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Contaminación del medio ambiente por metales pesados brevemente. Contaminación por metales pesados

6. Contaminación ambiental con metales pesados

Los metales pesados (mercurio, plomo, cadmio, zinc, cobre, arsénico) son contaminantes comunes y altamente tóxicos. Se utilizan ampliamente en diversos procesos industriales, por lo que, a pesar de las medidas de tratamiento, el contenido de compuestos de metales pesados en las aguas residuales industriales es bastante alto. Grandes masas de estos compuestos llegan al océano a través de la atmósfera. Para las biocenosis marinas, las más peligrosas son el mercurio, el plomo y el cadmio. El mercurio es transportado al océano por la escorrentía continental y a través de la atmósfera. El polvo atmosférico contiene alrededor de 12 mil toneladas de mercurio, una parte importante del cual es de origen antropogénico. Aproximadamente la mitad de la producción industrial anual de este metal (910 mil toneladas/año) termina en el océano de diversas maneras. En zonas contaminadas por aguas industriales, la concentración de mercurio en solución y materia en suspensión aumenta considerablemente. Al mismo tiempo, algunas bacterias convierten los cloruros en metilmercurio altamente tóxico. La contaminación de los productos del mar ha provocado repetidamente el envenenamiento por mercurio de las poblaciones costeras. El plomo es un oligoelemento típico que se encuentra en todos los componentes. ambiente: en rocas, suelos, aguas naturales, atmósfera, organismos vivos.

La contaminación del medio ambiente por plomo y sus compuestos por parte de las empresas de la industria metalúrgica está determinada por las características específicas de sus actividades productivas: producción directa de plomo y sus compuestos; extracción asociada de plomo de otros tipos de materias primas que contienen plomo como impureza; purificación de los productos resultantes de impurezas de plomo, etc.

En 1995, de las emisiones totales de plomo a la atmósfera de la industria metalúrgica (671 toneladas), aproximadamente el 98,4% provino de empresas metalúrgicas no ferrosas. De los 640 kg de plomo que se vierten anualmente en cuerpos de agua con aguas residuales, 570 kg (89%) pertenecían a empresas productoras de metales no ferrosos. Emisiones de plomo relativamente pequeñas de las empresas metalúrgicas ferrosas Federación Rusa están determinados por la ausencia de un contenido significativo de plomo en las materias primas, aunque en varios países desarrollados del mundo la presencia de plomo en las materias primas minerales y en la chatarra crea graves problemas medioambientales en las zonas de altos hornos, hogares abiertos y fundiciones eléctricas. .

El 99,86% del plomo emitido a la atmósfera procede de 11 de 30 empresas metalúrgicas no ferrosas, incluido alrededor del 94% de este metal emitido por 5 empresas: Sredneuralsky Copper Smelter (291 t/año); JSC "Svyatogor" - Fundición de cobre de Krasnouralsk (170 toneladas/año); Planta de fundición de cobre de Kirovgrad (114 t/año); JSC Dalpolimetal (28 t/año); Planta de electrozinc (16 toneladas/año).

El análisis de las fuentes de liberación de plomo mostró:

El 57% del plomo se libera a la atmósfera con grandes volúmenes de gases polvorientos provenientes de la fundición reflectante de materias primas de cobre (que contienen plomo), que en todas las plantas que utilizan esta tecnología se envían a las chimeneas sin limpieza del polvo;

El 37% del plomo se emite con gases envolventes debido a la ausencia o grado insuficiente de depuración del polvo sublimado rico en contenido de plomo;

Un factor importante es la insuficiente eficacia de los medios de recogida de polvo existentes en las empresas de metalurgia no ferrosa.

La contaminación del suelo con zinc y flúor provoca una disminución del rendimiento no solo debido a los efectos tóxicos directos, sino también al cambio en la proporción de nutrientes en el suelo. Los compuestos solubles se mueven a lo largo del perfil del suelo con el flujo descendente de las soluciones del suelo y pueden ingresar al agua subterránea. La contaminación del suelo destruye la estructura del suelo, reduce la permeabilidad del suelo e inhibe el crecimiento de microorganismos, reduce la actividad enzimática de los suelos y reduce el rendimiento de las plantas.

Cabe señalar que la toxicidad de los metales pesados aumenta cuando actúan juntos sobre los organismos vivos del suelo. El efecto combinado del zinc y el cadmio tiene un efecto inhibidor sobre los microorganismos varias veces más fuerte que con la misma concentración de cada elemento por separado. Dado que los metales pesados suelen encontrarse en diversas combinaciones tanto en los productos de la combustión de combustibles como en las emisiones de la industria metalúrgica, su efecto sobre la naturaleza que rodea las fuentes de contaminación es más fuerte de lo esperado en función de la concentración de elementos individuales.

Cerca de las empresas, las fitocenosis naturales de las empresas se vuelven más diversas en la composición de especies, ya que muchas especies no pueden soportar mayores concentraciones de metales pesados en el suelo. El número de especies se puede reducir a 2-3 y, en ocasiones, hasta la formación de monocenosis. En las fitocenosis forestales, los líquenes y musgos son los primeros en responder a la contaminación. La capa de árboles es la más estable. Sin embargo, la exposición prolongada o de alta intensidad provoca en él fenómenos de resistencia a la sequedad.

La detección de contaminación del suelo con metales pesados se realiza mediante métodos directos de muestreo de suelo en las áreas de estudio y su análisis químico para determinar el contenido de metales pesados. También es eficaz utilizar una serie de métodos indirectos para estos fines: evaluación visual del estado de fitogénesis, análisis de la distribución y comportamiento de especies indicadoras entre plantas, invertebrados y microorganismos.

Para identificar patrones espaciales de contaminación del suelo, se utilizan un método geográfico comparativo y métodos para mapear los componentes estructurales de las biogeocenosis, incluidos los suelos. Estos mapas no sólo registran el nivel de contaminación del suelo con metales pesados y los correspondientes cambios en la cobertura del suelo, sino que también permiten predecir cambios en el estado del medio ambiente natural.

Detectar niveles tóxicos de metales pesados no es fácil. Para suelos con diferentes composiciones mecánicas y contenido de materia orgánica, este nivel será diferente. Actualmente, los empleados de los institutos de higiene han intentado determinar las concentraciones máximas permitidas de metales en el suelo. Se recomiendan como plantas de prueba la cebada, la avena y las patatas. Se consideró nivel tóxico cuando hubo una reducción del 5-10% en el rendimiento. Las concentraciones máximas permisibles propuestas para el mercurio son 25 mg/kg, el arsénico es 12-15 y el cadmio es 20 mg/kg. Se han establecido algunas concentraciones nocivas de varios metales pesados en las plantas (g/millón): plomo - 10, mercurio - 0,04, cromo - 2, cadmio - 3, zinc y manganeso - 300, cobre - 150, cobalto - 5, molibdeno y níquel – 3, vanadio – 2.

La protección de los suelos contra la contaminación por metales pesados se basa en una mejor producción. Por ejemplo, para producir 1 tonelada de cloro, una tecnología utiliza 45 kg de mercurio y otra, entre 14 y 18 kg. En el futuro se considera posible reducir este valor a 0,1 kg. La nueva estrategia para proteger los suelos de la contaminación por metales pesados pasa también por la creación de sistemas tecnológicos cerrados y la organización de una producción sin residuos.

7. Clasificación de los residuos sólidos de la metalurgia ferrosa, sus características.

La clasificación de los residuos de producción es posible según varios criterios, entre los que se pueden considerar los principales:

por industria: metalurgia ferrosa y no ferrosa, extracción de minerales y carbón, petróleo y gas, etc.;

por composición de fases: sólido (polvo, lodos, escoria), líquido (soluciones, emulsiones, suspensiones), gaseoso (óxidos de carbono, óxidos de nitrógeno, compuestos de azufre, etc.);

por ciclos de producción: en la extracción de materias primas (estiércol y rocas ovaladas), en el enriquecimiento (relaves, lodos, desechos), en pirometalurgia (escorias, lodos, polvo, gases), en hidrometalurgia (soluciones, sedimentos, gases).

En una planta metalúrgica de ciclo cerrado (hierro-acero-rollo), los residuos sólidos pueden ser de dos tipos: polvo y escoria. Muy a menudo se utiliza la purificación de gases por vía húmeda y, en lugar de polvo, los residuos se convierten en lodos. Los más valiosos para la metalurgia ferrosa son los desechos que contienen hierro (polvo, lodos, incrustaciones), mientras que las escorias se utilizan principalmente en otras industrias.

Durante el funcionamiento de las principales unidades metalúrgicas se forma una gran cantidad de polvo fino, formado por óxidos de diversos elementos. Este último se captura en instalaciones de tratamiento de gas y luego se introduce en un tanque de almacenamiento de lodos o se envía para su posterior procesamiento.

Los lodos se pueden dividir en:

lodos de plantas de sinterización;

lodos de alto horno:

limpieza de gases de altos hornos;

b) salas de almacenamiento de altos hornos;

lodos de depuración de gases de hornos de hogar abierto;

lodos de limpieza de gases del convertidor;

Lodos de limpieza de gases de hornos eléctricos.

rico (55-67%) – polvo y lodos de la purificación de gases de hornos y convertidores de hogar abierto;

b) relativamente rico (40-55%): lodos y polvo de la producción de altos hornos de sinterización;

c) pobre (30-40%): lodos y polvo de la purificación de gases de la producción de hornos eléctricos.

Las principales características de los lodos son la composición química y granulométrica, sin embargo, al preparar los lodos para su eliminación, es necesario conocer parámetros tales como densidad, humedad, rendimiento específico, etc. Cabe señalar que el polvo (lodos) de las empresas metalúrgicas Se diferencian entre sí en su composición química, por lo que estas características se presentan a continuación en forma promedio.

Los lodos de los dispositivos recolectores de polvo de los altos hornos se forman durante la limpieza de los gases que salen de ellos. Frente a ellos se instalan colectores de polvo seco radiales o tangenciales, en los que se captura el polvo más grande, que se devuelve a la producción de sinterizado como componente de la carga. Composición química Lodos por componentes principales, %: Fetotal 30-50, CaO 5,0-8,5; SiO2 6,0-12%; MgO 1,5-2,0; Común 0,2-0,9; Comunicaciones 2,5-30; Al2O3 1,2-3,0; P 0,015-0,05; Zn 0,05-5,3. Su densidad oscila entre 2,7 y 3,8 g/cm y el rendimiento específico es de 2,75 a 3,84%. La tasa de utilización de estos lodos varía (para diferentes empresas) de manera bastante significativa: de 0,1 a 0,8. Se trata de un material bastante finamente disperso: fracciones >0,063 mm hasta 10-13%, 0,016-0,032 mm de 16 a 50% y 1%), lo que requiere una descincificación previa del lodo.

8. Perspectivas de desarrollo

En el futuro previsible, deberían producirse cambios significativos en el estado técnico del complejo metalúrgico y en los procesos de gestión medioambiental, que resolverán significativamente muchos problemas medioambientales. Sólo en la metalurgia no ferrosa, se espera que la cantidad de emisiones de contaminantes nocivos disminuya entre un 12% y un 15%, y la gran mayoría de las empresas alcanzarán los estándares máximos de emisiones permisibles. Un aumento del 20% en el uso de sistemas mineros con relleno del espacio minado en las áreas de extracción de materias primas, previsto por el programa de desarrollo metalúrgico en Rusia, permitirá, además de mejorar los indicadores técnicos en la extracción de minerales, garantizar la seguridad de la superficie terrestre en la parcela minera y reducir significativamente el consumo de materiales de fijación, incluidos los metales muy caros.

Grandes reservas y oportunidades para resolver problemas ambientales residen en la complejidad del procesamiento de materias primas, en el pleno uso de componentes útiles en su composición y depósitos.

Lista de literatura usada:

Informe estatal "Sobre el estado y la protección del medio ambiente en la Federación de Rusia en 2002" // Ministerio de Recursos Naturales de la Federación de Rusia, Moscú, 2003.

Libro de referencia “Protección de la atmósfera contra la contaminación industrial” // Editado por S. Calvert y G.M. Englund (traducción del inglés), Moscú “Metalurgia”, 1988

Libro de referencia sobre geografía “Geografía de la economía rusa”, “Geografía física” // Pashkang K.V.

Análisis de la producción y las actividades económicas de las empresas de metalurgia ferrosa // Yuzov O. V., Moscú “Metalurgia”, 1980.

De los 104 elementos químicos conocidos por la humanidad en la actualidad, 82 son metales. Ocupan un lugar destacado en la vida de las personas en los ámbitos industrial, biológico y medioambiental. Ciencia moderna divide los metales en pesados, ligeros y nobles. En este artículo veremos la lista de metales pesados y sus características.

Determinación de metales pesados.

Inicialmente, era costumbre llamar metales pesados a aquellos representantes que tienen una masa atómica superior a 50. Sin embargo, hoy en día el uso de este término se produce con mayor frecuencia no desde un punto de vista químico, sino en función de su impacto en la contaminación ambiental. Así, la lista de metales pesados incluye aquellos metales y metaloides (semimetales) que contaminan elementos de la biosfera humana (suelo, agua). Mirémoslos.

¿Cuántos elementos incluye la lista de metales pesados?

Hoy en día no existe consenso sobre el número de elementos de esta lista, ya que no existen criterios generales para clasificar los metales como pesados. Sin embargo, la lista de metales pesados se puede formar dependiendo de varias propiedades Los metales y sus características. Éstas incluyen:

Peso atomico. Según este criterio, se incluyen más de 40 elementos con una masa atómica superior a 50 uma (g/mol).
Densidad. Con base en este criterio, se consideran pesados aquellos metales cuya densidad es igual o superior a la del hierro.
La toxicidad biológica combina metales pesados que afectan negativamente la vida de los seres humanos y los organismos vivos. Hay alrededor de 20 elementos en su lista.

Efecto en el cuerpo humano.

La mayoría de estas sustancias tienen un efecto negativo en todos los organismos vivos. Debido a su importante masa atómica, se transportan mal y se acumulan en los tejidos humanos, provocando diversas enfermedades. Así, para el cuerpo humano, el cadmio, el mercurio y el plomo son reconocidos como los metales más peligrosos y pesados.

La lista de elementos tóxicos está agrupada por grado de peligrosidad según las llamadas reglas de Mertz, según las cuales los metales más tóxicos tienen el rango de exposición más pequeño:

Cadmio, mercurio, talio, plomo, arsénico (un grupo de los venenos metálicos más peligrosos, exceso estándares aceptables que puede provocar graves trastornos psicofisiológicos e incluso la muerte).
Cobalto, cromo, molibdeno, níquel, antimonio, escandio, zinc.
Bario, manganeso, estroncio, vanadio, tungsteno

Esto no significa, sin embargo, que ninguno de los elementos agrupados anteriormente, según las reglas de Mertz, deba estar presente en el cuerpo humano. Por el contrario, la lista de metales pesados incluye estos y más de otros 20 elementos, cuya pequeña concentración no sólo no es peligrosa para la vida humana, sino que también es necesaria en los procesos metabólicos, especialmente hierro, cobre, cobalto, molibdeno e incluso zinc.

Contaminación ambiental con metales pesados.

Los elementos de la biosfera que están contaminados por metales pesados son el suelo y el agua. Los culpables suelen ser las empresas metalúrgicas que procesan metales ligeros y pesados, así como las empresas de escape de automóviles, las salas de calderas, las industrias químicas, las imprentas e incluso las centrales eléctricas.

Las toxinas más comunes son: plomo (producción de automóviles), mercurio (ejemplo de distribución: termómetros rotos en la vida cotidiana y lámparas fluorescentes), cadmio (que se forma como resultado de la quema de basura). Además, en la mayoría de las fábricas se utiliza uno u otro elemento que puede caracterizarse como pesado. El grupo de metales, cuya lista se dio anteriormente, ingresa con mayor frecuencia a los cuerpos de agua en forma de desechos y luego llega a los humanos.

Además de los factores de contaminación de la naturaleza provocados por el hombre con metales pesados, también existen los naturales: se trata de erupciones volcánicas, en cuya lava se encontró un mayor contenido de cadmio.

Características de la distribución de los metales más tóxicos de la naturaleza.

El mercurio en la naturaleza está más localizado en el agua y el aire. El mercurio ingresa a las aguas de los océanos del mundo a través de desagües industriales y también se encuentran vapores de mercurio formados como resultado de la combustión del carbón. Los compuestos tóxicos se acumulan en los organismos vivos, especialmente en los mariscos.

El plomo tiene una amplia área de distribución. Se acumula en las montañas, en el suelo, en el agua, en los organismos vivos e incluso en el aire, en forma de gases de escape de los automóviles. Por supuesto, el plomo también llega al medio ambiente como consecuencia de la acción antropológica en forma de residuos industriales y residuos no reciclados (acumuladores y pilas).

Y la fuente de la contaminación ambiental con cadmio son también los factores naturales: la erosión de los minerales de cobre, la lixiviación del suelo y los resultados de la actividad volcánica.

Ámbito de aplicación de metales pesados.

A pesar de la toxicidad, la industria moderna crea una enorme variedad de productos saludables, procesamiento de aleaciones pesadas, entre las que se incluyen aleaciones de cobre, zinc, plomo, estaño, níquel, titanio, circonio, molibdeno, etc.

El cobre es un material altamente plástico del que se elaboran diversos cables, tuberías, utensilios de cocina, joyas, cubierta de techo y mucho más. Además, se utiliza mucho en ingeniería mecánica y construcción naval.

El zinc tiene altas propiedades anticorrosión, por lo que se utiliza ampliamente para recubrir productos metálicos (el llamado galvanizado). Áreas de aplicación de los productos de zinc: construcción, ingeniería mecánica, imprenta (producción de formularios impresos), ciencia espacial, industria química (producción de barnices y pinturas) e incluso medicina ( antisépticos y etc.).

El plomo se funde fácilmente, por lo que se utiliza como materia prima en muchas industrias: pinturas y barnices, química, automoción (parte de baterías), radioelectrónica, médica (producción de delantales protectores para pacientes durante exámenes de rayos X).

METALES PESADOS EN EL MONITOREO ECOLÓGICO DE SISTEMAS DE AGUA

METALES PESADOS EN EL MONITOREO ECOLÓGICO DE SISTEMAS DE AGUA

H. S. BUDNIKOV

Se discuten a nivel interdisciplinario algunos aspectos de la contaminación ambiental, especialmente la de las aguas superficiales por metales pesados. Se observa un doble papel biológico de los metales como componentes de la vida y como tóxicos. El trabajo analítico es necesario para la evaluación periódica del estado ambiental.

G. K. Budnikov
Universidad Estatal de Kazán

Entre los contaminantes de la biosfera que son de mayor interés para diversos servicios de control de calidad, los metales (principalmente pesados, es decir, con un peso atómico superior a 40) se encuentran entre los más importantes. Esto se debe en gran medida a la actividad biológica de muchos de ellos. El efecto fisiológico de los metales en el cuerpo humano y en los animales es diferente y depende de la naturaleza del metal, del tipo de compuesto en el que existe en el medio natural, así como de su concentración. Muchos metales pesados presentan propiedades complejantes pronunciadas. Así, en medios acuosos, los iones de estos metales se hidratan y son capaces de formar diversos hidroxocomplejos, cuya composición depende de la acidez de la solución. Si hay aniones o moléculas presentes en la solución. compuestos orgánicos, entonces los iones de estos metales forman varios complejos de diferente estructura y estabilidad. Entre los metales pesados, algunos son extremadamente necesarios para el sustento de la vida de los seres humanos y otros organismos vivos y pertenecen a los llamados elementos biogénicos. Otros provocan el efecto contrario y, cuando entran en un organismo vivo, provocan su envenenamiento o su muerte. Estos metales pertenecen a la clase de los xenobióticos, es decir, ajenos a los seres vivos. Los especialistas en protección del medio ambiente han identificado un grupo prioritario entre los metales tóxicos. Incluye cadmio, cobre, arsénico, níquel, mercurio, plomo, zinc y cromo como los más peligrosos para la salud humana y animal. De ellos, el mercurio, el plomo y el cadmio son los más tóxicos. Las posibles fuentes de contaminación de la biosfera con metales pesados incluyen empresas de metalurgia ferrosa y no ferrosa (emisiones de aerosoles que contaminan la atmósfera, efluentes industriales que contaminan las aguas superficiales), ingeniería mecánica (baños de cobre, niquelado, cromado, chapado de cadmio), plantas de procesamiento de baterías y transporte de automóviles.

Además de las fuentes antropogénicas de contaminación ambiental con metales pesados, existen otras fuentes naturales, como las erupciones volcánicas: el cadmio se descubrió hace relativamente poco tiempo en los productos de la erupción del Monte Etna en la isla de Sicilia, en el mar Mediterráneo. Como resultado de la lluvia ácida, pueden producirse mayores concentraciones de metales tóxicos en las aguas superficiales de algunos lagos, lo que provoca la disolución de minerales y rocas lavadas por estos lagos. Todas estas fuentes de contaminación provocan un aumento del contenido de contaminantes metálicos en la biosfera o sus componentes (aire, agua, suelo, organismos vivos) en comparación con el nivel natural, el llamado nivel de fondo. Aunque, como se mencionó anteriormente, la entrada de metales tóxicos también puede ocurrir a través de la transferencia de aerosoles, estos penetran en un organismo vivo principalmente a través del agua. Una vez en el cuerpo, los metales tóxicos a menudo no sufren transformaciones significativas, como ocurre con los tóxicos orgánicos, y, una vez entrados en el ciclo bioquímico, lo abandonan con extrema lentitud.

Para controlar la calidad de las aguas superficiales se han creado diversos servicios de observación hidrobiológica. Monitorean el estado de contaminación de los ecosistemas acuáticos bajo la influencia de la influencia antropogénica. Dado que dicho ecosistema incluye tanto el medio en sí (agua) como otros componentes (sedimentos del fondo y organismos vivos: hidrobiontes), la información sobre la distribución de metales pesados entre los componentes individuales del ecosistema es muy importante. En este caso, se pueden obtener datos confiables utilizando métodos modernos. Química analítica, permitiendo determinar el contenido de metales pesados al nivel de las concentraciones de fondo.

Cabe señalar que los avances en el desarrollo de métodos de análisis han permitido resolver tales Problemas globales cómo detectar las fuentes principales
contaminación de la biosfera, estableciendo la dinámica de la contaminación y transformación de los contaminantes, su transferencia y migración. Al mismo tiempo, los metales pesados fueron clasificados como uno de los objetos de análisis más importantes. Dado que su contenido en materiales naturales puede variar ampliamente, los métodos para su determinación deben ofrecer una solución al problema. Como resultado de los esfuerzos de los científicos analíticos en muchos países, se han desarrollado métodos que permiten determinar los metales pesados en el nivel de femtogramos (10 - 15 g) o en presencia de un (!) átomo en el volumen de muestra analizado. , por ejemplo, níquel en una célula viva. No sólo los químicos analíticos, sino también los biólogos y ecologistas (sus actividades están tradicionalmente relacionadas con este problema) están mostrando interés profesional por el complejo y multifacético problema que representa la contaminación química del medio ambiente con metales pesados y que abarca diversas disciplinas y que ya se ha convertido en un centro interdisciplinario independiente. campo del conocimiento. , pero también médicos. En el flujo de información científica y de divulgación científica, así como en los medios de comunicación, aparecen cada vez más materiales sobre el efecto de los metales pesados en la salud humana. Así, en Estados Unidos se prestó atención a la manifestación de agresividad en los niños debido al mayor contenido de plomo en sus cuerpos. En otras regiones del planeta, un aumento en el número de crímenes y suicidios también se asocia con un aumento en el contenido de estos tóxicos en el ambiente. Es de interés discutir algunos aspectos químicos y ecológico-químicos del problema de la distribución de metales pesados en el medio ambiente, en particular en las aguas superficiales.

Durante mucho tiempo se creyó firmemente que las funciones biológicas importantes las desempeñan únicamente el sodio, el potasio, el magnesio, el hierro y el calcio, que en conjunto proporcionan casi el 99% de todos los átomos metálicos del cuerpo humano y (excepto el hierro) también pertenecen. al grupo de macroelementos. Los átomos hidratados de cuatro de estos metales, a saber, sodio, potasio, magnesio y calcio, participan en los procesos de ósmosis y transmisión de señales nerviosas y también determinan la resistencia del tejido óseo esquelético. El hierro es parte de la molécula de hemoglobina, la proteína más importante involucrada en la unión del oxígeno atmosférico y su transferencia a las células de órganos y tejidos, es decir, durante el proceso de respiración. El interés por las funciones de los elementos de transición, que (incluido el hierro) se clasifican como metales pesados y se encuentran en pequeñas cantidades en el organismo, ha surgido hace relativamente poco tiempo. Ha surgido una nueva rama de la ciencia: la química bioinorgánica, que estudia la estructura, propiedades y reacciones de compuestos de elementos biogénicos in vivo. Debido a su bajo contenido en el cuerpo vivo, se les empezó a llamar microelementos.

La importancia de los microelementos en la implementación de las funciones vitales humanas ya ha sido probada para muchos elementos (manganeso, zinc, molibdeno, flúor, yodo y selenio), y para otros (cromo, níquel, vanadio, estaño, arsénico, silicio) es probable. El criterio principal por el que se distinguen los macroelementos de los microelementos es la necesidad del organismo del elemento, determinada en mg/kg de peso al día. Todos estos microelementos funcionan en el cuerpo en forma de iones hidratados o, como el hierro, en forma de compuestos de coordinación.

También se sabe que el cuerpo humano contiene la mayoría de los metales no de transición y en cantidades mínimas, por ejemplo: mercurio de los empastes dentales, plomo, antimonio y arsénico de la tinta de imprenta de periódicos y libros, cobre, estaño, manganeso y aluminio de la cocina. utensilios. Sin embargo, en primer lugar no se considerarán estos metales, sino los vitales, es decir, los biogénicos. En el cuerpo humano y en los animales, durante la vida, se producen muchas reacciones químicas enzimáticas, acompañadas de la ruptura de enlaces muy fuertes, es decir, aquellas que solo pueden llevarse a cabo en condiciones de laboratorio en condiciones duras, por ejemplo, a altas temperaturas. presión o temperatura.

Aunque una molécula de una enzima que contiene metales puede soportar muchos miles de ciclos catalíticos, los procesos metabólicos que ocurren en un organismo vivo pueden conducir a la destrucción de algunas enzimas y a la eliminación de la cantidad correspondiente de metales del cuerpo. Por lo tanto, es necesario compensar estas pérdidas, ya que la falta de microelementos provocará una alteración de las funciones vitales del organismo, lo que puede provocar diversas enfermedades. La cantidad de microelementos introducidos se puede regular mediante la dieta y, si es necesario, por ejemplo, para prevenir enfermedades, tomando medicamentos especiales, generalmente producidos en forma de aditivos alimentarios. Como ejemplo, podemos citar los conocidos complejos de vitaminas y microelementos utilizados en la nutrición de deportistas y grupos profesionales trabajar en condiciones ambientales extremas.

Cabe señalar que la fuerza de los enlaces químicos de las proteínas y otros componentes sanguíneos biológicamente importantes con iones de cualquier metal es suficiente durante una parte importante del tiempo que el metal permanece en el cuerpo en forma de un complejo con proteínas, aminoácidos. ácidos y otros compuestos biológicamente activos. Por tanto, si un exceso de metales entra en el organismo, este último puede provocar una alteración de sus funciones, intoxicación o la muerte. El grado de tal efecto depende no sólo de la concentración que excede un cierto nivel, sino también de la naturaleza del metal, principalmente de su capacidad complejante. Por lo tanto, si la capacidad de formación de complejos de un metal tóxico es suficientemente alta, entonces puede desplazar el catalizador de metal biogénico del centro activo como resultado de una interacción competitiva o unir a sí mismo la inmensa mayoría de los compuestos biológicamente activos utilizados para la síntesis de una u otra enzima vital.

También cabe señalar que sólo los elementos biogénicos disponibles contenidos en los productos alimenticios en forma de sales de ácidos orgánicos y otros compuestos químicos solubles, la mayoría de las veces complejos, tienen valor biológico. En la literatura sobre evaluación de la calidad. productos alimenticios, proporciona información sobre el contenido de determinados microelementos en frutas, verduras, carne, leche, etc.

Los conceptos de macro y microelementos no siempre se distinguen claramente si esta división se aplica a diferentes grupos de organismos. Por ejemplo, en las plantas el conjunto de microelementos vitales es claramente diferente del de los animales superiores. Sin embargo, las plantas también necesitan un cierto nivel de microelementos en el suelo, lo que normalmente se consigue aplicando los llamados microfertilizantes, que son esencialmente un conjunto de microelementos biogénicos: zinc, vanadio, molibdeno, cobre, cobalto, hierro, manganeso.

El indicador más importante de la calidad del hábitat es el grado de pureza de las aguas superficiales. Un metal tóxico, una vez en un embalse o río, se distribuye entre los componentes de este ecosistema acuático. Sin embargo, no todas las cantidades de metal provocan alteraciones en este sistema. Al evaluar la capacidad de un ecosistema para resistir efectos tóxicos externos, se acostumbra hablar de la capacidad de amortiguación del ecosistema. Así, se entiende por capacidad amortiguadora de los ecosistemas de agua dulce frente a los metales pesados aquella cantidad de metal tóxico cuyo suministro no altera significativamente el funcionamiento natural de todo el ecosistema en estudio. En este caso, el propio metal tóxico se distribuye en los siguientes componentes: 1) metal en forma disuelta; 2) absorbido y acumulado por fitoplancton, es decir, microorganismos vegetales; 3) retenidos por los sedimentos del fondo como resultado de la sedimentación de partículas orgánicas y minerales en suspensión del medio acuático; 4) adsorbido en la superficie sedimentos del fondo directamente del medio acuático en forma soluble; 5) ubicado en forma adsorbida sobre partículas en suspensión. En la Fig. La Figura 1 muestra esquemáticamente la distribución de metales tóxicos (M) en el ecosistema acuático.

Las formas de aparición de metales en el agua están influenciadas por hidrobiontes (por ejemplo, moluscos). Así, al estudiar el comportamiento del cobre en aguas superficiales se observan fluctuaciones estacionales en su concentración: en invierno son máximas y en verano disminuyen debido al crecimiento activo de la biomasa. Cuando las partículas orgánicas suspendidas, que tienen la capacidad de adsorber iones de cobre, se sedimentan, estas últimas pasan a los sedimentos del fondo, lo que conduce al efecto observado. También cabe señalar que la intensidad de este proceso depende de la velocidad de sedimentación de las suspensiones, es decir, indirectamente de factores como el tamaño y la carga de las partículas que adsorben iones de cobre.

Además de la acumulación de metales por adsorción y posterior sedimentación, en las aguas superficiales se producen otros procesos que reflejan la resistencia de los ecosistemas a los efectos tóxicos de dichos contaminantes. El más importante de ellos es la unión de iones metálicos en un ambiente acuoso mediante sustancias orgánicas disueltas. En este caso, la concentración total del tóxico en el agua no cambia. Sin embargo, en general se acepta que los iones metálicos hidratados son los más tóxicos, mientras que los unidos en complejos son menos peligrosos o incluso casi inofensivos. Estudios especiales han demostrado que no existe una relación clara entre la concentración total de un metal tóxico en las aguas superficiales naturales y su toxicidad.

Las aguas superficiales naturales contienen muchas sustancias orgánicas, el 80% de las cuales son polímeros altamente oxidados, como sustancias húmicas que penetran en el agua desde el suelo. El resto de sustancias orgánicas solubles en agua son productos de desecho de organismos (polipéptidos, polisacáridos, ácidos grasos y aminoácidos) o impurezas de origen antropogénico similares en propiedades químicas. Todos ellos, por supuesto, sufren diversas transformaciones en el medio acuático. Pero al mismo tiempo, todos ellos son una especie de reactivos formadores de complejos que unen iones metálicos en complejos y así reducen la toxicidad del agua.

Las formas en que los metales tóxicos M ingresan a los ecosistemas acuáticos y las formas de su aparición no son solo la presencia de materia orgánica disuelta y materia en suspensión, sino también la capacidad de acumulación de los hidrobiontes, así como la cinética de absorción de iones metálicos por todos los componentes. del ecosistema, incluida la formación de complejos con sustancias orgánicas disueltas. Todo esto indica la complejidad de los procesos que ocurren en las aguas superficiales cuando entran en ellas contaminantes metálicos. En la Fig. La Figura 2 muestra un diagrama de la distribución de metales tóxicos en aguas superficiales naturales, reflejando en términos generales los procesos químicos y fisicoquímicos de su unión en diversas formas. Es interesante observar que los ácidos húmicos, estos compuestos naturales específicos de alto peso molecular que se forman durante la transformación de residuos vegetales en el suelo bajo la influencia de microorganismos, aparentemente son capaces de unir en gran medida iones de metales pesados en complejos estables. Así, las constantes de estabilidad de los correspondientes humatos (complejos de iones de metales pesados con ácidos húmicos) tienen valores en el rango de 10 5 –10 12 dependiendo de la naturaleza del metal. La estabilidad de los humatos depende de la acidez del medio acuático.

Aunque el aspecto químico-analítico del problema de determinar las formas de existencia de los metales en aguas naturales se formuló hace unos 20 años, sólo con la llegada de los últimos métodos de análisis este problema se volvió accesible a la solución. Hasta ahora sólo se determinaba el contenido bruto de metales pesados en el agua y se establecía la distribución entre formas suspendidas y disueltas. La calidad del agua contaminada con metales se juzgó basándose en una comparación de los datos sobre su contenido bruto con los valores de MPC. Ahora tal evaluación se considera incompleta e infundada, ya que el efecto biológico de un metal está determinado por su estado en el agua, y estos son, por regla general, complejos con varios componentes (Fig. 2). Como se señaló anteriormente, en algunos casos, por ejemplo, cuando se forman complejos con compuestos orgánicos de origen natural, estos complejos no solo son poco tóxicos, sino que a menudo tienen un efecto estimulante sobre el desarrollo de los organismos acuáticos, ya que en este caso se vuelven biológicamente disponibles. a los organismos.

Al desarrollar los MPC existentes, no se tuvieron en cuenta los procesos de complejación y se evaluó el impacto de las sales inorgánicas de metales pesados en los organismos vivos en soluciones acuosas puras en ausencia de sustancias orgánicas disueltas de origen natural. Estrictamente hablando, tal evaluación es difícil y a veces imposible.

Entonces, la toxicidad del agua cuando está contaminada con metales pesados está determinada principalmente por la concentración de iones metálicos acuáticos o complejos simples con iones inorgánicos. La presencia de otras sustancias complejantes, principalmente orgánicas, reduce la toxicidad. El fenómeno mencionado anteriormente de acumulación de sustancias tóxicas en los sedimentos del fondo puede causar toxicidad secundaria de las aguas. De hecho, incluso si se elimina la fuente de contaminación y, como dicen, "el agua es normal", en el futuro será posible la migración inversa del metal desde los sedimentos del fondo al agua. Por tanto, la previsión del estado de los sistemas hídricos debe basarse en los datos procedentes del análisis de todos sus componentes, realizado a intervalos determinados.

Un caso curioso fue el descubrimiento de depósitos de cinabrio (sulfuro de mercurio) en una de las regiones de los Cárpatos. Para los geólogos, este hallazgo fue una sorpresa. Resultó que en la Edad Media, en los pueblos situados en las montañas aguas arriba del río, el mercurio se utilizaba sistemáticamente para tratar determinadas enfermedades. Con el paso de los años, el río recogió este metal, lo llevó río abajo y lo acumuló en una de las trampas naturales en forma de sedimentos del fondo. Su posterior transformación se logró finalmente con el cinabrio. Este ejemplo muestra que en la naturaleza existe un continuo movimiento, migración y acumulación de tóxicos de origen antropogénico, mientras que también están sujetos a transformación química hacia formas más estables.

De la lista de contaminantes metálicos prioritarios, consideramos que el mercurio, el plomo y el cadmio representan el mayor peligro para la salud humana y animal.

Mercurio.

En el medio ambiente, los compuestos de mercurio con grados variables La oxidación del metal, es decir, Hg(0), Hg(I), Hg(II), pueden reaccionar entre sí. El mayor peligro lo representan los compuestos orgánicos, principalmente alquílicos.

Formas de existencia de metales en aguas superficiales.

Toxicidad reducida (hasta un 97%) – aguas superficiales de los océanos. Aproximadamente la mitad de todo el mercurio ingresa al medio ambiente natural debido a causas provocadas por el hombre.

La acidez del medio ambiente y su potencial oxidativo inciden en la presencia de una u otra forma de mercurio en el medio acuático. Por tanto, en yacimientos bien aireados predominan los compuestos de Hg(II). Los iones de mercurio se unen fácilmente formando complejos estables con diversas sustancias orgánicas que se encuentran en el agua y actúan como ligandos. Con compuestos que contienen azufre se forman complejos especialmente fuertes. El mercurio se absorbe fácilmente en partículas de agua suspendidas. En este caso, el llamado factor de concentración alcanza en ocasiones 10 5, es decir, en estas partículas se concentra cien mil veces más mercurio del que está en equilibrio en el medio acuático. De ello se deduce que el destino del metal estará determinado por la sorción por las partículas suspendidas seguida de la sedimentación, es decir, esencialmente se producirá la eliminación del mercurio del sistema de agua, como ya se describió en el ejemplo de la formación de depósitos de cinabrio en la región de los Cárpatos. Cabe señalar que la desorción del mercurio de los sedimentos del fondo se produce lentamente, por lo que la recontaminación de las aguas superficiales una vez identificada y eliminada la fuente de contaminación también ha inhibido la cinética. En medios acuosos, el mercurio forma compuestos organometálicos del tipo R – Hg – X y R – Hg – R, donde R es un radical metilo o etilo. Desde fuentes antropogénicas, el mercurio ingresa a los sistemas acuáticos en forma predominantemente de mercurio metálico, iones Hg(II) y acetato fenilmercúrico. La forma predominante de mercurio que se encuentra en el pescado es el metilmercurio, que se forma biológicamente por enzimas de microorganismos. En las aguas superficiales no contaminadas, el contenido de mercurio oscila entre 0,2 y 0,1 μg/l, en las aguas marinas es tres veces menor. Las plantas acuáticas absorben mercurio. Los compuestos orgánicos R–Hg–R" se encuentran en concentraciones más altas en el plancton de agua dulce que en el plancton marino. Los compuestos orgánicos de mercurio se excretan del cuerpo más lentamente que los inorgánicos. La norma existente para el contenido máximo de esta sustancia tóxica (0,5 μg/kg ) se utiliza para el control de calidad de los productos alimenticios. Se supone que el mercurio está presente en forma de compuestos metilados que, si son ingeridos por el cuerpo humano, pueden causar la enfermedad de Minimata.

Dirigir.

La mitad de la cantidad total de este tóxico ingresa al medio ambiente como resultado de la quema de gasolina con plomo. En los sistemas acuáticos, el plomo se asocia principalmente por adsorción con partículas en suspensión o se encuentra en forma de complejos solubles con ácidos húmicos. Cuando se biometila, como ocurre con el mercurio, el plomo eventualmente forma tetrametilo de plomo. En las aguas superficiales terrestres no contaminadas, el contenido de plomo no suele superar los 3 µg/l. Los ríos de las regiones industriales tienen niveles de plomo más altos. La nieve puede acumular esta sustancia tóxica en gran medida: en los alrededores ciudades importantes su contenido puede alcanzar casi 1 millón de μg/L y, a cierta distancia de ellos, ~ 1–100 μg/L.

Las plantas acuáticas acumulan bien el plomo, pero de diferentes formas. A veces el fitoplancton lo retiene con un factor de concentración de hasta 10 5, como el mercurio. El plomo se acumula ligeramente en los peces, por lo que es relativamente menos peligroso para los humanos en este eslabón de la cadena trófica. Los compuestos metilados se encuentran relativamente raramente en los peces en condiciones normales de agua. En regiones con emisiones industriales, la acumulación de tetrametilplomo en los tejidos de los peces se produce de forma eficaz y rápida: aguda y exposición crónica El plomo se produce a un nivel de contaminación de 0,1 a 0,5 μg/l. En el cuerpo humano, el plomo puede acumularse en el esqueleto, reemplazando al calcio.

Cadmio.

Las propiedades químicas de este metal son similares a las del zinc. Puede reemplazar a estos últimos en los centros activos de enzimas que contienen metales, provocando una grave alteración en el funcionamiento de los procesos enzimáticos. En los depósitos minerales, el cadmio suele estar presente junto con el zinc. En sistemas acuosos, el cadmio se une a sustancias orgánicas disueltas, especialmente si en su estructura hay grupos sulfhidrilo SH. El cadmio también forma complejos con aminoácidos, polisacáridos y ácidos húmicos. Sin embargo, se cree que la mera presencia de altas concentraciones de estos ligandos capaces de unirse al cadmio aún no es suficiente para reducir la concentración de iones de agua de cadmio libres a un nivel seguro para los organismos vivos. La adsorción de iones cadmio por los sedimentos del fondo depende en gran medida de la acidez del medio. En ambientes acuosos neutros, el ion cadmio libre es absorbido casi por completo por las partículas de los sedimentos del fondo.

Hace apenas unos años había muchas fuentes de cadmio que llegaban al medio ambiente. Después de que se demostró su alta toxicidad, su número disminuyó drásticamente (al menos en los países industrializados). Actualmente, la principal fuente de contaminación ambiental con este tóxico son los lugares de enterramiento de baterías de níquel-cadmio. Como ya se señaló, se encontró cadmio en los productos de la erupción del Monte Etna. Las concentraciones de cadmio en el agua de lluvia pueden superar los 50 µg/l.

En los embalses de agua dulce y en los ríos, el contenido de cadmio oscila entre 20 y 400 ng/l. Su contenido más bajo en el océano se registró en el Océano Pacífico, al este de las islas japonesas (~ 0,8–9,6 ng/L a una profundidad de 8–5500 m). Este metal se acumula en las plantas acuáticas y en los tejidos de los órganos internos de los peces (pero no en los músculos esqueléticos).

El cadmio es generalmente menos tóxico para las plantas que el metilmercurio y su toxicidad es comparable a la del plomo. Con un contenido de cadmio de aproximadamente 0,2 a 1 mg/l, la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas se ralentizan. Es interesante el siguiente efecto registrado: la toxicidad del cadmio se reduce notablemente en presencia de ciertas cantidades de zinc, lo que una vez más confirma la suposición de que los iones de estos metales pueden competir en el cuerpo por participar en el proceso enzimático.

El umbral de toxicidad aguda del cadmio varía de 0,09 a 105 μg/L para los peces de agua dulce. El aumento de la dureza del agua aumenta el grado de protección del cuerpo contra el envenenamiento por cadmio. Se conocen casos de intoxicación grave de personas con cadmio que ingresó al cuerpo a través de cadenas tróficas (enfermedad de Itai-Itai). El cadmio se elimina del cuerpo en período largo(unos 30 años).

La biosfera puede considerarse como un objeto de análisis generalizado. En la práctica, un especialista en un campo particular de la ciencia se ocupa de cualquiera de sus componentes. Sin embargo, cada objeto específico está en constante dinámica, en conexión mutua con otros objetos y por lo tanto cambia no solo su composición, sino también sus propiedades. En ocasiones estos cambios son pequeños, para que se puedan notar, se necesita un cierto período de tiempo durante el cual se producirán estos cambios. Sin embargo, los métodos de observación utilizados, es decir, el biomonitoreo, deben ser a la vez sensibles y precisos. La complejidad del entorno como objeto de análisis y su variabilidad hacen necesario revisar periódicamente los datos y mejorar tanto los métodos de determinación como las etapas individuales de análisis. Recientemente, se llevó a cabo una revisión de este tipo en relación con los datos sobre la prevalencia de mercurio y cobre en el medio ambiente. Resultó que las etapas anteriores de muestreo, selección y preparación de muestras no fueron lo suficientemente perfectas e incluyeron un error sistemático. Su contabilidad finalmente llevó al hecho de que los datos sobre el contenido de mercurio en objetos ambientales individuales a veces se sobrestimaron en un orden de magnitud. Aunque la previsión sobre el contenido de mercurio en las emisiones atmosféricas para el período hasta 2025 supone una duplicación de las cantidades de esta sustancia tóxica, ya se ha comprobado que en realidad su concentración es casi un orden de magnitud menor. Similar análisis crítico También se esperan datos para estimar el contenido de cobre. La información sobre la distribución de metales como contaminantes la obtienen principalmente los analistas ambientales, quienes reciben información primaria, aunque en la solución del problema de la protección ambiental participan especialistas de campos científicos afines. Una de las direcciones de la reforma moderna de la educación superior es la formación de especialistas en ciencias altamente calificados.
probadores con amplia erudición en campos afines de la química, la biología, la física, la ecología, capaces de resolver problemas complejos y vitales, algunos de los cuales se abordan en este artículo.

1. Mirkin B.M., Naumova L.G. Ecología de Rusia. Moscú: 1995. 232 p.

2. Nikanorov A.M., Zhulidov A.V. Biomonitoreo de metales en ecosistemas de agua dulce. San Petersburgo: Gidrometeoizdat, 1991. 312 p.

3. Moore J., Ramamurthy S. Metales pesados en aguas naturales. M.: Mir, 1987. 286 p.

4. Williams D. Metales de la vida. M.: Mir, 1975. 236 p.

5. Materiales de conferencias sobre el análisis de aguas naturales y residuales en la URSS (Rusia) durante los últimos 5 a 10 años.

6. Shustov S.B., Shustova L.V. Fundamentos químicos de la ecología. M.: Educación, 1995. 240 p.

7. Maitrenko V.N., Khamitov R.Z., Budnikov G.K. Seguimiento ecológico de supertóxicos. M.: Química, 1996. 320 p.

German Konstantinovich Budnikov, Doctor en Ciencias Químicas, Profesor del Departamento de Química Analítica de la Universidad Estatal de Kazán, Miembro Correspondiente de la Academia de Ciencias Naturales de la Federación de Rusia y de la Academia Ecológica de Rusia, Académico de la Academia Internacional de Ciencias de la Educación Superior.

Área de intereses científicos: química electroanalítica, electrodos modificados químicamente, biosensores para monitoreo analítico ambiental. Autor de más de 550 publicaciones, de las cuales 12 libros sobre problemas de electroanalítica y química analítica.

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Ministerio de Educación de la República de Bielorrusia

Institución educativa

"La Universidad Estatal de Gomel lleva el nombre de Francis Skaryna"

Facultad de Biología

Departamento de Química

Proyecto del curso

sobre el tema: Problemas de la contaminación ambiental con metales pesados.

Alumna del grupo BI-21 Chembergenova G.R.

Gómel 2015

CONTENIDOAnie

INTRODUCCIÓN

Metales pesados en la biosfera.

Metales pesados como tóxicos en aguas naturales.

Metales pesados en suelos.

Efecto de los metales pesados sobre el costo microbiano de los suelos.

Metales pesados en plantas.

Purificación de cuerpos de agua de álcalis y metales pesados utilizando plantas acuáticas superiores.

CONCLUSIÓN

INTRODUCCIÓN

Entre los metales pesados, algunos son extremadamente necesarios para el sustento de la vida de los seres humanos y otros organismos vivos y pertenecen a los llamados elementos biogénicos. Otros provocan el efecto contrario y, cuando entran en un organismo vivo, provocan su envenenamiento o su muerte. Estos metales pertenecen a la clase de los xenobióticos, es decir, ajenos a los seres vivos. Los especialistas en protección del medio ambiente han identificado un grupo prioritario entre los metales tóxicos. Incluye cadmio, cobre, arsénico, níquel, mercurio, plomo, zinc y cromo como los más peligrosos para la salud humana y animal. De ellos, el mercurio, el plomo y el cadmio son los más tóxicos.

Las posibles fuentes de contaminación de la biosfera con metales pesados incluyen empresas de metalurgia ferrosa y no ferrosa (emisiones de aerosoles que contaminan la atmósfera, efluentes industriales que contaminan las aguas superficiales), ingeniería mecánica (baños de cobre, niquelado, cromado, chapado de cadmio), plantas de procesamiento de baterías y transporte de automóviles.

Aunque, como se mencionó anteriormente, la entrada de metales tóxicos también puede ocurrir a través de la transferencia de aerosoles, estos penetran en un organismo vivo principalmente a través del agua. Una vez en el cuerpo, los metales tóxicos a menudo no sufren transformaciones significativas, como ocurre con los tóxicos orgánicos, y, una vez entrados en el ciclo bioquímico, lo abandonan con extrema lentitud.

Para controlar la calidad de las aguas superficiales se han creado diversos servicios de observación hidrobiológica. Monitorean el estado de contaminación de los ecosistemas acuáticos bajo la influencia de la influencia antropogénica. Dado que dicho ecosistema incluye tanto el medio ambiente en sí (agua) como otros componentes (sedimentos del fondo y organismos vivos: hidrobiontes), la información sobre la distribución de metales pesados entre los componentes individuales del ecosistema es muy importante. En este caso, se pueden obtener datos fiables utilizando métodos modernos de química analítica, que permiten determinar el contenido de metales pesados al nivel de las concentraciones de fondo.

Cabe señalar que los avances en el desarrollo de métodos de análisis han permitido resolver problemas globales como identificar las principales fuentes de contaminación en la biosfera, establecer la dinámica de la contaminación y transformación de los contaminantes, su transferencia y migración. Al mismo tiempo, los metales pesados fueron clasificados como uno de los objetos de análisis más importantes. Dado que su contenido en materiales naturales puede variar ampliamente, los métodos para su determinación deben ofrecer una solución al problema. Como resultado de los esfuerzos de los científicos analíticos en muchos países, se han desarrollado métodos que permiten determinar los metales pesados en el nivel de femtogramos (10-15 g) o en presencia de un (!) átomo en el volumen de muestra analizado. , por ejemplo, níquel en una célula viva.

No sólo los químicos analíticos, sino también los biólogos y ecologistas (sus actividades están tradicionalmente relacionadas con este problema) están mostrando interés profesional por el complejo y multifacético problema que representa la contaminación química del medio ambiente con metales pesados y que abarca diversas disciplinas y que ya se ha convertido en un centro interdisciplinario independiente. campo del conocimiento. , pero también médicos. En el flujo de información científica y de divulgación científica, así como en los medios de comunicación, aparecen cada vez más materiales sobre el efecto de los metales pesados en la salud humana. Así, en Estados Unidos se prestó atención a la manifestación de agresividad en los niños debido al mayor contenido de plomo en sus cuerpos. En otras regiones del planeta, un aumento en el número de crímenes y suicidios también se asocia con un aumento en el contenido de estos tóxicos en el ambiente. Es de interés discutir algunos aspectos químicos y ambiental-químicos del problema de la distribución de metales pesados en el medio ambiente.

Metales pesados en la biosfera.

Los metales pesados incluyen más de 40 elementos químicos de la tabla periódica con una masa atómica superior a 50 a. e.m. A veces los metales pesados son elementos que tienen una densidad de más de 7 - 8 mil kg/m³ (excepto los nobles y raros). Un grupo de elementos, denominado TM, participa activamente en los procesos biológicos, muchos de ellos forman parte de las enzimas. El conjunto de metales pesados coincide en gran medida con la lista de microelementos. La mayoría de los microelementos realizan las funciones de iniciadores y activadores de procesos bioquímicos en los organismos vivos.

Las áreas en las que la concentración de elementos químicos por razones naturales es mayor o menor que el nivel de fondo se denominan provincias bioquímicas. La formación de provincias bioquímicas se debe a las características de las rocas formadoras del suelo, al proceso de formación del suelo, así como a la presencia de anomalías minerales. Cuando la biosfera está contaminada, se forman anomalías tecnogénicas en las que el contenido de elementos supera el nivel de fondo en 10 veces o más.

Los metales pesados incluyen cromo, manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre, zinc, galio, germanio, molibdeno, cadmio, estaño, antimonio, telurio, tungsteno, mercurio, talio, plomo y bismuto. Las principales fuentes naturales de metales pesados son las rocas (ígneas y sedimentarias) y los minerales formadores de rocas. Muchos minerales en forma de partículas muy dispersas se incluyen como microimpurezas en la masa de rocas. Por ejemplo, minerales de titanio (brookita, ilmenita). Los minerales formadores de rocas también contienen oligoelementos como impurezas isomorfas en la estructura de las redes metálicas, reemplazando a los macroelementos con un tamaño de radio similar. Por ejemplo, K sobre Sr, Pb, B; Na - Cd, Mn, Cr, Bi; Mg - Ni, Co, Zn, Sb, Sn, Pb, Mn; Fe - Cd, Mn, Sr, Bi.

En las últimas décadas, las actividades antropogénicas de la humanidad han estado intensamente involucradas en los procesos de migración de metales pesados en el medio natural. Las cantidades de elementos químicos que ingresan al medio ambiente como resultado de la tecnogénesis, en algunos casos, exceden significativamente el nivel de su ingesta natural. Por ejemplo, la liberación global de Pb de fuentes naturales por año es de 12 mil toneladas. y emisiones antropogénicas 332 mil toneladas. Con base en los datos a continuación, se puede juzgar el tamaño de la actividad antropogénica de la humanidad: la contribución del plomo tecnogénico es del 94-97% (el resto son fuentes naturales), cadmio - 84-89%, cobre - 56-87%, níquel - 66-75%, mercurio - 58%, etc. Al mismo tiempo, entre el 26% y el 44% del flujo antropogénico global de estos elementos recae en Europa, y la parte del territorio europeo ex URSS- 28-42% de todas las emisiones en Europa (Vronsky, 1996). Debajo están Breve descripción Propiedades de los metales relacionadas con las características de su comportamiento en suelos.

Formas de existencia de metales pesados enaguas superficiales

El indicador más importante de la calidad del hábitat es el grado de pureza de las aguas superficiales. Un metal tóxico, una vez en un embalse o río, se distribuye entre los componentes de este ecosistema acuático. Sin embargo, no todas las cantidades de metal provocan alteraciones en este sistema. Al evaluar la capacidad de un ecosistema para resistir efectos tóxicos externos, se acostumbra hablar de la capacidad de amortiguación del ecosistema. Así, se entiende por capacidad amortiguadora de los ecosistemas de agua dulce frente a los metales pesados aquella cantidad de metal tóxico cuyo suministro no altera significativamente el funcionamiento natural de todo el ecosistema en estudio. En este caso, el propio metal tóxico se distribuye en los siguientes componentes: 1) metal en forma disuelta; 2) absorbido y acumulado por fitoplancton, es decir, microorganismos vegetales; 3) retenidos por los sedimentos del fondo como resultado de la sedimentación de partículas orgánicas y minerales en suspensión del medio acuático; 4) adsorbidos en la superficie de los sedimentos del fondo directamente del medio acuático en forma soluble; 5) ubicado en forma adsorbida sobre partículas en suspensión.

Las diferentes aguas superficiales unen iones metálicos tóxicos de diferentes maneras, exhibiendo diferentes capacidades de amortiguación. Las aguas de los lagos, ríos y embalses del sur, que tienen un gran conjunto de componentes naturales (sustancias húmicas, ácidos húmicos y ácidos fúlvicos) y sus altas concentraciones, son capaces de una desintoxicación natural más eficaz en comparación con las aguas de los embalses del norte. y la zona templada. Así, en igualdad de condiciones, la toxicidad de las aguas que contienen contaminantes también depende de las condiciones climáticas de la zona natural. Cabe señalar que la capacidad amortiguadora de las aguas superficiales frente a los metales tóxicos está determinada no solo por la presencia de materia orgánica disuelta y materia en suspensión, sino también por la capacidad de acumulación de los hidrobiontes, así como por la cinética de absorción de iones metálicos. por todos los componentes del ecosistema, incluida la complejación con sustancias orgánicas disueltas. Todo esto indica la complejidad de los procesos que ocurren en las aguas superficiales cuando entran en ellas contaminantes metálicos.

Es interesante observar que los ácidos húmicos, estos compuestos naturales específicos de alto peso molecular que se forman durante la transformación de residuos vegetales en el suelo bajo la influencia de microorganismos, aparentemente son capaces de unir en gran medida iones de metales pesados en complejos estables. Así, las constantes de estabilidad de los correspondientes humatos (complejos de iones de metales pesados con ácidos húmicos) tienen valores en el rango de 105-1012, dependiendo de la naturaleza del metal. La estabilidad de los humatos depende de la acidez del medio acuático.

Aunque el aspecto químico-analítico del problema de determinar las formas de existencia de los metales en aguas naturales se formuló hace unos 20 años, sólo con la llegada de los últimos métodos de análisis este problema se volvió accesible a la solución. Hasta ahora sólo se determinaba el contenido bruto de metales pesados en el agua y se establecía la distribución entre formas suspendidas y disueltas. La calidad del agua contaminada con metales se juzgó basándose en una comparación de los datos sobre su contenido bruto con los valores de MPC. Ahora tal evaluación se considera incompleta e infundada, ya que el efecto biológico de un metal está determinado por su estado en el agua, y estos son, por regla general, complejos con varios componentes. Como se señaló anteriormente, en algunos casos, por ejemplo, cuando se forman complejos con compuestos orgánicos de origen natural, estos complejos no solo son poco tóxicos, sino que a menudo tienen un efecto estimulante sobre el desarrollo de los organismos acuáticos, ya que en este caso se vuelven biológicamente disponibles. a los organismos.

Metales pesados como tóxicos en aguas naturales.

De la lista de contaminantes metálicos prioritarios, consideramos que el mercurio, el plomo y el cadmio representan el mayor peligro para la salud humana y animal.

Mercurio. En el medio ambiente, los compuestos de mercurio con diferentes grados de oxidación del metal, es decir, Hg(0), Hg(I), Hg(II), pueden reaccionar entre sí. El mayor peligro lo representan los compuestos orgánicos, principalmente alquílicos. El acumulador de compuestos de mercurio más potente (hasta un 97%) son las aguas superficiales de los océanos. Aproximadamente la mitad de todo el mercurio ingresa al medio ambiente natural debido a causas provocadas por el hombre.

En ambientes acuosos, el mercurio forma compuestos organometálicos del tipo R-Hg-X y R-Hg-R, donde R es un radical metilo o etilo. Desde fuentes antropogénicas, el mercurio ingresa a los sistemas acuáticos en forma predominantemente de mercurio metálico, iones Hg(II) y acetato fenilmercúrico. La forma predominante de mercurio que se encuentra en el pescado es el metilmercurio, que se forma biológicamente por enzimas de microorganismos. En las aguas superficiales no contaminadas, el contenido de mercurio oscila entre 0,2 y 0,1 μg/l, en las aguas marinas es tres veces menor. Las plantas acuáticas absorben mercurio. Los compuestos orgánicos R-Hg-R" en el plancton de agua dulce están contenidos en concentraciones más altas que en el plancton marino. Los compuestos orgánicos de mercurio se excretan del cuerpo más lentamente que los inorgánicos. La norma existente para el contenido máximo de esta sustancia tóxica (0,5 μg/kg ) se utiliza para el control de calidad de los productos alimenticios. Se supone que el mercurio está presente en forma de compuestos metilados que, si son ingeridos por el cuerpo humano, pueden causar la enfermedad de Minimata.

Dirigir. La mitad de la cantidad total de este tóxico ingresa al medio ambiente como resultado de la quema de gasolina con plomo. En los sistemas acuáticos, el plomo se asocia principalmente por adsorción con partículas en suspensión o se encuentra en forma de complejos solubles con ácidos húmicos. Cuando se biometila, como ocurre con el mercurio, el plomo eventualmente forma tetrametilo de plomo. En las aguas superficiales terrestres no contaminadas, el contenido de plomo no suele superar los 3 µg/l. Los ríos de las regiones industriales tienen niveles de plomo más altos. La nieve puede acumular esta sustancia tóxica en gran medida: en las proximidades de las grandes ciudades su contenido puede alcanzar casi 1 millón de μg/l, y a cierta distancia de ellas, ~1-100 μg/l.

Las plantas acuáticas acumulan bien el plomo, pero de diferentes formas. A veces el fitoplancton lo retiene con un factor de concentración de hasta 105, al igual que el mercurio. El plomo se acumula ligeramente en los peces, por lo que es relativamente menos peligroso para los humanos en este eslabón de la cadena trófica. Los compuestos metilados se encuentran relativamente raramente en los peces en condiciones normales de agua. En regiones con emisiones industriales, la acumulación de tetrametilplomo en los tejidos de los peces se produce de forma eficaz y rápida: la exposición aguda y crónica al plomo se produce con un nivel de contaminación de 0,1-0,5 μg/l. En el cuerpo humano, el plomo puede acumularse en el esqueleto, reemplazando al calcio.

Cadmio. Las propiedades químicas de este metal son similares a las del zinc. Puede reemplazar a estos últimos en los centros activos de enzimas que contienen metales, provocando una grave alteración en el funcionamiento de los procesos enzimáticos.

En los depósitos minerales, el cadmio suele estar presente junto con el zinc. En sistemas acuosos, el cadmio se une a sustancias orgánicas disueltas, especialmente si en su estructura hay grupos sulfhidrilo SH. El cadmio también forma complejos con aminoácidos, polisacáridos y ácidos húmicos. Sin embargo, se cree que la mera presencia de altas concentraciones de estos ligandos capaces de unirse al cadmio aún no es suficiente para reducir la concentración de iones de agua de cadmio libres a un nivel seguro para los organismos vivos. La adsorción de iones cadmio por los sedimentos del fondo depende en gran medida de la acidez del medio. En ambientes acuosos neutros, el ion cadmio libre es absorbido casi por completo por las partículas de los sedimentos del fondo.

Actualmente, la principal fuente de contaminación ambiental con este tóxico son los lugares de enterramiento de baterías de níquel-cadmio. Como ya se señaló, se encontró cadmio en los productos de la erupción del Monte Etna. Las concentraciones de cadmio en el agua de lluvia pueden superar los 50 µg/l.

En los embalses de agua dulce y en los ríos, el contenido de cadmio oscila entre 20 y 400 ng/l.

Su contenido más bajo en el océano se registró en el Océano Pacífico, al este de las islas japonesas (~ 0,8-9,6 ng/l a una profundidad de 8-5500 m). Este metal se acumula en las plantas acuáticas y en los tejidos de los órganos internos de los peces (pero no en los músculos esqueléticos).

El cadmio es generalmente menos tóxico para las plantas que el metilmercurio y su toxicidad es comparable a la del plomo.

Metales pesados en suelos.

El contenido de HM en los suelos depende, como han establecido numerosos investigadores, de la composición de las rocas originales, cuya importante diversidad está asociada a la compleja historia geológica del desarrollo de los territorios. La composición química de las rocas formadoras del suelo, representadas por los productos de la erosión de las rocas, está predeterminada por la composición química de las rocas originales y depende de las condiciones de transformación supergénica. suelo de estanque de metales pesados

La primera etapa de transformación de los óxidos de metales pesados en los suelos es su interacción con la solución del suelo y sus componentes. Incluso en un sistema tan simple como el agua en equilibrio con el CO2 y el aire atmosférico, los óxidos de HM sufren cambios y difieren significativamente en su estabilidad.

El proceso de transformación de los HM que ingresan al suelo durante la tecnogénesis incluye las siguientes etapas:

1) conversión de óxidos de metales pesados en hidróxidos (carbonatos, bicarbonatos);

2) disolución de hidróxidos de metales pesados y adsorción de los correspondientes cationes HM por las fases sólidas de los suelos;

3) la formación de fosfatos de metales pesados y sus compuestos con la materia orgánica del suelo.

Los metales pesados liberados a la superficie del suelo se acumulan en la columna del suelo, especialmente en el horizonte superior, y se eliminan lentamente por lixiviación, consumo de plantas y erosión. La primera vida media de los HM varía significativamente para diferentes elementos: Zn - 70 - 510 años, Cd - 13 - 110 años, Cu - 310 - 1500 años, Pb - 740 - 5900 años.

Plomo (Pb). Masa atómica 207,2. El elemento prioritario es un tóxico. Todos los compuestos de plomo solubles son venenosos. En condiciones naturales existe principalmente en forma de PbS. Clark Pb en la corteza terrestre 16,0 mg/kg. En comparación con otros HM, es el menos móvil y el grado de movilidad del elemento se reduce considerablemente cuando se encalan los suelos. El Pb móvil está presente en forma de complejos con la materia orgánica. Con valores de pH elevados, el plomo se fija químicamente en el suelo en forma de hidróxido, fosfato, carbonato y complejos orgánicos de Pb.

El contenido natural de plomo en los suelos se hereda de las rocas madre y está estrechamente relacionado con su composición mineralógica y química. La concentración media de este elemento en los suelos del mundo alcanza, según diversas estimaciones, de 10 a 35 mg/kg. La concentración máxima permitida de plomo en el suelo en Rusia corresponde a 30 mg/kg, en Alemania a 100 mg/kg.

Las altas concentraciones de plomo en los suelos pueden estar asociadas tanto con anomalías geoquímicas naturales como con impactos antropogénicos. En caso de contaminación tecnogénica, la mayor concentración del elemento suele encontrarse en la capa superior del suelo. En algunas zonas industriales alcanza los 1.000 mg/kg, y en la capa superficial de los suelos alrededor de las empresas metalúrgicas no ferrosas de Europa occidental, 545 mg/kg.

El contenido de plomo en los suelos de Rusia varía significativamente según el tipo de suelo, la proximidad de empresas industriales y las anomalías geoquímicas naturales. En suelos de áreas residenciales, especialmente aquellos asociados con el uso y producción de productos que contienen plomo, el contenido de este elemento suele ser decenas o más veces mayor que la concentración máxima permitida. Según estimaciones preliminares, hasta el 28% del territorio del país tiene contenidos de Pb en el suelo, en promedio, por debajo del nivel base, y el 11% puede clasificarse como zona de riesgo. Al mismo tiempo, en la Federación de Rusia el problema de la contaminación del suelo con plomo afecta principalmente a las zonas residenciales.

Cadmio (Cd). Masa atómica 112,4. El cadmio tiene propiedades químicas similares al zinc, pero se diferencia de él por una mayor movilidad en ambientes ácidos y una mejor accesibilidad a las plantas. En la solución del suelo, el metal está presente en forma de Cd2+ y forma iones complejos y quelatos orgánicos. El principal factor que determina el contenido de elementos en los suelos en ausencia de influencia antropogénica son las rocas madre. Clarke de cadmio en la litosfera 0,13 mg/kg. En las rocas que forman el suelo, el contenido medio de metales es: en arcillas y lutitas - 0,15 mg/kg, loess y margas similares - 0,08, arenas y margas arenosas - 0,03 mg/kg. En los sedimentos cuaternarios de Siberia occidental, la concentración de cadmio varía entre 0,01 y 0,08 mg/kg.

La movilidad del cadmio en el suelo depende del medio ambiente y del potencial redox.

El contenido medio de cadmio en los suelos del mundo es de 0,5 mg/kg. Su concentración en la cobertura del suelo de la parte europea de Rusia es de 0,14 mg/kg en suelos de césped y podzólico, de 0,24 mg/kg en chernozem y de 0,07 mg/kg en los principales tipos de suelo de Siberia occidental. El contenido aproximado permitido (ATC) de cadmio para suelos arenosos y franco arenosos en Rusia es de 0,5 mg/kg, en Alemania el MPC de cadmio es de 3 mg/kg.

La contaminación del suelo con cadmio se considera uno de los fenómenos ambientales más peligrosos, ya que se acumula en las plantas por encima de lo normal incluso con una contaminación leve del suelo. Las concentraciones más altas de cadmio en la capa superior del suelo se observan en las zonas mineras: hasta 469 mg/kg; alrededor de las fundiciones de zinc alcanzan los 1.700 mg/kg.

Cinc (Zn). Masa atómica 65,4. Su clarke en la corteza terrestre es de 83 mg/kg. El zinc se concentra en sedimentos arcillosos y esquistos en cantidades de 80 a 120 mg/kg, en depósitos francos deluviales, de loess y carbonatados de los Urales, en las margas de Siberia occidental, de 60 a 80 mg/kg.

Los factores importantes que influyen en la movilidad del Zn en los suelos son el contenido de minerales arcillosos y el pH. Cuando aumenta el pH, el elemento pasa a complejos orgánicos y se une al suelo. Los iones de zinc también pierden movilidad y entran en los espacios entre paquetes de la red cristalina de montmorillonita. El Zn forma formas estables con la materia orgánica, por lo que en la mayoría de los casos se acumula en horizontes de suelos con alto contenido de humus y en turba.

Las razones del mayor contenido de zinc en los suelos pueden ser tanto anomalías geoquímicas naturales como contaminación tecnogénica. Las principales fuentes antropogénicas de su obtención son principalmente las empresas metalúrgicas no ferrosas. La contaminación del suelo con este metal ha provocado en algunas zonas una acumulación extremadamente alta en la capa superior del suelo: hasta 66.400 mg/kg. En el suelo de los jardines se acumulan hasta 250 mg/kg de zinc. El MPC del zinc para suelos arenosos y franco arenosos es de 55 mg/kg; los científicos alemanes recomiendan un MPC de 100 mg/kg.

Cobre (Cu). Masa atómica 63,5. Clark en la corteza terrestre es de 47 mg/kg (Vinogradov, 1962). Químicamente, el cobre es un metal poco activo. El factor fundamental que influye en el valor del contenido de Cu es su concentración en las rocas que forman el suelo. De las rocas ígneas, la mayor cantidad del elemento se acumula en las rocas básicas: basaltos (100-140 mg/kg) y andesitas (20-30 mg/kg). Las margas cubiertas y similares al loess (20-40 mg/kg) son menos ricas en cobre. Su menor contenido se observa en areniscas, calizas y granitos (5-15 mg/kg). La concentración de metales en las arcillas de la parte europea de la antigua URSS alcanza los 25 mg/kg, en las margas parecidas al loess, 18 mg/kg. Franco arenoso y rocas formadoras de suelos arenosos. Gorny Altai En promedio, se acumulan 31 mg/kg de cobre, en el sur de Siberia occidental, 19 mg/kg.

En los suelos, el cobre es un elemento débilmente migratorio, aunque el contenido de la forma móvil puede ser bastante elevado. La cantidad de cobre móvil depende de muchos factores: la composición química y mineralógica de la roca madre, el pH de la solución del suelo, el contenido de materia orgánica, etc. La mayor cantidad de cobre en el suelo está asociada a óxidos de hierro, manganeso, hidróxidos de hierro y aluminio y, especialmente, con montmorillonita y vermiculita. Los ácidos húmicos y fúlvicos son capaces de formar complejos estables con el cobre. A pH 7-8, la solubilidad del cobre es la más baja.

El contenido medio de cobre en los suelos del mundo es de 30 mg/kg. Cerca de fuentes industriales de contaminación, en algunos casos se puede observar una contaminación del suelo con cobre de hasta 3500 mg/kg. El contenido medio de metales en los suelos de las regiones central y meridional de la antigua URSS es de 4,5 a 10,0 mg/kg, en el sur de Siberia occidental - 30,6 mg/kg, en Siberia y el Lejano Oriente - 27,8 mg/kg. La concentración máxima permitida de cobre en Rusia es de 55 mg/kg, la concentración máxima permitida para suelos arenosos y franco arenosos es de 33 mg/kg, en Alemania es de 100 mg/kg.

Níquel (Ni). Masa atómica 58,7. En los sedimentos continentales está presente principalmente en forma de sulfuros y arsenitas, y también está asociado con carbonatos, fosfatos y silicatos. El Clarke del elemento en la corteza terrestre es de 58 mg/kg. Las rocas ultrabásicas (1400-2000 mg/kg) y básicas (200-1000 mg/kg) acumulan la mayor cantidad de metal, mientras que las rocas sedimentarias y ácidas lo contienen en concentraciones mucho más bajas: 5-90 y 5-15 mg/kg. respectivamente. Su composición granulométrica juega un papel importante en la acumulación de níquel en las rocas formadoras del suelo. Usando el ejemplo de las rocas formadoras de suelo de Siberia occidental, se puede ver que en rocas más ligeras su contenido es el más bajo, en rocas pesadas es más alto: en arenas - 17, franco arenoso y franco ligero -22, franco medio - 36 , margas y arcillas pesadas -49.

El contenido de níquel en los suelos depende en gran medida del aporte de este elemento a las rocas formadoras del suelo. Las mayores concentraciones de níquel se suelen observar en suelos arcillosos y arcillosos, en suelos formados sobre rocas básicas y volcánicas y ricos en materia orgánica. La distribución del Ni en el perfil del suelo está determinada por el contenido de materia orgánica, óxidos amorfos y la cantidad de fracción arcillosa.

El nivel de concentración de níquel en la capa superior del suelo también depende del grado de contaminación tecnogénica. En áreas con una industria metalúrgica desarrollada, se encuentra una acumulación muy alta de níquel en el suelo: en Canadá su contenido bruto alcanza 206-26000 mg/kg, y en Gran Bretaña el contenido de formas móviles alcanza 506-600 mg/kg. En suelos de Gran Bretaña, Holanda y Alemania tratados con lodos de depuradora, el níquel se acumula hasta 84-101 mg/kg. En Rusia (según un estudio del 40-60% de los suelos de tierras agrícolas), el 2,8% de la cubierta del suelo está contaminada con este elemento. La proporción de suelos contaminados con Ni entre otros HM (Pb, Cd, Zn, Cr, Co, As, etc.) es de hecho la más significativa y sólo es superada por los suelos contaminados con cobre (3,8%). Según los datos de seguimiento de la tierra de la Estación Estatal del Servicio de Agroquímicos “Buryatskaya” para el período 1993-1997. En el territorio de la República de Buriatia, se registró un exceso de la concentración máxima permitida de níquel en el 1,4% de las tierras del área agrícola investigada, entre ellas los suelos de Zakamensky (20% de la tierra - 46 mil hectáreas son contaminados) y los distritos de Khorinsky (el 11% de la tierra - 8 mil hectáreas están contaminadas).

Cromo (Cr). Masa atómica 52. En los compuestos naturales, el cromo tiene una valencia de +3 y +6. La mayor parte del Cr3+ está presente en la cromita FeCr2O4 u otros minerales de espinela, donde reemplaza al Fe y al Al, a los que es muy cercano en sus propiedades geoquímicas y radio iónico.

Clarke de cromo en la corteza terrestre: 83 mg/kg. Sus concentraciones más altas entre las rocas ígneas son típicas de las rocas ultramáficas y básicas (1600-3400 y 170-200 mg/kg, respectivamente), las más bajas de las rocas medias (15-50 mg/kg) y las más bajas de las rocas ácidas (4- 25 mg/kg).kg). Entre las rocas sedimentarias, el contenido máximo del elemento se encontró en sedimentos arcillosos y lutitas (60-120 mg/kg), el mínimo en areniscas y calizas (5-40 mg/kg). El contenido de metales en las rocas que forman el suelo de diferentes regiones es muy diverso. En la parte europea de la antigua URSS, su contenido en las rocas más comunes que forman el suelo, como el loess, los carbonatos similares al loess y las margas de cobertura, es en promedio de 75 a 95 mg/kg. Las rocas que forman el suelo de Siberia occidental contienen en promedio 58 mg/kg de Cr, y su cantidad está estrechamente relacionada con la composición granulométrica de las rocas: rocas arenosas y franco arenosas - 16 mg/kg, y rocas medio francas y arcillosas - aproximadamente 60 mg/kg.

En los suelos, la mayor parte del cromo está presente en forma de Cr3+. En un ambiente ácido, el ion Cr3+ es inerte; a pH 5,5 precipita casi por completo. El ion Cr6+ es extremadamente inestable y se moviliza fácilmente tanto en suelos ácidos como alcalinos. La adsorción de cromo por las arcillas depende del pH del medio: al aumentar el pH, la adsorción de Cr6+ disminuye y el Cr3+ aumenta. La materia orgánica del suelo estimula la reducción de Cr6+ a Cr3+.

El contenido natural de cromo en los suelos depende principalmente de su concentración en las rocas formadoras del suelo, y su distribución a lo largo del perfil del suelo depende de las características de la formación del suelo, en particular de la composición granulométrica de los horizontes genéticos. El contenido medio de cromo en los suelos es de 70 mg/kg. El mayor contenido del elemento se observa en suelos formados sobre rocas básicas y volcánicas ricas en este metal. El contenido medio de Cr en los suelos de EE.UU. es de 54 mg/kg, en China de 150 mg/kg y en Ucrania de 400 mg/kg. En Rusia, sus altas concentraciones en los suelos en condiciones naturales se deben al enriquecimiento de las rocas formadoras del suelo. Los chernozems de Kursk contienen 83 mg/kg de cromo, los suelos césped-podzólicos de la región de Moscú, 100 mg/kg. En los suelos de los Urales, formados sobre serpentinitas, el metal contiene hasta 10.000 mg/kg, en Siberia occidental, entre 86 y 115 mg/kg.

La contribución de fuentes antropogénicas al suministro de cromo es muy significativa. El cromo metálico se utiliza principalmente para el cromado como componente de aceros aleados. La contaminación del suelo con Cr se observa debido a las emisiones de las fábricas de cemento, los vertederos de escoria de hierro y cromo, las refinerías de petróleo, las empresas metalúrgicas ferrosas y no ferrosas, el uso de lodos de aguas residuales industriales en la agricultura, especialmente en las curtidurías, y los fertilizantes minerales. Las concentraciones más altas de cromo en suelos contaminados tecnogénicamente alcanzan los 400 mg/kg o más, lo que es especialmente típico en las grandes ciudades. En Buriatia, según los datos de vigilancia de la tierra realizados por la Estación Estatal del Servicio de Agroquímicos "Buryatskaya" para el período 1993-1997, 22 mil hectáreas están contaminadas con cromo. Se observaron excesos de MPC de 1,6 a 1,8 veces en las regiones de Dzhidinsky (6,2 mil hectáreas), Zakamensky (17,0 mil hectáreas) y Tunkinsky (14,0 mil hectáreas). La concentración máxima permitida de cromo en suelos en Rusia aún no se ha establecido, pero en Alemania para suelos agrícolas es de 200 a 500, para parcelas domésticas, de 100 mg/kg.

La influencia de los metales pesados en la cenosis microbiana del suelo.

Uno de los indicadores de diagnóstico más eficaces de la contaminación del suelo es su estado biológico, que puede evaluarse mediante la viabilidad de los microorganismos del suelo que lo habitan.

También hay que tener en cuenta que los microorganismos juegan un papel importante en la migración de metales pesados en el suelo. En el proceso de la vida, actúan como productores, consumidores y agentes de transporte en el ecosistema del suelo. Muchos hongos del suelo presentan la capacidad de inmovilizar metales pesados, fijándolos en el micelio y excluyéndolos temporalmente del ciclo. Además, las setas, que secretan Ácidos orgánicos, neutralizan el efecto de estos elementos, formando con ellos componentes menos tóxicos y accesibles para las plantas que los iones libres.

Bajo la influencia de mayores concentraciones de metales pesados, se observa una fuerte disminución en la actividad de las enzimas: amilasa, deshidrogenasa, ureasa, invertasa, catalasa, así como el número de ciertos grupos de microorganismos de valor agronómico. Los HM inhiben los procesos de mineralización y síntesis de diversas sustancias en los suelos, suprimen la respiración de los microorganismos del suelo, provocan un efecto microbiostático y pueden actuar como factor mutagénico. Con un contenido excesivo de metales pesados en el suelo, la actividad de los procesos metabólicos disminuye, se producen transformaciones morfológicas en la estructura de los órganos reproductivos y otros cambios en la biota del suelo. Los HM pueden suprimir significativamente la actividad bioquímica y provocar cambios en el número total de microorganismos del suelo.

La contaminación del suelo con metales pesados provoca ciertos cambios en la composición de especies del complejo de microorganismos del suelo. Como patrón general, existe una reducción significativa en la riqueza y diversidad de especies del complejo de micromicetos del suelo debido a la contaminación. En la comunidad microbiana del suelo contaminado aparecen especies de micromicetos inusuales para condiciones normales y resistentes a HM. La tolerancia de los microorganismos a la contaminación del suelo depende de su pertenencia a diferentes grupos sistemáticos. Las especies del género Bacillus, microorganismos nitrificantes, son muy sensibles a altas concentraciones de metales pesados; las pseudomonas, los estreptomicetos y muchos tipos de microorganismos degradantes de la celulosa son algo más resistentes; los hongos y actinomicetos son los más resistentes.

A bajas concentraciones de metales pesados se observa cierta estimulación del desarrollo de la comunidad microbiana, luego, a medida que aumentan las concentraciones, se produce una inhibición parcial y, finalmente, su supresión completa. Se registran cambios significativos en la composición de especies en concentraciones de HM entre 50 y 300 veces superiores a las de fondo.

El grado de inhibición de la actividad vital de las comunidades microbianas también depende de las propiedades fisiológicas y bioquímicas de metales específicos que contaminan los suelos. El plomo afecta negativamente la actividad biótica en el suelo, inhibiendo la actividad de las enzimas, reduciendo la intensidad de la liberación de dióxido de carbono y la cantidad de microorganismos, provocando alteraciones en el metabolismo de los microorganismos, especialmente en los procesos de respiración y división celular. Los iones de cadmio en una concentración de 12 mg/kg interrumpen la fijación del nitrógeno atmosférico, así como los procesos de amonificación, nitrificación y desnitrificación. Los hongos son los más susceptibles a los efectos del cadmio y algunas especies desaparecen por completo después de que el metal ingresa al suelo. El exceso de zinc en los suelos impide la fermentación de la descomposición de la celulosa, la respiración de los microorganismos, la acción de la ureasa, etc., por lo que se alteran los procesos de transformación de la materia orgánica en los suelos. Además, el efecto tóxico de los metales pesados depende del conjunto de metales y de sus efectos mutuos (antagonistas, sinérgicos o acumulativos) sobre la microbiota. Así, bajo la influencia de la contaminación del suelo con metales pesados, se producen cambios en el complejo de microorganismos del suelo. Esto se expresa en una disminución de la riqueza y diversidad de especies y un aumento de la proporción de microorganismos tolerantes a la contaminación. La intensidad de la autopurificación del suelo de los contaminantes depende de la actividad de los procesos del suelo y de la actividad vital de los microorganismos que lo habitan. El nivel de contaminación del suelo con metales pesados afecta los indicadores de la actividad bioquímica del suelo, la estructura de las especies y el número total de comunidades microbianas. En suelos donde el contenido de metales pesados excede el fondo de 2 a 5 veces o más, los indicadores individuales de actividad enzimática cambian más notablemente, la biomasa total de la comunidad microbiana amilolítica aumenta ligeramente y otros indicadores microbiológicos también cambian. Con un aumento adicional en el contenido de HM a un orden de magnitud, se detecta una disminución significativa en ciertos indicadores de la actividad bioquímica de los microorganismos del suelo. Hay una redistribución del dominio de la comunidad microbiana amilolítica en el suelo. En suelos que contienen metales pesados en concentraciones de uno a dos órdenes de magnitud superiores a los niveles de fondo, los cambios en todo un grupo de parámetros microbiológicos son significativos. El número de especies de micromicetos del suelo se reduce y las especies más resistentes comienzan a dominar absolutamente. Cuando el contenido de metales pesados en el suelo excede el nivel base en tres órdenes de magnitud, se observan cambios bruscos en casi todos los parámetros microbiológicos. En las concentraciones indicadas de metales pesados en los suelos, la microbiota normal en suelos no contaminados se inhibe y muere. Al mismo tiempo, un número muy limitado de microorganismos resistentes a los HM, principalmente micromicetos, se están desarrollando activamente e incluso son absolutamente dominantes. Finalmente, cuando las concentraciones de HM en los suelos exceden los niveles de fondo en cuatro o más órdenes de magnitud, se detecta una disminución catastrófica en la actividad microbiológica de los suelos, al borde de la muerte completa de los microorganismos.

Metales pesados en plantas.

Los alimentos vegetales son la principal fuente de HM en humanos y animales. Según diversas fuentes, del 40 al 80% del HM viene con él, y sólo del 20 al 40% viene con aire y agua. Por tanto, la salud pública depende en gran medida del nivel de acumulación de metales en las plantas utilizadas como alimento.

La composición química de las plantas, como se sabe, refleja la composición elemental de los suelos. Por tanto, la acumulación excesiva de HM por parte de las plantas se debe principalmente a sus altas concentraciones en el suelo. En su actividad vital, las plantas sólo entran en contacto con las formas disponibles de metales pesados, cuya cantidad, a su vez, está estrechamente relacionada con la capacidad amortiguadora del suelo. Sin embargo, la capacidad de los suelos para unir e inactivar los HM tiene sus límites, y cuando ya no pueden hacer frente al flujo entrante de metales, la presencia de mecanismos fisiológicos y bioquímicos en las propias plantas que impiden su entrada se vuelve importante.

Los mecanismos de resistencia de las plantas al exceso de HM pueden manifestarse en diferentes direcciones: algunas especies son capaces de acumular altas concentraciones de HM, pero muestran tolerancia a ellas; otros buscan reducir su ingesta maximizando el uso de sus funciones de barrera. Para la mayoría de las plantas, el primer nivel de barrera son las raíces, donde se retiene la mayor cantidad de HM, el siguiente son los tallos y las hojas y, finalmente, el último son los órganos y partes de las plantas responsables de las funciones reproductivas (con mayor frecuencia, semillas). y frutos, así como raíces y tubérculos, etc.)

Sin embargo, estos patrones no siempre se repiten, lo que probablemente se deba a las condiciones de crecimiento de las plantas y a su especificidad genética. Ha habido casos en los que diferentes variedades del mismo cultivo que crecían en suelos igualmente contaminados contenían diferentes cantidades de metales pesados. Este hecho aparentemente se debe al polimorfismo intraespecífico inherente a todos los organismos vivos, que también puede manifestarse en caso de contaminación tecnogénica del medio natural. Esta propiedad en las plantas puede convertirse en la base para la investigación en mejoramiento genético con el objetivo de crear variedades con mayores capacidades protectoras en relación con concentraciones excesivas de HM.

A pesar de la importante variabilidad de varias plantas en la acumulación de metales pesados, la bioacumulación de elementos tiene una cierta tendencia, lo que permite ordenarlos en varios grupos: 1) Cd, Cs, Rb - elementos de intensa absorción; 2) Zn, Mo, Cu, Pb, As, Co - grado medio de absorción; 3) Mn, Ni, Cr - absorción débil y 4) Se, Fe, Ba, Te - elementos de difícil acceso para las plantas.

Otra forma en que los metales pesados ingresan a las plantas es a través de la absorción foliar de las corrientes de aire. Ocurre cuando hay una importante precipitación de metales de la atmósfera sobre el aparato foliar, con mayor frecuencia cerca de grandes empresas industriales. La entrada de elementos a las plantas a través de las hojas (o absorción foliar) se produce principalmente mediante penetración no metabólica a través de la cutícula. Los HM absorbidos por las hojas pueden transferirse a otros órganos y tejidos e incluirse en el metabolismo. Los metales depositados con emisiones de polvo en hojas y tallos no representan un peligro para los humanos si las plantas se lavan a fondo antes de comerlas. Sin embargo, los animales que comen dicha vegetación pueden obtener grandes cantidades de metales pesados.

A medida que las plantas crecen, los elementos se redistribuyen por sus órganos. A su vez, se establece para el cobre y el zinc el siguiente patrón en su contenido: raíces > grano > paja. Para plomo, cadmio y estroncio tiene una forma diferente: raíces > paja > grano. Se sabe que, junto con la especificidad de las plantas en relación con la acumulación de metales pesados, también existen ciertas patrones generales. Por ejemplo, el mayor contenido de HM se encontró en hortalizas de hoja y cultivos de ensilaje, y el más bajo en leguminosas, cereales y cultivos industriales.

Limpieza de cuerpos de agua de álcalis y metales pesados utilizando plantas acuáticas superiores.

Zhutov A.S., Lobkova G.V., Gubina T.I., Rogacheva S.M. Universidad Técnica Estatal de Saratov que lleva el nombre de Gagarin Yu.A. Un asunto importante ecología moderna es la conservación y reproducción de los recursos hídricos, que experimentan una importante presión antropogénica como resultado de la actividad económica humana. Actualmente, los compuestos de metales pesados (HM) son los contaminantes más comunes que ingresan a los cuerpos de agua con desechos industriales y representan un peligro significativo para las biocenosis cuando la concentración de HM en el agua excede los estándares sanitarios e higiénicos. Otro Problema ambiental Crear sistemas cerrados de uso de agua en instalaciones energéticas. El agua se evapora constantemente de la superficie de los embalses artificiales, lo que contribuye a un aumento del contenido de sal en los estanques de enfriamiento (CP). Se trata principalmente de cloruros y sulfatos de metales alcalinos y alcalinotérreos. La mayor mineralización conduce a cambios en los parámetros hidroquímicos de los cuerpos de agua y complica el uso posterior del agua en la industria, especialmente en el reciclaje del suministro de agua, y requiere una purificación adicional. La salinidad de los cuerpos de agua tiene una gran influencia en la acumulación de nutrientes, en la diversidad de especies de plantas y en los mecanismos de adaptación de estas últimas. Recientemente, se han utilizado para purificar sistemas de agua. métodos biológicos , en particular la fitorremediación, que aprovecha la capacidad de las plantas acuáticas superiores (HAP) para acumular, utilizar y transformar sustancias de diversas naturalezas químicas. Durante el proceso de fitorremediación, las plantas absorben sustancias tóxicas, las inactivan y luego las eliminan de los cuerpos de agua junto con la biomasa. Se describe que el VVR se puede utilizar para purificar cuerpos de agua de metales pesados, pesticidas, radionucleidos, etc. En cuanto a los estudios sobre la capacidad de diversas plantas acuáticas para reducir la salinidad de las masas de agua, hasta la fecha no se han realizado. Sin embargo, basándose en los trabajos de los autores sobre la respuesta de diversos agentes que reaccionan con el agua a la salinidad de las masas de agua, se podría suponer que es posible utilizar residuos de agua en la fitodesmineralización de masas de agua. En este trabajo se estudian los procesos de fitoextracción de sales metálicas de diversa naturaleza (alcalinas y pesadas) utilizando VVR. Se estudió la capacidad de VVR: hornwort (Ceratophillum demersum L.), elodea (Elodea сanadensis Rich. et Michx.) y eichornia (Eichornia crassipes Mart.) para absorber sales de metales alcalinos en agua. Utilizando el ejemplo del estanque de refrigeración de la central nuclear de Balakovo, se determinó la capacidad de estos tipos de sistemas de tratamiento de agua y de agua para reducir la salinidad del agua. Se ha establecido que todos los macrófitos son tolerantes a las sales de NaCl, Na2SO4 y KCl en concentraciones de hasta 0,5-1 g/l. Eichornia tiene la mayor capacidad de extracción en concentraciones de sal de hasta 1 g/l. Sin embargo, el contenido de estas sales en el CP BalNPP es mucho menor que los valores indicados, lo que indica la posibilidad de cultivar las plantas seleccionadas en este embalse. Para Elodea, la máxima absorción de sales se observó en su concentración inicial: 1,5 g/l Na2SO4; 1 g/l de NaCl; 0,5 g/l de KCl y ascendía a 6,9 %; 5,7%; 2,4% respectivamente. En el caso del hornwort, este proceso es eficaz con un contenido de NaCl de 1 g/l (7 %); Na2SO4 - 2 g/l (14,3%); KCl - 2 g/l (10,9%). Se observó una intensa absorción de sales por parte de Eichornia a concentraciones iniciales de NaCl de 0,5 g/l (8,8%); Na2SO4 - 0,5 g/l (8,4%); KCl - 1 g/l (9,5%). Se determinó la influencia de factores abióticos en la intensidad de los procesos de desalación. Se ha demostrado que un aumento de la temperatura y la duración del día aumenta la intensidad de los procesos de absorción de sal. Así, los valores óptimos para el cultivo de elodea, hornwort y eichornia fueron una temperatura de 24°C y una duración del día de 12 horas. Eichornia redujo efectivamente la concentración de cationes de sodio y calcio. Al mismo tiempo, al aumentar la temperatura, aumentó el porcentaje de absorción de estos iones. Así, a una temperatura de 20°C, el porcentaje de absorción de iones de sodio fue del 10,0%, y a una temperatura de 27°C, del 21,5%. Para los iones de calcio, cifras similares son 32,1% y 36,3%, respectivamente. Por primera vez se demostró que cuando la temperatura bajaba a 14°C, las elodeas y los hornwort liberaban sales que podían provocar una contaminación secundaria del embalse. En mesa La Figura 1 presenta datos experimentales sobre la absorción de varios iones como resultado de un cultivo de plantas de 10 días en el CP BalNPP, que indican que Eichornia también tiene la mejor capacidad para absorber aniones.

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Una de las contaminaciones químicas más fuertes y comunes es la contaminación por metales pesados.

Los metales pesados son elementos de la tabla periódica de elementos químicos, con un peso molecular superior a 50 unidades atómicas. Este grupo de elementos participa activamente en los procesos biológicos, formando parte de muchas enzimas. El grupo de los "metales pesados" coincide en gran medida con el grupo de los microelementos. Por otro lado, los metales pesados y sus compuestos tienen efectos nocivos para el organismo. Estos incluyen: plomo, zinc, cadmio, mercurio, molibdeno, cromo, manganeso, níquel, estaño, cobalto, titanio, cobre y vanadio.

Los metales pesados, al entrar en el cuerpo, permanecen allí para siempre, sólo se pueden eliminar con la ayuda de las proteínas de la leche y, al alcanzar una determinada concentración en el cuerpo, comienzan sus efectos destructivos: provocan intoxicaciones y mutaciones. Además de envenenar el cuerpo humano, también lo obstruyen de forma puramente mecánica: los iones de metales pesados se depositan en las paredes de los sistemas más finos del cuerpo y obstruyen los canales de los riñones y el hígado, reduciendo así la capacidad de filtración de estos órganos. En consecuencia, esto conduce a la acumulación de toxinas y productos de desecho de las células de nuestro cuerpo, es decir. autointoxicación del cuerpo, porque Es el hígado el que se encarga de procesar las sustancias tóxicas que ingresan a nuestro cuerpo y los productos de desecho del cuerpo, y los riñones se encargan de eliminarlos del cuerpo.

Las fuentes de metales pesados se dividen en natural(meteorización de rocas y minerales, procesos de erosión, actividad volcánica) y artificial(extracción y procesamiento de minerales, quema de combustibles, tráfico, actividades agrícolas).

Algunas de las emisiones provocadas por el hombre que ingresan al medio ambiente natural en forma de finos aerosoles se transportan a distancias significativas y causan contaminación global.

La otra parte ingresa a embalses sin drenaje, donde los metales pesados se acumulan y se convierten en una fuente de contaminación secundaria, es decir. formación de contaminantes peligrosos durante procesos físicos y químicos que ocurren directamente en el medio ambiente (por ejemplo, formación a partir de contaminantes no tóxicos).

Los metales pesados suelen ingresar a los cuerpos de agua con aguas residuales de empresas mineras y metalúrgicas, así como de empresas de la industria química y ligera, donde sus compuestos se utilizan en diversos procesos tecnológicos. Por ejemplo, de las fábricas de curtido de cuero se descargan muchas sales de cromo; el cromo y el níquel se utilizan para galvanizar las superficies de los productos metálicos. Como tintes se utilizan compuestos de cobre, zinc, cobalto, titanio, etc.

Las posibles fuentes de contaminación de la biosfera con metales pesados incluyen: empresas metalúrgicas ferrosas y no ferrosas (emisiones de aerosoles, ingeniería mecánica (baños galvánicos de cobre, niquelado, cromado), plantas de procesamiento de baterías, transporte por carretera.

Además de las fuentes antropogénicas de contaminación ambiental con metales pesados, también existen otras naturales, como las erupciones volcánicas. Todas estas fuentes de contaminación provocan un aumento del contenido de contaminantes metálicos en la biosfera o sus componentes (aire, agua, suelo, organismos vivos) en comparación con el nivel natural, el llamado nivel de fondo.

El período de eliminación de la mitad o de la mitad de la concentración inicial es largo: para el zinc - de 70 a 510 años, para el cadmio - de 13 a 110 años, para el cobre - de 310 a 1500 años y para el plomo - de 740 a 5900 años.

Los metales pesados tienen una alta capacidad para una variedad de reacciones químicas, fisicoquímicas y biológicas. Muchos de ellos tienen valencia variable y participan en procesos redox.

En los cuerpos de agua se suelen encontrar las siguientes sustancias tóxicas: mercurio, plomo, cadmio, estaño, zinc, manganeso, níquel, aunque se conoce la alta toxicidad de otros metales pesados: cobalto, plata, oro, uranio y otros. En general, la alta toxicidad para los seres vivos es una propiedad característica de los compuestos e iones de metales pesados.

Entre los metales pesados, algunos son extremadamente necesarios para el sustento de la vida de los seres humanos y otros organismos vivos y pertenecen a los llamados elementos biogénicos. Otros provocan el efecto contrario y, cuando entran en un organismo vivo, provocan su envenenamiento o su muerte. Estos metales pertenecen a la clase de los xenobióticos, es decir, ajenos a los seres vivos. Entre los metales tóxicos se ha identificado un grupo prioritario: cadmio, cobre, arsénico, níquel, mercurio, plomo, zinc y cromo como los más peligrosos para la salud humana y animal. De ellos, el mercurio, el plomo y el cadmio son los más tóxicos.

El efecto tóxico de los metales pesados en el organismo se ve potenciado por el hecho de que muchos metales pesados presentan propiedades pronunciadas de formación de complejos. Así, en medios acuosos, los iones de estos metales se hidratan y son capaces de formar diversos hidroxocomplejos, cuya composición depende de la acidez de la solución. Si hay aniones o moléculas de compuestos orgánicos presentes en la solución, entonces los iones de metales pesados forman varios complejos de diferentes estructuras y estabilidad.

Por ejemplo, el mercurio forma fácilmente compuestos y complejos con sustancias orgánicas en soluciones y en el cuerpo, los organismos lo absorben bien del agua y se transmite a través de la cadena alimentaria. Según la clase de peligro, el mercurio pertenece a la primera clase (extremadamente peligroso Sustancia química). El mercurio reacciona con grupos SH de moléculas de proteínas, entre las que se encuentran enzimas que son esenciales para el organismo. El mercurio también reacciona con grupos de proteínas (COOH y NH 2) para formar complejos fuertes: metaloproteínas. Y los iones de mercurio que circulan por la sangre y que llegan desde los pulmones también forman compuestos con moléculas de proteínas. La alteración del funcionamiento normal de las proteínas enzimáticas conduce a violaciones profundas en el cuerpo, y sobre todo en el centro sistema nervioso, y también en los riñones.

Las emisiones de mercurio al agua son especialmente peligrosas, ya que como resultado de la actividad de los microorganismos que habitan el fondo, se forman compuestos orgánicos tóxicos de mercurio, solubles en agua, mucho más tóxicos que los inorgánicos. Los microorganismos que viven allí los convierten en dimetilmercurio (CH 3) 2 Hg, que es una de las sustancias más tóxicas. Luego, el dimetilmercurio se transforma fácilmente en el catión soluble en agua HgCH 3 +. Ambas sustancias son absorbidas por los organismos acuáticos y entran en la cadena alimentaria; Primero se acumulan en plantas y pequeños organismos, luego en peces. El mercurio metilado se elimina del cuerpo muy lentamente: meses en los seres humanos y años en los peces.

Los metales pesados penetran en los organismos vivos principalmente a través del agua (la excepción es el mercurio, cuyos vapores son muy peligrosos). Una vez en el cuerpo, los metales pesados en la mayoría de los casos no sufren transformaciones significativas, como ocurre con los tóxicos orgánicos, y, una vez entrados en el ciclo bioquímico, lo abandonan con extrema lentitud.

Al evaluar la capacidad de un ecosistema para resistir efectos tóxicos externos, se acostumbra hablar de la capacidad de amortiguación del ecosistema. Así, se entiende por capacidad amortiguadora de los ecosistemas de agua dulce frente a los metales pesados aquella cantidad de metal tóxico cuyo suministro no altera significativamente el funcionamiento natural de todo el ecosistema en estudio.

En este caso, el propio metal tóxico se distribuye en los siguientes componentes:

Metal en forma disuelta;

Absorbido y acumulado por fitoplancton, es decir, microorganismos vegetales;

Retenido por los sedimentos del fondo como resultado de la sedimentación de partículas orgánicas y minerales suspendidas del medio acuático;

Adsorbido en la superficie de los sedimentos del fondo directamente del medio acuático en forma soluble;

Se encuentra en forma adsorbida sobre partículas suspendidas.

Además de la acumulación de metales por adsorción y posterior sedimentación, en las aguas superficiales se producen otros procesos que reflejan la resistencia de los ecosistemas a los efectos tóxicos de dichos contaminantes. El más importante de ellos es la unión de iones metálicos en un ambiente acuoso mediante sustancias orgánicas disueltas. En este caso, la concentración total del tóxico en el agua no cambia. Sin embargo, generalmente se acepta que los iones metálicos hidratados son los más tóxicos, mientras que los unidos en complejos son menos peligrosos o incluso casi inofensivos. Estudios especiales han demostrado que no existe una relación clara entre la concentración total de un metal tóxico en las aguas superficiales naturales y su toxicidad.

Las diferentes aguas superficiales unen los iones de metales pesados de diferentes maneras, exhibiendo diferentes capacidades de amortiguación. Las aguas de los lagos, ríos y embalses del sur, que tienen un gran conjunto de componentes naturales (sustancias húmicas, ácidos húmicos y ácidos fúlvicos) y sus altas concentraciones, son capaces de una desintoxicación natural más eficaz en comparación con las aguas de los embalses del norte. y la zona templada. Por tanto, la toxicidad de las aguas que contienen contaminantes también depende de las condiciones climáticas de la zona natural. Cabe señalar que la capacidad amortiguadora de las aguas superficiales frente a los metales tóxicos está determinada no solo por la presencia de materia orgánica disuelta y materia en suspensión, sino también por la capacidad de acumulación de los hidrobiontes, así como por la cinética de absorción de iones metálicos. por todos los componentes del ecosistema, incluida la complejación con sustancias orgánicas disueltas. Todo esto indica la complejidad de los procesos que ocurren en las aguas superficiales cuando entran en ellas contaminantes metálicos.

En cuanto al plomo, la mitad de la cantidad total de este tóxico ingresa al medio ambiente como resultado de la quema de gasolina con plomo. En los sistemas acuáticos, el plomo se asocia principalmente por adsorción con partículas en suspensión o se encuentra en forma de complejos solubles con ácidos húmicos. Cuando se biometila, como ocurre con el mercurio, el plomo eventualmente forma tetrametilo de plomo. En las aguas superficiales terrestres no contaminadas, el contenido de plomo no suele superar los 3 µg/l. Los ríos de las regiones industriales tienen niveles de plomo más altos. La nieve puede acumular esta sustancia tóxica en gran medida: en las proximidades de las grandes ciudades su contenido puede alcanzar casi 1 millón de μg/l, y a cierta distancia de ellas, ~1-100 μg/l.

Otro contaminante importante de las masas de agua es el cadmio. Las propiedades químicas de este metal son similares a las del zinc. Puede reemplazar a estos últimos en los centros activos de enzimas que contienen metales, provocando una grave alteración en el funcionamiento de los procesos enzimáticos.

El cadmio es generalmente menos tóxico para las plantas que el metilmercurio y su toxicidad es comparable a la del plomo. Cuando el contenido de cadmio es ~0,2-1 mg/l, la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas se ralentizan. Es interesante el siguiente efecto registrado: la toxicidad del cadmio se reduce notablemente en presencia de ciertas cantidades de zinc, lo que una vez más confirma la suposición de que los iones de estos metales pueden competir en el cuerpo por participar en el proceso enzimático.

En sistemas acuosos, el cadmio se une a sustancias orgánicas disueltas, especialmente si en su estructura hay grupos sulfhidrilo SH. El cadmio también forma complejos con aminoácidos, polisacáridos y ácidos húmicos. Como en el caso del mercurio y otros metales pesados, la adsorción de iones cadmio por los sedimentos del fondo depende en gran medida de la acidez del medio ambiente. En ambientes acuosos neutros, el ion cadmio libre es absorbido casi por completo por las partículas de los sedimentos del fondo.

PREGUNTAS DE EXAMEN PARA EL MÓDULO 3

1. ¿Qué determina el papel del Océano Mundial como eslabón clave de la biosfera?

2. Describe la composición de la hidrosfera.

3. ¿Cómo interactúa la hidrosfera con otras capas de la Tierra?

4. ¿Cuál es la importancia de las soluciones acuosas para los organismos vivos?

5. Enumere los más comunes elementos químicos como parte de la hidrosfera.

6. ¿En qué unidades se mide la salinidad del agua de mar?

7. ¿En qué principios se basa la clasificación de las aguas naturales?

8. Composición química de las aguas naturales.

9. Tensioactivos en masas de agua.

10. Composición isotópica del agua.

11. La influencia de la lluvia ácida sobre los objetos de la hidrosfera.

12. Capacidad de amortiguamiento de los embalses naturales.

13. Bioacumulación de metales pesados, pesticidas, radionucleidos en organismos que viven en el medio acuático.

14. Movimientos horizontales y verticales de masas de agua.

15. Surgencia.

16. Ciclo natural del agua.

17. Procesos de oxidación y reducción en cuerpos de agua naturales.

18. Contaminación por hidrocarburos de aguas naturales.

19. Contaminación antropogénica de la hidrosfera.

20. ¿Hechos que caracterizan el deterioro de la cuenca hidrográfica?

21. Dar características de los indicadores de calidad del agua.

22. Oxidabilidad de las aguas subterráneas.

23. Propiedades físicas básicas del agua.

24. Anomalías propiedades físicas agua.

25. ¿Explica el diagrama del ciclo global del agua?

26. Enumere los principales tipos de aguas residuales contaminadas.

27. ¿Principios para evaluar la calidad del agua?

Contaminación del medio ambiente por metales pesados brevemente. Contaminación por metales pesados

6. Contaminación ambiental con metales pesados

7. Clasificación de los residuos sólidos de la metalurgia ferrosa, sus características.

8. Perspectivas de desarrollo

Lista de literatura usada:

Determinación de metales pesados.

¿Cuántos elementos incluye la lista de metales pesados?

Efecto en el cuerpo humano.

Contaminación ambiental con metales pesados.

Características de la distribución de los metales más tóxicos de la naturaleza.

Ámbito de aplicación de metales pesados.

METALES PESADOS EN EL MONITOREO ECOLÓGICO DE SISTEMAS DE AGUA

Mercurio.

Dirigir.

Cadmio.

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