Источники поступления ртути в окружающую среду
В воздухе постоянно содержится до 5000 т ртути в виде паров или аэрозольном состоянии. Время пребывания паров элементарной ртути в
атмосфере составляет 1-2 года. Реакционные ионные формы металла находятся в атмосфере от нескольких часов до нескольких дней. В слабозагрязненном воздухе концентрация ртути составляет 0.8-1.2 нг/м3, в районах крупных ртутных месторождений -до 240 нг/м3, в районах газовых месторождений -до 70000 нг/м3, в то время как среднее содержание ее в атмосфере 0.5-2.0 нг/м3. Основным путем поступления ртути в атмосферу в доиндустриальное время была эмиссия из природных источников. С началом индустриального периода содержание ртути в атмосфере увеличилось в 2- 4 раза. Об этом свидетельствуют временные тренды уровней концентрации ртути в донных озерных отложениях, торфяниках и ледниковом льду –основных естественных фиксаторах содержащегося в атмосфере металла.
Основные источники ртути в биосферу разделятся на две группы: природные и антропогенные. Естественные источники могут быть подразделены на глобальные эндогенные –верхняя мантия, вся толща земной коры, из-за рассеянных в них соединений ртути, и глобальные экзогенные –
выветривание из горных пород и почв, испарение с поверхности мирового океана, лесные пожары. В отдельную категорию можно выделить поступление ртути в атмосферу при извержении вулканов. Вспышки вулканической активности могут менять 11геохимические характеристики
|
|
|
на очень большой площади земного шара, поскольку они сопровождаются выходом в атмосферу целого ряда химических веществ.
Антропогенные источники делятся на три категории. К первой относятся
текущие антропогенные выбросы, возникающие в результате мобилизации
ртутных примесей из сырьевых материалов. Ко второй - текущие антропогенные выбросы, связанные с намеренным использованием ртути в технологических процессах или конечном продукте, т.е. выбросы во время производства, утечек и т.п. В третью группу выделяют ртуть поступающую в результате повторной мобилизации исторических антропогенных выбросов ртути, отложившихся в почвах, водных объектах, осадках, погребенных отходах и мусорных свалках. Доминирующую позицию по антропогенным выбросам металла занимает сжигание всех видов топлив. При добывании золота по-прежнему продолжает использоваться способ ртутного амальгамирования.
При сжигании отходов основной вклад вносит утилизация бытовых,
промышленных и медицинских отходов. Сжигание биомассы не является
мощным источником. Достаточно нелегко определить границу между выбросами от естественных лесных пожаров и сжиганием топлива для производства энергии.
|
|
|
Влияние ртути на организм человека и ос
Растения.
Минимальное количество ртути накапливается в растениях, произрастающих на почвах с низкими ее концентрациями, но по мере повышения концентрации в почве содержание ртути в надземных и корневых органах растений увеличивается. Повышение уровня содержания гуминовых кислот в почве снижает количество ртути, усваиваемой растениями, за счет образования ртутьорганических комплексов. Под воздействием микроорганизмов такие комплексы могут разрушаться с образованием металлической ртути, которая, испаряясь, вновь поступает в атмосферу. Водоросли могут поглощать ртуть из загрязненного донного грунта и служат ее источником для многих организмов. У высших растений корни играют роль барьера, накапливая ее. Ртуть, поступающая из атмосферы в виде паров, сорбируется и прочно удерживается высшими споровыми и хвойными растениями. Она вызывает ингибирование клеточного дыхания, понижение ферментативной активности и др.
Животные.
Соли двухвалентной ртути, особенно органические, легко поглощаются водными организмами: водные беспозвоночные накапливают ее в высоких концентрациях, рыбы также поглощают этот металл и удерживают его в тканях главным образом в виде метилртути. Поступление ртути в организм рыбы сильно зависит от рН воды: в кислой среде этот процесс протекает более интенсивно.
|
|
|
Доказано, что поступающая в водную экосистему ртуть аккумулируется и трансформируется в каждом последующем звене водной пищевой цепи, достигая максимального содержания на ее вершине: простейшие и бактерии à фито- и зоопланктон à бентосные организмы à рыбы à рыбоядные птицы и звери. В большей степени токсическому воздействию ртути подвержены самцы. Стимуляция отдельных биологических процессов, характерная для начальных этапов накопления ртути водными животными, постепенно переходит в фазу угнетения важных для жизни и воспроизводства функций, а главное, резко снижает жизнеспособность потомства. Данный процесс является общебиологическим, т.е. имеет принципиальное значение для всех видов животных.
Человек.
Основным источником поступления ртути и ее соединений в организм человека является рыба. Так, исследования показали, что у тех, кто не ест рыбы, уровень ртути в крови составляет примерно 2 мкг/л, а у тех, кто ест рыбу три раза в неделю, этот уровень достигает 10 мкг/л. При поступлении ртути в организм человека в повышенных концентрациях она способна накапливаться во внутренних органах: почках, печени, головном мозге; в крови, грудном молоке, моче и волосах. Относительное содержание ртути в эритроцитах одного и того же человека может меняться более чем в 5 раз. Интоксикация происходит в основном через дыхательные пути, что обусловлено высокой летучестью ртути. Вдыхаемые элементарная ртуть и ее неорганические соединения всасываются на 80–85%. В желудочно-кишечном тракте человека элементарная ртуть практически не всасывается, а неорганические соли всасываются на 8–15%, метилртуть – практически полностью. Соли и кислород воздуха, содержащиеся в крови, способствуют поглощению ртути, ее окислению и образованию ртутных солей. Многие формы ртути способны проникать в организм человека через кожу.
|
|
|
Ртуть принадлежит к числу тиоловых ядов, нарушающих белковый обмен и ферментативную деятельность организма. Она токсична для человека практически в любом своем состоянии и отличается широким спектром и разнообразием проявлений вредного действия. Наряду с отравлениями ртуть и ее соединения влияют на половые железы, воздействуют на зародыши, вызывают пороки развития и уродства, приводят к генетическим изменениям. Особенно сильно ртуть поражает нервную и выделительную системы. Воздействие ртутьорганических соединений приводит к тяжелым поражениям центральной нервной системы, мышечным расстройствам, нарушению зрения и слуха, расстройству речи, боли в конечностях. Эти явления практически необратимы и требуют длительного лечения, хотя бы для их снижения. К тому же, они проявляются спустя месяцы и даже годы после воздействия метилртути на человека, высокая токсичность малых доз которой обусловлена ее способностью проходить через биологические мембраны, проникать в головной и спинной мозг, в периферические нервы, преодолевать плацентарный барьер и накапливаться в плоде. У матерей, перенесших легкое отравление ртутью, рождались дети с церебральным параличом, поскольку внутриутробный период представляет стадию жизненного цикла, чувствительную к воздействию этого металла. У кормящих матерей метилртуть попадает в грудное молоко и затем в кровь младенцев. При воздействии паров ртути возможны острые (проявляются быстро, обычно при относительно больших дозах) и хронические (влияние малых доз ртути в течение достаточно длительного периода) отравления. Для непроизводственных условий наиболее типичны именно хронические отравления людей. В данном случае, как правило, источники ртутного загрязнения, существующие в помещениях, носят скрытый характер, влияют на людей постоянно или в течение очень длительного времени и всегда требуют специальных усилий для своего выявления и последующей ликвидации.
Среди вредных химических веществ, загрязняющих окружающую среду, особое место принадлежит ртути. Во всех странах мира она включена в списки загрязняющих веществ 1-го класса опасности. В непроизводственных условиях основные пути воздействия ртути на человека связаны с воздухом, пищевыми продуктами, питьевой водой. Возможны и другие, нередкие в обыденной жизни пути влияния, - через кожу, при купании в загрязненной воде, при контакте с загрязненными поверхностями и т. д.
Ртуть в почвах.
Почва один из важных компонентов в глобальном биогехимическом цикле ртути. Большая часть металла осаждается на поверхность почвы, а его
перемещение в водных экосистемах зависит от наземных. Помимо элементарной ртути в почве присутствуют неорганические и органические соединения. Среди первых выделяют подвижные (водо-и кислоторастворимые), оксидную и сульфидную формы. Кларк ртути в почвах составляет 0.01 мг/кг. В подзолистых почвах Канады концентрации ртути превышают кларк в 6 раз. В отдельных случаях до 70 раз. В гидроморфных почвах это превышение составляет 5 раз, в органогенных – до 40. В торфяных почвах США концентрации ртути превышают кларк в 20 раз. В почвах Швеции –в 6, Монголии –в 30. Для областей умеренного климата отмечается более высокое содержание ртути в верхних органических горизонтах почв.
Для ряда регионов России отмечаются повышенные концентрации
ртути по отношению к кларку почв. В почвах равнинной части Предкавказья
концентрация валовой ртути составляет 0.06 мг/кг. В предгорьях Кавказа ее содержание возрастает до 0.12 мг/кг. В черноземах Кабардино-Балкарии концентрации ртути варьируют в пределах 0.033 –0.072 мг/кг. В Московской области фоновые концентрации ртути изменяются в диапазоне 0.030 –0.086 мг/кг, а в условиях техногенного загрязнения в 0.092 –0.310 мг/кг. Для различных типов почв Забайкалья установлено фоновое медиальное значение в 0.018 мг/кг. Причем, максимальные 20 концентрации отмечались в каштановых и пойменных почвах –0.026 и 0.024 мг/кг, соответственно. В гумусово-аккумулятивном горизонте серых лесных почв и черноземов этого же региона концентрация ртути колеблется в пределах 0.011-0.017 и 0.010
-0.012 мг/кг, соответственно. Опесчаненные подзолы в Тюменской области содержат ртути 0.001 –0.05 мг/кг. В таежных поверхностно-глеевых почвах концентрации ртути варьируют в диапазоне 0.01 –0.08 мг/кг, в тундровых слабооглеевых гумусных почвах достигают 0.013 –0.172. Максимальным содержанием ртути в этом регионе характеризуются болотные торфяные почвы, в которых концентрация металла составляет 0.02 –0.30 мг/кг. Черноземы южной части западной Сибири содержат в гумусово-аккумулятивном горизонте 0.012 –0.04 мг/кг ртути, серые лесные почвы
–0.017 –0.032 мг/кг, болотные низинные –0.012 –0.043 мг/кг, дерново-подзолистые 0.014 –0.05 мг/кг.
В крупных городах концентрации ртути в почвах достаточно высоки и
превышают установленные средние значения для не урбанизированных
территорий. Содержание металла в почвах хорошо коррелирует с количеством предприятий, использующих в технологическом процессе соединения ртути на единицу площади. Средняя концентрация ртути в почвах Санкт-Петербурга составляет 0.416 мг/кг. Наименьшее ее содержание зарегистрировано в районах, с наименьшей плотностью предприятий. Повышенные концентрации металла наблюдаются в районах города с наибольшей площадью промышленных предприятий. Аналогично происходит распределение ртути в почвах Томска. Наиболее загрязненный ореол соответствует району, в котором расположена ГРЭС. Повышенное содержание элемента обнаруживается в пробах в районах с интенсивным движением автотранспорта, в жилых районах с преобладающим печным отоплением, в районах местонахождения несанкционированных свалок. Похожее распределение ртути отмечено в Новосибирске, Волгограде, Комсомольске- на –Амуре.
Особую опасность для ландшафтов представляет собой поступление ртути в почвы связанное с промышленным загрязнением. В почвах Павлодарского химического завода содержание ртути превышает фон в 50 раз. В Центральном Казахстане в пригороде Термитау содержание ртути верхних горизонтах почв колеблется в пределах 375 мг/кг. В верхних слоях почв города Термитау общее содержание ртути оценивается в 53 т. В угольных месторождениях восточного Казахстана содержание ртути в почве
колеблется в пределах 0.20 –5.99 мг/кг. Среднее значение техногенного фона ртути в почвах Донецко-Макеевского угольного района составляет 165 мг/кг.
В зоне угледобывающих шахт ее концентрация доходит до 9, в почвах Никитского рудного комбината –15 –20, в зонах коксохимического и металлургического заводов г. Енакиево –10 –15 мг/кг. Средняя концентрация ртути в почвах вблизи от Кирово-Чепецкого химического комбината составляет 4.93 мг/кг, достигая отдельных случаях 18 мг/кг.
Концентрации ртути в почвах заповедных территорий, с минимальным
внешним антропогенным воздействием, существенного ниже, чем на территориях подверженных влиянию хозяйственной деятельности человека.
Так концентрации ртути в легкосуглинистых подзолистых почвах Центрально-лесного биосферного заповедника составили 0.103 мг/кг, с
максимальным содержанием 0.395 мг/кг в лесной подстилке, и в 0.005 мг/кг в
материнской породе; в подзоле иллювиально-железистом-0.02 мг/кг, с максимумом в лесных подстилках -до 0.273 мг/кг. В торфяных почвах этого
же заповедника средние концентрация металла составляет 0.142 мг/кг.
Наибольшее содержание отмечается в торфяных органогенных горизонтах
-0.150-0.257 мг/кг.
В почвах Хинганского, Комсомольского, Большехехцирского заповедников средняя концентрация ртути составляет 0.16 мг/кг, с пределами 0.01-0.31 мг/кг. В целинном черноземе типичном заповедника «Белогорье» содержание металла в гумусово-аккумулятивном горизонте составляет 0.030 мг/кг, с плавным снижением с глубиной до 0.015 мг/кг. В черноземах заповедных территорий Украины, принятых за эталон почв Донбасса содержание ртути составляет 0.037 мг/кг. Практически для всех типов почв характерно уменьшение концентраций ртути с глубиной почвенного профиля. Максимальное содержание отмечается в минеральных гумусово-аккумулятивных горизонтах. В лесных почвах набольшие концентрации валовой ртути сосредоточены в лесных подстилках. В профиле лесной подстилки происходит увеличение содержания ртути от подгоризонта деструкции к горизонтам ферментации и гумификации. Развитие процессов разложения и гумификации растительного опада приводит к снижению пространственной неоднородности подстилки по содержанию ртути. Процессы торфонакопления способствуют увеличению запасов ртути в органогенных горизонтах болотных почв, вследствие замедленной минерализации органического вещества. Ртуть связана в торфяных горизонтах сравнительно прочно: в раствор переходит не более 0.85% ее общего содержания. Кроме того, огромная водоудерживающая способность торфа замедляет инфильтрацию воды в почву при выпадении осадков, чем уменьшает вынос ртути. Установлено, что минимальный вынос ртути происходит с водосборов, где большую площадь занимают торфяники.
Все формы ртути в почвах можно условно разделить на четыре типа:
1) водорастворимая ртуть –легко доступная для растений; 2) ртуть растворимая в ацетатно-аммонийном буферном растворе (рН 4.8) –условно легко доступная растениям; 3) кислоторастворимая ртуть –потенциально
доступная для растений форма ртути; 4) щелочерастворимые формы ртути –ртуть, условно связанная с подвижными гумусовыми веществами.
Изучение форм соединений ртути в техногенно-загрязненной почве показало, что до 30-40% ее входит в состав свободных и связанных с подвижными полуторными окислами гумусовых веществ. Концентрации водорастворимой и ацетатно-растворимой форм крайне низки. При оценке подвижности ртути в почвах по ее концентрации в водной вытяжке, установлено, что максимальная подвижность характерна для подстилки. В минеральных горизонтах подвижность металла крайне незначительна. В связи с чем потенциальная водная миграция может проявляться только в подстилке.
Установлено, что при кислых и слабокислых реакциях среды ртуть
может накапливаться в иллювиальном горизонте. В гумусово-аккумулятивном горизонте концентрация ртути определяется выщелачиванием или биогенной аккумуляцией, приводящей к связыванию
этих форм ртути с гуминовыми кислотами. В результате образуются
комплексные соединения, удерживающие 70-80% валовой ртути.
При исследовании черноземов и каштановых почв Алтая установлено,
что миграционная способность ртути увеличивается в присутствии фульвокислот и уменьшается с возрастанием содержания гуминовых
кислот, что приводит к образованию устойчивых металлорганических
соединений.
В условиях модельного лабораторного эксперимента показано, что
максимальное поглощение ртути почвой наблюдается при рН от 3 до 5.
При повышении рН количество растворенной ртути резко снижается.
Растворенное органическое вещество, количество которого увеличивалось
при повышении рН, образует с ртутью комплексные соединения.
При предварительном удалении органического вещества из исследуемых
образцов поглощение ртути почвой снижалось в условиях кислой реакции, и
увеличивалось в щелочной. В других модельных исследованиях в системе
почва - вода показано, что при введении в почвенный раствор глюкозы,
повышающей содержание органического углерода, увеличивается
концентрация общей ртути в 11 –15 раз.
Статистически достоверная зависимость между содержанием ртути и
органическим веществом установлена в загрязненных почвах Теннеси
(r = 0.52) и для незагрязненных минеральных почв Сьерра-Невады (r = 0.83). При исследовании лесных почв Швейцарии обнаружена слабая
статистически достоверная зависимость (r = 0.16). В почвах Забайкалья
установлена очень слабая корреляционная связь ртути с гумусом.
В рамках модели «Ртуть/Биомасса» при изучении трансформаций ртути
в профиле подзолистых почв показано, что наиболее вероятными ртуть-связывающими центрами в почвенных горизонтах являются азотсодержащие центры в подгоризонтах лесных подстилок, углеродсодержащие центры гуминовых кислот в гумусово-аккумулятивных горизонтах, и серосодержащие центры в материнской породе. Так же было установлено, что около 90% ртути в почвах представлено ее соединениями с органическим веществом. Аккумуляция ртути в органогенных горизонтах почв возможна не только при наличии гумуса, но и благодаря ее свойству образовывать неорганические соединения с кислородом, серой и хлором. Ртуть в атомарной форме способна улетучиваться в результате восстановления ее
органическим веществом. Ртуть в почвах может адсорбироваться глиной, оксидами железа, алюминия марганца и кремния. Особо прочные связи образуются с серой. Поэтому в аэробных условиях в почвах богатых органикой, комплексы с органическими тиолами являются доминирующей формой металла. Адсорбция двухвалентной формы ртути и метил-ртути на поверхности гидроксидов железа и глинистых частиц является незначительной. При анаэробных условиях доминируют соединения ртути с органическими сульфидами.
Одной из химических характеристик ферралитовых почв тропиков и
субтропиков является высокое содержание окислов железа и алюминия. В
ряде работ установлена взаимосвязь содержания ртути и железа в почвах и
показано, что концентрация ртути возрастает с увеличением глубины. В настоящее время принято, что в почвах бедных органическим веществом оксиды железа играют важную роль в адсорбции ртути. Ртуть в почвах может аккумулироваться в тонкодисперсных фракциях (0.005 –0.001и <0.001 мм) с образованием комплексных ионов и молекул солей. Увеличение содержания ртути может происходить за счет минералов-носителей и минералов-
концентраторов, основу которых в почвах составляют полевые шпаты. Эта группа минералов горных пород обогащает почву тонкодисперсными группами вторичных минералов. Содержание ртути в одном и том же типе почв, зависит от расположения сопряженных ландшафтов: в автономных элювиальных ее концентрация несколько ниже, чем сопряженных трансэлювиальных и супераквальных, что связано с миграционно-аккумулятивными процессами.
Статистический анализ трехфакторного иерархического дисперсионного
комплекса показал, что на уровне катены общее варьирование валового
содержания ртути в лесных подстилках определяется на 24.1% местоположением разреза в катене и на 74.3% -свойствами отдельных
горизонтов подстилки. Анализ двухфакторных дисперсионных
комплексов показал, что на уровне отдельных подгоризонтов подстилки
основными факторами варьирования валового содержания ртути является
пространственная неоднородность подгоризонта и положение разреза в катене. При этом, чем больше степень разложенности подгоризонта подстилки, тем в большей степени валовое содержание ртути в нем зависит от положения разреза в катене.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1191; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!