Биогеохимическое районирование.

В.В. Ковальский рассматривал в единстве и геохимическую среду и физиологические, и биохимические особенности организмов. С этих позиций выявляются корреляционные связи между избытком и недостатком элементов и состоянием живых организмов, вплоть до выделения эндемических (местных) заболеваний.

Это проявляется в результате биогеохимического районирования, с выделением биогеохимических зон и провинций. На территории СНГ выделены 4 зоны, характеризующиеся единством зональности почвообразования, климата, миграции элементов и типов биологических реакций организмов на геохимические факторы среды (рис. 12.2).

Таежно-лесная нечерноземная зона определяется недостатком Ca, P, Co (73% всех почв), Cu (70%), Mo (70%), В (50%), Zn (49%), оптимумом содержания Mn (72%), относительным избытком Sr (15%).

Лесная и степная черноземная зона характеризуется оптимумом Ca и Co (96% для серых лесных и 77% для черноземных почв), Cu (72-75%), Mn (71-75%); I, Zn и Mo сбалансированы; иногда отмечен недостаток подвижного Mn.

Степная, пустынная и полупустынная зоны имеют повышенные уровни содержания сульфатов, В (88%), Zn (76%), часто Sr (47%), Mo (40%), низкое Cu (40%), иногда Co (52%).

В горных зонах диапазон концентраций изменчив, но часто отмечается недостаток I, Co, Cu, Zn, хотя возможны и варианты избытка Cu, Zn, Co, Mo, Sr и других.

 

Биогеохимические провинции. Медицинская география.

 

А.П. Виноградов к биогеохимическим провинциям относил территории, где флора, фауна, а в ряде случаев и люди резко реагируют на содержание в атмосфере, почвах, водах, продуктах питания определенных химических элементов.

Эти провинции с резкой недостаточностью или избыточностью какого-то химического элемента играли важную роль в геологическом прошлом, подвергаясь биологической изменчивости при прохождении через биогеохимические барьеры.

С позиций геохимии ландшафта, по А.И. Перельману, систематика биогеохимических провинций должна быть основана на строгих геохимических критериях, к которым, в первую очередь, относятся типоморфные элементы и геохимия природных вод. Ведь почвенные растворы, поверхностные и подземные воды служат тем источником, откуда большинство элементов поступают в растения, а затем в организм животных и человека.

А.И. Перельман выделил следующие типы и классы биогеохимических провинций

1. типа S и, в частности, класса S₁, формируются на участках присутствия сульфидов, с образованием серной кислоты, при рН до 2-3, а то и до 0, что резко увеличивает подвижность ряда металлов. Выделяются цинковые, медные и другие виды биогеохимических провинций. Для других провинций характерны биогеохимические эндемии - болезни флоры, фауны, людей, связанные преимущественно с избытком элементов.

2. типа W приурочены к гумидному климату. Характерно кислое выщелачивание. Здесь резкий дефицит многих биологически важных элементов. Имеет место минеральное голодание фауны, низкое содержание в организме кальция. Отмечены малые размеры животных, пониженная яйценосность птиц, тонкая скорлупа яиц. Из флоры распространены кислые злаки. К "алюминиевым" растениям относятся плауны, чай.

3. типа V отвечают лесостепям, степям и пустыням. В аридном климате идет слабая миграция кальция. Видообразование в этих условиях оптимально - дефицитных элементов мало.

4. типа F отличаются развитием солонцов, с рН выше 8,5, иногда до 11. Известны содовые солонцы, солончаки, озера, болота, реки. Содержание Ca и Mg низко. Отмечается дефицит многих элементов. Благоприятны условия для миграции и накопления Na, Li, B, Zn, Cu.

К близким выводам подошла и медицинская география. В частности было предложено комплексное эпидемиолого-географическое районирование мира. Выявлены основные закономерности эпидемиологии: пространственная неравномерность эпидемического процесса; рассеяние и концентрация в пространстве эпидемиологических явлений; цикличность в динамике эпидемиологического процесса. Выделено 18 крупных эпидемиолого-географических регионов в мире: Австралийский, Юго-Восточной Азии, Северо-Восточной Азии, Индийский, Юго-Западной Азии, Восточноафриканский, Южноафриканский, Западноафриканский, Центральноафриканский, Средиземноморский, Европейский, Канадско-Гренландский, Североамериканский, Центральноамериканский, Восточно-Американский, Западноамериканский, Южноамериканский, Океанический.

Химическая экотоксикология. Экологическая характеристика химических элементов.

Толчком к развитию науки экотоксикология явилось появление в 1962 г. книги Рэчел Карлсон "Молчаливая весна". Три дисциплины - химия, экология и токсикология (учение о токсичности) - были объединены в единую научную дисциплину. Позднее сюда же привлекались знания биохимии, физиологии, популяционной генетики.

Экотоксикантами называются токсичные и устойчивые в условиях окружающей среды вещества, способные накапливаться в организмах до опасных уровней концентраций. Чужеродные вещества, не входящие в естественный биотический круговорот, называют ксенобиотиками. Экологическая магнификация - так называется процесс увеличения концентрации химиката в организмах при переходе от низших трофических уровней к высоким.

Исследованием воздействия химических веществ на организм на различных уровнях занимается экотоксикология, так как при подобных исследованиях выявляются изменения состояния и возникают предположения о возможности прямого или косвенного вредного воздействия. Под вредным воздействием понимают явные изменения обычных колебаний численности популяции и долгосрочные или необратимые изменения состояния экосистемы.

К важнейшим задачам относятся выявление вредного воздействия, разработка лечебных мероприятий, выявление изменений видового состава, функциональные нарушения в экосистеме, проблемы сохранения и восстановления экосистем.В живом организме присутствуют многие химические элементы и каждый из них выполняет свою биологическую роль. Из организма человека 60% приходится на воду, 34% - это органические вещества, 6% - неорганические. Основные компоненты органики - C, H, O, а также N, P и S. Из неорганических веществ постоянно присутствует 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B и другие. Гидротированные атомы Na, K, Mg и Ca участвуют в процессах осмоса и передачи нервных сигналов, а также обуславливают прочность костной ткани скелета.

 

Значение концентраций микроэлементов в органике.

Микроэлементы нужны в биотических дозах и их недостаток или избыток в поступлении в организм сказываются на изменении обменных процессов и др. Минеральные вещества играют огромную физиологическую роль в организме человека и животных, входят в состав всех клеток и соков, обусловливают структуру клеток и тканей; в организме они необходимы для обеспечения всех жизненных процессов дыхания, роста, обмена веществ, образования крови, кровообращении, деятельности центральной нервной системы и оказывают влияние на коллоиды тканей и ферментативные процессы.

Так, недостаток Fe приводит к анемии (малокровию), так как оно входит в состав гема - составной части гемоглобина крови. Избыток Fe вреден: с ним связан сидероз глаз и легких. Главный регулятор Fe в крови - печень.

Цинк входит в структуру активного центра важнейшего гормона инсулина, регулирующего уровень сахара в крови.

Недостаток меди ведет к деструкции кровеносных сосудов, паталогическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Возможно, дефицит меди служит одной из причин рака. Но и избыток ведет к нарушению психики и параличу органов (болезнь Вильсона). В малых дозах Cu используют в медицине для задерживания роста и размножения бактерий (бактериостазное средство). Сульфат Cu(II) применяют для лечения конъюктивитов, прижигания при трахоме в виде глазных карандашей. При ожегах кожи фосфором проводят ее обильное смачивание 5%-ным раствором сульфата меди (II).