Между 1800 и 1945 г. първите химически продукти започват да се произвеждат и използват експоненциално с нарастването на населението. Повечето от тези продукти са направени от метали или производни. Същевременно с увеличаването на употребата на химически продукти се увеличава и появата им във водите. Тежките метали идват предимно от природата, но когато структурата им е модифицирана или те влязат в контакт с живи същества, те могат да причинят здравни ефекти и дори смърт и да дестабилизират водните екосистеми. В Green Ecologist ще ви обясним как се случва замърсяването с тежки метали във водата и последствията от това.
Какво представляват тежките метали и примери
Тежките метали са група от химични елементи, чиито атомни тегла са между 63,55 (мед) и 200,59 g/mol (живак), а плътността им варира между 4 и 7 g/cm3. В най-използваните и известни тежки метали за техните екологични проблеми са:
- Олово (Pb).
- Живак (Hg).
- Цинк (Zn).
- Кадмий (Cd).
- Мед (Cu).
- Молибден (Mo).
- Манган (Mn).
- Никел (Ni), наред с други.
Включени са и други по-леки токсични елементи като:
- Алуминий (Al).
- Берилий (Be).
- Арсен (As).
Тежките метали идват от a голямо разнообразие от шрифтове, естествени и изкуствени:
- В Природни източници те съответстват на минерали, богати на метали от скали или вулкани.
- В антропни източници или изкуствени съответстват на минни находища, индустрии и енергийни източници и всичко свързано с тяхното транспортиране.
Различните тежки метали са от съществено значение за правилното функциониране на екосистемата. Метали като желязо, мед, цинк и молибден са необходими за растенията и животните, тъй като са част от ензими и други протеини. Например, хемоцианинът, протеин от кръвната плазма, отговорен за газообмена при ракообразни, мекотели и паякообразни, съдържа мед. Особено в морето, но също и в сладката вода, желязото действа като ограничаващ фактор при първичното производство, докато молибденът действа като ограничаващ фактор за скоростта на фиксиране на азота. Тези метали трябва да бъдат естествено срещащи се при ниски концентрации но ако са в по-високи концентрации, дори леко, те могат да бъдат токсични. Други тежки метали като арсен, кадмий, олово и живак са просто токсични и не са необходими за биологични дейности.
Как се случва замърсяването с тежки метали във водата
Появява се замърсяване на околната среда с тежки метали когато добивът и използването им се засили. Градското развитие също допринесе за навлизането на тежки метали в околната среда, тъй като за урбанизиране е необходимо да се трансформира почвата и скалната основа под нея. Освен това непречистените отпадъчни води, инфилтрата от депата или изхвърлянето на отпадъци в околната среда също са източник на замърсяване с тежки метали.
В промишлена и минна дейност Той е отговорен за изпускането в околната среда на олово, живак, кадмий, арсен и хром, вредни както за човешкото здраве, така и за други живи същества.
Голяма част от оловото се освобождава от рециклиране на батерии и промишлени отпадъци като заварки, метали, кабелни покрития и др. Оловото замърсява водата чрез водоразтворими соли, които се генерират главно в индустрията на бои и пиротехника, в производството на остъклена керамика, във фототермографията и техниките за оцветяване на стъкло, в производството на химикали като тетраетил олово (антидетонация в бензина) и в минната индустрия, наред с други.
Живакът има специалната характеристика, че в състояние на околната среда е в течно състояние. Той обаче не е толкова токсичен, колкото неговите пари и производни. Някои живачни съединения идват от заводи за поливинилхлорид (PVC) и други хлорирани съединения, фунгицидни бои и пестициди, взривни детонатори и пластмаси, от минни дейности като добив на цинобър (живачен сулфиден минерал), злато и сребро и от рафинерии на петрол.
А малка част от замърсяването на водите с живак идва от биологична активност. Някои анаеробни бактерии, които живеят на дъното на езерата, са способни да трансформират живака и други неорганични производни в органични живачни съединения чрез процеси на метилиране (добавяне на -CH3 групи).
Друг особено токсичен метал е кадмият, който има тенденция да образува водни съединения. Най-широко използваните кадмиеви съединения в промишлеността са халогенидни комплекси, цианид и амин. Кадмият замърсява водата главно чрез зауствания на отпадъчни води суровини от индустрии като довършителни работи на метали, електроника, сплави на желязо и производство на желязо и цинк, производство на пигменти (бои и оцветители), батерии (кадмий, никел), пластмасови стабилизатори, фунгициди, на обработки като електроотлагане и използването му в ядрени реактори.
Някои производни на кадмия се използват като катализатори, а техните соли на органични киселини (лаурат, стеарат или кадмиев бензоат) се използват като светлинни и температурни стабилизатори в пластмаси. Тези стабилизатори могат да замърсят храната, ако се съхраняват в пластмаси, които ги съдържат.
Цианидите, идващи от галваничната индустрия, от рафинериите и от почистването на метали, се изхвърлят в отпадъчните води, замърсявайки водните екосистеми. Други метали като арсен, мед и хром са широко използвани като консерванти за дърво и въглищна пепел Те съдържат следи от много тежки метали.
Като цяло тежките метали, с изключение на арсен, молибден и селен, са слабо разтворими в алкални води (pH> 7) и могат да се свързват с органични частици. По този начин металите могат да се появят в много високи токсични концентрации във води, които са очевидно чисти, девствени и прозрачни, като олиготрофните води на планинска река. Концентрациите на тежки метали могат да бъдат особено високи в меки води, които протичат през зони със серни минерали или остатъци от минни работи.
Последици от тежки метали във водата
Тежките метали са мощни агенти, които имат значително въздействие върху сладководни екосистеми. Тези метали обикновено се намират в ниски концентрации, в части на милион (ppm) или части на милиард (ppb), което ги прави трудни и скъпи за откриване.
Има някои биоиндикатори като водни макробезгръбначни, които могат да натрупват тежки метали в екзоскелета си дори за седмици и месеци. Например, ларвите на кълвача са добри биоиндикатори за средна концентрация на метал като кадмий и молибден в планинските потоци, засегнати от изпусканията на отпадъчни води от мините.
Въпреки че металите са в ниски концентрации, те имат серия от последици върху екосистемите, което ще обясним по-долу.
Смъртоносни и сублетални ефекти върху организмите
Въздействието на тежките метали може да се класифицира като остра или хронична. Острите ефекти се появяват за кратък период от време и обикновено завършват с убийство или сериозно увреждане на организмите. Типичните сублетални ефекти са намален темп на растеж и промени в поведението или развитието.
От друга страна, хроничните ефекти са тези, които се появяват в дългосрочен план. Много метали са:
- Канцерогенен: причинява рак.
- Тератогенен: оказват отрицателно въздействие върху развитието.
- Мутагенен: увреждане на ДНК.
- Невротоксични: влияят негативно на невронните и когнитивните функции.
- Ендокринни разрушители: действат като или пречат на хормоните.
- Те дори могат да увредят имунната система на организмите.
Биоакумулация
Тежките метали също имат косвен ефект върху живите същества, защото са биоакумулира в организмите и те се движат през хранителни мрежи. Много от металите, като органичните съединения на живака, са липофилни, т.е. по-разтворим в мазнини, отколкото във вода, и следователно са склонни да се натрупват в мастната тъкан на животното. Въпреки че много метали се намират в ниски концентрации, от порядъка на части на трилион (ppt), те могат или не могат да бъдат директно токсични за живите същества, но поради биоакумулация, те могат да се натрупват при много токсични нива в организмите.
Биоувеличение
Биоувеличението е процесът, чрез който липофилните метали се придвижват нагоре по хранителната верига, от плячка до хищник. Например, фитопланктонът при филтриране на водата натрупва липофилни метали в тялото ви и следователно концентрацията на метали ще стане по-висока в тялото, отколкото във водата. Когато зоопланктонът консумира фитопланктона, част от тези метали се прехвърлят в мазнините на зоопланктона, увеличавайки на свой ред концентрацията им спрямо тази на фитопланктона. Този процес продължава към върха на хранителната верига. Много често срещано правило гласи това всяко трофично ниво е способно да натрупа до десет пъти повече токсичност отколкото предишното трофично ниво.
Ако искате да прочетете още статии, подобни на Замърсяване с тежки метали във водата, препоръчваме ви да въведете нашата категория замърсяване.
