Процеси переносу, накопичення і трансформації хімічних речовин в навколишньому середовищі

Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 1076

Усі присутні у біосфері хімічні речовини як природного, так й антропогенного походження складають хемосферу. Із природних джерел людиною синтезовано та виділено близько 6млн. хімічних речовин. Ця цифра щороку збільшується на 5%. Серед таких речовин антропогенного характеру є мутагени, канцерогени, тератогени. Одним із найважливіших завдань хімічної екології є дослідження перетворень, які відбуваються з речовинами в екосистемах різного ієрархічного рівня, біотрансформації антропогенних речовин та механізмів їх шкідливої дії на організми, екосистеми та біосферу в цілому.

Речовина, один раз потрапивши в навколишнє середовище, може переноситися в незміненому вигляді чи трансформуватися в ході фізичних процесів, зазнавати хімічної трансформації, піддаватися біотрансформації. В узагальненому вигляді ці процеси можуть бути представлені в такий спосіб:

- транспорт (перенесення хімічної речовини і її міжсередовищні переходи);

- фізична трансформація (випаровування, осадження тощо);

- хімічна трансформація (фотоліз, гідроліз, окиснення чи відновлення тощо);

- біологічна трансформація (біотрансформація);

- акумуляція в одному або декількох середовищах.

Поведінка речовини в навколишньому середовищі визначається багатьма факторами:

- особливостями поведінки її в повітрі, воді, ґрунті і біологічних середовищах;

- можливістю сорбуватися або залишатися на поверхні;

- принциповими механізмами обміну і переміщення в кожному об’єкті природного середовища;

- реакціями з іншими складовими навколишнього середовища;

- тривалістю перебування речовини в кожному об’єкті природного середовища і характером зміни концентрацій з часом в кожному з них;

- продуктами перетворення або розкладання речовин, які можуть утворюватися в природному середовищі, ступенем їх екологічної і біологічної небезпеки; поведінкою цих продуктів в природному середовищі;

- можливістю встановлення динамічної рівноваги концентрації речовини в природному середовищі або в окремих її об’єктах;

- характером поширення речовини в природному середовищі і окремих об’єктах, різними видами і формами речовини, особливостями різних кліматогеографічних районів і ландшафтних умов, різним часом доби або сезоном.

Важливе значення для оцінки шляхів міграції та трансформації хімічної речовини в природному середовищі мають її фізико-хімічні властивості і характеристики досліджуваної зони (наприклад, особливості будови ґрунту – глибина залягання прикореневої зони, ґрунтових вод тощо).

Оскільки склад поверхні землі завдяки процесам розсіювання та концентрування хімічних елементів неоднорідний, на ній виявляються території з підвищеним або пониженим вмістом тих або інших хімічних елементів. Ці області, що відрізняються від сусідніх областей вмістом хімічних елементів (сполук) і, внаслідок цього, викликають різну біологічну реакцію з боку місцевої флори і фауни, отримали назву біогеохімічних провінцій. Вміст елементів в цих провінціях може бути вище або нижче їх біологічного оптимуму. Доведено, що від хімічного елементного складу навколишнього середовища залежить морфологічна і фізіологічна мінливість організмів, їх розмноження, зростання і розвиток. В процесі еволюції організми адаптувалися до певного хімічного складу середовища. Тому порушення балансу хімічних елементів в середовищі, як це відбувається в біогеохімічних провінціях, викликає патологічні зміни в рослинах, організмі тварин і людини. Біогеохімічні провінції є центрами вираженої мінливості обміну речовин організмів. В екстремальних геохімічних умовах можливі мутації різних організмів і загострений природний відбір, внаслідок чого можуть виникати популяції з новими біохімічними і морфологічними ознаками. Істотну роль відіграють такі чинники, як чутливість видів або індивідуумів в межах популяцій, а також можливість накопичення мікроелементів і процес синтезу елементоорганічних сполук.

Біологічні реакції організмів на зміну геохімічних чинників можуть виявлятися в наступних формах:

а) толерантності (пристосованості);

б) утворенні нових рас, видів, підвидів;

в) ендемічних захворювань;

г) загибель організмів.

Останні дві форми виявляються у випадках різкої нестачі або надмірності якого-небудь елемента в середовищі.

Накопичення хімічних елементів організмами визначається не тільки їх біологічною природою і геохімією середовища, але і харчовими ланцюгами, через які здійснюється зв'язок організмів і середовища (ґрунтотворні породи, ґрунти, мікроорганізми, вода, повітря, рослини, тварини, людина). У харчовому ланцюзі може відбуватися зменшення концентрації одних хімічних елементів і накопичення інших.

Роль мікро- та ультрамікроелементів, як регуляторів життєвих процесів для нормальної життєдіяльності організмів, надзвичайно велика, але надлишкова їх кількість, як вже відзначалося, може мати негативні наслідки для живих організмів. Тому завжди актуальні та необхідні розробки методів і способів регуляції вмісту як окремих мікроелементів, так і їх комплексів в середовищі існування, для усунення їх дефіциту або надлишку, з метою підтримання високих функціональних та продуктивних спроможностей рослин, тварин, а також в попередженні та лікуванні окремих ендемічних хвороб людини.

Небезпека сучасної екологічної ситуації полягає в тому, що порушуються численні механізми гомеостазу, якщо не в біосфері, то у великих екосистемах, наслідком яких є регіональні кризи. В стадію глобальної кризи біосфера, на щастя, поки що не вступила. Проте окремі великі збурення вона вже гасити не в змозі. Наслідком цього є або розпад екосистеми (збільшуються площі спустошених земель), або поява нестійких агроценозів чи урбанізованих (міських) комплексів.

Серед речовин антропогенного походження, що негативно впливають на біосферу, найбільше значення мають закислюючи агенти (оксиди Карбону, Сульфуру, Нітрогену), фотооксиданти (пероксиацетилнітрат, пероксибензоілнітрат та ін.), метали і металоїди (Меркурій, Кадмій, Плюмбум, Арсен та ін.), а також їх сполуки, органічні полютанти (пестициди, нафтопродукти), компоненти мінеральних добрив (проблеми забруднення навколишнього середовища і рослинницької продукції нітратами), радіонукліди.

Зворотною реакцією зовнішнього середовища на забруднення є погіршення здоров’я людей. Для оцінки небезпеки рівня забруднення для здоров'я населення використовується коефіцієнт небезпеки (К_нб), що визначається відношенням вмісту речовини в компоненті (який аналізується) до її ГДК

К_нб= (2.1)

Сумарний показник небезпеки забруднення визначається шляхом підсумовування показників К_нб.