Вторую группу составляют токсичные экотоксиканты: SO2 и другие оксиды серы закисляют почвы, воды. Они имеют отношение к кислотным дождям. В тех случаях, когда экотоксиканты обладают высокой стойкостью (персистентностью), медленно метаболизируются в организмах, накапливаются в них (кумуляция), способны мигрировать в окружающей среде и по пищевым цепям, говорят о суперэкотоксикантах. К таковым относят хлорорганические пестициды, диоксины (в том числе ТХДД - тетрахлордибензопарадиоксин), тяжелые металлы.
Основным предметом экотоксикологии следует считать изменения, вызываемые вредными веществами в биологических системах надорганизменного уровня.
Токсические эффекты молекулярно-генетического, клеточно-тканевого и онтогенетического уровней, реализуемые в растительных и животных организмах через разнообразие физиологических, биохимических, функциональных нарушений, рассматриваются в экотоксикологии в качестве первичных токсических эффектов, имеющих следствием нарушения популяционных механизмов. Ответ экосистемы на химические загрязнения неспецифичен: изменения продуктивности, соотношения видов и т.д. Такие же изменения возможны под влиянием и иных, не химических факторов.
Цель экотоксикологии - обоснование мероприятий по профилактике вредных воздействий химических загрязнителей внешней среды, создание благоприятных условий для жизни и деятельности человека, развития и функционирования организмов животного и растительного происхождения. Главными задачами экотоксикологии следует считать:
- оценку опасности для здоровья человека отдельных химических загрязнителей, а также изменений в окружающей среде, вызванных этими загрязнителями;
- оценку опасности загрязнения для экосистемы в целом и для отдельных ее элементов; использование полученных данных для уменьшения неблагоприятного воздействия загрязнения, для разработки необходимых мероприятий, направленных на улучшение состояния биосферы и здоровья населения.
Важнейшие научно-практические проблемы современной экотоксикологии: - устойчивость экосистем; пока нет конкретного решения указанной проблемы вследствие необычайного множества связей в экосистемах; при этом связи чаще носят нелинейный характер; наиболее перспективным методом решения данной проблемы представляется компьютерное моделирование;
- понятие экологической нормы; экосистема может существовать в нескольких состояниях, что усложняет определение нормы; затруднения привносит субъективный подход, т.е. формирующийся на антропоцентристской позиции, требующей максимального удовлетворения потребностей человека; наиболее характерный показатель нормы биологической системы - способность поддерживать условия оптимума, т.е. адаптивный потенциал системы;
- адаптация экологических систем к токсическому воздействию; выделяют три уровня адаптации; во-первых, приспособительные реакции индивидуального организма; во-вторых, это приспособительные реакции надорганизменного уровня; чаще это касается одного-двух компонентов экосистемы;
-третий уровень адаптации - процесс адаптивной микроэволюции; при длительном токсическом воздействии на популяцию (десятки-сотни поколений) через несколько промежуточных этапов со снижением продуктивности и численности популяция восстанавливает численность, но это уже новая экологическая норма;
- пространственно-временная неоднородность экосистем; этот фактор может ослаблять опустынивающий эффект какого-то источника химического загрязнения за счет особей, живущих на достаточно «чистых» участках. Под вредным воздействием, наносимым соответствующей системе, в экотоксикологии понимают:
- явственные изменения обычных колебаний численности популяции;
- долгосрочные или необратимые изменения состояния экосистемы.
Основными методами экотоксикологии следует считать биоиндикацию (оценка качества окружающей среды) и биотестирование (т.е. экспериментальное изучение токсических эффектов), а также мониторинг состояния здоровья человека. Важное значение сохраняют методы по изучению механизмов токсического действия, оценка соотношения «доза-эффект», определение токсикантов в объектах окружающей среды, живых организмах и т.д.
В самом названии экотоксикология ярко проявляется ее связь с исследованием экосистем, причем не имеет значения, рассматриваются природные или культурные (созданные человеком) экосистемы, такие как городские, сельские или лесохозяйственные системы.
Экотоксикология основана на достижениях экологической химии. Для решения общих проблем необходима интенсивная совместная общая работа экотоксикологов с биологами, экологами, специалистами-аграрниками, медиками и химиками.
Задачей токсикологии является защита человека от действия токсичных веществ, и главная проблема заключается в использовании результатов, полученных in vitro и в экспериментах на животных для организма человека. Задачи экотоксикологии совсем иные. Экотоксикология направлена на защиту не конкретного индивидуума, а на сохранение функций и многообразия экосистем и на защиту видов, страдающих от воздействия вредных веществ. За немногими исключениями (как, например, изучение воздействий на почвенные микроорганизмы) экотоксикологические испытания проводят токсикологическими методами на одном или нескольких видах, а результаты приходится переносить на все многообразие видов экосистемы и проводить оценку экологических последствий токсических воздействий. Поскольку невозможно провести исследования по всем видам, населяющим экосистему, экотоксикологические испытания можно использовать только в качестве первоначального ориентира.
2. ПРИОРИТЕТНЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Загрязняющие химические продукты классифицируют по источникам поступления, областям применения и характеру воздействия. Другим типом классификации химических продуктов является деление их на природные и несвойственные окружающей среде (ксенобиотики).
Ксенобиотиками называют вещества, по своей структуре и биологическим свойствам чуждые биосфере и полученные исключительно в результате химического синтеза. Степень «несвойственности» таких химических веществ природе различна, так как по своей структуре они могут быть совсем близкими к природным веществам или полностью отличаться от них (например, идентичные природным ароматические вещества, выпускаемые промышленностью; близкие к природным инсектициды - синтетические пиретроиды, в противоположность соединениям с новой структурой, созданной человеком). Разнообразие и большая численность загрязняющих веществ делают практически невозможным контроль над содержанием каждого из них в объектах окружающей среды. Поэтому среди множества химических веществ выделяют те, которые производятся в крупных масштабах (больше 1000 кг/год) и которые представляют особую опасность для различных экосистем. Эту группу веществ называют приоритетными загрязняющими веществами окружающей среды. Для обоснованного выбора приоритетных химических веществ обычно придерживаются определенных требования, изложенных в Международной Программе по Химической Безопасности.
Приоритетными считают вещества, имеющие следующие характеристики:
- широкое распространение вещества в окружающих человека микросредах и уровни его воздействия, способные вызвать неблагоприятные изменения в состоянии здоровья населения;
-устойчивость токсического вещества к воздействию факторов окружающей среды, его накопление в организме, включение в пищевые цепи или в природные процессы циркуляции веществ;
- частота и тяжесть неблагоприятных эффектов, наблюдаемых в состоянии здоровья населения при воздействии токсического агента, при этом особенно важны необратимые или длительно протекающие изменения в организме, приводящие к генетическим дефектам, или другие нарушения развития у потомства;
- постоянный характер действия; - изменение (трансформация) химического вещества в окружающей среде или организме человека, приводящее к образованию продуктов, имеющих большую, чем исходное вещество, токсичность для человека;
- большая величина популяции населения, подверженного действию химического вещества (вся популяция, профессиональные контингенты или подгруппы, имеющие повышенную чувствительность к воздействию данного токсиканта).
В 1980-х годах Агентством по охране окружающей среды США (EPA) и ответственными органами стран Европейского сообщества был составлен список приоритетных загрязняющих веществ, включавший около 180 химических соединений. Анализ этого списка показывает, что около 60 % приоритетных загрязняющих веществ относится к хлор- и бромсодержащим соединениям.
Странами ООН, участвующими в мероприятиях по улучшению и охране окружающей среды, согласован общий перечень наиболее важных (приоритетных) веществ, загрязняющих биосферу. К их числу обычно относят соединения тяжелых металлов, пестициды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), хлорорганические соединения (ХОС), нефтепродукты, фенолы, детергенты, нитраты. Из этого перечня приоритетных загрязняющих веществ наиболее опасными являются тяжелые металлы, полиароматические углеводороды и хлорорганические соединения.
2.1 Тяжелые металлы
Среди приоритетных химических веществ, загрязняющих биосферу, особое место занимают металлы. Это обусловлено следующими причинами.
1. Скорость извлечения металлов из земной коры человеком выше, чем геологическая скорость их извлечения. Глобальное накопление металлов в биосфере связано с их индексами технофильности, рассчитываемыми как отношение годовой добычи металлов к их средним содержанием в земной коре. Основными антропогенными источниками металлов служат различные топливные установки, предприятия черной и цветной металлургии, горнодобывающие предприятия, цементные заводы, химические предприятия, гальванические производства и транспорт.
2. В отличие от органических загрязняющих веществ, подвергающихся процессам разложения, металлы способны лишь к перераспределению между отдельными компонентами географической оболочки.
3. Металлы сравнительно легко накапливаются в почвах, но трудно и медленно из нее удаляются. Период полуудаления из почвы цинка - до 500 лет, кадмия - до 1100 лет, меди - до 1500 лет, свинца - до нескольких тысяч лет.
4. Металлы хорошо аккумулируются органами и тканями человека, теплокровных животных и гидробионтов.
5. Металлы, особенно тяжелые, высокотоксичны для различных биологических объектов. В последнее время (с конца 1960-х годов) в специальной научной литературе появился термин «тяжелые металлы», который сразу же приобрел негативное звучание. С этим термином связано представление о чем-то токсичном, опасном для живых организмов: будь то человек, животные или растения. Однако надо иметь в виду, что многие из причисляемых к этой группе элементов жизненно необходимы (эссенциальны) для различных живых организмов.
Обычно к тяжелым металлам относят группу химических элементов, имеющих плотность более 5 г/см3 . Для биологической классификации правильнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой, то есть относить к тяжелым металлам все металлы с относительной атомной массой более 40 а. е. м. И хотя термин «тяжелые металлы» неудачен, им приходится пользоваться, так как он прочно вошел в экологическую литературу. Набор тяжелых металлов (ТМ) во многом совпадает с перечнем «микроэлементов». Под микроэлементами подразумеваются такие химические элементы, облигатные (обязательные) для растительных и живых организмов, содержание которых измеряется 10-2величинами порядка n 10-5 %. Из приоритетных металлов наибольшее внимание уделяется четырем, называемым «большой четверкой», это - свинец, ртуть, кадмий и мышьяк.
Свинец
История применения свинца очень древняя, что обусловлено относительной простотой его получения и большой рас- 10-3 %). Общие запасы свинца в земной коре на планете оценивают в 100 млн т, главным образом в виде сульфата. Из этого естественного источника в окружающую среду поступает ежегодно в виде силикатной пыли почвы, вулканического дыма, испарений лесов, морских солевых аэрозолей и метеоритной пыли до 210 тыс. т свинца. Свинец применяется в производстве кабелей; компонент разнообразных сплавов. Свинец и его оксиды используются в производстве аккумуляторов. Многие соединения свинца используются для изготовления красок, замазок, лаков, спичек, пиротехнических изделий, пластмасс (в качестве стабилизатора), электрических элементов и т. д.
Соединения свинца- основа широко применяемых пигментов: сурика и свинцовых белил. Глазури, которыми древние покрывали глиняную посуду, также являются соединениями свинца. Начиная со времен Древнего Рима, металлический свинец используют при прокладке водопроводов. Объем современного производства свинца составляет более 2,5 млн т в год. В результате производственной деятельности 18 в природные водные объекты ежегодно поступает от 500 до 600 тыс. т свинца. Через атмосферу на поверхность Земли оседает около 400 тыс. т. В атмосферный воздух основная часть свинца (около 260 тыс. т) выбрасывается с выхлопными газами автотранспорта, меньшая (около 30 тыс. т) - при сжигании каменного угля. Ежедневное поступление свинца в организм человека колеблется от 70 до 400 мкг.
Основной источник поступления соединений свинца в организм - пища, преимущественно растительная. Поступление свинца в организм человека с питьевой водой составляет лишь несколько процентов от того количества свинца, которое вводится с пищей и воздухом. Основной источник свинца в воде - сплавы, используемые при соединении водопроводных труб. Имеются доказательства того, что содержание свинца в хлорированной водопроводной воде больше, чем в нехлорированной.