Среди таких веществ антропогенного ( от греч антропос - человек и греч. генезис - происхождение) характера есть мутагенные (порождающие мутации), канцерогенные, тератогенные (вызывающие уродства, от греч тератос - чудовище) и т.д. Так, потенциальными канцерогенами признано сейчас около 25000 соединений!
Один из важнейших вопросов химической экологии - изучение тех превращений, которые претерпевают антропогенные вещества в экосистемах и механизмов их вредного воздействия на организмы, экосистемы и биосферу в целом. В связи с этим вопросом в экологической литературе встречаются следующие термины.
Ксенобиотики (от греч. ксенос - чужой и греч. биос - жизнь) -химические вещества, чужеродные по отношению к живым организмам и не входящие в естественные биогеохимические циклы. Их появление в биосфере прямо или косвенно связано с хозяйственной деятельностью человека.
Поллютанты (от лат. поллюцио - марание) - химические вещества, загрязняющие среду обитания. Синоним - загрязнители.
Можно предположить, что загрязнителем всегда является лишь то вещество, которого в природе, в экосистемах очень мало. Однако это не всегда так! Все зависит от степени концентрации того или иного вещества в биосфере или в какой-либо ее части, а также от способности собственных "сил природы" справиться с этим загрязнителем, утилизировать его. Так, например, компонент древесины лигнин образуется в громадных количествах как отход целлюлозно-бумажной промышленности и потому он - серьезный поллютант.
По пространственному распределению (размеру территорий) загрязнители подразделяются на:
глобальные (фоново-биосферные, как, например, в случае с парниковыми газами - СО2, СН2, хлорфторуглеродами и пр.);
региональные;
локальные;
точечные.
По силе и характеру воздействия на окружающую среду загрязнения бывают:
фоновые;
импактные (от англ, импэкт - удар, толчок; синоним - залповое);
постоянные (перманентные);
постепенно нарастающие и катастрофические (аварийные, например выброс нефти при аварии танкера в море).
По источникам возникновения загрязнители разделяются на:
промышленные (например S02);
транспортные (например, альдегиды выхлопов автомобилей);
сельскохозяйственные (например, пестициды);
коммунально-бытовые (например, детергенты синтетических моющих средств).
Одна из проблем, связанных с появлением в экосистемах веществ антропогенного происхождения, - нарушение поллютантами химической коммуникации между организмами. Так, появление в водной среде фенола с концентрацией 5 мг/л искажает реакцию карповых рыб (например, горчака) на собственный феромон тревоги. При концентрации фенола 20 - 30 мг/л наступает полная потеря чувствительности к феромону. Таким образом, загрязнители способны нарушать экологическое равновесие в экосистемах, разрывая "химические контакты" между организмами.
Экзогенные вещества (от греч. экзо - снаружи и греч. генезис -происхождение) - вещества, появление которых связано с деятельностью человека (термин подчеркивает неприродное происхождение соединения).
Экотоксиканты (от греч. ойкос - дом и греч.токсикон - яд) -.ядовитые химические вещества антропогенного происхождения, вызывающие серьезные нарушения в структурах экосистем.
Суперэкотоксиканты (от греч. супер - сверху, над) - вещества, обладающие в малых дозах мощным токсичным действием полуфункционального характера. Для суперэкотоксикантов (СЭТ) фактически теряет смысл понятие предельно допустимой концентрации (ПДК). Кроме того, они резко повышают чувствительность живых организмов к другим, менее сильным (менее токсичным) ксенобиотикам. К суперэкотоксикантам относятся диоксины, дибензофураны, бензантрацены, микотоксины, нитрозамины, нафтиламины.
Все химические вещества, составляющие хемосферу, можно условно разделить на четыре группы:
1. Безвредные для человека.
2. Действуют на человека опосредованно, делая менее благоприятной среду его обитания,
3. Могут прямо действовать на человека как на живой объект, отравляя его (токсиканты) или поражая каким-либо другим способом (например, радиоактивные вещества - излучением).
4. Вещества неопределенного характера действия. О многих из них нет достаточно полных сведений (токсичность, поведение в биосфере).
Токсичность - свойство химических веществ, способность вызывать отравление (интоксикацию) организма. Она характеризуется дозой вещества, вызывающей определенную степень отравления.
При ингаляционных отравлениях доза равна произведению с t, где с - концентрация паров или аэрозоля (мг/м3); t - время вдыхания (мин).
При поражении другими путями (внутривенно, внутримышечно, через желудочно-кишечный тракт, кожу и пр.) доза оценивается количеством вещества в мг на 1 кг живой массы.
Различают:
Среднесмертельные (летальные) дозы:
a) Lctso - при ингаляционном отравлении;
b) LD50 (ЛД50) - при других видах воздействия. Пороговые дозы:
a) PctjQ - при ингаляционном отравлении;
b) РВ10(ПД10)-при других видах воздействия.
Цифра в индексе показывает вероятность (в%) гибели организмов для смертельных доз или появление признаков отравления для пороговых. Токсичность определяют, проводя опыты на животных с применением статистических методов.
Качество окружающей среды, его соответствие требованиям нормальной жизнедеятельности человека характеризуется экологическими стандартами. Точнее, стандарты подразделяют на собственно экологические и производственно хозяйственные.
К стандартам первого типа относятся предельно допустимые нормы антропогенного воздействия на окружающую среду, превышение которых ведет к угрозе здоровью человека, отрицательно влияет на растения и животных. Среди таких характеристик часто используют:
ПДК - предельно допустимую концентрацию загрязняющих веществ, т.е. максимальное количество поллютанта в единице объема воздуха или воды, которое при ежедневном воздействии на организм человека, в течение длительного времени не вызывает патологических (от греч. патос - страдание, болезнь) изменений или заболеваний, а также не нарушает нормальной жизнедеятельности;
ПДУ - предельно допустимый уровень вредного физического воздействия (шум, электромагнитные излучения и пр.).
Производственно-хозяйственными стандартами качества среды служат:
ПДВ - предельно допустимый выброс загрязняющих веществ каким-либо производством в окружающую среду (например, из одной заводской трубы в единицу времени);
ПДС - предельнодопустимый сброс (то же для жидкого поллютанта);
ПДП - предельно допустимое поступление;
ПГП - предельно годовое поступление и т.д.
Теперь рассмотрим некоторые вредные вещества, а также их воздействие.
а) Оксид углерода. Бесцветный и не имеющий запаха газ. Воздействует на нервную и сердечно-сосудистую систему, вызывает удушье. Первичные симптомы отравления оксидом углерода (появление головной боли) возникают у человека через 2-3 часа его пребывания в атмосфере содержащей 200-220 мг/м3 СО; при более высоких концентрациях СО появляется ощущение пульса в висках, головокружение. Токсичность СО возрастает при наличии в воздухе азота, в этом случае концентрацию СО в воздухе необходимо снижать в 1.5 раза.
Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса.
в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающихна расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
д) Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.
В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NO2 – бесцветный не имеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий на органы дыхания. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они взаимодействуют с углеродами выхлопных газов, где образуют фотохимический туман - смог. Отравленный оксидами азота воздух начинает действовать с легкого кашля. При повышении концентрации NO, возникает сильный кашель, рвота, иногда головная боль. При контакте с влажной поверхностью слизистой оболочки оксиды азота образуют кислоты HNO3 и HNO2 , которые приводят к отеку легких.