ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Одной из главных проблем современности является то, или иное загрязнение окружающей среды. Одним из элементов со сложными отношениями с организмом человека, избыток которого может стать патогеном с достаточно сильным воздействием является цинк, входящий в группу тяжелых металлов. В связи с уровнем содержания загрязнителей в окружающей среде и концентрацией промышленных предприятий, в том числе в жилой зоне в настоящее время остро встает вопрос о загрязнении городской среды, в первую очередь микрорайонов старой застройки.

ОБЪЕКТ: Круговорот цинка в природе.

Предметом исследования является загрязнение цинком городской среды.

ЦЕЛЬ: провести теоретическое обоснование воздействия цинка в роли загрязнителя на городскую среду.

ЗАДАЧИ:

1. Охарактеризовать воздействие патогена на организмы.

2. Изучить теоретическое обоснование темы исследования.

3. Рассмотреть большой и малый круговороты цинка.

4. Подготовить графический материал согласно теме исследования.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. литературный,

2. описательный,

3. аналитический

4. статистический

5. исторический

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ: в ходе написания работы были использованы источники информации из сети интернет, а также некоторой справочной литературы, полный список источников представлен в «Списке источников»

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В природе существует два базовых круговорота веществ, так называемые большой (геологический) и малый биогеохимический. /ПРИЛОЖЕНИЕ 4/

Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловливается взаимодействием световой (солнечной) энергии с энергией Земли, так при это происходит перераспределение веществ между биосферой и более глубокими слоями планеты. [5]

Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму - источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. [3]

Большой круговорот - это взаимоотношения между водой, сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на что затрачивается около 50% солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана - конденсация водяного пара - выпадение осадков на эту же водную поверхность океана.

Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом изъятия воды растениями в биогеохимическом цикле, весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн лет[8]

Малый круговорот веществ, в отличие от большого, совершается лишь в пределах биосферы. Суть его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Этот круговорот для жизни биосферы является основным, поскольку изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ. [5]

Ведущим источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая способствует протеканию фотосинтеза. Радиация достаточно неравнозначно распределяется по поверхности земного шара. Так, в низких широтах количество солнечного света на единицу площади в 3-4 раза больше нежели в высоких широтах, например на Архипелаге Шпицберген (80° с.ш). Кроме того, не стоит забывать о альбедо земной поверхности или иными словами о способности отражать часть направленных на нее волн солнечной энергии, так же происходит поглощение энергии темными подстилающими поверхностями, таким образом на фотосинтез приходится от 3 до 5% поступающей на поверхность энергии. [3]

В значительном числе экосистем перенос веществ и энергии осуществляется преимущественно посредством трофических цепей.

И такой круговорот, как правило, именуют биологическим. Он предполагает замкнутый цикл веществ, многократно используемый трофической цепью. Бесспорно, данный круговорот может присутствовать и в водных системах, в отличии он наземных. [10]

Но в переносе на всю биосферу, такой круговорот не может быть осуществлен. Здесь главенствует биогеохимический круговорот, который подразумевает взаимообмен микро и макроэлементов, а так же неорганических веществ, таких как углекислый газ или вода, между атмосферой, литосферой и гидросферой.

Круговорот отдельных веществ В. И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Смысл данных циклов заключается следующем: химические элементы, попадая в живой организм, в дальнейшем его покидают, переходя в абиотическую сферу, однако в последствии вновь попадая в организм. Данные элементы носят название биофильных. Рассмотренными циклами и круговоротом в большей части обуславливаются главнейшие функции живого вещества в биосфере. В. И. Вернадский выделяет пять таких функций:

1. Газовая - основные газы атмосферы Земли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все подземные газы - продукт разложения отмершей органики;

2. Концентрационная - организмы накапливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит углерод, среди металлов - первый кальций, концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, йода - водоросли (ламинария), фосфора - скелеты позвоночных животных; [8]

3. Окислительно-восстановительная - организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn , Fe ) и неметаллов ( S ) с переменной валентностью;

4. Биохимическая - размножение, рост и перемещение в пространстве («расползание») живого вещества;

5 Биогеохимическая деятельность человека - охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких концентраторов углерода, как уголь, нефть, газ и другие, для хозяйственных и бытовых нужд человека. [3]

В этих круговоротах необходимо разграничивать две составляющие:

1) резервный фонд – к нему относятся вещества, не находящиеся в связи с живыми организмами. [10]

2) обменный фонд – по объемам он гораздо меньше резервного, однако обладает большей активностью, что объясняется непосредственно прямым обменом биогенным веществом между организмами и тем что их окружает.

Если же рассматривать биосферу в целом, то в ней можно выделить:

1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан).

2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом круговороте).

В связи с этим следует отметить лишь единственный на Земле процесс, который не тратит, а, наоборот, связывает солнечную энергию и даже накапливает ее - это создание органического вещества в результате фотосинтеза. В связывании и запасании солнечной энергии и заключается основная планетарная функция живого вещества на Земле. [5]

Что касается цинка, то его круговорот представлен в /ПРИЛОЖЕНИЕ 3/. Отсюда следует, что большая часть природного цинка содержится в литосфере, откуда распространяется различными путями. Так, из литосферы цинк поступает в растения, а потом соответственно и в животных путем биологического усваивания, так же в процессе отмирания живых организмов из их останков, путем перегнивания цинк возвращается обратно в литосферу.

Кроме того, из литосферы путем добычи, переработки и использования в промышленной сфере, человек в одностороннем порядке изымает залежи природного цинка.

Отдельно стоит отметить пути поступления цинка в атмосферу. Так из литосферы напрямую он поступает двумя путями это из продуктов вулканизма (газ и пыль), а так же непосредственно из литосферы в виде цинковой пыли, что как правило происходит непосредственно в местах добычи металла. Так же атмосфера обогащается, за счет переработки цинка живыми организмами и с помощью летучих органических соединений, содержащих цинк.

Поступление в гидросферу происходит двумя путями из атмосферы с помощью осадков, а так же из литосферы в виде водорастворимых соединений.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИНКА.

Цинк - один из важнейших микроэлементов, необходимых при образовании ферментов, кроме того участвует в синтезе рибонуклеиновой кислоты, так же цинк необходим для синтеза хлорофилла. Ферменты, содержащие в своем составе цинк, принимают участие в углеводном и фосфатном обмене. Для организмов животных весьма важное значение имеет карбоангидриза, содержащаяся в эритроцитах. Цинк аккумулируется в гонадах животных, участвует в механизмах, обеспечивающих морозо- и засухоустойчивость растений. Цинк активно поглощается растительностью суши. Глобальный коэффициент биологического поглощения Кб цинка составляет 12, в то время как Кб свинца лишь немногим превышает единицу. [6]

Процент содержания цинка в растительных организмах суши достаточно сильно дифференцирован, и зависит от геохимических процессов, происходящих в почве. Существуют растения, способные произрастать на территориях с максимально высоким содержанием металла в почве и содержащие цинк до 10 и даже 17 % от массы золы растений (так называемая галмейная флора). Согласно расчетам биогеохимика из Новой Зеландии Р.Брукса (1983), средняя концентрация цинка в растениях равна 50 мкг/г сухого вещества, т. е. около 1000 мкг/г золы. С6реднюю концентрацию цинка в ежегодной продукции растительности Мировой суши можно принять равной 600 мкг/г золы, что соответствует 30 мкг/г сухой фитомассы или 12 мкг/г живой массы растений. Исходя из этой цифры, во всей биомассе растительности суши, не нарушенной человеком, содержалось около 75×10⁶ т цинка, а захват металла годовым приростом составлял 5,2×10⁶ т/год. Примерно такое же количество возвращалось в педосферу. [5]

Значительное количество цинка, находящегося в растениях, взаимосвязана с сравнительно легко разрушающимися тканями и достаточно легко удаляется из остатков растений, чего нельзя сказать, например, о свинце. Содержание цинка в торфе и лесных подстилках составляет порядка 20 мкг/г сухого вещества, в гумусе почв несколько выше, около 30 мкг/г. Можно предполагать, что в органическом веществе педосферы содержится около (100- 150)×10⁶ т цинка.

Цинк, имеющий свойство растворяться в воде, занимает малую часть от общего количества металла в почве, однако именно он активно вовлекается в водную миграцию. Глобальный коэффициент водной миграции Кв цинка более 3, Кв свинца - всего 0,5. Средняя концентрация цинка в реках мира около 20 мкг/л, выносимая масса - 820×10³ т/год. Средняя концентрация в речных взвесях значительно выше - 143 мкг/л, выносимая масса - 5,8×10⁶ т/год. Таким образом, вынос масс цинка в составе взвесей составляет 87 % от общей массы выносимого реками металла, в то время как масса свинца - более 98 %.[6]

Цинк активно участвует в массообмене между сушей и тропосферой. Имеются сведения о том, что 1 м2 листьев деревьев может выделять до 9 кг цинка в год в составе терпенов. Значительное количество летучих органических соединений цинка выделяется в условиях морских побережий и субаквалъных ландшафтов в результате бактериальной биометилизации. К сожалению, количественно оценить участие масс цинка в этих процессах пока невозможно.

В приземном слое воздуха над территорией, свободной от техногенного воздействия, концентрация цинка колеблется от 2 до 70 мг/м3 . Следовательно, над площадью в 1 км2 в слое высотой 1 км находится от 2 до 70 г металла, а над всей сушей (за исключением площади, покрытой ледниками и занятой внутренними водоемами) в приземном слое находится от 270 до 9450 т, в среднем 500 - 5000 т. [7]

Некоторое количество цинка поступает в атмосферу с минеральной пылью. Средняя концентрация цинка в рыхлых покровных отложениях, которые в основном подвергаются развеиванию, равна 50 мкг/г. В тропосферу с пылью поступает (250 - 300) ×10³ т Zn в год, из них около 90×10³ т выносится в океан, (160 - 210) ×10³ т осаждаются на поверхности суши. [9]

Природные концентрации цинка в атмосферных осадках разных регионов сильно отличаются. Наименьшие значения свойственны полярным и высокогорным районам, воздух которых содержит незначительное количество пыли. По данным исследователей, в снеге Антарктиды концентрация цинка составляет сотые доли микрограмма на 1 метр, в снеге Гренландии - на математический порядок выше. В снежном покрове Шпицбергена концентрация цинка достигает 31 мкг/л. В снеге, выпадающем в высокогорных районах в центре Евразии, концентрация цинка измеряется также десятками микрограммов на 1 метр. [6]

Концентрация цинка в дождевых осадках над районами суши, не подвергающимися непосредственному техногенному загрязнению, составляет 10 - 40 мкг/л, но колебания весьма значительны и концентрации в отдельных пунктах выходят за указанные пределы. Исходя из средней концентрации (20 мкг/л), можно считать, что на поверхность Мировой суши с атмосферными осадками выпадает 2,28×10⁶ т цинка в год. Таким образом, на поверхность суши выпадает водорастворимых форм цинка значительно больше, чем захватывается ветром в атмосферу с минеральной пылью. По-видимому, это обусловлено тем, что в атмосферу выделяются также газообразные соединения цинка, которые конденсируются и сорбируются на аэрозолях, а затем вымываются атмосферными осадками. По этой причине концентрация цинка в твердой фазе аэрозолей из приземного слоя воздуха больше клар-ка цинка в земной коре в 10 - 30 раз. [2]

Газообразные соединения цинка поступают в атмосферу при вулканических извержениях и в результате выделения летучих органических соединений зелеными растениями и бактериями. С вулканическими продуктами выбрасывается в атмосферу около 216×10³ т цинка в год. Из этого количества около 150×103 т фиксировано на поверхности дисперсных частиц размером 0,001 - 0,05 мм, откуда металлы могут вымываться атмосферными осадками. Как следует из приведенных данных, масса цинка вулканического происхождения значительно меньше количества металла, поступающего с атмосферными осадками. Очевидно, главным источником цинка в атмосфере являются упоминающиеся процессы бактериальной биометилизации. [7]

Важную информацию содержат данные о распределении масс цинка в земной коре. /ПРИЛОЖЕНИЕ 1/

Общая масса цинка в осадочной оболочке 129,1×10¹² т. Масса цинка в гранитном слое континентального блока земной коры 418×10¹² т. Общая масса металла в гранитном слое и осадочной оболочке 547×10¹² т. Таким образом, на протяжении геологической истории было отложено в осадочной оболочке более 23 % цинка от его общей массы. Это превышает массу цинка, извлеченную при гипергенном преобразовании гранитного слоя. Вероятно, некоторое количество цинка поступило в биосферу дополнительно благодаря процессам дегазации.

Основная масса цинка в океане представлена водорастворимыми неорганическими соединениями. Согласно данным, на контакте суша - океан ежегодно осаждается 90 % массы цинка, связанного во взвешенном веществе речного стока, и 35 % растворенных форм. В результате в пелагическую часть океана поступает не то количество цинка, которое выносится реками, а около 0,6×10⁶ т/год в составе высокодисперсной взвеси и менее 0,5×10⁶ т/год водорастворимых форм. Средняя концентрация растворенных форм цинка в океане близка к 5 мкг/л, масса соответственно равна 6,8×10⁹ т. Масса металла, связанного в океанической взвеси, значительно меньше, но количественная его оценка пока затруднительна. [5]

Концентрация цинка в фотосинтезирующих организмах океана, как и в наземных организмах колеблется от 38 до 850 мкг/г сухой массы. Если исходить из средней концентрации 50 мкг/г, количество цинка в биомассе фотосинтетиков океана можно определить равным 170×10⁶ т. Эта цифра очень мала по сравнению с количеством цинка, содержащимся в растительности Мировой суши. Вместе с тем очень быстрые жизненные циклы планктонных организмов обусловливают столь же быструю воспроизводимость биомассы и большую годовую биологическую продуктивность океана. По этой причине в состав фотосинтезируемого органического вещества на протяжении года включается такое количество цинка, которое в несколько раз превышает годовой захват металла растительностью суши. Разумеется, благодаря очень быстрой оборачиваемости планктона в этом количестве суммирована многократно обращающаяся одна и та же масса цинка, соответствующая циклу полного оборота биомассы планктона. [9]

Есть сведения, что благодаря столь энергичному использованию цинка планктонными организмами от 4 до 50 % массы водорастворимых форм цинка в разных районах океана представлены метаболитами - комплексными органическими соединениями металла.

На основании изложенных материалов можно следующим образом представить общую картину распределения масс цинка в биосфере. /ПРИЛОЖЕНИЕ 2/

ГЛАВА 3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ПРИРОДНЫМ ЦИНКОМ.

3.1. Источники цинка

Основным источником является выброс в атмосферу цинка при высокотемпературных технологических процессах. Таким путем плюс потери при транспортировке, обогащении, сортировке с 1995 по 2005 г. во всем мире было рассеяно 700 тыс. т цинка. В результате сжигания каменного угля в 1980г. в атмосферу поступило 137,5 тыс. т, к 2000 году эта цифра возросла до 218,8 тыс. т. Содержание цинка в воздухе в районе завода вторичной переработки цветных металлов составляет: в радиусе 300 м -0,350 мг/м3 ; 500м – 0,285 мг/м3, 1000 м – 0,148 мг/м3, 2000 м – 0,52 мг/м3. Металлический цинк окисляется кислородом воздуха и выпадает в виде оксида ZnO. В среднем с атмосферными осадками ежегодно выпадает на 1км2 поверхности Земли 72 кг цинка – в три раза больше чем свинца, и в 12 раз больше чем меди. Значительные количества цинка поступают в почву с твердыми отходами ГРЭС на буром угле. В районе одного из цинкоплавильных заводов в радиусе 0,8 км в поверхностном слое почвы содержание цинка достигало 80 мг/г. В радиусе 1 км от цинкового завода в зеленых частях овощей содержание цинка 53 -667 мг/кг, в корнеплодах – 3,5 -65 мг/кг, в почве -42 -40 мг/кг сухого остатка. [1]

Сточные воды, содержащие цинк, не пригодны для орошения полей. Не соблюдение гигиенических нормативов привело в Японии к вспышке тяжелого заболевания костно-мышечной системы у населения, потреблявшего в пищу рис, выращенный на полях орошения, где использовались ирригационные воды, сильно загрязненные сульфидом цинка и кадмием. [2]

Для Мирового океана особую опасность представляют шламы сточных вод и сами сточные воды химического, деревообрабатывающего, текстильного, бумажного, цементного производств, а также рудников, горно-обогатительных и плавильных заводов, металлургических комбинатов. Пороговой концентрацией цинка, снижающей эффективность очистки сточных вод на 5%, является 5 -10мг/л. Серьезным источником поступления цинка в воду является вымывание его горячей водой из оцинкованных водопроводных труб до 1,2 -2,9 мг с поверхности 1 дм2 в сутки. Суммируя все антропогенные источники, общий объем поступления цинка в окружающую среду составляет 314 тыс. т в год.

Цинк относиться к группе рассеянных элементов. Из 64 минералов цинка наибольшее значение имеют сфалерит (цинковая обманка ZnS, цинкит ZnO), смитсонит ZnCO3, вюртцит, каламин, госларит и другие. Основная масса цинка мигрирует через гидросферу Земли. Содержание растворенных форм цинка в Мировом океане составляет 6850 млн.т. Цинк относится к наиболее распространенным токсическим компонентам крупномасштабного загрязнения Мирового океана, о чем можно судить по его содержанию в настоящее время в поверхностном слое морской воды (60-100мкм), где оно достигает 1020 мкг/л. Верхним порогом экологической толерантности для океанов и внутренних морей принято считать 50мкг/л. Годовой глобальный вынос цинка с речными водами составляет 740 тыс.т при средней концентрации его 20мкг/л. Годовой захват цинка железомарганцевыми конкрециями океана превышает 2,8 тыс. т в год. Среднее содержание цинка в почвах мира 5*10-3%. В массе живого вещества планеты содержится 500 млн. т. Захват цинка годовым приростом фитомассы составляет 57,5 кг на 1 км2. Вместе с медью и свинцом цинк занимает первое среди рассеянных элементов по интенсивности поглощения биосом океана. Содержание цинка в морских водорослях 15,0 мг/100 г сухого веса, в наземных растениях 10,0. в морских животных 0,6-150,0. в наземных животных 16,0 в бактериях 0,1-28,0. Интенсивно аккумулируют цинк водные растения, брюхоногие моллюски и особенно клоп-гладыш, содержание цинка в которых достигает 141 мг/кг сухого вещества. Накопителем биоиндикатором атмосферного загрязнения цинка могут служить мхи. [2]

3.2. Воздействие цинка на организмы

Микроорганизмы и растения. В условиях концентрации цинка до 8-13%, в значительной степени уменьшается количество микроорганизмов, однако, стоит отметь, что рост большей части начинает замедляться уже при отметке 100-200 мкг/кг, но грибы являются более устойчивыми. Неблагоприятное воздействие цинка на микроорганизмы и микрофауну почвы понижает ее плодородие: в районах умеренного климата урожай зерновых снижается на 20 -30%, свеклы – на 35%, бобов – на 40%, картофеля – на 47%. Уровень цинка, снижающий урожай или высоту растения на 5-10%, считается токсичным и составляет для овса 435-725 млн-1, для клевера 210-290, для свеклы 240-275. Известны растения, которые обладают способностью концентрировать цинк, например гвоздичные (до 1500-4900 мг/кг сухого вещества), крестоцветные (до 5440-13630 мг/кг). [1]

Гидробионты. Соединения цинка наносят значительные повреждения жабрам рыб. В первую очередь наступает фаза возбуждения и учащения дыхания, в ходе распада респираторного эпителия наступают асфиксия и смерть. Обратимость отравления возможна, если рыбу перенести в свежую воду в стадии опрокидывания. Токсичность цинка усиливают ионы меди и никеля. Концентрация 15мг/л в течение 8 ч смертельна для всех рыб.

Общий характер действия на теплокровных. В базисе большинства проявлений отравления цинком находится конкурирование цинка и других металлов. У работников, находящихся в контакте с данным металлом, отмечается снижение концентрации кальция в крови. Помимо снижения содержания кальция в крови отмечается и развитие остеопороза, что является следствием снижения содержания кальция в костях, так же происходит нарушение усвоения фосфора. Помимо вышеперечисленного, цинк оказывает влияние на организм на генном уровне, что вызывает мутации генов, а так же развитие онкологических заболеваний. Гонадотоксическое действие цинка проявляется снижением подвижности сперматозоидов и их способности проникать в яйцеклетку. [5]

Острое отравление. Животные. У кошек, вдыхавших однократно цинковую пыль, в легких – отек, кровоизлияния, в бронхиолах и альвеолах – лейкоциты, макрофаги. В подострых опытах: узелки эпителиальных клеток в легких, цирроз поджелудочной железы, увеличение содержания в ней цинка, дегенерация, а в некоторых случаях пролиферация ß-клеток в островках Лангерганса, выделение сахара с мочой. У кроликов с экспериментальной цинковой лихорадкой проявление анемии. После вдыхания паров оксида цинка в концентрации 110-600мг/м3 (к воздуху добавлялось 10% СО2) в течение 15 мин у кошек наблюдается вялость, понижение температуры. При вдыхании в течение 45мин полная прострация, дрожание, затрудненное дыхание, понижение температуры, снижение числа эритроцитов в крови. У убитых сразу после извлечения из камер животных резко выраженных изменений в легких не обнаружено. У убитых через сутки – полнокровие, проникновение в ткани вокруг бронхов клеточных элементов, экссудат в бронхах, очаги уплотнений с большим количеством лейкоцитов в альвеолах. Через 4 суток воспаление легких. Крысы и кролики менее чувствительны. Ингаляция морским свинкам ZnO в течение 3 часов в концентрации 25мг/м3 привела к выраженному отеку легких. Воздействие аэрозоля сульфата цинка (1,1 мг/м3 в течение 1 часа) раздражает у морских свинок верхние дыхательные пути. После интратрахеального введения 40мг цинка через 8 мес.наблюдаются значительные изменения в бронхах, гиперплазия лимфоидных элементов, интенсивное образование соединительной ткани, эмфизема в легких. Примесь 1мг цинка к 25мг SiO2 усиливает фиброгенность последнего. Через 18-24 мес. после интратрахеального однократного (5, 25 и50 мг) или повторного (по2 -5 мг) введения высокодисперсной пыли цинка у 15% крыс появились злокачественные опухоли (саркомы) в легких и опухоли яичек. Через тот же срок после введения в трахею 50мг ZnO деформация бронхов, гиперплазия и склероз лимфатических фолликулов, перибронхиальная пневмония.

Человек. Опасность острого ингаляционного отравления представляют аэрозоли металлического цинка, его оксида и хлорида; возможно отравление парами последнего. Опрос рабочих, занятых в производстве цинковой пыли, выявил у большинства из них в анамнезе случаи литейной лихорадки. Описаны симптомы, появляющиеся сразу после приступа лихорадки,- боли и отечность суставов, геморрагические высыпания в области стоп. Острые отравления с типичными явлениями лихорадки описаны при электросварке и газорезке металлических конструкций, содержащих цинк; количество цинка в сварочной пыли в зависимости от толщины цинкового покрытия колеблется в пределах 18 -58 мг/м3; в моче при этом резко увеличивается содержание цинка и меди; появляется дизурия. У электросварщиков обнаружены хронические катаральные заболевания верхних дыхательных путей и пищеварительного тракта, конъюнктивиты, дерматиты, малокровие, билирубинемия, гипоацидный гастрит. При отравлении оксидом цинка наблюдается типичная картина литейной лихорадки. Уже во время работы появляется сладковатый вкус во рту, после работы – плохой аппетит, иногда сильная жажда. Чувство усталости, стеснение и давящая боль в груди, сонливость, сухой кашель. Этот период, длящийся в зависимости от тяжести отравления от 1 до 4 -5 ч, сменяется резким ознобом, продолжающимися 1 -1,5 ч.Озноб часто нарастает толчками, температура поднимается до 37-38^оС (иногда до 40^оС и выше) и держатся несколько часов. При этом наблюдается расширение зрачков, гиперемия конъюнктивы, глотки, лица. В моче появляются сахар, часто гематопорфирин, уробилин; возможно увеличение содержания цинка и меди. В крови содержание сахара поднимается значительно, иногда отмечается увеличение печени. Нередко болезненное состояние длится 2-3 дня и дольше. В зависимости от индивидуальности, а также концентрации паров ZnO картина заболевания может быть весьма разнообразна. Описан случай лихорадки у фотографа, использовавшего для раскрашивания портретов краску, содержащую ZnO. У погибших при тяжелом отравлении обнаружены отек межуточной ткани легких, деструкция и метаплазия альвеолярного эпителия. Повторные заболевания приводят к ослаблению организма и активированию туберкулезного процесса, а также повышению восприимчивости к другим заболеваниям дыхательных органов.

Вдыхание в течение 5-30 мин дыма хлорида цинка вызывает пароксизмальный кашель, тошноту, иногда рвоту; через 1-24 часа –одышка, повышение температуры тела, возможны воспалительные явления и отек легких; осложнений следует ожидать в течение 5-12 дней. Описанный синдром получил название острой химической пневмопатии. На вскрытии погибших на 6 и 11 дни после отравления – некротизирующий трахеит, бронхит, сливная бронхопневмония с тромбозом мелких сосудов и облитерирующий бронхиолит.

При попадании сульфата цинка в желудок – тошнота, рвота, понос иногда с примесью крови; доза, вызывающая рвоту,- 1-2 г. Инкубационный период от нескольких минут до нескольких часов. При смертельных исходах на вскрытии – тяжелые повреждения слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта вплоть до некроза, признаки расстройства мозгового кровообращения. Известно массовое отравление в США пищей, которую готовили и хранили в посуде с цинковым покрытием: под действием кислот пищи образовался ZnSO4. Возможна интоксикация кислыми продуктами, например, фруктовой пастилой, при изготовлении и хранении их в оцинкованной посуде. Известны, также, многочисленные случаи отравления пищей, хранившейся в оцинкованной посуде: квасом, стоявшим сутки (содержание цинка в продукте 187,6 мг%), молоком (31,3 мг%), томатным соком(89 мг%), кашей, сваренной в оцинкованной посуде(650 мг%).

Хлорид цинка обладает выраженным действием на слизистые оболочки пищеварительного тракта и кожу вокруг рта: ожог слизистых, колики в животе, рвота с примесью крови, кровавый понос, сильное возбуждение; в последующие дни желтуха, боли в конечностях, анурия, остаточный азот до 280 мг%; на вскрытии – признаки поражения печени, почек, миокарда. Известен случай смерти от внезапного кровотечения из трахеи через месяц после отравления; возможно также развитие стеноза пищевода. [1]

Хроническое отравление. Человек. При воздействии цинковой пыли рабочие жалуются на раздражительность, бессонницу, снижение памяти, потливость по ночам, ухудшение слуха, шум в ушах, желудочно-кишечное расстройство; объективно гипохромная анемия, субатрофические катары верхних дыхательных путей после 2-3 лет работы; рентгенографически – усиление легочного рисунка, эмфизема, начальные признаки пневмосклероза. Обращают внимание на то, что цинк обладает кумулятивным токсическим эффектом даже при весьма незначительном содержании его в воздухе. У рабочих цеха цинковой гальваники содержание цинка в волосах достигает 27,2 мг% (в контроле 7,76); у паяльщиков 25,5; маляров 22,9; оцинковщиков 30,04; у тех из них, кто жаловался на слабость и плохой сон, 57,5 мг%. Среди шведских горняков, добывающих цинк, наблюдается повышенная смертность от рака легких. [11]

У многих рабочих, занятых в производстве оксида цинка, обнаружены гипогликемия, гипохолестеринемия, повышение содержания уробилина и порфиринов в моче; нарушение функций поджелудочной железы и печени; фиброз легких. Даже при использовании респираторов пыль ZnO вызывает (не ранее, чем через год) изменения в содержании полисахаридов, пероксидаз и кислых фосфатаз в клетках крови; при стаже 10 лет развивается анемия. При хроническом воздействии ZnO жалобы на диспептические явления. У женщин, работающих в производстве цинковых белил и подвергавшихся в течение 5 лет воздействию цинка в концентрациях 2,4 -7,1 мг/м3, выявлено снижение содержания гемоглобина в крови и железа в сыворотке, повышение уровня трансферрина и эритропоэтина.

Лица, контактирующие с цинкосодержащими удобрениями, жалуются на общую слабость, сухость в носу, кашель, шум в ушах; объективно- хроническое воспаление слизистых верхних дыхательных путей. Производственный контакт с хлоридом цинка может привести к поражению слизистой верхних дыхательных путей вплоть до прободения носовой перегородки, желудочно-кишечным расстройствам(после 1 года работы), а также к возникновению язвы желудка или двенадцатиперстной кишки (после 5- 20 лет работы). [1]

Ортоарсенит и гидроортоарсенат цинка. Токсическое действие. Животные. ЛД50 при введении в желудок крысам для ортоарсенита 1503 мг/кг, для гидроортоарсената 1020 мг/кг; ЛД50 последнего для мышей 601 мг/кг. Симптомы интоксикации: гиподинамия, одышка, понос; увеличение содержания пировиноградной кислоты и снижение концентрации SH- групп в крови; на вскрытии- кровоизлияния по ходу пищеварительного тракта. Порог острого раздражающего действия при введении в желудок для ортоарсенита 14 мг/кг, для гидроортоарсената 54мг/кг. Повторное введение обоих веществ в дозах соответственно 27 и 102 мг/кг вызывает сосудистые расстройства, нарушение функции ЦНС, терморегуляции, порфиринового обмена; на вскрытии- язвы на слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта, гепатит, увеличение содержания мышьяка в печени.

Селенид и сульфид цинка. Токсическое действие. Животные. Порог острого ингаляционного действия селенида цинка для крыс по влиянию на прирост массы тела и ректальную температуру 44,5 мг/м3. При интратрахеальном введении выявлено только пневмотоксическое действие. При введении в желудок доза 8 г/кг не вызывает гибели животных. Кожно-резорбтивное действие отсутствует. [11]

Человек. При производственном контакте жалобы на головную боль, быструю утомляемость, головокружение, сухость во рту, понос, боли в области печени и в суставах, выпадение волос. На некоторых рабочих участках возможно образование селено- и сероводорода.

Фосфаты цинка (ортофосфат и гидроортофосфат). Токсическое действие. Животные. У крыс через 3 мес. после интратрахеального введения 50 мг каждого из фосфатов воспаление легких и умеренный сетчатый склероз; явления исчезают к концу 6-12 –месячного периода. При введении в желудок не вызывают гибели крыс в дозах 10 г/кг; при в/ брюшинном введении ЛД50 для гидроортофосфата цинка 600, для ортофосфата цинка551 мг/кг.

Фосфид цинка. Токсическое действие. Высокую ядовитость фосфида цинка определяет фосфин РН3, образующийся в желудке в результате реакции между Zn3P2 и HCI желудочного сока. Фосфин обладает выраженным нейротоксическим действием. В крови он окисляется, частично превращаясь в фосфорную кислоту, частично выделяясь в неизменном виде через легкие; в крови и органах погибших животных и людей не обнаруживается. Ядовит для животных и человека при любых путях введения. У человека при приеме фосфида цинка жажда, тошнота, боли в желудке, понос, отдышка, рвота, чувство страха, судороги, кома.

Объективно – признаки почечной и печеночной недостаточности, нарушение сердечной деятельности, ацидоз. На вскрытии- гиперемия, отек мозга и легких, крупные кровоизлияния в легких и поджелудочной железе. Смерть наступает через 7-60 часов после появления асфиксии. Смертельная доза для взрослого человека – 25 мг.

Поступление, распределение и выведение из организма. Содержание цинка в теле взрослого человека составляет 1-2,5 г.: 30% – в костях, 60% – в мышцах. В печени цинк трансформируется в металлобелковые комплексы (металлоэнзимы). В кровь цинк транспортируется в виде белковых комплексах и лишь небольшая часть в ионной форме. Содержание цинка в крови 700-800 мкг%. В организме цинк распределяется следующим образом(мкг/г): надпочечники 6, кости 66, почки 37, почки 38, мозг 13, желудок 21, сердце 27, кожа 6, мышцы 48. С возрастом содержание цинка в организме увеличивается. Выводится цинк через кишечник, с мочой и потом. Выводится цинк и с молоком. [11]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цинк широко распространен в природе в виде соединений: сульфида, карбоната, оксида и силиката в комбинации со многими минералами, в количестве, составляющем приблизительно 0,02% Земной коры.

Цинк является микроэлементом, необходимым для нормального функционирования человеческого организма в малых дозах. Он входит в состав 40 металлоферментов, играющих важную роль в метаболизме нуклеиновых кислот и синтезе белков. Металлический цинк мало токсичен. Фосфид и оксид цинка ядовиты. Попадание в организм растворимых солей цинка приводит к расстройству пищеварения, раздражению слизистых оболочек.

Цинк наименее токсичен из всех тяжёлых металлов. Тем не менее все элементы становятся токсичными, если попадаются в избытке; цинк не является исключением. Физиологическое воздействие цинка заключается в действии его как активатора ферментов. В больших количествах он вызывает рвоту, эта доза составляет примерно 150 мг для взрослого человека.

Тяжёлые металлы оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека по трём путям воздействия: ингаляционное, оральное и через кожу. Тяжелые металлы вызывают процесс повреждения клетки в результате окисления, так называемый окислительный стресс .

Антропогенные источники вносят вклад в загрязнение атмосферного воздуха цинком вдвое больший, чем природные. Из техногенных источников основным загрязнителем окружающей среды цинком является цветная металлургия (около 50% общего выброса), черная металлургия.

Цинк выделяется из печей в виде пыли, дыма, пара. Оксид цинка, или белый цинк образуется при окислении парообразного чистого цинка или при обжиге руды оксида цинка.

Цинк относится к веществам 2 класса опасности.

Таким образом, цинк, хоть и являясь важным элементом в организме живых существ, однако при высокой концентрации может привести к гибели организма.

Практическая значимость работы заключается, в том, что собранный материал можно использовать в курсе лекций направления подготовки «Экология» высших образовательных учреждений.

В ходе работы была достигнута цель исследования, а именно воздействие цинка, как загрязнителя на городскую среду, в частности на человека.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Алексеенко В. А. Биосфера и жизнедеятельность./ В.А. Алексеенко, Л.П. Алексеенко – М.: Логос, 2013. - 212 c., (дата обращения: 24.12.2018 г.)

Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. - Л.: "Химия", 1988., (дата обращения: 24.12.2018 г.)

Герасимов И. П. Биосфера Земли./И.П. Герасимов – М.: Педагогика, 2012. - 891 c., (дата обращения: 26.12.2018 г.)

Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году». — М.: Минприроды России; НИА-Природа. — 2016. — 639 с., (дата обращения: 25.12.2018 г.)

Добровольский В.В. Основы биогеохимии. Учебник для студ. высш. учеб, заведений./ В.В.Добровольский — М.: Академия, 2003. — 400 с., (дата обращения: 27.12.2018 г.)

Перельман А.И. Геохимия: Учеб. для спец. Вузов. - 2-е изд., перераб. и доп./ А.И. Перельман - М.: Высш. Шк., 1989. - 528 с., (дата обращения: 24.12.2018 г.)

Сердюкова А. Ф., Барабанщиков Д. А. Последствия загрязнения почвы тяжелыми металлами // Молодой ученый. — 2017. — №51. — С. 131-135. — URL https://moluch.ru/archive/185/47382/ (дата обращения: 26.12.2018).

Экология [Электронный ресурс]: открытый источник информации/ «Круговорот веществ». Режим доступа к ресурсу: http://icolog.ru (дата обращения: 28.12.2018 г.)

ЮУП [Электронный ресурс]: открытый источник информации/ «Цинк». Режим доступа к ресурсу: http://www.chelpogoda.ru (дата обращения: 28.12.2018 г.)

IBrain [Электронный ресурс]: открытый источник информации/ «Круговорот веществ в природе». Режим доступа к ресурсу: https://ibrain.kz (дата обращения: 26.12.2018 г.)

RightEcology [Электронный ресурс]: открытый источник информации/ «Токсическое действие цинка и его соединений и санитарно-гигиенические показатели». Режим доступа к ресурсу: http://www.rightecology.ru (дата обращения: 27.12.2018 г.)

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Содержание цинка в различный породах

Показатель	Породы
	Глины	Песчаники	Карбонатные и глинистые сланцы
Средняя концентрация, мкг/г	95	16	20
Масса цинка, 1012 т	108	6,9	14,2

Источник: [5].

Приложение 2

Содержание цинка в различных оболочках Земли.

Резервуар	Масса, 106 т
Мировая суша:
нижняя тропосфера	0,0005 - 0,005
растительность континентов	75
органическое вещество педосферы	100
Океан:
тропосфера	0,0028
фотосинтезирующие организмы	0,17
растворенные формы	6800,0
Земная кора:
осадочная оболочка	129,0×106
гранитный слой	418,0×106

Источник: [5].

Приложение 3

Круговорот цинка в природе

Приложение 4

Круговорот веществ в природе

Код для цитирования: Скопировать