Экология/2.Экологические и
метеорологические проблемы больших городов и промышленных зон
Д.х.н.
Новиков А.А., аспирант Ткаченко Л.Г.
Херсонский
национальный технический университет, Украина
Влияние загрязнений воды на живые
организмы
Значимость
воды и гидросферы – водной оболочки Земли, нереально переоценить. Конкретно
сейчас, когда темпы роста водопотребления огромны, когда некие страны уже
испытывают острый дефицит пресной воды, в особенности остро стоит вопрос
понижения загрязнения пресной воды.
Загрязнения
водоёмов могут возникать как в результате человеческой деятельности, так и в
результате природных процессов. В пресных водах токсикозы и заморы нередко
возникают в результате "цветения" водоемов - сильном развитии
сине-зеленых водорослей. В некоторых водоемах разложение органических остатков
приводит к накоплению сероводорода и других продуктов распада. В результате
человеческой деятельности в водоемы может поступать много загрязнителей разной
степени токсичности. Вредное действие может вызываться поступлением
нетоксических веществ. Избыток удобрений может привести к изменению типа
водоема, его флоры и фауны, а это не всегда желательно. Многие
сельскохозяйственные ядохимикаты долго сохраняют свою токсичность в воде, илах
и даже в теле гидробионта. Ядохимикаты используются на суше, но дождевые потоки
рано или поздно сносят их в водоемы - озера, болота, реки и моря. С полей в
водоемы уносится значительная часть минеральных и органических удобрений -
фосфатов, нитратов, солей аммония, калия, гуминовых и альбуминоидных
соединений. Эти вещества мало токсичны, но они могут повышать трофность,
нарушать экологическое равновесие в водоеме, стимулировать развитие одних
организмов в ущерб другим[1].
Загрязнение
водоемов обусловлено попаданием в них взвешенных частиц, растворенных
соединений, токсичных и нетоксичных, механических загрязнений. Антропогенные
стоки поступают в водоёмы со сточными водами населенных пунктов и промышленных
предприятий, а также с дождевыми водами. Немалый вред приносит водоемам спуск в
них сточных вод с проходящих судов.
Большинство
стоков содержит в себе неорганические соли. Соли образуются в стоках главным
образом за счет нейтрализации кислот и щелочей, которые в очень больших
количествах применяются в промышленных процессах. Вредность солей для
гидробионтов проявляется, прежде всего в нарушении осмотического равновесия.
Большинство простейших выводит их из своих клеток за счет откачивания
сократительными вакуолями. Вода постоянно насасывается осмосом в цитоплазму, а
сократительные вакуоли выводят ее во внешнюю среду. Уже изменение концентрации
соли в воде на 0,3% ведет к нарушению экскреции. В то время как рыбы мало
реагируют на повышение солей в воде, беспозвоночные животные, которыми они
питаются, очень чувствительны к повышению содержания солей. Солевое загрязнение
пресных водоемов может происходить не только за счет промышленных стоков, но и
за счет проникновения морской воды в пресные водоемы. Подобная ситуация может
сложиться в водоемах, расположенных недалеко от моря и связанных с ним
протоками. Если в пресном водоеме уровень воды снизится, то морская вода может
войти в водоемы и погубить часть фауны и флоры.
Загрязнение
воды нефтью происходит в основном из-за халатного отношения к этому вопросу
людей, ответственных за это дело. Нефть попадает в воду с плавающих
механизированных средств и с водного транспорта. Не нужно думать, что нефть
безвредна для водоемов. Даже тончайшие слои уменьшают скорость проникновения в
воду кислорода. Тонкая пленка нефти может убить нейстон и плейстон. Птицы,
испачканные нефтью, обычно погибают. Загрязнение нефтью чревато еще и тем, что
охватывает большие площади при незначительных попаданиях в воду. Один литр
нефти покрывает поверхностной пленкой полгектара поверхности воды. Катастрофы,
связанные с утечкой нефти, приносят невосполнимые потери[2].
За последнее
время химическая промышленность выпустила целые серии поверхностно-активных
веществ и в таком разнообразии, что многие пресноводные и соленые водоемы уже
заполнены ими, хотя до конца еще далеко, не известно, как действуют новые
моющие средства на гидробиоценозы. Выяснено точно, присутствие детергентов
снижает количество растворенного кислорода в воде. Микробиологами установлено,
что большие концентрации СПАВ убивают живые клетки организмов, частично
растворяя жироподобные вещества - липиды, которые являются обязательным
компонентом клеточных мембран. Низкие концентрации детергентов действуют
подобно ядам и сходны по своему проявлению на организмы при тепловом
загрязнении. Они понижают способность гидробионтов противостоять низкому
содержанию кислорода в воде. Исследования американского ученого Хейса
показывают, что хлопья пены, образуемые детергентами, способствуют захвату яиц
гельминтов в сточных водах и их расселению на большие участки. Помимо всего
детергенты разрушают поверхностную пленку натяжения воды, что влечет за собой
гибель нейстона. Эпинейстон вообще тонет в воде. Если рассматривать устойчивые
детергенты в воде, то они постоянно будут приносить вред водным сообществам. По
этим причинам химическая промышленность пытается выпустить быстро разлагаемые
бактериями моющие средства. Такие детергенты уже выпускаются, а представляют
собой алкилсульфатные соединения. Однако у этих детергентов есть неприятные для
водоемов свойства. Во-первых, при разложении подскакивает показатель БПК,
во-вторых, образуется большое количество фосфатов, которые приводят к
эфтрофикации. Выход из создавшегося положения будет найден, если промышленность
создаст быстроразлагаемые бактериями детергенты с малым количеством фосфатов.
В настоящее
время усиленно развивается медицинская и биохимическая промышленность,
изготавливающая биологически-активные вещества, гормоны, ферменты, витамины,
лекарственные вещества, содержащие активнодействующие на микрофлору и
микрофауну вещества типа антибиотиков. Действие большинства
биологически-активных веществ на гидрофауну и гидрофлору не изучено, вот почему
к выпуску сточных вод, содержащих биологически активные вещества (БАВ) в водоемы
следует подходить с очень большой осторожностью. Иногда в воде появляются
углеводороды, обладающие самыми неожиданными свойствами, они могут быть
канцерогенами и не разлагаться в очистных сооружениях, либо разлагаются
частично[3].
Тяжелые
металлы имеют атомную массу более 60 Д. В качестве токсикантов в водоемах
обычно встречаются: ртуть, свинец, кадмий, олово, цинк, марганец, никель, хотя
известна высокая токсичность других тяжелых металлов - кобальта, серебра,
золота, урана и других. Высокая токсичность для живых существ - это характерное
свойство соединений и ионов тяжелых металлов. В металлическом виде они
нетоксичны. Тяжелые металлы поступают в водоемы в токсических концентрациях
обычно со стоками горнодобывающих и металлургических предприятий, а также
предприятий химической и легкой промышленности, где их соединения используют в
различных технологических процессах. Например, много солей хрома сбрасывают
предприятия по дублению кожи, хром и никель используются для гальванического
покрытия поверхностей металлических изделий. Соединения меди, цинка, кобальта,
титана используются в качестве красителей и т.д. Как уже было сказано, тяжелые
металлы очень токсичны, хотя многие из них необходимы в микроколичествах
различным организмам /медь, марганец, хром, молибден, ванадий/. Они легко
образуют соединения и комплексы с органическими веществами в растворах и в
организме, хорошо усваиваются организмами из воды и передаются по пищевой цепи.
Загрязнители воды влияют на организм
по-разному, что зависит и от загрязнителя, и от организма. Некоторые
соединения, проникающие в организм, могут вызвать повреждение структуры ДНК.
Они называются генотоксинами. В таких случаях включается механизм
восстановления исходной структуры ДНК. Но если по каким-то причинам это невозможно,
клетки с аномальной ДНК могут делиться. Если мутантные клетки начнут
безудержное деление, это может привести к серьезным отрицательным последствиям,
в том числе для будущего потомства. Примеры генотоксинов: полиароматические
углеводороды, афлатоксин, винил-хлорид[3].
Некоторые загрязнители являются
канцерогенами, то есть способны провоцировать рак у человека и животных. Они
также могут быть активаторами роста таких клеток. Наконец, они могут быть
стимуляторами безудержного деления и разрастания раковых клеток. При
злокачественной опухоли клетки в ней делятся с огромной скоростью, повреждая
здоровые клетки и нарушая иммунные механизмы.
Нервная система организма очень восприимчива
к интоксикациям, естественным или искусственным. Химические вещества,
повреждающие нервную систему, называются нейротоксинами. Пример – инсектициды.
Последствия нейроинтоксикации бывают различными. Могут появиться
нескоординированные мышечные сокращения, нарушение функции нервов или
нейропроводимости, головокружение и слабость, или даже нарушение функций отдельных частей
тела.
Нарушение энергетического обмена. Превращения энергии в организме происходит в клеточных структурах – митохондриях. В митохондриях образуется молекула АТФ, доставляющая энергию всем органам.
Если производство АТФ нарушено, передача энергии по организму прекращается. Это
приводит к слабости и невозможности нормально функционировать.
Эндогенные деструкторы – вещества,
приводящие к репродуктивной недостаточности вследствие нарушения работы
репродуктивных (половых) органов. Пример – эстрогенные вещества, имитирующие
эстроген; связываются с рецепторами эстрогена. В результате этого запускаются
эстрогенные процессы, возникает репродуктивная недостаточность. Имитаторы
эстрогена блокируют эндогенный эстроген, и это приводит к маскулинизации
женского организма, то есть женский организм приобретает черты мужского.
Возможно также обнаружение женских гормонов в организме мужской особи. Возникает гермафродитизм. Обоеполость – широко распространенное явление среди
морских организмов.Другой вид нарушений – блокировка рецепторов гормонов. Если
это происходит в течение долгого времени, может возникнуть бесплодие.
Нарушение поведенческих реакций. Поведение живых организмов может меняться под воздействием
загрязнителей. Общее действие загрязнения – снижение аппетита и, как следствие,
сокращение потребления пищи. Поиск добычи также может быть затруднен из-за
влияния загрязнителей на процессы приобретения навыков, поисковую стратегию и органы чувств. Эти поведенческие изменения приводят к уменьшению
выживаемости многих животных[3].
Одно из свойств
загрязнителей, о котором нужно помнить всегда – их способность
взаимодействовать друг с другом. В результате таких реакций могут возникнуть
соединения, полностью нивелирующие отрицательный эффект загрязнителей, или
наоборот появляются еще более токсичные вещества.
Нами ведется
исследование по очистке вод Днепра от различных видов загрязнений.
Разрабатываются технологии позволяющие уменьшить концентрацию вредных веществ в
пресной воде и тем самым ослабить их губительное влияние на жизнедеятельность
экосистемы. Создаются модели по очистке воды от органических примесей, от
неорганических примесей, от нефти и нефтепродуктов. А также рассматривается
создание общей модели по всем основным видам загрязнений.
Литература
1. Ю. В.
Новиков. Экология, окружающая среда и человек. Москва, Фаир, 1999.
2. Бернард Небел.
Наука об окружающей среде (В 2-ух томах), «МИР» М. 1993
3. Экология,
здоровье и природопользование в России /Под.Ред. Протасова В.Ф. - М. 1995/