Экологические проблемы круговорота цинка. Загрязнение цинком городской среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КРУГОВОРОТА ЦИНКА. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЦИНКОМ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

ECOLOGICAL PROBLEMS OF ZINC CIRCULATION. ZINC POLLUTION OF URBAN ENVIRONMENT

Соловьева Д.Ю.

ФГБОУ ВО «Курганский государственный университет»



ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИНКА

ГЛАВА 3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ПРИРОДНЫМ ЦИНКОМ

3.1 Источники цинка

3.2 Воздействие цинка на организмы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Одной из главных проблем современности является то, или иное загрязнение окружающей среды. Одним из элементов со сложными отношениями с организмом человека, избыток которого может стать патогеном с достаточно сильным воздействием является цинк, входящий в группу тяжелых металлов. В связи с уровнем содержания загрязнителей в окружающей среде и концентрацией промышленных предприятий, в том числе в жилой зоне в настоящее время остро встает вопрос о загрязнении городской среды, в первую очередь микрорайонов старой застройки.

ОБЪЕКТ: Круговорот цинка в природе.

Предметом исследования является загрязнение цинком городской среды.

ЦЕЛЬ: провести теоретическое обоснование воздействия цинка в роли загрязнителя на городскую среду.

ЗАДАЧИ:

Охарактеризовать воздействие патогена на организмы.

Изучить теоретическое обоснование темы исследования.

Рассмотреть большой и малый круговороты цинка.

Подготовить графический материал согласно теме исследования.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:

литературный,

описательный,

аналитический

статистический

исторический

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ: в ходе написания работы были использованы источники информации из сети интернет, а также некоторой справочной литературы, полный список источников представлен в «Списке источников»



ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В природе существует два базовых круговорота веществ, так называемые большой (геологический) и малый биогеохимический. /ПРИЛОЖЕНИЕ 4/

Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловливается взаимодействием световой (солнечной) энергии с энергией Земли, так при это происходит перераспределение веществ между биосферой и более глубокими слоями планеты. [5]

Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму - источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. [3]

Большой круговорот - это взаимоотношения между водой, сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на что затрачивается около 50% солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана - конденсация водяного пара - выпадение осадков на эту же водную поверхность океана.

Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом изъятия воды растениями в биогеохимическом цикле, весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн лет[8]

Малый круговорот веществ, в отличие от большого, совершается лишь в пределах биосферы. Суть его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Этот круговорот для жизни биосферы является основным, поскольку изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ. [5]

Ведущим источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая способствует протеканию фотосинтеза. Радиация достаточно неравнозначно распределяется по поверхности земного шара. Так, в низких широтах количество солнечного света на единицу площади в 3-4 раза больше нежели в высоких широтах, например на Архипелаге Шпицберген (80° с.ш). Кроме того, не стоит забывать о альбедо земной поверхности или иными словами о способности отражать часть направленных на нее волн солнечной энергии, так же происходит поглощение энергии темными подстилающими поверхностями, таким образом на фотосинтез приходится от 3 до 5% поступающей на поверхность энергии. [3]

В значительном числе экосистем перенос веществ и энергии осуществляется преимущественно посредством трофических цепей.

И такой круговорот, как правило, именуют биологическим. Он предполагает замкнутый цикл веществ, многократно используемый трофической цепью. Бесспорно, данный круговорот может присутствовать и в водных системах, в отличии он наземных. [10]

Но в переносе на всю биосферу, такой круговорот не может быть осуществлен. Здесь главенствует биогеохимический круговорот, который подразумевает взаимообмен микро и макроэлементов, а так же неорганических веществ, таких как углекислый газ или вода, между атмосферой, литосферой и гидросферой.

Круговорот отдельных веществ В. И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Смысл данных циклов заключается следующем: химические элементы, попадая в живой организм, в дальнейшем его покидают, переходя в абиотическую сферу, однако в последствии вновь попадая в организм. Данные элементы носят название биофильных. Рассмотренными циклами и круговоротом в большей части обуславливаются главнейшие функции живого вещества в биосфере. В. И. Вернадский выделяет пять таких функций:

Газовая - основные газы атмосферы Земли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все подземные газы - продукт разложения отмершей органики;

Концентрационная - организмы накапливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит углерод, среди металлов - первый кальций, концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, йода - водоросли (ламинария), фосфора - скелеты позвоночных животных; [8]

Окислительно-восстановительная - организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с переменной валентностью;

Биохимическая - размножение, рост и перемещение в пространстве («расползание») живого вещества;

Биогеохимическая деятельность человека - охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких концентраторов углерода, как уголь, нефть, газ и другие, для хозяйственных и бытовых нужд человека. [3]

В этих круговоротах необходимо разграничивать две составляющие:

резервный фонд - к нему относятся вещества, не находящиеся в связи с живымиорганизмами. [10]

обменный фонд - по объемам он гораздо меньше резервного, однако обладаетбольшей активностью, что объясняется непосредственно прямым обменом биогенным веществом между организмами и тем что их окружает.

Если же рассматривать биосферу в целом, то в ней можно выделить:

круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере(океан).

осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом круговороте).

В связи с этим следует отметить лишь единственный на Земле процесс, который не тратит, а, наоборот, связывает солнечную энергию и даже накапливает ее - это создание органического вещества в результате фотосинтеза. В связывании и запасании солнечной энергии и заключается основная планетарная функция живого вещества на Земле. [5]

Что касается цинка, то его круговорот представлен в /ПРИЛОЖЕНИЕ 3/. Отсюда следует, что большая часть природного цинка содержится в литосфере, откуда распространяется различными путями. Так, из литосферы цинк поступает в растения, а потом соответственно и в животных путем биологического усваивания, так же в процессе отмирания живых организмов из их останков, путем перегнивания цинк возвращается обратно в литосферу.

Кроме того, из литосферы путем добычи, переработки и использования в промышленной сфере, человек в одностороннем порядке изымает залежи природного цинка.

Отдельно стоит отметить пути поступления цинка в атмосферу. Так из литосферы напрямую он поступает двумя путями это из продуктов вулканизма (газ и пыль), а так же непосредственно из литосферы в виде цинковой пыли, что как правило происходит непосредственно в местах добычи металла. Так же атмосфера обогащается, за счет переработки цинка живыми организмами и с помощью летучих органических соединений, содержащих цинк.

Поступление в гидросферу происходит двумя путями из атмосферы с помощью осадков, а так же из литосферы в виде водорастворимых соединений.



ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИНКА

Цинк - один из важнейших микроэлементов, необходимых при образовании ферментов, кроме того участвует в синтезе рибонуклеиновой кислоты, так же цинк необходим для синтеза хлорофилла. Ферменты, содержащие в своем составе цинк, принимают участие в углеводном и фосфатном обмене. Для организмов животных весьма важное значение имеет карбоангидриза, содержащаяся в эритроцитах. Цинк аккумулируется в гонадах животных, участвует в механизмах, обеспечивающих морозо- и засухоустойчивость растений. Цинк активно поглощается растительностью суши. Глобальный коэффициент биологического поглощения Кб цинка составляет 12, в то время как Кб свинца лишь немногим превышает единицу. [6]

Процент содержания цинка в растительных организмах суши достаточно сильно дифференцирован, и зависит от геохимических процессов, происходящих в почве. Существуют растения, способные произрастать на территориях с максимально высоким содержанием металла в почве и содержащие цинк до 10 и даже 17 % от массы золы растений (так называемая галмейная флора). Согласно расчетам биогеохимика из Новой Зеландии

Р.Брукса (1983), средняя концентрация цинка в растениях равна 50 мкг/г сухого вещества, т.е. около 1000 мкг/г золы. С6реднюю концентрацию цинка в ежегодной продукции растительности Мировой суши можно принять равной 600 мкг/г золы, что соответствует 30 мкг/г сухой фитомассы или 12 мкг/г живой массы растений. Исходя из этой цифры, во всей биомассе растительности суши, не нарушенной человеком, содержалось около 75Ч106 т цинка, а захват металла годовым приростом составлял 5,2Ч106 т/год. Примерно такое же количество возвращалось в педосферу. [5]

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)Ч106 т цинка.

Цинк, имеющий свойство растворяться в воде, занимает малую часть от общего количества металла в почве, однако именно он активно вовлекается в водную миграцию. Глобальный коэффициент водной миграции Кв цинка более 3, Кв свинца - всего 0,5. Средняя концентрация цинка в реках мира около 20 мкг/л, выносимая масса - 820Ч103 т/год. Средняя концентрация в речных взвесях значительно выше - 143 мкг/л, выносимая масса - 5,8Ч106 т/год. Таким образом, вынос масс цинка в составе взвесей составляет 87 % от общей массы выносимого реками металла, в то время как масса свинца - более 98 %.[6]

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.

В приземном слое воздуха над территорией, свободной от техногенного воздействия, концентрация цинка колеблется от 2 до 70 мг/м3. Следовательно, над площадью в 1 км2 в слое высотой 1 км находится от 2 до 70 г металла, а над всей сушей (за исключением площади, покрытой ледниками и занятой внутренними водоемами) в приземном слое находится от 270 до 9450 т, в среднем 500 - 5000 т. [7]

Некоторое количество цинка поступает в атмосферу с минеральной пылью. Средняя концентрация цинка в рыхлых покровных отложениях, которые в основном подвергаются развеиванию, равна 50 мкг/г. В тропосферу с пылью поступает (250 - 300) Ч103 т Zn в год, из них около 90Ч103 т выносится в океан, (160 - 210) Ч103 т осаждаются на поверхности суши. [9]

Природные концентрации цинка в атмосферных осадках разных регионов сильно отличаются. Наименьшие значения свойственны полярным и высокогорным районам, воздух которых содержит незначительное количество пыли. По данным исследователей, в снеге Антарктиды концентрация цинка составляет сотые доли микрограмма на 1 метр, в снеге Гренландии - на математический порядок выше. В снежном покрове Шпицбергена концентрация цинка достигает 31 мкг/л. В снеге, выпадающем в высокогорных районах в центре Евразии, концентрация цинка измеряется также десятками микрограммов на 1 метр. [6]

Концентрация цинка в дождевых осадках над районами суши, не подвергающимися непосредственному техногенному загрязнению, составляет 10 - 40 мкг/л, но колебания весьма значительны и концентрации в отдельных пунктах выходят за указанные пределы. Исходя из средней концентрации (20 мкг/л), можно считать, что на поверхность Мировой суши с атмосферными осадками выпадает 2,28Ч106 т цинка в год. Таким образом, на поверхность суши выпадает водорастворимых форм цинка значительно больше, чем захватывается ветром в атмосферу с минеральной пылью. По-видимому, это обусловлено тем, что в атмосферу выделяются также газообразные соединения цинка, которые конденсируются и сорбируются на аэрозолях, а затем вымываются атмосферными осадками. По этой причине концентрация цинка в твердой фазе аэрозолей из приземного слоя воздуха больше клар-ка цинка в земной коре в 10 - 30 раз. [2]

Газообразные соединения цинка поступают в атмосферу при вулканических извержениях и в результате выделения летучих органических соединений зелеными растениями и бактериями. С вулканическими продуктами выбрасывается в атмосферу около 216Ч103 т цинка в год. Из этого количества около 150Ч103 т фиксировано на поверхности дисперсных частиц размером 0,001 - 0,05 мм, откуда металлы могут вымываться атмосферными осадками. Как следует из приведенных данных, масса цинка вулканического происхождения значительно меньше количества металла, поступающего с атмосферными осадками. Очевидно, главным источником цинка в атмосфере являются упоминающиеся процессы бактериальной биометилизации. [7]

Важную информацию содержат данные о распределении масс цинка в земной коре. /ПРИЛОЖЕНИЕ 1/

Общая масса цинка в осадочной оболочке 129,1Ч1012 т. Масса цинка в гранитном слое континентального блока земной коры 418Ч1012 т. Общая масса металла в гранитном слое и осадочной оболочке 547Ч1012 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.

Основная масса цинка в океане представлена водорастворимыми неорганическими соединениями. Согласно данным, на контакте суша - океан ежегодно осаждается 90 % массы цинка, связанного во взвешенном веществе речного стока, и 35 % растворенных форм. В результате в пелагическую часть океана поступает не то количество цинка, которое выносится реками, а около 0,6Ч106 т/год в составе высокодисперсной взвеси и менее 0,5Ч106 т/год водорастворимых форм. Средняя концентрация растворенных форм цинка в океане близка к 5 мкг/л, масса соответственно равна 6,8Ч109 т. Масса металла, связанного в океанической взвеси, значительно меньше, но количественная его оценка пока затруднительна. [5]

Концентрация цинка в фотосинтезирующих организмах океана, как и в наземных организмах колеблется от 38 до 850 мкг/г сухой массы. Если исходить из средней концентрации 50 мкг/г, количество цинка в биомассе фотосинтетиков океана можно определить равным 170Ч106 т. Эта цифра очень мала по сравнению с количеством цинка, содержащимся в растительности Мировой суши. Вместе с тем очень быстрые жизненные циклы планктонных организмов обусловливают столь же быструю воспроизводимость биомассы и большую годовую биологическую продуктивность океана. По этой причине в состав фотосинтезируемого органического вещества на протяжении года включается такое количество цинка, которое в несколько раз превышает годовой захват металла растительностью суши. Разумеется, благодаря очень быстрой оборачиваемости планктона в этом количестве суммирована многократно обращающаяся одна и та же масса цинка, соответствующая циклу полного оборота биомассы планктона. [9]

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.

На основании изложенных материалов можно следующим образом представить общую картину распределения масс цинка в биосфере. /ПРИЛОЖЕНИЕ 2/



ГЛАВА 3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ПРИРОДНЫМ ЦИНКОМ

экологический круговорот цинк загрязнение

3.1 Источники цинка

Основным источником является выброс в атмосферу цинка при высокотемпературных технологических процессах. Таким путем плюс потери при транспортировке, обогащении, сортировке с 1995 по 2005 г. во всем мире было рассеяно 700 тыс. т цинка. В результате сжигания каменного угля в 1980г. в атмосферу поступило 137,5 тыс. т, к 2000 году эта цифра возросла до 218,8 тыс. т. Содержание цинка в воздухе в районе завода вторичной переработки цветных металлов составляет: в радиусе 300 м -0,350 мг/м3; 500м - 0,285 мг/м3, 1000 м - 0,148 мг/м3, 2000 м - 0,52 мг/м3. Металлический цинк окисляется кислородом воздуха и выпадает в виде оксида ZnO. В среднем с атмосферными осадками ежегодно выпадает на 1км2 поверхности Земли 72 кг цинка - в три раза больше чем свинца, и в 12 раз больше чем меди. Значительные количества цинка поступают в почву с твердыми отходами ГРЭС на буром угле. В районе одного из цинкоплавильных заводов в радиусе 0,8 км в поверхностном слое почвы содержание цинка достигало 80 мг/г. В радиусе 1 км от цинкового завода в зеленых частях овощей содержание цинка 53 -667 мг/кг, в корнеплодах - 3,5 -65 мг/кг, в почве -42 -40 мг/кг сухого остатка. [1]

Сточные воды, содержащие цинк, не пригодны для орошения полей. Не соблюдение гигиенических нормативов привело в Японии к вспышке тяжелого заболевания костномышечной системы у населения, потреблявшего в пищу рис, выращенный на полях орошения, где использовались ирригационные воды, сильно загрязненные сульфидом цинка и кадмием. [2]

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.

Цинк относиться к группе рассеянных элементов. Из 64 минералов цинка наибольшее значение имеют сфалерит (цинковая обманка ZnS, цинкит ZnO), смитсонит ZnCO3, вюртцит, каламин, госларит и другие. Основная масса цинка мигрирует через гидросферу Земли. Содержание растворенных форм цинка в Мировом океане составляет 6850 млн.т. Цинк относится к наиболее распространенным токсическим компонентам крупномасштабного загрязнения Мирового океана, о чем можно судить по его содержанию в настоящее время в поверхностном слое морской воды (60-100мкм), где оно достигает 1020 мкг/л. Верхним порогом экологической толерантности для океанов и внутренних морей принято считать 50мкг/л. Годовой глобальный вынос цинка с речными водами составляет 740 тыс.т при средней концентрации его 20мкг/л. Годовой захват цинка железомарганцевыми конкрециями океана превышает 2,8 тыс. т в год. Среднее содержание цинка в почвах мира 5*10-3%. В массе живого вещества планеты содержится 500 млн. т. Захват цинка годовым приростом фитомассы составляет 57,5 кг на 1 км2. Вместе с медью и свинцом цинк занимает первое среди рассеянных элементов по интенсивности поглощения биосом океана. Содержание цинка в морских водорослях 15,0 мг/100 г сухого веса, в наземных растениях 10,0. в морских животных 0,6-150,0. в наземных животных 16,0 в бактериях 0,1-28,0. Интенсивно аккумулируют цинк водные растения, брюхоногие моллюски и особенно клоп-гладыш, содержание цинка в которых достигает 141 мг/кг сухого вещества. Накопителем биоиндикатором атмосферного загрязнения цинка могут служить мхи. [2]

3.2 Воздействие цинка на организмы

Микроорганизмы и растения. В условиях концентрации цинка до 8-13%, в значительной степени уменьшается количество микроорганизмов, однако, стоит отметь, что рост большей части начинает замедляться уже при отметке 100-200 мкг/кг, но грибы являются более устойчивыми. Неблагоприятное воздействие цинка на микроорганизмы и микрофауну почвы понижает ее плодородие: в районах умеренного климата урожай зерновых снижается на 20 -30%, свеклы - на 35%, бобов - на 40%, картофеля - на 47%. Уровень цинка, снижающий урожай или высоту растения на 5-10%, считается токсичным и составляет для овса 435-725 млн-1, для клевера 210-290, для свеклы 240-275. Известны растения, которые обладают способностью концентрировать цинк, например гвоздичные (до 1500-4900 мг/кг сухого вещества), крестоцветные (до 5440-13630 мг/кг). [1]

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.

Общий характер действия на теплокровных. В базисе большинства проявлений отравления цинком находится конкурирование цинка и других металлов. У работников, находящихся в контакте с данным металлом, отмечается снижение концентрации кальция в крови. Помимо снижения содержания кальция в крови отмечается и развитие остеопороза, что является следствием снижения содержания кальция в костях, так же происходит нарушение усвоения фосфора. Помимо вышеперечисленного, цинк оказывает влияние на организм на генном уровне, что вызывает мутации генов, а так же развитие онкологических заболеваний. Гонадотоксическое действие цинка проявляется снижением подвижности сперматозоидов и их способности проникать в яйцеклетку. [5]

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 Яклеток 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 512 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%).

Хлорид цинка обладает выраженным действием на слизистые оболочки пищеварительного тракта и кожу вокруг рта: ожог слизистых, колики в животе, рвота с примесью крови, кровавый понос, сильное возбуждение; в последующие дни желтуха, боли в конечностях, анурия, остаточный азот до 280 мг%; на вскрытии - признаки поражения печени, почек, миокарда. Известен случай смерти от внезапного кровотечения из трахеи через месяц после отравления; возможно также развитие стеноза пищевода. [1]

Хроническое отравление. Человек. При воздействии цинковой пыли рабочие жалуются на раздражительность, бессонницу, снижение памяти, потливость по ночам, ухудшение слуха, шум в ушах, желудочно-кишечное расстройство; объективно гипохромная анемия, субатрофические катары верхних дыхательных путей после 2-3 лет работы; рентгенографически - усиление легочного рисунка, эмфизема, начальные признаки пневмосклероза. Обращают внимание на то, что цинк обладает кумулятивным токсическим эффектом даже при весьма незначительном содержании его в воздухе. У рабочих цеха цинковой гальваники содержание цинка в волосах достигает 27,2 мг% (в контроле 7,76); у паяльщиков 25,5; маляров 22,9; оцинковщиков 30,04; у тех из них, кто жаловался на слабость и плохой сон, 57,5 мг%. Среди шведских горняков, добывающих цинк, наблюдается повышенная смертность от рака легких. [11]

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.

Лица, контактирующие с цинкосодержащими удобрениями, жалуются на общую слабость, сухость в носу, кашель, шум в ушах; объективно- хроническое воспаление слизистых верхних дыхательных путей. Производственный контакт с хлоридом цинка может привести к поражению слизистой верхних дыхательных путей вплоть до прободения носовой перегородки, желудочно-кишечным расстройствам(после 1 года работы), а также к возникновению язвы желудка или двенадцатиперстной кишки (после 5- 20 лет работы). [1]

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 SHгрупп 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.

Селенид и сульфид цинка. Токсическое действие. Животные. Порог острого ингаляционного действия селенида цинка для крыс по влиянию на прирост массы тела и ректальную температуру 44,5 мг/м3. При интратрахеальном введении выявлено только пневмотоксическое действие. При введении в желудок доза 8 г/кг не вызывает гибели животных. Кожно-резорбтивное действие отсутствует. [11]

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.

Поступление, распределение и выведение из организма. Содержание цинка в теле взрослого человека составляет 1-2,5 г.: 30% - в костях, 60% - в мышцах. В печени цинк трансформируется в металлобелковые комплексы (металлоэнзимы). В кровь цинк транспортируется в виде белковых комплексах и лишь небольшая часть в ионной форме. Содержание цинка в крови 700-800 мкг%. В организме цинк распределяется следующим образом(мкг/г): надпочечники 6, кости 66, почки 37, почки 38, мозг 13, желудок 21, сердце 27, кожа 6, мышцы 48. С возрастом содержание цинка в организме увеличивается. Выводится цинк через кишечник, с мочой и потом. Выводится цинк и с молоком. [11]



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цинк широко распространен в природе в виде соединений: сульфида, карбоната, оксида и силиката в комбинации со многими минералами, в количестве, составляющем приблизительно 0,02% Земной коры.

Цинк является микроэлементом, необходимым для нормального функционирования человеческого организма в малых дозах. Он входит в состав 40 металлоферментов, играющих важную роль в метаболизме нуклеиновых кислот и синтезе белков. Металлический цинк мало токсичен. Фосфид и оксид цинка ядовиты. Попадание в организм растворимых солей цинка приводит к расстройству пищеварения, раздражению слизистых оболочек.

Цинк наименее токсичен из всех тяжёлых металлов. Тем не менее все элементы становятся токсичными, если попадаются в избытке; цинк не является исключением. Физиологическое воздействие цинка заключается в действии его как активатора ферментов. В больших количествах он вызывает рвоту, эта доза составляет примерно 150 мг для взрослого человека.

Тяжёлые металлы оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека по трём путям воздействия: ингаляционное, оральное и через кожу. Тяжелые металлы вызывают процесс повреждения клетки в результате окисления, так называемый окислительный стресс.

Антропогенные источники вносят вклад в загрязнение атмосферного воздуха цинком вдвое больший, чем природные. Из техногенных источников основным загрязнителем окружающей среды цинком является цветная металлургия (около 50% общего выброса), черная металлургия.

Цинк выделяется из печей в виде пыли, дыма, пара. Оксид цинка, или белый цинк образуется при окислении парообразного чистого цинка или при обжиге руды оксида цинка.

Цинк относится к веществам 2 класса опасности.

Таким образом, цинк, хоть и являясь важным элементом в организме живых существ, однако при высокой концентрации может привести к гибели организма.

Практическая значимость работы заключается, в том, что собранный материал можно использовать в курсе лекций направления подготовки «Экология» высших образовательных учреждений.

В ходе работы была достигнута цель исследования, а именно воздействие цинка, как загрязнителя на городскую среду, в частности на человека.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеенко В. А. Биосфера и жизнедеятельность./ В.А. Алексеенко, Л.П.

2. Алексеенко - М.: Логос, 2013. - 212 c., (дата обращения: 24.12.2018 г.)

3. Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. - Л.: "Химия", 1988., (дата обращения: 24.12.2018 г.)

4. Герасимов И. П. Биосфера Земли./И.П. Герасимов - М.: Педагогика, 2012. - 891 c., (дата обращения: 26.12.2018 г.)

5. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году». -- М.: Минприроды России; НИА-Природа. -- 2016. -- 639 с., (дата обращения: 25.12.2018 г.)

6. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. Учебник для студ. высш. учеб, заведений./ В.В.Добровольский -- М.: Академия, 2003. -- 400 с., (дата обращения: 27.12.2018 г.)

7. Перельман А.И. Геохимия: Учеб. для спец. Вузов. - 2-е изд., перераб. и доп./ А.И. Перельман - М.: Высш. Шк., 1989. - 528 с., (дата обращения: 24.12.2018 г.)

8. Сердюкова А. Ф., Барабанщиков Д. А. Последствия загрязнения почвы тяжелыми металлами // Молодой ученый. -- 2017. -- №51. -- С. 131-135. -- URL https://moluch.ru/archive/185/47382/ (дата обращения: 26.12.2018).

9. Экология [Электронный ресурс]: открытый источник информации/«Круговорот веществ». Режим доступа к ресурсу: http://icolog.ru (дата обращения: 28.12.2018 г.)

10. ЮУП [Электронный ресурс]: открытый источник информации/ «Цинк». Режим доступа к ресурсу: http://www.chelpogoda.ru (дата обращения: 28.12.2018 г.)

11. IBrain [Электронный ресурс]: открытый источник информации/ «Круговорот веществ в природе». Режим доступа к ресурсу: https://ibrain.kz (дата обращения: 26.12.2018 г.)

12. RightEcology [Электронный ресурс]: открытый источник информации/ «Токсическое действие цинка и его соединений и санитарно-гигиенические показатели». Режим доступа к ресурсу: http://www.rightecology.ru (дата обращения: 27.12.2018 г.)

ПРИЛОЖЕНИЕ

Содержание цинка в различных оболочках Земли.

Круговорот цинка в природе



Круговорот веществ в природе

Размещено на Allbest.ru

...