Биоаккумуляция поллютантов, основные факторы биоаккумуляции.



Биоаккумуляция
Если загрязнитель окружающей среды не может попасть внутрь организма, он, как правило, не представляет для него существенной опасности. Однако, попав во внутренние среды, многие ксенобиотики способны накапливаться в тканях. Процесс, посредством которого организмы накапливают токсиканты, извлекая их из абиотической фазы (воды, почвы, воздуха) и из пищи (трофическая передача), называется биоаккумуляцией. Результатом биоаккумуляции являются пагубные последствия как для самого организма (достижение поражающей концентрации в критических тканях), так и для организмов, использующих данный биологический вид в качестве пищи. Водная среда обеспечивает наилучшие условия для биоаккумуляции соединений. Здесь обитают мириады водных организмов, фильтрующих и пропускающих через себя огромное количество воды, экстрагируя при этом токсиканты, способные к кумуляции. Гидробионты накапливают вещества в концентрациях порой в тысячи раз больших, чем содержатся в воде. Пример водной пищевой цепи, протекающей в сторону увеличения размеров тела: растворенные вещества – фитопланктон – рачки рыбы – хищные птицы – теплокровные животные, питающиеся рыбой. В случае потребления чужеродных веществ, если эти вещества не могут быть «переварены» или просто выведены из организма, начинается их накопление по ходу пищевой цепи, особенно в том случае, если данное вещество имеет длительный период биологического полураспада. Коэффициент накопления неразлагающихся ядов в большинстве случаев составляет около 10 на каждую ступень пищевой цепи. К тому же накопление ядов в пищевых цепях нередко усиливается из-за меньшей быстроты реакции и ограниченной подвижности животных, несущих в себе яд, так как сильнее отравленные особи легче становятся добычей хищников, чем все остальные. Вследствие этого в пищевой цепи водоема наиболее высокое содержание ядовитых веществ отмечается у хищных рыб. В дальнейшем ядовитые вещества могут переходить к птицам, питающимся рыбой, к ластоногим, а также и к человеку. Факторы, влияющие на биоаккумуляцию.Склонность экотоксикантов к биоаккумуляции зависит от ряда факторов. Первый – персистирование ксенобиотика в среде. Степень накопления вещества в организме, в конечном счете, определяется его содержанием в среде. Вещества, быстро элиминирующиеся, в целом плохо накапливаются в организме. Исключением являются условия, при которых поллютант постоянно привносится в окружающую среду (регионы близ производств и т.д.). Так, синильная кислота, хотя и токсичное соединение, в силу высокой летучести не является, по мнению многих специалистов, потенциально опасным экополлютантом. Правда, до настоящего времени не удалось полностью исключить, что некоторые виды заболеваний, нарушения беременности у женщин, проживающих близ золотодобывающих предприятий, где цианиды используются в огромных количествах, не связаны с хроническим действием вещества. После поступления веществ в организм их судьба определяется токсикокинетическими процессами. Наибольшей способностью к биоаккумуляции обладают жирорастворимые (липофильные) вещества, медленно метаболизирующие в организме. Жировая ткань, как правило, основное место длительного депонирования ксенобиотиков. Так, спустя много лет после воздействия, высокое содержание ТХДД обнаруживали в жировой ткани и плазме крови ветеранов армии США, участников вьетнамской войны. Многие липофильные вещества склонны к сорбции на поверхностях различных частиц, осаждающихся из воды и воздуха, что снижает их биодоступность. Например, сорбция бензапирена гуминовыми кислотами снижает способность токсиканта к биоаккумуляции тканями рыб в три раза. Рыбы из водоемов с низким содержанием взвешенных частиц в воде аккумулируют большее количество ДДТ, чем рыбы из эвтрофических водоемов с высоким содержанием взвеси. Вещества, метаболизирующие в организме, накапливаются в меньшем количестве, чем можно было бы ожидать, исходя из их физико-химических свойств. Межвидовые различия значений факторов биоаккумуляции ксенобиотиков во многом определяются видовыми особенностями их метаболизма. Значение биоаккумуляции.Биоаккумуляция может лежать в основе не только хронических, но и отсроченных острых токсических эффектов. Так, быстрая потеря жира, в котором накоплено большое количество вещества, приводит к выходу токсиканта в кровь. Мобилизация жировой ткани у животных нередко отмечается в период размножения. В экологически неблагополучных регионах это может сопровождаться массовой гибелью животных при достижении ими половой зрелости. Стойкие поллютанты могут также передаваться потомству, у птиц и рыб – с содержимым желточного мешка, у млекопитающих – с молоком кормящей матери. При этом у потомства возможно развитие эффектов, не проявляющихся у родителей.   65) Оксид углерода (IV), его источники и биогеохимическая роль.   Содержание углерода в атмосфере Земли составляет 0,046% в форме двуокиси углерода и 0,00012% в форме метана. Среднее его содержание в земной коре – 0,35%, а в живом веществе – около 18% (Виноградов, 1964). С углеродом тесно связан весь процесс возникновения и развития биосферы, т.к. именно углерод является основой белковой жизни на нашей планете, т.е. углерод является важнейшим химическим компонентом живого вещества. Именно этот химический элемент, благодаря своей способности образовывать прочные связи между своими атомами, является основой всех органических соединений. Индекс биогенного обогащения почв по отношению к земной коре, а растений по отношению к почвам составляет для углерода 100 и 1000 соответственно (Ковда, 1985). Основным резервуаром углерода в биосфере, из которого этот элемент заимствуется живыми организмами для синтеза органического вещества, является атмосфера. Углерод содержится в ней, главным образом, в форме диоксида СО2. Небольшая доля атмосферного углерода входит в состав других газов – СО и различных углеводородов, в основном метана СН4. Но они в кислородной атмосфере неустойчивы, и вступают в химические взаимодействия с образованием, в конечном счёте, того же СО2. Из атмосферы углерод усваивается автотрофными организмами-продуцентами (растениями, бактериями, цианобионтами) в процессе фотосинтеза, в результате которого, на основе взаимодействия с водой, формируются органические соединения – углеводы. Далее, в результате процессов метаболизма, с участием веществ, поступающих с водными растворами, в организмах синтезируются и более сложные органические вещества. Они не только используются для формирования растительных тканей, но также служат источником питания для организмов, занимающих очередные звенья трофической пирамиды – консументов. Таким образом, по трофическим цепям, углерод переходит в организмы различных животных. Возвращение углерода в окружающую среду происходит двумя путями. Во-первых – в процессе дыхания. Суть процессов дыхания заключается в использовании организмами окислительных химических реакций, дающих энергию для физиологических процессов. Окисление органических соединений, для которого используется атмосферный или растворённый в воде кислород, имеет результатом разложение сложных органических соединений с образованием СО2 и Н2О. В итоге углерод в составе СО2 возвращается в атмосферу, и одна ветвь круговорота замыкается. Второй путь возвращения углерода – разложение органического вещества. В условиях биосферы процесс этот в основном протекает в кислородной среде, и конечными продуктами разложения являются те же СО2 и Н2О. Но большая часть углекислого газа при этом не поступает прямо в атмосферу. Углерод, высвобождающийся при разложении органического вещества, в основном остаётся в растворённой форме в почвенных, грунтовых и поверхностных водах. Или в виде растворённого углекислого газа, или же в составе растворённых карбонатных соединений – в форме ионов НСО3- или СО32-. Он может после более или менее продолжительной миграции частично возвращаться в атмосферу, но большая или меньшая его доля всегда осаждается в виде карбонатных солей и связывается в составе литосферы. Часть атмосферного углерода непосредственно поступает из атмосферы в гидросферу, растворяясь в воде. Главным образом, углекислый газ поглощается из атмосферы, растворяясь в водах Мирового Океана. Сюда же поступает и часть углерода, в тех или иных формах растворённого в водах суши. СО2, растворённый в морской воде, используется морскими организмами на создание карбонатного скелета (раковины, коралловые постройки, панцири иглокожих и т.д.). Он входит в состав пластов карбонатных пород биогенного происхождения, и на более или менее продолжительное время «выпадает» из биосферного круговорота. В бескислородных средах разложение органического вещества также идёт с формированием в качестве конечного продукта углекислого газа. Здесь окисление протекает за счёт кислорода, заимствуемого из минеральных веществ бактериями-хемосинтетиками. Но процесс в этих условиях идёт медленнее, и разложение органического вещества обычно является неполным. В результате существенная часть углерода остаётся в составе не до конца разложившегося органического вещества и накапливается в толще земной коры в битуминозных илах, торфяниках, углях. Хранители углерода – это живая биомасса, гумус, известняки и каустобиолиты. Естественными источниками углекислого газа, кроме вулканических эксгаляций, являются процессы разложения органичесекого вещества, дыхание животных и растений, окисление органических веществ в почве и других природных средах. Техногенная углекислота составляет 20х109 т, что пока намного меньше, чем естественное ее поступление в атмосферу. За миллиарды лет с момента появления жизни на Земле весь углерод атмосферы и гидросферы неоднократно прошел через живые организмы. В течение всего 304 лет живые организмы усваивают столько углерода, сколько его содержится в атмосфере. Следовательно, всего за 4 года может полностью обновиться углеродный состав атмосферы, и условно можно считать, что углерод атмосферы за этот срок завершает свой цикл. Цикл углерода, входящего в состав гумуса почв оценивается в 300-400 лет. Роль углерода в биосфере наглядно иллюстрируется схемой его круговорота. Однако, цикл биологического круговорота углерода не замкнут. Что очень важно, в том числе, и для нас. Этот элемент нередко выводится из геохимического круговорота на длительный срок в виде карбонатных пород, торфов, сапропелей, углей, гумуса. Таким образом, часть углерода всё время выпадает из биологического круговорота, связываясь в литосфере в составе различных горных пород. Почему же тогда не возникает дефицита углерода в атмосфере? Причина в том, что его потеря компенсируется постоянным поступлением СО2 в атмосферу в результате вулканической деятельности. То есть, в атмосферу постоянно поступают глубинные углекислый газ и окись углерода. Это позволяет поддерживать баланс углерода в биосфере нашей планеты. Хозяйственная деятельность человека интенсифицирует биологический круговорот углерода и может способствовать повышению первичной, а, следовательно, и вторичной продуктивности. Но дальнейшая интенсификация техногенных процессов и может сопровождаться повышением концентрации двуокиси углерода в атмосфере. Повышение концентрации углекислоты до 0,07% резко ухудшает условия дыхания человека и животных. Расчеты показывают, что при условии сохранения современного уровня добычи и использования горючих ископаемых потребуется чуть больше 200 лет для достижения такой концентрации углекислого газа в атмосфере Земли. В отдельных крупных городах эта угроза вполне реальна уже сейчас.   66) .Земля как сложная динамическая саморегулирующая система. Энергетические и вещественные особенности экосферы. Земля является саморегулирующейся системой (созданной биотой и окружающей средой), способной сохранять химический состав атмосферы и тем самым поддерживать благоприятное для жизни постоянство климата. Эта гипотеза существует около 20 последних лет, ее авторами являются Д. Лавлок и Л. Маргулис. Основой их предположений служат представления о том, что живые организмы, объединенные в целое со средой своего обитания, могут при переходе на каждый новый более высокий уровень все в большей степени контролировать условия существования, включая в первую очередь атмосферу и только затем гидросферу и почвенные горизонты. Наиболее характерными особенностями любой сложной природной системы являются ее энергетическое, вещественное состояние и ре­жим. В этой связи важнейшими факторами, определяющими режим и эволюцию экосферы, являются ее тепловой баланс и глобальные циклы веществ. а) Тепловой баланс экосферы. Солнце — главный источник энергии, которая необходима для функ­ционирования экосферы как системы. Общее количество солнечной энергии, достигающей верхней атмосферы, составляет 5,49 х 10 Дж / год. При этом, поток солнечной радиации мало изменяется во времени, обеспечивая устойчивую энергетику таких основных процессов экос­феры, как, например, общая циркуляция атмосферы и океана, выветри­вание и денудация верхних горизонтов литосферы, глобальные биогео­химические циклы вещества, образование первичной биологической продукции. Другой источник энергии экосферы - поток из недр Земли к ее поверхности,который в 20-30 тыс. раз меньше, чем поступление энергии от Солнца. Человек использует сейчас почти такое же коли­чество энергии, как и поток из недр Земли. Солнечную энергию, приходящую к верхней границе атмосферы, постигают затем сложные преобразования: она частично рассеивается в атмосфере; отражается от нее в мировое пространство; достигает поверхности Земли. В среднем для Земли почти половина солнечной радиации, прихо­дящей на верхнюю границу атмосферы, достигает поверхности океанов и суши. В свою очередь эта доля солнечной энергии (50%): - отражается от поверхности Земли в атмосферу и за ее пределы; - нагревает поверхность почвы и океанов; - расходуется на испарение воды. С точки зрения энергетического баланса, экосфера - открытая сис­тема, потому что происходит свободный обмен энергией через границы системы. Несмотря на это приходные и расходные части энергетическо­го бюджета экосферы в высочайшей степени сбалансированы. Таким образом, экосфера получает и теряет одинаковое количество энергии, что удерживает ее в относительно стабильном термическом состоянии. Антропо­генные изменения теплового баланса в отдельных точках, или террито­риях (акваториях), могут вызывать изменения в циркуляции атмосфе­ры с соответствующими воздействиями на климат. б) Глобальные циклы вещества Что касается обмена веществом, то он также происходит через гра­ницы экосферы, но интенсивность обмена по сравнению с потоками ве­щества внутри системы ничтожно мала. Из космоса сквозь атмосферу на поверхность Земли выпадает примерно 40 млн. т метеоритного веще­ства в год. Процессы обмена веществом внутри экосферы отличаются значительно большими размерами. Например, реки мира выносят в оке­аны около 20 млрд. т наносов в год, или в 2 тыс. раз больше, чем прино­сится метеоритами. Поэтому можно сказать, что с точки зрения геоэко­логии Земля и ее экосфера - это закрытые системы. 67) Природно-технические геосистемы – это коренным образом измененные человеком экологические системы. Видоизменения в природе, преобразования природных комплексов под воздействием человека являются очевидным следствием использования природных ресурсов и непременным условием существования и развития человеческого общества. Поскольку воздействия на природу на современном этапе развития реализуются через технические средства и инженерные сооружения, то процессы, возникающие в природе под их воздействием, можно назвать техногенными. Тогда совокупность процессов, возникающих и (или) развивающихся в природной среде под воздействием строительства и эксплуатации инженерных сооружений, комплексов и технических средств можно назвать техногенезом. Анализируя причины техногенных изменений, происшедших в природе, или прогнозируя их, всегда приходится рассматривать не менее двух взаимосвязанных компонентов, образующих единую систему взаимодействия: природную основу системы и ее техногенное ядро, т.е. технологические, технические и инженерные средства, сооружения и комплексы, эксплуатация которых приводит или может привести к изменениям ландшафта. Таким образом, природно-техническая геосистема (ПТГС) – совокупность взаимодействующих природных и искусственных объектов, образующихся в результате строительства и эксплуатации инженерных и иных сооружений, комплексов и технических средств, взаимодействующих с природной средой. Структура ПТГС включает: подсистему природных объектов (геологические тела, почвы, растительный покров, водные источники, воздух, животные) и подсистему искусственных объектов (наземные и подземные сооружения, плотины, водохранилища, технические средства). Природно-технические геосистемы являются сложными иерархическими образованиями, содержащими в себе взаимосвязанные компоненты различного уровня воздействия на природные объекты и различно воспринимающие эти воздействия. Очевидно, что совокупность воздействий всех компонентов системы будет определяться ее назначением и функцией. В строительной практике постоянно анализируется система, образованная грунтами основания и зданием, которое на нем возводится. В зависимости от нагрузки на эти грунты, определяющейся массой и конструкцией здания, составом и свойствами грунтов, рассчитывается и проектируется фундамент. В результате строительства возникает ПТГС «здание – грунты основания». Однако в городских условиях взаимодействие этим не ограничивается, поскольку возводятся многие здания, образующие кварталы, расчлененные дорогами и связанные инженерными коммуникациями. Возникают второй уровень взаимодействия «квартал – геологические тела основания квартала», и третий уровень «город – геологические тела основания города». Совокупный уровень воздействия инженерных сооружений города определяется не только их массой и динамикой эксплуатации, но также и температурным воздействием, измененным режимом питания и разгрузки подземных вод, наведенными электромагнитными колебаниями. Одним из результатов такого взаимодействия является понижение поверхности всей территории (Таллинн, Лондон, Осака, Токио, Мехико). Под воздействием города коренным образом меняются и мерзлотные условия. В сходных по назначению системах и близких по параметрам природных условиях можно ожидать одинаковых воздействий ядра на природную среду и соответственно сопоставимой реакции природных объектов на это воздействие или совокупность воздействий, предопределенных назначением техногенного ядра. В связи с этим можно определить следующие категории ПТГС, охватывающие системы, которые обладают рядом аналогичных свойств: 1) добывающие природные ресурсы. Можно выделить системы, предназначенные для добычи минерально-сырьевых ресурсов, в том числе для добычи твердых полезных ископаемых, подземных вод, нефти и газа, а среди ПТГС для добычи твердых полезных ископаемых – на подземные и открытые разработки, затем – по видам и свойствам добываемых полезных ископаемых: руды, угля и т.п.; 2) перерабатывающие добытые ресурсы и выпускающие промежуточную или окончательную продукцию. 3) обеспечивающие функционирование систем 1 и 2 категорий. Оценивая воздействие техногенного ядра на природную основу ПТГС, необходимо учитывать многообразные последствия. Направленность воздействия техногенного ядра на природную основу можно разделить на 4 группы: 1) изъятие вещества из природы (добывающие ПТГС); 2) привнесение вещества в систему (строительство, водохранилища, всякого рода свалки); 3) перемещение (перераспределение) вещества. Перемещение массы вещества реализуется в некоторых добывающих системах, в которых масса полезного компонента бесконечно мала в сопоставлении с массой перемещенного вещества. Например, при добыче алмазов или золота масса полезного продукта измеряется каратами или тоннами, а переработанные породы – тысячами и миллионами тонн; 4) рассеивание вещества (например, аэрозолей, гербицидов, минеральных удобрений). Рассеивание вещества в системе можно рассматривать как частный случай привнесения вещества. Разница состоит в том, что в последнем случае привносится масса вещества, сопоставимая с массой системы, тогда как рассеивается масса вещества бесконечно малая в сравнении с массой системы, но обладающая высокой химической активностью и воздействующая на природные объекты системы не массой, а химически. Выделяют четыре основных уровня регулирования состояния ландшафтов и экосистем: 1) локально-тактический; 2) регионально- стратегический; 3) межрегиональный, территориально-перспективный государственный (федеральный); 4) планетарно-перспективный, международный. При локально-тактическом регулировании состояния ландшафтов и экосистем решаются следующие задачи: · контроль за выполнением природоохраняющего законодательства, соблюдением экологических нормативов, квот; · совершенствование технологии производства в части снижения его аварийности, степени технологического риска, энерго- и материалоемкости, количества и токсичности выбросов; · организация работы конкретных производственных (технических, энергетических, транспортных, аграрных и агропромышленных) объектов в границах района, поселка, города; · экологизация производства за счет использования отходов одних предприятий в качестве ресурсов для других; · организация районных планировок с целью снижения вредного воздействия производств на население и его реабилитацию от этих воздействий, транспортной и производственной усталости; · создание антропогенных или направленной смены природных экосистем более устойчивыми к техногенным воздействиям; · введение ограничений на размещение и функционирование производств, оказывающих отрицательное воздействие на природу и здоровье населения; · организация системы оперативной информации; · организация всеобщего непрерывного экологического образования в рамках ныне действующих дошкольных учреждений, школ, колледжей, лицеев, вузов и специально создаваемых курсов повышения экологической грамотности. При регионально-стратегическом регулировании состояния ландшафтов и экосистем к задачамлокально-тактического регулирования добавляются следующие задачи: · научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки с целью организации системы мониторинга природной среды и воздействующих на нее техногенных факторов; · разработка экологических прогнозов; · разработка и реализация механизма управления процессами взаимодействия между обществом и природой в границах региона с учетом трансрегионального переноса загрязнений в воздушной и водных средах; · разработка и внедрение региональных экологических нормативов и требований, определяющихся местными природными и социальными условиями и традициями природопользования; · оптимизация размещения, работы и взаимодействия предприятий, эксплуатирующих природные ресурсы; · оптимизация инфраструктуры, включая дорожно-транспортную схему, расположение объектов энергетики, продуктопроводов, мест и условий эксплуатации свалок; · организация и эксплуатация сети особо охраняемых территорий, обеспечивающих в совокупности сохранность редких и типичных ландшафтов и их компонентов, генофонда растительных сообществ и популяции животных; · а также возможность проведения научных исследований, научного и познавательного туризма, экологического воспитания граждан; · организация рекреационных зон, курортов и санаториев, необходимых для отдыха населения. При межрегиональном, территориально-перспективном государственном (федеральном) регулировании состояния ландшафтов и экосистем к задачамрегионально-стратегического регулирования добавляются следующие задачи: · разработка федеральных законодательств и уточняющих их нормативов ведомственных актов по охране природы и использованию ее ресурсов; · распределение бюджетных ассигнований и материальных ресурсов, выделяемых на природоохранные цели, между субъектами федерации; · организация высшего уровня мониторинговых исследований и их координация в рамках международной системы мониторинга природной среды и воздействующих на нее факторов; · разработка, финансовое обеспечение и осуществление, совместно с субъектами федерации, природоохранных и экологических программ на двусторонней и многосторонней основе (например, программа «Северный форум», охватывающая территории стран, расположенных по периферии Северного Ледовитого океана); · формирование налоговой и инвестиционной политики, стимулирующей соблюдение природоохранного законодательства и выпуска экологически чистой продукции. При планетарно-перспективном, международном регулировании состояния ландшафтов и экосистем на базе ООН и входящих в ее состав структур разрабатываются наиболее общие вопросы геомониторинга и рекомендации, ориентированные на улучшение социально-экологической обстановки во всем мире. Анализ последствий развития техногенных процессов весьма сложен по той причине, что собственно техногенное начало может (и это не исключение, а скорее правило) сопровождаться в цепочкой последующих природных событий. Иначе говоря первичные техногенные воздействия могут вызвать к жизни процессы, которые правомерно определить как природно-техногенные или техногенно-природные. Сложность их прогнозирования состоит в том, что эти природно-техногенные процессы могут быть существенно сдвинуты во времени, а нередко и в пространстве по отношению к воздействующему источнику техногенеза. Поясним сказанное следующим примером. Уничтожение лесной растительности на широкой площади, вне зависимости от причины, приводит, в условиях криолитозоны, к последовательному развитию следующих событий: увеличению значения прямой солнечной радиации, достигающей поверхности почвы за счет отсутствия рассеивающего фактора - крон деревьев; усилению турбулентного воздушного обмена над поверхностью Земли; перераспределению мощности и увеличению плотности снежного покрова, более плотного и менее равномерного по толщине, нежели под пологом леса; усилению испарения с поверхности почвы и транспирации - травяного покрова, поскольку транспирация с поверхности крон деревьев и сохранение под пологом леса относительно более высокой влажности воздуха оказываются утрачены; снижению температуры почвенного профиля, как реакция на изменение параметров снежного покрова, увеличение турбулентного воздушного обмена и смещение уровня транспирации влаги с крон деревьев на почву; изменению сроков и увеличению продолжительности вегетационного периода. Приведенный пример однозначно иллюстрируют многообразие и сложность взаимосвязей техногенно-природных процессов. Их выявление, качественная и тем более количественная оценка темпов и последствий развития являются важнейшей и сложнейшей задачей изучения и прогнозирования функционирования ПТГС. Надобно заметить, что в общей экологии широко используются представления о сукцессионных или ландшафтно-генетических рядах, отражающих результаты приспособляемости растительных ассоциаций к изменяющимся условиям произрастания растений. По аналогии с сукцессионными рядами, соответствующие образования техногенной природы могут быть обозначены техногенетическими рядами, т.е. рядами природно-техногенных событий, каждое из которых возникает и развивается как следствие возникновения и развития события предыдущего. Тогда как в начале этого ряда непременно находится техногенный процесс, который может быть определен как первичный. В частности, техногенетические ряды процессов, загрязнения атмосферного воздуха, могут быть развернуты для почв, поверхностных вод, пород зоны аэрации и грунтовых вод и, в интегрированном виде, проявлены в здоровье человека, перестройки его адаптивного механизма и приспособления его организма к загрязненному воздуху, воде и продуктам питания.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 686; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!