Основные виды антропогенных загрязнений

Загрязнение – это привнесение в какую-либо среду новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение естественного уровня этих агентов в среде. Объектом загрязнения всегда является биогеоценоз, и наличие вредных веществ приводит к нарушению обмена веществ, снижению интенсивности деятельности продуцентов и продуктивности биоценоза в целом.

Загрязнения можно классифицировать следующим образом:

1) химическое (ингредиентное) загрязнение, представляющее собой совокупность веществ, чуждых естественным биогеоценозам (бытовые стоки, ядохимикаты и удобрения, продукты сгорания и т.д.);

2) физическое (параметрическое) загрязнение среды, связанное с изменением ее качественных параметров окружающей среды (шумовое, тепловое, световое, электромагнитное, радиационное);

3) биологическое загрязнение, заключающееся в воздействии на состав и структуру популяций и отдельных ее представителей биологических агентов (патогенные микроорганизмы, преднамеренная или случайная интродукция видов, бактериологическое оружие).

Химическое загрязнение

Наибольшую проблему при химическом загрязнении окружающей природной среды создают некоторые ядохимикаты, с трудом выявляемые из-за их очень низких концентраций, но способные постепенно накапливаться в организме, вызывая многочисленные расстройства здоровья, в том числе рак. Большинство из них принадлежит к одному из двух классов: тяжелым металлам или синтетическим органическим соединениям [15,18, 23, 26, 31].

Тяжелые металлы — металлы с большим атомным весом (свинец, цинк, ртуть, медь, никель, железо, ванадий, кадмий и др.). Они широко используются в промышленности. Тяжелые металлы чрезвычайно ядовиты. Их ионы, проникая в организм, взаимодействуют с рядом ферментов, подавляя их активность. Таким образом, попадание в организм очень малых их количеств чревато крайне тяжелыми физиологическими и неврологическими последствиями. Основными источниками загрязнения тяжелыми металлами служат работа металлургических предприятий, сжигание угля, нефти и различных отходов, производство стекла, удобрений, цемента, автотранспорт и пр. Новейшие расчеты показали, что вклад антропогенного свинца составляет 94 – 97% (остальное – природные источники), кадмия – 84 – 89, меди – 56 – 87, никеля – 66 – 75, ртути – 58 %.

Все сложные молекулы в составе растительных и животных организмов – это природные органические вещества. Помимо них люди научились получать сотни тысяч органических соединений, используемых для производства пластмасс, синтетических волокон, искусственного каучука, лакокрасочных покрытий, растворителей, пестицидов, защитных покрытий для дерева и др. Такие вещества называют синтетическими органическими соединениями.

Многие из них настолько напоминают природные, что могут усваиваться организмом и взаимодействовать с некоторыми ферментами и другими системами. Именно они и создают проблемы. Организм может оказаться неспособным разлагать их или включать в метаболизм иным путем: в результате они нарушают его функционирование. При определенных дозах возможны острое отравление и смерть. Однако и небольшие дозы, получаемые на протяжении длительного периода, приводят к весьма неприятным эффектам, например канцерогенному (развитие рака), мутагенному (появлению мутаций) и тератогенному (возникновение врожденных дефектов у детей). Наиболее опасны галогенированные углеводороды – органические соединения, в которых один или более атомов водорода замещены атомами хлора, брома, фтора или йода. Наиболее распространены содержащие хлор, т.е. хлорированные углеводороды. Их часто применяют при изготовлении пластмасс (поливинилхлорид, или ПВХ), пестицидов (ДДТ), растворителей (тетрахлорфенол), электроизоляции (полихлорированныебифенилы, или ПХБ), пламягасящих веществ и многих других изделий.

Как тяжелые металлы, так и галогенированные углеводороды особенно опасны ввиду способности к биоаккумуляции, когда малые, кажущиеся безвредными дозы, получаемые в течение длительного периода, накапливаются в организме, создают в итоге токсичную концентрацию и наносят ущерб здоровью [30].

Биоаккумуляция происходит по следующим причинам:

• во-первых, из-за отсутствия биодеградации. Тяжелые металлы какхимические элементы невозможно разрушить или преобразовать в ходе химических процессов; для хлорсодержащих углеводородов в организме нет ферментов, способных их расщепить;

• во-вторых, тяжелые металлы и галогенированные углеводороды легкопоглощаются, но если и выводятся, то очень медленно. Организм не способен освобождаться от них, выводя их с мочой, поскольку тяжелые металлы прочно связываются с белками, а галогенированные углеводороды растворяются в жирах гораздо лучше, чем в воде.

В результате, поступая с пищей и жидкостями, эти вещества удерживаются и накапливаются в теле, как на фильтре. Биоаккумуляция может усугубляться в пищевой цепи. Организмы, находящиеся в ее основе, поглощают химикаты из внешней среды и аккумулируют их в своих тканях. Питаясь этими организмами, животные следующего трофического уровня получают исходно более высокие дозы, накапливаются более высокие концентрации и т. д. В результате на вершине данной пищевой цепи концентрация химиката в организмах может стать в 100 тыс. раз выше, чем во внешней среде. Такое накопление вещества при прохождении через пищевую цепь называют биоконцентрированием.

К большому сожалению, и биоаккумуляцию, и биоконцентрирование трудно заметить до достижения опасного уровня химиката. А тогда уже поздно что-либо предпринимать.

Ситуацию осложняют и синергические эффекты. Ядохимикаты редко встречаются по отдельности, а два или более ядов дают эффект, во много раз превосходящий сумму действий каждого из них. Это явление называют синергизмом. Чрезвычайно опасный синергический эффект обнаружился совсем недавно. Некоторые галогенированные углеводороды и, возможно, другие химикаты (один фактор) ослабляют иммунную систему, в результате чего организм становится более подверженным действию инфекций и паразитов (второй фактор).

Ниже приводятся основные химические загрязнители и вызываемые ими нарушения в организме человека [8].

Монооксид углерода (угарный газ) – блокирование гемоглобина крови с образованием карбоксигемоглобина и снижением способности крови к переносу кислорода из легких к тканям тела. Приступы коронарной недостаточности, стенокардии и даже инфаркт миокарда. Нарушение обменных процессов организма, функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС) – психические отклонения, общее недомогание.

Оксиды азота и серы – резкое раздражение легких и дыхательных путей, возникновение в них воспалительных процессов. Головокружение, потеря сознания, одышка, кашель, насморк, повышение респираторной заболеваемости детей.

Озон – раздражение слизистой оболочки глаз, воспалительные процессы в легких, головная боль, быстрая утомляемость.

Свинец – неврологические расстройства, функциональные нарушения печени, почек, желудочно-кишечного тракта. У детей – замедленный рост, анемия, повышенная моторная активность, снижение внимания, повышенная раздражительность, обидчивость, вялость, отставание в учебе.

Ртуть – поражение центральной нервной системы и мозга, нарушение координации движений, расстройство зрения, потеря слуха, серьезные психические отклонения (болезнь Минамата). Ртуть является тератогеном.

Кадмий – поражение сердечно-сосудистой, мочеполовой и костносуставной систем. Кадмий является одним из самых опасных токсикантов среды. Опасен в любой форме. Характеризуется медленным выведением из организма (0,1 % в сутки).

Мышьяк – появление металлического привкуса во рту, сильные боли в животе, развитие острой сердечно-сосудистой и почечной недостаточности, появление судорог.

Нитраты – нарушение обмена веществ, аллергия, нервные расстройства, злокачественные новообразования.

Формальдегид – эмбриотоксическое действие, выраженные канцерогенный, мутагеннный и тератогенный эффекты. Формальдегид выделяется из прессованных плит, используемых в конструкциях настилов полов, мебели.

Бензапирен – сильнейший канцероген. Содержится в выхлопных газах, сигаретном дыме.

Пестициды и диоксины (галогенированные углеводороды ) – поражение печени, ЦНС. Вызывают бесплодие человека и высших млекопитающих, являются канцерогенами, мутагенами, тератогенами.

Винилхлорид – выраженное канцерогенное действие. Выделяется из поливинилхлорида как остаточный мономер при неполной полимеризации в синтезе ПВХ.

При химических загрязнениях атмосферный путь поступления токсичных веществ в организм является ведущим, так как в течение суток человек потребляет около 15 – 20 кг воздуха, 2 – 5 кг воды и 1,5 – 2,5 кг пищи. При ингаляции химические элементы поглощаются особенно интенсивно. Так, свинец, поступающий с воздухом, адсорбируется кровью на 60 %, с водой – на 10 %, с пищей – на 5 %.

Физическое загрязнение

1. Шумовое загрязнение отрицательно воздействует на организм человека, вызывая повышенную утомляемость, снижение умственной активности, развитие сердечно-сосудистых и нервных заболеваний. Шум может восприниматься ухом человека в пределах частоты от 16 до 20 тыс. Гц (ниже – инфразвук, выше – ультразвук). Уровень шума измеряется в децибелах (дБ). Для человека практически безвреден шум в 20 – 30 дБ, 80 дБ – допустимая граница, 130 дБ вызывают болевые ощущения, а 150 – уже непереносимы. Сильный шум является для человека физическим наркотиком. Поэтому часть людей, увлекаясь современной музыкой с большой интенсивностью звучания, подвергает свое здоровье опасности. Женщины менее устойчивы к сильному шуму, который быстрее приводит их к неврастении. А слабые бытовые шумы в доме, обусловленные плохой звукоизоляцией квартир, разрушительнее действуют на нервную систему мужчин.

Шум отрицательно воздействует не только на людей, но и на растения и животных. Растения замедляют рост, цветы вянут, птицы бросают гнезда, оставляя кладки и птенцов, у млекопитающих изменяется артериальное давление и нарушается работа сердца.

2. Электромагнитное загрязнение возникает в результате изменений электромагнитных свойств среды. Искусственно созданные электромагнитные поля ведут к сердечно-сосудистым и другим заболеваниям. В бытовых помещениях норма напряженности электрического поля (Е_э) – 1 – 100 В/м, магнитного (Е_м) – 0,01 – 0,5 А/м. Бытовые приборы способны создавать электрическое поле напряженностью 5 – 500 В/м. Нарушение ритма сокращений сердечной мышцы наступает приЕ_э=5·10⁷В/м и Е_м=10⁶А/м [8, 26]. Очень мало известно о действии слабых электромагнитных полей (ЭМП). Не существует научно обоснованных пределов воздействия ЭМП для распространенных в быту приборов и аппаратов. Исходя из полученных данных, можно предположить, что длительное воздействие слабых ЭМП заметно скажется лишь в 4 – 10-м поколении. Однако известно, что у людей, работающих за компьютерами до 6 ч в сутки, заболевания органов зрения, поражения ЦНС и сердечно-сосудистой системы наблюдаются в 5 раз чаще, чем у тех, чья работа не связана с компьютером. Также доказано, что при частом пользовании радиотелефонами опасность заболевания раком крови вырастает на 20 – 40 %.

3. Ионизирующее излучение (радиоактивное загрязнение) обладает энергией, достаточной для того, чтобы выбить один или несколько электронов из атомов и образовать положительно заряженные ионы, которые, в свою очередь, вступая в реакции с различными соединениями, разрушают ткани живых организмов. Примерами ионизирующего излучения являются ультрафиолетовое излучение Солнца и аппаратов ультрафиолетового облучения, рентгеновское излучение, нейтронное излучение, возникающее в ходе реакции ядерного деления и ядерного синтеза, а также , , -излучение, испускаемое радиоактивными изотопами.

Воздействие ионизирующего излучения приводит к повреждению клеток человеческого организма двумя способами. В первом случае наносятся генетические повреждения, в результате чего происходит изменение генов и хромосом. Во втором – соматические повреждения: ожоги, катаракты, раковые заболевания костей, легких, щитовидной железы.

Таким образом, ионизирующее излучение оказывает мощное мутагенное, эмбриотоксическое и тератогенное воздействие. При этом наиболее чувствительны к нему высокоорганизованные организмы, в том числе и человек, а наиболее устойчивыми являются микроорганизмы.

4. Тепловое загрязнение является результатом повышения температуры среды и возникает при отводе воды от систем охлаждения в водные объекты и при выбросе потоков дымовых газов или воздуха. Тепловое загрязнение водоемов приводит к уменьшению растворимости кислорода в воде, что снижает активность всего биоценоза водных систем, к замедлению процессов естественной минерализации органического вещества; провоцирует рост активности сине-зеленых водорослей, еще больше снижающих количество кислорода в воде. Известны факты, когда сброс теплых вод создавал тепловой барьер для рыб на путях к нерестилищам.

Биологическое загрязнение

Чрезвычайно опасными являются биологические загрязнения, которые вызываются патогенными микроорганизмами. Эпидемии таких болезней, как холера, оспа, чума вызываются бактериями, а грипп, гепатит, СПИД – вирусами. Недостаточно очищенные и обезвреженные бытовые сточные воды содержат большой комплекс патогенных микроорганизмов, вызывающих кожные и кишечные заболевания.

Существуют непатогенные и условно патогенные микроорганизмы, которые в качестве биотопа избрали организм человека. Так, полости рта, носа, кишечника являются местом обитания многих микроорганизмов, которые стимулируют защитные силы, способствуют перевариванию пищи, вырабатывают витамины. Однако превышение количества этих микроорганизмов над нормой при неблагоприятных для человека условиях изменяет соотношение микроорганизмов, приводя к определенным патологиям (например, к дисбактериозу). При этом условно патогенные организмы, которые в норме являются сапрофитами, вызывают некоторые заболевания (ОРВИ).

В отдельную группу необходимо вынести лекарственные загрязнения. Некоторые лекарственные препараты даже в терапевтической дозе оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека. Так, например, амидопирин и фенацитин, до недавнего времени использовавшиеся в медицинской практике, запрещены к производству, так как являются выраженными канцерогенами. Антибиотики тетрациклинового ряда обладают ототоксическим действием. При неправильном подборе дозы они, поражая слуховой нерв, могут вызвать глухоту. Многие антибиотики поражают биоценоз кишечника, вызывая дисбактериозы и другие заболевания.