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.
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.
«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.
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.