Эколого-геохимическая и токсикологическая характеристика приоритетных тяжелых металлов

Ртуть.

Среднее содержание ртути в литосфере (ее кларк) составляет 83 мкг/кг. Она образует самостоятельные минералы, такие как киноварь и метациннабарит (HgS), ливингстонит (HgSb4S7) и другие. Труднорастворимые сульфидные минералы довольно активно выщелачиваются водами с высоким содержанием гумусовых соединений.

Весьма значительным источником ртути для водных объектов служат также некоторые районы залегания минералов-концентраторов, к числу которых относятся сфалерит (ZnS), а также самородное золото и серебро.

В атмосферу этот металл поступает в виде паров в результате дегазации земных недр, а также в форме различных соединений в составе вулканического и морского аэрозоля. В сумме природная эмиссия ртути в атмосферу составляет примерно 3000 т/год. Как видно из табл. 3.15, в настоящее время атмосферная часть естественного глобального бюджета ртути значительно нарушена, поскольку антропогенные источники дают по массе ртути в 1,5 раза больше, чем природные (Практикум по общей токсикологии..., 2007).

Таблица 3.15

Атмосферный бюджет ртути (по: Оценка промышленной эмиссии, 1995)

Источники и стоки

Поток, т Hg/год

Земля в целом

Европа

Канада

США

Природные эмиссии

3000

10

20

20

Антропогенная эмиссия

4500

1100

30

650

Всего

7500

1110

50

670

Влажное осаждение

5000

400

150

300

Сухое осаждение

2500

100

100

50

Всего

7500

500

250

350

В настоящее время ежегодное производство металлической ртути составляет 8—10 тыс. т, примерно половина из которых «теряется», т.е. поступает в воды, воздух и почвы. К этому надо добавить также эмиссии других форм ртути, сопровождающие выплавку цветных металлов, сжигание угля и производство цемента.

Пары металлической ртути в атмосфере принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, сказывающихся на скорости ее осаждения. Поскольку газообразная ртуть удаляется из атмосферы довольно медленно (среднее время ее пребывания в тропосфере оценивается в 0,5—2 года), она может переноситься на большие расстояния. Напротив, соединения двухвалентной ртути находятся в атмосфере всего лишь несколько суток, так как они легко растворимы и быстро вымываются осадками.

Можно выделить три основные группы отраслей промышленности, выбрасывающие наибольшие количества ртути (Практикум по общей токсикологии..., 2007):

  • 1) предприятия цветной металлургии, извлекающие ртуть из ее руд и концентратов;
  • 2) предприятия, добывающие и перерабатывающие руды различных металлов и углеводороды, а также производящие цемент и флюсы;
  • 3) предприятия, на которых ртуть является одним из элементов производственного цикла (в их число входят электротехническая и электронная отрасли, химические производства фунгицидов, красителей, хлора и каустической соды).

В современных крупных городах заметным источником оказываются лечебные заведения, в которых используются ртутьсодержащие дезинфицирующие растворы и некоторые зубопротезные материалы, а также различные лаборатории, где применяются ртутьсодержащие реактивы и оборудование. По опубликованным в США данным, половина общего количества ртути сточных вод городов поступает именно от этих организаций (Практикум по общей токсикологии..., 2007).

Интенсивное загрязнение ртутью наземных экосистем пришлось на 1940-е гг. В этот период в сельском хозяйстве стали активно использовать ртутьсодержащие фунгициды. Так, в Швеции после 1940-х гг. длительное время применяли метилртутьдицианамид. В результате концентрация ртути в семенах достигала 15—20 мг/кг. В Дании для этого использовали фенилртуть, а в Финляндии — алкоксиалкилаты ртути.

Вследствие передачи ртути по пищевым цепям в 1950-х гг. сократились популяции зерноядных (куропатки, овсянки, фазаны), а затем хищных птиц (совы, филины, пустельги, ястребы). Например, пустельга в некоторых районах Швеции полностью исчезла. Была также отмечена массовая гибель зайцев, питавшихся проростками зерновых культур, содержащими большие количества ртути.

На урбанизированных территориях загрязнение ртутью происходит в результате атмосферных выпадений. В дождевой воде, собираемой в Московской области, ее валовая концентрация в 1980-х гг. в среднем составляла 0,67 мкг/дм3, а в других промышленных районах России средние концентрации находились на уровне 0,25 мкг/дм3.

В поверхностных пресных водах среднее содержание ртути составляет 0,1 мкг/дм3 при вариациях от 0,0001 до 2,8 мкг/дм3. В водных экосистемах ртуть присутствует в составе различных комплексов — [Hg(OH)2], HgCl2, комплексов с гуминовыми и фульвокислотами.

Способность ртути адсорбироваться на глинистых частицах приводит к накоплению ртути в донных осадках. Высвобождение ее и вторичное загрязнение вод происходит как абиотически, так и при участии микроорганизмов.

Гумусовые вещества при pH > 2 могут восстанавливать двухвалентную ртуть до элементной. Образование метилртути происходит под действием гуминовых и фульвокислот, которые служат донорами метильных групп.

Главную роль в метилировании ртути играют микроорганизмы (Практикум по общей токсикологии..., 2007). Биохимическое метилирование осуществляют микроскопические организмы разных таксономических групп: анаэробные и аэробные бактерии, актиномицеты рода Mycobacterium, грибы Aspergillus и Neurospora.

Монометилртуть легко проникает через кожные покровы и другие физиологические барьеры организмов. Ртуть способна биоаккумулиро- ваться по пищевым цепям водных и наземных экосистем. Коэффициент биоконцентрирования липофильной и гидрофобной диметилртути составляет примерно 105. Например, если в планктоне водной экосистемы содержание ртути составляет примерно 0,01 мкг/г, то в мышечных тканях хищных рыб оно достигает 0,5—1,5, а у птиц-рыболовов — 3—14 мкг/г.

На рис. 3.4 представлена примерная схема метаболизма ртути в водных экосистемах.

Схема биотрансформации ртути в водной экосистеме

Рис. 3.4. Схема биотрансформации ртути в водной экосистеме

«Время жизни» ртути в тканях рыб очень велико (400—1000 суток), т.е. она выводится крайне медленно.

Употребление в пищу рыбы с высоким содержанием метилированных форм ртути стало причиной так называемой болезни Минамата

(Исидоров, 1999). Симптомы ее — потеря чувствительности языка и губ, нарушение речи и координации движения при ходьбе — свидетельствуют о глубоких изменениях в центральной нервной системе. Эта болезнь, унесшая жизни более 200 человек (общее число пострадавших от нее составило несколько тысяч человек), впервые была зарегистрирована в с. Минамата (префектура Ниигата, Япония) в 1953 г.

Кроме нарушений центральной нервной системы, легко преодолевающие плацентарный барьер ртутьорганические соединения проявляют также эмбриотоксические эффекты: уровни содержания ртути в крови плода всегда выше, чем в крови матери. В 1978 г. было сообщено, что у значительной части детей, рожденных проживающими в районе залива Минамата женщинами, отмечались симптомы церебрального паралича и нарушения психического развития. У человека ртуть вызывает некрозы и лизис (разрушение) серого вещества головного мозга вплоть до полной атрофии.

Сброс ртутьсодержащих стоков — не единственный путь загрязнения водных экосистем. Сопоставление результатов изучения содержания ртути в обитателях новых и созданных более 10 лет назад водохранилищ показало, что наиболее интенсивно биометилирование и биомагнификация происходят в первые годы. При этом у рыб- фитофагов максимальное содержание ртути достигается примерно через пять, а у хищников — через семь лет после затопления. Возвращение к нормальным уровням концентраций происходит только через 15—25 лет (Исидоров, 1999).

В середине 1980-х гг. в Швеции был проведен эксперимент по снижению ртутной опасности. Он заключался в добавке к озерной воде селена, образующего стойкий по отношению к окислителям и малорастворимый селенид HgSe. В 1984—1986 гг. добавка Na2Se03 привела к увеличению концентрации селена до 2—4 мкг/л (при фоновой 0,4 мкг/л) и к снижению содержания ртути в тканях окуня и щуки в 2—3 раза. Однако возникает вопрос, не сопряжено ли искусственное повышение концентрации селена (кстати, тоже легко подвергающегося биометилированию) с возникновением нового, пока еще неидентифи- цированного риска для гидробионтов и человека? Хотя этот элемент эссенциален, потребность в нем организмов очень невелика, а в избыточных количествах он сильно токсичен (Исидоров, 1999).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >