Использование листьев растений как биогеохимических индикаторов состояния городской среды

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.

В ТГУ уточнили запасы органического углерода в мерзлых болотах Западной Сибири

Судьба органического углерода, хранящегося в торфяных и минеральных мерзлых отложениях Севера, — центральный вопрос современной биогеохимии в условиях потепления климата и оттаивания вечной мерзлоты. Почвоведы Томского госуниверситета уточнили запасы углерода органических соединений мерзлых болот на севере Западной Сибири. Эта работа поможет улучшить прогнозы параметров углеродного цикла в будущем.

Исследователи обнаружили, что запасы неучтенного ранее углерода минеральных горизонтов под торфом составляют 30 процентов от запасов углерода в торфе. Более того, оказалось, что как сами горизонты, так и углерод в них — не инертный, а значит, когда климат продолжит меняться, то минеральные горизонты под торфом будут играть заметную роль в круговороте углерода.

Старший научный сотрудник лаборатории биогеохимических и дистанционных методов мониторинга окружающей среды ТГУ Сергей Лойко рассказывает, что ранее, на основании советских данных Геологоторфразведки, были приблизительно подсчитаны запасы углерода в мерзлых болотах Западной Сибири. Но сколько углерода хранится под торфом — не изучалось.

Использование листьев растений как биогеохимических индикаторов состояния городской среды

Почвоведы ТГУ решили определить, сколько углерода находится под торфом, в минеральном горизонте, состоящем в основном из неорганических веществ. Младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории биологии и почвоведения ТГУ Артём Лим поясняет, что нужно учитывать все пулы углерода, которые есть в геосферах: гидросфере, педосфере, атмосфере и биосфере. Нужно знать, в каких формах этот углерод содержится: в лабильном или стабильном. А также понимать, что будет с запасом этого вещества, если условия будут меняться.

Использование листьев растений как биогеохимических индикаторов состояния городской среды

«Мы задались вопросом: есть ли какие-то неучтенные запасы углерода в почвах Западной Сибири? И если есть, то какова их реакционная способность? Для этого мы с двух ключевых станций взяли замороженные торфяные образцы, промыли их, внесли промытый материал в минеральный горизонт и посмотрели, сколько адсорбируется на них углерода, а потом сделали экспериментальное моделирование процесса», — рассказывает Артём Лим.

Использование листьев растений как биогеохимических индикаторов состояния городской среды

Один из первых результатов — вывод о значительном запасе органического углерода в минеральных горизонтах под торфом. «В изученных торфяных почвах содержание углерода составляет примерно 47 кг/м² в торфяной залежи. А под торфом в среднем еще 15 кг/м², то есть около 30 процентов, что весьма немало. Таким образом мы увеличили оценку запасов углерода в мерзлых болотах. Поэтому мы считаем, что нынешние данные запасов углерода в болотах должны быть увеличены за счёт учета минеральных пулов», — говорит Сергей Лойко.

При потеплении климата оттаивающие минеральные горизонты на болотах будут активнее сорбировать углерод. Это значит, что минеральная толща, которая залегает под торфяными горизонтами, не инертна. И когда климат будет лихорадочным и теплым, а грунтовые воды будут «гулять» сильнее, — минеральная толща будет чаще насыщаться кислородом. И так «погребенные» инертные горизонты будут оживать и включаться в круговорот углерода.

Ученые рассказывают, что продолжат изучать пулы углерода в других ключевых точках Западной Сибири, а также уточнять конкретные параметры запасов углерода. Исследование поддержано в рамках консорциума VULCAR-FATE и в сотрудничестве с IFP Energies nouvelles (IFPEN, Франция), Florida State University (FSU, США) и Томским государственным университетом. Результаты опубликованы в журнале Geoderma (Q1).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Национальный исследовательский Томский государственный университет (ТГУ) — первый российский университет на территории Русской Азии (фактически первый российский университет восточнее берегов Волги), один из 29 национальных исследовательских университетов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *