Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
Анаэробные условия характерны для нижних слоев глубоких водоемов, но могут возникать и в верхнем слое воды, если антропогенные факторы, например сброс в воду удобрений, вызывают бурный рост биопродуктивности экосистемы. Затем происходит столь же интенсивное отмирание биомассы и быстрое потребление кислорода, что приводит к недостатку или полному отсутствию свободного кислорода в воде. Отсутствие кислорода в нижних слоях глубоких водоемов объясняется тем, что фотосинтез в этих условиях не осуществляется и кислород не вырабатывается. Не поступает кислород и из верхнего слоя воды, т.к. циркуляция воды между верхним и нижним слоями отсутствует в течение почти всех сезонов года.
В глубоком водоеме происходит стратификация (расслоение) воды. В нижнем слое вода имеет температуру около +4 °С, при которой ее плотность самая высокая. В верхнем слое температура или выше (летний период), или ниже (зимний период), чем температура в нижнем слое, и в обоих случаях вода имеет меньшую плотность. Два эти слоя разделены термоклином, который представляет собой границу, через которую вода не циркулирует, и, следовательно, предотвращается обогащение воды нижнего слоя кислородом. Только в короткие периоды времени весной и осенью наступают моменты «опрокидывания», когда температура в верхнем и нижнем слоях воды выравнивается и становится возможной циркуляция воды между ними.
Основная экологическая проблема океана заключается в загрязнении океанической воды отходами человеческой деятельности и вовлечении токсичных веществ в пищевой цикл, в который включен и сам человек.
Уровень океана находится на нижней отметке уровня поверхности Земли. Поэтому в него устремляется практически весь сток поверхностных вод суши. Реки несут в океан растворимые и суспензированные отходы городов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных комплексов, ядохимикаты, пестициды и удобрения с полей. Ежегодно в Мировой океан сбрасывается около 1,2 млрд т различных химических соединений. Значительная часть их оказывается в зонах наиболее активных жизненных процессов. Живые организмы проявляют способность концентрировать элементы из водной среды, что особенно свойственно микроорганизмам. Так, планк-
296
В.В. Вольхин. Общая химия
тон пропускает через себя всю воду в зоне своего существования за 20 суток и поглощает из нее не только питательные, но и токсичные вещества. Согласно принципу построения пищевого цикла масса вещества в каждом последующем звене уменьшается. Например, масса рыбы в 1000 раз меньше массы планктона, и в то же время в 1 кг рыбы токсичных веществ, в том числе тяжелых металлов, может содержаться столько же, сколько их накопилось в 1000 кг планктона.
Некоторые вещества представляют особую опасность для океана и его прибрежных зон.
Нефть и нефтепродукты попадают в океан вместе со стоками, за счет аварий танкеров, при нефтедобыче на континентальном шельфе и по ряду других причин. Обладая гидрофобными свойствами, вещества такого типа растекаются по поверхности воды и покрывают большие площади. Так, капля бензина создает на поверхности воды пленку, которая занимает круг диаметром 30 см. Пленки нефти и нефтепродуктов являются препятствием для массообмеиных процессов между водой и атмосферой, приводят к гибели фитопланктона, наносят особый ущерб нерестилищам рыбы. По телевидению неоднократно демонстрировались ужасные последствия выбросов нефти в прибрежных зонах.
Отходы целлюлозно-бумажной промышленности содержат лигнинсульфоновую кислоту, которая медленно разрушается в природных условиях. В присутствии лигиинсульфоновой кислоты увеличивается вязкость воды и у воды появляется запах и цвет.
Ионы многих тяжелых металлов обладают высокой токсичностью. Среди них по токсичности особенно выделяются ртуть и кадмий. Включение их в пищевой цикл определяется следующими механизмами. Ртуть, как и некоторые другие элементы, испытывает микробиологические алкилиро-вание и образует ионы метилртути CH3Hg+ или диметмлртуть (CH3)?Hg. Эти соединения легко усваиваются живыми организмами.
Механизм поступления кадмия в живые организмы иной. Кадмий замещает цинк в цииксодер-жащих ферментах (гидроксилазах) (см. раздел 4.5). Кадмийсодержащие ферменты становятся неактивными, но вместе с другими белками попадают в пищевой цикл.
Токсичные металлы через планктон, моллюсков и рыб, накапливаясь в каждом последующем звене цепи, попадают, в конце концов, в пищу человека и вызывают заболевания. Так, в 1953 г. у жителей побережья бухты Мииамата (Япония) было обнаружено заболевание (болезнь Мииамата), связанное с токсичным действием ртути. Почти треть заболевших жителей погибла, у многих больных отмечалось нарушение слуха и зрения.
Подобным путем возникает и заболевание, связанное с попаданием в организм человека кадмия. Заболевание выражается в скрючиваиии костей, анемии и почечной недостаточности.
Опасность токсичных веществ для человека усиливается, если они имеют длительный биологический период полувыведения (аналогия с радионуклидами, см. раздел 5.5). Для большинства тканей организма человека биологический период полувыведения ртути составляет 70-80 дней, а кадмия - более 10 лет. Такие вещества постепенно аккумулируются в организме человека, что повышает вероятность возникновения заболевания.
