Воду загрязняют различные химические вещества, начиная от простых неорганических ионов, заканчивая сложными органическими соединениями.
Вещества, загрязняющие воду, подразделяются на классы. У каждого класса свои особенности проникновения в окружающую среду и специфические опасные свойства. В каждом классе большое количество загрязнителей, широко известных людям в связи с вредным воздействием на организм.
Органические загрязнители
Органические вещества состоят из сложных углеродных соединений. Большинство органических соединений – структурные компоненты живых организмов. Органические вещества, опасные для окружающей среды, возникли в результате человеческой деятельности в последнем столетии. Их огромное множество.
- Углеводороды. Это соединения углерода и водорода.
- Полихлорированные бифенилы – устойчивые неактивные соединения, используются в качестве тормозных, охлаждающих и изоляционных жидкостей в трансформаторах и смягчителях красок. Полихлорированных бифенилов много, все они нерастворимы в воде. Во многих странах их использование ограничено.
- Инсектициды, такие как ДДТ, очень опасны. Они накапливаются в жировой ткани низших животных, передаваясь далее по пищевой цепи.
- Детергенты (моющие вещества).
Минеральные удобрения
Не все минеральные удобрения токсичны, однако из-за интенсивного использования могут наносить урон окружающей среде. Это относится в первую очередь к нитратам и фосфатам. Нитраты и фосфаты приводят к цветению поверхностных водоемов, в результате чего концентрация кислорода падает. Микроорганизмы, разлагающие водоросли, активно поглощают кислород, вследствие этого возникает дефицит кислорода в водоеме. Это называется эутрофикация.
Металлы
Металлы обладают хорошей электропроводимостью. Участвуют в реакциях в виде положительно заряженных ионов или катионов. Металлы обнаруживаются в природных месторождениях, где осаждаются под действием вулканических сил. Они могут оказывать серьезное вредное влияние на окружающую среду. Металлы обнаруживаются в поверхностных водах в виде устойчивых ионов. Искусственно созданные металлы, полученные в результате ядерных реакций, очень опасны и радиоактивны.
При соединении металлов с другими ионами могут образоваться токсичные продукты соединения. Участвуют в реакциях электронного обмена с кислородом, что приводит к формированию опасных оксид-радикалов. Они могут превращаться в неметаллы и, связываясь с органическими веществами, образовывать очень токсичные липофильные соединения, которые часто откладываются в жировой ткани животных и человека. Металлы могут также связываться с крупными клеточными молекулами в человеческом теле. Самые опасные и токсичные металлы – тяжелые.
Металлы невозможно расщепить до менее токсичных субстанций, так как это целостные неразлагаемые вещества. Единственный путь организма бороться с ними – откладывать их в тканях, где они не могут причинить вред.
Радиоактивные изотопы
Степень опасности изотопа зависит от периода его полураспада. Все радиоактивные изотопы получены людьми в ядерной промышленности. При распаде радиоактивного изотопа могут образовываться четыре вида частиц: альфа-, бета- или гамма-частицы и нейтроны.
Альфа-частицы способны разрушить клетку при столкновении, так как обладают высокой массой. Бета-частицы обладают большей проникающей способностью, но меньшей разрушительной силой. Гамма-лучи имеют высокую проницаемость. Их повреждающая мощь аналогична таковой бета-лучей. Нейтроны высвобождаются при ядерном распаде и реагируют с другими элементами при столкновении. Являются основой ядерного деления в реакторе.
Разные виды радиации приводят к разным видам повреждений, так как энергия передается тканям разными способами. Альфа-частицы могут приносить в двадцать раз больше вреда, чем такое же количество бета-частиц. Радиоактивные частицы после хранения в течение определенного периода постепенно теряют активность. Сколько именно времени – зависит от периода полураспада изотопа.
Какими путями попадают загрязнители воды в окружающую среду?
Сточные воды – глобальный источник загрязнения окружающей среды. Бытовые и промышленные стоки сбрасываются в поверхностные водоемы через канализационную систему. В некоторых случаях промышленные стоки сбрасываются непосредственно в поверхностные воды.
Бытовые сточные воды чаще всего содержат бумагу, мочу, фекалии и синтетические моющие средства. Промышленные стоки содержат различные загрязнители в зависимости от вида промышленной деятельности, из которой они происходят. Загрязнение тяжелыми металлами связано с проведением горных и рудоплавильных работ. Хлорофенолы и фунгициды – с деревообрабатывающих комбинатов, инсектициды – с сельскохозяйственных предприятий, озабоченных уничтожением насекомых; некоторые органические вещества – с химических производств; радиоактивные вещества – с атомных электростанций.
На земле выброс промышленных отходов контролируется, но в прибрежных зонах выделяющаяся нефть и марганец попадают напрямую в море. Радиоактивные отходы сбрасываются в воду в бетонных баках, для того, чтобы иметь возможность разложиться. Однако часто в процессе распада в бетонных баках появляются дефекты. Представители предприятий зачастую транспортируют отходы по морю, чтоб затем нелегально сбросить их там.
Нефть попадает в воду из нефтяных танкеров и при кораблекрушениях. Пестициды попадают в океан с речной водой.
Во время роста урожая нитраты и фосфаты всасываются растениями. При разложении погибших растений они проникают в почву, а оттуда в поверхностные водоемы.
Помимо умышленного загрязнения воды посредством сброса отходов, есть и непредумышленное, к примеру, загрязняющие вещества попадают в воду с атмосферными осадками. Пестициды легко проникают в воду именно таким образом, поскольку используются в виде аэрозолей и распылителей. Загрязнители, встречающиеся на земле, могут попадать в воду с обратным потоком, или оказываются в поверхностных водах из грунтовых.
Наиболее заметен эффект загрязнителей в небольших внутренних морях и озерах; в океанах загрязнители естественным образом разбавляются в большом объеме воды, что невозможно в озерах. Поэтому многое зависит от степени загрязнения и от количества осадков, так как осадки очищают воду.
Как перемещаются загрязнители в воде?
Загрязнители могут существовать в воде в различных состояниях, в растворенном состоянии или во взвешенном, в виде капелек или мелких частиц. В любом виде они способны перемещаться в воде на большие расстояния и в разных направлениях.
Твердые частицы опускаются на дно водоема или подниматься на поверхность, в зависимости от плотности. В реках загрязнители перемещаются на большие расстояния за счет потока. В озерах и океанах загрязнители также перемещаются с потоками. В океанах много различных течений, приводимых в движение ветром. Мы часто рассчитываем на способность океана самостоятельно избавиться от загрязняющих веществ, но это не всегда срабатывает, так как направление течений не постоянно. В связи с этим в прибрежных водах концентрация загрязнителей намного выше, чем в открытом море.
Когда загрязнители попадают в организмы рыб или птиц, они входят в пищевую цепь морских обитателей, отравляя их существование, а транспортируясь на дальние расстояния в телах этих животных, попадают в пищевые цепи в свободных от загрязнений территориях.
Как реагируют организмы на загрязнения воды?
Первой реакцией живого организма на проникновение загрязнителя является приведение в действие защитных механизмов. В большинстве случаев это приводит к обезвреживанию токсинов, но иногда в реакциях могут вырабатываться и более токсичные вещества, повреждающие клетку сильнее, чем исходный субстрат.
Другой механизм – связывание загрязнителей молекулами других веществ; полученные в результате вещества или выводятся, или откладываются в тканях.
Еще один механизм – устранение повреждений, вызванных загрязнителем.
Основные эффекты воздействия загрязнителей на организм
Загрязнители воды влияют на организм по-разному, что зависит и от загрязнителя, и от организма.
Генотоксичность
Некоторые соединения, проникающие в организм, могут вызвать повреждение структуры ДНК. Они называются генотоксинами. В таких случаях включается механизм восстановления исходной структуры ДНК. Но если по каким-то причинам это невозможно, клетки с аномальной ДНК могут делиться. Если мутантные клетки начнут безудержное деление, это может привести к серьезным отрицательным последствиям, в том числе для будущего потомства. Примеры генотоксинов – полиароматические углеводороды, афлатоксин, винил-хлорид.
Канцерогенность
Некоторые загрязнители являются канцерогенами, то есть способны провоцировать рак у человека и животных. Они могут быть инициаторами изменений, в результате которых клетка приобретает свойства раковой. Они также могут быть активаторами роста таких клеток. Наконец, они могут быть стимуляторами безудержного деления и разрастания раковых клеток.
При злокачественной опухоли клетки в ней делятся с огромной скоростью, повреждая здоровые клетки и нарушая иммунные механизмы.
Нейротоксичность
Нервная система организма очень восприимчива к интоксикациям, естественным или искусственным (возникшим в результате человеческой деятельности). Химические вещества, повреждающие нервную систему, называются нейротоксинами. Пример – инсектициды.
Последствия нейроинтоксикации бывают различными. Могут появиться нескоординированные мышечные сокращения, нарушение функции нервов или нейропроводимости, головокружение и слабость, или даже нарушение функций отдельных частей тела. Нейроинтоксикация может быть такой сильной, что блокируются нервные синапсы. А это приводит к смерти в результате паралича диафрагмы и дыхательной недостаточности.
Нарушение энергетического обмена
Превращения энергии в организме происходит в клеточных структурах – митохондриях. В митохондриях образуется молекула АТФ, доставляющая энергию всем органам. Если производство АТФ нарушено, передача энергии по организму прекращается. Это приводит к слабости и невозможности нормально функционировать.
Репродуктивная недостаточность
Эндогенные деструкторы – вещества, приводящие к репродуктивной недостаточности вследствие нарушения работы репродуктивных (половых) органов. Пример – эстрогенные вещества, имитирующие эстроген; связываются с рецепторами эстрогена. В результате этого запускаются эстрогенные процессы, возникает репродуктивная недостаточность. Имитаторы эстрогена блокируют эндогенный эстроген, и это приводит к маскулинизации женского организма, то есть женский организм приобретает черты мужского. Возможно также обнаружение женских гормонов в организме мужской особи. Возникает гермафродитизм. Обоеполость – широко распространенное явление среди морских организмов.
Другой вид нарушений – блокировка рецепторов гормонов. Если это происходит в течение долгого времени, может возникнуть бесплодие.
Нарушение поведенческих реакций
Поведение живых организмов может меняться под воздействием загрязнителей. Общее действие загрязнения – снижение аппетита и, как следствие, сокращение потребления пищи. Поиск добычи также может быть затруднен из-за влияния загрязнителей на процессы приобретения навыков, поисковую стратегию и органы чувств. Эти поведенческие изменения приводят к уменьшению выживаемости многих животных.
Одно из свойств загрязнителей, о котором нужно помнить всегда – их способность взаимодействовать друг с другом. В результате таких реакций могут возникнуть соединения, полностью нивелирующие отрицательный эффект загрязнителей, или наоборот появляются еще более токсичные вещества.
