Биогеохимический цикл - Миграция токсических веществ в природе

Непрерывный биогенный круговорот химических элементов в биосфере включает три экологические категории живых организмов:

    1) продуценты - синтезируют органические вещества из неорганических соединений с использованием внешнего источника энергии - Солнца; 2) консументы - потребляют органические вещества растительного происхождения; 3) редуценты - разлагают мертвые органические остатки до неорганических составляющих.

В начале цикла продуценты (зеленые растения) усваивают из почвенного раствора и атмосферного воздуха необходимые для их развития биогенные химические элементы. Под воздействием солнечного излучения при участии хлорофилла они осуществляют первичную биологическую продукцию растительных белков, углеводов, жиров и выделяют кислород.

В последующем химические соединения растительного происхождения в виде зеленой растительной массы потребляются консументами 1-го порядка (травоядными животными), которые в процессе обмена веществ, происходящем в их организмах с участием атмосферного кислорода, трансформируют органические вещества растительного происхождения во вторичную биологическую продукцию в виде животных белков, углеводов, жиров и других биогенных соединений. Травоядные животные служат пищей для консументов 2-го порядка - хищников. В конце цикла круговорота веществ редуценты (микроорганизмы-деструкторы), используя в качестве пищи погибшие растения, экскременты животных и их трупы, осуществляют минерализацию органических соединений, возвращая в среду обитания (в почву) жизненно необходимые химические элементы.

Минерализуются и поступают в почву и токсичные химические элементы, которые накапливались в живых организмах в процессе их жизнедеятельности в загрязненной среде обитания. Одновременно консументы и редуценты в процессе своего развития потребляют кислород и выделяют в атмосферу диоксид углерода.

Экологическая опасность химического элемента и его соединений определяется, с одной стороны, токсическим действием на живые организмы, а с другой - физико-химическими свойствами, от которых зависит способность элемента к миграции в природных средах и живом организме. Из соединений с одинаковым уровнем токсического воздействия наибольшую экологическую опасность представляют вещества, отличающиеся наибольшей миграционной способностью в природных средах и живых организмах, в том числе в организме человека.

В атмосфере загрязняющие вещества находятся в газообразном, парообразном состоянии и в виде аэрозолей переносятся воздушными потоками. В атмосфере же происходит их окисление кислородом воздуха (например: 2SO2 + О2 = 2SO3) с последующим образованием кислот путем растворения оксидов в атмосферной влаге (например: SO3 + Н2О = H2SO4). Эти процессы, как отмечалось в предыдущем разделе, являются причиной выпадения "кислотных дождей".

Миграция аэрозолей зависит от степени дисперсности твердых частиц загрязняющего вещества: чем выше степень дисперсности, тем на большие расстояния от источника поступления переносятся загрязнения. Перенос загрязнений в виде аэрозолей сопровождается их седиментацией (осаждением) под действием гравитационных сил.

Загрязняющие вещества при попадании в водные природные среды подвергаются реакциям окисления - восстановления, гидролиза, гидратации и комплексообразования, что отражается на их способности к миграции и последующему проникновению во внутреннюю среду живого организма. Загрязнения после их попадания в водоемы и почву переносятся реками, грунтовыми водами и почвенными растворами. Атмосферный воздух и природная вода - основные среды миграции антропогенных загрязнений.

Кислотность природных вод. Основное влияние на состояние и перенос загрязнений в природных водах оказывает кислотность водной среды рН. Большинство ионов металлов (Сu2+, Cr3+, Pb2+, Cd2+, Hg2+ и др.) при рН > 6 осаждаются в виде плохо растворимых гидроксидов, карбонатов, сульфидов и концентрируются в донных отложениях. При подкислении природных вод за счет выпадения "кислотных дождей", сброса сточных вод, содержащих кислоты, происходит обратный процесс - металлы в виде катионов переходят в растворимое состояние. Поэтому кислотные дожди оказывают негативное влияние не только на почвенно-растительный покров, но и на состояние гидробионтов и миграцию элементов в водных экосистемах.

Температура природных вод. Состояние и перенос загрязнений в природных водах зависит от температуры. Поэтому сезонные изменения температуры и глобальное изменение климата будут влиять на динамику миграции токсичных веществ. В настоящее время интенсивно растет не только количество, но и число разновидностей загрязняющих веществ, попадающих в водоемы и реки. Температура Мирового океана повышается из-за неконтролируемого техногенного поступления СО2, что приводит к так называемому "парниковому эффекту". Растворимость углекислого газа может уменьшаться при повышении температуры, что будет обусловливать увеличение рН водной среды и протекание реакций с образованием карбоната кальция СаСО3.

Повышение температуры интенсифицирует процессы жизнедеятельности водных организмов, что нарушает равновесие экосистем.

В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться сапрофитные и болезнетворные микроорганизмы. При интенсивном загрязнении органическими веществами и биогенными элементами, в результате нарушения внутриводоемных процессов происходит вторичное загрязнение водных объектов и гидросферы в целом. Попадая в питьевую воду некоторые токсичные вещества и патогенные формы микроорганизмов, могут вызывать вспышки различных заболеваний.

Существует в экологии такое правило, как правило биологического усиления - накопление живыми организмами ряда химических неразрушающихся веществ (пестициды, радионуклиды и др.), ведущее к биологическому усилению их действия по мере прохождения в биологических циклах и по пищевым цепям. В наземных экосистемах с переходом на каждый трофический уровень происходит, по крайней мере, 10-кратное увеличение концентрации токсических веществ. В водных экосистемах накопление многих токсических веществ (например, хлорсодержащих пестицидов) коррелирует с массой жиров (липидов). Могут вызвать мутагенный, канцерогенный, летальный и другие эффекты. Кроме того, такие загрязнители могут образовывать другие ядовитые вещества в окружающей среде. Единственный пока возможный способ предотвратить их -- правильное их применение в народном хозяйстве с последующим изъятием из системы жизнеобеспечения окружающей среды.

Похожие статьи




Биогеохимический цикл - Миграция токсических веществ в природе

Предыдущая | Следующая