Эколого-геохимическая характеристика горнопромышленных ландшафтов

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИНКА.

Значительное количество цинка, находящегося в растениях, взаимосвязана с сравнительно легко разрушающимися тканями и достаточно легко удаляется из остатков растений, чего нельзя сказать, например, о свинце. Содержание цинка в торфе и лесных подстилках составляет порядка 20 мкг/г сухого вещества, в гумусе почв несколько выше, около 30 мкг/г. Можно предполагать, что в органическом веществе педосферы содержится около (100- 150)×106 т цинка.

Цинк активно участвует в массообмене между сушей и тропосферой. Имеются сведения о том, что 1 м2 листьев деревьев может выделять до 9 кг цинка в год в составе терпенов. Значительное количество летучих органических соединений цинка выделяется в условиях морских побережий и субаквалъных ландшафтов в результате бактериальной биометилизации. К сожалению, количественно оценить участие масс цинка в этих процессах пока невозможно.

Общая масса цинка в осадочной оболочке 129,1×1012 т. Масса цинка в гранитном слое континентального блока земной коры 418×1012 т. Общая масса металла в гранитном слое и осадочной оболочке 547×1012 т. Таким образом, на протяжении геологической истории было отложено в осадочной оболочке более 23 % цинка от его общей массы. Это превышает массу цинка, извлеченную при гипергенном преобразовании гранитного слоя. Вероятно, некоторое количество цинка поступило в биосферу дополнительно благодаря процессам дегазации.

Есть сведения, что благодаря столь энергичному использованию цинка планктонными организмами от 4 до 50 % массы водорастворимых форм цинка в разных районах океана представлены метаболитами – комплексными органическими соединениями металла.

ГЛАВА 3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ПРИРОДНЫМ ЦИНКОМ.

Для Мирового океана особую опасность представляют шламы сточных вод и сами сточные воды химического, деревообрабатывающего, текстильного, бумажного, цементного производств, а также рудников, горно-обогатительных и плавильных заводов, металлургических комбинатов. Пороговой концентрацией цинка, снижающей эффективность очистки сточных вод на 5%, является 5 -10мг/л. Серьезным источником поступления цинка в воду является вымывание его горячей водой из оцинкованных водопроводных труб до 1,2 -2,9 мг с поверхности 1 дм2 в сутки. Суммируя все антропогенные источники, общий объем поступления цинка в окружающую среду составляет 314 тыс. т в год.

Воздействие цинка на организмы

Гидробионты. Соединения цинка наносят значительные повреждения жабрам рыб. В первую очередь наступает фаза возбуждения и учащения дыхания, в ходе распада респираторного эпителия наступают асфиксия и смерть. Обратимость отравления возможна, если рыбу перенести в свежую воду в стадии опрокидывания. Токсичность цинка усиливают ионы меди и никеля. Концентрация 15мг/л в течение 8 ч смертельна для всех рыб.

Острое отравление. Животные. У кошек, вдыхавших однократно цинковую пыль, в легких – отек, кровоизлияния, в бронхиолах и альвеолах – лейкоциты, макрофаги. В подострых опытах: узелки эпителиальных клеток в легких, цирроз поджелудочной железы, увеличение содержания в ней цинка, дегенерация, а в некоторых случаях пролиферация ß-клеток в островках Лангерганса, выделение сахара с мочой. У кроликов с экспериментальной цинковой лихорадкой проявление анемии. После вдыхания паров оксида цинка в концентрации 110-600мг/м3 (к воздуху добавлялось 10% СО2) в течение 15 мин у кошек наблюдается вялость, понижение температуры. При вдыхании в течение 45мин полная прострация, дрожание, затрудненное дыхание, понижение температуры, снижение числа эритроцитов в крови. У убитых сразу после извлечения из камер животных резко выраженных изменений в легких не обнаружено. У убитых через сутки – полнокровие, проникновение в ткани вокруг бронхов клеточных элементов, экссудат в бронхах, очаги уплотнений с большим количеством лейкоцитов в альвеолах. Через 4 суток воспаление легких. Крысы и кролики менее чувствительны. Ингаляция морским свинкам ZnO в течение 3 часов в концентрации 25мг/м3 привела к выраженному отеку легких. Воздействие аэрозоля сульфата цинка (1,1 мг/м3 в течение 1 часа) раздражает у морских свинок верхние дыхательные пути. После интратрахеального введения 40мг цинка через 8 мес. наблюдаются значительные изменения в бронхах, гиперплазия лимфоидных элементов, интенсивное образование соединительной ткани, эмфизема в легких. Примесь 1мг цинка к 25мг SiO2 усиливает фиброгенность последнего. Через 18-24 мес. после интратрахеального однократного (5, 25 и50 мг) или повторного (по2 -5 мг) введения высокодисперсной пыли цинка у 15% крыс появились злокачественные опухоли (саркомы) в легких и опухоли яичек. Через тот же срок после введения в трахею 50мг ZnO деформация бронхов, гиперплазия и склероз лимфатических фолликулов, перибронхиальная пневмония.

Человек. Опасность острого ингаляционного отравления представляют аэрозоли металлического цинка, его оксида и хлорида; возможно отравление парами последнего. Опрос рабочих, занятых в производстве цинковой пыли, выявил у большинства из них в анамнезе случаи литейной лихорадки. Описаны симптомы, появляющиеся сразу после приступа лихорадки,- боли и отечность суставов, геморрагические высыпания в области стоп. Острые отравления с типичными явлениями лихорадки описаны при электросварке и газорезке металлических конструкций, содержащих цинк; количество цинка в сварочной пыли в зависимости от толщины цинкового покрытия колеблется в пределах 18 -58 мг/м3; в моче при этом резко увеличивается содержание цинка и меди; появляется дизурия. У электросварщиков обнаружены хронические катаральные заболевания верхних дыхательных путей и пищеварительного тракта, конъюнктивиты, дерматиты, малокровие, билирубинемия, гипоацидный гастрит. При отравлении оксидом цинка наблюдается типичная картина литейной лихорадки. Уже во время работы появляется сладковатый вкус во рту, после работы – плохой аппетит, иногда сильная жажда. Чувство усталости, стеснение и давящая боль в груди, сонливость, сухой кашель. Этот период, длящийся в зависимости от тяжести отравления от 1 до 4 -5 ч, сменяется резким ознобом, продолжающимися 1 -1,5 ч. Озноб часто нарастает толчками, температура поднимается до 37-38оС (иногда до 40оС и выше) и держатся несколько часов. При этом наблюдается расширение зрачков, гиперемия конъюнктивы, глотки, лица. В моче появляются сахар, часто гематопорфирин, уробилин; возможно увеличение содержания цинка и меди. В крови содержание сахара поднимается значительно, иногда отмечается увеличение печени. Нередко болезненное состояние длится 2-3 дня и дольше. В зависимости от индивидуальности, а также концентрации паров ZnO картина заболевания может быть весьма разнообразна. Описан случай лихорадки у фотографа, использовавшего для раскрашивания портретов краску, содержащую ZnO. У погибших при тяжелом отравлении обнаружены отек межуточной ткани легких, деструкция и метаплазия альвеолярного эпителия. Повторные заболевания приводят к ослаблению организма и активированию туберкулезного процесса, а также повышению восприимчивости к другим заболеваниям дыхательных органов.

Вдыхание в течение 5-30 мин дыма хлорида цинка вызывает пароксизмальный кашель, тошноту, иногда рвоту; через 1-24 часа –одышка, повышение температуры тела, возможны воспалительные явления и отек легких; осложнений следует ожидать в течение 5-12 дней. Описанный синдром получил название острой химической пневмопатии. На вскрытии погибших на 6 и 11 дни после отравления – некротизирующий трахеит, бронхит, сливная бронхопневмония с тромбозом мелких сосудов и облитерирующий бронхиолит.

При попадании сульфата цинка в желудок – тошнота, рвота, понос иногда с примесью крови; доза, вызывающая рвоту,- 1-2 г. Инкубационный период от нескольких минут до нескольких часов. При смертельных исходах на вскрытии – тяжелые повреждения слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта вплоть до некроза, признаки расстройства мозгового кровообращения. Известно массовое отравление в США пищей, которую готовили и хранили в посуде с цинковым покрытием: под действием кислот пищи образовался ZnSO4. Возможна интоксикация кислыми продуктами, например, фруктовой пастилой, при изготовлении и хранении их в оцинкованной посуде. Известны, также, многочисленные случаи отравления пищей, хранившейся в оцинкованной посуде: квасом, стоявшим сутки (содержание цинка в продукте 187,6 мг%), молоком (31,3 мг%), томатным соком(89 мг%), кашей, сваренной в оцинкованной посуде(650 мг%).

У многих рабочих, занятых в производстве оксида цинка, обнаружены гипогликемия, гипохолестеринемия, повышение содержания уробилина и порфиринов в моче; нарушение функций поджелудочной железы и печени; фиброз легких. Даже при использовании респираторов пыль ZnO вызывает (не ранее, чем через год) изменения в содержании полисахаридов, пероксидаз и кислых фосфатаз в клетках крови; при стаже 10 лет развивается анемия. При хроническом воздействии ZnO жалобы на диспептические явления. У женщин, работающих в производстве цинковых белил и подвергавшихся в течение 5 лет воздействию цинка в концентрациях 2,4 -7,1 мг/м3, выявлено снижение содержания гемоглобина в крови и железа в сыворотке, повышение уровня трансферрина и эритропоэтина.

Ортоарсенит и гидроортоарсенат цинка. Токсическое действие. Животные. ЛД50 при введении в желудок крысам для ортоарсенита 1503 мг/кг, для гидроортоарсената 1020 мг/кг; ЛД50 последнего для мышей 601 мг/кг. Симптомы интоксикации: гиподинамия, одышка, понос; увеличение содержания пировиноградной кислоты и снижение концентрации SH- групп в крови; на вскрытии- кровоизлияния по ходу пищеварительного тракта. Порог острого раздражающего действия при введении в желудок для ортоарсенита 14 мг/кг, для гидроортоарсената 54мг/кг. Повторное введение обоих веществ в дозах соответственно 27 и 102 мг/кг вызывает сосудистые расстройства, нарушение функции ЦНС, терморегуляции, порфиринового обмена; на вскрытии- язвы на слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта, гепатит, увеличение содержания мышьяка в печени.

Человек. При производственном контакте жалобы на головную боль, быструю утомляемость, головокружение, сухость во рту, понос, боли в области печени и в суставах, выпадение волос. На некоторых рабочих участках возможно образование селено- и сероводорода.

Фосфаты цинка (ортофосфат и гидроортофосфат). Токсическое действие. Животные. У крыс через 3 мес. после интратрахеального введения 50 мг каждого из фосфатов воспаление легких и умеренный сетчатый склероз; явления исчезают к концу 6-12 –месячного периода. При введении в желудок не вызывают гибели крыс в дозах 10 г/кг; при в/ брюшинном введении ЛД50 для гидроортофосфата цинка 600, для ортофосфата цинка551 мг/кг.

Фосфид цинка. Токсическое действие. Высокую ядовитость фосфида цинка определяет фосфин РН3, образующийся в желудке в результате реакции между Zn3P2 и HCI желудочного сока. Фосфин обладает выраженным нейротоксическим действием. В крови он окисляется, частично превращаясь в фосфорную кислоту, частично выделяясь в неизменном виде через легкие; в крови и органах погибших животных и людей не обнаруживается. Ядовит для животных и человека при любых путях введения. У человека при приеме фосфида цинка жажда, тошнота, боли в желудке, понос, отдышка, рвота, чувство страха, судороги, кома.

Объективно – признаки почечной и печеночной недостаточности, нарушение сердечной деятельности, ацидоз. На вскрытии- гиперемия, отек мозга и легких, крупные кровоизлияния в легких и поджелудочной железе. Смерть наступает через 7-60 часов после появления асфиксии. Смертельная доза для взрослого человека – 25 мг.

Методологические аспекты геохимии городских ландшафтов

В классе антропогенных ландшафтов, как высшей единицы в классификации (систематике) ландшафтов Беларуси, выделяются городские ландшафты. Они представляют собой урбанизированные системы (центры) сосредоточения населения в плотных застройках в сочетании с промышленной, транспортной, социально-бытовой инфраструктурой, интенсивным импактным загрязнением городской среды.

Существенная хемотрансформация среды крупных городов обусловлена, как правило, чрезмерной концентрацией промышленных производств, быстрым ростом численности транспортных средств, низким уровнем внедрения энергосберегающих и малоотходных технологий и рядом других причин, негативно влияющих на городскую среду.

Высокий уровень концентрации химических веществ в городах и их опасность для населения и природных систем обусловили особое место геохимических методов в структуре исследований городов. Геохимические методы исследования позволяют выявить источники загрязняющих веществ, проследить их распределение в городской среде, оценить экологические риски и на их основе разработать меры по ее улучшению.

В рамках эмиссионного подхода анализируется химический состав воздушной среды и выбросов в атмосферу как главного фактора экологической ситуации в городе. При этом изучается состав атмосферных выпадений (дождя, снега, аэрозолей), составляются модели полей распределения загрязняющих веществ, их эмиссии в атмосферу от техногенных источников.

Изучение водооборота города как экологического фактора его функционирования основывается на оценке ресурсов и качества питьевых и хозяйственных вод, а также полноты очистки и сброса сточных вод. При этом используются токсикологические, санитарно-гигиенические и гидрохимические исследования.

Эколого-геохимический подход предполагает изучение миграции и концентрации химических элементов в компонентах городской среды, а также оценку имиссии (накопления) загрязняющих веществ. При этом анализируются преимущественно депонирующие (сохраняющие) среды (снег, почвы, донные отложения водоемов и водотоков, растения, ткани и органы животных и человека), химический состав которых достаточно точно дает возможность оценить накопление элементов на протяжении определенного отрезка времени и, соответственно, геохимическую трансформацию городской среды. Такое направление исследований относят к экогеохимии городов.

Возникновение и развитие экогеохимии городов в значительной степени базировалось на фундаментальных положениях геохимии окружающей среды и использовании богатого методического арсенала поисковой геохимии. Это связано с тем, что в зонах влияния промышленных предприятий и других городских техногенных источников, как и в регионах влияния рудных месторождений, в компонентах среды (почвах, растениях) формируются ореолы повышенных концентраций химических элементов.

В последние годы состояние городской среды все чаще исследуется с применением ландшафтно-геохимических подходов. Учет при этом ландшафтной структуры городов, разработка геохимической классификации городских ландшафтов дали возможность говорить о становлении научного направления геохимии городских ландшафтов, которое сочетает системную методологию геохимии ландшафтов с индикационно-оценочными подходами геохимии окружающей среды.

Для понимания проблем, возникающих в процессе преобразования человеком биосферы (особенно в городах), важнейшее значение имеют следующие положения, обозначенные В. Вернадским и А. Ферсманом и получившие развитие в трудах их последователей (по Е. Янину, 2004).

Изменение химического состава и геохимической структуры биосферы под влиянием деятельности человека – это естественный (геологический) процесс, который имеет глобальный характер.

На современном этапе человечество вовлекает в миграционные потоки все элементы, а в круг своего влияния все химические процессы, известные в биосфере, поддерживает на земной поверхности существование элементов в форме неустойчивых соединений, вмешивается в действие основных биогеохимических принципов (зональности и др.

Техногенные процессы способны резко менять поведение химических элементов, вплоть до появления химических реакций, соединений и явлений, чуждых условиям биосферы.

Техника и технология уже не могут рассматриваться только как инструмент преобразования биосферы, поскольку сами становятся окружающей средой, воздействующей на человека.

Цивилизация культурного человечества не может прерваться, поскольку, по В. Вернадскому, это «большое природное явление, отвечающее геологически сложившейся организованности биосферы». Важнейшим условием этого является переход биосферы в ее новое эволюционное состояние – ноосферу, когда биогеохимические функции человечества будут урегулированы с окружающей средой.

Методические подходы к комплексному эколого-геохимическому изучению городских ландшафтов рассматриваются в монографии В. Хомича с соавторами «Экогеохимия городских ландшафтов Беларуси». В ней обобщены результаты многолетних эколого-геохимических исследований городов Беларуси. Описаны свойства приоритетных загрязнителей городской среды, основные источники воздействия на городские ландшафты, методология исследований. Показаны особенности трансформации природных компонентов городской среды, пространственная структура геохимических аномалий. Предложены подходы к классификации ландшафтов городов, группировке городских ландшафтов по их устойчивости к химическому загрязнению, комплексной оценке состояния городской среды, оценке экологического риска. Приведена серия эколого-геохимических и ландшафтных карт городов.

Поможем в написании учебной работы
Поиск по сайту:Главная
О нас
Популярное
ТОП
Новые страницы
Случайная страница
Изречения для студентов
Пожаловаться на материал
Обратная связь
FAQ

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *