Экотоксиканты: характеристика и классификация

Размещено на http://www.allbest.ru/

Саратов 2014

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации»

Поволжский институт управления имени П.А. Столыпина

Факультет государственного и муниципального управления

Направление подготовки 38.05.02 "Таможенное дело"

Кафедра философии

на тему: «Экотоксиканты: характеристика и классификация»

Автор работы:

Наумова Анастасия Дмитриевна

Руководитель работы:

Доцент кафедры философии,

Решетников В.В.

Введение

Развитие промышленности неразрывно связано с расширением круга используемых химических веществ. Увеличение объемов применяемых пестицидов, удобрений и других химикатов - характерная черта современного сельского хозяйства и лесоводства. В этом объективная причина неуклонного усиления химической опасности для окружающей среды, таящейся в самой природе человеческой деятельности.

Еще несколько десятков лет назад химические отходы производства просто сбрасывали в окружающую среду, а пестициды и удобрения практически бесконтрольно, исходя из утилитарных соображений, распыляли над огромными территориями. При этом, полагали, что газообразные вещества должны быстро рассеиваться в атмосфере, жидкости частично растворяться в воде и уноситься из мест выброса. И хотя твердые продукты в значительной степени накапливались в регионах, потенциальная опасность промышленных выбросов рассматривалась как низкая. Использование же пестицидов и удобрений давало экономический эффект, во много раз превосходящий ущерб, наносимый токсикантами природе.

Однако уже в 1962 году появляется книга Рашель Карсон Молчаливая весна, в которой автор описывает случаи массовой гибели птиц и рыб от бесконтрольного использования пестицидов. Карсон сделала вывод, что выявляемые эффекты поллютантов на дикую природу предвещают надвигающуюся беду и для человека. Эта книга привлекла всеобщее внимание. Появились общества защиты окружающей среды, правительственные законодательные акты, регламентирующие выбросы ксенобиотиков. С этой книги, по сути, началось развитие новой ветви науки - зкотоксикологии.

В самостоятельную науку экотоксикологию (ecotoxicology) выделил Рене Траут, который впервые, в 1969 году, связал воедино два совершенно разных предмета: экологию (по Кребсу - науку о взаимоотношениях, которые определяют распространение и обитание живых существ) и токсикологию. На самом деле, эта область знаний включает в себя, помимо указанных, элементы и других естественных наук, таких как химия, биохимия, физиология, популяционная генетика и др.

Сформировалась тенденция использовать термин экотоксикология только для обозначения суммы знаний, касающихся эффектов химикатов на экосистемы, исключая человека. Так, по Уолкеру и др. (1996) экотоксикология - учение о вредных эффектах химикатов на экосистемы. Устраняя из круга рассматриваемых экотоксикологией объектов человека, это определение детерминирует различие между экотоксикологией и токсикологией окружающей среды, определяет предмет изучения последней. Термин токсикология окружающей среды предлагается использовать только для исследований прямого действия загрязнителей окружающей среды на человека.

1. Что такое экотоксиканты

Экотоксиканты -- ядовитые химические загрязнители окружающей среды, способные долгое время сохраняться, мигрировать и накапливаться в ее биотических и абиотических компонентах, оказывая длительное токсическое воздействие на человека и животных. Загрязнение природной среды газообразными, жидкими и твердыми веществами и отходами производства, вызывающее деградацию среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, остается наиболее острой экологической проблемой, имеющей приоритетное социальное и экономическое значение.

Сегодня, когда скорость увеличения вредного воздействия средовых факторов и интенсивность их влияния уже выходит за пределы биологической приспособляемости экосистем к изменениям среды обитания и создает прямую угрозу жизни и здоровью населения, всестороннее изучение экотоксикантов и разработка мер борьбы с их распространением и повреждающим действием являются актуальной проблемой всемирного значения. Экотоксиканты - это экологически опасные факторы химической природы. В концентрациях, превышающих естественный природный уровень, экотоксиканты оказывают токсическое воздействие, как на окружающую среду, так и на здоровье человека.

В широком спектре антропогенных воздействий на окружающую среду (физические, химические и биологические) химические стрессы рассматриваются сегодня как наиболее приоритетные ввиду того, что во всех сферах деятельности человека мы имеем дело со многими тысячами химических веществ (а всего их известно уже более десяти миллионов). Использование многих из этих веществ для решения производственных задач, в том числе в промышленности, энергетике, сельском хозяйстве и на транспорте, приводит, к сожалению, к негативным эффектам на экосистемы, растения, животных и человека. Очевидно, что значительное увеличение населения планеты Земля в XX столетии, сопровождавшееся и сопровождающееся существенным ростом потребления природных ресурсов и производства продуктов питания, одежды, строительных материалов, привело к усилению химического воздействия на атмосферу, почвы, водные экосистемы и, как следствие, к ухудшению качества окружающей среды и состояния живых организмов. Многочисленные исследования подтверждают, что химические стрессы оказывают свое негативное воздействие не только в случаях, когда живые организмы подвергаются одномоментному влиянию значительных количеств токсичных веществ (что, как правило, сразу же приводит к смертельному исходу), но и тогда, когда имеет место постоянное воздействие малых доз (в том числе и в пределах так называемых предельно допустимых концентраций - ПДК). Одномоментное влияние химического стресса также является весьма опасным для живых организмов, которые по разным причинам (малый возраст, слабость и т. п.) оказываются не в состоянии метаболизировать попадающие в них токсичные вещества и подвергаются поражающим эффектам.

При рассмотрении основных типов органических, неорганических и металлоорганических экотоксикантов, необходимо помнить, что негативные эффекты этих токсичных веществ определяются в значительной мере их химической природой. Однако основным фактором, обусловливающим проявление токсического воздействия, является концентрация экотоксиканта в живом организме (растении, животном, человеке). Чрезвычайно важно знать, что во всей последовательности процессов - в поглощении, биотрансформации, детоксикации, выведении и аккумуляции - ключевую роль играет последний, определяющий накопление экотоксиканта в организме. При этом необходимо сознавать, что биоаккумуляция представляет собой накопление токсиканта в организме из всех источников (воды, воздуха, пищи) и отличается от биоконцентрирования, которое представляет собой только накопление токсиканта только из воды.

2. Классификация экотоксикантов

Некоторые данные, полученные в последнее время в России и за рубежом, показывают, что химическое загрязнение экосистем вообще и водных экосистем в частности может играть важную роль в глобальной проблеме биоразнообразия. Это наглядно подтверждают результаты исследования биоаккумуляции различных типов органических экотоксикантов (полиядерные ароматические углеводороды, фенолы, хлорорганические и некоторые другие соединения) в трофических цепях озера Байкал. В частности, показано, что если в природной воде содержание приоритетных органических экотоксикантов находится на уровне, соответствующем ПДК, это еще не является гарантией того, что в данной водной экосистеме не угрожает серьезная опасность. Следовательно, для сохранения биоразнообразия необходимо добиваться такой ситуации, чтобы высокотоксичные ксенобиотики вообще не поступали в окружающую среду в сколько-нибудь заметных концентрациях.

В современной токсикологии существует понятие «суперэкотоксиканты» - это химические вещества, загрязняющие поверхность Земли и приводящие к тяжелым экологическим последствиям. К ним относятся диоксины, полициклические ароматические углеводороды, некоторые тяжелые металлы (в первую очередь, свинец, ртуть и кадмий) и долгоживущие радионуклиды.

Диоксины - краткое название большой группы высокотоксичных экотоксикантов - полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДЦ, I) и дибензофуранов (ПХДФ, II). Так, экспериментально доказан факт, что во время лактации происходит экстракция диоксинов и фуранов из организма женщины и концентрирование их в грудном молоке. За весь период вскармливания женщина передает ребенку до 40 % содержащихся в ней диоксинов и фуранов. Ртуть и ее соединения до осуществленной человеком научно-технической революции не оказывали существенного влияния на окружающую среду, т. к. их концентрации в природе были крайне малы. По мере развития цивилизации исследования и применения ртути и ее соединений становились все более интенсивными. Это антропогенное влияние существенно нарушило биогеохимический цикл ртути, в результате чего биосфера, наряду с влиянием других экотоксикантов, стала испытывать и негативные эффекты ртути и ее производных.

В настоящее время наиболее распространенными в окружающей среде являются металлическая ртуть Hg, ее неорганические соединения - соли двухвалентной ртути типа HgX и органические производные -ртутьорганические соединения типа RHgX и R2Hg.

Пары металлической ртути в концентрациях 0,01-0,03 мг/м3 вызывают меркуриализм - болезнь, на первую стадию которой указывают снижение мышечной активности, быстрая утомляемость и повышенная возбудимость. На второй стадии наблюдаются головные боли, беспокойство, ослабление памяти, раздражительность и неуверенность в себе. На третьей стадии нарушаются сердечная деятельность, периферическая нервная система, секреторная функция желудка, проявляются головокружения, потливость, гиперфункция щитовидной железы. Рост стажа работы с ртутью приводит к развитию заболевания, при котором у женщин растет число выкидышей, преждевременных родов и мастопатии; у новорожденных имеют место пороки развития, скрытые отеки и недостаточность защитных механизмов. Особую тревогу вызывают метилртутные соединения (содержащиеся, главным образом, в дарах моря), которые хорошо поглощаются и накапливаются человеческим организмом.

Таким образом, проблема влияния химических стрессоров на биоту и человека приоритетна в плане сохранения биоразнообразия и здоровья человечества.

3. Особо опасные экотоксиканты

Проблемы, связанные с наблюдаемыми нарушениями эволюционно сложившихся химических равновесий, носят глобальный характер. Большинство людей оценивают химико-экологические проблемы не как изменения климата, уровня солнечной радиации у земной поверхности или увеличение окислительного потенциала атмосферы, а в более доступных наблюдению формах. К их числу относятся:

- усыхание окружающих крупные промышленные города лесов;

- «цветение» озер и водохранилищ, воды которых приобретают специфический запах и часто становятся совершенно непригодными для питья;

- ухудшение качества речных вод, утративших былую прозрачность и ставших более похожими на сточные канавы;

- уменьшение числа птиц, обитавших ранее в лесах и на лугах.

Еще одной зримой приметой негативных перемен стало резкое возрастание аллергических заболеваний у детей. Медики и токсикологи добавят к этому «помолодение» многих опасных болезней, изменения в физиологическом состоянии и поведении мужчин - их феминизацию и демаскулинизацию. Многие заболевания сейчас носят эндемический характер, что в большинстве случаев связано с наличием местных источников химического загрязнения. За всем этим кроются изменения химических процессов в природной среде, окружающей человека. Большинство из них связано с неизбежным в условиях непрерывного роста численности населения все увеличивающимся вмешательством человека в естественные биосферные процессы путем загрязнения воздуха, воды и почвы различного рода химикатами - отходами производства или целевыми продуктами синтеза. Не меньшую роль играют и другие способы вмешательства, такие как изменение ландшафтов при распашке земель, строительстве крупных водохранилищ, автострад и других технических сооружений, извлечение на поверхность из земных недр огромных количеств пресной воды, а также горных пород с высоким содержанием многих токсичных элементов, которые становятся доступными химическому или микробиологическому выщелачиванию.

Кроме озона, других фотооксидантов и сильных кислот, к числу наиболее опасных загрязняющих природную среду компонентов относятся тяжелые металлы и хлорорганические соединения. Эти компоненты оказывают сильное влияние на биотическую составляющую биосферы: их интенсивное поступление чревато исчезновением отдельных видов, что обычно является первым этапом глубокой перестройки или даже полной деградации экосистем. Таким образом нарушается естественная функция биоты - регулирование характеристик (в том числе глобальных) природной среды, обеспечивающих благоприятные для современных форм жизни условия существования. Поэтому химическое поведение в природных объектах этих загрязняющих компонентов является основным предметом изучения экологической химии и экотоксикологии.

4. Источники загрязняющих веществ

ядовитый загрязнитель токсический

В настоящее время под загрязнением понимают процесс привнесения в среду или возникновение в ней новых, не характерных для нее физических, химических, биологических агентов, оказывающих отрицательное воздействие на биоту, в том числе человека. Загрязненность - это уровень концентраций загрязняющих веществ или уровень физических либо каких-либо других воздействий на окружающую среду.

К основным видам загрязнений относятся:

1) физическое (солнечная радиация, электромагнитное излучение, шум, вибрации и т. д.);

2) химическое (органические соединения, тяжелые металлы, нефтепродукты и т. д.);

3) биологическое (отходы микробиологической промышленности, бактериальное загрязнение и др.).

Основными путями загрязнений экосистем являются воздушные выбросы загрязняющих веществ и их сброс в водоемы со сточными водами. С потоками воздуха и воды эти вещества распространяются на значительные территории. Из воздуха они оседают на поверхности почвы, растениях, затем проходят по пастбищным (почва - растение - фитофаг - хищник и т. д.) и детритным (отмершее растительное вещество - сапрофаг - хищник) трофическим цепям, где происходит их перераспределение, накопление и превращение. Загрязняющие вещества оказывают непосредственное влияние также на живые организмы в процессе дыхания, действия радиоактивного излучения и др.

В России наибольшее количество загрязняющих веществ в атмосферу выбрасывают:

1) автотранспорт (33,4 %);

2) энергетическая промышленность (15,3 %);

3) цветная (11,2 %) и черная (8,3 %) металлургия;

4) предприятия транспорта (6,3 %).

Больше всего загрязняющих сточных вод сбрасывают в водоемы:

1) жилищно-коммунальные хозяйства (13,0 %);

2) целлюлозно-бумажная промышленность (7,4 %);

3) химическая и нефтехимическая промышленность (6,2 %);

4) энергетическая промышленность (4,5 %).

Среди выбросов веществ в атмосферу промышленностью преобладают жидкие и газообразные вещества (82,4 %), в частности оксиды серы (34,0 %), углерода (23,2 %), азота (9,5 %), аммиак, серная кислота, углеводороды, бензин, сажа. В России от стационарных источников в атмосферу ежегодно выбрасывается около 6 млн т диоксида серы и 2 млн т диоксида азота. В сбрасываемых промышленностью сточных водах больше всего водорастворимых солей, включая соли тяжелых металлов, хлориды, сульфаты. Выбросы предприятий транспорта по составу сходны с промышленными. В выхлопных газах автотранспорта выявлено около 200 веществ, среди которых преобладает оксид углерода; в выбросах жилищно-коммунального хозяйства - водорастворимые соли, сажа, сельского хозяйства - минеральные соли, сульфаты, хлориды.

Выбросы автотранспорта - первый по мощности источник выбросов.

В присутствии ультрафиолетовых лучей солнечного света оксиды азота и углеводорода выхлопных газов реагируют между собой с образованием более ядовитых веществ, известных как фотохимический слю, в частности пероксиацетилнитрат (PAN) и озон (О3). Оба указанных вещества вызывают у человека слезоотделение и затруднение дыхания, крайне ядовиты они и для растений. Озон усиливает дыхание листьев, в процессе которого расходуются запасные питательные вещества растения, и оно гибнет. Пероксиацетилнитрат блокирует реакцию Хилла в фотосинтезе, что приводит к снижению образования питательных веществ и также к гибели растений. Вторым по мощности источником антропогенных органических загрязнителей служит промышленное производство.

Базовым продуктом основного органического синтеза является этилен. На его основе вырабатывается почти половина всех органических веществ. В результате действия этилена на некоторые клеточные структуры происходит снижение интенсивности обменных процессов, замедление роста, опадение листвы, переход растений в состояние покоя.

В индустриально развитых странах на долю потерь используемых в промышленности растворителей приходится 20-25 % общей эмиссии углеводородов. Среди них преобладают летучие галогеноуглеводороды. Окисление реакционно-способных органических соединений также приводит к образованию озона - сильнейшего фитотоксиканта и мутагена. Его концентрация увеличивается за счет взаимодействия техногенных оксидов азота с фитогенными непредельными углеводородами.

Токсикация экосистем Земли происходит многими органическими и неорганическими веществами. Кроме газообразных неорганических соединений, тяжелых металлов и радионуклидов, к ним следует добавить многие тысячи органических веществ, преимущественно синтетического происхождения.

К основным токсикантам, поступающим в живые организмы, в частности в организм человека, и имеющим высокую токсичность, относятся:

1) газообразные неорганические соединения и кислоты;

2) тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, олово, цинк, медь и др.);

3) радионуклиды;

4) полициклические ароматические и хлорсодержащие углеводороды;

5) диоксины;

6) пестициды и их метаболиты, включая дефолианты, десиканты;

7) регуляторы роста;

8) нитраты, нитриты и нитрозосоединения;

9) антибиотики, сульфаниламиды, нитрофураны, гормональные препараты;

10) микотоксины и др.

Во второй половине XX в. большую актуальность приобрело биологическое загрязнение окружающей среды.

Биологическим загрязнением называют привнесение в среду и размножение в ней нежелательных для человека организмов, а также естественное или искусственное проникновение в используемые человеком экосистемы и технологические устройства организмов, чуждых данным экосистемам. Биологическое загрязнение является следствием антропогенного воздействия на окружающую среду. Один из видов биологического загрязнения - выбросы предприятий микробиологического синтеза. Лишь сравнительно недавно в России установлены регламенты на концентрации в окружающей среде продуктов микробиологического синтеза и штаммы-продуценты микроорганизмов. В частности, в 70-80-х годах XX в. в России было создано восемь крупных и около 100 мелких предприятий по производству искусственного белка из кормовых дрожжей (Candida tropicalis и др.), культивируемых на углеводородах нефти (парафины, метанол). Предприятия выпускали более 1,5 млн т в год белково-витаминного концентрата (БВК). В результате вокруг заводов произошло сильное загрязнение окружающей среды БВК и продуктами его производства, что вызвало резкое увеличение заболеваемости населения бронхиальной астмой, снижение иммунитета.

Опасность биологического загрязнения связана также с вероятностью производства рядом стран биологического оружия в обстановке полной секретности в небольших лабораториях.

К новым видам биологического загрязнения относится генетическое загрязнение окружающей среды, связанное с развитием генной инженерии и ее широким использованием в сельском хозяйстве.

Заключение

Тело человека состоит из химических соединений, химических элементов.

Природа, окружающая человека среда тоже состоит из химических соединений и элементов. Все это должно находиться в гармонии, в равновесном состоянии. Нарушение этого состояния приводит к тяжелым последствиям в функционировании природных объектов и систем или в жизни человека. Чтобы минимизировать последствия хозяйственной деятельности человека, нужно научиться решать экологические проблемы.

Ведь проблема загрязнения окружающей среды имеет мировое значение. Для ее решения необходима разработка способов, позволяющих снизить их распространение и активность. Для этого важно, в том числе, иметь возможность определять наличие экотоксикантов в пище и окружающей среде.

Размещено на Allbest.ru