 |
Химическое загрязнение атмосферы
|
|
|
|
Привнесение в атмосферу или образование в ней физико-химических агентов и веществ называется загрязнением. Антропогенное загрязнение спровоцировано исключительно хозяйственной деятельностью человека и в первую очередь связано с выбросами золы, пыли, оксида цинка, сернистого ангидрида, сероводорода, меркаптана, альдегидов, углеводородов, фтористого водорода, хлористого водорода, кремнефтористого натрия, радиоактивных газов и аэрозолей [25.26].
Выбросы из стационарных источников определяются большой высотой труб (50-100 м), а также значительными концентрациями и объемами. Выбросы также связаны с транспортом, и с обработкой сельскохозяйственных территории ядохимикатами.
Согласно приведенной таблицы, антропогенное загрязнение атмосферы преобладает над естественным, при этом около 37% загрязнений дает автотранспорт, 32% - промышленность и 31% - прочие источники. Кроме того, следует учитывать, что не существовавшие ранее в природных условиях, специфические вредные вещества, в настоящее время становятся составной частью атмосферного воздуха, его микроэлементами.
Так как все живое очень медленно адаптируется к этим новым микрокомпонентам, химические вещества служат объективным фактором неблагоприятных воздействий на природную среду и здоровье человека.
Неорганические загрязнители. Проблема деградации окружающей среды в значительной мере связана с отрицательным воздействием неорганических веществ, среди которых наибольшую экологическую опасность создают металлы и их соединения, а также диоксид серы, оксиды азота и асбестовая пыль.
Поступление тяжелых металлов в окружающую среду имеет как естественное, так и техногенное происхождение. Техногенная доля меди и цинка в атмосфере - 75%, кадмия и ртути - 50%, никеля 30%, кобальта - 10%. Наиболее высокая эмиссия в атмосферу характерна для свинца - 50...80%.[2,3,28,30]
|
|
|
В атмосфере тяжелые металлы присутствуют в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразной форме (ртуть). Основные механизмы выведения тяжелых металлов из атмосферы - вымывание с осадками и осаждение на подстилающую поверхность.
Биологическая активность металлов связана, с их способностью повреждать клеточные мембраны, повышать проницаемость барьеров, связываться с белками, блокировать многие ферментные системы, что приводит к повреждениям организма. Попав в живую клетку, соединение металла первоначально осуществляет некоторую простейшую химическую реакцию, за которой затем следует каскадный отклик все более сложных взаимодействий биологических молекул и ансамблей [27]
Целый ряд металлов включен в различные процессы метаболизма. Эти металлы являются жизненно важными для живых организмов. Так, например, железо и медь - переносчики кислорода в организме, натрий и калий регулируют клеточное осмотическое давление, магний и кальций (и некоторые другие металлы) активизируют энзимы - биологические катализаторы.
Некоторые металлы оказались крайне нежелательными для живых организмов, и небольшие избыточные дозы их оказывают фатальное воздействие[28].
Выбросы свинца в окружающую среду в результате деятельности человека весьма значительны. Основными источниками загрязнения биосферы этим элементом являются: выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания высокотемпературные технологические процессы [25]. Свинец характеризуется широким спектром вызываемых им токсических эффектов на различных представителей биоты. Механизм его действия обусловлен ингибированием ферментов, детоксикации ксенобиотиков и таким образом воздействие свинца приводит к биохимическим сдвигам.
|
|
|
В картине свинцового отравления можно выделить ряд клинических синдромов:
Изменения со стороны нервной системы, изменения системы крови, эндокринные и обменные нарушения, изменения со стороны желудочно-кишечного тракта, изменения со стороны сердечно-сосудистой системы, нарушения функции почек.
Особо следует отметить, что маленькие дети значительно легче, чем взрослые аккумулируют свинец и потому относятся к группе высокого риска в отношении свинцовых интоксикаций.
Выбросы ртути в окружающую среду в результате деятельности человека весьма значительны. Общая (природная и антропогенная) эмиссия ртути в атмосферу составляет свыше 6000 тонн ежегодно, причем менее половины - 2500 т составляют поступления от естественных источников.
Ртуть обладает широким спектром токсических эффектов на теплокровных. Механизм ее действия обусловлен блокадой аминных, сульфгидрильных и других активных групп молекул белка. Она способна включаться в транспортную РНК, нарушая тем самым биосинтез белков. Воздействие ртути приводит к биохимическим сдвигам, в частности к нарушению окислительного фосфорилирования в митохондриях почек и печени. Особо чувствительными к действию ртути являются эмбрионы.
Выбросы кадмия в воздушную среду ежегодно составляют около 9000 тонн, причем 7700 тонн (т.е. более 85%) - в результате деятельности человека. Основными источниками загрязнения окружающей среды этим элементом являются: производство цветных металлов, сжигание твердых отходов, угля, производство минеральных удобрений, красителей и т.д.
В организме кадмий может легко взаимодействовать с другими металлами, особенно с кальцием и цинком, что влияет на выраженность его воздействий. Кадмий способен замещать кальций, нарушая тем самым физиологические процессы регуляции поглощения кальция. Установлено, что токсическому действию кадмия наиболее подвержены водные организмы в эмбриональной стадии развития. Исследования на рыбах, показали действие соединений кадмия, выражающееся в разнообразных спинальных уродствах. Эпидемиологические данные указывают на чрезвычайную опасность кадмия для человека. В связи с тем, что этот элемент весьма медленно выводится из человеческого организма (0,1% в сутки), отравление кадмием может принимать хроническую форму. Ее симптомы - поражение почек, нервной системы, легких, нарушение функций половых органов, боли в костях скелета
|
|
|
Согласно данным Института продуктов питания Австрии не ртуть и не свинец, а именно кадмий является самым опасным тяжелым металлом [29]
Выбросы хрома в окружающую среду происходит как из естественных источников, так и, в результате антропогенной деятельности. Содержание аэрозолей, в состав которых входит хром, в зоне заводов по выплавке хромистых сталей достигает 1 мг/куб. м (фоновое, содержание 
мг/куб.м). Частицы этих аэрозолей с ветром разносятся на большие расстояния и выпадают на поверхность Земли с атмосферными осадками.
При воздействии на людей выделяют легочную и желудочную формы интоксикации. Отмечаются различные дерматиты, аллергические реакции, раздражение верхних дыхательных путей. Многочисленными эпидемиологическими исследованиями установлено, что у людей, профессионально контактирующих с хроматами чрезвычайно высока частота бронхо-генного рака. Это позволило экспертам отнести хром и его соединения к группе 1 канцерогенного риска для человека.
Выбросы мышьяка в окружающую среду в результате антропогенной деятельности связаны, в основном, с добычей и переработкой мышьяк содержащих руд, пирометаллургией, сжиганием природных видов топлива - каменного угля, сланцев, нефти, торфа, а также производством и использованием суперфосфатов, содержащих мышьяк ядохимикатов, различных препаратов и антисептиков. В естественных условиях, мышьяк в виде разнообразных соединений поступает в атмосферу с извержением вулканов.
Что касается диоксида серы, то переносу диоксида серы на дальние расстояния способствует строительство высоких дымовых труб. Это возможно и снижает степень локального загрязнения, но увеличивает время пребывания 
в воздушной среде и степень его превращения в серную кислоту и в сульфаты. Таким образом, сернистый газ в сочетании с парами воды (туман) является главным компонентом так называемого сернистого смога (смог лондонского типа).
|
|
|
Кислотные дожди. В результате антропогенного загрязнения атмосферы сернистым газом и оксидами азота, происходит образование серной и азотной кислот, выпадающих на Землю вместе с осадками. Кислотность (pH) обычной дождевой воды за счет частичного растворения во влаге углекислого газа равна 5,6. Но известны случаи выпадения кислых дождей с pH =2,3 (кислотность лимонного сока). Такие осадки наносят существенный ущерб качеству воды в природных водоемах, качеству почвы, приводят к разрушению изделий из металлов, архитектурных сооружений, мрамора и бетона.
Ежегодно с осадками выпадают миллионы тонн кислот, что ведет к радикальному изменению химии природной среды. Частицы сульфатов размером 0,1-1 мкм, присутствующие в атмосфере, рассеивают свет, ухудшая видимость, что отрицательно воздействует на организм человека.
Органические загрязнители. Органические вещества, являющиеся токсичными для микроорганизмов, животных, человека, вырабатываются бактериями, микроводорослями, растениями, насекомыми, рыбами, пресмыкающимися. Среди этих природных токсинов и столь простые вещества, такие как синильная кислота, роданистый аллил и др. Однако число природных токсинов составляет ничтожную долю токсичных веществ, созданных в лабораториях органического синтеза и нашедших применение не только в криминальных целях, но и в медицине, технике мирной и военной (как боевые отравляющие вещества). Летальная доза современных отравляющих фосфорорганических веществ составляет 
мг на 1 кг живого веса, что в сотни раз превышает токсичность классических их предшественников: иприта, люизита. От безумия химической войны человечество отказалось, а безумие экотоксикации - выбросов в окружающую среду органических веществ, губительно действующих на здоровье миллиардов людей, продолжается [30].
За последние годы, благодаря тому, что во многих развитых странах действует законодательство, направленное на защиту воздушного бассейна, общая загрязненность воздуха несколько уменьшилась, однако выбросы, источником которых является автомобильный транспорт, возрастают. Так в США на его долю приходится до 63% выбросов углеводородов. Ряд исследователей предполагает, что вклад транспорта в загрязнение воздуха будет увеличиваться с ростом числа автомобилей [31].
Вторым по мощности источником антропогенных органических загрязнителей атмосферы служит промышленное производство. Базовыми продуктами основного органического синтеза являются этилен (на его основе вырабатывают почти половину всех органических веществ), пропилен, бутадиен, бензол, толуол, ксилолы и метанол. Вместе с производными (этилбензол, стирол, фенол, винилхлорид, акрилонитрил, фталевый ангидрид и терефталевая кислота) они используются в дальнейшем для выработки широкой номенклатуры большинства других органических соединений (свыше 40 тыс. наименований).
|
|
|
В выбросах предприятий химической и нефтехимической промышленности присутствует широкий ассортимент загрязнителей- компоненты исходного сырья, промежуточные, побочные и целевые продукты синтеза. Так, в газовых выбросах заводов синтетических моющих средств содержатся алканы, а также карбонильные соединения, эфиры, карбоновые кислоты. Заводы синтетического каучука загрязняют воздух исходными мономерами и растворителями. Предприятия лесохимической промышленности выделяют альдегиды, кетоны, спирты и карбоновые кислоты. Целлюлозно-бумажные комбинаты выбрасывают большие количества загрязнителей, таких, как метил- и диметилсульфиды, формальдегид, спирты и фенолы.
Полициклические ароматические углеводороды. Известно огромное количество полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Соединения этой группы очень распространены и встречаются практически во всех сферах окружающей человека среды. Индикаторное значение для всех ПАУ имеет бензопирен (БП). Это положение впервые было сформулировано еще в 1966 г. Л.М. Шабадом и его школой (А.П. Ильницкий, Г.А. Белицкий, А.Я. Хесина, А.Б. Линник и др.).
Установлено, что только за 1 минуту работы газотурбинный двигатель современного самолета выбрасывает в атмосферу 2-4 мг БП. Даже приблизительные расчеты показывают, что в атмосферу от этого источника поступает ежегодно более 5000 тонн БП [32].
БП и многие другие ПАУ обладают мутагенным действием. В производственных условиях при экспозиции к ПАУ у людей, в зависимости от способа контакта с ними и вида продукта, могут возникать дерматиты, коньюктивиты, а также повышен риск возникновения ишемической болезни сердца, хронических заболеваний легких и другими болезнями респираторной системы.
Диоксины и родственные им соединения. Диоксины - полихлорированные соединения, содержащие ароматические ядра и, прежде всего, полихлорированные диоксины и дибензофураны за высокую токсичность относятся к особому классу загрязняющих веществ - суперэкотоксикантам.
В малых дозах диоксины вызывают мутагенный эффект, отличаются кумулятивной способностью, ингибирующим и индуцирующим действием по отношению ко многим ферментам живого организма, вызывают у человека повышение аллергической чувствительности. Комплексный характер действия этой группы соединений приводит к подавлению иммунитета, поражению внутренних органов и истощению организма. В природной среде диоксины достаточно устойчивы, и могут длительное время оставаться без изменений. Для них, по существу, не существует предела токсичности (явление так называемой сверхкумуляции), а понятие ПДК теряет смысл.
Высокой биологической активностью обладает еще один из компонентов летучих органических соединений (ЛОС) – этилен. Исследования показали влияние этилена на скорость созревания плодов, а также на опадание листьев. Это позволило назвать этилен гормоном созревания. Важна роль ЛОС в терморегуляции растений, предохраняет растения от перегрева.
Пути поступления могут быть разнообразные, одни химические элементы проникают в организм с пищей, другие же через слизистые оболочки и кожу.
По данным Минздрава РФ и ЕПА (США), никель, свинец, кадмий, алюминий и хром являются потенциальными канцерогенами. Канцерогенные (бластомогенные) вещества – это вещества, воздействие которых на организм человека приводит к развитию злокачественных опухолей.
Основным мероприятием, направленным на полное предотвращение воздействия канцерогенных факторов, является исключение возможности контакта с ними человека в производственной и бытовой сферах. Производственные процессы, связанные, с канцерогенными веществами (факторами), должны отвечать требованиям санитарно-гигиенических правил и норм в области гигиены труда. При этом должна быть обеспечена герметизация оборудования и автоматизация технологических процессов, исключающие попадание канцерогенов в среду обитания человека.
|
|
|
