, заносимых на поверхность растений ветром виде пыли, дождевыми брызгами и т.п.  Однако значение этого пути по сравнению с предыдущим невелика. Из атмосферного воздуха радионуклиды осаждаются на поверхность земли в виде частиц, паров или растворов (дождь, туман). В зависимости от того, в какой форме они осаждаются, степень загрязнения растений различна.

Глобальные выпадения радионуклидов происходили в результате наземных и воздушных испытаний ядерного оружия и крупных радиационных аварий (Чернобыль). Наиболее опасными из всех радионуклидов считаются йод-131, плутоний-239, стронций-90 и цезий-137. У радиоактивного йода период полураспада очень короткий, а выбросов плутония было очень мало. А вот стронций и цезий имеют относительно длинный период полураспада – 30 лет. Они-то  и являются основными дозообразующими изотопами.

По своим химическим свойствам Цезий-137 является щелочным металлом и прекрасно растворяется в воде. На землях сельхозназначения благодаря вспашке резко усиливается вымывания радионуклидов, потому что пашня более рыхлая и вода быстро проходит через нее, задерживаясь в нижележащих слоях глины. Поэтому в культурных растениях радиоактивных изотопов почти нет.

Другая ситуация с лесами и болотами, где и произрастают любимые многим черника, клюква.  По словам Е.Гусевой, листья и хвоя древесных пород, кустарники и надпочвенный покров являются первичными поглотителями радиоактивных выпадений. Когда они отмирают, радионуклиды переходят в лесную подстилку - мхи и лишайники, которые могут удерживать в себе эти элементы неопределенно долго. Изотопы не переходят в нижние слои почвы, а располагаются как раз на тех горизонтах,  откуда ягоды и грибы берут элементы для  минерального питания. Ситуацию усугубляет схожесть  химических свойств цезия-137 с калием и натрием. Клюква и черника избирательно поглощают эти элементы из почвы. Это их основные продукты питания, но отличить радионуклид от привычных продуктов своего питания они не могут. Происходит некий процесс замещения не опасных веществ радиоактивными изотопами, которые и накапливаются в грибах и ягодах. Все бы ничего, если бы они изредка не попадали на наш стол, а потом и в организм. Но ученые успокаивают: содержание цезия-137 в ягодах и грибах вряд ли может привести к каким-либо заметным последствиям для здоровья. Так, заведующий отделом гигиены источников ионизирующих излучений Центра гигиены и эпидемиологии Александр Гернец уверяет, что «нужно съесть совершенно немыслимое количество ягод, чтобы хотя бы немножко заболеть от этого». Дело в том, что по существующим нормативам, прописанным в СанПиН 2.3.2.1078-01 (СанПиН 2.3.2.2650-10 «Дополнения и изменения № 18кСанПиН 1078-01», введенные в действие 3 сентября 2010 года), допустимый уровень радионуклидов: цезия-137 в дикорастущих ягодах составляет 160 беккерелей на килограмм (Справка: бк/кг - количество распадов изотопов в секунду на килограмм массы). При этом в нормах радиационной безопасности НРБ-99/2009 прописаны пределы годового поступления того же цезия-137 с воздухом и пищей на уровне 77 тысяч беккерелей. Учитывая, что этот радионуклид содержится преимущественно в чернике, клюкве, а также в грибах, человеку, чтобы превысить границу безопасности, нужно в день съедать порядка полутора килограммов ягод с максимально разрешенным количеством беккерелей. Но что если радиация в ягодах существенно превышает норму? 
Попавший в организм человека цезий-137, как и в ягодах, замещает калий с натрием, и происходит так называемое внутреннее облучение, намного более длительное и опасное, чем внешнее. Период полу выведения цезия-137 составляет 120 суток. Кроме того, расстояние от источника облучения до ткани практически равно нулю. По словам Елены Гусевой, радионуклиды могут концентрироваться в организме вблизи особо чувствительных к излучению органов или непосредственно в них. При длительном поступлении цезия-137 в организм даже в относительно малых дозах обнаруживаются поражения в виде торможения роста, снижения репродуктивности, образования раковых опухолей и лейкоза.

3. Миграция радионуклидов по биологическим и пищевым цепям в организм сельскохозяйственных животных

В организм животных и человека радионуклиды, как известно,  могут поступать через кожные покровы, органы дыхания и желудочно-кишечный тракт. 
Основной путь поступления радионуклидов в организм сельскохозяйственных животных – алиментарный, т.е. с загрязненным кормом или загрязненной водой. Поступающие с загрязненным кормом радионуклиды резорбируются в организме из желудочно-кишечного тракта. Одним из наиболее важных путей миграции радионуклидов, попавших в организм сельскохозяйственных животных, является их поступление в молоко, с которым они и выводятся из организма.

4. Миграция радионуклидов из водоемов

Наряду с перемещением радионуклидов в водоемах происходит более или менее значительная миграция их за пределы последних. Эти явления нередко приобретают существенное значение, поэтому их следует учитывать при оценке ситуаций, связанных с загрязнением водоемов радионуклидами.

Перемещение радионуклидов из водоемов на прибрежную территорию, в атмосферу и в подземные воды происходит под воздействием как естественных, так и искусственных факторов. Гидрологический фактор - паводки на реках, принимающие в себя сточные воды, содержащие радионуклиды и антропогенный фактор – деятельность человека.

Загрязнение oкружающей среды тoксинами - металлами, хлoрирoванными углевoдoрoдами, нитратами, нитритами и нитрoсoединениями, асбестoм, диoксинами и пестицидами - представляет серьезную oпаснoсть для всех экoсистем. Не меньшую oпаснoсть несут канцерoгенные вещества - бензапирен, прoмышленная пыль, диoксид азoта и диoксид серы. Пoтенциальную oпаснoсть для вoдных экoсистем и челoвека-вoдoпoльзoвателя представляет аккумуляция радиoнуклидoв вoднoй биoтoй и дoнными oсадками вследствие дoлгoгo периoда распада изoтoпoв стрoнция, цезия, циркoния и ниoбия.

В oрганизм челoвека, как и другие живые oрганизмы, радиoактивные и химические загрязнения прoникают через дыхательные пути и желудoчнo-кишечный тракт с пoтребляемoй пищей и вoдoй.

В хoде метабoлизма загрязняющие вещества превращаются в неoпасные прoдукты, вывoдимые затем из oрганизма через выделительную систему. Ксенoбиoтики не перерабатываются ферментными системами oрганизмoв. Значительная часть канцерoгенных веществ превращается в еще бoлее oпасные и тoксичные вещества, чем дo пoступления в oрганизм. Дoлгoвременные пoследствия влияния загрязняющих веществ еще слабo изучены. Наибoлее oпасными ингредиентами, кoтoрые мoгут сoдержаться в прoдуктах питания, являются кадмий, ртуть и свинец. Взаимoдействуя с белками, эти вещества блoкируют различные ферментные системы и нарушают физиoлoгические функции oрганизма. Эти и другие тяжелые металлы мoгут накапливаться в oрганах и тканях. Кадмий активнo замещает в кoстях кальций. Прoдукты питания мoгут загрязняться в результате миграции вредных веществ из упакoвoчных материалoв, применения пищевых дoбавoк.

Последствия влияния биосферных загрязнений 

В биосферу поступает около 50% извлечённых из недр металлов, 30% хим. сырья, до 67% тепла, вырабатываемого теплоэлектростанциями. Ежегодно создаются сотни тыс. т невстречавшихся ранее в биосфере хим. соединений (ксенобиотиков и др.), многие из которых не поддаются биол. и физ. разрушению. Накопление стойких загрязняющих веществ, которые почти не разрушаются в природе (нек-рые пестициды, полихлорбифенилы и др.), а также веществ, имеющих естеств. механизмы разложения или усвоения (удобрения, тяжёлые металлы и др.), в кол-вах, превышающих способность биосферы к их переработке, нарушает сложившиеся в ходе длительной эволюции природные системы и связи в биосфере, подрывает способность природных комплексов к саморегуляции. Экологич. нарушения проявляются в сокращении численности и видового разнообразия растений и животных, в снижении продуктивности лесов и с.-х. угодий, деградации экосистем. Введение в круговорот веществ биосферы млн. т хлорорганич. соединений, в т. ч. пестицидов, приводит к тому, что, с одной стороны, сокращается численность многих видов животных (особенно рыб и птиц), разрушаются сложившиеся в ходе эволюции трофич. цепи, и следовательно, биоценозы, а с другой — происходит неконтролируемое размножение организмов, легко вырабатывающих устойчивые формы (нек-рые насекомые, микроорганизмы). Загрязнение таких жизненно важных для человека природных ресурсов, как атмосферный воздух, пресная вода, плодородная почва, запасы которых на планете ограничены, приобретает глобальный характер. Использование древесины и ископаемого топлива (уголь, нефть) как источника энергии является осн. причиной загрязнения атмосферы вредными газами (СО2, S02, NO2 и др.) и пылью. Глобальный характер загрязнения атмосферы находит выражение в её общей запылённости, в увеличении концентрации СО2 в воздухе (ежегодный прирост на 0,2% ) и др. загрязняющих веществ, что может привести к нарушению озонового экрана, изменению климата Земли. При сжигании топлива, в т. ч. бензина, в биогеохим. циклы включаются не только дополнительные массы окислов углерода, соединений серы, азота, но и большие кол-ва таких загрязняющих биосферу элементов, как ртуть, свинец, мышьяк и др. Вовлечение в промышленность и с.-х. произ-во тяжёлых металлов значительно превосходит те количества, которые находились в биосферном круговороте за всю предшествующую историю человечества. Соединение окислов азота и серы с водой приводит к выпадению так называемых кислотных дождей, изменяющих рН среды и приводящих к гибели живые организмы. Загрязнение континентальных и океанических вод углеводородами, возникающими в результате многих факторов, связанных с добычей и транспортировкой нефти и нефтепродуктов, является одним из осн. видов загрязнения гидросферы. Поступление в водоёмы с.-х.. промышленности и бытовых стоков стимулирует процессы эвтрофирования, приводящие к ухудшению качества воды (прежде всего дефициту О2 в ней), исчезновению рыб. Антропогенному эв-трофированию подвергаются большинство озёр и водохранилищ, замкнутые и полузамкнутые моря (Балтийское, Средиземное и др.). Серьёзную опасность для водных биоценозов представляет также тепловое загрязнение (большинство организмов океанич. и континент. вод могут переносить лишь небольшие колебания темп-ры), возникающее вследствие сброса тёплых вод в реки и водоёмы. Весь Мировой океан стал объектом антропогенного воздействия. Одной из крупных проблем — является радиоактивное загрязнение окружающей среды в результате ядерных испытаний, накопления радиоактивных отходов, а также при авариях на атомных предприятиях.

Другим чрезвычайно опасным загрязнением атмосферного воздуха и вод Мирового океана является радиоактивное загрязнение. Радионуклиды накапливаются в донных осадках и биоте, переходя к вершинам трофических пирамид. Радионуклиды попадают в организмы человека и животных и поражают жизненно важные органы, причем такое влияние сказывается и на потомстве. Источниками радиоактивного загрязнения являются все виды испытаний ядерного оружия, выбросы в результате аварий, утечки на объектах, связанных с производством такого вида топлива и уничтожением его отходов. Количество произведенного в мире ядерного оружия и военных кораблей с атомными реакторами достаточно велико и не объяснимо с точки зрения целесообразности. Ведь перспектива войны с применением ядерного оружия имеет только один результат - гибель человечества и невероятный ущерб для всей биосферы.